COFDM無線圖像傳輸系統(tǒng)即視頻實(shí)時(shí)傳輸主要有兩個(gè)概念，一是移動(dòng)中傳輸，即移動(dòng)通信，二是寬帶傳輸，即寬帶通信，因此，研制能夠在高速移動(dòng)過程中將頻帶很寬的高清晰度視頻進(jìn)行穩(wěn)定傳輸?shù)臒o線圖像傳輸系統(tǒng)，就要解決二個(gè)主要問題：一是由多徑傳播引起的回波干擾；二是頻率資源的使用率和漸趨飽和的問題。OFDM可很好地解決多徑環(huán)境中的信道選擇性衰落，但對(duì)信道平坦性衰落(即各載波的幅度服從瑞利分布的衰落)，尚未得到較好的克服。用信道編碼來解決這一問題的OFDM稱為COFDM(Coded OFDM)。其基本原理是將頻率選擇
性衰落信道(頻率域)與時(shí)變平坦衰落信道(時(shí)間域)結(jié)合在一起形成時(shí)間—頻率域。在此域中，高比特率的待調(diào)制信號(hào)按照一定的規(guī)則劃分后再進(jìn)行時(shí)間、頻率的交錯(cuò)分布。然后再用卷積碼將它們相連，這樣可使編碼后數(shù)據(jù)信號(hào)所受到的衰落具有統(tǒng)計(jì)獨(dú)立性。如果信號(hào)在某一載波處受到一個(gè)負(fù)回波損失，從統(tǒng)計(jì)上說在另外的載波上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)正回波，兩者相互補(bǔ)償?shù)窒亩岣逴FDM系統(tǒng)的抗誤碼性能。
COFDM（coded orthogonal frequency division multiplexing），即編碼正交頻分復(fù)用的簡稱，是目前世界上比較先進(jìn)和發(fā)展?jié)摿Φ恼{(diào)制技術(shù)。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。
原理
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。
技術(shù)的產(chǎn)生和優(yōu)勢產(chǎn)生
上個(gè)世紀(jì)中期，人們提出了頻帶混疊的多載波通信方案，選擇相互之間正交的載波頻率作子載波，也就是我們所說的COFDM。這種“正交”表示的是載波頻率間精確的數(shù)學(xué)關(guān)系。按照這種設(shè)想，COFDM既能充分利用信道帶寬，也可以避免使用高速均衡和抗突發(fā)噪聲差錯(cuò)。COFDM是一種特殊的多載波通信方案，單個(gè)用戶的信息流被串/并變換為多個(gè)低速率碼流，每個(gè)碼流都用一個(gè)子載波發(fā)送。COFDM不用帶通濾波器來分隔子載波，而是通過快速傅立葉變換（FFT）來選用那些即便混疊也能夠保持正交的波形。COFDM技術(shù)屬于多載波調(diào)制（Multi－Carrier Modulation，MCM）技術(shù)。
有些文獻(xiàn)上將OFDM和MCM混用，實(shí)際上不夠嚴(yán)密。MCM與COFDM常用于無線信道，它們的區(qū)別在于：COFDM技術(shù)特指將信道劃分成正交的子信道，頻道利用率高；而MCM，可以是更多種信道劃分方法。COFDM技術(shù)的推出其實(shí)是為了提高載波的頻譜利用率，或者是為了改進(jìn)對(duì)多載波的調(diào)制，它的特點(diǎn)是各子載波相互正交，使擴(kuò)頻調(diào)制后的頻譜可以相互重疊，從而減小了子載波間的相互干擾。
COFDM每個(gè)載波所使用的調(diào)制方法可以不同。各個(gè)載波能夠根據(jù)信道狀況的不同選擇不同的調(diào)制方式，比如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等等，以頻譜利用率和誤碼率之間的平衡為原則。
COFDM技術(shù)使用了自適應(yīng)調(diào)制，根據(jù)信道條件的好壞來選擇不同的調(diào)制方式。COFDM還采用了功率控制和自適應(yīng)調(diào)制相協(xié)調(diào)工作方式。
信道好的時(shí)候，發(fā)射功率不變，可以增強(qiáng)調(diào)制方式（如64QAM），或者在低調(diào)制方式（如QPSK）時(shí)降低發(fā)射功率。COFDM技術(shù)是HPA聯(lián)盟（HomePlug Powerline Alliance）工業(yè)規(guī)范的基礎(chǔ)，它采用一種不連續(xù)的多音調(diào)技術(shù)，將被稱為載波的不同頻率中的大量信號(hào)合并成單一的信號(hào)，從而完成信號(hào)傳送。
由于這種技術(shù)具有在雜波干擾下傳送信號(hào)的能力，因此常常會(huì)被利用在容易受外界干擾或者抵抗外界干擾能力較差的傳輸介質(zhì)中。COFDM即編碼正交頻分復(fù)用的簡稱，是目前世界進(jìn)和發(fā)展?jié)摿Φ恼{(diào)制技術(shù)。它的實(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(duì)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。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。
COFDM技術(shù)能同時(shí)分開多個(gè)數(shù)字信號(hào)，而且在干擾的信號(hào)周圍可以安全運(yùn)行。正是由于具有了這種特殊的信號(hào)“穿透能力”，使得COFDM技術(shù)深受通訊設(shè)備商的喜愛和歡迎。
COFDM技術(shù)能夠持續(xù)不斷地監(jiān)控傳輸介質(zhì)上通訊特性的突然變化，通訊路徑傳送數(shù)據(jù)的能力會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，COFDM能動(dòng)態(tài)地與之相適應(yīng)，并且接通和切斷相應(yīng)的載波以保證持續(xù)地進(jìn)行成功的通訊。COFDM技術(shù)特別適合使用在高層建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及將信號(hào)撒播的地區(qū)、高速的數(shù)據(jù)傳播的地方。
優(yōu)點(diǎn)
(1) 在窄帶帶寬下也能夠發(fā)出大量的數(shù)據(jù)：COFDM技術(shù)能同時(shí)分開至少1000個(gè)數(shù)字信號(hào)，而且在干擾的信號(hào)周圍可以安全運(yùn)行的能力將直接威脅到目前市場上已經(jīng)開始流行的CDMA技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展壯大的態(tài)勢，正是由于具有了這種特殊的信號(hào)“穿透能力”使得COFDM技術(shù)深受歐洲通信營運(yùn)商以及手機(jī)生產(chǎn)商的喜愛和歡迎，例如加利福尼亞Cisco系統(tǒng)公司、紐約Flarion工學(xué)院以及朗訊工學(xué)院等開始使用，在加拿大Wi-LAN工學(xué)院也開始使用這項(xiàng)技術(shù)。
(2) COFDM技術(shù)能夠持續(xù)不斷地監(jiān)控傳輸介質(zhì)上通信特性的突然變化：由于通信路徑傳送數(shù)據(jù)的能力會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，所以COFDM能動(dòng)態(tài)地與之相適應(yīng)，并且接通和切斷相應(yīng)的載波以保證持續(xù)地進(jìn)行成功的通信；
(3) 該技術(shù)可以自動(dòng)地檢測到傳輸介質(zhì)下哪一個(gè)特定的載波存在高的信號(hào)衰減或干擾脈沖，然后采取合適的調(diào)制措施來使指定頻率下的載波進(jìn)行成功通信；
(4) COFDM技術(shù)特別適合使用在高層建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及將信號(hào)散播的地區(qū)。高速的數(shù)據(jù)傳播及數(shù)字語音廣播都希望降低多徑效應(yīng)對(duì)信號(hào)的影響。
(5) 可以有效地對(duì)抗信號(hào)波形間的干擾，適用于多徑環(huán)境和衰落信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)信道中因?yàn)槎鄰絺鬏敹霈F(xiàn)頻率選擇性衰落時(shí)，只有落在頻帶凹陷處的子載波以及其攜帶的信息受影響，其他的子載波未受損害，因此系統(tǒng)總的誤碼率性能要好得多。
(6) 通過各個(gè)子載波的聯(lián)合編碼，具有很強(qiáng)的抗衰落能力。COFDM技術(shù)本身已經(jīng)利用了信道的頻率分集，如果衰落不是特別嚴(yán)重，就沒有必要再加時(shí)域均衡器。通過將各個(gè)信道聯(lián)合編碼，則可以使系統(tǒng)性能得到提高。
(7) COFDM技術(shù)抗窄帶干擾性很強(qiáng)，因?yàn)檫@些干擾僅僅影響到很小一部分的子信道。
(8) 可以選用基于IFFT/FFT的OFDM實(shí)現(xiàn)方法；
(9) 信道利用率很高，這一點(diǎn)在頻譜資源有限的無線環(huán)境中尤為重要；當(dāng)子載波個(gè)數(shù)很大時(shí)，系統(tǒng)的頻譜利用率趨于2Baud/Hz。COFDM技術(shù)在無線圖像傳輸方面應(yīng)用有以下獨(dú)特的優(yōu)勢：
1、 非可視和有阻擋的環(huán)境中應(yīng)用，卓越的“繞射”與“穿透”能力使得適合在城區(qū)、城郊、建筑物內(nèi)實(shí)現(xiàn)無線圖像實(shí)時(shí)傳輸傳統(tǒng)的微波設(shè)備，必須在可視條件（既收發(fā)兩點(diǎn)之間必須無阻擋）下才能建立無線鏈接通道，所以使用中受環(huán)境制約較大，需要提前考察應(yīng)用環(huán)境，選擇、測試收發(fā)點(diǎn)，調(diào)整天線的方向，架設(shè)天線的高度測算等，工作量非常大，也相當(dāng)繁瑣，不僅直接限制音視頻的傳輸與接收，而且系統(tǒng)的可靠性、工作效率也大打折扣。COFDM無線圖像設(shè)備則徹底改變了這種局面。因其多載波等技術(shù)特點(diǎn)，COFDM設(shè)備具備“非視距”、“繞射”傳輸?shù)膬?yōu)勢，在城區(qū)、山地、建筑物內(nèi)外等不能可視及有阻擋的環(huán)境中，該設(shè)備能夠以高概率實(shí)現(xiàn)圖像的穩(wěn)定傳輸，不受環(huán)境影響或受環(huán)境影響小。系統(tǒng)采用全向天線，可以在很短的時(shí)間內(nèi)架設(shè)無線傳輸鏈路，采集端和接收端也可以隨意移動(dòng)，不受方向的限制，系統(tǒng)簡單、可靠，應(yīng)用靈活。
2、 適合于高速移動(dòng)中無線傳輸實(shí)時(shí)的圖像，可在車輛、船舶、直升機(jī)等平臺(tái)上使用微波（數(shù)字微波、擴(kuò)頻微波）、無線LAN等設(shè)備因其技術(shù)體制的原因，無法獨(dú)立實(shí)現(xiàn)采集端和接收端在高速的移動(dòng)過程中實(shí)時(shí)傳輸圖像。在車輛、船舶上應(yīng)用微波和無線LAN等設(shè)備進(jìn)行無線圖像傳輸時(shí)，通常的方案是再配置附加的“伺服穩(wěn)定”裝置，以解決電磁波定向、跟蹤、穩(wěn)定等問題，但是也僅僅能在一定條件下實(shí)現(xiàn)移動(dòng)點(diǎn)對(duì)固定點(diǎn)的傳輸，并且圖像常常會(huì)出現(xiàn)中斷，嚴(yán)重影響傳輸接收的效果。工程復(fù)雜，可靠性降低，造價(jià)極高。但對(duì)于COFDM設(shè)備，它不需要任何附加裝置，就可實(shí)現(xiàn)固定——移動(dòng)，移動(dòng)——移動(dòng)間的使用，非常適合安裝到車輛、船舶、直升機(jī)等移動(dòng)平臺(tái)上。不僅傳輸具有高可靠性，而且表現(xiàn)出很高的性價(jià)比。
3、傳輸帶寬高，適合高碼流、高畫質(zhì)的音視頻傳輸，圖像碼流一般可大于4M bps高碼流、高畫質(zhì)的音視頻數(shù)據(jù)流對(duì)編碼、信道速率要求十分高。一般的數(shù)字微波，擴(kuò)頻微波傳輸鏈路中，雖然采用MPEG-2編碼，但信道多采用2M速率，如E1，使得解碼后的圖像分辨率可以達(dá)到720×576，但是圖像壓縮碼流只有1M左右，無法滿足接收端后期音視頻分析、存儲(chǔ)、編輯等具體的要求。COFDM技術(shù)每個(gè)子載波可以選擇QPSK、16QAM、64QAM等高速調(diào)制，合成后的信道速率一般均大于4M bps。因此，可以傳輸MPEG-2中4:2:0、4:2:2等高質(zhì)量編解碼圖像，接收端圖像分辨率可達(dá)到720×576或720×480，碼流可以在6M左右，接收后的圖像質(zhì)量接近DVD畫質(zhì)，完全可以滿足接收端后期音視頻分析、存儲(chǔ)、編輯等具體的要求。
4、在復(fù)雜電磁環(huán)境中，COFDM具備優(yōu)異的抗干擾性能對(duì)抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾及信號(hào)波形間的干擾性能優(yōu)越，通過各個(gè)子載波的聯(lián)合編碼，具有很強(qiáng)的抗衰落能力。在單載波系統(tǒng)中(如數(shù)字微波,擴(kuò)頻微波等)，單個(gè)衰落或干擾能夠?qū)е抡麄€(gè)通訊鏈路失敗，但是在多載波COFDM系統(tǒng)中，僅僅有很小一部分子載波會(huì)受到干擾，并且這些子信道還可以采用糾錯(cuò)碼來進(jìn)行糾錯(cuò)，確保傳輸?shù)牡驼`碼率。COFDM無線傳輸技術(shù)在視頻監(jiān)控中的應(yīng)用采用COFDM技術(shù)的無線圖像傳輸方案，具有良好的非視距傳輸和高速移動(dòng)傳輸性能，能提供DVD質(zhì)量的實(shí)時(shí)圖像和聲音。通過車載或便攜式設(shè)備可靈活、迅速地將現(xiàn)場實(shí)況聲像直接傳輸或通過轉(zhuǎn)信臺(tái)、光纖網(wǎng)等傳輸回至指揮中心。設(shè)備可與其他微波、衛(wèi)星、光纖通訊設(shè)備組建遠(yuǎn)距離鏈路，建設(shè)實(shí)用有效的圖像傳輸系統(tǒng)。COFDM技術(shù)的無線圖像傳輸設(shè)備主要應(yīng)用環(huán)境為：城市建筑物阻擋環(huán)境，樓宇之間，建筑物內(nèi)外，建筑物地下到地面之間; 移動(dòng)中使用; 海上圖像、空中圖像傳輸?shù)?。是國?nèi)公安、部隊(duì)、武警、消防、人防（民防）、水利、海事、海關(guān)、廣播電視等行業(yè)在安全保衛(wèi)、野戰(zhàn)指揮、任務(wù)偵察、災(zāi)難救援、現(xiàn)場轉(zhuǎn)播等任務(wù)中急需的高性能無線圖像傳輸設(shè)備。
本公司的無線圖像實(shí)時(shí)傳輸監(jiān)控系統(tǒng)，采用了COFDM技術(shù)，能夠確保高速移動(dòng)、抗衰落及多徑干擾下的穩(wěn)定傳輸與實(shí)時(shí)監(jiān)控（移動(dòng)速率可達(dá)150公里/小時(shí)），提供廣播級(jí)DVD質(zhì)量的高清晰圖像，強(qiáng)大的非視距傳輸能力，非常適合稱為難度極大的“峽谷通信”的城市阻擋環(huán)境應(yīng)用，無需天線定向。產(chǎn)品具有如下特性：音視頻數(shù)字化傳輸，實(shí)時(shí)圖像傳輸，采集發(fā)射端體積小，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，靈活方便，可手持使用，可加密傳輸，保密性好，鏈路傳輸距離可以達(dá)到10KM-50KM。該產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于公安、消防、交警、人防應(yīng)急、城管執(zhí)法、環(huán)保監(jiān)控、消防應(yīng)急、水利防汛、電力搶險(xiǎn)、鐵路搶險(xiǎn)、海事執(zhí)法、海監(jiān)巡查、海關(guān)邊防、碼頭監(jiān)控、森林防火、油田防盜、軍事偵察等領(lǐng)域,適合城區(qū)、海上、山地等多種復(fù)雜環(huán)境中高質(zhì)量圖像的實(shí)時(shí)移動(dòng)傳輸。
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