褚孝遠(yuǎn)，景 晟

(四川省地震局，四川成都 610041)

正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一種無線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù)，3G(3rd Generation)無線通信系統(tǒng)是指將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信相結(jié)合的新一代移動通信系統(tǒng)，能夠處理語音、圖像、數(shù)據(jù)、視頻流等多種媒體形式。為了提供這種服務(wù)，無線網(wǎng)絡(luò)必須支持不同的數(shù)據(jù)傳輸速度，即在室內(nèi)、室外和快速移動的環(huán)境中分別支持至少2 Mbps、144 kbps以及384 kbps的傳輸速率，OFDM技術(shù)可以在不同載波上傳輸不同速率的碼元，能支持不同傳輸速率業(yè)務(wù)。由于OFDM技術(shù)是未來無線寬帶接入的技術(shù)之一，也是下一代蜂窩移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，能比較好的解決在高速率無線通信傳輸中由于多徑傳播、信號快速衰落帶來的碼間串?dāng)_問題，其重要性是顯而易見的。OFDM系統(tǒng)對定時和頻率偏移敏感，特別是在與CDMA多址方式結(jié)合使用時，時域和頻域的同步性顯得尤為重要。在下行鏈路中，基站向各個終端廣播發(fā)送同步信號;在上行鏈路中，來自不同終端的信號必須同步到達(dá)基站，才能保證子載波間的正交性。基站根據(jù)各終端發(fā)來的子載波攜帶的信息進(jìn)行時域和頻域同步信息提取，再由基站發(fā)回終端，以便讓終端進(jìn)行同步。

在傳統(tǒng)的多載波通信系統(tǒng)中，整個系統(tǒng)頻帶被劃分為若干個互相分離的子信道。接收端通過濾波器把各個子信道分離之后再接收所需要的信息，雖然這樣可以避免不同信道互相干擾，但卻是以犧牲頻率利用率為代價的。當(dāng)子信道數(shù)量很大的時候，分離各子信道信號濾波提取信號將變得無法實現(xiàn)，于是，在頻帶混疊的多載波通信中，就選擇相互之間正交的載波作子載波的技術(shù)——正交頻分復(fù)用技術(shù)。OFDM既能充分利用信道帶寬，也可以避免使用高速均衡和抗突發(fā)噪聲產(chǎn)生的差錯，是一種特殊的多載波通信方案，單個用戶的信息流通過串/并變換成為多個低速率碼流，每個碼流都用一個子載波發(fā)送，OFDM不采用帶通濾波器來分隔子載波，而是通過快速傅立葉變換(FFT)來選用即使混疊也能夠保持正交的波形，因此可以降低多路徑信道帶來的數(shù)據(jù)錯誤。采用OFDM的CDMA 3G通信系統(tǒng)無線傳輸?shù)卣饠?shù)據(jù)具有抗干擾性強(qiáng)，頻譜利用率高的特點。本文的目的是模擬OFDM通信系統(tǒng)無線傳輸?shù)卣饠?shù)據(jù)，在此系統(tǒng)下建立仿真模型，分析OFDM通信系統(tǒng)無線傳輸?shù)卣饠?shù)據(jù)。

1 正交頻分復(fù)用原理及應(yīng)用

現(xiàn)代移動通信中，無線信道的主要特點是多徑傳播及衰落，發(fā)射機(jī)發(fā)出的無線電波信號在傳播路徑上受到周圍環(huán)境中地形及物體的作用產(chǎn)生反射、繞射或散射，接收機(jī)接收到的信號是從多條傳播路徑傳播的疊加信號。多徑衰落導(dǎo)致接收信號的幅度、相位和到達(dá)時間發(fā)生劇烈變化。如果發(fā)射機(jī)、接收機(jī)或周圍環(huán)境物體之一或全部都在快速運動，多徑衰落將使接收信號變得極其復(fù)雜。但是OFDM信號可以較好的抗多徑衰落，OFDM增強(qiáng)了抗頻率選擇性衰落和抗窄帶干擾的能力。在單載波系統(tǒng)中，單個衰落或者干擾可能導(dǎo)致整個鏈路不可用，但在多載波的OFDM系統(tǒng)中，只會有一小部分載波受影響。此外，糾錯碼的使用還可以幫助其恢復(fù)一些載波上的信息。通過合理地挑選子載波位置，可以使OFDM的頻譜波形保持平坦，同時保證了各載波之間的正交。

2.1 OFDM信號產(chǎn)生原理

2.2 OFDM技術(shù)在CDMA 3G通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

第二代通信系統(tǒng)則由于多徑衰落引起誤碼率比較突出，在CDMA 3G系統(tǒng)中采用OFDM技術(shù)則較好減少了誤碼率。3G通信技術(shù)最終讓用戶快速接收和發(fā)送大量數(shù)據(jù)，推動了語音通話、短信和數(shù)據(jù)信息等應(yīng)用，所以需要大量的傳輸數(shù)據(jù)。因為OFDM每個載波所使用的調(diào)制方法可以不同，各個載波能夠根據(jù)信道狀況的不同選擇不同的調(diào)制方式，比如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等等，以提高頻譜利用率和降低誤碼率。

由于OFDM系統(tǒng)較復(fù)雜，從而限制了其應(yīng)用，但是利用離散傅立葉變換/離散傅立葉反變換(DFT/IDFT)代替多載波調(diào)制和解調(diào)，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使OFDM技術(shù)趨于易實現(xiàn)。在通信系統(tǒng)中，由于在傳輸信號過程中受到多徑傳播影響信號延遲及快衰落信道的干擾產(chǎn)生誤碼，但使用OFDM技術(shù)降低了信號的誤碼率。目前OFDM技術(shù)的研究深入到無線調(diào)頻信道上的寬帶數(shù)據(jù)傳輸，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。

大崗山水電站地震監(jiān)測臺網(wǎng)與二灘水電站地震監(jiān)測臺網(wǎng)的臺站有CDMA 2G或CDMA 3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，并且多數(shù)臺站CDMA信號強(qiáng)度能達(dá)到24 dBm以上，數(shù)據(jù)傳輸時延均小于1 s，滿足地震臺數(shù)據(jù)傳輸指標(biāo)要求，但是CDMA 3G系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)延時明顯優(yōu)于CDMA 2G系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)延時減少200 ms左右。采用OFDM技術(shù)的CDMA 3G通信系統(tǒng)和CDMA 2G在部分監(jiān)測臺站的網(wǎng)絡(luò)延時參數(shù)對比見表1和表2。

表1 CDMA信號強(qiáng)度為31 dBm部分監(jiān)測臺站網(wǎng)絡(luò)測試結(jié)果

表2 CDMA信號強(qiáng)度為24 dBm部分監(jiān)測臺站網(wǎng)絡(luò)測試結(jié)果

通過對比，監(jiān)測臺站信號強(qiáng)度同樣為31 dBm或24 dBm的情況下，CDMA 3G通信系統(tǒng)比CDMA 2G通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)延時減少了200 ms左右。表3和表4為在瀘定縣區(qū)域內(nèi)分別使用CDMA 2G系統(tǒng)和CDMA 3G系統(tǒng)的監(jiān)測臺站2013年7月至9月的運行率。

表3 部分使用CDMA 3G系統(tǒng)監(jiān)測臺站運行率統(tǒng)計

表4 部分使用CDMA 2G系統(tǒng)監(jiān)測臺站運行率統(tǒng)計

從上表可以看出，在同一地區(qū)使用CDMA 3G系統(tǒng)的監(jiān)測臺站運行率高于使用CDMA 2G系統(tǒng)的監(jiān)測臺站運行率，反映出CDMA 2G系統(tǒng)的誤碼率高于CDMA 3G系統(tǒng)，由于誤碼降低了運行率。

3 結(jié)束語

用MATLAB構(gòu)建系統(tǒng)仿真的結(jié)果表明，使用OFDM技術(shù)的CDMA 3G通信系統(tǒng)傳輸?shù)卣饠?shù)據(jù)完全可行，而且在CDMA 3G系統(tǒng)中實際使用取得良好的效果，通過測試對比，CDMA 3G系統(tǒng)在傳輸時延及抗干擾方面均優(yōu)于CDMA 2G系統(tǒng)，CDMA 3G技術(shù)已經(jīng)在數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域得到成功的應(yīng)用，雖然本仿真法還需優(yōu)化，但對使用OFDM技術(shù)的CDMA 3G通信系統(tǒng)傳輸?shù)卣饠?shù)據(jù)提供了理論依據(jù)。

［1］景晟，吳彤，鐘立人，等.Viterbi譯碼算法在GMSK系統(tǒng)中的性能分析［J］.地震地磁觀測與研究，2012，(2):110-116.

［2］景晟，韓進(jìn)，宋澄.IPSTAR衛(wèi)星在高斯信道中傳輸數(shù)據(jù)應(yīng)用與性能分析［J］.地震地磁觀測與研究，2013，(3-4):266-270.

［3］Hiroshi Harada.Ramjee Prasad.simulation and software radio for mobile communications［M］.London UK:Artech House，2002.

［4］董長虹，余海嘯，高程，金濤.Matlab信號處理與應(yīng)用［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2005.

［5］Leon W.Couch，II.數(shù)字與模擬通信系統(tǒng)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2002.

［6］王立寧，樂光新，詹菲.MATLAB與通信仿真［M］.北京:人民郵電出版社，2000.