主頁(yè)（http://www.130131.com）：COFDM無(wú)線視頻傳輸技術(shù)系統(tǒng)的組成及其工作原理
COFDM(coded orthogonal frequency division multiplexing)，即編碼正交頻分復(fù)用的簡(jiǎn)稱，是目前世界上最先進(jìn)和最具有發(fā)展?jié)摿Φ恼{(diào)制技術(shù)。它的實(shí)用價(jià)值就在于支持突破視距限制的應(yīng)用，是一種在無(wú)線電頻譜資源方面充分利用的技術(shù),對(duì)噪聲和干擾有著很好的免疫力。其中，字母C指編碼，是指信道編碼采用編碼率可變的卷積編碼方式，以適應(yīng)不同重要性數(shù)據(jù)的保護(hù)要求;字母OFD指正交頻分，系指使用大量的載波(副載波)，它們有相等的頻率間隔，都是一個(gè)基本震蕩頻率的整數(shù)倍;字母M指復(fù)用，系指多路數(shù)據(jù)源相互交織地分布在上述大量載波上，形成一個(gè)頻道。實(shí)際上，COFDM是ETSI歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)關(guān)于DVB-T數(shù)字視頻地面廣播及DAB數(shù)字音頻廣播的標(biāo)準(zhǔn)，早期是用于軍事無(wú)線電傳輸安全性之目的。近年來(lái)，基于COFDM技術(shù)的廉價(jià)數(shù)字信號(hào)處理芯片已成為眾多公司發(fā)展產(chǎn)品之首選，因而可用于民用。 編碼正交頻分復(fù)用調(diào)制方式是一種多載波數(shù)字通信調(diào)制技術(shù)，也是較為完備的移動(dòng)接收和傳輸技術(shù)，它可大大降低每個(gè)子載波內(nèi)的符號(hào)間干擾，并節(jié)省用于均衡的系統(tǒng)開銷。因此，它具有頻譜利用率高和可對(duì)抗多徑時(shí)延擴(kuò)展等特點(diǎn)，通常被認(rèn)為是超3代移動(dòng)通信系統(tǒng)中的核心技術(shù)。 COFDM無(wú)線視頻傳輸技術(shù)的基本原理就是將高速數(shù)據(jù)流通過(guò)串并轉(zhuǎn)換，分配到傳輸速率較低的若干子信道中進(jìn)行傳輸，即將頻域中的一個(gè)寬帶信道劃分成多個(gè)重疊的子信道進(jìn)行窄帶傳輸。在接收端，雖然頻譜相互重疊，但是只要保證各子信道上信號(hào)的正交性，就可以將各信道上的信號(hào)正確分離。 COFDM無(wú)線視頻傳輸系統(tǒng)的組成及其基本工作原理如圖1所示。
由圖1可見，視頻、音頻、數(shù)據(jù)，通過(guò)R-S編碼器編碼(224、208)后，數(shù)據(jù)率上升，即進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換(S/P)，即將頻域中的一個(gè)寬帶信道劃分成多個(gè)重疊的子信道，再經(jīng)160AM調(diào)制器進(jìn)行AM調(diào)制后，藉助于逆快速付里葉變換IFFT處理器，把信號(hào)調(diào)制到512個(gè)并行頻率信道上，然后雙邊帶調(diào)制到載波后再通過(guò)發(fā)射機(jī)發(fā)射出去。 用512個(gè)并行信道傳輸?shù)哪康�，是為了克服地面的多徑傳輸所造成的碼問(wèn)干擾。應(yīng)該看到，當(dāng)8MHz頻帶正交劃分成512信道時(shí)，每一信道可容納的波形脈沖寬度僅此為τ=512/8=64μS，而地面廣播經(jīng)多徑傳入的信號(hào)強(qiáng)度較大，通常在通過(guò)近區(qū)反射而來(lái)，所以時(shí)延較小，一般在3-3.5μs以下，因而可以采用加保護(hù)時(shí)間的方法來(lái)吸收掉符號(hào)間的干擾。 由圖1知，當(dāng)接收機(jī)收到信號(hào)后，它不用帶通濾波器來(lái)分隔子載波，而是通過(guò)快速付里葉變換(FFT)來(lái)選用那些即便混疊也能夠保持正交的波形。此外，各并行信道每隔一定波形間隔分別傳送基準(zhǔn)信號(hào)，接收端根據(jù)基準(zhǔn)信號(hào)，在FFT處理器處理之前先算出頻響特性均衡數(shù)據(jù)，采用以上二項(xiàng)措施可大大降低多徑干擾帶來(lái)的影響。經(jīng)處理后的信號(hào)，再將160AM解調(diào)，經(jīng)并/串轉(zhuǎn)換(P/S)后即進(jìn)行R-S解碼，就可還原成視頻、音頻、數(shù)據(jù)信號(hào)輸出。 為了對(duì)付PAL制模擬電視的同頻干擾，凡在PAL信號(hào)頻譜中能量強(qiáng)的頻譜線如圖像載頻、副載波和伴音載波附近的一些信道可以空開來(lái)不用，雖然沒有用足512個(gè)信道，但解決了正交頻分復(fù)用OFDM和PAL信號(hào)間的相互干擾。由此可見，采用OFDM的調(diào)制方式可省略了自適應(yīng)均衡器和同步干擾抑制濾波器。 當(dāng)多徑延時(shí)量與所傳送的數(shù)字符號(hào)處于同一量級(jí)時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響符號(hào)間干擾，延長(zhǎng)傳輸符號(hào)的周期可有效克服多徑干擾，COFDM正是根據(jù)這一原理來(lái)消除反射波的影響。OFDM由N個(gè)頻率間隔相等的子載波組成，各個(gè)子載波又可采用同一種數(shù)字調(diào)制如QPSK，或不同載波采用不同調(diào)制。而串行傳輸?shù)姆?hào)序列也分成長(zhǎng)度為N的段，每段內(nèi)N個(gè)符號(hào)分別調(diào)制N個(gè)子載波，所以O(shè)FDM把符號(hào)周期延長(zhǎng)N倍，而用并行調(diào)制來(lái)彌補(bǔ)周期延長(zhǎng)降低符號(hào)傳輸率的困境。在傳統(tǒng)的頻分復(fù)用中，各子載波的信號(hào)頻譜是互不重疊的，以便接收機(jī)中能采用傳輸濾波方法將其分離和提取，但這類做法降低了頻帶利用率。在OFDM中，使各載波的信號(hào)頻譜可相互重疊，但子載波間隔的選擇要使這些載波在整個(gè)符號(hào)周期上處于正交狀態(tài)，也就是說(shuō)加于符號(hào)周期上的任何兩個(gè)載波的乘積為零。為實(shí)現(xiàn)最大頻譜效率，使子載波的最小頻率間隔為符號(hào)周期的倒數(shù)。若符號(hào)由脈沖序列組成，則每個(gè)調(diào)制子載波頻譜的形狀符合sincx，其峰值對(duì)應(yīng)于其他載波的頻譜中的零點(diǎn)，如圖2所示。
OFDM技術(shù)的推出其實(shí)是為了提高載波的頻譜利用率，或者是為了改進(jìn)對(duì)多載波的調(diào)制，它的特點(diǎn)是各子載波相互正交，使擴(kuò)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(gè)載波所使用的調(diào)制方法可以不同，各個(gè)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，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(lái)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)的工作方式。信道好的時(shí)候，發(fā)射功率不變，可以增強(qiáng)調(diào)制方式(如64QAM)，或者在低調(diào)制方式(如QPSK)時(shí)降低發(fā)射功率。由于這種技術(shù)具有在雜波干擾下傳送信號(hào)的能力，因此常常會(huì)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。 COFDM技術(shù)不使用單載波系統(tǒng)而是多載波系統(tǒng)，在同樣的調(diào)制方式下，比如采用QPSK、16-QAM或64QAM，可以使之應(yīng)用于單載波系統(tǒng)。但無(wú)論如何，數(shù)據(jù)的傳輸仍然是采用時(shí)分和頻分方式 ，并工作在各自的子載波上，每個(gè)子載波都在特定的正交頻率上，以增加潛在的數(shù)據(jù)吞吐量。盡管這時(shí)每個(gè)子載波的數(shù)據(jù)率低于單載波系統(tǒng)，但各個(gè)子載波的總的數(shù)據(jù)率要高于整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)率。 DVB-T標(biāo)準(zhǔn)已被廣泛應(yīng)用于歐洲和世界各國(guó)，其中“2K”版本(1704 載波信號(hào))應(yīng)用于較強(qiáng)的干擾環(huán)境，“8K”版本 (6816載波信號(hào))應(yīng)用于較低些的干擾環(huán)境。DAB標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于CD品質(zhì)的音頻和數(shù)據(jù)在移動(dòng)環(huán)境下的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。其中有4個(gè)不同的工作方式，在整個(gè)1.5MHz的信道上具有高達(dá)1536個(gè)載波的間隔，其目的是為了提高對(duì)多普勒相移和多徑干擾的免疫力。
值得注意的是，實(shí)際上多徑信號(hào)會(huì)給COFDM系統(tǒng)帶來(lái)好處，如果原始信號(hào)被封鎖，僅有多徑信號(hào)被接收的話，這些信號(hào)會(huì)被用于接收機(jī)去獲得想得到的數(shù)據(jù)。此外，即使個(gè)別的子載波不能完全地被接收，數(shù)據(jù)糾錯(cuò)方式也能夠使接收機(jī)從其它的子載波中獲得足夠的信息去重建缺少的數(shù)據(jù)。
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