OFDM在短波通信中的应用

OFDM在短波通信中的应用（精选9篇）

OFDM在短波通信中的应用 第1篇

摘要：介绍了当前短波（HF）通信中串行、并行两种体制的最新发展现状，着重讨论了正交频分复用（OFDM）技术在HF通信中的实际应用，最后指出在短波通信中采用OFDM体制需要解决的几个关键性问题。

关键词：短波 OFDM 串行调制解调器 并行调制解调器

卫星通信和短波（1.5～30MHz）通信是目前远距离通信的两种主要手段。对军事通信而言，卫星在战争期间易被干扰或阻塞，甚至被摧毁而失去通信能力，因此，就通信的顽存性、机动性和灵活性而言，短波通信具有无可比拟的优越性。其发射功率小，设备简单，通信方式灵活，抗毁性强，以电离层为传输媒质，而电离层基本具有不可摧毁性，传输距离可达数千公司而不需要转发。这些优点使短波通信成为军事部门及其它机构远距离通信和指挥的重要工具。此外，在海上通信和机载通信中短波通信占有重要地位。潜艇、水面战舰、远洋商船、渔轮和科考船队通常都配备短波电台与外界建立通信联系，而且海上通信对数据传输的速度要求越来越高，有力地推出了海上短波通信技术的发展。机载短波、超短波通信是航空通信的重要手段，特别当飞机要进行低空、超视距和远距离通信而又缺乏现代预警机与机载卫星通信系统时，机载短小、超短波通信成了唯一的通信渠道。

1 短波通信中传输高速数据信号的调制技术

短波传输分为天波和地波两种方式。对天波传输方式而言，短波信道是一种时变色散的信道，它利用电离层的反射传送信息。由于电离层是分层、不均匀、各向异性、随机、有时空性的介质，因此短波信道存在多径时延、衰落、有时空性的介质，因此短波信道存在多径时延、衰落、多普勒频移、频移扩散、近似高斯分布的白噪声和电台干扰等一系列复杂现象。此外对现代短波通信系统，信道大多数具有频率的选择性，多径传输产生了信号的相干衰落与符号干扰，短波通信的性能在很大程度上取决于系统设计对信道传输补偿的效果。短波信道通常情况下是一种缓慢变化的信道，多径延迟典型值2～8ms，多普勒频率扩展的典型值0.1Hz，多普勒频移在0.01～10Hz范围内变动，在高纬度地区多径延迟可达13ms以上，多普勒扩展可达73Hz。

多径效应引起的时域扩展是限制数据通信速率的主要因素。目前短波通信中存在并行制和串行制两种体制。并行体制是将发送的数据并行分配到多个子通道上传输，串行体制使用单载波调制发送信息。关于串行和并行两种调制方式到底哪种优越，一直有争论。文件认为：这两种调制解调器在低速通信中已使用多年，没有哪一种显示出绝对的优势，目前在北约9.6kbs HF通信标准中同时考虑串行、并行调制体制。而绝大多数认为串行体制更优势，若在可通率相同的情况下，比较二者的误比特率，则串行比并行体制低。

串行体制的特点是在一个话路带宽内采用单载波串行发送高速数据信号，因此提高了高频发射机的功率利用率，克服了并行体制功率分散的缺点。由于串行体制采用了高效的自适应均衡、序列检测和信道估算等结合技术，能够克服由于多径传播和信道畸变引起的符号干扰（ISI）。目前最先进的串行体制调制解调器采用256QAM调制，应用一种被称为“分组判决反馈均衡（BDFE）”的技术，在3kHz带宽上数据传输速率达16kbps。

并行体制已经存在几十年了，上个世纪90年代中期以前，并行体制的各个子载波在频率上是互相不重叠的，采用的不是正交频分复用（OFDM）技术，如美国的第三代军用标准MIL-STD-188-141B和MIL-STD-188-110B在并行调制方式中定义16音和39音两种模式，子载波之间不相交。

OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）是一种特殊的多载波传输方式，由于各子载波之间存在正交性，允许子信道的频谱互相重叠，与常规的频分复用系统相比，OFDM可以最大限度地利用频率谱资源。同时它把高速数据通过串行转换，使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，降低了子信道的信息速率，将频率选择性衰落信道转换为平衰落信道，从而具有良好的抗噪声、抗多径干扰的能力，适于在频率选择性衰落信道中进行高速数据传输。在OFDM中通过引入循环前缀，克服了OFDM相邻块之间的干扰（IBI），保持了载波间的正交性，同时循环前缀长度大于信道扩展长度，有效地抑制了符号干扰（ISI）。目前OFDM技术已在IEEE8.2.11a、ETSI BRAN HIPERLAN/2、本地多点业务分配系统（LMDS）、数字用户线路（ADSL/VDSL）、数据音频广播（DAB）、数据视频广播（DVB）、Digital Radio Mondial(DRM)中得到广泛应用。

目前正在研制的新一代并行体制调制解调器采用OFDM技术，通过加入保护间隔，可以有效消除ISI，降低均衡的复杂度。下面介绍OFDM在短波通信中的应用情况以及仍需解决的几个关键问题。

OFDM在短波通信中的应用 第2篇

摘要：在简要地介绍了单兵短波数字通信系统的基础上，给出了MGLS12864T点阵液晶显示模块与第三代数字信号处理器（DSP）TMS320C31的硬件接口电路。介绍了在DSP控制下，用MGLS12864T实现汉字显示的编程技巧和软件开发流程。

关键词：MGLS12864T；DSP；短波；数字通信；液晶显示

1引言

21世纪的战争以数字化战场为背景，而数字化战场的一个重要特点是信息可以直达单个士兵。采用基于软件无线电体制的设计思想，应用第三代数字信号处理器TMS320C31等器件构成短波自适应调制解调器，并将其和传统的小型短波电台相连接，再通过编写相应的软件程序即可构成可传输数据信息的单兵短波数字电台。而将MGLS12864T点阵液晶显示模块应用于此单兵数字电台则可显示发送或接收的数据信息，从而实现屏幕显示的全中文化，以及由此引申的重要功能――中文信息直传。

2单兵短波数字通信系统简介

以TMS320C31数字信号处理器（DSP）为核心，辅以数模转换芯片TLC32044等相应的外围器件构成的短波自适应调制解调器，在和小型短波单边带电台连接后，便可构成单兵短波数字通信系统中的一个单兵从站，然后采用星型网络拓扑结构将若干个这样的从站组合在一起即可组成单兵短波数字通信系统。其中，短波调制解调器主要负责数字信号和模拟信号的转换、自动链路的建立、以及自适应选频和自适应数据传输等功能。人机界面采用MGLS12864T点阵式液晶显示模块，并通过编制汉字库存储汉字字模（即点阵数据）。欲发送的数据由键盘输入，并经短波调制解调器处理后将数字信号转换为模拟信号，然后经电台发送出去。同时，调用汉字库中的汉字字模将数据信息显示在液晶显示屏上。相反，电台接收到的模拟信号经调制解调器转换为数字信号，并将信息显示在液晶显示屏上。单兵短波数字通信系统的单兵从站组成如图1所示。

3MGLS12864T与DSP接口电路设计

MGLS12864T是内置T6963C控制器的128×64点阵式LCD，通过对其内部的T6963C进行编程可实现各种汉字、图形的显示。T6963C具有一个内置字符发生器ROM?即CGROM?，共有128个5×7点阵的ASCII字符，同时具有CGRAM功能，用户可以自定义所需的文字或符号，并可通过64kB的显示RAM来方便地设置文本、图形和用户自定义的显示数据缓冲区，同时也可显示ASCII字符、特殊字符、图形及汉字等。

TMS320C31中的数据总线与控制信号采用直接I／O设备访问形式来控制T6963C类液晶显示模块，MGLS12864T与TMS320C31的接口电路如图2所示。

图中，TMS320C31的数据线D0～D7直接与液晶显示器的数据线相连接，C／D信号由C31的`地址线A0提供，A0为1时为指令口地址；A0为0时为数据口地址。片选信号CE与74F138译码器的Y6连接，可将译码地址设定为600000H。TMS320C31的读写信号线R／W可作为MGLS12864T显示模块的读(RD)、写(WR)控制信号。液晶显示模块的RESET接至＋5V电源，通过V0端外的电位器可调节液晶的对比度。

4编程技巧与软件实现

4．1指令传输流程

T6963C的初始化设置一般都由管脚设置来完成，因此，其指令系统主要集中于显示功能的设置。T6963C的指令可带一、两个参数，也可以无参数。每条指令的执行都是先送入参数?如果有的话?，再送入指令代码。每次操作之前最好先进行状态字检测。其双字节参数指令传输流程如图3所示。

4．2LCD清显示RAM子程序

由于T6963C的硬件复位RESET功能仅对应于内部逻辑电路的初始化，且在开机后，LCD显示缓冲区的内容是随机的。所以，T6963C首先应对显示缓冲区初始化清零，清零过程就是向全部存储单元写入00H。该数据在图形方式下为不显示状态数据，而在文本方式下正好是空格的字符代码。由于RAM区的大小为

8k字节，所以要向数据口写8k次00H。初始化的清零过程可应用自动写指令方式，其流程如图4所示。

4．3显示初始化流程

一般在使用LCD之前，都必须对LCD显示屏进行初始化。该系统的字符和图形之间按“或”功能显示，同时应设置文本和图形缓冲区的起始地址和宽度，其显示初始化流程如图5所示。

4．4字符显示

T6963C内部具有一字符发生器ROM?即CGROM?，它中间共有128个5×7点阵ASCII字符，同时具有CGRAM功能，用户可以自定义所需文字或符号；并用64kB的显示RAM方便地设置文本、图形和用户自定义的显示数据缓冲区以显示ASCII字符、特殊字符、图形及汉字；对于字符显示，则可完全采用T6963C的内置字符。

4．5汉字显示

在计算机汉字系统中，每个汉字内码为两字节编码，字节的最高位为1，而ASCII码为7位编码，最高位为0。因此，可根据字符值与128的比较来判断它是汉字还是ASCII码。国标GB2312－80把汉字分为87区，每区94个字符。其中，1～15区为常用符号区（包括0～9及大小写英文母）?16～86区为常用汉字，第87区为生僻汉字。在常用汉字区，16～55区是一级汉字区，共3755个，其排列是以汉语拼音为序，从一声到四声，即从“啊(a)”排到“座(zuo)”。对一般显示，前55区就足够了，故笔者编写了一级汉字库（即16～55区)，并采用常用的16×16点阵汉字结构,每一汉字占32字节。这样，共需32×40×94＝120320字节，利用UCDOS中的汉字库，在UCDOS环境下，采用PICK-HZB软件便可提取汉字字模。

汉字地址码是指在一个汉字系统中，某一汉字字型信息存放在库中的逻辑地址的编码。由于地址码＝[(内码第一字节－A1H)×94＋(内码第二字节)]×32。因此，寻找一个汉字的字模信息首先要确定此汉字所处的区数；再确定在此区中的地址(字模地址)。具体如下：

区数号＝地址码／32786

字模地址＝(地址码／32768的余数)×32＋8000H

MGLS12864T液晶屏每屏可显示4行×8列汉字，数据总线可直接访问外部字库，以读取某个汉字的显示码。字库的索引库共分为40个区域，每个区域有94个地址索引。每个汉字的内码都对应一个唯一的地址索引，根据地址索引便可找到字库中与之相对应的字模地址。这样，从该字模地址中取出汉字的显示码，并将显示码写入液晶控制器T6963中显示RAM区的指定地址，便可在液晶屏上的相应位置显示出来。图形方式下的汉字显示流程图如图6所示。

对于文本方式下的字符显示，LCD每行可显示16个字符(即00H－0EH)，一屏可显示8行。而对于图形显示方式下的汉字显示，LCD每行可显示8个汉字，一屏可显示4行。当达到最大显示值时，通过编程可使显示内容自动换行或自动开始新的一屏。

5结束语

调频技术在短波通信中的应用 第3篇

在我国通信领域中, 有C=Blog2 (1+S/N) 这样一个公式, 其中C代表信息的极限传输速率, T为传输时间, B为带宽, S/N代表信噪功率比, 从这个公式中我们可以看到, 对于定量的C来说, 信噪功率比的要求和传输时间与带宽是可以相互转换的。如果信道的带宽降低, 那么能够换取的对信号噪声功率比的要求也会降低;反之也是如此。而当信号噪声功率比没有发生变化时, 那么适当的增加信道的宽度, 就会节省信息的传输时间。信息噪声功率比带宽的互换过程并不是自动发生的, 必须在变换信号后, 使带宽符合相应的要求后才可以互换。与原始信号的频谱相比, 调频通信技术可以扩展500-1000倍, 这样在进行信息传输的过程中, 通信的抗干扰能力就会很强, 并且即使在受到严重干扰时, 通信也具备较强的稳定性和可靠性。

所谓的跳频技术实际上就是指载波频率在一定宽度范围内根据跳频的图案进行跳变的过程, 具体的工作原理如下图。信息调制的功能可以将原始的信息数据变成宽度为B1的信号D, 然后就是载波调制的阶段。跳频序列发生器控制载波频率, 这样其就可以在宽度为B2的频带内随机的跳变了, 信号就由B1扩展到了B2。跳频序列发生器同样也控制变频合成器, 当序列值发生变化时, 载波频率也发生变化, 在天线发射调频信号后, 接收机就会接收到信号。在调频信号中, 接收机会先提取出调频同步信号, 确保所接收到的调频信号与调频序列发生器控制的频率跳变是同步的, 从而获得同步的本地载波, 载波经过解调后, 就得到了带有信息的信号D, 继而得到了发射机发射的信息。

作为一种码控的载频跳变的通信方式, 跳频技术主要具备以下四大优点: (1) 跳频技术的抗衰落和抗干扰能力非常强, 其对干扰信号的处理方式为随机躲避式的, 能够有效的躲避电子对抗的频率跟踪式干扰。其所传递的信号频谱密度小, 并且易被扩展。 (2) 跳频技术具备任意选址的功能, 其所传递的可随机跳变的信息, 在一个公共频道信道中会产生若干个传输信号, 并且每个信号的载频跳变的规律是有区别的, 从而实现任意选址的功能。 (3) 其所传递的信息既可以是数字信号, 也可以是模拟信号。 (4) 调频技术通信过程非常安全。窃听设备无法检测和识别跳频技术所传递的信息, 这是一种低可能检测系统。

2 跳频通信的关键技术

2.1 可变频率合成器

作为整个跳频系统的核心组成部分, 可变频率合成器必须具备以下几大技术要求: (1) 从一个频率跳变到另一个频率时, 跳变速度必须足够快; (2) 所产生的频率序列应是连续并且随机的; (3) 输出的可用频率成分纯度应足够高; (4) 抗震性、可靠性较高, 噪声低并且稳定时间短。通常可变频率合成器主要有两类, 即直接式可变频率合成器和间接式可变频率合成器, 前者从主频率源中输出频率, 产生的频率的方法有倍频、混频和分频等;而后者则是用主频通过锁相环来控制可振荡器。

2.2 跳频速率及调频数的选择

这是决定跳频系统整体性能最重要的两个参数, 跳频数、频谱的展宽与系统的跳频增益都是成正比例关系的;但是如果频带的宽度太宽时, 就可能降低频谱的利用效率。当缩小频道间隔时, 就会降低振荡器的漂移和收发信息机之间相对位置的稳定性, 多个用户可能在同一个频率上, 从而出现误码的现象。所以, 在设计跳频数时, 应充分的考虑跳频增益高、系统的复杂程度、跳频序列造成的击中数以及预期的误码率等因素, 从而确定最为合理的跳频数。设计调频速率时, 也要综合的考虑系统各跳频信号的干扰情况、系统的抗干扰能力、频率跳变实现的可能性以及系统的可检测性等因素。

2.3 跳频序列

其跳变的频率必须在频带内均匀的分布, 同时具备可用序列多、跳频距离大、周期性和随机性等特点, 通常情况下, 我们应采用由编码方法所构成的跳频系统的跳频序列。

2.4 跳频的同步

在整个跳频通信系统中, 由于收发信息之间距离不稳定以及时钟漂移等因素通常会导致收发不同步问题的出现, 那么本地产生的序列码与所收到的序列码就无法匹配, 并且也无法正常解跳。所以, 为有效的消除时间偏差和频率偏差, 就应采取同步的方法, 提高收发信息双方载频的一致性。跳频通信通常包括跳频码元同步、频率同步、跳频图案同步和不同步检测判决四个方面的同步, 主要有跟踪和捕获两种实现方法。前者是借助由于锁相电路有效的控制钟源, 而后者则通过采用匹配滤波器法、搜索法、精确时钟法以及前置码法等方法来捕获脉冲码元。

3 短波跳频电台的应用研究

在短波通信中合理的应用了跳频技术, 同时天线自适应调零、自适应调制解调以及自适应选频等技术作为辅助技术, 大大的提高了短波通信的抗衰落能力、抗干扰能力以及可靠性和稳定性, 真正的实现了不间断通信。进行数字化建设时, 无线组网必须足够的职能、自动、稳定和可靠, 所以对短波通信链路的质量也有着很高的要求, 各级别的指挥所和移动人员数字终端应始终在网络平台上工作。以短波数据/话音通信系统为例, 我们对短波调频电台的工作过程进行详细的阐述:

通常情况下, 一个固定的短波中心站和四个可移动的短波远端站共同组成了这个系统, 作为整个系统的控制中心, 短波中心站应配备两套短波通信设备, 其主要作用就是调度和管理整个网络资源的利用情况。在所在地的局域网中会接入短波中心站的中心计算机, 也就是当地局域网的工作站, 进行网络控制的过程中, 短波中心站主要负责的工作有控制通信链路、区分业务类型、保证通信终端具备良好的工作状态以及合理的选择和分配网络地址等。

4 结束语

通过以上的论述, 我们对短波跳频技术的基本原理和主要优势、跳频通信的关键技术以及短波跳频电台的应用研究三个方面的内容进行了详细的分析和探讨。与其他类型通信技术相比, 跳频技术具有其突出的优点和广阔的发展前景, 现阶段, 通信系统工作的频带更加的拥挤了, 而要想有效的解决这一问题就必须利用好宽带系统, 在短波通信领域中如果能够合理的应用和发展跳频技术, 那么对电子对抗、数字通信以及模拟通信等众多领域都会做出十分突出的贡献。

摘要：进入到新世纪以来, 随着我国国民经济水平的飞速提升, 我国的通信行业也得到了快速的发展。所谓的短波通信技术指的就是利用频率在3-30MHz范围内的电磁波所进行的无线电通信技术。目前, 这种技术在我国的各个行业的各个部门都得到了广泛的应用, 其可以进行数据、文字以及语言等各类信息的传递工作。短波通信技术与其他类型的远距离通信技术相比, 其通信的容量较小, 在可靠性和稳定性等方面也存在着一定的技术不足, 并且电离层等外界因素也容易影响其通信质量, 但是其所需的设备结构十分简单, 电离层这个"中继系统"不容易被破坏, 造价地面, 能够轻易的构成远程通信、中程通信或是近程通信系统。本文便对短波跳频技术的基本原理和主要优势、跳频通信的关键技术以及短波跳频电台的应用研究三个方面的内容进行了详细的分析和探讨, 从而详细的论述了短波通信中调频技术的应用情况。

关键词：调频技术,短波通信,关键技术和应用

参考文献

[1]李世鹤.CDMA扩频通信原理[M].北京:人民出版社, 1997.

浅析短波在通信领域的发展及应用 第4篇

关键词:短波 跳频电台 通信信道

中图分类号:TN822文献标识码:A文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0024-01

1 引言

近年来,短波通信技术在获得了长足进步,用现代化的短波设备改造和充实我国各个重要领域的无线通信网,使之更加先进和有效,满足新时代各项工作的需要,无疑是非常有意义的。

2 现代短波在通信技术的发展概况

短波通信是一种无线电通信方式,具有许多优点,如设备简单、成本低、使用方便、灵活等,因此,长期以来一直是近、中、远距离军用、民用通信的重要手段之一,对人类通信事业作出了重要贡献。

在短波信道方面,它受时延、幅度衰落、环境变化等因素的影响变化莫测,要保证通信的可靠性,需要系统根据短波信道的变化自动适应改变系统结构。现在的短波自适应通信技术,主要是指频率自适应技术,而未来的短波自适应通信技术应该是多方位的。在计算机预测方面,利用计算机测频软件预测可用频率对短波通信很有帮助,计算机测频系统能够根据太阳黑子活动规律等因素,结合各个地区的历史数据,预测两点之间在未来一段时期每天各时节的可用频段,具有较高参考价值。

3 短波在通信领域的发展趋势

短波在各方面的发展趋势很广泛,现从以下三个方面分析。

(1)从自适应技术向全自适应技术方向发展

现在的自适应选频与信道建立技术都是与通信结合在一起,这样选频质量会低于专用实时选频系统提供的频率质量。由于在短波时变信道中传输信号时,为了消除多径效应、多普勒频移等带来的干扰,必须采用自适应信道均衡技术。从以上两点可以看出:为了提高短波通信的质量,今后发展方向应该是将专用选频系统和自适应通信系统结合起来,进一步提高短波通信质量。

短波通信在选定工作频率后,要在随时间变化的信道上得到最大数据量,就必须采用全自适应技术。在未来信息时代,网络数据通信将成为主要的通信方式,但是单一的频率自适应还无法满足网络数据通信的要求,未来通信的需求促进了短波自适应通信系统正向全自适应技术的方向发展。

(2)高速调制解调技术将得到发展

为了满足质量均衡的要求,调制解调器就成为实现短波数据通信的关键部件。目前广泛应用的窄带短波电台的调制解调器有串行和并行两种体制,串行体制原理是通过单载波调制发送信息,对均衡的要求相当高;并行体制是将发送的数据并行分配到多个子载波上传输,传统的并行体制中各个子载波在频谱上都不重叠,在接收端分离各个子信道,各个子信道之间要留有保护频带,频带利用率低,而且多个滤波器的实现也有难度。

为了满足人们对高速数据业务的需求,围绕着提高数据传输的可靠性和数据传输速率而发展起来的,是短波信道上传输数据话音和其他数据信号。由于短波信道是一个典型的时变信道,另外,为了保证网络传输信息的可靠性,排除电磁干扰,调制解调方式必须具有抗干扰和抗衰落的能力。

(3)短波通信系统网络向第三代全自适应网络方向发展

第二代短波通信只采用异步模式,而第三代短波通信有两种工作模式,包括同步模式和异步模式。在没有外部同步源的情况下,则需要用同步管理协议来实现时钟同步。同步模式的使用使第三代短波通信的建链速率比第二代短波通信大大提高。

第三代短波通信的主要技术特征是数字化、网络化。在数字化方面,第三代短波通信标准物理层规定了不同的波形,每种波形有其特定的结构,用于通信的不同阶段,以实现时钟同步、探测和解调等功能;在网络化方面,它提供了两种协议,即LDL协议和HDL协议,随着对短波通信网的网络容量、传输速度、抗干扰能力要求的不断提高,第三代通信已成大势所趋。

4 短波在通信跳频电台上的应用

对于跳频通信系统来说,最为重要的技术就是跳频步伐一致。收发双方必须同步于同一时间,才能顺利的获取约定好的跳频图案中的频率点的信号。对于高速跳频通信系统来说,每个频点的信号只在该频点上驻留很短的时间,短波高速跳频电台就是使信号能在选定的频点上做到高速跳变,如果第三方不知道跳变规律便无法捕捉到传递的信号,同时第三方也很难在所有使用的频点上同时释放干扰,这在军事上有极为重要的应用价值。

短波跳频电台在1980年代初期出现,随着社会的进步,跳频电台的综合性能越来越强,一个设备中有调频、调幅、单边带等多种工作方式;既作通信用又可作其他功能使用。此外实现技术的数字化是指电台本身的数字化和信道数字化,这对提高通信质量、简化线路设计和电台升级换代具有重要的意义。

5 环境对短波在电台上的影响

短波频率管理它是短波通信技术与通信管理间的一座桥梁,下面以岸台与舰船之间的短波通信為例,介绍了电离层及电磁环境及电波在电台上的影响。

在电离层和海上电磁环境的实时变化过程中,为实现岸舰之间开通的短波通信网选择,短波通信的工作频率是不能任意选择的,否则就不能建立可靠的频率指配,无线电管理机构在进行指配时,往往指配受潜在的干扰最小的频点。这种指配方法就是使能保证系统的电磁兼容性,在这样复杂的电磁环境中,要保证给电台指配的频率确实可用,就必须对周围的环境进行兼容分析。因为不能保证对将来的指配有利,往往目前的指配会给将来的指配带来困难,而且不利于提高利用率,频率指配的困难也在于此。对于干扰严重的频率点和频率波段在指配时予以扣除并对保护频率和禁用频率进行筛选,并向管理中心发出申请,最终确定指配频率。

6 小结

短波通信的发展将会越来越迅速,它的应用领域也会越来越广泛,因此,对现代短波通信技术的研究和探索,必将有极其广宽的领域和深远的战略意义。

参考文献

[1]高建文.通信网频率分配算法设计.无线电通信技术,1999(2):14～18.

[2]姚富强.外军通信抗干扰发展趋势综述[J].现代军事通信,2004,12(1):13～20.

[3]Herrick D L,LEE P K.CHESS:A New Reliable High Speed HF Radio[J].IEEE MILCOM’96,1996:684～690.

短波通信及其在民航中的应用 第5篇

一、民航通信中的短波传播分析

用于民航通信中的短波实际上是无线电波，它是实现飞机与地面之间通信的介质，其传播方式主要有地面波、天波与直接波三种。

(1)地面波。地面波的传播路径是沿着地球表面、半导电与地表面不平的地表进行传播的，一来可以使电波的场结构区别于自由空间传播而产生变化，从而吸收电波，二来使电波沿着地球表面以绕射的方式进行电波传播，而不是以一定的均速进行直线传播。(2)天波。天波指的是由距离地面40至800公里的电离层的折射或反射回地面的电波，其中电离层含有许多自由电子、离子。短波较为重要的一种传播途径就是天波，它可以进行较长距离的传播，天线将短波信号发出，然后通过电离层的反射，传播距离可以远达上万公里，而且地面阻挡物都无法对其进行干扰。而天波在传播时，由于各种因素的影响，会使信号减弱或发生变化。(3)直接波。直接波是直接由发射天线传送至接收天线的电波，中途没有任何反射，它宛如一束光，因此也被称为视线传播。因为民航飞机大部分的时候都是处于飞行状态，因此有时地面与空中的短波通信其实是能够通过直接波来实现的。

二、民航短波通信应用分析

2.1基本设备应用

民航短波地空通信设备的构成部分包括：短波单边带发信机与收信机、遥控器、地空选择呼叫器等，设备所采取的工作方式均为单边带抑制载波与模拟单信道无线电话。短波单边带发信机与收信机一律使用全固态转自电路与频率合成技术，其频率在2.8至22MHz之间，而发信机的功率低于6KW。

2.2民航短波通信地面站

民航短波通信地面站系统包括短波机房设备、天线和馈线、操作台设备等三个部分。短波机房设备所包含的主要设备有：通信电台、预后选器、功放、交流稳压电源、光端机和一整套控制电缆，主要是对选呼信号于语音信号进行传送。整个系统中最为关键的设备就是短波电台，地面与航空器上都有配备，用于对选呼信号与音频信号的收发。整个系统的性能直接由电台决定，电台选型主要是以用户需求的满足以及能匹配飞机上电台为依据。而预后选器的功能在于可以提升系统的抗干扰性能。光端机则是进行远程控制的端口，主要是实现短波机柜与操作台的连接。

操作台设备的组成部分包括：操作终端与监控软件、选呼器、选呼控制器以及光端机。而选呼器是经过4个单音信号的发射给选定的飞机信号通知。选呼器具有一个七针的音频接口，其中有两个平衡的选呼音频输出口、一个是PTT输出口、一个地线，而另外三个接口通过改造后可连接选呼控制器。选呼控制器对于系统自动化功能的实现较为重要，是选呼器、电台以及控制终端的一个中间设备，它的基本功能非常强大，包括转接电台、控制终端、选呼器以及音频设备等信号、匹配电平、远程控制，不仅如此，还可实现调制方式的自动转换。

通常会按照用途来选择天线：地波天线或天波高仰角天线适用于短距离固定通信;天波方向性天线适用于点对点通信或者方向性通信;天波全向天线适用于组网通信或全向通信;而小型鞭状天线适用于车载通信或个人通信。

2.3短波地空通信数据链系统

我国地域广阔且地理复杂，在民用航空中，超短波网络目前还无法全面覆盖，因此地空通信中常用的手段仍然是短波。短波地空通信数据链系统使极地飞行中的飞行盲区得到了有效的解决，在很大程度上保障了飞行的安全性。在飞行中，该系统主要是用于与基地以及其他航站之间的通信。该系统由以下几个部分构成：短波/超短波通信系统、地空数据网、卫星通信站、机载通信系统，它通过短波/超短波以及卫星来进行不同距离的地空之间话音与数据的通信。

参考文献

[1]董彬虹^,李少谦.短波通信的现状及发展趋势[J].信息与电子工程^,2007^,01^:1-5

[2]马天勇,姚凯学.微波通信及其在民航中的应用[J].铜仁学院学报,2007,01:93-95+98

OFDM在短波通信中的应用 第6篇

【摘要】 可见光通信以制造成本低、无线频谱宽而受到人们的关注。采用自适应OFDM技术能减少多路径传输的时延和衰落，灵活配置调制模式，提高可见光通信的系统性能。

【关键字】 可见光通信 自适应 OFDM调制 系统性能

一、引言

光通信技术最早称为自由空间光互联，而光纤通信称为光波导技术。现在，全光网络正在研发过程中。可见光通信采用发光二极管LED而不是激光当作光源，采用强度调制/直接（IM/DD）检验技术，现在的调制带宽在500M以上。LED频谱与405THz的带宽相同，而无线通信的频谱则受到限制，属于通信的低通响应。LED光载波信号与自然光不同，是调制的通信信号。射频通信产生电磁波干扰，因此可见光通信是高速、廉价、没有电磁波干扰的有前途的未来通信技术。然而，LED的输入范围有限，而且有非线性效应，可见光的信道传递是多径特征。因此，2005 年，西班牙的研究人员Gonzalez等在可见光通信中，应用自适应OFDM 技术，减小存在码间干扰导致的多径衰落。OFDM技术频谱效率高，把速率高的信号分解成多个低速率的并行子数据信号，在互为正交的子信道系统上传递。自适应技术是数据信号在不同子载波传输时，由于载波的频率响应特性不同，可选择特定的编码实现调制。因此，可见光通信系统能适应子载波的变化，满足用户的不同通信需求，提高系统数据通信性能。

二、可见光通信的OFDM技术

可见光通信系统能进行参数配置，包括子载波数、子载波间隔，FFT大小等。应用自适应技术，根据信道状况和用户的数据通信需求，配置传输参数，有编码和调制方式、映射方式、功率配置、带宽分配方式等，提高系统容量和数据传输性能。自适应技术可用在信道容量的可变性和误码率较高的衰落载波的识别上。编码方式可采用格雷码。

在可见光通信系统的自适应OFDM调制解调过程中，首先是发送方高速编码脉冲串并转换，根据信道响应状况，OFDM技术将并行的不同比特信号调制到正交子载波上构成一个符号，并且分配功率实现低速传递。然后，接收端对正交的子数据信号进行解调，采用信道估计方法校正，复原成原高速脉冲信号。子载波间的正交性导致频谱复用，提高系统的数据传输率。LED光源在OFDM技术对信号幅度的变化调制为载波，实现强度调制。OFDM技术具有抗多径干扰能力，原因是高速脉冲调制为多路低速信号，脉冲宽度展宽，能更清晰鉴别信号，提高了每路子载波对抗频率选择性衰落和多径时延的能力。可见光的OFDM调制一般采用FFT和逆FFT技术，将数据变到时域上，显著降低大量的浮点运算。因此在实际系统中，载波信号采用实数形式计算和传输。

OFDM的一个符号是多个子载波信号的合成，在符号间设置保护间隔，可防止符号间干扰和信号串扰。子载波调制方式有QPSK、16QAM和64QAM等，将数字脉冲转换成子载波，可分别采用码速1/2、3/4、2/3的卷积码进行差错控制。根据瞬时特性在每个符号周期，分配给子载波不同的信息比特和功率。将数字信号转换成子载波的幅度和相位映射。映射方式是，在情况较差信号衰减较大的信道，分配的子载波应用低阶映射方式；而条件较好衰减小的信道对应的子载波应用高阶映射，能提高数据传输率。信道估计和检测信息称为导频，在数据信号OFMD符号中间。

自适应OFDM可见光系统权衡数据传输效率和系统误码率BER，关键技术正在研发和试制阶段。自适应技术用计算机软件实现，有Hughes-Hartogs 、Chow 和Fischer-Huber 算法等。算法有三个提高方向，包括比特误码率、传输速率和发射功率，算法性能由搜索和排序次数，收敛速度决定。

三、自适应OFDM技术的性能

OFDM不同的调制模式对应不同的系统误码率，因此分析多载波OFDM技术和自适应技术的组合，能提高可见光通信系统的灵活性和性能。根据参考文献1，自适应模式符号的数据量136b，比QPSK模式多40b，尽管比64QPSK调制模式少152b，但是64QPSK的误码率不符合应用系统要求。可见光通信的自适应OFDM系统的性能包括LED性能和门限电压、直流偏置压强、编码方式、噪声功率、抗噪声性能、非线性影响所致信噪比。调制性能包括：调制方式、调制阶数。为方式LED电压超过门限值，因此要对OFDM信号进行限制幅度。噪声包括热噪声和散弹噪声，以及系统限幅噪声。

总结：可见光通信是光通信的新技术，可采用点到点、广播和星型拓扑结构。广播方式的应用中，LED广告牌作为主节点，而多个手机可作为从节点，是最常见的可见光通信方式。星型拓扑结构的中央节点能转发信息，与广播方式的主节点不同。OFDM技术组合自适应方法，能在子载波的实际传输状况下，对信道选择不同的调制方式，分配发送功率。因此，自适应算法的应用能提高可见光通信系统的综合性能。在PC机之间采用可见光通信，能实现TCP/IP协议。可见光技术的实用应解决的问题有： LED的频率响应、降低OFDM的高峰均功率比等。

参 考 文 献

[1]黄继鹏，李欣，栾泊等. OFDM系统中自适应调制结构设计与性能分析.国外电子测量技术.2010（11）：31～34.

OFDM在短波通信中的应用 第7篇

海洋环境下水声信道是一种极其复杂的时—空—频变信道, 信道带宽窄, 多途干扰强, 信号起伏衰落严重, 使在水下进行可靠高速的信息传输较为困难[1]。针对水声信道的特点, 人们提出将正交频分复用 (OFDM) 应用于水声通信系统[2,3]。基于OFDM的高速水声通信系统具有较高的频带利用率和系统容量, 能够有效对抗水声多途信道的频率选择性衰落, 通过在各个符号间插入循环前缀 (CP) 减少了信道多途干扰的影响, 使接收信号的子载波保持正交性, 在理论上只要CP的长度大于信道的时延扩展, 则可以完全消除码间串扰 (ISI) [4]。

在信道时延扩展很长的环境下, 加入过长的循环前缀会带来很大的性能浪费, 若循环前缀不足又会形成码间串扰[5]。由于水声信道的时延变化范围很大, 可达到几ms至几百ms的数量级, 因此, 在水声信道环境下OFDM系统的传输效率和系统的误码率性能间的矛盾就显得尤为突出。

1 系统模型

假设系统是完全同步的, 在OFDM系统的发射端, 首先将输入的二进制信号经过串/并变换变为N路并行比特流, 再将各支路上的信号分别进行基带映射 (可采用PSK调制或QAM调制) , 然后采用离散傅里叶逆变换 (IDFT) 快速实现多载波的调制, 并且插入循环前缀形成时域信号, 送入水声信道进行传输。

假设OFDM数据符号周期为Td, CP的长度为Tg, 则有效OFDM符号的长度就是T=Td+Tg。要发送的基带OFDM信号为:

$x(n)={\displaystyle \sum _{k=0}^{{\rm N}-1}X}{}_{i,k}\exp (\text{j}2\text{π}\frac{nk}{{\rm N}})$,

式中, Xi, k表示第i个符号, 第k个子载波上的调制信号N表示一个OFDM符号的子载波数。

水声多径衰落信道的冲激响应可以表示为:

$h(n)={\displaystyle \sum _{n=0}^{{\rm N}{}_L-1}a}{}_n\delta (n-\tau {}_n)$。

水声通信中由于传输信号到达接收机经过延时时间很长的多途传播, 使得信道冲激响应的长度NL可以很长, 并且水声信道的冲激响应长度还取决于信道的声线和传输速率。

经水声信道传输后的接收信号序列可表示为:

$y(n)={\displaystyle \sum _{k=0}^{{\rm N}{}_l-1}h}(k)x(n-k)+z(n)$,

式中, z (n) 是零均值方差为σ${}_z^2$的加性高斯白噪声。

当水声信道的最大时延扩展大于保护间隔的长度时, 频域信号在第k个子载波上的符号会受到前一OFDM符号子载波带来的码间串扰 (ISI) , 并且由于载波间的正交性被破坏, 还会受到同一个OFDM符号间隔内的其他子载波带来的载波间干扰 (ICI) 。

在接收端, 加入时域均衡器TEQ把等效的水声信道冲激响应长度缩短到小于循环前缀的长度, 从而消除接收信号中的ISI。接收到的信号经过TEQ滤波后得到:

$r(n)={\displaystyle \sum _{k=0}^{{\rm N}{}_{\text{w}}}w}(k)y(n-k)$,

式中, w (n) 是一个长度为Nw的有限冲激响应滤波器。

2 基于MMSE准则的时域均衡算法

该算法设立了一个虚拟的目标信道冲激响应 (TIR) , 实现过程如图1所示[6,7]。

令虚拟的目标信道冲击响应b (n) 满足信道缩短后的复合信道的要求, 然后通过使实际的复合信道heff (n) =w (n) *h (n) 与b (n) 之间的均方误差最小来确定TEQ和TIR抽头系数w (n) 和b (n) 的最优解, 从而达到信道缩短的目的。

由图1所示, 可以将误差定义为:

$e(n)=\tilde{\mathit{b}}{}^{*}x(n)-\mathit{w}{}^{*}y(n)$, (1)

式中, *表示共轭转置;w=[ω (0) ω (1) …… ω (Nw-1) ]T;b=[b (0) b (1) …… b (Nb-1) ]T;$\tilde{\mathit{b}}=[0{}_{1\times \delta }b(0)b(1)\cdots \cdots b({\rm N}{}_b-1)0{}_{1\times {\rm N}{}_{\text{L}}+{\rm N}{}_{\text{w}}-1-\delta }]{}^{\text{Τ}}$;δ表示判决时延。那么此时的均方误差定义为:

式中, Rxx=E{x (n) x (n) *};Rxy=E{x (n) y (n) *};Ryy=E{y (n) y (n) *}, Ryx=R*xy。

按照线性估计理论中的正交性原理, 最优的时域均衡器抽头系数应该使得误差与数据之间满足正交性, 即:

E{e (n) y (n) *}=0。 (3)

由式 (1) 、式 (3) 可以得出$\tilde{\mathit{b}}{}^{*}\mathit{R}{}_{xy}=\mathit{w}{}^{*}\mathit{R}{}_{yy}$, 那么时域均衡器抽头系数可以表示为:

$\mathit{w}{}^{*}=\tilde{\mathit{b}}{}^{*}\mathit{R}{}_{xy}\mathit{R}{}_{yy}^{-1}$。 (4)

此时只要求出最优解$\tilde{\mathit{b}}$opt就可由式 (4) 确定wopt。同样, $\tilde{\mathit{b}}$opt的选择也要遵循MMSE准则。由式 (4) 可将式 (2) 重新写为:

${\rm M}SE=\tilde{\mathit{b}}{}^{*}(\mathit{R}{}_{xx}-\mathit{R}{}_{xy}\mathit{R}{}_{yy}^{-1}\mathit{R}{}_{xy}^{*})\tilde{\mathit{b}}$。 (5)

定义:

Rδ=[0Nb×δ, INb, 0Nb×s]· (Rxx-RxyR${}_{yy}^{-1}$R*xy) ·

[0δ×Nb, INb, 0s×Nb], (6)

式中, s=NL+Nw-1-δ。则式 (5) 可重新写为:

MSE=b*Rδb。 (7)

为避免对式 (7) 求解最小值的过程中出现全零解, 可以对其进行单位能量约束 (b*b=1) 。

对于某一确定的判决延时δ, b的最优解应该满足:Rδbopt=λRδ, minbopt, bopt是对应于Rδ的最小特征值λRδ, min的特征向量, 即$\mathit{b}{}_{\text{o}\text{p}\text{t}}=q{}_{\begin{array}{l}\\ R{}_{\delta },\min \end{array}}$, 那么相应的最小MSE就为λRδ, min。

在理论上, 对于不同的判决延时δ, Rδ是不同的, 所以对于b的最优解也应该在搜索所有可能的延时情况下进行。基于MMSE准则的时域均衡算法可以概括如下:

步骤1:计算Rxx、Rxy和Ryy, 以及矩阵Ryy的逆R${}_{yy}^{-1}$;

步骤2:在0≤δ≤NL+Nw-Nb这一范围内对所有可能出现的判决延时δ, 按照式 (6) 计算Rδ, 并求出最小特征值λRδ, min;

步骤3:将所有Rδ中具有最小特征值λRδ, min时的判决延时δ作为最佳延时时间, 并选择其相对应的特征向量作为最佳的目标信道冲激响应bopt, 即:bopt=qRδ, min;

步骤4:由式 (4) 求解时域均衡器的抽头系数。

水声OFDM系统时域均衡器设计的目的是希望通过加入时域均衡器TEQ使水声信道总的时延扩展变小, 且小于发送信号的保护间隔长度。当有效信道冲激响应的长度小于或者等于循环前缀的长度时, 理论上可以实现无码间干扰的传输, 从而保证水声通信高速可靠传输。

3算法复杂度分析

MMSE算法的复杂度一方面是来自于对最佳延时时间的搜索, 对于每一个可能的延时时间都要计算一次Rδ的最小特征值和相应的特征向量。然而, 对于某一信道, 最佳延时时间也不是唯一的, 会随时域均衡器的抽头个数不同而发生变化, 但最佳延时时间往往可以确定在一定范围内, 并不需要对0≤δ≤NL+Nw-Nb这个较大的范围进行搜索。

所以为了减少计算的复杂度, 可以首先对所有时域均衡器的抽头系数确定最佳延时时间的上限值δmax, 并在以后搜索延时时间的过程中, 仅在0≤δ≤δmax 范围内搜索即可。

影响MMSE算法复杂度的另一方面是对Nw×Nw维矩阵Ryy求逆, 由于水声信道的时延扩展长度长, 往往需要较多的时域均衡器抽头个数, 那么对Ryy求逆的计算量大小就决定了MMSE算法的复杂程度。可以考虑从Ryy自身的结构入手来降低计算复杂度。在大多数通信系统中, 发送序列x (n) 是独立同分布的, 那么就有Rxx=INL+Nw-1, Ryy=HH*+σ2I, 式中, H是信道卷积矩阵。由于OFDM系统加入了循环前缀 (CP) 后使得H具有了循环Toeplitz矩阵结构, 可见Ryy也具有循环Toeplitz矩阵结构。

要降低MMSE时域均衡算法的复杂度, 核心是降低 (HH*+σ2I) -1的运算量, 一般可以采用递推的方法求解。由于HH*+σ2I是循环Toeplitz矩阵, 可以用直接FFT算法来对Ryy=HH*+σ2I进行处理。

直接FFT算法的核心思想是利用DFT变换来求解具有循环Toeplitz结构的矩阵。在这里将Ryy简计为Ryy=circ (ζ0, ζ1, …ζNw-1, N阶傅里叶变换矩阵F可以写为:

$\mathit{F}=\frac{1}{\sqrt{{\rm N}}}\left[\begin{array}{ccccc}1& 1& 1& \cdots & 1\\ 1& \omega & \omega {}^2& \cdots & \omega {}^{{\rm N}-1}\\ 1& \omega {}^2& \omega {}^4& \cdots & \omega {}^{2({\rm N}-1)}\\ 1& \omega {}^{{\rm N}-1}& \omega {}^{2({\rm N}-1)}& \cdots & \omega {}^{({\rm N}-1)({\rm N}-1)}\end{array}\right]$

,

式中, $\omega =\text{e}{}^{-\text{j}\frac{2\text{π}}{{\rm N}}}$且F-1=F*。由定理:矩阵C为N阶循环矩阵的充要条件是存在数λ0, λ1, …, λN-1使F-1CF=diag (λ0, λ1, …λN-1) [8]可以推出计算循环矩阵Ρyy逆的快速算法为:

步骤1:计算循环矩阵Pyy的特征值:$\lambda {}_k={\displaystyle \sum _{n=0}^{{\rm N}{}_w-1}\xi }{}_n\omega {}^{kn},k=0,1,\cdots {\rm N}{}_w-1$;

步骤2:计算μk=λ${}_k^{-1}$, k=0, 1, …, Nw-1;

步骤3:求出Ρyy的逆矩阵:R${}_{yy}^{-1}$=circ (η0, η1, …, ηn) , 式中, $\eta {}_k={\displaystyle \sum _{n=0}^{{\rm N}{}_{\omega }-1}\mu }{}_n\omega {}^{-kn},k=0,1,\cdots ,{\rm N}{}_{\omega }-1$。

如果在步骤1和步骤3中分别进行Nw点的DFT和IDFF运算, 则整个算法的计算量为O (Nwlog2Nw) , 而采用递推算法对HxHHx+σ2I进行求逆的MMSE算法的计算量是O (N${}_w^2$) 。

可见, 整个处理过程简化了 (HxHHx+σ2I) -1的运算, 与以往的MMSE算法比较, 采用快速算法的处理复杂度能大大降低, 并且可以在接收端利用DSP来快速实现系统的时域均衡。

4 仿真实验

使用的信道是用声传播的射线理论仿真的10 km水声信道, 多径信道为8径, 功率延迟谱服从复指数分布。工作频带B=[2 kHz, 6 kHz], 载波间隔Δf=5 Hz, 有用子载波数为800, 系统采用1 024点DFT变换, 循环前缀长度为256点, 调制方式采用的QPSK。

图2所示为加入一个MMSE时域均衡器对信道的影响。将信道冲激响应CIR采样后得到长度为470点的原始信道冲激响应, 该信道冲激响应的长度超出了系统循环前缀的长度。在接收信噪比为15 dB时, 通过加入一个长度为200的时域均衡器后有效信道冲激响应的能量主要集中在前256个点上。

从图2中可以看出, 有效信道冲激响应的能量分布情况与目标信道冲激响应的能量分布是近似相同的, 但是由于MMSE算法在对均衡器抽头系数进行训练的过程中, 不能保证均方误差最小化为零, 因此在等效信道冲激响应和目标信道冲激响应之间会存在误差, 在窗外残留了部分能量, 尽管会有部分残余码间干扰的影响, 但是通过频域均衡后受干扰的部分会得到补偿。

图3为在接收信噪比为15 dB时, 在不同目标信道冲激响应长度Nb下有效信号干扰比SIR同时域均衡器抽头数Nw之间的关系。

从图3中可以看出当Nb长度一定时, Nw越大, 有效信号干扰比SIR就越高, 且有效SIR增加的过程是先快速增加而后缓慢增长。另外, 在时域均衡器抽头系数Nw一定的情况下, 目标信道冲激响应Nb越大, 有效信号干扰比SIR越大, 即通过增加Nb的长度能够有效地改善算法的性能, 当Nb的长度较小时, 为了获得较好的性能就需要较大的时域均衡器的抽头系数Nw, 一般Nb的长度应该选为略小于或等于系统循环前缀的长度。

图4为在水声信道下的系统误码率曲线。仿真结果表明, 由于CP的长度小于信道冲激响应长度, 误码率性能不够理想, 当加入基于MMSE准则的时域均衡器之后, OFDM系统的误码率性能得到了显著的改善。

5结束语

研究了时域均衡器在基于OFDM的水声通信系统中的应用。仿真结果表明在水声环境下通过加入时域均衡器能够有效地改善OFDM系统在循环前缀小于信道最大时延扩展时的误码率性能。并且基于MMSE准则的时域均衡算法抗干扰和噪声能力强, 适合在水声通信系统中使用。

参考文献

[1]杨士莪.水声传播原理[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社, 2007:1-4.

[2]COAELANS, GLAVIEUX A.Design andtest of a multicarrier transmission system on the shallow water acoustic channel[J].IEEE OCEANS, 1994 (3) :472-477.

[3]LAMK W, ORMONDROYDF R.Anovel broadband COFDM modulation scheme for robust communication over the under-water acoustic channel[J].IEEE Military Communications Conference, 1998 (1) :128-133.

[4]汪裕民.OFDM关键技术与应用[M].北京:机械工业出版社, 2006:22-28.

[5]CHENSHAO-PING, ZHUCUI-TAO.ICI and ISI analysis and mitigationfor OFDMsystems withinsufficient cyclic prefixin time-varying channels[J].IEEE Transactions Consumer Electronics, 2004, 50 (1) :78-83.

[6]AL-DHAHIR N, CIOFFI MJ.Efficiently computed reduced parameter input-aided MMSE equalizers for ML detection:A unified approach[J].IEEE Transactions on Information Theory, 1996, 42 (3) :903-915.

[7]JABEUR B T, ABED-MERAIMK.Channel chorteningin OFDM systemwith controlled TIR quality[J].IEEE Signal Processing andits Applications, 9thInternational Symposium, 2007:1-4.

OFDM在短波通信中的应用 第8篇

【关键词】短波通信 抗干扰技术 应用

我国当前经济持续发展，各项技术有了明显进步，其中城市化和信息化建设发展较为突出，为我国科研教育事业的发展做出了突出贡献。我国的通信技术有了较大突破，作为应用广泛的短波通信技术，一直发挥着巨大作用。

一、短波通信的发展历史及特点

1.1发展历史

短波通信的发展过程是波浪式的，从高到低，又从低到高。1895年马可尼首次进行了无线电通信的尝试并获得了成功；在20世纪60年代，短波通信的发展受到抑制；20世纪80年代初开始，短波通信重新受到重视并得到了很好发展。目前短波通信技术已经从第二代通信技术发展到了第三代通信技术。

1.2短波通信的特点

优点：短波通信设备体积小，可进行定点或移动通信，并且维护费用较低，电路调试容易，临时组网方便，对自然灾害或者是战争的抗毁能力强，破坏后容易恢复，灵活性很大。缺点：通信容量较小，可以使用的频段较窄；大气等外在因素对其干扰严重；短波通信的信号传输不稳定。

二、短波通信的基本干扰方式

1、大气噪音。大气干扰是短波通信最为常见的干扰方式，因为大气放电具有方向性，在维度较高的地区，其干扰方向随着季节和昼夜变化而变化。

2、工业干扰。工业生产中的点火装置、电力网等因素是造成短波通信干扰的工业干扰因素，这些因素影响程度的大小与本地噪声的强弱和供电系统有关。

3、电台干扰。与短波通信工作频率相近电台的无线电波，对短波通信同样会造成干扰。首先因为短波通信用户数量很多，其次是因为短波波段的频带本身不宽。

4、人为干扰。这种带有目的性的干扰，在军事应用中很普遍。常见的人为干扰方式有单频或多频干扰等。

三、短波通信的抗干扰技术的应用

1、自适应技术。自适应技术的作用包括两个方面：自动调整短波通信系统中结构和参数；优化系统适应通信的传输环境变化的能力。它提高了系统抗干扰能力，改善了短波通信质量。工作原理是定时分析短波通信的链路质量，在多个信道进行扫描，在接收到对方信号后建立合适的频率链路，进行通信业务传输。优势在于能够根据不同情况，切换传输信道，提高短波通信的抗干扰能力。

2、跳频技术。跳频技术可以通过实际情况不断地更换短波通信频率，避开受到干扰的信道，实时动态修改频率表，保留不受干扰的频点，删除受到干扰的频点。跳频技术抵抗衰落能力很强，可以解决多路径衰落的通信问题，直接拓展频率带宽。

3、差错技术控制。差错控制技术能够解决数据在传输过程中容易出现丢包和出错问题。根据不同的情况，形成不同的抗干扰方法，主要分为自动重发请求、前向纠错和混合纠错等。当接收方经过检验发现收到的数据存在错误时，通知发送方，发送方得知后可以使用此技术进行改正。这一技术可以有效保证短波通信数据的正确和完整性。

4、分集技术。短波通信信道使用情况不同，造成有的信道信号较强，有的信道信号较弱，根据不同信道的情况选择两个或两个以上的信号进行组和，补偿衰落的信道损耗，这种技术就是分集技术。分集技术改善信道的传输质量是以不增加传输功率和带宽为前提的。如果没有这项技术，在噪声干扰、信道情况较差时，发射机必须要发送较高的功率才可以保证正常收到链接。

相比其他的抗干扰技术它的优点在于可以在不增加传输功率和宽带的前提下，改善无线通信信道的传输质量，提高传输质量和信噪比。

四、短波通信中抗干扰技术的发展趋势

科学技术发展迅猛，短波通信的抗干扰技术已经取得了非常大的进展和突破。发展方向主要包括以下三个方面，首先是逐渐向着全自适应状态发展，因为科技的发展意味着全自适应技术必将取代单一的自适应技术；其次是高速数据调制解调技术逐渐成为核心技术，因为这一技术具有传输速度快、利用率高等优点；最后是抗干扰技术体制向宽带发展，这已经是一个必然的趋势。

OFDM在短波通信中的应用 第9篇

近年来,无论是自然灾害的救援工作、公共卫生事件的防疫工作还是安全事件的秩序维护工作都对公共事件的相关部门处理紧急响应事件提出了越来越高的要求。相应部门无论是在预警方案和组织管理协调的软件方面,还是相应通信设备和管理指挥系统的硬件配备方面,都面临着全新的考验。因此,建设一套高效适用的应急通信系统,为公众提供更及时的救助服务,已成为当前一个重要而迫切的课题。作为第四代移动通信技术的核心技术OFDM技术,其多载波的传输距离和图像信号的流畅性均要优越于单载波技术,适用于强调无线语音和无线视频的实时性通信应急通信系统。

2 OFDM技术及特点

OFDM技术即正交频分复用技术,它的提出已有40年的历史,与已经普遍应用的FDM技术十分相似, OFDM技术把高速的数据流通过串/并变换分配到速率相对较低的若干个频率子信道中进行传输,其第一个实际应用是军用的无线高频通信链路。与传统技术相比,OFDM技术具有以下一些优点:

1) 通过对高速率数据流进行串/并转换,使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加,从而有效地减少由于无线信道的时间弥散所带来的符号间的干扰,进而减少了接收机内均衡器的复杂度,有时甚至可以不采用均衡器,而仅仅通过插入循环前缀的方法消除符号间干扰的不利影响。

2) OFDM中由于各个子载波间存在正交性,允许子信道的频谱相互重叠,因此,OFDM系统可以最大限度地利用频谱资源。OFDM技术与传统的FDM技术带宽利用率比较如图 1所示。从图 1中可以看出,传统的FDM技术需要在两个信道之间存在较大的频率间隔来防止干扰,这就降低了全部的频谱利用率,而应用OFDM技术的子载波正交复用技术大大减少了保护带宽,提高了频谱利用率。

3) 各个子信道的正交调制和解调可以分别通过采用离散傅里叶反变换和离散傅里叶变换来实现,而且当子载波数很多时,还可以通过采用快速傅里叶反变换和快速傅里叶变换来实现。

4) OFDM系统物理层支持非对称的高速率数据传输,通过使用不同数据的子信道可以实现上下行链路中不同的传输速率。

5) OFDM技术易于和多种接入方式相结合使用。

但是OFDM系统由于存在多个正交的子载波,而且输出信号是多个子信道信号的叠加,因此与传统技术相比,也存在一些缺点:

1) 易受频率偏差的影响。由于子信道的频谱相互覆盖,这就对它们之间的正交性提出了严格的要求。无线信道的时变性在传输过程中造成的无线信号频谱偏移,或发射机与接收机本地振荡器之间存在的频率偏差,都会使OFDM系统子载波之间的正交性遭到破坏,导致子载波之间干扰。

2) 存在较高的峰值平均功率比。多载波系统的输出是多个子信道信号的叠加,因此如果多个信号的相位一致,所得到的叠加信号的瞬时功率就会远远高于信号的平均功率,导致较大的峰值平均功率比。这就对发射机内放大器的线性度得出了很高的要求,因此可能带来信号畸变,使信号的频谱发生变化,从而导致各个子信道间的正交性遭到破坏,产生干扰,使系统的性能恶化。

3 OFDM技术在应急通信系统中的应用

McWiLL(多载波无线信息本地环路)宽带无线接入系统是我国自主研发的第一代宽带无线接入系统。McWiLL采用的是国际最先进的码扩正交频分多址、智能天线、空间零陷、联合检测等无线通信技术。采用McWiLL系统在应急通信中,只要一只简单的CPE或者PCMCIA卡,无需进行现场安装、调试,就能够迅速提供高速无线连接,同时由于其可移动性,便携性,能够满足应急通信的更多需要。

McWiLL系统由终端设备CPE、基站系统BTS以及网元管理系统EMS三个部分组成。其中,终端设备CPE完成用户端计算机与无线网络的连接。基站系统完成用户端CPE与骨干网络的连接,包括基站传输系统BTS以及射频系统RFS两部分。网元管理系统EMS完成对无线系统中的所有终端设备CPE、基站系统的设备管理、系统监控、权限管理、带宽分配等操作。系统结构如图 2所示。

McWiLL 系统的核心技术之一CS-OFDMA将OFDMA、TDMA 和SCDMA 有机融合为一体。CS-OFDMA 采用了OFDM 调制方式,具备所有OFDM 的技术优势,除了频率利用率高、信道分配灵活、容易实现外,还有以下显著优点:

1) 通过对调制符号的串并转换降低单载波上的符号速率可以增强多径干扰的抵抗能力;

2) 根据对各个信道的动态分配来选择符号的承载信道可以抗频率选择性衰落;

3) CS-OFDMA 采用了码扩技术,将一个符号进行码扩后再以一个信道为单位进行多载波调制,这样可以将一个符号的能量分散到整个信道中,在接收时达到频率分集的效果;

4) CS-OFDMA 采取的多址方式主要由TDMA 与OFDMA 组成,码扩的使用范围仅在每一个信道中,而信道是给用户的最小单位,这样用户在发射接收信号时,相互之间不会干扰,避开了传统CDMA 接入方式的多址干扰问题。

McWiLL 技术利用并行传输的OFDM 技术和CDMA 技术的有效融合,是两个技术的折衷方案,有效地克服了传统CDMA系统面对无线宽带数据传输时由于扩展频谱而引起的码间干扰的严重问题,其最大优点是对抗频率选择性衰落。在单载波窄带CDMA 系统中,单个衰落或者干扰能够导致整个通信链路失败,但是在McWiLL 系统中,由于使用了多载波,因此只有很小一部分载波会受到干扰。系统会自动在10 个子载波中选择信号效果最好的4个子载波或者2个子载波进行信号传输,实现频谱的最佳利用。

4 结束语

应急通信系统强调的是"应急状态"下的通信,快捷的无线语音通信保证指挥命令的迅速传达,实时的视频通信是指挥者正确判断的必备工具,二者缺一不可。而"应急状态"通常是场景不固定,因此更加强调移动性。未来的应急通信技术将朝着语音、数据、图像融合;专网、共网、公网共存;宽带、快速、安全、可靠、普遍软件无线电、IP、OFDM等新技术方向发展。可以预见,OFDM技术在未来的应急通信系统中将得到广泛应用,而未来的应急通信系统也将朝着更实时、更流畅的语音和视频方向发展。

摘要：当前,自然灾害、公共卫生事件以及公共安全事件在世界范围内频频发生,应急通信系统在面对这些突发事件时扮演着越来越重要的角色。本文首先分析了下一代移动通信核心技术——OFDM技术的原理及其特点,并以McWiLL系统为例,简要分析了OFDM技术在Mc-WiLL应急通信系统的应用。最后得出结论OFDM技术在未来的应急通信系统中将得到广泛应用。

关键词：OFDM技术,应急通信系统,McWiLL系统

参考文献

[1]王文博,郑侃.宽带无线通信OFDM技术[M].北京:人民邮电出版社,2007.