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cofdm基础知识

COFDM调制技术

概述

随着国际通信技术的迅猛发展，COFDM调制技术也应运而生，这使得在“高速运动中”和“非视通条件下”实现高质量实时图像和数据传输成为可能。

采用COFDM调制技术的通信设备也进入了一个崭新的时代。

什么是COFDM调制技术呢？

COFDM（codedorthogonalfrequencydivisionmultiplexing）即编码正交频分复用，是目前世界最先进和最具发展潜力的调制技术。

其基本原理就是将高速数据流通过串并转换，分配到传输速率较低的若干子信道中进行传输。

属于频带混叠的多载波通信方案，选择相互之间正交的载波频率作子载波。

COFDM既能充分利用信道带宽，也可以避免使用高速均衡和抗突发噪声差错。

COFDM是一种特殊的多载波通信方案，单个用户的信息流通过串行或者并行变换为多个低速率码流，每个码流都用1个子载波发送。

COFDM不用带通滤波器来分隔子载波，而是通过快速傅立叶变换（FFT）来选用那些即便混叠也能够保持正交的波形。

 COFDM技术提高载波的频谱利用率，改进对多载波的调制，它的特点是各子载波相互正交，使扩频调制后的频谱可以相互重叠，从而减小了子载波间的相互干扰。

COFDM每个载波所使用的调制方法可以不同。

各个载波能够根据信道状况的不同，选择不同的调制方式，比如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等等，以频谱利用率和误码率之间的最佳平衡为原则。

COFDM技术使用了自适应调制，根据信道条件的好坏来选择不同的调制方式。

   COFDM技术能同时分开多个数字信号，而且在干扰的信号周围可以安全运行。

使得COFDM技术深受通信设备商以及手机生产商的喜爱和欢迎。

COFDM技术能够持续不断地监控传输介质上通信特性的突然变化，通信路径传送数据的能力会随时间发生变化，COFDM能动态地与之相适应，并且接通和切断相应的载波以保证持续地进行成功的通信。

该技术可以自动地检测传输介质下哪一个特定的载波存在高的信号衰减或干扰脉冲，然后采取合适的调制措施来使指定频率下的载波进行成功通信。

COFDM技术特别适合使用在高层建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及将信号覆盖的地区、高速的数据传播。

COFDM技术主要有如下几个优点：

（1）在窄带带宽下也能够发出大量的数据。

COFDM技术能同时分开多个数字信号，而且在干扰的信号周围可以安全运行的能力，可以充分利用带宽资源。

（2）COFDM技术能够持续不断地监控传输介质上通信特性的突然变化，由于通信路径传送数据的能力会随时间发生变化，所以COFDM能动态地与之相适应，并且接通和切断相应的载波以保证持续地进行成功的通信；

（3）该技术可以自动地检测到传输介质下哪一个特定的载波存在高的信号衰减或干扰脉冲，然后采取合适的调制措施来使指定频率下的载波进行成功通信；

（4）COFDM技术特别适合使用在高层建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及将信号散播的地区。

高速的数据传播及数字语音广播都希望降低多径效应对信号的影响。

（6）可以有效地对抗信号波形间的干扰，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输。

当信道中因为多径传输而出现频率选择性衰落时，只有落在频带凹陷处的子载波以及其携带的信息受影响，其他的子载波未受损害，因此系统总的误码率性能要好得多。

（7）通过各个子载波的联合编码，具有很强的抗衰落能力。

COFDM技术本身已经利用了信道的频率分集，如果衰落不是特别严重，就没有必要再加时域均衡器。

通过将各个信道联合编码，则可以使系统性能得到提高。

（8）COFDM技术抗窄带干扰性很强，因为这些干扰仅仅影响到很小一部分的子信道。

（9）信道利用率很高，这一点在频谱资源有限的无线环境中尤为重要；当子载波个数很大时，系统的频谱利用率趋于2Baud/Hz。

   表现在实际应用中，COFDM有以下独具的优势：

   首先，抗衰落能力强。

COFDM把用户信息通过多个子载波传输，在每个子载波上的信号时间就相应地比同速率的单载波系统上的信号时间长很多倍，使COFDM对脉冲噪声（ImpulseNoise）和信道快衰落的抵抗力更强。

同时，通过子载波的联合编码，达到了子信道间的频率分集的作用，也增强了对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗力。

因此，如果衰落不是特别严重，就没有必要再添加时域均衡器。

   其次，频率利用率高。

COFDM允许重叠的正交子载波作为子信道，而不是传统的利用保护频带分离子信道的方式，提高了频率利用效率。

   再者，适合高速数据传输。

COFDM自适应调制机制使不同的子载波可以按照信道情况和噪音背景的不同使用不同的调制方式。

当信道条件好的时候，采用效率高的调制方式。

当信道条件差的时候，采用抗干扰能力强的调制方式。

再有，COFDM加载算法的采用，使系统可以把更多的数据集中放在条件好的信道上以高速率进行传送。

因此，COFDM技术非常适合高速数据传输。

   此外，抗码间干扰能力强。

码间干扰是数字通信系统中除噪声干扰之外最主要的干扰，它与加性的噪声干扰不同，是一种乘性的干扰。

造成码间干扰的原因有很多，实际上，只要传输信道的频带是有限的，就会造成一定的码间干扰。

COFDM由于采用了循环前缀，对抗码间干扰的能力很强。

应用

无线图像传输广义上属于无线宽带传输，大体了经历模拟、数字传输两个阶段。

   模拟图像传输因其多经干扰、同频干扰和噪声叠加，导致实际应用中图像传输可靠性和高图像质量难以保证，因此模拟图像无线传输在很多行业已基本被淘汰。

   随着图像编解码和无线数字调制技术的发展，无线数字图像传输成为目前的技术中坚。

    目前现有的无线应用中，视音频压缩编码以MPEG2/4、H.261/263/264等为主。

其中高质量图像（一般以MPEG2/MPEG4编解码居多。

无线传输按体制可以用微波（数字微波、扩频微波）、无线LAN（802.11FHSS、802.11（b）DSSS、802.11（g）DSSS/OFDM、802.11（a）COFDM）等技术实现。

虽然，这些技术各有优势，但它们大多都存在共同的缺点，如通视传输、定向传输、不支持移动等，从而限制用户的应用，甚至无法满足部分用户最基本的需求。

   随着COFDM技术及组件的成熟，国外在无线图像上已趋于淘汰微波和802.11FHSS、802.11（b）DSSS等方案，而采用COFDM技术的产品。

   COFDM技术应用于无线图像传输优点有如下方面：

   1、适合在城区、城郊、建筑物内等非通视和有阻挡的环境中应用，表现出卓越的“绕射”“穿透”能力。

   传统的微波设备，必须在通视条件（既收发两点之间必须无阻挡）下才能建立链路，所以使用中受环境制约，需要提前考察环境，拟定、实测收发点。

即使成功“布点”，天线定向、线缆布置等工作也相当烦琐，不仅直接限制视音频源的获取、传输，而且系统的可靠性、工作效率也大打折扣。

   COFDM无线图像设备则彻底改变了这种局面。

因其多载波等技术特点，COFDM设备具备“非视距”、“绕射”传输的优势，在城区、山地、建筑物内外等不能通视及有阻挡的环境中，该设备能够以高概率实现图像的稳定传输，不受环境影响或受环境影响小。

系统简单、可靠，应用灵活。

   2、适合高速移动中传输，可应用于车辆、船舶、直升机/无人机等平台。

   对于大多数行业而言，无线图像的一般应用模式是：

视音频前端采集—接入点（车、船、机）--视音频处理中心（一般通过有线链路或卫通）。

所以车辆、船舶、直升机/无人机等平台是系统非常重要的组成部分，其核心的功能之一就是实时接入前端的图像。

   微波（数字微波、扩频微波）、无线LAN等设备因其技术体制的原因，无法独立实现收、发端的移动中传输。

如应用到车辆、船舶上，通常的方案是再配置附加的“伺服稳定”装置，以解决电磁波定向、跟踪、稳定等问题，且仅能在一定条件下实现移动点对固定点的传输。

这样，其系统的技术环节多，工程复杂，可靠性降低，造价极高。

但对于COFDM设备，它不需要任何附加装置，就可实现固定—移动，移动—移动间的使用，非常适合安装到车辆、船舶、直升机/无人机等移动平台上。

不仅传输有高可靠性，而且对比以上的方案，由于无须再配置附加的“伺服稳定”装置，所以表现出很高的性价比。

   3、适合高速数据传输，速率一般大于4Mbps，满足高质量视音频的传输。

  高质量的视音频除对摄像机的要求外，对编码流、信道速率要求十分高。

一般的数字微波，扩频微波传输中，虽然采用MPEG2编码，但信道多采用2M速率，如E1，使得解码后的图像分辨率一般为352×288，无法满足后期分析、存储、编辑等要求。

   COFDM技术每个子载波可以选择QPSK、16QAM、64QAM等高速调制，合成后的信道速率一般均大于4Mbps。

因此，可以传输MPEG2中4:

2:

0、4:

2:

2等高质量编解码，接收端图像分辨率可达到576×720或480×720，满足后期分析、存储、编辑等要求。

   4、在复杂电磁环境中，COFDM具备优异的抗干扰性能。

   对抗频率选择性衰落或窄带干扰及信号波形间的干扰性能优越，通过各个子载波的联合编码，具有很强的抗衰落能力。

在单载波系统中（如数字微波，扩频微波等），单个衰落或干扰能够导致整个通信链路失败，但是在多载波COFDM系统中，仅仅有很小一部分子载波会受到干扰，并且这些子信道还可以采用纠错码来进行纠错，确保传输的低误码率。

   5、信道利用率很高。

   这一点在频谱资源有限的无线环境中尤为重要；当子载波个数很大时，系统的频谱利用率趋于2Baud/Hz。

Orange系列非视距移动传输设备是在充分研究和消化近年来国际上主流COFDM移动传输产品的基础上，整合MPEG4视频编解码技术，自主研发的更适合非视距移动传输的多带宽COFDM产品。

由于orange系列产品拥有COFDM调制的核心技术，又整合了MPEG4/H.264视频编解码技术，使得产品性能大为提高，也使产品功能重组的能力大为提升，我们可以根据用户的具体要求做各种可能的应用改动。

产品优越性的对比

目前国内采用COFDM调制技术做出来产品可以分为以下几类：

1.购进国外现成的模块，回国后自己设计机械方面的硬件部分，完全采用国外的技术。

这样在技术指标和性能方面占有极大的优势，但是其成本过高是一直无法突破的瓶颈，目前市场上在高端部分仍占有一定势力。

也就是说此类产品的软肋就是成本过高，在市场竞争激烈的浪潮中其优势将随着其他公司产品性能、技术指标的不断提高中逐渐的减退。

优势：

产品性能比较稳定、技术指标也比较高

劣势：

成本过高，销售的价格也是水涨船也高。

2.采用国外的板卡，换句话说就是采用国外的核心技术，回来后经过二次开发而形成的一类产品。

这样在成本上就比第一种纯粹的模块有所降低，也在技术上有所突破，毕竟容入了一些自己的一部分东西。

但是在整体的性能指标上将逊色一些，只有8M带宽的单一模式，很难应对市场的综合需求。

在目前的中、低档市场上占有一定的份额。

优势：

成本上有所下降，其功能也能满足用户的需要

劣势：

产品的整体性能和技术指标还是有待韵色。

3.自主开发，这样就有些难度了，毕竟是一个新兴高端技术，门槛较高这也是目前做的人比较少的原因之一，需要有足够实力不但包括资金主要是技术研发势力。

在这方面北京欧远致科技公司（www.oyz.cc）在经过一年多的研发和反复实验，于近日终于推出了拥有自主知识产权的orange系列非视距传输设备。

因为是自主研发所以在具体的实际应用中可以随着用户不同需求的变化而变化，真正做到“量体裁衣”为用户做出经济实用的解决方案。

灵活机动的修改使我们可以把带宽做到2M、4M、8M、16M，视频编码采用MPEG2、MPEG4跳出了目前市场上只有MPEG2的局限，把MPEG4的优势体现出来。

在整体的性能和技术指标上毫不逊色与国外同类产品的同时，成本上因为摆脱了只有依赖进口的格局，使我们的成本大大降低，在整体性能不变的情况下价格的优势将更为突出。

产品特点

★采用多带宽COFDM调制技术信道带宽8/7/6/5/4/3／2/1.2MHz可选；

★高质量的H.264/MPEG4视频编解码技术，兼容MPEG2；

★高速运动中实现高质量实时图像和数据传输；

★非视通条件下实现高质量实时图像和数据传输；

★根据用户要求，设计加密方式；

★手动8频道选择；

关于其它产品：

性能和技术指标稍微低与该公司的产品，其价格则远高于他们的价格，在这个方面该公司较有优势。

带宽方面其它厂家的局限性就更加突出了，因为他们拿多少Mhz的板卡就是多少Mhz的机器。

灵活性被制约，随着电子频段的日益紧张，这方面的矛盾就更加加剧了。

我们在这一块有着显著的优势，他们不但可以推出1M、2M、3M、4M、5M、6M、7M、8M的产品，而且还有能在一台机器上随意在多种带宽间进行切换，这样在抗电子环境上有着明显的优势。

频点方面，他们的发射板卡将推出宽带的2.3G以下可以任意配配，只需配不同攻放、滤波和天线即可。

接收板卡本身就是宽带的通过软件的配置就可以实现频点的变更。

灵活的配置，为产品对环境的适应性有着极大的优势。

加密方面，AES128位加密方式，能够给专门的行业和特殊的部门提供保密性即强的保障，首先他们是在信道编码时就进行了加密，这样加密方式，破解起来是非常非常的困难的。

独特的加密方式是他们打开特殊领域的一把钥匙。

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