OFDM（直交周波数分割多重）とは？

OFDM（直交周波数分割多重）とは？

OFDMの概要

-OFDMの概要-

OFDM（直交周波数分割多重）は、データ伝送をいくつかの周波数サブキャリアに分割するデジタル変調方式です。これらのサブキャリアはお互いに直交しており、重なることなく同時に伝送される仕組みです。この並列伝送方式により、OFDMは非常に高いデータレートを実現することが可能です。

OFDMは複数のサブキャリアを利用することで、広帯域幅を効率的に活用します。各サブキャリアは狭い帯域幅を持ち、その中で特定のデータシンボルを伝送します。これにより、帯域幅の使用効率が向上し、より多くのデータを伝送することができます。また、OFDMはマルチパスやフェージングといった無線伝搬路の劣化に対しても高い耐性を持っています。サブキャリアの多重化によって、特定のサブキャリアで発生する干渉の影響を他のサブキャリアが軽減することができるのです。

OFDMのメリット

OFDMのメリット

OFDMは、優れた周波数利用効率に加え、マルチパスフェージングに対する高い耐性といった多くの利点を有しています。マルチパスフェージングとは、信号が異なる経路を通って受信される際に、それぞれの経路の長さが異なるために位相がずれてしまう現象です。OFDMでは、各サブキャリアの帯域幅が狭いため、マルチパスフェージングの影響を受けにくく、安定した通信を実現します。また、サブキャリアを直交させて利用することにより、干渉を最小限に抑える効果もあります。さらに、OFDMは変調方式を適応的に選択することが可能で、これにより低いビット誤り率（BER）でのデータ伝送が実現できるのです。

OFDMの用途

OFDMの用途

OFDMは、非常に多様な用途で活用されています。具体的には、地上波デジタルテレビ放送（DVB-T）や、従来の地上波アナログテレビ放送（アナログテレビ）を始めとして、ワイヤレスブロードバンドの規格であるWi-Fi（IEEE 802.11）や、モバイル通信の規格であるLTE（Long Term Evolution）など、幅広い分野で利用されています。さらに、OFDMは電力線通信やコンピュータネットワーク、レーダーシステムなど、高速データ伝送が求められる多くの分野でも非常に有用です。

OFDMの課題

-OFDMの課題-

OFDMは、高いデータレートと耐干渉性を提供する一方で、いくつかの課題も抱えています。

* -ピーク対平均電力比（PAPR）が大きい- OFDMは高いPAPRを持つため、送信した信号が過度に大きくなりすぎることがあります。これは、送信機やアンテナに対してダメージを与える危険性があります。
* -周波数オフセット- OFDM信号は、周波数オフセットによって受信機でのデコードが難しくなることがあります。このオフセットは、特に移動体通信のような動的な環境で発生します。
* -非線形歪み- OFDM送信機やアンテナの影響で非線形歪みが生じることがあり、これが受信信号の品質を低下させる要因となります。
* -キャリアリーク- OFDM信号のキャリア周波数は他の無線システムからの干渉に対して脆弱であり、これは信号の損失やパフォーマンスの低下を引き起こす可能性があります。
* -高計算量- OFDM信号の変調と復調には、非常に高い計算量が要求されます。これにより、低消費電力のデバイスでの実装が難しくなることがあります。

OFDMの今後の展開

OFDMの未来にも多くの期待が寄せられています。次世代の5G通信では、OFDMが基盤となる波形が採用される見込みです。これは、OFDMが広い帯域幅と高いスペクトル効率を備えているためです。また、OFDMはIoT（モノのインターネット）への応用も期待され、IoT環境では多くの機器が同時に無線通信を行うため、干渉に強いOFDMが非常に適していると考えられています。さらに、OFDMは車載通信や衛星通信など、さまざまな分野でもその利用が検討されており、これらの分野では高速で大容量のデータ伝送が求められているため、OFDMの技術が活用されることが期待されています。