淺談COFDM及如何提高無線圖傳的通信距離

OFDM（orthogonal frequency division multiplexing），中文翻譯是：正交頻分【OFD】復(fù)用【M】；OFDM是一種多載波調(diào)制方式，OFDM技術(shù)的主要思想就是在頻域內(nèi)將給定信道分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，并且各子載波并行傳輸。這樣，盡管總的信道是非平坦的，具有頻率選擇性，但是每個(gè)子信道是相對平坦的，在每個(gè)子信道上進(jìn)行的是窄帶傳輸，信號(hào)帶寬小于信道的相應(yīng)帶寬，因此就可以大大消除信號(hào)波形間的干擾。由于在OFDM系統(tǒng)中各個(gè)子信道的載波相互正交，它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時(shí)又提高了頻譜利用率。

COFDM（coded orthogonal frequency division multiplexing），中文翻譯是：編碼【C】正交頻分【OFD】復(fù)用【M】，是一種無線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)，是目前世界最先進(jìn)和最具發(fā)展?jié)摿Φ恼{(diào)制技術(shù)。

很明顯，相對于COFDM，OFDM僅僅少了一個(gè)編碼【C】，OFDM是多載波調(diào)制的其中一種，換言之，COFDM其實(shí)就是OFDM與信道編碼的結(jié)合。

利用OFDM技術(shù)所運(yùn)行的系統(tǒng)中，由于各子信道的載波相互正交、頻譜之間相互重疊，在減小子載波間相互干擾的同時(shí)并提高頻譜的利用率。OFDM雖然很多地解決了多徑環(huán)境中的信道選擇性衰落，然而，對于信道平坦性衰落卻未能很好地克服。為了解決信道平坦性衰弱，信道編碼技術(shù)隨機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。

為了解決信道平坦性衰弱，信道編碼技術(shù)隨機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。COFDM（Coded OFDM）基于使信息在頻域和時(shí)域擴(kuò)展的思想，通過編碼使傳輸時(shí)各單元碼信號(hào)受到的衰落可認(rèn)為統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，從而消除平坦性衰落及多普勒頻移的影響。為了抵消多徑衰落、同頻干擾以及各種噪聲，COFDM采用下列措施：

1、利用在每個(gè)信號(hào)周期前插入一個(gè)保護(hù)間隔Δ來對付多徑衰落。只要多徑時(shí)延的大小在保護(hù)間隔內(nèi)，它對系統(tǒng)的性能就沒有太大影響。由于接收到的頻域信號(hào)必然受到干擾，所以需要精確地測得多徑傳遞函數(shù)，于接收端進(jìn)行均衡。在實(shí)際中，用發(fā)射已知測試信號(hào)的方法來預(yù)測信道特性，得到各載波上的均衡因子，用均衡因子進(jìn)行均衡，消除多徑干擾。

2、采用頻譜開槽的辦法來消除同頻干擾。即通過頻譜成形，將信號(hào)點(diǎn)在有效載波頻帶上進(jìn)行排列，預(yù)留出頻譜保護(hù)帶即在頻譜中開槽，開槽的位置分別對應(yīng)于普通電視的亮度載波、色度載波和伴音載波，同時(shí)頻帶邊緣還需留有一定的邊緣保護(hù)，防止頻譜泄露，對鄰頻帶造成干擾。

3、采用RS+TCM級(jí)聯(lián)碼并輔以交織來對付各種噪聲干擾，降低誤碼率。利用RS編碼對數(shù)據(jù)加以前向糾錯(cuò)保護(hù)；利用時(shí)域交織/解交織器將TCM解碼后的突發(fā)誤碼分散到不同的RS碼字中，使其不超過RS碼的糾錯(cuò)能力；TCM編碼將編碼與調(diào)制結(jié)合起來，一般采用2/3卷積碼對MQAM的星座點(diǎn)進(jìn)行編碼；頻域交織的作用是使相鄰網(wǎng)格編碼的信號(hào)點(diǎn)在時(shí)間上分散開，以便使突發(fā)干擾點(diǎn)的噪聲相對均勻地分散在不同網(wǎng)格編碼點(diǎn)，而非集中在連續(xù)的幾個(gè)信號(hào)點(diǎn)上而導(dǎo)致超出TCM的解碼能力，頻域交織由于將受同頻干擾嚴(yán)重的載波分量分散開，因而提高了TCM對同頻干擾的抵抗能力。

概括下：COFDM基于使信息在頻域和時(shí)域擴(kuò)展的思想，通過編碼使傳輸時(shí)各單元碼信號(hào)受到的衰落可認(rèn)為統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，從而消除平坦性衰落及多普勒頻移的影響。

COFDM技術(shù)應(yīng)用在無線音視頻傳輸有以下優(yōu)點(diǎn)：

①適用于城區(qū)、城郊、建筑物內(nèi)等非通視、有阻擋的環(huán)境，擁有出色的“繞射”“穿透”能力。

②適用于高速移動(dòng)中傳輸，可應(yīng)用在車載、船載、直升機(jī)/無人機(jī)等傳輸設(shè)備之上。

③應(yīng)用了COFDM技術(shù)的傳輸設(shè)備，在沒用任何附加裝置的前提下就能實(shí)現(xiàn)固定——移動(dòng)、移動(dòng)——移動(dòng)等設(shè)備之間傳輸。傳輸具有穩(wěn)定相強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、運(yùn)用靈活等特點(diǎn)，由于無須再配置附加的“伺服穩(wěn)定”裝置，COFDM傳輸設(shè)備一般都表現(xiàn)出較高的性價(jià)比。

④用用于高速、大數(shù)據(jù)傳輸，速率一般大于4Mbps，滿足高質(zhì)量視音頻的傳輸。

⑤抗干擾性強(qiáng)，在復(fù)雜電磁環(huán)境中也能順暢地傳輸數(shù)據(jù)。

⑥對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾及信號(hào)波形間的干擾性能優(yōu)越，通過各個(gè)子載波的聯(lián)合編碼，具有很強(qiáng)的抗衰落能力。

總結(jié)下：OFDM就是正交頻分復(fù)用，COFDM是編碼正交頻分復(fù)用，COFDM是OFDM與信道編碼技術(shù)的結(jié)合，可以降低誤碼率。在地面數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)中，在GB和DVB-T中都是規(guī)定用COFDM來調(diào)制的。據(jù)說，OFDM技術(shù)只能做到720P視頻傳輸，所謂的1080P視頻都是假的，且通訊距離很難做到20km以上；只有COFDM技術(shù)能做到20km以上的1080P視頻傳輸。

最后說說提高無線圖傳通信距離的措施：

當(dāng)?shù)乩憝h(huán)境和電磁環(huán)境一定時(shí)，為了保證無線通信的穩(wěn)定和可靠，并充分挖掘低電壓微功率無線通信設(shè)備的潛力，又要做到經(jīng)濟(jì)實(shí)用，在工程設(shè)計(jì)中可考慮以下措施：

1、盡可能提高天線的有效高度

提高天線的有效高度能顯著擴(kuò)大通信距離，特別是在城市環(huán)境中，將天線設(shè)在樓頂時(shí)能避開很多障礙并遠(yuǎn)離干擾源，從而擴(kuò)大通信范圍。

2、采用高增益天線

天線是無源器件，其本身不能放大信號(hào)，但高增益天線能顯著提高通信方向上的能量密度，提高信號(hào)/噪聲比，從而擴(kuò)大通信范圍，其作用就與手電筒或是探照燈上的聚光鏡相似。但高增益天線的成本較高，幾何尺寸及重量都比較大，只適合于固定安裝使用。因此，在一點(diǎn)對多點(diǎn)或多點(diǎn)對一點(diǎn)的無線通信組網(wǎng)中可考慮主機(jī)用高增益的全向天線，分機(jī)則根據(jù)距主機(jī)距離的不同選用不同增益的天線，對于固定安裝并且距離主機(jī)特別遠(yuǎn)的分機(jī)還可選用高增益的定向天線，而距離主機(jī)較近的分機(jī)可選用低成本的普通鞭狀天線，以降低系統(tǒng)成本。發(fā)射機(jī)采用高增益定向天線可顯著提高通信方 向上的信號(hào)強(qiáng)度，而接收機(jī)采用高增益定向天線可顯著提高通信方向上的接收信號(hào)場強(qiáng)和信號(hào)/噪聲之比，從而大幅度地?cái)U(kuò)大通信距離，但只適合于同一個(gè)方向上的 通信，并且成本也較高，天線的幾何尺寸大，重量也較重，只適合于固定安裝使用。

3、盡量縮短射頻電纜的長度

用于連接無線通信機(jī)與室外天線的射頻同軸電纜對射頻信號(hào)也有一定的損耗，例如：50- 3 型電纜的損耗為0.2dB/m，50-7 型電纜的損耗為0.1dB/m，50-9 型電纜的損耗為0.07dB/m，電纜越長，損耗就越大，對所傳輸?shù)纳漕l信號(hào)的損耗的增大又會(huì)導(dǎo)致通信距離的下降，所以必要時(shí)可將射頻組件直接裝在室外天線的底部，而射頻組件與用戶系統(tǒng)間的連線則采用多芯屏蔽電纜連接。

4、盡量遠(yuǎn)離各種干擾源

距干擾源越近，信號(hào)/噪聲比就越低，也會(huì)導(dǎo)致通信距離下降。必要時(shí)可分別對數(shù)傳模塊和會(huì)產(chǎn)生電磁干擾的部件采取屏蔽措施，并用特性阻抗為50歐的射頻同軸電纜將天線引到遠(yuǎn)離干擾源的地方，同時(shí)與射頻組件相連的電源線、信號(hào)線也采用屏蔽電纜，并增加必要的濾波網(wǎng)絡(luò)，以最大降度地抑制干擾，充分發(fā)揮接收機(jī)高靈敏度的優(yōu)勢。

5、優(yōu)先采用抗干擾能力強(qiáng)的無線通信產(chǎn)品

當(dāng)無線通信接收機(jī)處在電磁干擾較大的環(huán)境中工作時(shí)，如果抗干擾能力跟不上，接收靈敏度高將變得毫無意義，此時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用抗干擾能力較強(qiáng)的產(chǎn)品，如果是數(shù)字通信系統(tǒng)還應(yīng)優(yōu)先采用有軟件糾錯(cuò)功能的產(chǎn)品。

6、防雷、防水、防潮

對于采用室外天線的系統(tǒng)，必須采取避雷、防雷措施，如加裝避雷針、避雷器，同時(shí)，對于露天架空的供電電源線、信號(hào)傳輸線也要采取避雷防雷措施，以防雷電從 電纜串入機(jī)器。對于露天安裝的射頻組件還應(yīng)采取防水措施，以防下雨時(shí)雨水進(jìn)入機(jī)器，如果設(shè)備不是長期通電或不經(jīng)常使用，而空氣又比較潮濕，則還應(yīng)采取防潮 措施，例如在機(jī)殼內(nèi)適當(dāng)?shù)胤椒胖貌⒍ㄆ诟鼡Q干燥劑，總之，要防止機(jī)器進(jìn)水和受潮，以免電路組件發(fā)霉、生銹而失效。