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COFDM及如何提高无线图传的通信距离

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COFDM及如何提高无线图传的通信距离

发布日期:2020-07-08 作者: 点击:

浅谈COFDM及如何提高无线图传的通信距离


OFDM(orthogonal frequency division multiplexing),中文翻译是:正交频分【OFD】复用【M】;OFDM是一种多载波调制方式,OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道,在每个子信道上使用一个子载波进行调制,并且各子载波并行传输。这样,尽管总的信道是非平坦的,具有频率选择性,但是每个子信道是相对平坦的,在每个子信道上进行的是窄带传输,信号带宽小于信道的相应带宽,因此就可以大大消除信号波形间的干扰。由于在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交,它们的频谱是相互重叠的,这样不但减小了子载波间的相互干扰,同时又提高了频谱利用率。

COFDM(coded orthogonal frequency division multiplexing),中文翻译是:编码【C】正交频分【OFD】复用【M】,是一种无线环境下的高速传输技术,是目前世界最先进和最具发展潜力的调制技术。

很明显,相对于COFDM,OFDM仅仅少了一个编码【C】,OFDM是多载波调制的其中一种,换言之,COFDM其实就是OFDM与信道编码的结合

利用OFDM技术所运行的系统中,由于各子信道的载波相互正交、频谱之间相互重叠,在减小子载波间相互干扰的同时并提高频谱的利用率。OFDM虽然很多地解决了多径环境中的信道选择性衰落,然而,对于信道平坦性衰落却未能很好地克服。为了解决信道平坦性衰弱,信道编码技术随机应运而生。

为了解决信道平坦性衰弱,信道编码技术随机应运而生。COFDM(Coded OFDM)基于使信息在频域和时域扩展的思想,通过编码使传输时各单元码信号受到的衰落可认为统计独立,从而消除平坦性衰落及多普勒频移的影响。为了抵消多径衰落、同频干扰以及各种噪声,COFDM采用下列措施:

1、利用在每个信号周期前插入一个保护间隔Δ来对付多径衰落。只要多径时延的大小在保护间隔内,它对系统的性能就没有太大影响。由于接收到的频域信号必然受到干扰,所以需要精确地测得多径传递函数,于接收端进行均衡。在实际中,用发射已知测试信号的方法来预测信道特性,得到各载波上的均衡因子,用均衡因子进行均衡,消除多径干扰。

2、采用频谱开槽的办法来消除同频干扰。即通过频谱成形,将信号点在有效载波频带上进行排列,预留出频谱保护带即在频谱中开槽,开槽的位置分别对应于普通电视的亮度载波、色度载波和伴音载波,同时频带边缘还需留有一定的边缘保护,防止频谱泄露,对邻频带造成干扰。

3、采用RS+TCM级联码并辅以交织来对付各种噪声干扰,降低误码率。利用RS编码对数据加以前向纠错保护;利用时域交织/解交织器将TCM解码后的突发误码分散到不同的RS码字中,使其不超过RS码的纠错能力;TCM编码将编码与调制结合起来,一般采用2/3卷积码对MQAM的星座点进行编码;频域交织的作用是使相邻网格编码的信号点在时间上分散开,以便使突发干扰点的噪声相对均匀地分散在不同网格编码点,而非集中在连续的几个信号点上而导致超出TCM的解码能力,频域交织由于将受同频干扰严重的载波分量分散开,因而提高了TCM对同频干扰的抵抗能力。

概括下:COFDM基于使信息在频域和时域扩展的思想,通过编码使传输时各单元码信号受到的衰落可认为统计独立,从而消除平坦性衰落及多普勒频移的影响。

COFDM技术应用在无线音视频传输有以下优点:

①适用于城区、城郊、建筑物内等非通视、有阻挡的环境,拥有出色的“绕射”“穿透”能力。

②适用于高速移动中传输,可应用在车载、船载、直升机/无人机等传输设备之上。

③应用了COFDM技术的传输设备,在没用任何附加装置的前提下就能实现固定——移动、移动——移动等设备之间传输。传输具有稳定相强、传输距离远、运用灵活等特点,由于无须再配置附加的“伺服稳定”装置,COFDM传输设备一般都表现出较高的性价比。

④用用于高速、大数据传输,速率一般大于4Mbps,满足高质量视音频的传输。

⑤抗干扰性强,在复杂电磁环境中也能顺畅地传输数据。

⑥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。

总结下:OFDM就是正交频分复用,COFDM是编码正交频分复用,COFDM是OFDM与信道编码技术的结合,可以降低误码率。在地面数字电视传输标准中,在GB和DVB-T中都是规定用COFDM来调制的。据说,OFDM技术只能做到720P视频传输,所谓的1080P视频都是假的,且通讯距离很难做到20km以上;只有COFDM技术能做到20km以上的1080P视频传输。

最后说说提高无线图传通信距离的措施:

当地理环境和电磁环境一定时,为了保证无线通信的稳定和可靠,并充分挖掘低电压微功率无线通信设备的潜力,又要做到经济实用,在工程设计中可考虑以下措施:

1、尽可能提高天线的有效高度

提高天线的有效高度能显著扩大通信距离,特别是在城市环境中,将天线设在楼顶时能避开很多障碍并远离干扰源,从而扩大通信范围。

2、采用高增益天线

天线是无源器件,其本身不能放大信号,但高增益天线能显著提高通信方向上的能量密度,提高信号/噪声比,从而扩大通信范围,其作用就与手电筒或是探照灯上的聚光镜相似。但高增益天线的成本较高,几何尺寸及重量都比较大,只适合于固定安装使用。因此,在一点对多点或多点对一点的无线通信组网中可考虑主机用高增益的全向天线,分机则根据距主机距离的不同选用不同增益的天线,对于固定安装并且距离主机特别远的分机还可选用高增益的定向天线,而距离主机较近的分机可选用低成本的普通鞭状天线,以降低系统成本。发射机采用高增益定向天线可显著提高通信方 向上的信号强度,而接收机采用高增益定向天线可显著提高通信方向上的接收信号场强和信号/噪声之比,从而大幅度地扩大通信距离,但只适合于同一个方向上的 通信,并且成本也较高,天线的几何尺寸大,重量也较重,只适合于固定安装使用。

3、尽量缩短射频电缆的长度

用于连接无线通信机与室外天线的射频同轴电缆对射频信号也有一定的损耗,例如:50- 3 型电缆的损耗为0.2dB/m,50-7 型电缆的损耗为0.1dB/m,50-9 型电缆的损耗为0.07dB/m,电缆越长,损耗就越大,对所传输的射频信号的损耗的增大又会导致通信距离的下降,所以必要时可将射频组件直接装在室外天线的底部,而射频组件与用户系统间的连线则采用多芯屏蔽电缆连接。

4、尽量远离各种干扰源

距干扰源越近,信号/噪声比就越低,也会导致通信距离下降。必要时可分别对数传模块和会产生电磁干扰的部件采取屏蔽措施,并用特性阻抗为50欧的射频同轴电缆将天线引到远离干扰源的地方,同时与射频组件相连的电源线、信号线也采用屏蔽电缆,并增加必要的滤波网络,以最大降度地抑制干扰,充分发挥接收机高灵敏度的优势。

5、优先采用抗干扰能力强的无线通信产品

当无线通信接收机处在电磁干扰较大的环境中工作时,如果抗干扰能力跟不上,接收灵敏度高将变得毫无意义,此时应优先采用抗干扰能力较强的产品,如果是数字通信系统还应优先采用有软件纠错功能的产品。

6、防雷、防水、防潮

对于采用室外天线的系统,必须采取避雷、防雷措施,如加装避雷针、避雷器,同时,对于露天架空的供电电源线、信号传输线也要采取避雷防雷措施,以防雷电从 电缆串入机器。对于露天安装的射频组件还应采取防水措施,以防下雨时雨水进入机器,如果设备不是长期通电或不经常使用,而空气又比较潮湿,则还应采取防潮 措施,例如在机壳内适当地方放置并定期更换干燥剂,总之,要防止机器进水和受潮,以免电路组件发霉、生锈而失效。


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