COFDM技術介紹及其在數字圖像傳輸中的應用

摘 要：本文敘述了編碼正交頻分復用技術（COFDM）的基本原理，它一種多載波數字通信調制技術，具有頻譜利用率高和可對抗多徑時延擴展等特點，在無線數字圖像傳輸方面應用有獨特的優勢。

關鍵詞：COFDM，數字圖像，正交頻分復用，編碼正交頻分復用

1 前言

COFDM（coded orthogonal frequency division multiplexing），即編碼正交頻分復用，其基本原理就是將高速數據流通過串并轉換，分配到傳輸速率較低的若干子信道中進行傳輸。它在無線圖像傳輸方面應用有獨特的優勢。

2 COFDM技術的原理

2.1 FDM技術

FDM（Frequency Division Multiplexing），即頻分多路復用，就是將具有一定帶寬的信道分割為若干個有較小頻帶的子信道，每個子信道供一個用戶使用。這樣在信道中就可同時傳輸多個不同頻率的信號。頻分復用的主要優點是復用路數多、分路方便，因此是目前模擬通信中最主要的一種復用方式，特別是在有線和微波通信系統中獲得廣泛應用，缺點是設備龐大、復雜。

2.2 OFDM技術

OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing），即正交頻分復用。 OFDM可以看成是一種特殊的頻分復用（FDM）形式。它基本思想是：將信道分成若干個正交子信道，將高速數據信號轉換成并行的低速子數據流，調制到每個信道上進行傳輸。各信道間保持正交，頻譜相互重疊，使頻譜利用率相對于單載波串行系統提高近一倍。 雖然OFDM具有良好的性能，但是在具體應用中，OFDM技術仍然存在一些固有的問題，影響其深入發展。

2.3 COFDM

COFDM（coded orthogonal frequency division multiplexing），即編碼正交頻分復用，是目前世界最先進和最具發展潛力的調制技術。為了提高系統性能，OFDM系統往往還和信道編碼結合起來使用，這樣的系統就是COFDM。編碼（C）是指信道編碼采用編碼率可變的卷積編碼方式，以適應不同重要性數據的保護要求；正交頻分（OFD）指使用大量的載波（副載波），它們有相等的頻率間隔，都是一個基本震蕩頻率的整數倍；復用（M）指多路數據源相互交織地分布在上述大量載波上，形成一個頻道。COFDM的實用價值就在于支持突破視距限制的應用，是一種在無線電頻譜資源方面充分利用的技術，可以對噪聲和干擾有著很好的免疫力，繞射和穿透遮擋物是COFDM的技術核心。

3 COFDM技術在無線數字圖像傳輸中的應用

無線數字圖像傳輸采用了先進的COFDM調制解調技術、信道編碼技術，并結合數字圖像壓縮MPEG2/MPEG4等多媒體網絡傳輸技術，能夠在高速移動環境下實現視頻、語音、數據等寬帶多媒體業務的實時、同步傳輸。具有覆蓋范圍廣、靈敏度高、移動性好、抗干擾和抗衰落能力強、傳輸數據率高、穩定性和可靠性突出等顯著優點。

3.1 公安消防的部門中的應用

（1）部隊系統的應用

在演習和處理應急事件時，將圖像發射系統安裝在可以高速移動和機動的車輛或飛機上，由無線數字圖像傳輸電臺組成的車載圖像傳輸系統，將前方的圖像，數據、語音實時地傳到指揮中心。使指揮機關和領導能在指揮中心或在辦公室中甚至首長車內看到實時傳輸的現場圖像，如親臨現場，及時了解重大突發事件現場實況，作出準確的分析判斷，達到實時指揮，提高決策系統的快速準確性，增強快速反應能力、指揮能力和突發事件的處置能力。

（2）森林、消防救援的應用

實時傳輸火情圖像，甚至跟蹤火情蔓延的情況，并將現場火情實時的傳輸到防火指揮中心，傳送到上級主管部門，讓指揮中心及時了解火災現場情況，便于實時組織調度消防力量。大大提高快速反應能力，最大限度的減少損失。

（3）公安系統的應用

本系統通過刑偵車、交通勘察車、特警車等前端采集系統實時采集突發事件現場的圖像、語音，并隨時傳輸到各相關部門。便于迅速采取有效措施，實時指揮。本系統的投入使用大大提高了公安系統快速處理重大突發問題的能力。對于高效迅速解決問題，有效減少國家損失，具有重要意義和社會經濟效益。

3.2 廣播電視行業的應用

在廣播電視行業，利用先進的數字調制技術和壓縮編碼技術為新聞媒體的實時采集、傳輸和播出提供強大的動力，是比賽流動直播、突發事件移動追蹤等的最佳解決方案。

在現場轉播時，前方的記者可利用無線圖像傳輸系統實時地把現場的情況全方位、多角度地傳遞到后方的指揮監控中心或者導播面前，讓有關人員體驗前所未有的臨場感，增加了新聞報道的真實性、及時性和可看性。安裝現場轉播車在賽事過程中，能將現場情況實時傳回到對應覆蓋區的各接收點，并通過光纖微波網絡送至廣電總監控室。在整個比賽過程中，比賽現場實況信號能及時、連貫、高質量的送回播控室。

3.3 其它行業的應用

（1）采礦、石油的應用

煤礦安全生產無線監控管理系統的建成，有效提高了煤礦開采企業的管理水準。無線數字化圖像傳輸系統的應用可以成功解決礦區及礦內井道網路的連接問題。建成后的無線網路，實現了控制中心與各個分礦，以及各礦區井道之間低成本、高帶寬、高安全性的無線圖像，語音資料傳輸。整個系統高效可靠，有效降低了企業的成本，大大提高了煤礦企業的監管力度和安全生產水準。

（2）應急指揮中心的應用

城市應急指揮系統能實現全市治安、消防、急救、交通事故等多種應急指揮與調度集成到一個管理體系中，實現統一接警、統一指揮、聯合行動、快速反應的城市應急處理目標。通過建立統一的指揮調度平臺，就可以大大加強不同警種及聯動單位之間的配合和協調，從而對一些特殊、突發、應急和重要事件作出快速、有序而高效的反應，能夠大大提升政府的突發應急救助能力。

（3）無人機的應用

無線數字圖像傳輸系統也在無人機等航空器對地的應用中廣泛使用。

4 總結

COFDM全稱是編碼正交頻分復用（codedOFDM-編碼OFDM），又稱為多載波調制或離散多音調制（DMT），是一種全新的并行傳輸體制。由于其高效、抗多徑衰落的特點可以在寬帶接入中得到應用。最新一代COFDM無線圖像傳輸設備的核心技術正是第四代移動通訊所采用的COFDM調制技術。基于COFDM技術的數字圖像，與h.264相比圖像更清晰，達到MPEG2標準的DVD清晰度。

參考文獻

[1] 汪裕民.OFDM關鍵技術與應用[M].北京：機械工業出版社.2007

[2] 尹長春，羅濤.多載波寬帶無線通信技術[M].北京：北京郵電大學出版社.2004

作者簡介

馮靜（1984 -），女，重慶電子工程職業學院教師，講師，主要研究方向：信號與信息處理、電路與系統。