COFDM技術(shù)介紹及其在數(shù)字圖像傳輸中的應(yīng)用

摘 要：本文敘述了編碼正交頻分復(fù)用技術(shù)（COFDM）的基本原理，它一種多載波數(shù)字通信調(diào)制技術(shù)，具有頻譜利用率高和可對抗多徑時(shí)延擴(kuò)展等特點(diǎn)，在無線數(shù)字圖像傳輸方面應(yīng)用有獨(dú)特的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：COFDM，數(shù)字圖像，正交頻分復(fù)用，編碼正交頻分復(fù)用

1 前言

COFDM（coded orthogonal frequency division multiplexing），即編碼正交頻分復(fù)用，其基本原理就是將高速數(shù)據(jù)流通過串并轉(zhuǎn)換，分配到傳輸速率較低的若干子信道中進(jìn)行傳輸。它在無線圖像傳輸方面應(yīng)用有獨(dú)特的優(yōu)勢。

2 COFDM技術(shù)的原理

2.1 FDM技術(shù)

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

2.2 OFDM技術(shù)

OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing），即正交頻分復(fù)用。 OFDM可以看成是一種特殊的頻分復(fù)用（FDM）形式。它基本思想是：將信道分成若干個(gè)正交子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到每個(gè)信道上進(jìn)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(tǒng)提高近一倍。 雖然OFDM具有良好的性能，但是在具體應(yīng)用中，OFDM技術(shù)仍然存在一些固有的問題，影響其深入發(fā)展。

2.3 COFDM

COFDM（coded orthogonal frequency division multiplexing），即編碼正交頻分復(fù)用，是目前世界最先進(jìn)和最具發(fā)展?jié)摿Φ恼{(diào)制技術(shù)。為了提高系統(tǒng)性能，OFDM系統(tǒng)往往還和信道編碼結(jié)合起來使用，這樣的系統(tǒng)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(yīng)不同重要性數(shù)據(jù)的保護(hù)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(gè)基本震蕩頻率的整數(shù)倍；復(fù)用（M）指多路數(shù)據(jù)源相互交織地分布在上述大量載波上，形成一個(gè)頻道。COFDM的實(shí)用價(jià)值就在于支持突破視距限制的應(yīng)用，是一種在無線電頻譜資源方面充分利用的技術(shù)，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(shù)核心。

3 COFDM技術(shù)在無線數(shù)字圖像傳輸中的應(yīng)用

無線數(shù)字圖像傳輸采用了先進(jìn)的COFDM調(diào)制解調(diào)技術(shù)、信道編碼技術(shù)，并結(jié)合數(shù)字圖像壓縮MPEG2/MPEG4等多媒體網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，能夠在高速移動(dòng)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)視頻、語音、數(shù)據(jù)等寬帶多媒體業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)、同步傳輸。具有覆蓋范圍廣、靈敏度高、移動(dòng)性好、抗干擾和抗衰落能力強(qiáng)、傳輸數(shù)據(jù)率高、穩(wěn)定性和可靠性突出等顯著優(yōu)點(diǎn)。

3.1 公安消防的部門中的應(yīng)用

（1）部隊(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用

在演習(xí)和處理應(yīng)急事件時(shí)，將圖像發(fā)射系統(tǒng)安裝在可以高速移動(dòng)和機(jī)動(dòng)的車輛或飛機(jī)上，由無線數(shù)字圖像傳輸電臺組成的車載圖像傳輸系統(tǒng)，將前方的圖像，數(shù)據(jù)、語音實(shí)時(shí)地傳到指揮中心。使指揮機(jī)關(guān)和領(lǐng)導(dǎo)能在指揮中心或在辦公室中甚至首長車內(nèi)看到實(shí)時(shí)傳輸?shù)默F(xiàn)場圖像，如親臨現(xiàn)場，及時(shí)了解重大突發(fā)事件現(xiàn)場實(shí)況，作出準(zhǔn)確的分析判斷，達(dá)到實(shí)時(shí)指揮，提高決策系統(tǒng)的快速準(zhǔn)確性，增強(qiáng)快速反應(yīng)能力、指揮能力和突發(fā)事件的處置能力。

（2）森林、消防救援的應(yīng)用

實(shí)時(shí)傳輸火情圖像，甚至跟蹤火情蔓延的情況，并將現(xiàn)場火情實(shí)時(shí)的傳輸?shù)椒阑鹬笓]中心，傳送到上級主管部門，讓指揮中心及時(shí)了解火災(zāi)現(xiàn)場情況，便于實(shí)時(shí)組織調(diào)度消防力量。大大提高快速反應(yīng)能力，最大限度的減少損失。

（3）公安系統(tǒng)的應(yīng)用

本系統(tǒng)通過刑偵車、交通勘察車、特警車等前端采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集突發(fā)事件現(xiàn)場的圖像、語音，并隨時(shí)傳輸?shù)礁飨嚓P(guān)部門。便于迅速采取有效措施，實(shí)時(shí)指揮。本系統(tǒng)的投入使用大大提高了公安系統(tǒng)快速處理重大突發(fā)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(jīng)濟(jì)效益。

3.2 廣播電視行業(yè)的應(yīng)用

在廣播電視行業(yè)，利用先進(jìn)的數(shù)字調(diào)制技術(shù)和壓縮編碼技術(shù)為新聞媒體的實(shí)時(shí)采集、傳輸和播出提供強(qiáng)大的動(dòng)力，是比賽流動(dòng)直播、突發(fā)事件移動(dòng)追蹤等的最佳解決方案。

在現(xiàn)場轉(zhuǎn)播時(shí)，前方的記者可利用無線圖像傳輸系統(tǒng)實(shí)時(shí)地把現(xiàn)場的情況全方位、多角度地傳遞到后方的指揮監(jiān)控中心或者導(dǎo)播面前，讓有關(guān)人員體驗(yàn)前所未有的臨場感，增加了新聞報(bào)道的真實(shí)性、及時(shí)性和可看性。安裝現(xiàn)場轉(zhuǎn)播車在賽事過程中，能將現(xiàn)場情況實(shí)時(shí)傳回到對應(yīng)覆蓋區(qū)的各接收點(diǎn)，并通過光纖微波網(wǎng)絡(luò)送至廣電總監(jiān)控室。在整個(gè)比賽過程中，比賽現(xiàn)場實(shí)況信號能及時(shí)、連貫、高質(zhì)量的送回播控室。

3.3 其它行業(yè)的應(yīng)用

（1）采礦、石油的應(yīng)用

煤礦安全生產(chǎn)無線監(jiān)控管理系統(tǒng)的建成，有效提高了煤礦開采企業(yè)的管理水準(zhǔn)。無線數(shù)字化圖像傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用可以成功解決礦區(qū)及礦內(nèi)井道網(wǎng)路的連接問題。建成后的無線網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)了控制中心與各個(gè)分礦，以及各礦區(qū)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(gè)系統(tǒng)高效可靠，有效降低了企業(yè)的成本，大大提高了煤礦企業(yè)的監(jiān)管力度和安全生產(chǎn)水準(zhǔn)。

（2）應(yīng)急指揮中心的應(yīng)用

城市應(yīng)急指揮系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)全市治安、消防、急救、交通事故等多種應(yīng)急指揮與調(diào)度集成到一個(gè)管理體系中，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一接警、統(tǒng)一指揮、聯(lián)合行動(dòng)、快速反應(yīng)的城市應(yīng)急處理目標(biāo)。通過建立統(tǒng)一的指揮調(diào)度平臺，就可以大大加強(qiáng)不同警種及聯(lián)動(dòng)單位之間的配合和協(xié)調(diào)，從而對一些特殊、突發(fā)、應(yīng)急和重要事件作出快速、有序而高效的反應(yīng)，能夠大大提升政府的突發(fā)應(yīng)急救助能力。

（3）無人機(jī)的應(yīng)用

無線數(shù)字圖像傳輸系統(tǒng)也在無人機(jī)等航空器對地的應(yīng)用中廣泛使用。

4 總結(jié)

COFDM全稱是編碼正交頻分復(fù)用（codedOFDM-編碼OFDM），又稱為多載波調(diào)制或離散多音調(diào)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(diǎn)可以在寬帶接入中得到應(yīng)用。最新一代COFDM無線圖像傳輸設(shè)備的核心技術(shù)正是第四代移動(dòng)通訊所采用的COFDM調(diào)制技術(shù)?；贑OFDM技術(shù)的數(shù)字圖像，與h.264相比圖像更清晰，達(dá)到MPEG2標(biāo)準(zhǔn)的DVD清晰度。

參考文獻(xiàn)

[1] 汪裕民.OFDM關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2007

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

作者簡介

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