正交頻分復用（OFDM）技術在軍事遙控遙測系統中的應用

黃祖圣

摘?要：在當代的高科技戰爭中，信息電子的對抗非常激烈。敵方會采用各種方式，不遺余力地干擾我方的信息系統。OFDM 技術可以有效地對抗載波間的干擾和多徑干擾。本文分析了OFOM技術在軍事遙控遙測系統中的應用。

關鍵詞：OFDM?無線信號?遙控遙測?子載波

中圖分類號：TN914.53 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）10（a）-0147-01

1 OFDM技術的原理

正交頻分復用技術是對單載波上調制的高速數據流進行分流，成為多股低速子數據流，在多個子載波上并列進行傳輸。由于各子數據流速率均僅占原數據流的小部分，也就意味著符號周期增大到原來的許多倍，要比信道極限延遲擴展要大得多，于是寬頻選擇信道就被劃分成了多個窄平衰落信道，這樣就具備了較強的抗脈沖干擾以及抗多徑衰落的性能，在高速無線數據的傳遞輸送中尤為適用。

1.1 系統結構

比特流在發信端經調制、串并等可變為多個支路，這樣就使數據流到多個子信道上開展正交調制，其中快速傅立葉逆轉換為其核心，將信息從頻域轉至時域，此外為令調制系統克服符號間干擾，需在調制輸出符號間插入循環前綴，從而令各子信道在通過多徑信道之后仍保持之間的正交性，經射頻將調制信號放大之后再發送。接收端的操作與發送端是正好相反的，用的是快速傅立葉轉換，這樣就重新變成頻域信號，之后采集出子載波相位以及幅度并且將其變為數字信號。

1.2 子載波的調制

正交頻分復用技術為多載波調制方式，因信道不一樣，各子載波自適應選擇各自調制方式。子載波實現自適應調制，需經過信道估計等環節。其中信道估計的目的是得到信道狀態信息，信道狀態信息通常用信噪比以及傳輸函數來描述。選擇發送參數的選用能改變調制方式以及發送功率等。最適參數的選擇即特定條件之下的目標最優化。[1]

1.3 循環前綴

符號間保護間隔的插入，可有效的去除符號間干擾。插人的方法一般為符號間加零，也就是在發送符號之后的一段時間內不發任何信息，這段時間之后再開始下一符號的發送。這樣，雖可有效去除符號間干擾，但會對子載波之間正交性產生一定的破壞，導致子載波間干擾。在現實使用時，為達到消除符號間干擾和子載波間干擾的雙重目的，可利用循環前綴來充當保護間隔。

2正交頻分復用技術應用于軍事遙控遙測系統中的關鍵技術

2.1 同步技術

無線信道傳輸普遍存在Doppler效應，因此無線信號會在傳輸過程中出現一定的頻率偏移，使接收的信號在解調譜中呈現錯誤的定位。因此，OFDM系統要求子載波時間和頻率嚴格同步，以使頻率偏移的影響最小。OFDM技術應用于軍事遙測遙控系統中的同步技術有以下幾種：

（1）基于CP的同步技術。這種技術采用MLE算法，其估計頻偏范圍有限。一般只用于粗估計。（2）基于訓練符號的同步技術。該技術是將已知信號在時域上加入到代發的OFDM符號中。一般置于OFDN的起始幀處。（3）基于子載波的頻域導頻同步技術。此技術是將某一子載波在特定的位置加入頻域導頻符號，以實現末端信號時間與頻率的同步。這種技術常用于連續信號的遙測遙控系統。

2.2 PAPR 降低技術

OFDM無線信號是由子載波信道信號重疊起來的，因而會導致很高的功率比（峰值/均值），從而使頻帶內失真或者頻譜擴展。一般解決該問題有以下幾種技術。

（1）信號失真技術。該技術是指在OFDM無線傳輸信號的峰值附近采用非線性失真技術，從而使其峰值減少，使信號的失真程度降低。（2）編碼技術。該方法是通過向前糾錯編碼組，使產生的PAPR較小，以實現末端對繁雜數據信息的糾錯和BER的降低。（3）擾碼技術。該技術是對OFDM技術進行重置，從而減少信號的失真。

3 正交頻分復用技術應用于軍事遙控遙測系統中的特點分析

軍事遙控遙測系統中采用正交頻分復用技術，具有很多優點，具體表現在以下各方面。

3.1 無線信號的傳輸速度顯著提高。

正交頻分復用技術的自適應調節機制可根據信道及其衰落程度使子載波使用不同的調制方式。當信道條件較好及衰落程度較小時，可以選用高效的調制方式。而當信道條件較差或衰落程度較大時，可以選用抗干擾能力相對較強的調制方式，以使誤碼率與頻譜的利用率達到最佳平衡。此外，正交頻分復用技術還可以通過加載算法，使更多遙控系統的信號數據在條件相對好的信道上傳輸。采用正交頻分復用技術的軍事遙控遙測系統，一般工作頻段為2GHz以上，信道帶寬大于10M，因此，可以滿足吞吐量較高的軍事遙測遙控系統要求。[2]

3.2 抗干擾信號的能力顯著增強。

在現代的高科技戰爭中，信息電子的對抗非常激烈。敵方會采用各種方式，不遺余力干擾我方的電子信息系統。因此，這對軍事遙測遙控系統的抗干擾性提出了更高的要求。由于OFDM頻段只有一少部分會受到窄頻干擾，采用OFDM技術的軍事遙測遙控系統可以通過不使用易受到干擾那部分頻段或者采用低調制和向前糾錯等方法來增強抗干擾能力。此外，對于多徑干擾，正交頻分復用技術可以通過對碼元序列的串并轉換，提高碼元序列周期，從而減弱或消除多徑干擾。同時，正交頻分復用技術采用CP（循環前綴）作為保護間隔，從而大大減少了碼元序列間的相互干擾，保證各個信道間的正交性，大大減低了載波間的干擾。[3]

3.3 支持非對稱性信號傳輸

對于軍事遙控遙測系統，SAT（端站）到AP（接入點）間的無線上行鏈路上承載的數據多于無線下行鏈路。OFDM軍事遙控遙測系統采用不同數目的子信道，實現上行與下行不同鏈路數據信號的傳輸。

3.4 頻率的利用率相對較高

在現代的高科技戰場上，各種無線遙測遙控系統紛紛登場，無線電頻譜資源則逐漸短缺。正交頻分復用的子信道采用重疊的正交子載波，相對于傳統的使用頻帶保護子信道，頻率的利用率顯著提高。

4 結語

綜上所述，正交頻分復用技術是一種并行的信號傳輸技術，可以非常有效地對抗干擾，適用于多徑傳輸環境的數據高速傳播。因此，將OFDM技術用于軍事遙控遙測系統中，可以大大提高軍事通訊的抗干擾能力和保密程度。

參考文獻

[1]楊國.車載無線數據傳輸的可靠性研究[J].南京理工大學學報，2009，13（6）.

[2]任小玲.正交頻分復用技術研究與系統的仿真實現[J].中國無線電，2011（3）.

[3]戴仁林.正交頻分復用技術及其熱點問題[J]. 遙測遙控，2009（2）.