淺談COFDM技術在無線圖像傳輸中的應用特性

摘要: 本文主要介紹了COFDM技術在無線圖像傳輸中的應用特點，與傳統(tǒng)模擬無線圖像傳輸技術對比突出的優(yōu)點!以及該技術的應用領域。

關鍵詞: 非視距;抗干擾性;高速移動

一、COFDM技術簡介

無線傳輸所采用的技術體制可大致分為:模擬傳輸、數傳/網絡電臺、GSM/GPRS、CDMA、數字微波(大部分為擴頻微波)、WLAN(無線網)、COFDM(正交頻分復用)等。其中傳統(tǒng)技術都不能實現在“有阻擋、非通視和高速移動條件下”的寬帶高速傳輸，隨著COFDM技術的發(fā)展、成熟，完成這一難題有了可能。

COFDM(coded orthogonal frequency division multiplexing)，即編碼正交頻分復用的簡稱，該技術除具有強大的編碼糾錯功能外，最大特點是多載波調制，它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單個子載波，把數據流也分解為若干個子數據流，分解數據流速率，再利用這些子數據流分別去調制各子載波。各子載波并行傳輸，減小了對單個載波的依賴性，其抗多徑衰落能力、抗碼間干擾(ISI)能力、抗多普勒頻移能力等都得到了顯著提高。

利用COFDM技術可真正實現“有阻擋、非通視和高速移動條件下”的寬帶高速傳輸，該技術是目前世界上最先進和最具發(fā)展?jié)摿Φ恼{制技術。

二、COFDM技術應用于無線圖像傳輸優(yōu)點

無線圖像傳輸廣義上屬于無線寬帶傳輸，大體了經歷模擬、數字傳輸兩個階段。

模擬圖像傳輸因其多經干擾、同頻干擾和噪聲疊加，導致實際應用中圖像傳輸可靠性和高圖像質量難以保證，因此模擬圖像無線傳輸在很多行業(yè)已基本被淘汰。

隨著圖像編解碼和無線數字調制技術的發(fā)展，無線數字圖像傳輸成為目前的技術中堅。其基本結構均為視音頻編碼—無線信道數字調制--視音頻解碼，框圖如下:

目前現有的無線應用中，視音頻壓縮編碼以MPEG2/4、H.261/263等為主。其中高質量圖像(標準PAL/NTSC制式或分辨率不小于700×500)一般以MPEG2編解碼居多，個別采用小波編解碼。其對應的無線傳輸按體制可以用微波(數字微波、擴頻微波)、無線LAN(802.11FHSS、802.11(b)DSSS、802.11(g)DSSS/OFDM、802.11(a)OFDM)等技術實現。雖然，這些技術各有優(yōu)勢，但它們大多都存在共同的缺點，如通視傳輸、定向傳輸、不支持移動等，從而限制用戶的應用，甚至無法滿足部分用戶最基本的需求。

隨著OFDM技術及組件的成熟，國外在無線圖像上已趨于淘汰微波和802.11FHSS、802.11(b)DSSS等方案，而采用COFDM技術的產品。

1、適合在城區(qū)、城郊、建筑物內等非通視和有阻擋的環(huán)境中應用，表現出卓越的“繞射”“穿透”能力。

傳統(tǒng)的微波設備，必須在通視條件(既收發(fā)兩點之間必須無阻擋)下才能建立鏈路，所以使用中受環(huán)境制約，需要提前考察環(huán)境，擬定、實測收發(fā)點。即使成功“布點”，天線定向、線纜布置等工作也相當煩瑣，不僅直接限制視音頻源的獲取、傳輸，而且系統(tǒng)的可靠性、工作效率也大打折扣。

COFDM無線圖像設備則徹底改變了這種局面。因其多載波等技術特點，COFDM設備具備“非視距”、“繞射”傳輸的優(yōu)勢，在城區(qū)、山地、建筑物內外等不能通視及有阻擋的環(huán)境中，該設備能夠以高概率實現圖像的穩(wěn)定傳輸，不受環(huán)境影響或受環(huán)境影響小。其收發(fā)兩端一般采用全向天線，無須預先“踩點”、“定向”、布設繁雜的視音頻輸入、輸出電纜，視音頻源的采集端、接收端可根據現場情況及指揮/導演的要求自由活動。系統(tǒng)簡單、可靠，應用靈活。

2、適合高速移動中傳輸，可應用于車輛、船舶、直升機/無人機等平臺。

對于大多數行業(yè)而言，無線圖像的一般應用模式是:視音頻前端采集—接入點(車、船、機)--視音頻處理中心(一般通過有線鏈路或衛(wèi)通)。所以車輛、船舶、直升機/無人機等平臺是系統(tǒng)非常重要的組成部分，其核心的功能之一就是實時接入前端的圖像。

微波(數字微波、擴頻微波)、無線LAN等設備因其技術體制的原因，無法獨立實現收、發(fā)端的移動中傳輸。如應用到車輛、船舶上，通常的方案是再配置附加的“伺服穩(wěn)定”裝置，以解決電磁波定向、跟蹤、穩(wěn)定等問題，且僅能在一定條件下實現移動點對固定點的傳輸。這樣，其系統(tǒng)的技術環(huán)節(jié)多，工程復雜，可靠性降低，造價極高。

但對于COFDM設備，它不需要任何附加裝置，就可實現固定—移動，移動—移動間的使用，非常適合安裝到車輛、船舶、直升機/無人機等移動平臺上。不僅傳輸有高可靠性，而且對比以上的方案，由于無須再配置附加的“伺服穩(wěn)定”裝置，所以表現出很高的性價比。

3、適合高速數據傳輸，速率一般大于4M bps，滿足高質量視音頻的傳輸。

高質量的視音頻除對攝像機的要求外，對編碼流、信道速率要求十分高。一般的數字微波，擴頻微波傳輸中，雖然采用MPEG2編碼，但信道多采用2M速率，如E1，使得解碼后的圖像分辨率一般為352×288，無法滿足后期分析、存儲、編輯等要求。

COFDM技術每個子載波可以選擇QPSK、16QAM、64QAM等高速調制，合成后的信道速率一般均大于4M bps。因此，可以傳輸MPEG2中4:2:0、4:2:2等高質量編解碼，接收端圖像分辨率可達到576×720或480×720，滿足后期分析、存儲、編輯等要求。

4、在復雜電磁環(huán)境中，COFDM具備優(yōu)異的抗干擾性能。

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(yōu)越，通過各個子載波的聯(lián)合編碼，具有很強的抗衰落能力。在單載波系統(tǒng)中(如數字微波，擴頻微波等)，單個衰落或干擾能夠導致整個通信鏈路失敗，但是在多載波COFDM系統(tǒng)中，僅僅有很小一部分子載波會受到干擾，并且這些子信道還可以采用糾錯碼來進行糾錯，確保傳輸的低誤碼率。

5、信道利用率很高。

這一點在頻譜資源有限的無線環(huán)境中尤為重要;當子載波個數很大時，系統(tǒng)的頻譜利用率趨于2Baud/Hz。