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

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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(huì)讓通信系統(tǒng)的性能和質(zhì)量受到嚴(yán)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(huì)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(xì)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(hào)發(fā)送器的原理是：將用戶的信號(hào)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(huì)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(hào)輸出在N條線路上。隨后，該OFDM碼會(huì)進(jìn)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(shí)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?yàn)楦鱾€(gè)載波的中心頻點(diǎn)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(gè)載波間的正交。OFDM的接收機(jī)實(shí)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(huì)由于其他的載波積分的信號(hào)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(gè)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(hào)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(gè)OFDM的符號(hào)，E[]表示的是數(shù)學(xué)期望。N點(diǎn)M進(jìn)制的輸入的序列為[x0，…，xn-1]，把星座映射后的傳輸信號(hào)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(gè)，在一個(gè)OFDM的符號(hào)周期內(nèi)，基帶的OFDM符號(hào)可以表示為：

對(duì)于連續(xù)的時(shí)域信號(hào)s（t）是以T/N的速率進(jìn)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(shí)域信號(hào)s（k），即s（k）為：

對(duì)所有的子載波歸一化可得，

理論上峰均功率比可達(dá)到：

其中，從（5）可以看出，降低PAPR技術(shù)的實(shí)質(zhì)就是降低R（u），也就是降低傳輸信號(hào)的序列。當(dāng)傳輸信號(hào)的輸入具序列的一致性比較大時(shí)，OFDM峰均功率就較高。假設(shè)當(dāng)傳輸信號(hào)輸入的二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列全為1時(shí)，那么經(jīng)過映射和IFFT陶制以后，信號(hào)就會(huì)瞬間產(chǎn)生很大的峰均值功率，從而會(huì)導(dǎo)致PAPR達(dá)到理論上的最大值N。分析表明，新的算法不但能減小運(yùn)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(diǎn)

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(hù)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(shí)，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(dá)到最小值，這就使得OFDM技術(shù)在使用相同的頻帶時(shí)具有更高的頻譜利用率。

3.2 衰落性能強(qiáng)

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(hào)在傳輸時(shí)會(huì)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(shí)，想要實(shí)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?yàn)榫獾膶?shí)質(zhì)是碼間干擾將以多徑信道的形式來得以補(bǔ)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(gè)子信道的速率變動(dòng)比較低，從而可以達(dá)到均衡的狀態(tài)，這是可以實(shí)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(shí)現(xiàn)信道的衰落。在工作初期時(shí)，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(shí)間后，如果哪個(gè)頻段的信號(hào)變的衰落嚴(yán)重時(shí)，超過了規(guī)定的信噪比門限，將會(huì)自動(dòng)發(fā)送關(guān)閉該頻段的子載波的信號(hào)，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(jī)制。當(dāng)OFDM的信道條件好的時(shí)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(shí)候，可以采用抗干擾能力較強(qiáng)的調(diào)制方式來處理;當(dāng)OFDM采用加載算法時(shí)，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(jìn)行傳送數(shù)據(jù)。因此，OFDM技術(shù)是非常適合在高速率上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹?/p>

3.4 抗碼間干擾（ISI）能力強(qiáng)

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(huì)造成一定的碼間干擾，這說明造成碼間干擾的原因其實(shí)是有很多種的。OFDM采用的是循環(huán)前綴，這對(duì)對(duì)抗碼間干擾是有很強(qiáng)的能力的。

4 結(jié)論

OFDM系統(tǒng)可以作為一種有效的對(duì)抗信號(hào)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行發(fā)展的一個(gè)項(xiàng)目，它將會(huì)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(huì)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(jī)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.

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1674-6708（2011）34-0197-02