淺談COFDM及如何提高無線圖傳的通信距離

OFDM（orthogonal frequency division multiplexing），中文翻譯是：正交頻分【OFD】復用【M】；OFDM是一種多載波調制方式，OFDM技術的主要思想就是在頻域內將給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調制，并且各子載波并行傳輸。這樣，盡管總的信道是非平坦的，具有頻率選擇性，但是每個子信道是相對平坦的，在每個子信道上進行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相應帶寬，因此就可以大大消除信號波形間的干擾。由于在OFDM系統中各個子信道的載波相互正交，它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時又提高了頻譜利用率。

COFDM（coded orthogonal frequency division multiplexing），中文翻譯是：編碼【C】正交頻分【OFD】復用【M】，是一種無線環境下的高速傳輸技術，是目前世界最先進和最具發展潛力的調制技術。

很明顯，相對于COFDM，OFDM僅僅少了一個編碼【C】，OFDM是多載波調制的其中一種，換言之，COFDM其實就是OFDM與信道編碼的結合。

利用OFDM技術所運行的系統中，由于各子信道的載波相互正交、頻譜之間相互重疊，在減小子載波間相互干擾的同時并提高頻譜的利用率。OFDM雖然很多地解決了多徑環境中的信道選擇性衰落，然而，對于信道平坦性衰落卻未能很好地克服。為了解決信道平坦性衰弱，信道編碼技術隨機應運而生。

為了解決信道平坦性衰弱，信道編碼技術隨機應運而生。COFDM（Coded OFDM）基于使信息在頻域和時域擴展的思想，通過編碼使傳輸時各單元碼信號受到的衰落可認為統計獨立，從而消除平坦性衰落及多普勒頻移的影響。為了抵消多徑衰落、同頻干擾以及各種噪聲，COFDM采用下列措施：

1、利用在每個信號周期前插入一個保護間隔Δ來對付多徑衰落。只要多徑時延的大小在保護間隔內，它對系統的性能就沒有太大影響。由于接收到的頻域信號必然受到干擾，所以需要精確地測得多徑傳遞函數，于接收端進行均衡。在實際中，用發射已知測試信號的方法來預測信道特性，得到各載波上的均衡因子，用均衡因子進行均衡，消除多徑干擾。

2、采用頻譜開槽的辦法來消除同頻干擾。即通過頻譜成形，將信號點在有效載波頻帶上進行排列，預留出頻譜保護帶即在頻譜中開槽，開槽的位置分別對應于普通電視的亮度載波、色度載波和伴音載波，同時頻帶邊緣還需留有一定的邊緣保護，防止頻譜泄露，對鄰頻帶造成干擾。

3、采用RS+TCM級聯碼并輔以交織來對付各種噪聲干擾，降低誤碼率。利用RS編碼對數據加以前向糾錯保護；利用時域交織/解交織器將TCM解碼后的突發誤碼分散到不同的RS碼字中，使其不超過RS碼的糾錯能力；TCM編碼將編碼與調制結合起來，一般采用2/3卷積碼對MQAM的星座點進行編碼；頻域交織的作用是使相鄰網格編碼的信號點在時間上分散開，以便使突發干擾點的噪聲相對均勻地分散在不同網格編碼點，而非集中在連續的幾個信號點上而導致超出TCM的解碼能力，頻域交織由于將受同頻干擾嚴重的載波分量分散開，因而提高了TCM對同頻干擾的抵抗能力。

概括下：COFDM基于使信息在頻域和時域擴展的思想，通過編碼使傳輸時各單元碼信號受到的衰落可認為統計獨立，從而消除平坦性衰落及多普勒頻移的影響。

COFDM技術應用在無線音視頻傳輸有以下優點：

①適用于城區、城郊、建筑物內等非通視、有阻擋的環境，擁有出色的“繞射”“穿透”能力。

②適用于高速移動中傳輸，可應用在車載、船載、直升機/無人機等傳輸設備之上。

③應用了COFDM技術的傳輸設備，在沒用任何附加裝置的前提下就能實現固定——移動、移動——移動等設備之間傳輸。傳輸具有穩定相強、傳輸距離遠、運用靈活等特點，由于無須再配置附加的“伺服穩定”裝置，COFDM傳輸設備一般都表現出較高的性價比。

④用用于高速、大數據傳輸，速率一般大于4Mbps，滿足高質量視音頻的傳輸。

⑤抗干擾性強，在復雜電磁環境中也能順暢地傳輸數據。

⑥對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾及信號波形間的干擾性能優越，通過各個子載波的聯合編碼，具有很強的抗衰落能力。

總結下：OFDM就是正交頻分復用，COFDM是編碼正交頻分復用，COFDM是OFDM與信道編碼技術的結合，可以降低誤碼率。在地面數字電視傳輸標準中，在GB和DVB-T中都是規定用COFDM來調制的。據說，OFDM技術只能做到720P視頻傳輸，所謂的1080P視頻都是假的，且通訊距離很難做到20km以上；只有COFDM技術能做到20km以上的1080P視頻傳輸。

最后說說提高無線圖傳通信距離的措施：

當地理環境和電磁環境一定時，為了保證無線通信的穩定和可靠，并充分挖掘低電壓微功率無線通信設備的潛力，又要做到經濟實用，在工程設計中可考慮以下措施：

1、盡可能提高天線的有效高度

提高天線的有效高度能顯著擴大通信距離，特別是在城市環境中，將天線設在樓頂時能避開很多障礙并遠離干擾源，從而擴大通信范圍。

2、采用高增益天線

天線是無源器件，其本身不能放大信號，但高增益天線能顯著提高通信方向上的能量密度，提高信號/噪聲比，從而擴大通信范圍，其作用就與手電筒或是探照燈上的聚光鏡相似。但高增益天線的成本較高，幾何尺寸及重量都比較大，只適合于固定安裝使用。因此，在一點對多點或多點對一點的無線通信組網中可考慮主機用高增益的全向天線，分機則根據距主機距離的不同選用不同增益的天線，對于固定安裝并且距離主機特別遠的分機還可選用高增益的定向天線，而距離主機較近的分機可選用低成本的普通鞭狀天線，以降低系統成本。發射機采用高增益定向天線可顯著提高通信方 向上的信號強度，而接收機采用高增益定向天線可顯著提高通信方向上的接收信號場強和信號/噪聲之比，從而大幅度地擴大通信距離，但只適合于同一個方向上的 通信，并且成本也較高，天線的幾何尺寸大，重量也較重，只適合于固定安裝使用。

3、盡量縮短射頻電纜的長度

用于連接無線通信機與室外天線的射頻同軸電纜對射頻信號也有一定的損耗，例如：50- 3 型電纜的損耗為0.2dB/m，50-7 型電纜的損耗為0.1dB/m，50-9 型電纜的損耗為0.07dB/m，電纜越長，損耗就越大，對所傳輸的射頻信號的損耗的增大又會導致通信距離的下降，所以必要時可將射頻組件直接裝在室外天線的底部，而射頻組件與用戶系統間的連線則采用多芯屏蔽電纜連接。

4、盡量遠離各種干擾源

距干擾源越近，信號/噪聲比就越低，也會導致通信距離下降。必要時可分別對數傳模塊和會產生電磁干擾的部件采取屏蔽措施，并用特性阻抗為50歐的射頻同軸電纜將天線引到遠離干擾源的地方，同時與射頻組件相連的電源線、信號線也采用屏蔽電纜，并增加必要的濾波網絡，以最大降度地抑制干擾，充分發揮接收機高靈敏度的優勢。

5、優先采用抗干擾能力強的無線通信產品

當無線通信接收機處在電磁干擾較大的環境中工作時，如果抗干擾能力跟不上，接收靈敏度高將變得毫無意義，此時應優先采用抗干擾能力較強的產品，如果是數字通信系統還應優先采用有軟件糾錯功能的產品。

6、防雷、防水、防潮

對于采用室外天線的系統，必須采取避雷、防雷措施，如加裝避雷針、避雷器，同時，對于露天架空的供電電源線、信號傳輸線也要采取避雷防雷措施，以防雷電從 電纜串入機器。對于露天安裝的射頻組件還應采取防水措施，以防下雨時雨水進入機器，如果設備不是長期通電或不經常使用，而空氣又比較潮濕，則還應采取防潮 措施，例如在機殼內適當地方放置并定期更換干燥劑，總之，要防止機器進水和受潮，以免電路組件發霉、生銹而失效。