COFDM（coded orthogonal frequency division multiplexing），即編碼正交頻分復(fù)用的簡(jiǎn)稱，是目前世界最先進(jìn)和最具發(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(wú)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。其基本原理就是將高速數(shù)據(jù)流通過(guò)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。

　　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。

　　波形圖如下：

 

　　COFDM（編碼正交頻分多路復(fù)用）是ETSI歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)關(guān)于DVB-T數(shù)字視頻地面廣播及DAB數(shù)字音頻廣播的標(biāo)準(zhǔn)。 早期是用于軍事無(wú)線電傳輸安全性之目的。近年來(lái)，基于COFDM技術(shù)的廉價(jià)的數(shù)字信號(hào)處理芯片已成為眾多公司發(fā)展產(chǎn)品之首選。

　　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(shuō)的OFDM。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，OFDM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)。OFDM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。OFDM不用帶通濾波器來(lái)分隔子載波，而是通過(guò)快速傅立葉變換（FFT）來(lái)選用那些即便混疊也能夠保持正交的波形。

　　OFDM技術(shù)屬于多載波調(diào)制（Multi－CarrierModulation，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OFDM常用于無(wú)線信道，它們的區(qū)別在于：OFDM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。

　　OFDM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。OFDM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最佳平衡為原則。OFDM技術(shù)使用了自適應(yīng)調(diào)制，根據(jù)信道條件的好壞來(lái)選擇不同的調(diào)制方式。OFDM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。

　　OFDM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車載船載大功率發(fā)射機(jī)：


COFDM接收機(jī)：


COFDM無(wú)線通信車-車通信系統(tǒng)應(yīng)用：

 

1、單載波系統(tǒng)

　　在FDM傳統(tǒng)的頻分復(fù)用和TDM時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)中，一個(gè)單一的無(wú)線電頻率可以采用振幅、頻率、相位調(diào)制或采用復(fù)合調(diào)制方式以傳送數(shù)據(jù)流。為防止對(duì)臨近信道產(chǎn)生的干擾需要拿出一段頻譜空間作為保護(hù)頻段 ，但增加保護(hù)頻段會(huì)減少整個(gè)系統(tǒng)的吞吐量。

　　射頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須考慮到最小的信號(hào)噪聲比，以保證接收信號(hào)在背景噪聲下所需要的性能。在強(qiáng)的干擾環(huán)境下（在同頻本地多發(fā)信機(jī)工作的情況下）或在強(qiáng)的衰落環(huán)境下（在暴雨期間或金屬物內(nèi)），信號(hào)通常是不能被良好的接收的。

　　更為重要的是在同頻工作下會(huì)有多徑干擾產(chǎn)生的影響，它會(huì)使信號(hào)在建筑物之間、人群、移動(dòng)的車輛、飛機(jī)或其它的方面產(chǎn)生多種反射而使信號(hào)傳輸中斷，那么如何使接收機(jī)能夠正確地接收這些信號(hào)？ 假設(shè)這些多徑射頻信號(hào)的特性可以迅速地從一個(gè)瞬間到另一個(gè)瞬間進(jìn)行變化，在設(shè)計(jì)上采用復(fù)雜的算法以及昂貴的電路技術(shù)能夠處理這些問(wèn)題，使得在上述環(huán)境下信號(hào)也能夠得以良好的接收。

 

2、多載波系統(tǒng) – COFDM

　　COFDM技術(shù)不使用單載波系統(tǒng)而是多載波系統(tǒng)，在同樣的調(diào)制方式下，比如采用 QPSK、16-QAM 或 64QAM ，可以使之應(yīng)用于單載波系統(tǒng)。但無(wú)論如何，數(shù)據(jù)的傳輸仍然是采用時(shí)分和頻分方式 ，并工作在各自的子載波上，每個(gè)子載波都在特定的正交頻率上，以增加潛在的數(shù)據(jù)吞吐量。盡管這時(shí)每個(gè)子載波的數(shù)據(jù)率低于單載波系統(tǒng)，但各個(gè)子載波的總的數(shù)據(jù)率要高于整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)率。DVB-T 標(biāo)準(zhǔn)已被廣泛應(yīng)用于歐洲和世界各國(guó), 其中“2K” 版本 (1704 載波信號(hào))應(yīng)用于較強(qiáng)的干擾環(huán)境，“8K” 版本 (6816 載波信號(hào)) 應(yīng)用于較低些的干擾環(huán)境。DAB 標(biāo)準(zhǔn) 應(yīng)用于CD品質(zhì)的音頻和數(shù)據(jù)在移動(dòng)環(huán)境下的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。其中有4個(gè)不同的工作方式, 在整個(gè)1.5MHz的信道上具有高達(dá) 1536 個(gè)載波的間隔, 其目的是為了提高對(duì)多普勒相移和多徑干擾的免疫。

　　COFDM技術(shù)是關(guān)于前向糾錯(cuò)方法和數(shù)據(jù)信號(hào)處理過(guò)程的。它對(duì)干擾具有強(qiáng)的抵抗力。包括抗多徑干擾。這些信號(hào)相對(duì)原始信號(hào)因傳播距離而被延遲，相對(duì)于最大的期望延遲，保護(hù)間隔的配置就更長(zhǎng)。這樣就可以保證接收機(jī)從反射信號(hào)中區(qū)別有用的信號(hào)以正確地接收。   

　　值得注意的是，實(shí)際上多徑信號(hào)會(huì)給COFDM系統(tǒng)中帶來(lái)好處， 如果原始信號(hào)被封鎖，僅有多徑信號(hào)被接收的話，這些信號(hào)會(huì)被用于接收機(jī)去獲得想得到的數(shù)據(jù)。此外，即使個(gè)別的子載波不能完全地被接收, 數(shù)據(jù)糾錯(cuò)方式也能夠使接收機(jī)從其它的子載波中獲得足夠的信息去重建缺少的數(shù)據(jù)。

 

3、移動(dòng)性和雙向數(shù)據(jù)

　　COFDM 技術(shù)是移動(dòng)環(huán)境下應(yīng)用的最佳選擇。例如：UBS系統(tǒng)的COFDM 調(diào)制器在新加坡已被廣泛應(yīng)用于公交車的電視信號(hào)的傳送，這項(xiàng)技術(shù)也被用于拉斯維加斯戰(zhàn)時(shí)流動(dòng)醫(yī)院的實(shí)時(shí)移動(dòng)視頻圖象的單向傳送，以診斷病人。同時(shí)該項(xiàng)技術(shù)也能被應(yīng)用于雙向廣播無(wú)線接入業(yè)務(wù)。包括數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)接入、話音和傳真等。

 

4、結(jié)論

　　COFDM 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為增強(qiáng)頻譜資源的利用率提供了一種有效的解決途徑，特別是在強(qiáng)的干擾環(huán)境下。它可應(yīng)用于單向或雙向的固定或移動(dòng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 。 

　　以前采用固定無(wú)線接入方式訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)的用戶都知道一個(gè)道理：如果他們屋頂上的天線不在幾公里/幾十公里外的基站天線視線范圍內(nèi)的話，他們就接收不到信號(hào)。 但是現(xiàn)在WXKD新一代的固定無(wú)線雙向系統(tǒng)可以突破這一限制，包括樹叢、飾墻、甚至是金屬片都不能阻擋它與基站天線的通信。這對(duì)于使用固定無(wú)線接入技術(shù)向用戶提供高速互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)的人們來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一件好事。另外，這種新系統(tǒng)的安裝也更加方便，用戶可以自行安裝天線，而不是象以前那樣需要工程技術(shù)人員來(lái)調(diào)整它的角度以對(duì)準(zhǔn)遠(yuǎn)端的天線。

 

無(wú)線電波的傳播特性

　　無(wú)線電波通過(guò)多種傳輸方式從發(fā)射天線到接收天線。主要有自由空間波，對(duì)流層反射波，電離層波和地波

　　表面波傳播，就是電波沿著地球表面到達(dá)接收點(diǎn)的傳播方式，如下圖中1所示。

   

　　電波在地球表面上傳播，以繞射方式可以到達(dá)視線范圍以外。地面對(duì)表面波有吸收作用，吸收的強(qiáng)弱與帶電波的頻率，地面的性質(zhì)等因素有關(guān)。

　　天波傳播，就是自發(fā)射天線發(fā)出的電磁波，在高空被電離層反射回來(lái)到達(dá)接收點(diǎn)的傳播方式。如下圖中2所示。電離層對(duì)電磁波除了具有反射作用以外，還有吸收能量與引起信號(hào)畸變等作用。其作用強(qiáng)弱與電磁波的頻率和電離層的變化有關(guān)。

　　散射傳播，就是利用大氣層對(duì)流層和電離層的不均勻性來(lái)散射電波，使電波到達(dá)視線以外的地方。如下圖中4所示。對(duì)流層在地球上方約10英里處，是異類介質(zhì)，反射指數(shù)隨著高度的增加而減小。

　　外層空間傳播，就是無(wú)線電在對(duì)流層，電離層以外的外層空間中的傳播方式。如下圖中的5所示。這種傳播方式主要用于衛(wèi)星或以星際為對(duì)象的通信中，以及用于空間飛行器的搜索，定位，更蹤等。自由空間波又稱為直達(dá)波，沿直線傳播，用于衛(wèi)星和外部空間的通信，以及陸地上的視距傳播。視線距離通常為50km左右。

應(yīng)用案例：COFDM移動(dòng)視頻用于車-車之間通訊場(chǎng)合