正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)在軍事遙控遙測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

黃祖圣

摘?要：在當(dāng)代的高科技戰(zhàn)爭(zhēng)中，信息電子的對(duì)抗非常激烈。敵方會(huì)采用各種方式，不遺余力地干擾我方的信息系統(tǒng)。OFDM 技術(shù)可以有效地對(duì)抗載波間的干擾和多徑干擾。本文分析了OFOM技術(shù)在軍事遙控遙測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：OFDM?無線信號(hào)?遙控遙測(cè)?子載波

中圖分類號(hào)：TN914.53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）10（a）-0147-01

1 OFDM技術(shù)的原理

正交頻分復(fù)用技術(shù)是對(duì)單載波上調(diào)制的高速數(shù)據(jù)流進(jìn)行分流，成為多股低速子數(shù)據(jù)流，在多個(gè)子載波上并列進(jìn)行傳輸。由于各子數(shù)據(jù)流速率均僅占原數(shù)據(jù)流的小部分，也就意味著符號(hào)周期增大到原來的許多倍，要比信道極限延遲擴(kuò)展要大得多，于是寬頻選擇信道就被劃分成了多個(gè)窄平衰落信道，這樣就具備了較強(qiáng)的抗脈沖干擾以及抗多徑衰落的性能，在高速無線數(shù)據(jù)的傳遞輸送中尤為適用。

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

比特流在發(fā)信端經(jīng)調(diào)制、串并等可變?yōu)槎鄠€(gè)支路，這樣就使數(shù)據(jù)流到多個(gè)子信道上開展正交調(diào)制，其中快速傅立葉逆轉(zhuǎn)換為其核心，將信息從頻域轉(zhuǎn)至?xí)r域，此外為令調(diào)制系統(tǒng)克服符號(hào)間干擾，需在調(diào)制輸出符號(hào)間插入循環(huán)前綴，從而令各子信道在通過多徑信道之后仍保持之間的正交性，經(jīng)射頻將調(diào)制信號(hào)放大之后再發(fā)送。接收端的操作與發(fā)送端是正好相反的，用的是快速傅立葉轉(zhuǎn)換，這樣就重新變成頻域信號(hào)，之后采集出子載波相位以及幅度并且將其變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。

1.2 子載波的調(diào)制

正交頻分復(fù)用技術(shù)為多載波調(diào)制方式，因信道不一樣，各子載波自適應(yīng)選擇各自調(diào)制方式。子載波實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)制，需經(jīng)過信道估計(jì)等環(huán)節(jié)。其中信道估計(jì)的目的是得到信道狀態(tài)信息，信道狀態(tài)信息通常用信噪比以及傳輸函數(shù)來描述。選擇發(fā)送參數(shù)的選用能改變調(diào)制方式以及發(fā)送功率等。最適參數(shù)的選擇即特定條件之下的目標(biāo)最優(yōu)化。[1]

1.3 循環(huán)前綴

符號(hào)間保護(hù)間隔的插入，可有效的去除符號(hào)間干擾。插人的方法一般為符號(hào)間加零，也就是在發(fā)送符號(hào)之后的一段時(shí)間內(nèi)不發(fā)任何信息，這段時(shí)間之后再開始下一符號(hào)的發(fā)送。這樣，雖可有效去除符號(hào)間干擾，但會(huì)對(duì)子載波之間正交性產(chǎn)生一定的破壞，導(dǎo)致子載波間干擾。在現(xiàn)實(shí)使用時(shí)，為達(dá)到消除符號(hào)間干擾和子載波間干擾的雙重目的，可利用循環(huán)前綴來充當(dāng)保護(hù)間隔。

2正交頻分復(fù)用技術(shù)應(yīng)用于軍事遙控遙測(cè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 同步技術(shù)

無線信道傳輸普遍存在Doppler效應(yīng)，因此無線信號(hào)會(huì)在傳輸過程中出現(xiàn)一定的頻率偏移，使接收的信號(hào)在解調(diào)譜中呈現(xiàn)錯(cuò)誤的定位。因此，OFDM系統(tǒng)要求子載波時(shí)間和頻率嚴(yán)格同步，以使頻率偏移的影響最小。OFDM技術(shù)應(yīng)用于軍事遙測(cè)遙控系統(tǒng)中的同步技術(shù)有以下幾種：

（1）基于CP的同步技術(shù)。這種技術(shù)采用MLE算法，其估計(jì)頻偏范圍有限。一般只用于粗估計(jì)。（2）基于訓(xùn)練符號(hào)的同步技術(shù)。該技術(shù)是將已知信號(hào)在時(shí)域上加入到代發(fā)的OFDM符號(hào)中。一般置于OFDN的起始幀處。（3）基于子載波的頻域?qū)ьl同步技術(shù)。此技術(shù)是將某一子載波在特定的位置加入頻域?qū)ьl符號(hào)，以實(shí)現(xiàn)末端信號(hào)時(shí)間與頻率的同步。這種技術(shù)常用于連續(xù)信號(hào)的遙測(cè)遙控系統(tǒng)。

2.2 PAPR 降低技術(shù)

OFDM無線信號(hào)是由子載波信道信號(hào)重疊起來的，因而會(huì)導(dǎo)致很高的功率比（峰值/均值），從而使頻帶內(nèi)失真或者頻譜擴(kuò)展。一般解決該問題有以下幾種技術(shù)。

（1）信號(hào)失真技術(shù)。該技術(shù)是指在OFDM無線傳輸信號(hào)的峰值附近采用非線性失真技術(shù)，從而使其峰值減少，使信號(hào)的失真程度降低。（2）編碼技術(shù)。該方法是通過向前糾錯(cuò)編碼組，使產(chǎn)生的PAPR較小，以實(shí)現(xiàn)末端對(duì)繁雜數(shù)據(jù)信息的糾錯(cuò)和BER的降低。（3）擾碼技術(shù)。該技術(shù)是對(duì)OFDM技術(shù)進(jìn)行重置，從而減少信號(hào)的失真。

3 正交頻分復(fù)用技術(shù)應(yīng)用于軍事遙控遙測(cè)系統(tǒng)中的特點(diǎn)分析

軍事遙控遙測(cè)系統(tǒng)中采用正交頻分復(fù)用技術(shù)，具有很多優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)在以下各方面。

3.1 無線信號(hào)的傳輸速度顯著提高。

正交頻分復(fù)用技術(shù)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)制可根據(jù)信道及其衰落程度使子載波使用不同的調(diào)制方式。當(dāng)信道條件較好及衰落程度較小時(shí)，可以選用高效的調(diào)制方式。而當(dāng)信道條件較差或衰落程度較大時(shí)，可以選用抗干擾能力相對(duì)較強(qiáng)的調(diào)制方式，以使誤碼率與頻譜的利用率達(dá)到最佳平衡。此外，正交頻分復(fù)用技術(shù)還可以通過加載算法，使更多遙控系統(tǒng)的信號(hào)數(shù)據(jù)在條件相對(duì)好的信道上傳輸。采用正交頻分復(fù)用技術(shù)的軍事遙控遙測(cè)系統(tǒng)，一般工作頻段為2GHz以上，信道帶寬大于10M，因此，可以滿足吞吐量較高的軍事遙測(cè)遙控系統(tǒng)要求。[2]

3.2 抗干擾信號(hào)的能力顯著增強(qiáng)。

在現(xiàn)代的高科技戰(zhàn)爭(zhēng)中，信息電子的對(duì)抗非常激烈。敵方會(huì)采用各種方式，不遺余力干擾我方的電子信息系統(tǒng)。因此，這對(duì)軍事遙測(cè)遙控系統(tǒng)的抗干擾性提出了更高的要求。由于OFDM頻段只有一少部分會(huì)受到窄頻干擾，采用OFDM技術(shù)的軍事遙測(cè)遙控系統(tǒng)可以通過不使用易受到干擾那部分頻段或者采用低調(diào)制和向前糾錯(cuò)等方法來增強(qiáng)抗干擾能力。此外，對(duì)于多徑干擾，正交頻分復(fù)用技術(shù)可以通過對(duì)碼元序列的串并轉(zhuǎn)換，提高碼元序列周期，從而減弱或消除多徑干擾。同時(shí)，正交頻分復(fù)用技術(shù)采用CP（循環(huán)前綴）作為保護(hù)間隔，從而大大減少了碼元序列間的相互干擾，保證各個(gè)信道間的正交性，大大減低了載波間的干擾。[3]

3.3 支持非對(duì)稱性信號(hào)傳輸

對(duì)于軍事遙控遙測(cè)系統(tǒng)，SAT（端站）到AP（接入點(diǎn)）間的無線上行鏈路上承載的數(shù)據(jù)多于無線下行鏈路。OFDM軍事遙控遙測(cè)系統(tǒng)采用不同數(shù)目的子信道，實(shí)現(xiàn)上行與下行不同鏈路數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸。

3.4 頻率的利用率相對(duì)較高

在現(xiàn)代的高科技戰(zhàn)場(chǎng)上，各種無線遙測(cè)遙控系統(tǒng)紛紛登場(chǎng)，無線電頻譜資源則逐漸短缺。正交頻分復(fù)用的子信道采用重疊的正交子載波，相對(duì)于傳統(tǒng)的使用頻帶保護(hù)子信道，頻率的利用率顯著提高。

4 結(jié)語

綜上所述，正交頻分復(fù)用技術(shù)是一種并行的信號(hào)傳輸技術(shù)，可以非常有效地對(duì)抗干擾，適用于多徑傳輸環(huán)境的數(shù)據(jù)高速傳播。因此，將OFDM技術(shù)用于軍事遙控遙測(cè)系統(tǒng)中，可以大大提高軍事通訊的抗干擾能力和保密程度。

參考文獻(xiàn)

[1]楊國.車載無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃匝芯縖J].南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，13（6）.

[2]任小玲.正交頻分復(fù)用技術(shù)研究與系統(tǒng)的仿真實(shí)現(xiàn)[J].中國無線電，2011（3）.

[3]戴仁林.正交頻分復(fù)用技術(shù)及其熱點(diǎn)問題[J]. 遙測(cè)遙控，2009（2）.