浅谈应急通信系统中OFDM技术的应用

行社东

中国通信建设第二工程局有限公司，陕西西安 710119

浅谈应急通信系统中OFDM技术的应用

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在通信系统中，一直存在着频率选择性的衰落，以及噪声的干扰和码间串扰。衰落包括快衰落和慢衰落。这些问题都会让通信系统的性能和质量受到严重的影响。正交频分复用技术OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing），此技术常常会被用于抵抗外界干扰较差的地方的传输介质中。就是解决这些问题的方法之一。本文将详细的分析和研究该技术。

正交频分复用技术；信道载波；频谱利用率；应急通讯

1 OFDM的基本原理

OFDM信号发送器的原理是：将用户的信号用串行的方式输入给发送器，频率为R码字/秒。这些R码会被先送入到并行变换器中，以并行的方式将串行输入的信号输出在N条线路上。随后，该OFDM码会进行快速的傅里叶逆变换，这可以将频域离散的数据转化成时域离散的数据。OFDM采用的是基于载波频率正交的FFT调制，其中各载波间是可以相互混叠的，但是因为各个载波的中心频点是没有其他的载波的频谱分量，所以OFDM能够实现各个载波间的正交。OFDM的接收机实质就是一组解调器，可以将不同的载波调制零频，而不会由于其他的载波积分的信号正交导致其影响。子载波的数量是与OFDM的高数据速率有关系的，增加子载波的数目能够提高数据的传输速率。OFDM的每个频带的调制方法可以是不相同的，这样就增加了系统的灵活性。因此，OFDM适用于多用户的较高的灵活度以及较高的利用率的通信系统中。

2 OFDM的数学表示

OFDM系统的峰均功率比指的是OFDM信号的最大峰值功率与其平均功率的比，即

其中XN表示的是经过反傅里叶变换后所得到的一个OFDM的符号，E[]表示的是数学期望。N点M进制的输入的序列为[x0，…，xn-1]，把星座映射后的传输信号数据序列分别调制在子载波上，其中子载波含有N个，在一个OFDM的符号周期内，基带的OFDM符号可以表示为：

对于连续的时域信号s（t）是以T/N的速率进行的抽样，即让t=kT/N（k=0，1，…，N-1），这样就可以得到离散的时域信号s（k），即s（k）为：

对所有的子载波归一化可得，

理论上峰均功率比可达到：

其中，从（5）可以看出，降低PAPR技术的实质就是降低R（u），也就是降低传输信号的序列。当传输信号的输入具序列的一致性比较大时，OFDM峰均功率就较高。假设当传输信号输入的二进制数据序列全为1时，那么经过映射和IFFT陶制以后，信号就会瞬间产生很大的峰均值功率，从而会导致PAPR达到理论上的最大值N。分析表明，新的算法不但能减小运算的复杂性，还能够获得比较好的峰均值比。

3 OFDM技术的优点

3.1 频带利用率高

OFDM技术允许将子载波作为重叠的正交子信道，它不只是利用传统的保护频带分离子信道的方式，来提高的频率利用的效率。在频谱利用率较高的相同的带宽下，当子载波的数目增加时，采用的是正交的函数序列作为副载波。而相邻的子载波间的频谱是相互正交重叠的，载波的间隔可以达到最小值，这就使得OFDM技术在使用相同的频带时具有更高的频谱利用率。

3.2 衰落性能强

由于应急通讯系统的低压输电线的阻抗变化的幅度比较大，信号在传输时会出现衰落的现象。解决信道衰落的方法是适应均衡，但是当系统的传输速率很高时，想要实现快速的均衡的复杂性和较高的成本是不可估量的。在一般的衰落的环境下，有效的改善OFDM系统的性能的方法不是系统均衡。因为均衡的实质是码间干扰将以多径信道的形式来得以补偿，然而OFDM系统本身就已经利用了多径信道的分集的特性，因此在衰落的环境下，OFDM系统是不做均衡的。采用OFDM调制使每个子信道的速率变动比较低，从而可以达到均衡的状态，这是可以实现的。OFDM技术可以通过子信道的打开和关闭的方式来实现信道的衰落。在工作初期时，OFDM系统将在所有的子信道上都发送数据，工作一段时间后，如果哪个频段的信号变的衰落严重时，超过了规定的信噪比门限，将会自动发送关闭该频段的子载波的信号，关闭子载波，从而避免了因衰落而引发的误码。

3.3 适合高速数据传输

OFDM技术是可以使不同的子载波，按照信道情况的不同与噪音背景的不同的调制方式，来使用调制机制。当OFDM的信道条件好的时候，可以采用效率较高的调制方式来处理；而当OFDM的信道条件差的时候，可以采用抗干扰能力较强的调制方式来处理;当OFDM采用加载算法时，可以让系统把更多的数据收集起来，集中的放在条件较好的信道上，用高速率的方式进行传送数据。因此，OFDM技术是非常适合在高速率上进行数据传输的。

3.4 抗码间干扰（ISI）能力强

在数字通信系统中，除噪声干扰外，最主要的就是码间干扰了，码间干扰与噪声干扰是不同的，它是一种乘性的干扰，而噪声干扰是一种加性的干扰。只要传输的信道频带是有限的，就会造成一定的码间干扰，这说明造成码间干扰的原因其实是有很多种的。OFDM采用的是循环前缀，这对对抗码间干扰是有很强的能力的。

4 结论

OFDM系统可以作为一种有效的对抗信号波形间干扰的传输技术，OFDM系统具有其自身的优势和良好的性能，因此在很多的领域得到了广泛的应用。欧洲的DAB系统所使用的就是OFDM调制技术。实验系统一直在使用，而且明显的改善了应急通讯系统，用于DAB的成套的芯片的开发正在欧洲进行发展的一个项目，它将会让越来越多的人把精力放在应急通讯系统的OFDM技术的开发上，使OFDM技术更广泛的被人们所使用，市场前景也是非常广阔的。因此，OFDM技术将会成为第三代以后的应急通信的主流技术。

[1]王文博，郑侃.宽带无线通信OFDM技术[M].2版.北京：人民邮电出版社，2009.

[2]张雪丽.应急通信新技术与系统应用[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3]孙玉.应急通信技术总体框架讨论[M].北京：人民邮电出版社，2009.

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1674-6708（2011）34-0197-02