感知层关键技术的优缺点 浅谈COFDM体系的优缺点及关键技术

王成皇 郑昕 陈德旭

摘 要：正交频分复用技能是一种多载波数字调制技能，因为其频谱利用率高、本钱低一级原因越来越遭到人们的重视。

关键词：OFDM 正交 频分复用

一、正交频分复用（OFDM）概念

跟着人类社会的开展，科学技能不断进步，人们对“无线日子”的依靠程度越来越高。为了承载各种多媒体无线传输运用，无线通讯体系对速率的要求越来越高。在近些年比较有开展潜力的新技能中，OFDM以其共同的优势和特色成为最大的一个亮点。OFDM是现在世界上广泛选用的调制技能之一，例如，在最近几年中开展迅速的4G技能中OFDM技能就是其间的核心技能之一。

OFDM技能把高速的数据流经过串并改换，分配到速率相对较低的若干个频率子信道中进行传输，这样每个子数据流将具有低得多的比特速率，用这样的低比特率构成的低速率多状况符号再去调制相应的子载波，就构成多个低速率符号并行发送的传输体系，因为每个子载波的调制符号较低，这样码元的周期相对较长，因而对时延扩展有较强的抵抗力。正交频分复用是对多载波调制的一种改善，它的特色是各子载波彼此正交，所以扩频调制后的频率能够彼此堆叠，只需满意子载波彼此正交就能够从混叠的子载波上别离出数据信息，这样不光减小了子载波间的彼此搅扰，还大大进步了频谱利用率。

COFDM技能是信道编码技能和OFDM技能相结合的产品，因为选用了信道编码技能，COFDM技能具有强壮的纠错功用，且大大进步了其抗多径式微才能、抗多普勒频移才能。因为具有这些优势，能够在非通视和高速移动条件下完成视频、音频、数据的有用传输。

二、COFDM的优势

COFDM是信道编码和OFDM调制技能的结合，有成为新一代无线通讯核心技能的趋势，相关于其他调制办法，COFDM主要有以下长处：

1.COFDM体系频谱利用率高。传统频分复用体系为防止各子载波间彼此搅扰，子信道需彼此别离，频谱糟蹋严峻。而COFDM体系各子载波间存在正交性，答应相邻子信道频谱堆叠，具有十分高的频谱利用率，FFT处理使得各子载波能够部分堆叠，当子载波的个数趋于无限个时，在理论上频谱利用率能够挨近奈奎斯特极限，也就是2Baud/Hz。

2.COFDM体系具有“绕射”才能。日子中所用到的无限传输常常在建筑物等遮挡的情况下运用，COFDM体系因为选用了多载波等技能，因而比较传统调制技能，其在非视距规模内能够供给牢靠安稳的图画传输，战胜了传统微波设备必须在通视条件下传输图画或语音的缺点，因而适合在城区、建筑物内等非通视的环境中进行图画和语音传输。

3.COFDM体系能够有用的消除码间串扰（ISI）。数据流经过串并转化，使得每个子载波的数据符号长度相对添加，然后能够有用地减小无线信道的时刻弥散所带来的ISI，这样就减小了接纳机内均衡的杂乱度，有时乃至能够不选用均衡器，仅经过选用刺进循环前缀的办法来消除ISI的晦气影响。

4.COFDM体系具有较好的抗多径式微的功能。与传统的调制办法不同，COFDM不是选用一个较宽的信道传输数据，而是将数据调制到彼此正交的子信道上来传输，而每个子信道的带宽都很窄，因而每个子信道的信号式微都是一种水平式微。别的COFDM选用了信道估量技能、纠错编码技能和频率时刻交错技能等，而这些技能能够有用下降信号的频率挑选性，跟着频率挑选性的下降，因为频率挑选性而构成的信号式微现象也得以战胜或削减。

5、频谱资源分配灵敏。COFDM体系能够经过灵敏的挑选子载波进行传输，以完成动态频域资源的分配，然后充分利用频率分集和多用户分集，终究取得最佳的体系功能。

三、COFDM的缺乏

1.COFDM体系对载波频偏和相位噪声比较灵敏。因为COFDM体系要求各子载波间具有严厉的正交性，只需信道载波发生一点频率偏移都会对体系构成比较严峻的影响，构成子信道间搅扰；而射频信号在从发射端到接纳端的传输进程中总会存在多普勒效应（多普勒频移，频移巨细和运动速度有关，速度越大频移也越大），因而多普勒频移会构成载波频偏，而COFDM体系子信道的带宽一般很窄，仅仅很小的频移也会对体系构成显着的信噪比下降。COFDM发射端和接纳端的频率上变频和下变频的进程中会发生必定的相位噪声，而相位噪声同样会构成子信道间搅扰，构成体系的信噪比下降。

2.COFDM体系较为杂乱。COFDM选用了纠错编码技能、频率时刻交错技能、自适应调制技能等，这些技能的运用尽管能够进步COFDM体系的安稳性和功率以及下降误码率等，但一起也使得COFDM调制和解调方面的规划与完成的难度和杂乱度都有所添加。

3、存在较高的峰值平均功率比。与单载波体系比较，因为多载波调制体系的输出是多个子信道信号的叠加，因而假如多个信号的相位共同时，所得到的叠加信号的瞬时功率就会远远大于信号的平均功率，导致呈现较高的峰值平均功率比。这样就对发射机内放大器的线性提出了很高的要求，假如放大器的动态规模不能满意信号的改变，则会为信号带来畸变，使叠加信号的频谱发生改变，然后导致各个子信道信号之间的正交性遭到损坏，发生彼此搅扰，使体系功能恶化。

四、COFDM的关键技能

1.同步技能。COFDM体系对守时和频率偏移灵敏，因为无线信号在传输中呈现频率偏移，构成COFDM子载波间正交性遭到损坏，子信道信号之间相互搅扰，接纳端的误码率将会增大，特别是实践运用中与FDMA、TDMA和CDMA等多址接入办法结合运用时，时域和频域同步显得尤为重要。

2.纠错编码。因为无线通讯中各种搅扰信号在传输进程中会发生一些误码，因而在无线视频监控中这些误码会构成视频图画的开裂、马赛克以及图画中止等现象。为了进步数字通讯体系的功能，信道编码和交错是常选用的办法。关于式微信道的随机过错，用信道编码技能来进步接纳端的准确度，下降误码率。关于式微信道的突发过错，能够选用交错技能，进步接纳端的功能。

3.峰均功率比。COFDM信号具有较高的峰均功率比，这就要求发射端对高功率放大器的线性功能很高且發送功率极低，接纳端对前端放大器以A/D改换器的线性度要求也很高，因而高的峰均功率比使得COFDM体系的功能大大下降，乃至影响实践运用。为了下降峰均功率比，人们提出了根据信号畸变、信号编码技能、挑选映射技能以及部分传输技能。

结语

COFDM作为一种能够有用对立符号间搅扰的高速传输技能，现在现已成功地运用于非对称数字用户环路、无线本地环路、数字音频播送、高清晰电视、无线局域网等体系中，它在无线通讯中的运用已是大势所趋。

参考文献

[1]张海边.正交频分复用的基本原理与关键技能[M].国防工业出版社，2006.

[2]曹雪虹.信息论与编码（第二版）[M].清华大学出版社，2009（2）.

[3]樊昌信，通讯原理（第5版）[M].北京：国防工业出版社，2003.