淺析OFDM 技術(shù)在應(yīng)急通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 概述

近年來, 無論是自然災(zāi)害的救援工作、公共衛(wèi)生事件的防疫工作還是安全事件的秩序維護工作都對公共事件的相關(guān)部門處理緊急響應(yīng)事件提出了越來越高的要求。相應(yīng)部門無論是在預(yù)警方案和組織管理協(xié)調(diào)的軟件方面, 還是相應(yīng)通信設(shè)備和管理指揮系統(tǒng)的硬件配備方面, 都面臨著全新的考驗。因此,建設(shè)一套高效適用的應(yīng)急通信系統(tǒng), 為公眾提供更及時的救助服務(wù), 已成為當(dāng)前一個重要而迫切的課題。作為第四代移動通信技術(shù)的核心技術(shù)OFDM技術(shù), 其多載波的傳輸距離和圖像信號的流暢性均要優(yōu)越于單載波技術(shù), 適用于強調(diào)無線語音和無線視頻的實時性通信應(yīng)急通信系統(tǒng)。

2 OFDM 技術(shù)及特點

OFDM技術(shù)即正交頻分復(fù)用技術(shù), 它的提出已有40年的歷史, 與已經(jīng)普遍應(yīng)用的FDM 技術(shù)十分相似, OFDM 技術(shù)把高速的數(shù)據(jù)流通過串/并變換分配到速率相對較低的若干個頻率子信道中進行傳輸, 其第一個實際應(yīng)用是軍用的無線高頻通信鏈路。

與傳統(tǒng)技術(shù)相比, OFDM 技術(shù)具有以下一些優(yōu)點：

1)通過對高速率數(shù)據(jù)流進行串/并轉(zhuǎn)換, 使得每個子載波上的數(shù)據(jù)符號持續(xù)長度相對增加, 從而有效地減少由于無線信道的時間彌散所帶來的符號間的干擾, 進而減少了接收機內(nèi)均衡器的復(fù)雜度, 有時甚至可以不采用均衡器, 而僅僅通過插入循環(huán)前綴的方法消除符號間干擾的不利影響。

2) OFDM 中由于各個子載波間存在正交性, 允許子信道的頻譜相互重疊, 因此, OFDM 系統(tǒng)可以最大限度地利用頻譜資源。OFDM 技術(shù)與傳統(tǒng)的FDM 技術(shù)帶寬利用率比較如圖1 所示。從圖1中可以看出, 傳統(tǒng)的FDM技術(shù)需要在兩個信道之間存在較大的頻率間隔來防止干擾, 這就降低了全部的頻譜利用率, 而應(yīng)用OFDM技術(shù)的子載波正交復(fù)用技術(shù)大大減少了保護帶寬, 提高了頻譜利用率。

圖1 FDM 與OFDM 帶寬利用率的比較

3)各個子信道的正交調(diào)制和解調(diào)可以分別通過采用離散傅里葉反變換和離散傅里葉變換來實現(xiàn), 而且當(dāng)子載波數(shù)很多時, 還可以通過采用快速傅里葉反變換和快速傅里葉變換來實現(xiàn)。

4) OFDM 系統(tǒng)物理層支持非對稱的高速率數(shù)據(jù)傳輸, 通過使用不同數(shù)據(jù)的子信道可以實現(xiàn)上下行鏈路中不同的傳輸速率。

5) OFDM 技術(shù)易于和多種接入方式相結(jié)合使用。

但是OFDM 系統(tǒng)由于存在多個正交的子載波,而且輸出信號是多個子信道信號的疊加, 因此與傳統(tǒng)技術(shù)相比, 也存在一些缺點：

1)易受頻率偏差的影響。由于子信道的頻譜相互覆蓋, 這就對它們之間的正交性提出了嚴(yán)格的要求。無線信道的時變性在傳輸過程中造成的無線信號頻譜偏移, 或發(fā)射機與接收機本地振蕩器之間存在的頻率偏差, 都會使OFDM系統(tǒng)子載波之間的正交性遭到破壞, 導(dǎo)致子載波之間干擾。

2)存在較高的峰值平均功率比。多載波系統(tǒng)的輸出是多個子信道信號的疊加, 因此如果多個信號的相位一致, 所得到的疊加信號的瞬時功率就會遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于信號的平均功率, 導(dǎo)致較大的峰值平均功率比。這就對發(fā)射機內(nèi)放大器的線性度得出了很高的要求, 因此可能帶來信號畸變, 使信號的頻譜發(fā)生變化, 從而導(dǎo)致各個子信道間的正交性遭到破壞, 產(chǎn)生干擾, 使系統(tǒng)的性能惡化。

3 OFDM 技術(shù)在應(yīng)急通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

McW iLL(多載波無線信息本地環(huán)路)寬帶無線接入系統(tǒng)是我國自主研發(fā)的第一代寬帶無線接入系統(tǒng)。M cW iLL采用的是國際最先進的碼擴正交頻分多址、智能天線、空間零陷、聯(lián)合檢測等無線通信技術(shù)。采用McW iLL系統(tǒng)在應(yīng)急通信中, 只要一只簡單的CPE 或者PCMCIA 卡, 無需進行現(xiàn)場安裝、調(diào)試, 就能夠迅速提供高速無線連接, 同時由于其可移動性, 便攜性, 能夠滿足應(yīng)急通信的更多需要。

McW iLL系統(tǒng)由終端設(shè)備CPE、基站系統(tǒng)BTS以及網(wǎng)元管理系統(tǒng)EMS三個部分組成。其中, 終端設(shè)備CPE 完成用戶端計算機與無線網(wǎng)絡(luò)的連接。