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      淺談應(yīng)急通信系統(tǒng)中OFDM技術(shù)的應(yīng)用

      2011-09-23 03:43:54行社東
      科技傳播 2011年1期
      關(guān)鍵詞:頻帶載波信道

      行社東

      中國通信建設(shè)第二工程局有限公司,陜西西安 710119

      淺談應(yīng)急通信系統(tǒng)中OFDM技術(shù)的應(yīng)用

      行社東

      中國通信建設(shè)第二工程局有限公司,陜西西安 710119

      在通信系統(tǒng)中,一直存在著頻率選擇性的衰落,以及噪聲的干擾和碼間串?dāng)_。衰落包括快衰落和慢衰落。這些問題都會讓通信系統(tǒng)的性能和質(zhì)量受到嚴重的影響。正交頻分復(fù)用技術(shù)OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing),此技術(shù)常常會被用于抵抗外界干擾較差的地方的傳輸介質(zhì)中。就是解決這些問題的方法之一。本文將詳細的分析和研究該技術(shù)。

      正交頻分復(fù)用技術(shù);信道載波;頻譜利用率;應(yīng)急通訊

      1 OFDM的基本原理

      OFDM信號發(fā)送器的原理是:將用戶的信號用串行的方式輸入給發(fā)送器,頻率為R碼字/秒。這些R碼會被先送入到并行變換器中,以并行的方式將串行輸入的信號輸出在N條線路上。隨后,該OFDM碼會進行快速的傅里葉逆變換,這可以將頻域離散的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成時域離散的數(shù)據(jù)。OFDM采用的是基于載波頻率正交的FFT調(diào)制,其中各載波間是可以相互混疊的,但是因為各個載波的中心頻點是沒有其他的載波的頻譜分量,所以O(shè)FDM能夠?qū)崿F(xiàn)各個載波間的正交。OFDM的接收機實質(zhì)就是一組解調(diào)器,可以將不同的載波調(diào)制零頻,而不會由于其他的載波積分的信號正交導(dǎo)致其影響。子載波的數(shù)量是與OFDM的高數(shù)據(jù)速率有關(guān)系的,增加子載波的數(shù)目能夠提高數(shù)據(jù)的傳輸速率。OFDM的每個頻帶的調(diào)制方法可以是不相同的,這樣就增加了系統(tǒng)的靈活性。因此,OFDM適用于多用戶的較高的靈活度以及較高的利用率的通信系統(tǒng)中。

      2 OFDM的數(shù)學(xué)表示

      OFDM系統(tǒng)的峰均功率比指的是OFDM信號的最大峰值功率與其平均功率的比,即

      其中XN表示的是經(jīng)過反傅里葉變換后所得到的一個OFDM的符號,E[]表示的是數(shù)學(xué)期望。N點M進制的輸入的序列為[x0,…,xn-1],把星座映射后的傳輸信號數(shù)據(jù)序列分別調(diào)制在子載波上,其中子載波含有N個,在一個OFDM的符號周期內(nèi),基帶的OFDM符號可以表示為:

      對于連續(xù)的時域信號s(t)是以T/N的速率進行的抽樣,即讓t=kT/N(k=0,1,…,N-1),這樣就可以得到離散的時域信號s(k),即s(k)為:

      對所有的子載波歸一化可得,

      理論上峰均功率比可達到:

      其中,從(5)可以看出,降低PAPR技術(shù)的實質(zhì)就是降低R(u),也就是降低傳輸信號的序列。當(dāng)傳輸信號的輸入具序列的一致性比較大時,OFDM峰均功率就較高。假設(shè)當(dāng)傳輸信號輸入的二進制數(shù)據(jù)序列全為1時,那么經(jīng)過映射和IFFT陶制以后,信號就會瞬間產(chǎn)生很大的峰均值功率,從而會導(dǎo)致PAPR達到理論上的最大值N。分析表明,新的算法不但能減小運算的復(fù)雜性,還能夠獲得比較好的峰均值比。

      3 OFDM技術(shù)的優(yōu)點

      3.1 頻帶利用率高

      OFDM技術(shù)允許將子載波作為重疊的正交子信道,它不只是利用傳統(tǒng)的保護頻帶分離子信道的方式,來提高的頻率利用的效率。在頻譜利用率較高的相同的帶寬下,當(dāng)子載波的數(shù)目增加時,采用的是正交的函數(shù)序列作為副載波。而相鄰的子載波間的頻譜是相互正交重疊的,載波的間隔可以達到最小值,這就使得OFDM技術(shù)在使用相同的頻帶時具有更高的頻譜利用率。

      3.2 衰落性能強

      由于應(yīng)急通訊系統(tǒng)的低壓輸電線的阻抗變化的幅度比較大,信號在傳輸時會出現(xiàn)衰落的現(xiàn)象。解決信道衰落的方法是適應(yīng)均衡,但是當(dāng)系統(tǒng)的傳輸速率很高時,想要實現(xiàn)快速的均衡的復(fù)雜性和較高的成本是不可估量的。在一般的衰落的環(huán)境下,有效的改善OFDM系統(tǒng)的性能的方法不是系統(tǒng)均衡。因為均衡的實質(zhì)是碼間干擾將以多徑信道的形式來得以補償,然而OFDM系統(tǒng)本身就已經(jīng)利用了多徑信道的分集的特性,因此在衰落的環(huán)境下,OFDM系統(tǒng)是不做均衡的。采用OFDM調(diào)制使每個子信道的速率變動比較低,從而可以達到均衡的狀態(tài),這是可以實現(xiàn)的。OFDM技術(shù)可以通過子信道的打開和關(guān)閉的方式來實現(xiàn)信道的衰落。在工作初期時,OFDM系統(tǒng)將在所有的子信道上都發(fā)送數(shù)據(jù),工作一段時間后,如果哪個頻段的信號變的衰落嚴重時,超過了規(guī)定的信噪比門限,將會自動發(fā)送關(guān)閉該頻段的子載波的信號,關(guān)閉子載波,從而避免了因衰落而引發(fā)的誤碼。

      3.3 適合高速數(shù)據(jù)傳輸

      OFDM技術(shù)是可以使不同的子載波,按照信道情況的不同與噪音背景的不同的調(diào)制方式,來使用調(diào)制機制。當(dāng)OFDM的信道條件好的時候,可以采用效率較高的調(diào)制方式來處理;而當(dāng)OFDM的信道條件差的時候,可以采用抗干擾能力較強的調(diào)制方式來處理;當(dāng)OFDM采用加載算法時,可以讓系統(tǒng)把更多的數(shù)據(jù)收集起來,集中的放在條件較好的信道上,用高速率的方式進行傳送數(shù)據(jù)。因此,OFDM技術(shù)是非常適合在高速率上進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹?/p>

      3.4 抗碼間干擾(ISI)能力強

      在數(shù)字通信系統(tǒng)中,除噪聲干擾外,最主要的就是碼間干擾了,碼間干擾與噪聲干擾是不同的,它是一種乘性的干擾,而噪聲干擾是一種加性的干擾。只要傳輸?shù)男诺李l帶是有限的,就會造成一定的碼間干擾,這說明造成碼間干擾的原因其實是有很多種的。OFDM采用的是循環(huán)前綴,這對對抗碼間干擾是有很強的能力的。

      4 結(jié)論

      OFDM系統(tǒng)可以作為一種有效的對抗信號波形間干擾的傳輸技術(shù),OFDM系統(tǒng)具有其自身的優(yōu)勢和良好的性能,因此在很多的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。歐洲的DAB系統(tǒng)所使用的就是OFDM調(diào)制技術(shù)。實驗系統(tǒng)一直在使用,而且明顯的改善了應(yīng)急通訊系統(tǒng),用于DAB的成套的芯片的開發(fā)正在歐洲進行發(fā)展的一個項目,它將會讓越來越多的人把精力放在應(yīng)急通訊系統(tǒng)的OFDM技術(shù)的開發(fā)上,使OFDM技術(shù)更廣泛的被人們所使用,市場前景也是非常廣闊的。因此,OFDM技術(shù)將會成為第三代以后的應(yīng)急通信的主流技術(shù)。

      [1]王文博,鄭侃.寬帶無線通信OFDM技術(shù)[M].2版.北京:人民郵電出版社,2009.

      [2]張雪麗.應(yīng)急通信新技術(shù)與系統(tǒng)應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2010.

      [3]孫玉.應(yīng)急通信技術(shù)總體框架討論[M].北京:人民郵電出版社,2009.

      TN92

      A

      1674-6708(2011)34-0197-02

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