淺談應急通信系統中OFDM技術的應用

摘 要：在通信系統中一直存在著頻率選擇性的衰落、噪聲的干擾、碼間串擾等困擾。這些問題在一定程度上會使通信系統的性能和質量受到嚴重的影響。正交頻分復用技術OFDM的應用，對用于抵抗外界干擾較差的地方的傳輸介質起到良好的作用。本文詳細研究該技術的基本原理、特點以及在應急通信系統的運用。

關鍵詞：正交頻分復用技術；信道載波；頻譜利用率

一、OFDM的基本原理

OFDM信號發送器的基本原理是：將用戶的信號通過串行的方式以頻率為R碼字/秒輸入給發送器，這些R碼經過識別會被優先送入到并行變換器中，將串行輸入的信號輸出在N條線路上。之后，該OFDM碼會進行快速的傅里葉逆變換，這可以將頻域離散的數據順理成章的轉化成時域離散的數據。OFDM的接收機實質就是一組解調器，這個解調器的功能很強大，可以將不同的載波調制零頻，也可以將不同的載波調制零頻得相反方向。子載波的數量是與OFDM的高數據速率有關系的，兩者之間的關系是很微妙的，增加子載波的數目能夠提高數據的傳輸速率，減少子載波的數目能夠減少數據的傳輸速率。OFDM的每個頻帶的調制方法是不相同的，這樣就增加了系統的靈活性，通過變換調制方法增加系統的穩定性。因此，OFDM的基本原理適用于多用戶的、較高的靈活度以及較高的利用率的通信系統。？OFDM應運到各個領域提供了廣闊的研究空間。

二、OFDM技術的優點

（一）頻帶利用率高。OFDM技術不只是利用傳統的保護頻帶分離子信道的方式，來提高的頻率利用的效率，它允許將子載波作為重疊的正交子信道。在相同的帶寬下，頻譜利用的高低直接影響到了子載波的數目。而相鄰的子載波間的頻譜是相互正交重疊的，當載波的間隔可以達到最小值時，這就使得OFDM技術在使用相同的頻帶時具有更高的頻譜利用率。

（二）衰落性能強。由于應急通訊系統的自身一些特征，信號在傳輸時會出現衰落的現象。如何解決這種現象？系統均衡是解決信道衰落的有效方法，但是成本是一個很大的門檻。但是當一般的衰落的環境下，系統均衡并不是有效的改善OFDM系統的性能的方法。因為均衡的實質是碼間干擾將以多徑信道的形式來得以補償，然而OFDM系統本身就已經利用了多徑信道的分集的特性，因此在衰落的環境下，OFDM系統是不做均衡的。采用OFDM調制使每個子信道的速率變動比較低，從而可以達到均衡的狀態，這是可以實現的。OFDM技術可以通過子信道的打開和關閉的兩種方式來實現信道的衰落。根據不同的工作運營時期，OFDM系統將在所有的子信道上都發送數據對頻段的影響是不一樣的，通過調節子載波的信號，從而避免了因衰落而引發的誤碼。

（三）適合高速數據傳輸。OFDM技術是可以使不同的子載波，按照信道情況的不同與噪音背景的不同的調制方式，來使用調制機制。OFDM的信道分兩種情況，一種是當OFDM的信道條件好的時候，可以采用效率較高的調制方式來處理；另一種是當OFDM的信道條件不好的時候，可以采用抗干擾能力較強的調制方式來處理。當OFDM采用加載算法時，可以讓系統把更多的數據收集起來，并對數據進行分類歸納后放在條件較好的信道上，用高速率的方式進行傳送數據。

（四）抗碼間干擾（ISI）能力強。在數字通信系統中面臨著噪聲干擾與碼間干擾兩種干擾，碼間干擾與噪聲干擾在實質上還有本質不同的，碼間干擾是一種乘性的干擾，而噪聲干擾是一種加性的干擾。碼間干擾無處不在，主要是傳輸的信道頻帶是有限的，也受到一些無形的影響。

三、OFDM技術在應急通信系統中的運用

（一）應急通信基站、衛星定位。依托OFDM技術建立的系統基站，實現有線寬帶與無線寬帶的有效銜接，進一步優化無線寬帶作用，無形提高了應急通信系統的工作效率。當出現應急突發事故的時候，借助寬帶將系統基站部署在變電站或者通信站中，與站內的通信網相連接，也為維護人員進行后期工作提供參考。衛星定位功能為維護人員提供立體化、可視化的地圖，使得應急通信車能夠及時檢測到信號的發生地并順利趕到事故現場進行維修。

（二）應急通信車載系統。當突發事故發生時，為了把損失降到最低，車載系統會發揮它特有的功能，快速趕到現場，并搭建應急通信系統，把事故現場的信息第一時間傳輸到指揮中心，保證指揮中心真實可靠的獲取事故現場信息，及時有效的制定應急措施，降低事故造成的損失。車載系統功能主要包括以下三個部分：（1）視頻采集功能。車載系統中的視頻采集功能具有一些系統中的視頻采集系統不具有的特點，如低成本、易建設、靈活性高等，這些特點也成為應急視頻監視的重要手段。它分成單兵系統與通信車進行視頻采集兩種方式。單兵系統適用環境具有廣泛性，采集信息圖像立體感強、清晰直觀，并利用

OFDM系統將采集到的信息傳到通信車。通信車接收到相關信息后，再通過無線網絡傳輸的方式傳輸至應急指揮中心。（2）數據傳輸功能。在OFDM技術的支持上，車載系統通過無線網絡、光纖鏈路或者衛星定位系統，實現無線數據傳輸的功能，并與應急指揮中心相連接，滿足不同環境下數據傳輸的要求。移動端、PC端等設備可以利用無線網絡進行搜集相關信號，與應急通信車所需數據傳輸相連接，以滿足系統的需求。由于OFDM 具有較高的抗衰落等相關特性，可以依據子載波信號情況來判斷通信管道和分配通信管道，防止通信渠道受到干擾，優質高效的進行數據傳輸。（3）視頻會議功能。車載系統中的視頻會議功能大大增加了應急通信功能，該功能為突發事件的決策提供一個會議空間，相關用戶可以通過視頻會議終端進行現場視頻會議，并進行現場討論并集體決策。但是一些缺點，如數據量較大、穩定性差、算法繁瑣困擾著應急通信系統。在OFDM 技術支持下的WiMAX 系統大大的對以上缺點進行改觀，提高了視頻信息的清晰度、流暢度及傳輸速率。

（三）應急通信指揮系統。所謂的應急通信指揮系統是指該系統通過收集和分析采集的數據，并對數據統計分析，按照應急方案進行一系列的應急控制措施，這些措施是指揮中心重要的決策依據，最終形成預警、預防、處理及善后的一整套應急體系。該系統可以實現人、車、指揮中心的三位一體的運行程序。事故救援隊伍可利用應急通信系統采集事故現場的畫面和數據傳輸至應急指揮中心。救援專家給出可實施的救援方案，以對救援隊伍提供可行的救援指導，保證故障的有效處理。

結論：OFDM系統可以作為一種有效的對抗信號波形間干擾的傳輸技術，OFDM系統具有其自身的優勢和良好的性能，因此在很多的領域得到了廣泛的應用。OFDM系統的無形優勢將會讓越來越多的人對該系統產生興趣，大部分人把精力放在應急通訊系統的OFDM技術的開發上，市場前景非常廣闊的。

參考文獻：

[1] 楊小妹，楊少軍. 一種新的MIMO-OFDM同步技術研究[J]. 廣東通信技術. 2007（02）

[2] 羅艷. OFDM系統中時頻同步技術的應用研究[D]. 重慶大學 2010