COFDM调制技术在无线视频传输中应用

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COFDM调制技术是一种无线环境下的高速传输技术该技术是将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据并对不同的载波进行调制。这种并行传输体制大大扩展了符号的脉冲宽度提高了抗多径衰落的性能。随着国际通信技术的迅猛发展,COFDM调制技术也应运而生,COFDM图像传输在“高速运动中”和“非通视条件下”实现高质量实时图像和数据传输成为可能。采用COFDM调制技术的通信设备也进入了一个崭新的时代。

由于COFDM调制技术具有很高的技术门槛,目前只有很少的国外公司拥有COFDM核心调制技术,主要的发展方向是广播电视行业,比如欧洲的DVB-T就是采用COFDM调制技术加上MPEG2视频编解码技术的一个数字电视标准。

Hanhsx采用先进的COFDM多载波调制技术 自主研发和生产无线移动视频传输设备,COFDM图像传输设备具有很强的抗多径干扰能力和在有遮挡环境中的传输能力实现在“高速运动中”“非通视条件下”高质量图像的实时传输,并且在有遮挡、多径干扰、NLOS非视距情况下仍可传输高品质视频,Hanhsx产品包括密拍式、单兵式、车载式、多路式、双向式、COFDM网桥等系列产品 广泛应用于军队、武警、公安、消防、交通、人防、城管、地震、水利、气象、石油等行业.

COFDM技术提高载波的频谱利用率,改进对多载波的调制,它的特点是各子载波相互正交,使扩频调制后的频谱可以相互重叠,从而减小了子载波间的相互干扰。COFDM每个载波所使用的调制方法可以不同。各个载波能够根据信道状况的不同,选择不同的调制方式,比如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等等,以频谱利用率和误码率之间的最佳平衡为原则。COFDM技术使用了自适应调制,根据信道条件的好坏来选择不同的调制方式。

COFDM技术能同时分开多个数字信号,而且在干扰的信号周围可以安全运行。使得COFDM技术深受通信设备商以及手机生产商的喜爱和欢迎。COFDM技术能够持续不断地监控传输介质上通信特性的突然变化,通信路径传送数据的能力会随时间发生变化,COFDM能动态地与之相适应,并且接通和切断相应的载波以保证持续地进行成功的通信。该技术可以自动地检测传输介质下哪一个特定的载波存在高的信号衰减或干扰脉冲,然后采取合适的调制措施来使指定频率下的载波进行成功通信。COFDM技术特别适合使用在高层建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及将信号覆盖的地区、高速的数据传播。

COFDM技术主要有如下几个优点:

1在窄带带宽下也能够发出大量的数据。COFDM技术能同时分开多个数字信号,而且在干扰的信号周围可以安全运行的能力,可以充分利用带宽资源。

2COFDM技术能够持续不断地监控传输介质上通信特性的突然变化,由于通信路径传送数据的能力会随时间发生变化,所以COFDM能动态地与之相适应,并且接通和切断相应的载波以保证持续地进行成功的通信;

3该技术可以自动地检测到传输介质下哪一个特定的载波存在高的信号衰减或干扰脉冲,然后采取合适的调制措施来使指定频率下的载波进行成功通信;

4COFDM技术特别适合使用在高层建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及将信号散播的地区。高速的数据传播及数字语音广播都希望降低多径效应对信号的影响。

6可以有效地对抗信号波形间的干扰,适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输。当信道中因为多径传输而出现频率选择性衰落时,只有落在频带凹陷处的子载波以及其携带的信息受影响,其他的子载波未受损害,因此系统总的误码率性能要好得多。 

7通过各个子载波的联合编码,具有很强的抗衰落能力。COFDM技术本身已经利用了信道的频率分集,如果衰落不是特别严重,就没有必要再加时域均衡器。通过将各个信道联合编码,则可以使系统性能得到提高。

8COFDM技术抗窄带干扰性很强,因为这些干扰仅仅影响到很小一部分的子信道。

COFDM调制技术应用于无线图像传输优点有如下方面:  

1、 适合在城区、城郊、建筑物内等非通视和有阻挡的环境中应用,表现出卓越的“绕射”“穿透”能力。

传统的微波设备,必须在通视条件(即收发两点之间必须无阻挡)下才能建立链路,所以使用中受环境制约,需要提前考察环境,拟定、实测收发点。即使成功“布点”,天线定向、线缆布置等工作也相当烦琐,不仅直接限制视音频源的获取、传输,而且系统的可靠性、工作效率也大打折扣。   

COFDM无线图像设备则彻底改变了这种局面。因其多载波等技术特点,COFDM设备具备“非视距”、“绕射”传输的优势,在城区、山地、建筑物内外等不能通视及有阻挡的环境中,该设备能够以高概率实现图像的稳定传输,不受环境影响或受环境影响小。系统简单、可靠,应用灵活。 

2、 适合高速移动中传输,可应用于车辆、船舶、直升机无人机等平台。 

对于大多数行业而言,无线图像的一般应用模式是:视音频前端采集—接入点(车、船、机)--视音频处理中心(一般通过有线链路或卫通)。所以车辆、船舶、直升机无人机等平台是系统非常重要的组成部分,其核心的功能之一就是实时接入前端的图像。  

微波(数字微波、扩频微波)、无线LAN等设备因其技术体制的原因,无法独立实现收、发端的移动中传输。如应用到车辆、船舶上,通常的方案是再配置附加的“伺服稳定”装置,以解决电磁波定向、跟踪、稳定等问题,且仅能在一定条件下实现移动点对固定点的传输。这样,其系统的技术环节多,工程复杂,可靠性降低,造价极高。 

但对于COFDM设备,它不需要任何附加装置,就可实现固定—移动,移动—移动间的使用,非常适合安装到车辆、船舶、直升机无人机等移动平台上。不仅传输有高可靠性,而且对比以上的方案,由于无须再配置附加的“伺服稳定”装置,所以表现出很高的性价比。 

3、适合高速数据传输,速率一般大于4M bps,满足高质量视音频的传输。

高质量的视音频除对摄像机的要求外,对编码流、信道速率要求十分高。一般的数字微波,扩频微波传输中,虽然采用MPEG2编码,但信道多采用2M速率,如E1,使得解码后的图像分辨率一般为352×288,无法满足后期分析、存储、编辑等要求。  

COFDM技术每个子载波可以选择QPSK、16QAM、64QAM等高速调制,合成后的信道速率一般均大于4M bps。因此,可以传输MPEG2中4:2:0、4:2:2等高质量编解码,接收端图像分辨率可达到576×720或480×720,满足后期分析、存储、编辑等要求。 

表现在实际应用中,COFDM有以下独具的优势:

首先,抗衰落能力强。COFDM把用户信息通过多个子载波传输,在每个子载波上的信号时间就相应地比同速率的单载波系统上的信号时间长很多倍,使COFDM对脉冲噪声(Impulse Noise)和信道快衰落的抵抗力更强。同时,通过子载波的联合编码,达到了子信道间的频率分集的作用,也增强了对脉冲噪声和信道快衰落的抵抗力。因此,如果衰落不是特别严重,就没有必要再添加时域均衡器。

其次,频率利用率高。COFDM允许重叠的正交子载波作为子信道,而不是传统的利用保护频带分离子信道的方式,提高了频率利用效率。

再者,适合高速数据传输。COFDM自适应调制机制使不同的子载波可以按照信道情况和噪音背景的不同使用不同的调制方式。当信道条件好的时候,采用效率高的调制方式。当信道条件差的时候,采用抗干扰能力强的调制方式。再有,COFDM加载算法的采用,使系统可以把更多的数据集中放在条件好的信道上以高速率进行传送。因此,COFDM技术非常适合高速数据传输。

此外,抗码间干扰能力强。码间干扰是数字通信系统中除噪声干扰之外最主要的干扰,它与加性的噪声干扰不同,是一种乘性的干扰。造成码间干扰的原因有很多,实际上,只要传输信道的频带是有限的,就会造成一定的码间干扰。COFDM由于采用了循环前缀,对抗码间干扰的能力很强。


    

作者:梅华   来源:通信世界报 第705期 第20版
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