淺談應急通信系統中OFDM技術的應用

行社東

中國通信建設第二工程局有限公司，陜西西安 710119

淺談應急通信系統中OFDM技術的應用

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在通信系統中，一直存在著頻率選擇性的衰落，以及噪聲的干擾和碼間串擾。衰落包括快衰落和慢衰落。這些問題都會讓通信系統的性能和質量受到嚴重的影響。正交頻分復用技術OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing），此技術常常會被用于抵抗外界干擾較差的地方的傳輸介質中。就是解決這些問題的方法之一。本文將詳細的分析和研究該技術。

正交頻分復用技術；信道載波；頻譜利用率；應急通訊

1 OFDM的基本原理

OFDM信號發送器的原理是：將用戶的信號用串行的方式輸入給發送器，頻率為R碼字/秒。這些R碼會被先送入到并行變換器中，以并行的方式將串行輸入的信號輸出在N條線路上。隨后，該OFDM碼會進行快速的傅里葉逆變換，這可以將頻域離散的數據轉化成時域離散的數據。OFDM采用的是基于載波頻率正交的FFT調制，其中各載波間是可以相互混疊的，但是因為各個載波的中心頻點是沒有其他的載波的頻譜分量，所以OFDM能夠實現各個載波間的正交。OFDM的接收機實質就是一組解調器，可以將不同的載波調制零頻，而不會由于其他的載波積分的信號正交導致其影響。子載波的數量是與OFDM的高數據速率有關系的，增加子載波的數目能夠提高數據的傳輸速率。OFDM的每個頻帶的調制方法可以是不相同的，這樣就增加了系統的靈活性。因此，OFDM適用于多用戶的較高的靈活度以及較高的利用率的通信系統中。

2 OFDM的數學表示

OFDM系統的峰均功率比指的是OFDM信號的最大峰值功率與其平均功率的比，即

其中XN表示的是經過反傅里葉變換后所得到的一個OFDM的符號，E[]表示的是數學期望。N點M進制的輸入的序列為[x0，…，xn-1]，把星座映射后的傳輸信號數據序列分別調制在子載波上，其中子載波含有N個，在一個OFDM的符號周期內，基帶的OFDM符號可以表示為：

對于連續的時域信號s（t）是以T/N的速率進行的抽樣，即讓t=kT/N（k=0，1，…，N-1），這樣就可以得到離散的時域信號s（k），即s（k）為：

對所有的子載波歸一化可得，

理論上峰均功率比可達到：

其中，從（5）可以看出，降低PAPR技術的實質就是降低R（u），也就是降低傳輸信號的序列。當傳輸信號的輸入具序列的一致性比較大時，OFDM峰均功率就較高。假設當傳輸信號輸入的二進制數據序列全為1時，那么經過映射和IFFT陶制以后，信號就會瞬間產生很大的峰均值功率，從而會導致PAPR達到理論上的最大值N。分析表明，新的算法不但能減小運算的復雜性，還能夠獲得比較好的峰均值比。

3 OFDM技術的優點

3.1 頻帶利用率高

OFDM技術允許將子載波作為重疊的正交子信道，它不只是利用傳統的保護頻帶分離子信道的方式，來提高的頻率利用的效率。在頻譜利用率較高的相同的帶寬下，當子載波的數目增加時，采用的是正交的函數序列作為副載波。而相鄰的子載波間的頻譜是相互正交重疊的，載波的間隔可以達到最小值，這就使得OFDM技術在使用相同的頻帶時具有更高的頻譜利用率。

3.2 衰落性能強

由于應急通訊系統的低壓輸電線的阻抗變化的幅度比較大，信號在傳輸時會出現衰落的現象。解決信道衰落的方法是適應均衡，但是當系統的傳輸速率很高時，想要實現快速的均衡的復雜性和較高的成本是不可估量的。在一般的衰落的環境下，有效的改善OFDM系統的性能的方法不是系統均衡。因為均衡的實質是碼間干擾將以多徑信道的形式來得以補償，然而OFDM系統本身就已經利用了多徑信道的分集的特性，因此在衰落的環境下，OFDM系統是不做均衡的。采用OFDM調制使每個子信道的速率變動比較低，從而可以達到均衡的狀態，這是可以實現的。OFDM技術可以通過子信道的打開和關閉的方式來實現信道的衰落。在工作初期時，OFDM系統將在所有的子信道上都發送數據，工作一段時間后，如果哪個頻段的信號變的衰落嚴重時，超過了規定的信噪比門限，將會自動發送關閉該頻段的子載波的信號，關閉子載波，從而避免了因衰落而引發的誤碼。

3.3 適合高速數據傳輸

OFDM技術是可以使不同的子載波，按照信道情況的不同與噪音背景的不同的調制方式，來使用調制機制。當OFDM的信道條件好的時候，可以采用效率較高的調制方式來處理；而當OFDM的信道條件差的時候，可以采用抗干擾能力較強的調制方式來處理;當OFDM采用加載算法時，可以讓系統把更多的數據收集起來，集中的放在條件較好的信道上，用高速率的方式進行傳送數據。因此，OFDM技術是非常適合在高速率上進行數據傳輸的。

3.4 抗碼間干擾（ISI）能力強

在數字通信系統中，除噪聲干擾外，最主要的就是碼間干擾了，碼間干擾與噪聲干擾是不同的，它是一種乘性的干擾，而噪聲干擾是一種加性的干擾。只要傳輸的信道頻帶是有限的，就會造成一定的碼間干擾，這說明造成碼間干擾的原因其實是有很多種的。OFDM采用的是循環前綴，這對對抗碼間干擾是有很強的能力的。

4 結論

OFDM系統可以作為一種有效的對抗信號波形間干擾的傳輸技術，OFDM系統具有其自身的優勢和良好的性能，因此在很多的領域得到了廣泛的應用。歐洲的DAB系統所使用的就是OFDM調制技術。實驗系統一直在使用，而且明顯的改善了應急通訊系統，用于DAB的成套的芯片的開發正在歐洲進行發展的一個項目，它將會讓越來越多的人把精力放在應急通訊系統的OFDM技術的開發上，使OFDM技術更廣泛的被人們所使用，市場前景也是非常廣闊的。因此，OFDM技術將會成為第三代以后的應急通信的主流技術。

[1]王文博，鄭侃.寬帶無線通信OFDM技術[M].2版.北京：人民郵電出版社，2009.

[2]張雪麗.應急通信新技術與系統應用[M].北京：機械工業出版社，2010.

[3]孫玉.應急通信技術總體框架討論[M].北京：人民郵電出版社，2009.

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1674-6708（2011）34-0197-02