OFDM可很好地解決多徑環境中的信道選擇性衰落，但對信道平坦性衰落(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)與時變平坦衰落信道(時間域)結合在一起形成時間—頻率域。在此域中，高比特率的待調製信號按照一定的規則劃分後再進行時間、頻率的交錯分布。然後再用卷積碼將它們相連，這樣可使編碼後數據信號所受到的衰落具有統計獨立性。如果信號在某一載波處受到一個負回波損失，從統計上說在另外的載波上會出現一個正回波，兩者相互補償抵消。從而提高OFDM系統的抗誤碼性能。
基本介紹
- 中文名：編碼正交頻分復用
- 外文名：Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing
- 套用學科：通信
COFDM,簡介,原理,技術的產生和優勢,產生,優點,
COFDM
簡介
COFDM（coded orthogonal frequency division multiplexing），即編碼正交頻分復用的簡稱，是目前世界最先進和最具發展潛力的調製技術。其基本原理就是將高速數據流通過串並轉換，分配到傳輸速率較低的若干子信道中進行傳輸。
原理
編碼（C）是指信道編碼採用編碼率可變的卷積編碼方式，以適應不同重要性數據的保護要求；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，都是一個基本震盪頻率的整數倍；復用（M）指多路數據源相互交織地分布在上述大量載波上，形成一個頻道。
技術的產生和優勢
產生
上個世紀中期，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學關係。按照這種構想，COFDM既能充分利用信道頻寬，也可以避免使用高速均衡和抗突發噪聲差錯。COFDM是一種特殊的多載波通信方案，單個用戶的信息流被串/並變換為多個低速率碼流，每個碼流都用一個子載波傳送。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技術屬於多載波調製（Multi－Carrier Modulation，MCM）技術。有些文獻上將OFDM和MCM混用，實際上不夠嚴密。MCM與COFDM常用於無線信道，它們的區別在於：COFDM技術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技術的推出其實是為了提高載波的頻譜利用率，或者是為了改進對多載波的調製，它的特點是各子載波相互正交，使擴頻調製後的頻譜可以相互重疊，從而減小了子載波間的相互干擾。COFDM每個載波所使用的調製方法可以不同。各個載波能夠根據信道狀況的不同選擇不同的調製方式，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。COFDM技術使用了自適應調製，根據信道條件的好壞來選擇不同的調製方式。COFDM還採用了功率控制和自適應調製相協調工作方式。信道好的時候，發射功率不變，可以增強調製方式（如64QAM），或者在低調製方式（如QPSK）時降低發射功率。
COFDM技術是HPA聯盟（HomePlug Powerline Alliance）工業規範的基礎，它採用一種不連續的多音調技術，將被稱為載波的不同頻率中的大量信號合併成單一的信號，從而完成信號傳送。由於這種技術具有在雜波干擾下傳送信號的能力，因此常常會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中。
COFDM即編碼正交頻分復用的簡稱，是目前世界最先進和最具發展潛力的調製技術。它的實用價值就在於支持突破視距限制的套用，是一種在無線電頻譜資源方面充分利用的技術，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的技術核心。其基本原理就是將高速數據流通過串並轉換，分配到傳輸速率較低的若干子信道中進行傳輸。
COFDM技術能同時分開多個數位訊號，而且在干擾的信號周圍可以安全運行。正是由於具有了這種特殊的信號“穿透能力”，使得COFDM技術深受通訊設備商的喜愛和歡迎。COFDM技術能夠持續不斷地監控傳輸介質上通訊特性的突然變化，通訊路徑傳送數據的能力會隨時間發生變化，COFDM能動態地與之相適應，並且接通和切斷相應的載波以保證持續地進行成功的通訊。COFDM技術特別適合使用在高層建築物、居民密集和地理上突出的地方以及將信號撒播的地區、高速的數據傳播的地方。
優點
(1) 在窄帶頻寬下也能夠發出大量的數據：COFDM技術能同時分開至少1000個數位訊號，而且在干擾的信號周圍可以安全運行的能力將直接威脅到目前市場上已經開始流行的CDMA技術的進一步發展壯大的態勢，正是由於具有了這種特殊的信號“穿透能力”使得COFDM技術深受歐洲通信營運商以及手機生產商的喜愛和歡迎，例如加利福尼亞Cisco系統公司、紐約Flarion工學院以及朗訊工學院等開始使用，在加拿大Wi-LAN工學院也開始使用這項技術。
(2) COFDM技術能夠持續不斷地監控傳輸介質上通信特性的突然變化：由於通信路徑傳送數據的能力會隨時間發生變化，所以COFDM能動態地與之相適應，並且接通和切斷相應的載波以保證持續地進行成功的通信；
(3) 該技術可以自動地檢測到傳輸介質下哪一個特定的載波存在高的信號衰減或干擾脈衝，然後採取合適的調製措施來使指定頻率下的載波進行成功通信；
(4) COFDM技術特別適合使用在高層建築物、居民密集和地理上突出的地方以及將信號散播的地區。高速的數據傳播及數字語音廣播都希望降低多徑效應對信號的影響。
(5) 可以有效地對抗信號波形間的干擾，適用於多徑環境和衰落信道中的高速數據傳輸。當信道中因為多徑傳輸而出現頻率選擇性衰落時，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，因此系統總的誤碼率性能要好得多。
(6) 通過各個子載波的聯合編碼，具有很強的抗衰落能力。COFDM技術本身已經利用了信道的頻率分集，如果衰落不是特別嚴重，就沒有必要再加時域均衡器。通過將各個信道聯合編碼，則可以使系統性能得到提高。
(7) COFDM技術抗窄帶干擾性很強，因為這些干擾僅僅影響到很小一部分的子信道。
(8) 可以選用基於IFFT/FFT的OFDM實現方法；
(9) 信道利用率很高，這一點在頻譜資源有限的無線環境中尤為重要；當子載波個數很大時，系統的頻譜利用率趨於2Baud/Hz。
COFDM技術在無線圖像傳輸方面套用有以下獨特的優勢：
1、 非可視和有阻擋的環境中套用，卓越的“繞射”與“穿透”能力使得適合在城區、城郊、建築物內實現無線圖像實時傳輸傳統的微波設備，必須在可視條件（既收發兩點之間必須無阻擋）下才能建立無線連結通道，所以使用中受環境制約較大，需要提前考察套用環境，選擇、測試收發點，調整天線的方向，架設天線的高度測算等，工作量非常大，也相當繁瑣，不僅直接限制音視頻的傳輸與接收，而且系統的可靠性、工作效率也大打折扣。
COFDM無線圖像設備則徹底改變了這種局面。因其多載波等技術特點，COFDM設備具備“非視距”、“繞射”傳輸的優勢，在城區、山地、建築物內外等不能可視及有阻擋的環境中，該設備能夠以高機率實現圖像的穩定傳輸，不受環境影響或受環境影響小。系統採用全向天線，可以在最短的時間內架設無線傳輸鏈路，採集端和接收端也可以隨意移動，不受方向的限制，系統簡單、可靠，套用靈活。
2、 適合於高速移動中無線傳輸實時的圖像，可在車輛、船舶、直升機等平台上使用微波（數字微波、擴頻微波）、無線LAN等設備因其技術體制的原因，無法獨立實現採集端和接收端在高速的移動過程中實時傳輸圖像。在車輛、船舶上套用微波和無線LAN等設備進行無線圖像傳輸時，通常的方案是再配置附加的“伺服穩定”裝置，以解決電磁波定向、跟蹤、穩定等問題，但是也僅僅能在一定條件下實現移動點對固定點的傳輸，並且圖像常常會出現中斷，嚴重影響傳輸接收的效果。工程複雜，可靠性降低，造價極高。
但對於COFDM設備，它不需要任何附加裝置，就可實現固定——移動，移動——移動間的使用，非常適合安裝到車輛、船舶、直升機等移動平台上。不僅傳輸具有高可靠性，而且表現出很高的性價比。
3、傳輸頻寬高，適合高碼流、高畫質的音視頻傳輸，圖像碼流一般可大於4M bps高碼流、高畫質的音視頻數據流對編碼、信道速率要求十分高。一般的數字微波，擴頻微波傳輸鏈路中，雖然採用MPEG-2編碼，但信道多採用2M速率，如E1，使得解碼後的圖像解析度可以達到720×576，但是圖像壓縮碼流只有1M左右，無法滿足接收端後期音視頻分析、存儲、編輯等具體的要求。
COFDM技術每個子載波可以選擇QPSK、16QAM、64QAM等高速調製，合成後的信道速率一般均大於4M bps。因此，可以傳輸MPEG-2中4:2:0、4:2:2等高質量編解碼圖像，接收端圖像解析度可達到720×576或720×480，碼流可以在6M左右，接收後的圖像質量接近DVD畫質，完全可以滿足接收端後期音視頻分析、存儲、編輯等具體的要求。
4、在複雜電磁環境中，COFDM具備優異的抗干擾性能對抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾及信號波形間的干擾性能優越，通過各個子載波的聯合編碼，具有很強的抗衰落能力。在單載波系統中(如數字微波,擴頻微波等)，單個衰落或干擾能夠導致整個通訊鏈路失敗，但是在多載波COFDM系統中，僅僅有很小一部分子載波會受到干擾，並且這些子信道還可以採用糾錯碼來進行糾錯，確保傳輸的低誤碼率。
採用COFDM技術的無線圖像傳輸方案，具有良好的非視距傳輸和高速移動傳輸性能，能提供DVD質量的實時圖像和聲音。通過車載或攜帶型設備可靈活、迅速地將現場實況聲像直接傳輸或通過轉信台、光纖網等傳輸回至指揮中心。設備可與其他微波、衛星、光纖通訊設備組建遠距離鏈路，建設實用有效的圖像傳輸系統。COFDM技術的無線圖像傳輸設備主要套用環境為：城市建築物阻擋環境，樓宇之間，建築物內外，建築物地下到地面之間; 移動中使用; 海上圖像、空中圖像傳輸等。是國內公安、部隊、武警、消防、人防（民防）、水利、海事、海關、廣播電視等行業在安全保衛、野戰指揮、任務偵察、災難救援、現場轉播等任務中急需的高性能無線圖像傳輸設備。
hanhsx無線圖像實時傳輸監控系統，採用了COFDM技術，能夠確保高速移動、抗衰落及多徑干擾下的穩定傳輸與實時監控（移動速率可達150公里/小時），提供廣播級DVD質量的高清晰圖像，強大的非視距傳輸能力，非常適合稱為難度極大的“峽谷通信”的城市阻擋環境套用，無需天線定向。產品具有如下特性：音視頻數位化傳輸，實時圖像傳輸，採集發射端體積小，機動性強，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到10KM-50KM。
該產品廣泛套用於公安、消防、交警、人防應急、城管執法、環保監控、消防應急、水利防汛、電力搶險、鐵路搶險、海事執法、海監巡查、海關邊防、碼頭監控、森林防火、油田防盜、軍事偵察等領域,適合城區、海上、山地等多種複雜環境中高質量圖像的實時移動傳輸與監控
