직교 주파수 분할 다중화

직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)는 넓은 대역을 서로 직교하는 여러 개의 좁은 부반송파로 나누어, 고속 데이터를 저속 데이터 여러 개로 쪼개 동시에 보내는 다중 반송파 변조·다중화 방식이다.

개요

주파수 분할 다중화(FDM)는 채널끼리 간섭하지 않도록 사이에 보호 대역을 둔다. OFDM 은 부반송파 간격을 심벌 길이의 역수(Δf = 1/T)로 정해 부반송파끼리 직교하게 만든다. 한 부반송파의 스펙트럼 정점에서 나머지 부반송파의 값이 모두 0 이 되므로, 스펙트럼이 서로 겹쳐도 수신 측에서 깨끗하게 갈라낼 수 있다. 보호 대역 없이 겹쳐 놓으므로 주파수 이용 효율이 높다.

송신 측은 역고속 푸리에 변환(IFFT), 수신 측은 고속 푸리에 변환(FFT)으로 수많은 부반송파를 한꺼번에 변·복조한다. 각 부반송파에는 QAM·PSK 같은 디지털 변조를 싣는다.

특징

주파수 직교성을 이용해 부반송파 사이 간섭 없이 스펙트럼을 겹쳐 쓴다. 직교성은 OFDM 의 성질이지 대역 확산의 효과가 아니다
고속 데이터를 저속 부반송파 여러 개로 나누므로 심벌 길이가 길어져 다중 경로 지연에 강하다. 심벌 앞에 끝부분을 복사해 붙이는 순환 전치(Cyclic Prefix, 보호 구간)로 부호간 간섭을 없앤다
각 부반송파는 좁아서 주파수 선택적 페이딩을 겪어도 평탄 페이딩만 겪는 것처럼 다룰 수 있어, 수신 측 등화가 간단하다
단점: 여러 부반송파가 더해져 최대 전력 대 평균 전력비(PAPR)가 크므로 선형성이 좋은 증폭기가 필요하다. 주파수 오프셋과 위상 잡음에 민감해 직교성이 깨지면 부반송파 간 간섭(ICI)이 생긴다

쓰이는 곳

무선랜 IEEE 802.11 a/g/n/ac/ax, WiFi 6
LTE 하향 링크(OFDMA), 5G NR
지상파 디지털 방송(DVB-T, ATSC 3.0), DAB
유선의 ADSL(DMT), 케이블 DOCSIS 3.1

여러 사용자에게 부반송파 묶음을 나눠 주어 다중 접속에 쓰면 OFDMA(직교 주파수 분할 다중 접속)라 한다.

대역 확산과 비교

구분	OFDM	대역 확산(DSSS·FHSS)
원리	대역을 직교 부반송파로 나눔	신호를 원래보다 훨씬 넓은 대역에 퍼뜨림
대표 효과	주파수 효율, 다중 경로에 강함	신호 은폐·도청 방지, 협대역 간섭·재밍에 강함, 코드 분할 다중 접속
다중 접속	OFDMA	CDMA

같이 보기