3、COFDM技術(shù)簡介

　　⑴什么是COFDM

　　COFDM(coded orthogonal frequency division multiplexing)，即編碼正交頻分復(fù)用的簡稱，是目前世界最先進和最具發(fā)展?jié)摿Φ恼{(diào)制技術(shù)。其基本原理就是將高速數(shù)據(jù)流通過串并轉(zhuǎn)換，分配到傳輸速率較低的若干子信道中進行傳輸。編碼(C)是指信道編碼采用編碼率可變的卷積編碼方式，它可將突發(fā)性誤碼進行分散處理，以確保整幀圖像的正確傳輸;正交頻分復(fù)用(OFDM)指使用大量的載波(副載波)，它們有相等的頻率間隔，都是一個基本震蕩頻率的整數(shù)倍;復(fù)用(M)指多路數(shù)據(jù)源相互交織地分布在上述大量載波上，形成一個頻道。
　
　　上個世紀(jì)中期，人們提出了頻帶混疊的多載波通信方案，選擇相互之間正交的載波頻率作子載波，也就是我們所說的OFDM。這種“正交”表示的是載波頻率間精確的數(shù)學(xué)關(guān)系。按照這種設(shè)想，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)噪聲差錯。OFDM是一種特殊的多載波通信方案，單個用戶的信息流被串/并變換為多個低速率碼流，每個碼流都用一個子載波發(fā)送。OFDM不用帶通濾波器來分隔子載波，而是通過快速傅立葉變換(FFT)來選用那些即便混疊也能夠保持正交的波形。(見圖一)

　　OFDM技術(shù)屬于多載波調(diào)制(Multi-CarrierModulation，MCM)技術(shù)。有些文獻上將OFDM和MCM混用，實際上不夠嚴密。MCM與OFDM常用于無線信道，它們的區(qū)別在于：OFDM技術(shù)特指將信道劃分成正交的子信道，頻道利用率高;而MCM，可以是更多種信道劃分方法。

　　OFDM技術(shù)的推出其實是為了提高載波的頻譜利用率，或者是為了改進對多載波的調(diào)制，它的特點是各子載波相互正交，使擴頻調(diào)制后的頻譜可以相互重疊，從而減小了子載波間的相互干擾。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，以頻譜利用率和誤碼率之間的最佳平衡為原則。OFDM技術(shù)使用了自適應(yīng)調(diào)制，根據(jù)信道條件的好壞來選擇不同的調(diào)制方式。OFDM還采用了功率控制和自適應(yīng)調(diào)制相協(xié)調(diào)工作方式。信道好的時候，發(fā)射功率不變，可以增強調(diào)制方式(如64QAM)，或者在低調(diào)制方式(如QPSK)時降低發(fā)射功率。

　　OFDM技術(shù)是HPA聯(lián)盟(HomePlug Powerline Alliance)工業(yè)規(guī)范的基礎(chǔ)，它采用一種不連續(xù)的多音調(diào)技術(shù)，將被稱為載波的不同頻率中的大量信號合并成單一的信號，從而完成信號傳送。由于這種技術(shù)具有在雜波干擾下傳送信號的能力，因此常常會被利用在容易受外界干擾或者抵抗外界干擾能力較差的傳輸介質(zhì)中。

　?、艭OFDM技術(shù)應(yīng)用于無線寬帶傳輸?shù)膬?yōu)點

　　無線圖像傳輸廣義上屬于無線寬帶傳輸，大體了經(jīng)歷模擬、數(shù)字傳輸兩個階段。

　　模擬圖像傳輸因其多經(jīng)干擾、同頻干擾和噪聲疊加，導(dǎo)致實際應(yīng)用中圖像傳輸可靠性和高圖像質(zhì)量難以保證，因此模擬圖像無線傳輸在很多行業(yè)已基本被淘汰。

　　隨著圖像編解碼和無線數(shù)字調(diào)制技術(shù)的發(fā)展，無線數(shù)字圖像傳輸成為目前的技術(shù)中堅。其基本結(jié)構(gòu)均為視音頻編碼——無線信道數(shù)字調(diào)制——視音頻解碼，如圖二：
　　目前現(xiàn)有的無線應(yīng)用中，視音頻壓縮編碼以MPEG2/4、H.261/263等為主。其中高質(zhì)量圖像(標(biāo)準(zhǔn)PAL/NTSC制式或分辨率不小于700×500)一般以MPEG2編解碼居多，也有采用小波編解碼。其對應(yīng)的無線傳輸按體制可以用微波(數(shù)字微波、擴頻微波)、無線LAN(802.11FHSS、802.11(b)DSSS、802.11(g)DSSS/OFDM、802.11(a)OFDM)等技術(shù)實現(xiàn)。雖然，這些技術(shù)各有優(yōu)勢，但它們大多都存在共同的缺點，如通視傳輸、定向傳輸、不支持移動等，從而限制用戶的應(yīng)用，甚至無法滿足部分用戶最基本的需求。

　　隨著OFDM技術(shù)及組件的成熟，國外在無線圖像上已趨于淘汰微波和跳頻(FHSS)、802.11b直序擴頻(DSSS)等方案，而采用COFDM技術(shù)的產(chǎn)品。

　　COFDM技術(shù)應(yīng)用于無線圖像傳輸優(yōu)點有如下方面：

　　適合在城區(qū)、城郊、建筑物內(nèi)等非通視和有阻擋的環(huán)境中應(yīng)用，表現(xiàn)出卓越的“繞射”“穿透”能力。

　　傳統(tǒng)的微波設(shè)備，必須在通視條件(既收發(fā)兩點之間必須無阻擋)下才能建立鏈路，所以使用中受環(huán)境制約，需要提前考察環(huán)境，擬定、實測收發(fā)點。即使成功“布點”，天線定向、線纜布置等工作也相當(dāng)煩瑣，不僅直接限制視音頻頻源的獲取、傳輸，而且系統(tǒng)的可靠性、工作效率也大打折扣。

　　COFDM無線圖像設(shè)備則徹底改變了這種局面。因其多載波等技術(shù)特點，COFDM設(shè)備具備“非視距”、“繞射”傳輸?shù)膬?yōu)勢，在城區(qū)、山地、建筑物內(nèi)外等不能通視及有阻擋的環(huán)境中，該設(shè)備能夠以高概率實現(xiàn)圖像的穩(wěn)定傳輸，不受環(huán)境影響或受環(huán)境影響小。其收發(fā)兩端一般采用全向天線，無須預(yù)先“踩點”、“定向”、布設(shè)繁雜的視音頻輸入、輸出電纜，視音頻頻源的采集端、接收端可根據(jù)現(xiàn)場情況及指揮/導(dǎo)演的要求自由活動。系統(tǒng)簡單、可靠，應(yīng)用靈活。

　　適合高速移動中傳輸，可應(yīng)用于車輛、船舶、直升機/無人機等平臺。

　　對于大多數(shù)行業(yè)而言，無線圖像的一般應(yīng)用模式是：視音頻前端采集—接入點(車、船、機)--視音頻處理中心。所以車輛、船舶、直升機/無人機等平臺是系統(tǒng)非常重要的組成部分，其核心的功能之一就是實時接入前端的圖像。

　　微波(數(shù)字微波、擴頻微波)、WLAN等設(shè)備因其技術(shù)體制的原因，無法獨立實現(xiàn)收、發(fā)端的移動中傳輸。如應(yīng)用到車輛、船舶上，通常的方案是再配置附加的“伺服穩(wěn)定”裝置，以解決電磁波定向、跟蹤、穩(wěn)定等問題，且僅能在一定條件下實現(xiàn)移動點對固定點的傳輸。這樣，其系統(tǒng)的技術(shù)環(huán)節(jié)多，工程復(fù)雜，可靠性降低，造價極高。

　　但對于COFDM設(shè)備，它不需要任何附加裝置，就可實現(xiàn)固定—移動，移動—移動間的使用，非常適合安裝到車輛、船舶、直升機/無人機等移動平臺上。不僅傳輸有高可靠性，而且對比以上的方案，由于無須再配置附加的“伺服穩(wěn)定”裝置，所以表現(xiàn)出很高的性價比。

　　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。

　　高質(zhì)量的視音頻除對攝像機的要求外，對編碼流、信道速率要求十分高。一般的數(shù)字微波，擴頻微波傳輸中，雖然采用MPEG2編碼，但信道多采用2M速率，如E1，使得解碼后的圖像分辨率一般為352×288，無法滿足后期分析、存儲、編輯等要求。

　　COFDM技術(shù)每個子載波可以選擇QPSK、16QAM、64QAM等高速調(diào)制，合成后的信道速率一般均大于4M bps。因此，可以傳輸MPEG2中4:2:0、4:2:2等高質(zhì)量編解碼，接收端圖像分辨率可達到720×576，滿足后期分析、存儲、編輯等要求。

　　在復(fù)雜電磁環(huán)境中，COFDM具備優(yōu)異的抗干擾性能。

　　對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾及信號波形間的干擾性能優(yōu)越，通過各個子載波的聯(lián)合編碼，具有很強的抗衰落能力。在單載波系統(tǒng)中(如數(shù)字微波，擴頻微波等)，單個衰落或干擾能夠?qū)е抡麄€通信鏈路失敗，但是在多載波COFDM系統(tǒng)中，僅僅有很小一部分子載波會受到干擾，并且這些子信道還可以采用糾錯碼來進行糾錯，確保傳輸?shù)牡驼`碼率。

　　信道利用率很高

　　這一點在頻譜資源有限的無線環(huán)境中尤為重要;當(dāng)子載波個數(shù)很大時，系統(tǒng)的頻譜利用率趨于2Baud/Hz.