1 概述

　　近年來, 無論是自然災(zāi)害的救援工作、公共衛(wèi)生事件的防疫工作還是安全事件的秩序維護(hù)工作都對(duì)公共事件的相關(guān)部門處理緊急響應(yīng)事件提出了越來越高的要求。相應(yīng)部門無論是在預(yù)警方案和組織管理協(xié)調(diào)的軟件方面, 還是相應(yīng)通信設(shè)備和管理指揮系統(tǒng)的硬件配備方面, 都面臨著全新的考驗(yàn)。因此,建設(shè)一套高效適用的應(yīng)急通信系統(tǒng), 為公眾提供更及時(shí)的救助服務(wù), 已成為當(dāng)前一個(gè)重要而迫切的課題。作為第四代移動(dòng)通信技術(shù)的核心技術(shù)OFDM技術(shù), 其多載波的傳輸距離和圖像信號(hào)的流暢性均要優(yōu)越于單載波技術(shù), 適用于強(qiáng)調(diào)無線語音和無線視頻的實(shí)時(shí)性通信應(yīng)急通信系統(tǒng)。

　　2 OFDM 技術(shù)及特點(diǎn)

　　OFDM技術(shù)即正交頻分復(fù)用技術(shù), 它的提出已有40年的歷史, 與已經(jīng)普遍應(yīng)用的FDM 技術(shù)十分相似, OFDM 技術(shù)把高速的數(shù)據(jù)流通過串/并變換分配到速率相對(duì)較低的若干個(gè)頻率子信道中進(jìn)行傳輸, 其第一個(gè)實(shí)際應(yīng)用是軍用的無線高頻通信鏈路。

　　與傳統(tǒng)技術(shù)相比, OFDM 技術(shù)具有以下一些優(yōu)點(diǎn):

　　1)通過對(duì)高速率數(shù)據(jù)流進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換, 使得每個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)符號(hào)持續(xù)長(zhǎng)度相對(duì)增加, 從而有效地減少由于無線信道的時(shí)間彌散所帶來的符號(hào)間的干擾, 進(jìn)而減少了接收機(jī)內(nèi)均衡器的復(fù)雜度, 有時(shí)甚至可以不采用均衡器, 而僅僅通過插入循環(huán)前綴的方法消除符號(hào)間干擾的不利影響。

　　2) OFDM 中由于各個(gè)子載波間存在正交性, 允許子信道的頻譜相互重疊, 因此, OFDM 系統(tǒng)可以最大限度地利用頻譜資源。OFDM 技術(shù)與傳統(tǒng)的FDM 技術(shù)帶寬利用率比較如圖1 所示。從圖1中可以看出, 傳統(tǒng)的FDM技術(shù)需要在兩個(gè)信道之間存在較大的頻率間隔來防止干擾, 這就降低了全部的頻譜利用率, 而應(yīng)用OFDM技術(shù)的子載波正交復(fù)用技術(shù)大大減少了保護(hù)帶寬, 提高了頻譜利用率。

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圖1? FDM 與OFDM 帶寬利用率的比較。

　　3)各個(gè)子信道的正交調(diào)制和解調(diào)可以分別通過采用離散傅里葉反變換和離散傅里葉變換來實(shí)現(xiàn), 而且當(dāng)子載波數(shù)很多時(shí), 還可以通過采用快速傅里葉反變換和快速傅里葉變換來實(shí)現(xiàn)。

　　4) OFDM 系統(tǒng)物理層支持非對(duì)稱的高速率數(shù)據(jù)傳輸, 通過使用不同數(shù)據(jù)的子信道可以實(shí)現(xiàn)上下行鏈路中不同的傳輸速率。

　　5) OFDM 技術(shù)易于和多種接入方式相結(jié)合使用。

　　但是OFDM 系統(tǒng)由于存在多個(gè)正交的子載波,而且輸出信號(hào)是多個(gè)子信道信號(hào)的疊加, 因此與傳統(tǒng)技術(shù)相比, 也存在一些缺點(diǎn):

　　1)易受頻率偏差的影響。由于子信道的頻譜相互覆蓋, 這就對(duì)它們之間的正交性提出了嚴(yán)格的要求。無線信道的時(shí)變性在傳輸過程中造成的無線信號(hào)頻譜偏移, 或發(fā)射機(jī)與接收機(jī)本地振蕩器之間存在的頻率偏差, 都會(huì)使OFDM系統(tǒng)子載波之間的正交性遭到破壞, 導(dǎo)致子載波之間干擾。

　　2)存在較高的峰值平均功率比。多載波系統(tǒng)的輸出是多個(gè)子信道信號(hào)的疊加, 因此如果多個(gè)信號(hào)的相位一致, 所得到的疊加信號(hào)的瞬時(shí)功率就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于信號(hào)的平均功率, 導(dǎo)致較大的峰值平均功率比。這就對(duì)發(fā)射機(jī)內(nèi)放大器的線性度得出了很高的要求, 因此可能帶來信號(hào)畸變, 使信號(hào)的頻譜發(fā)生變化, 從而導(dǎo)致各個(gè)子信道間的正交性遭到破壞, 產(chǎn)生干擾, 使系統(tǒng)的性能惡化。

　　3 OFDM 技術(shù)在應(yīng)急通信系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　M cW iLL(多載波無線信息本地環(huán)路)寬帶無線接入系統(tǒng)是我國(guó)自主研發(fā)的第一代寬帶無線接入系統(tǒng)。M cW iLL采用的是國(guó)際最先進(jìn)的碼擴(kuò)正交頻分多址、智能天線、空間零陷、聯(lián)合檢測(cè)等無線通信技術(shù)。采用McW iLL系統(tǒng)在應(yīng)急通信中, 只要一只簡(jiǎn)單的CPE 或者PCMCIA 卡, 無需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試, 就能夠迅速提供高速無線連接, 同時(shí)由于其可移動(dòng)性, 便攜性, 能夠滿足應(yīng)急通信的更多需要。

　　M cW iLL系統(tǒng)由終端設(shè)備CPE、基站系統(tǒng)BTS以及網(wǎng)元管理系統(tǒng)EMS三個(gè)部分組成。其中, 終端設(shè)備CPE 完成用戶端計(jì)算機(jī)與無線網(wǎng)絡(luò)的連接。

　　基站系統(tǒng)完成用戶端CPE 與骨干網(wǎng)絡(luò)的連接, 包括基站傳輸系統(tǒng)BTS 以及射頻系統(tǒng)RFS 兩部分。網(wǎng)元管理系統(tǒng)EMS 完成對(duì)無線系統(tǒng)中的所有終端設(shè)備CPE、基站系統(tǒng)的設(shè)備管理、系統(tǒng)監(jiān)控、權(quán)限管理、帶寬分配等操作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　M cW iLL 系統(tǒng)的核心技術(shù)之一CS- OFDMA 將OFDMA、TDMA 和SCDMA 有機(jī)融合為一體。CS -OFDMA 采用了OFDM 調(diào)制方式, 具備所有OFDM的技術(shù)優(yōu)勢(shì), 除了頻率利用率高、信道分配靈活、容易實(shí)現(xiàn)外, 還有以下顯著優(yōu)點(diǎn):

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圖2 M cW iLL系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

　　1)通過對(duì)調(diào)制符號(hào)的串并轉(zhuǎn)換降低單載波上的符號(hào)速率可以增強(qiáng)多徑干擾的抵抗能力;

　　2)根據(jù)對(duì)各個(gè)信道的動(dòng)態(tài)分配來選擇符號(hào)的承載信道可以抗頻率選擇性衰落;

　　3) CS - OFDMA 采用了碼擴(kuò)技術(shù), 將一個(gè)符號(hào)進(jìn)行碼擴(kuò)后再以一個(gè)信道為單位進(jìn)行多載波調(diào)制,這樣可以將一個(gè)符號(hào)的能量分散到整個(gè)信道中, 在接收時(shí)達(dá)到頻率分集的效果;

　　4) CS - OFDMA 采取的多址方式主要由TDMA與OFDMA 組成, 碼擴(kuò)的使用范圍僅在每一個(gè)信道中, 而信道是給用戶的最小單位, 這樣用戶在發(fā)射接收信號(hào)時(shí), 相互之間不會(huì)干擾, 避開了傳統(tǒng)CDMA接入方式的多址干擾問題。

　　M cW iLL 技術(shù)利用并行傳輸?shù)腛FDM 技術(shù)和CDMA 技術(shù)的有效融合, 是兩個(gè)技術(shù)的折衷方案, 有效地克服了傳統(tǒng)CDMA 系統(tǒng)面對(duì)無線寬帶數(shù)據(jù)傳輸時(shí)由于擴(kuò)展頻譜而引起的碼間干擾的嚴(yán)重問題,其最大優(yōu)點(diǎn)是對(duì)抗頻率選擇性衰落。在單載波窄帶CDMA 系統(tǒng)中, 單個(gè)衰落或者干擾能夠?qū)е抡麄€(gè)通信鏈路失敗, 但是在M cW iLL系統(tǒng)中, 由于使用了多載波, 因此只有很小一部分載波會(huì)受到干擾。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)在10 個(gè)子載波中選擇信號(hào)效果最好的4個(gè)子載波或者2個(gè)子載波進(jìn)行信號(hào)傳輸, 實(shí)現(xiàn)頻譜的最佳利用。

　　4 結(jié)束語

　　應(yīng)急通信系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的是"應(yīng)急狀態(tài)"下的通信,快捷的無線語音通信保證指揮命令的迅速傳達(dá), 實(shí)時(shí)的視頻通信是指揮者正確判斷的必備工具, 二者缺一不可。而"應(yīng)急狀態(tài)"通常是場(chǎng)景不固定, 因此更加強(qiáng)調(diào)移動(dòng)性。未來的應(yīng)急通信技術(shù)將朝著語音、數(shù)據(jù)、圖像融合; 專網(wǎng)、共網(wǎng)、公網(wǎng)共存; 寬帶、快速、安全、可靠、普遍軟件無線電、IP、OFDM 等新技術(shù)方向發(fā)展?？梢灶A(yù)見, OFDM 技術(shù)在未來的應(yīng)急通信系統(tǒng)中將得到廣泛應(yīng)用, 而未來的應(yīng)急通信系統(tǒng)也將朝著更實(shí)時(shí)、更流暢的語音和視頻方向發(fā)展。
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