OFDM无线传输技术

OFDM无线传输技术（精选11篇）

OFDM无线传输技术 第1篇

1 无线局域网

在无线局域网的链接状态中, 要进行简单的无线网设置。一台电脑与无线路由器进行链接, 就可以完成上述的过程, 但是如果多台机器, 与单独一台是一样的, 因为我们在无线路由器中设置了DHCP服务, 这样就可以完成多台电脑网络的设计。OFDM技术对于无线局域网的要求很高, 特别是对每台机器的IP, 网关和DNS都要设置成路由器的IP。

OFDM技术的无线传输功能要利用路由器WEB进行设置, 在路由器没有正式设置以前, 无线功能就无法使用, OFDM技术更无法使用。所以我们要通过网线与路由器连接来实现无线网与OFDM应用。对于路由器上的默认IP地址, 有可能不同, 这里就需要说明一下。通过WEB设置路由器时, 电脑与路由器连接的IP地址要设在同一个网关中。对于电脑IP地址的设置, 首先要进入到控制面板, 然后进行网络连接, 最后进入本地连接。这样就完成了整个电脑无线网的设置。

路由器的安装非常简单, 只要选择设置向导, 然后根据你上网的方式配置好就能够实现路由功能。对于不同的上网方式, 要根据自己的选择设置一定的拨号方式。在虚拟拨号的时候, 要输入一定的账号和密码, 如果不知道账户和密码, 就要与当地的IP服务商联系。还有一种情况, 在设置的界面中, 无线网功能显示没有打开, 首先要选择打开, 再打开下一步, OFDM技术客户机要方便配置网络。

2嵌入式系统

OFDM技术进行无线视频传输在完成无线局域网设置之后, 要进行嵌入式系统设置。嵌入式系统是面向用户的, 在传输的过程中, 必须与具体应用相结合, 必须要与传输的内容相结合, 这样才能体现出嵌入式系统的优势。我们所理解的嵌入式系统, 是利用先进的计算机技术, 半导体技术、电子技术, 和各个行业具体应用相结合的产物。OFDM技术决定了嵌入式操作系统是一个技术密集, 资金密集, 不断创新的集成系统。在嵌入式操作系统中, 建立OPDM技术视频传输必须要有一个技术的定位。一般处于这个传输系统进行视频更具有个人消费的性质, 所以在传输过程中, 要具有很高的时靠性和可靠性。

2.1 OFDM技术对嵌入系统的要求

OFDM技术要求嵌入式系统软件要进行一定的剪裁, 这样才具有一定的传输功能。如果要建立相对传输的通道, 就要有一个比较好的系统模式。目前我国嵌入系统的核心是从几K到几十K微内核。在实际的传输功能中, 要进行一定的扩展。

2.2 嵌入式操作系统的组成

一般嵌入式操作系统是由四个部分组成的, 分别是处理器、存储器、输入输出软件, 输入输出设备和多个嵌入式设备组成的操作系统。对于嵌入式处理器, 这是嵌入式系统的核心, 它能够控制辅助系统的运行, 它控制的范围非常广, 现在最大规模已经扩展到八位单片机, 已经扩大到64位嵌入式CPU。

对于实时操作系统, 它是嵌入式操作系统最主要的组成部分。根据整个操作系统的特性, 进行一段时间的物理研究, 从另个方面支持操作系统的嵌入功能, 这种操作系统对时间的要求非常严格, 必须要利用所有资源来完成实时的任务。这也是OPDM技术传输视频的重要组成部分。

OFDM技术的分时传输系统, 与实时传输系统相比, 这个分时系统对于时间上没有要求, 如果在传输过程中发生错误, 也不会影响传输视频的效果。分时操作系统的优点在于, 利用OPDM技术可以进行多个视频的传输, 利用这个系统可以准确地显示这个传输中的视频的好坏。多任务操作系统, 这种系统在利用OFDM技术进行传输的时候, 能够进行同步的通讯, 使局域网的状态进入多任务操作的环境, 在这个领域中, 能完成多个复杂的传输过程。

3 系统设计

对于OFDM技术进行无线视频传输是要对无线局域网和嵌入式系统进行一定的设置, 它的主要方法是利用路由器连接需要进行传输作用的个个股机器, 把它们的IP地址修改为同一个地址。然后观察它们的无线网络设置, 在检测过程中, 如果没有检测到无线网, 就要检查无线路由器中的无线网络功能是否打开, 电脑中的无线网卡是否打开。对于利用手动方法设定的机器IP, 就要用DNS设置成同样的路由器设置就可以了。无线路由器在没有被正式设置之前, 无线网是无法使用的, 更不能进入无线局域网的状态。完成无线局域网的设置之后, 要进行嵌入式系统的设置。嵌入式操作系统在上文中我们已经进行了分类, 我们能够理解到嵌入式操作系统本身是一个外延的名词, 现在人们都讲究比较好的发展模式。在利用OFDM技术都采用多任务操作系统, 这是传输的根本系统。

4 结语

OFDM技术是通信技术不断发展的结果, 在传输无线视频这个功能上, OFDM技术有了一定的资质, 要注意以上我们所说的问题, 才能进行良好的传输。

参考文献

[1]孟玉洁, 郗颖, 贾怀义等.电力线通信中的预编码OFDM技术[J].继电器, 2005, 33 (10) :41-44[1]孟玉洁, 郗颖, 贾怀义等.电力线通信中的预编码OFDM技术[J].继电器, 2005, 33 (10) :41-44

无线传输技术科普知识 第2篇

1、Wi-Fi技术：

Wi-Fi基于的是IEEE802.11a和IEEE802.11b，采用2.4G附件的频段作为通讯载体，因此覆盖距离会很广。目前，Wi-Fi在开放性区域通讯距离可达305米，在封闭性区域通讯距离在76米到122米之间。

优势：技术研发门槛低，产品成本低，覆盖距离广;

劣势：能耗高，组网能力差，安全性低;

代表产品：智能手机、平板电脑。

2、FM无线传输技术：

说到FM无线技术，这可能是目前发展最为成熟、应用范围最广、成本最低的无线技术之一了，您手边的收音机就是最简单的FM无线接收设备;一些老式的模拟字母电话机也采用了FM无线技术。

3、蓝牙无线传输技术：

这是一种基于2.4G技术的无线传输协议，由于采用的协议不同，所以有区别于其它2.4G技术而被称之为蓝牙技术。

4、红外无线传输技术：

红外无线传输技术是大家最陌生、接触最少的，大部分接触红外无线传输的用户仅限于早期智能手机上速度很慢的红外功能;其实，红外无线技术的应用场合之广不亚于FM无线技术，家庭中常见的电视遥控器就是个典型的例子。

5、ELink传输技术：

ELink具有高清无压缩、无延时、可360度自由移动、图像质量无损、辐射非常小、抗干扰能力强等优势

WLAN的无线传输技术及网络规划 第3篇

文章介绍了IEEE802.11b标准采用的频段特点及中国有关部门对该频段的政策，描述了无线收发信机采用的扩频、功率控制与分集接收等技术，给出了无线局域网电波传输模型，最后结合无线局域网技术特点及室内电波传播方式，提出了无线局域网的网络规划方法与策略。

关键词：

无线局域网；IEEE802.11b标准；网络规划

Abstract:

FeaturesofthefrequencybanddescribedintheIEEE802.11bstandardforWLAN(WirelessLocalAreaNetwork)andgovernmentpoliciestotheutilizationofthespecifiedfrequencybandarepresented.RelevanttechnologiesusedintheWLANtransceiveraredescribed,suchasthespreadspectrum,powercontrolanddiversityreceivingtechnologies,andthetransmissionmodelofradiowaveinWLANisalsoprovided.ConcerningthetechnicalfeaturesofWLANandtheindoortransmissionofradiowave,theauthorsuggestsapracticalmethodandtacticsofnetworkplanningforWLAN.

Keywords:

WLAN;IEEE802.11bstandard;Networkplanning

市场研究公司ForwardConcepts2002年12月27日公布的一份调查报告指出，2002年全球无线局域网设备销售增长了100%以上，今后将继续增长。这篇研究报告预测，无线局域网设备市场将以每年43%的年增长率持续增长，到2006年市场规模将达到103亿美元的水平。由于无线局域网应用不断增加，对无线局域网无线传输技术及网络规划方法进行研究显得日益重要。

1、频率规划

基于IEEE802.11b标准的无线局域网已成为无线数据通信的主流，其工作频段为2400～2483.5MHz，总带宽为83.5MHz。总带宽被划分成为14个子频道，每个子频道带宽为22MHz。各国对各子频道的使用情况各不相同。

在多个频道同时工作的情况下，为保证频道之间不相互干扰，要求每两个频道的中心频率间隔不能低于25MHz。在一个蜂窝区域内，只有1,6,11号这3个频道是可以在同一区域同时工作的不重叠的频道(如图1所示)。利用这一特点，可以对无线局域网扩容，使之支持的数据速率能够达到33Mbit/s。

在中国，根据国家无线电管理局有关规定，2.4GHz频段被定为无线局域网、无线接入系统、蓝牙技术设备、点对点或点对多点扩频通信系统等各类无线电台站的共用频段。符合技术要求的各类无线电通信设备在2.4～2.4835GHz频段内与无线电定位业务及工业、科学和医疗等非无线通信设备共用频率，均为主要业务。

2.4～2.4835GHz频段无线电发射设备的主要技术指标为：

(1)等效全向辐射功率(EIRP)

天线增益＜10dBi时，等效全向辐射功率≤100mW或≤20dBm。

天线增益≥10dBi时，等效全向辐射功率≤500mW或≤27dBm。

(2)直接序列扩频最大功率谱密度

天线增益＜10dBi时，直接序列扩频最大功率谱密度≤10dBm/MHz。

天线增益≥10dBi时，直接序列扩频最大功率谱密度≤17dBm/MHz。

2、无线收发的关键技术

为了改善无线局域网络的性能，在WLAN的无线收发信机中需要采用扩频、功率控制与分集接收技术，在各种应用场合需要多种类型的收发天线进行覆盖。

(1)扩频技术

由于扩频技术具有抗定频干扰能力强、抗多径干扰能力强和保密性好的特点，IEEE802.11标准确定了直扩和跳频两种扩频方式。由于直扩与跳频相比具有数据速率高、发送距离大等特点，IEEE802.11b采用基于直扩的CCK(补码键控)编码方式，使得数据速率能够达到11Mbit/s。根据IEEE802.11标准的规定，采用直接序列扩频的方式时，扩频处理增益需要达到10dB以上，而CCK的处理增益为11dB，即使在出现重要噪声和多路干扰(如接收由某个建筑物内的多个无线反射导致的干扰)的情况下，接收方也能够正确地予以区别。

IEEE802.11b规定在数据速率为5.5Mbit/s时，使用CCK对每个载波进行4比特编码；速率为11Mbit/s时，对每个载波进行8比特编码。

(2)功率控制与分集接收技术

无线局域网覆盖面不大的特殊要求使得无线局域网的射频发射功率要控制在一个适当的范围内，一般在30～150mW之间。无线局域网采取功率控制技术来调节发射功率，并在接收通道采用自动增益控制电路来解决由于信号衰落带来的影响。一般采用基带信号控制的数控衰减器或采用控制放大器的偏置来控制发射功率和增益。

由于无线局域网终端处于移动状态，信号强弱变化很大，而无线传输信道的复杂性导致信号衰落变化也很剧烈，因此可以将相关性较小(即不同时发生质量恶化)的两个或两个以上的信号进行选择或合并，减轻由衰落所造成的影响，即采用分集接收技术。分集接收利用接收信号在空间、频率、极化等方面的差异实现。

(3)天线技术

无线局域网系列产品应用在各种场合，需要多种类型的收发天线，天线性能的好坏对无线局域网产品辐射性能、接收性能、传输速率以及网络覆盖等都有直接的影响。因此天线技术就成了决定无线局域网产品应用和推广，保证无线信道良好的一个关键技术和重要手段。适用于无线局域网的天线包括鞭状全向天线，平板天线、抛物面、八木等定向天线，用于终端设备的微带天线等。对于一个蜂窝小区内无法避免使用3个以上信道的情况，可以将一个小区分为多个扇区，用不同的扇区天线进行覆盖，或利用智能天线技术，自适应地将每一个(或每几个用户)用一个方向性很强的针状波束覆盖。

3、无线电波传输模型及应用

设发射机的输出功率为P_t，满足一定误码率情况下的接收机灵敏度为P_r0，空间路径衰耗为

电缆及电缆接头的损耗为L_s，发射天线增益为G_t，接收天线增益为G_r，则接收机接收的功率电平P_r可用式(1)表示：

对于室外环境，因为无线局域网小区的覆盖范围较小，因此采用自由空间传播模型。2.4GHz的自由空间电磁波的传播路径损耗符合式(2)反映的规律：

L₀(dB)=92.4+20log(d)+20log(f)(2)

其中L₀为自由空间损耗；d为传输距离，单位为km；f为工作频率，单位为GHz。

对于室内环境，选取衰减因子模型作为室内无线传播模型，可由式(3)表示：

一般取d0=1m，当频率为2450MHz时，其值为40dB；NMF表示基于测试的多楼层路径损耗指数，典型建筑物的路径损耗指数如表1所示。

如果预先设定最大发射功率为15dBm，接收网卡天线增益为0dBi，衰减因子为3.14，频率为2450MHz，则当无线网卡在各速率级别的接收灵敏度分别为-90dBm(1Mbit/s),-88dBm(2Mbit/s),-87dBm(5.5Mbit/s),-84dBm(11Mbit/s)，接入点(AP)天线增益分别为0,2,4,6,8,10,12dBi时，预留10dB余量，室内环境与自由空间的覆盖范围如图2所示。从图2可见，室内环境与自由空间相比，覆盖范围会大大缩小。另外在不同的室内环境下覆盖情况相互间也会有很大的不同，因此在实际部署无线局域网时，必须充分考虑覆盖因素。

4、无线网络规划方法与步骤

无线网络规划的好坏，直接影响用户无线接入的效果。在发射机发射功率和天线增益一定的情况下，如果小区范围大，则不能很好地实现覆盖；如果小区过小，则会增加用户越区切换的次数，降低通信的效率。干扰源的存在也会大大降低通信的质量。如果没有好的规划方法，在工程上可能多花费很多力气，还不一定能达到满意的效果。

无线网络规划应当分为初步勘测、干扰探测、容量计算、频率规划、实地测试与调整优化等几个步骤：

(1)初步勘测

了解包括室内的布局、建筑材料等，并且了解用户使用的情况，包括频繁使用的区域及人数，初步确定小区的大小、范围。

(2)干扰探测

实地测量需要组建无线局域网络的场地的干扰情况，如有干扰源存在，需及早考虑屏蔽措施。

(3)容量计算

根据特定的地形选择合适的电波传播模型及修正因子，并结合初步探测的一些数据，经过周密计算，确定每一个小区的范围、发射功率与天线等。

(4)频率规划

根据前面的分析我们知道，无线局域网采用的2.4GHz频段共有3个不重叠信道(1，6，11号信道)，为了避免邻近小区的干扰，通常在频道选择上采用相邻小区使用不重叠信道的微蜂窝网络结构。

(5)实地测试与调整优化

安装完毕后要进行实地测试，确认能够达到预期的效果，并及时根据测得的具体情况进行调整与优化。

5、结束语

作为无线数据通信的重要技术，无线局域网的无线传输技术与网络规划无疑是研究开发中的关键因素。通过对无线传输与网络规划进行研究，可以尽可能消除盲点，实现良好的用户无线接入和越区切换，大大提高网络效率，带给用户最大程度上的方便。因此，在电信级大规模无线网络运营中，无线传输技术与网络规划的研究是无线网络建设重点。□

参考文献：

[1]朱近康.未来移动通信的信号处理技术[J].中兴通讯技术,2001,7(S0):52—53.

[2]侯自强.移动电话的演化和移动无线互联网[J].中兴通讯技术,2001,7(5):36—38.

[3]IEEEStd802.11Committee.WirelessLANMediumAccessControl(MAC)andPhysicalLayer(PHY)Specifications[S].1999.

[4]IEEEStd802.11Committee.Higher-SpeedPhysicalLayerExtensioninthe2.4GHzBand[S].2000.

[5]郭峰,刘乃安.无线局域网[M].北京:电子工业出版社,1997.

[6]吴蒙,何朝霞,杨宁健.宽带城域网的无线接入[J].中兴通讯技术,2002,8(2):18—21.

[7]陈如明.中国宽带无线频率规划、频谱管理及相关策略考虑[J].中兴通讯技术，2002,8(6):1—6.

[8]赵新胜,尤肖虎.未来移动通信系统中的无线资源管理[J].中兴通讯技术,2002,8(6):7—10.

[9]刘元安.宽带无线接入与无线局域网[M].北京:北京邮电大学出版社,2001.

[10]刘建业,蔡彤军.WLAN与WCDMA融合的解决方案[J].中兴通讯技术,2002,8(S0):41—44.

[11]程健,程时昕.无线移动通信中的空时编码技术[J].中兴通讯技术,2001,7(3):22—26.

[12]杜志敏,闫志刚,吴伟陵.移动通信中的智能天线技术[J].中兴通讯技术,2001,7(3):10—15.

收稿日期：2003-01-10

作者简介：

李晓辉，西安电子科技大学毕业，硕士。深圳市中兴通讯股份有限公司西安研究所高级工程师、项目经理，从事无线数据通信、移动互联网等方面的研究。

同鸣，西安电子科技大学毕业，硕士。深圳市中兴通讯股份有限公司西安研究所主任工程师、系统室主任，负责无线通信系统的规划与预研。

OFDM无线传输技术 第4篇

1 OFDM与ROF技术

ROF即光纤承载无限信号, 是一种以光纤为传输媒介, 以光波为载体, 以高频微波为调制波的一种信息传输技术。ROF通讯网络优点很多, ROF广泛应用于大型购物中心、展览中心、候机大厅等人流量秘籍的区域。ROF通过运用微蜂窝技术将很小的基站设置在天花板上, 然后将光纤与主基站连接。

OFDM即正交频分复用技术。通过串并变换高速的串行数据流, 将数据分配到传输速度低的子载波中进行传播。

2 OFDM-ROF系统以及研究意义

OFDM-ROF系统是将OFDM技术与ROF技术结合, 在光纤通信系统中传输OFDM信号, 是当前一种比较新型的光纤通信系统。

OFDM-ROF中心站主要检测和接受OFDM无线信号的产生和上行, 基站是通过天线接受或上行OFDM信号兵调制成光在信号, 用户为移动终端, 接受基带信号并进行解调, 并发射上行信号。在实际通信网络中, 一个中心站往往和多个基站相连, 一个基站又要和多个用户相连, 为了便于控制通信网络的建设维护成本以及方便管理, 通常将贵重或一些比较难处理的设备安装在中心站。

OFDM-ROF系统结合OFDM技术与ROF技术的两大优势, 使光纤通信的同时具备灵活与容量大等特点, 是未来无线通信发展的重要前景之一。但是当前OFDM信号的PAPR值较高, 对系统非线性比较敏感。当ROF链路中传输OFDM信号时, 如果PAPR值过高会导致一些器件产生非线性效应, 从而引起传输信号失真, 总的来说, 当前OFDM-ROF系统还需要进行一定的优化和改善。

虽然与传统的光纤通信系统相比, 采用OFDM信号的OFDM-ROF系统优点很多, 由于负载波频谱之间存在交叠, 使得频带利用率高, 另外, OFDM技术可以有效克服光纤通信系统中的色散线性, 其次OFDM系统的接收机采用FFT/IFFT技术, 使得系统对信号的处理速度快。

虽然OFDM-ROF系统优点很多, 但是还是存在一些缺点, 最主要的问题是PAPR对光纤链路非线性效应影响较大, 使信号失真。虽然目前可以通过削波加滤的放来来进行处理, 但是削波加滤首先会造成信号失真, 其次关于削波加滤的限幅设置很难确定, 对OFDM-ROF光无限传输系统中抗非线性问题研究很有必要。

当前, OFDM广泛用于4G网络, 对OFDM-ROF系统的研究有助于完善4G技术, 使用户更能感受到4G技术的成熟与完善。

3 OFDM-ROF系统非线性失真

3.1 PAPR值对OFDM-ROF系统的影响

PAPR是指信号的最大功率除以平均功率, 用来表示信号的变化特征。当OFDM系统有N个子载波系统时, 最恶劣的情况是PAPR值达到N。PAPR值与误码率有关, 且随着传输距离的增加, 误码率会越来越高, 对非线性更加敏感, 在链路中更容易引起分线性效应, 从而产生非线性失真。

3.2 光链路的非线性效应对OFDM-ROF系统的影响

当前ROF系统采用的光源主要为半导体激光器, 而半导体激光器的功率和电流的关系是非线性的, 目的是为了使光功率增大, 从而增加输入电流。但是随着输入电流的增大, 使激光器的非线性特征更大的剧烈。

当前OFDM-ROF系统采用的调制器大多为MZM, 是一种非线性调制器。当信号达到调制器的线性区间时, 就会产生不可恢复的非线性失真, 使系统的传输性能降低。在对信号进行处理时, 应尽量使信号变化幅度在MZM的线性区间内, 使失真变小。

4 降低OFDM信号PAPR的方法

4.1 降低PAPR的方法

4.1.1 限幅滤波法

处理时设定一个幅值, 当信号的幅值低于设定值时, 信号不变, 当信号幅值高于设定值时, 信号幅值保持在设定值不变, 总的来说, 限幅滤波法使信号高峰削平、低峰不便。但是限幅会导致波形失真, 破坏子载波之间的正交性, 导致系统的BER性能下降。

限幅的缺点是会导致严重的带内干扰和带外噪声。现在对带内干扰还没有什么有效的方式, 但是对于带外噪声, 可以通过多次限幅加滤波, 但是如果信号为离散数字序列, 则不能通过这种方式滤除噪声。

4.1.2 SLM法

SLM法即选择性映射, 通过将OFDM数据串并转换成N路信息再复制成M组, 每组的数据一样, SLM法可以有效的改善OFDM信号的PAPR值, 降低峰值信号出现的概率。SLM不好的地方是由于将数据复制成M组, 则需要额外计算M-1组数据, 增大了计算量。

4.2 降低PAPR对OFDM-ROF系统非线性失真的影响

4.2.1 限幅滤波法

限幅滤波法是一种不可逆的非线性方法, 会导致信号非线性失真, 但是对CR值的选取需要合理设定。限幅引起的失真程度要比降低PAPR对信号的失真程度要低, 对于同一个信号源来说, 要使信号幅度变化变小, 那么限幅的程度就要变大, 但是对信号的失真程度也越大, 这两点是矛盾的, 所以对CR的值要合理设定。

限幅滤波法能够有效降低OFDM-ROF的PAPR值, 但是对于不同的系统, 需要进行相应的测试, 选取误码率最低的限幅程度为CR值。

4.2.2 SLM法

选择不同的随机相位序列, 传输距离和误码率的关系不同, 不管是多长的光纤, 选择随机相位序列的数量越多, 误码率就越低, 对降低PAPR值越有利。虽然选择的随机相位序列越大, 对OFDM-ROF系统的非线性失真越小, 但是越增加系统的复杂程度, 导致一定的信号延时。在进行系统设计时需要考虑多方面的因素。

4.3 Turbo编码纠正

Tubo是一种纠错码, 对OFDM-ROF系统的非线性失真具有一定的纠正作用, 通过损失少量的传输速率来获得编码增益。

首先将原始数据进行Turbo编码, 然后调制成OFDM信号, 然后将DSB光载OFDM洗好传输至基站。关于Turbo编码纠正能否降低接受误码率可以通过实验来验证, 分别产生两组信号, 第一组为没有进行Turbo编码的QAM4-OFDM信号, 另一组是经过Turbo码信道编码的QAM4-OFDM信号。通过具体对照实验可以发现, 当接受误码率10-4时, 未进行Tubo编码的可接受光功率为-19.25dBm, 进行Turbo编码的可接受光功率为-17.5dBm。

Turbo的纠错能力很强, 在数据传输系统和速率相同的情况下, 采用Turbo编码比未经Turbo编码的系统接受灵敏性要高很多。

摘要：分别介绍OFDM与ROF技术的特点, 然后再分析OFDM-ROF系统的特点以及研究意义, 然后从PAPR值和光链路的非线性效应来叙述OFDM-ROF系统的非线性失真, 并从这些问题的源头出发, 提出了若干方法用于降低OFM-ROF系统的非线性影响。

关键词：光纤无线通信系统,非线性失真,OFDM-ROF

参考文献

[1]严开恩, 王陆唐, 黄肇明.ROF中色散对OFDM信号传输性能影响研究[J].光通信技术, 2005 (5) :22-24

[2]巫玮佳, 严开恩, 王陆唐, 等.关于OFDM-ROF光无线传输系统中若干问题的研究[J].光电子技术, 2005, 25 (2) :90-96

体内微机电系统无线能量传输技术 第5篇

无线能量传输技术主要利用电磁感应原理来传递能量,是近年来比较热门的新型电能供给技术,在许多场合有着广泛的.应用前景.对无线能量传输技术进行详细的分析和研究.首先介绍了基于松耦合电磁感应的体内微机电无线能量传输系统的基本原理和基本结构,然后以互感模型为基础,建立了等效电路和数学模型,最后通过计算机仿真和实验对比,分析和讨论了无线能量传输系统电磁耦合结构参数对其系统性能的影响.

作 者：刘修泉 江伟雄 曾昭瑞 黄平LIU Xiu-quan JIANG Wei-xiong ZENG Zhao-rui HUANG Ping 作者单位：刘修泉,LIU Xiu-quan(广州番禺职业技术学院机电系,广州,511483)

江伟雄,曾昭瑞,黄平,JIANG Wei-xiong,ZENG Zhao-rui,HUANG Ping(华南理工大学机械与汽车工程学院,广州,510640)

OFDM无线传输技术 第6篇

【关键词】家用电器；无线电能传输技术；研究

无线电能传输技术最早始于十九世纪，主要经历了微波无线电能传输、核磁共振式无线电能传输、感应耦合式无线电能传输三个发展阶段[1]。相对于导线传输电能，无线电能传输技术在用电安全、用电设备保护以及维护保养方面具有显著的优势特点。核磁共振式无线电能传输技术被广泛应用家用电器之中，较微波无线电能传输技术，其在使用安全性和防止应用副作用方面具有优异的性能；而较感应耦合式无线电能传输技术，其咋传输功率大小方面与家用电器使用功率正好吻合。下面着重以核磁共振式无线电能传输技术为例进行其结构原理、设计应用分析：

一、无线电能传输系统结构

核磁式无线电能传输系统主要由整流桥、逆变器、耦合线圈以及负载四部分组成[2]，其中最为关键的组成部分为耦合线圈。核磁式无线电能传输过程：外部电网供电先进入整流桥内，转变为直流电后传输至逆变器中，逆变器将接收的直流电转变为几十kHz以上的交流电，耦合线圈接收到变化电流后激发出交变磁场，并产生频率相同的交流电，后再经整流器接收后转换为直流电供给负载使用。

二、无线电能传输原理分析

核磁式无线传输系统关键技术在于耦合线圈技术，常见的耦合线圈连接拓扑结构包括串联-串联、并联-并联、串联-并联、并联-串联四种。由于家用电器电源为相对稳定的直流电压，通常耦合线圈以电容和电感串联方式为主，主要通过串联-串联和串联-并联两种结构完成。对于耦合线圈串联-串联拓扑结构，当输入和输出线圈回路固有谐振频率相同时，输出电压与输入电压间相位差为90°；当输入和输出线圈回路固有谐振频率不同时，输入和输出电流与电压是同位的，且负载变为纯阻性负载。耦合线圈串联-并联拓扑结构，即在耦合线圈发射线圈上为电容与电感以串联方式连接，而接收线圈中电容与电感以并联方式连接。在耦合线圈串联-并联拓扑结构中，电容与电感间的相位差与线圈工作频率、谐振电容、接收线圈的性能参数以及负载有密切关联。

三、无线电能传输系统的设计

进行无线电能传输系统设计时，主要从设计要求、耦合线圈的设计和硬件电路的设计三方面分析，具体为[3]：

（一）设计要求

以核磁式无线电能传输原理进行设备设计，对家用电器进行无线供电，设计要求具体为：发射端线圈要求在40*50cm以内；接收端线圈要求在20cm以内，供电电源要求为308V直流稳压电源；设备工作频率要求低于200kHz；负载要求为300-700w阻性负载；电压输出有效值要求在220V±10%；设备传输效率要求最低值大于70%。

（二）耦合线圈设计

进行耦合线圈设计时，主要从确定导线、线圈绕制、耦合系数以及电容的确定四方面进行分析。

（1）在确定导线方面，受趋肤效益影响，导线截面积缩小使得电流传输过程中电阻增大。由于线圈电阻对整个无线电能传输系统传输效率有明显影响，因此对组成耦合线圈导线进行确定选择时，应充分考虑导线直径。根据本系统设计要求，该导线直径确定为1mm，且使用漆包处理。

（2）在线圈绕制方面，对于发射线圈既可以做成圆形，又可以做成方形，就本系统设计要求来说为避免出现磁通量为零情况发生，选择发射线圈为方形。并且咋绕制过程中，采用单边绕制方法，由外向内进行线圈绕制，且保证线圈与磁芯保持同侧。对于接收线圈来说，通常采用双线圈并联方法，可有效将线圈电阻值降低。

（3）在线圈耦合系数方面，通常情况下耦合系数随耦合线圈距离增大而减小，且对无线电能传输系统的传输效率有重要影响。一般使用高磁导率材料，增强线圈耦合度，以此增大耦合系数。线圈组合不同，其耦合系数也随之改变。此外，耦合系数也受接收线圈中加入磁芯影响，这是由于磁芯的加入，提高了接收线圈的电感值，进而使耦合系数增加。线圈的相对位置对耦合系数也有影响，接收线圈间距越小，耦合系数越大。

（4）在确定电容方面，电容对于无线电能传输系统的传输效率具有重要影响，对电容进行确定时，首先确保电容量承受的电流、电压变化率足够大；其次是电容具有优良的高频特性；再次是确保等效串联电阻要足够小。电容值的能否匹配合适，可通过将多个电容串并联完成，既有效的降低了电容所承受的负担，又可以增强其分流分压特性。

（三）硬件电路设计

对无线电能传输硬件电路进行设计时，主要从逆变器、驱动电路、电流采样和保护电路三方面进行，具体为：

（1）在逆变器设计方面，当供电输入端为直流电压时，逆变器通常采用单相电压型方波逆变器，主要包括全桥逆变电路和半桥逆变电路两种。根据本系统设计要求，在该系统中主要采用全桥逆变电路。

（2）在驱动电路设计方面，驱动电路功能是接受由控制器发出的控制信号，并对该信号进行放大用以产生功率，当功率足够大时即完成对开关器件的开关状态控制。驱动电路在接收到控制器输出的控制信号后，在驱动电路内经一级推挽电路后，将控制信号芯片所需求电平，后进入集成驱动芯片，经芯片放大功率，将功率提高至开关器件所需功率水平，以完成对开关器件开关状态的控制。

（3）在电流采样和保护电路方面，根据设计要求，控制器的功能主要产生控制信号和采样检测输入电流。通常情况下，输入电流设置量程为5A，当大于量程时，系统通过对输出信号进行切断处理，以此保护功率。传感器输出信号的稳定性，是由信号输出处理电路决定的。传感器输出信号处理电路主要包括三级：第一级主要对电路进行滤波和运算处理；第二级主要以参考电压为基准，对信号进行运算；第三级主要利用RC滤波电路对信号进行二次滤波。

四、小结

当前，无线电能技术的改进和发展，使其具有更加广泛的应用空间，特别是在家用电器方面。无线电能传输技术较导线电能传输在安全性、便捷性等方面都具有较明显优势。本文以核磁式无线电能傳输技术为例，对其结构构成、原理技术以及相关设计方面进行分析，为无线电能传输技术后期应用奠定了坚实的基础。

参考文献

[1]黄学良，谭林林等.无线电能传输技术研究与应用综述[J].电工技术学报，2013（10）：1-11.

[2]赵争鸣，张艺明等.磁耦合谐振式无线电能传输技术新进展[J].中国电机工程学报，2013年1月：83-87.

OFDM无线传输技术 第7篇

正交频分复用(OFDM)技术是一种通信调制技术,也是一种通信复用技术。它具备提高数据传输速率、对抗频率选择性衰落和码间干扰等优点,因此被广泛应用。由于峰均比(PAPR)的存在,会增加带内失真[1]和带外干扰。在OFDM系统中常常会采用一些方法和手段来抑制峰均比;传统的降峰均比方法有许多,其中部分传输序列(PTS)就是其中之一。

2 部分传输序列(PTS)

PTS是一种线性处理[2]技术,其原理是:OFDM信号中N个子载波数据按照一定的规则(如:交织分割法[3])分割为V组互不重叠的子序列Xv(v=1,2,,V),其中每个子载波只能出现在一个组内,且V个组中所包含的子载波个数相等,然后将每个子块扩展成与原始OFDM信号序列X(k )等长的子块序列,对每一个子向量的每个子载波都乘一个相同的相位旋转因子bv:

其原理如框图1 所示:

PTS技术的主要目的就是搜索满足下式的旋转因子序列:

使得OFDM信号PAPR最小。

下列图的仿真参数为:子载波数N=64,过采样因子为2,调制方式为QAM,符号数为1000 个,V=8,PTS的优化因子为{1,- 1}。

图2 是信号经过PTS方法处理后的功率与原信号功率的对比,由仿真图可知,经过PTS方法处理后的信号并没有改变原信号的功率和能量,这也论证了PTS是线性处理方法。

图3 是PTS方法在不同的分组数时, OFDM信号降峰均比CCDF曲线图。其中仿真参数为:子载波数N1=64,过采样因子为2,调制方式为QAM,符号数为103个,优化因子为{1,- 1},分组数为1、2、4、8。

在概率是10-3处,当分组数V是2、4、8,可以将峰均比分别降低0.4d B、0.9d B、2.4d B左右。由此可知,随着分组数越大,PTS方法抑制峰均比的效果会越好, 但却增加了系统的复杂度。

3 倍增组值法

每实施一次PTS,就要计算V个N点IFFT变换[4],因此,共需要计算V *PV个IFFT变换,我们知道,每个N点的IFFT运算复数加法和复数乘法分别为Nlog2N、N2log2N,这样的计算量是相当大的;于是在这里提出倍增组值法,其原理图如图4 所示。

采用相交织分割法[5]把子载波分成V组,规定优化因子为某一定值,然后采用穷尽搜索方法[6]对其进行优化;然后设置V = 1 和门限值,所得峰均比小于门限值时,通过逻辑控制信号,使数据输出,并且读入下个信号;当峰均比大于门限值时,通过控制信号L,使该批次组扩大到2V组,然后计算2V组的峰均比值,并与门限值相比较,如果大于时,再扩大1 倍,如果小于,则输出。

图5 中PTS法的仿真参数为:V=8, 子载波数N=64, 过采样因子为2, 调制方式为QAM, 符号数为103 个,优化因子为{1,- 1}。倍增组值算法的仿真参数:V=1~8,门限值为7.8 d B,其它的参数和PTS法的一样。

通过仿真可知:倍增组值法和PTS法的峰均比几乎同时达到7.794d B;PTS法V=8 和倍增组值法V=1 ~ 8的仿真计算时间分别为t1=42.2369、t2=6.4111;由此说明,在同等件下,倍增组值法比PTS法计算效率要高出许多,而且能达到相近的降峰均比效果。

4 倍增组值改进算法(一)

为了进一步提高OFDM系统降峰均比的计算效率,于是提出了在倍增组值算法的基础上结合次优迭代法[7]思想的一种新算法,这样可以弥补彼此之间的不足,从而达到更优,给该算法取名为倍增组值改进算法(一)。

该算法的基本思想为:采用相邻分割法[8]把子载波分成V组,且设定优化因子为{1,- 1};然后设置V= 1 和门限值,开始时使优化因子全为1,然后从第一个因子开始每次改变一个因子为- 1,其余因子保持不变,分别求出其最大峰均比值,然后从中选出最小的峰值,如果该峰值小于门限值时,通过逻辑控制信号,使数据输出,并且读入下个信号;如果此峰值大于门限值时,使V扩大一倍;计算扩大后信号的峰均比值,再与门限值相比较;如果大于时,把该组值扩大1 倍计算峰值,再比较;反之,则输出该峰值。

图6 是次优迭代算法和倍增组值算法、倍增组值改进算法(一)抑制峰均比的仿真图。仿真参数为:子载波数N=64,过采样因子为2,调制方式为QAM,符号数为103 个,优化因子都为{1,- 1},门限值为7.8 d B,分组数V1=8、V2=1~8、V3=1~8。

通过仿真得知:当符号数为103 个时,次优迭代算法、倍增组值算法、倍增组值改进算法(一)的仿真计算时间分别为t1=3.8036、t2=6.2581、t3=0.5379;通过仿真可知:当CCDF = 10-3时,它们的PAPR值分别为8.372d B、7.865d B、8.121d B。于是我们可以得出:尽管倍增组值改进算法(一)比倍增组值算法降峰均比效果稍有下降,但计算量有了显著的减少,这样效率有了较大提高;倍增组值改进算法(一)和次优迭代算法相比,在没有损失降峰均比效果的前提下,在计算量上却也有较大的减少。

图7 是在104个符号数条件下时的抑制峰均比仿真效果图:

通过仿真得知:当符号数为104个时,次优迭代算法、倍增组值算法、倍增组值改进算法(一)的仿真计算时间分别为t1= 157.8537、t2= 281.5835、t3= 3.8171;此时,PAPR值的差值跟符号数为103个时的差值比较,变化很小。

由此可以得出,随着符号个数的增加,对降峰均比效果影响较小,倍增组值改进算法(一)的计算效率却有很大的提高。

5 小结

PTS算法、倍增组值算法、倍增组值改进算法(一)都属于线性处理方法,因此产生的误码率会很小;倍增组值算法和PTS算法抑制PAPR的效果很相近,但在计算效率方面比PTS算法更优越;为了进一步减少计算量,提出了倍增组值改进算法(一),该方法可以较大程度上减少计算量,尤其在符号数越多的情况下,更能体现其优越性。

参考文献

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[2]林志阳,王兆晖,任佳,丁洁,春元,减小OFDM系统PAPR的QEA-PTS联合方法,现代电子技术,2015年5月4日

[3]刘薇,杨维,降低OFDMA系统峰均功率比的编码-PTS方法,新能源进展,2013,18(2)

[4]贾莹莹杨霖王田胡武君,用部分相关-PTS方法降低OFDM系统的PAPR,光通信研究,2014,(2)

[5]Li,L.;Qu,D.Joint Decoding of LDPC Code and Phase Factors for OFDM Systems With PTS PAPR Reduction,IEEE Transactions on Vehicular TechnologyE ISCI,2013,62(1)

[6]Tong Jun,Li Ping,Zhang ghong-hao,eta L Iterative soft compensation for OFDM system swith clipping and superposition Coded modulation[J]IEEE Transactions on Communications,2010,58(10):2861—2870

[7]Hou Jtm,Ge Jian-hua,and Li Jing.Peak-to-average power ratio reduction of OFDM signals using PTS scheme with low computational complexity[J].IEEE Transactions on Broadcasting,2011,57(一):143-148

OFDM无线传输技术 第8篇

在现代战争中, 电磁领域已成为与地面、海洋、空间和太空并存的第五维战场, 控制电磁频谱权成为制信息权的核心, 战场频谱管理是夺取控制电磁频谱权的重要保障。在海洋战场上大量复杂信号会突然生成, 数据如瀑布流泻, 噪声似暴风骤雨。面对战场环境下强弱交替、纵横交错、疏密交织的海量电磁信号, 形成了复杂海上电磁环境。

无线传感器网络具有快速部署、自组织、隐蔽性强和高容错性的特点, 因此非常适合在军事上的应用。使用该技术的基于频谱安全的信息分析及服务平台可以满足战场频谱监测全方位、大纵深、立体化的要求, 通过大量具备频谱信息监测采集功能的传感器节点的战场部署, 构成分布式、智能化监测网络, 对敌我双方的装备部署、兵力流动的监控、战场实时监测、目标定位、战场评估等的监测和搜索, 通过分析采集到的数据, 得到十分准确的战事变更, 提供实时的战场频谱信息, 为战场无线电通信系统、雷达系统等电子设备的应用提供频谱信息支撑。因此研发一套基于自组网技术的远程宽带无线传输系统, 可有效地将监测数据实时传输到远在千里之外的部队驻地和训练舰艇, 实现了远程异地共享复杂电磁环境资源, 并实时进行监控、分析和管理。

2 关键技术研究

2. 1 OFDM 技术研究

OFDM, 即正交频分复用, 是一种无线环境下的高速传输技术。该技术的基本原理是将高速串行的数据变换成多路相对低速的并行数据并对不同的载波进行调制。这种并行传输的体制大大扩展了符号的脉冲宽度, 提高了抗多径衰落的性能。在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交, 于是它们的频谱是相互重叠的, 从而提高了频谱利用率, 如图1所示。

OFDM采用了基于载波频率正交的FFT调制, 由于各个载波的中心频点处没有其他载波的频谱分量, 所以能够实现各个载波的正交。尽管还是频分复用, 但与过去的FDMA有了很大的不同, 不再是通过很多带通滤波器来实现, 而是直接在基带处理。这也是OFDM有别于其他系统的优点之一。OFDM的接收机实际上是一组解调器, 它将不同载波搬移至零频, 然后在一个码元周期内积分, 其他载波由于与所积分的信号正交, 因此不会对这个积分结果产生影响。OFDM的高数据速率与子载波的数量有关, 增加子载波数目就能提高数据的传送速率。

当传输信道中出现多径传输时, 接受子载波间的正交性就会被破坏, 使得每个子载波上前后传输符号间以及各个子载波间发生相互干扰。为解决这个问题, 在每个OFDM传输符号前插入一个保护间隔, 它是由OFDM信号进行周期性扩展得到的。只要多径时延不超过保护间隔, 子载波间的正交性就不会被破坏。

OFDM系统采用的保护间隔是一种循环复制, 增加了符号的波形长度, 在符号的数据部分, 每一个子载波内有一个整数倍的循环, 此种符号的复制产生了一个循环的信号, 即将每个符号的后Tg时间中的样点复制到OFDM符号的前面, 形成前缀, 在交接点没有任何的间断。因此将一个符号的尾端复制并补充到起始点增加了符号时间的长度, 图3显示了保护间隔的插入。

符号的总长度Ts= Tg+ TIFFT, 其中Ts为符号的总长度, Tg是保护间隔的长度, TIFFT为IFFT变换产生无保护间隔的OFDM符号长度, 则在接收端抽样开始的时刻TX应该满足下式:

其中τmax是信道的最大时延扩展, 当抽样时刻满足式 ( 1) 时, 由于前一个符号的干扰只会存在于[0, τmax], 当子载波个数比较大时, OFDM的符号周期Ts相对于信道的脉冲相应长度τmax很大, 则ISI的影响很小, 甚至会没有ISI; 而如果相邻的OFDM符号之间的保护间隔Tg满足τmax< Tg的要求, 则可以完全克服ISI的影响。同时, 由于OFDM延时副本内所包含的子载波的周期个数也为整数, 时延信号就不会在解调过程中产生ICI。

循环前缀CP ( Cyclic Prefix) 的长度决定了OFDM系统的抗多径衰落能力和覆盖能力。长CP利于克服多径干扰, 支持大范围覆盖, 但是系统的开销也会相应增加, 导致数据传输能力下降。为了达到小区半径100km的覆盖要求, LTE系统采用长短两套循环前缀方案, 也即是普通CP和增强型CP两种方案。根据具体场景进行选择CP, 一般普通CP方案为基本选择, 增强型CP方案用于支持大范围小区覆盖和多小区广播业务。

2. 2移动自组网技术研究

本技术研究突破无中心自组网的无线网络控制技术。通过对无中心自组网路由选择要求的分析, 从初始路由表的建立、发送位置信息或路由表的时间间隔设计、路由表设计、路由表的更新、路由选择过程和路由维护等方面着手, 设计了适合海上移动节点的基于相控阵天线的路由协议。移动自组网是由一组带有无线收发装置的节点组成的一个临时性多跳自治网络, 网络中的每一个节点同时具有普通网络节点和路由器的双重功能。

本技术研究通过对移动自组网的分簇体系架构、服务发现协议和机会网络等关键技术问题展开研究:

1) 针对移动自组网中的层次拓扑结构进行设计, 从簇稳定性和可维持性出发, 提出了基于双簇首的分簇体系架构和相应的簇首选举和簇维持算法。

2) 针对移动自组网的服务发现协议的问题研究。服务发现协议是网络节点在网络中自动搜寻所需服务的技术, 服务发现协议的最终目标是实现无人管理的网络, 将人从枯燥乏味的网络维护工作中解脱出来。因此, 简单高效、健壮灵活、具有良好扩展性的服务发现协议是移动自组网实用化的一项关键技术。

3) 针对TCP协议在自组网络中作为传输协议的诸多问题, 本课题研究提出了基于UDP传输协议的SOAP数据传输协议, 并考虑到UDP协议常见的丢包现象, 提出了"虚假"服务匹配失败的问题以及基于离散空间容错搜索原理的问题解决办法。

3 系统架构与组网

3. 1 系统硬件框架

系统由射频电路和基带电路组成, 射频电路原理框图如图4。射频电路由发送电路和接收电路组成, 发送电路由FEC编码、交织与映射电路、IFFT、调制、混频和功放电路组成。接收电路由低噪声放大器、解调、FFT、逆映射去交织、FEC解码等电路组成。

基带电路原理框图如图5。基带电路基于MIPS processor的嵌入式系统进行设计。该电路具有高性能ARM9内核, 它带有MMU管理单元和各种丰富的接口, 便于进行二次开发, 具有高性能, 低功耗, 接口丰富等特性。

3. 2 系统组网

系统组网采用宽带无线Mesh网络结构, 传统的无线接入技术中, 主要采用点到点或者点到多点的拓扑结构。这种拓扑结构中一般都存在一个中心节点, 例如移动通信系统中的基站、802. 11WLAN中的AP等等。中心节点一方面与各个无线终端通过单跳无线链路相连, 控制各无线终端对无线网络的访问; 另一方面, 中心节点又通过有线链路与有线骨干网相连, 提供到骨干网的连接。而在无线Mesh网络中, 采用网状Mesh拓扑结构, 也可以说是一种多点到多点网络拓扑结构。在这种Mesh网络结构中, 各网络节点通过相邻的其他网络节点以无线多跳方式相连。

无线Mesh网主要由两种网络节点组成: 带Mesh路由器的基站覆盖系统 ( BS) 和CPE终端。BS除了具有传统的无线路由器的网关/中继功能外, 还具有支持Mesh网络互连的路由功能。与传统的无线路由器相比, 无线Mesh路由器可以通过无线多跳通信, 以低得多的发射功率获得同样的无线覆盖范围。在无线Mesh网络中, 由Mesh路由器互连构成无线骨干网, 这个无线骨干网再通过其中的网关Mesh路由器与外部网络相连。CPE终端具有网络互连和分组转发功能, 该设备与用户通过以太网接口相连。

4 无线传输系统实现

将海上电磁频谱监测与管理系统的远程无线传输设备, 采用这种基于OFDM技术与移动自组网技术的海上频谱感知传输系统, 完成海上的电磁频谱无线远程传输。按照需求, 感知传输设备是与网关节点配合使用, 在进行远距离传输时, 网关节点依靠路由管理进行一跳或多跳最后到达岸上基站, 实时上传到指挥管理中心, 从而实现频谱的实时监测与管理。

本无线感知传输设备已经可以稳定可靠的应用到无线传感网电磁频谱监测与管理系统中, 图6显示的是通过此感知传输设备上传到远程任务指挥管理中心的频谱信息。

5 小 结

海上战场电磁环境是由时域、频域和空域上分布密集、数量繁多、样式复杂、动态随机的多种电磁信号交叠而成的复杂环境。复杂电磁环境已经成为信息化战场区别于传统战场最突出的标志。如何将机动的舰载频谱监测设备侦测到的频谱信息实时地传输到基地作战指挥中心显得及其重要, 也是未来海战胜利的重要保障。本系统采用基于无线OFDM的宽带自组网技术, 将对战场电磁频谱的远程传输提供重要可靠的保障。

参考文献

[1]崔玉贤.工信部印发.国家无线电管理"十二五"规划.[EB/OL].http://news.hexun.com/2011-07-01/131066085.html, 2011.

[2]陆磊磊.基于无线传感网的电磁频谱监测软件系统的设计与实现[D].西安:西安电子科技大学, 2012.

[3]Roy Rubenstein.Radio Gets Smart[J].IEEE SPECTRUM, 2007:46-50.

[4]沈嘉等.3GPP长期演进 (LTE) 技术原理与系统设计[M].北京:人民邮电出版社, 2009.7, 46~17, 64~65, 158~171.

OFDM无线传输技术 第9篇

一、OFDM技术概述及技术基础分析

1.1OFDM技术概述

OFDM, 即正交频分复用技术, 具有较高的频谱利用率, 能够实现更多数据的传输, 属于一种多载波调制技术。在无线通信中, 作为一种特殊的多载波通信技术, OFDM技术的子载波间是相互正交的, 各子载波信号通过叠加之后再进行符号的输出, 且可通过QAM或者PSK的调制方式来进行每个子载波信号的调制。FDM是传统的频分复用技术, 其采用的也是传统的多载波调制技术。而OFDM技术则是采用新的多载波调制方。与FDM技术相比, OFDM技术能够在相同的频带宽度上进行更多数据的传输, 实现频带利用率的提升。

1.2 OFDM技术基础

OFDM采用的是一种多载波调制方式, 基本的技术基础就是通过串并的方式将高速率的信源信息流变换成低速率并行数据流, 进而在相互正交的子载波上将这种数据流进行调制, 再累积相加这些调制信号, 最后发射信号。

基于时域的角度来看, OFDM在传输多个符号时, 采用并行方式能够增加码元的持续时间, 从而能够实现对时间弥散性最大程度的减弱, 而这种弥散性是由无线信道的多径时延扩展产生。同时, OFDM技术将循环前缀插入符号之间, 不仅能够有效避免由于多径效应而产生的符号之间的干扰, 而且还能够对子载波间正交性的影响实现有效控制, 这种正交性是由于多径信道环境中因保护间隔的插入而产生的, 而OFDM技术能够有效避免这种影响。

基于频域的角度来看, OFDM技术具有多个正交子信道, 且采用并行传输正交子载波的方式, 也就是整个分配信道被多个较窄的正交子带和所占据。虽然总的信道具备频率选择性, 但是每个子信道具有一定的平坦性, 且与信道相关带宽相比, 信号带宽较小, 这样技术就能够实现在每个信道上进行窄带传输, 能够有效克服信道的频率选择性衰落。另外, OFDM技术中子载波之间是相互正交的, 这就可以通过一定的带宽, 实现系统容量的有效提高。

二、OFDM技术的同步问题分析

2.1 OFDM同步模型分析

同步技术在无线通信领域中是非常关键的技术, 其在OFDM系统中同样重要。下图为OFDM系统同步模型图:

如上图所示, OFDM系统对于其信号的处理过程分为三个同步问题:第一, 符号定时同步 (FFT窗口准确位置的符号) ;第二, 样值同步 (数模与模数转换时的时钟采样值) ;第三, 信道载波频率同步 (发射端和接收端的载波频率) 。同时OFDM系统同步模型也对每个同步在系统中的位置进行了表示。

2.2 OFDM同步算法分析

1、非数据辅助算法

从信号的发送一直到其接收, 在整个过程中, 非数据辅助算法指的是这一过程不使用任何辅助符号而进行同步。这种算法通常是对自身循环前缀的使用来进行定时同步的。由于循环前缀在OFDM系统中的加入, 使得前后数据都与其符号有了关系, 这样就可以利用关系进行定时同步。如果处理理想的信道环境下, 非数据辅助算法的性能非常好, 但是如果处于多径衰落信道下, 这种算法就不能克服ISI的影响, 其性能的发挥也很差。

2、数据辅助算法分析

数据辅助算法是在OFDM符号中插入同步的训练符号序列, 其插入的位置一般是在一个或者一段OFDM符号的前面。加入训练符号序列之后虽然会降低传输速率, 但是却能完成信道估计和同步估计。因此数据辅助算法能够针对不同的业务需求, 来选择不同的训练符号。与非数据辅助算法相比, 数据辅助算法能够实现多径衰落信道中的较好的估计性能, 因此其对于无线通信系统而言, 更加适合。

3、训练序列同步算法

发送信号的训练符号在OFDM中是重复的, 而且符号经受了相同的频率偏移, 这就使得相位差产生, 即一个可以通过计算得到的相位差。训练序列同步算法的下一步计算可以根据得到的相位差来进行频偏估计。通过对重复发送的训练符号数据块进行捕获和处理, 接收端就能够得到频率偏移估计并同时获得符号定时估计。

三、结束语

随着科技的发展, 时代的进步, 无线通信逐渐由早期用于传输语音数据的功能扩展到各个领域。现在智能移动电话已经在移动通信中得到了广泛应用, 并且随着用户要求的不断提高, 无线通信在数据传输速度方面的发展也越来越快。通过本文对无线通信中OFDM技术以及同步问题的分析和研究, 希望能够为促进无线通信行业的发展起到一定积极作用。

参考文献

[1]石钧.OFD无线通信系统信道估计及自适应算法的研究[J].北京邮电大学, 2012-04-20

OFDM无线传输技术 第10篇

1 基于OFDM技术的WiFi传输方式的优点

1) 从数字视频信号实际传输的效果考虑, 卫星信号传输、中频数字微波、3G和WiFi等均适合视频信号传输。但从实际应用成本方面考虑, 只有ISM2.4GHz频段的WiFi技术成本较低。并且根据试验, WiFi传输方式受电磁信号干扰很小。

2) 在WiFi传输方式中, WiFi网络能支持较高的数据传输速率 (1~300Mbps) , 能够满足多点视频传输的带宽要求。而OFDM技术 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 是一种无线环境下的高速多载波传输技术, 能够达到300Mbps, 满足对生产监控的要求。OFDM技术的主要思想是在频域内将给定信道分成许多正交子信道, 在每个子信道上使用一个子载波进行调制, 并且各子载波并行传输, 从而有效地抑制无线信道的时间弥散所带来的码间干扰 (ISI) 。这样就减少了接收机内均衡的复杂度, 有时甚至可以不采用均衡器, 仅通过插入循环前缀的方式消除ISI的不利影响。

3) 由于视频监控业务一般都存在非对称性, 例如在AP与视频采集设备之间的上行链路中传输的数据量要远远大于下行链路中的数据传输量。而OFDM容易通过使用不同数量的子信道来实现上行和下行链路中不同的传输速率。并且视频流对实时性非常敏感, 需要较大的数据传输带宽, 而OFDM根据无线信道存在频率选择性的特点, 通过动态比特分配以及动态子信道分配的方法, 充分利用信噪比高的子信道, 从而提升系统性能, 提高数据传输速率。

2 组网方式

由于水泥厂监控点数量多, 视频传输的数据量很大, 距离远近不同以及恶劣环境的影响, 很容易造成无线视频传输中断或长时间延迟现象。如果选用单点AP的星型网络, 视频监控无法覆盖全厂。因此, 我们选用6个AP, 其中2个作为中心AP, 其余4个作为中继节点。根据现场情况的不同, 分布在水泥厂区内部, 扩大了WLAN的覆盖范围, 保证每个监控点的视频信号能够正常传输, 不在无线信道上发生拥堵。

3 水泥厂监控系统现场测试及应用

安徽巢湖威力水泥厂原使用有线视频监控, 扩展监控点很不方便, 无线的应用使得其扩展更加容易快捷, 其网络系统结构见图1。在该系统中, 现场设置16个固定监控点, 2个可移动监控点 (见表1) 。

视频信号通过中继节点传输至中控。我们将整个水泥厂分成4个无线区域, 每个区域内有一个中继基站, 覆盖该区域内的监控点, 每个监控点都是一个无线终端, 具有与中继基站和中心基站进行基本通信的能力。现场的2个移动监控点, 可在全厂范围内进行巡视监控。移动的监控设备可以随机检测现场中任何地点的设备运行情况及人员工作情况。比如可以监控远处的矿山开采情况。移动监控点的视频信号传输路径随着监控点位置不同, 无线信号传输至中控的路径也不同。网络拓扑图随着移动监控点位置的变化, 拓扑结构也会发生变化。

为了保证各基站之间互相不受干扰, 且无线网络能够无缝覆盖全厂, 需要将现场两个中心基站和4个中继基站的AP设置相同的SSID、认证模式及加密模式, 一个中心基站AP和两个基站AP的信道设置为1, 另外一个中心基站AP和两个基站AP的信道设置为11, 以避免干扰, 还要将AP的IP设置为同一网段, 且不要打开DHCP。中心基站AP选择使用“AP模式”, 中继基站AP只接电源, 选择使用“中继模式 (Repeater) ”, 并填入“远程AP的MAC地址 (Remote AP MAC) ”即可。监控点位置及速度测试数据见表1。

在所有监控点中, 窑头高温看火和篦冷机两个监控点处温度较高, 粉尘浓度较大, 环境比较复杂, 摄像机为模拟摄像机 (见图2) , 需要将模拟信号通过单路视频服务器转换为数字信号, 再通过无线网桥发送无线视频信号。其他监控点处采用网络摄像机。

中心基站AP采用大功率无线AP作为无线视频信号接收端设备, AP覆盖范围为210°, 中控接收端采用2个无线AP以覆盖全厂基站, AP安装在中控楼顶端 (见图3) , 可以确保无线信号接收良好。

为了便于更加详尽确切和直接地反应信号传输的稳定性与覆盖范围, 我们利用ping命令ping各监控点的IP地址, 记录各点的数据包返回时间 (见表1) , 可以了解到该点的网络连通情况及网络速度。图4所示为该16个点的网络性能测试数据, 实际画面传输正常。在厂区内离中控接收端位置最远的两个监控点C9 (石灰石堆场1) 和C10 (石灰石堆场2) , 距离约为150m。C9在堆场背面, 有墙体近距离遮挡, C10在堆场侧面, 没有遮挡。传输速度C9为所有监控点中速度最慢的, C10速度居中。由此可见, 障碍物的遮挡对无线视频的传输速度影响很大。

C13~C16监控点的无线发射端与中控接收端在可视范围内, 最近的窑头处监控点位置至中控的传输路径距离约为30m, 篦冷机监控点传输路径约40m, 斜拉链底部约为45m, 斜拉链顶部约为50m, 从图4可以看出, 距离越近, 无线传输速度越快。

4 水泥厂监控系统的软件实现

监控软件采用JAVA/C++语言编写, 集多窗口、多用户、多语言、语音对讲、报警中心等功能为一体。软件界面友好, 操作简单, 可方便进行权限设置。可以同时显示108路视频信号, 该软件可以设置远程视频监控, 用户在异地通过电脑和手机用户端均可以查看现场厂区运行状况。

5 效果

使用无线视频传输代替传统的有线视频传输后, 解决了有线视频传输布线困难, 难以扩展的难题。如篦冷机和窑头高温看火处, 以前使用有线传输视频, 由于现场温度环境的影响, 现场的信号线经常由于高温的原因, 被烧毁, 影响视频信号的传输, 并且在烧毁后, 在高温环境下重新连接信号线比较困难。现在使用无线视频传输之后, 不用再担心类似问题的出现。有线视频监控开始设计时, 石灰石堆场2处的监控点并不在设计范围内, 由于有线布线繁琐, 扩展困难, 一直没有加入此监控点, 改为无线视频监控后, 可以方便地扩展该监控点, 使得厂区的管理更透明。

6 总结

基于OFDM技术的无线视频监控在水泥厂的应用, 可实现厂区内视频信号的无线传输, 画面清晰无延迟, 解决了有线监控方式带来的现场布线复杂、建设成本高、周期长等问题。同时, 无线视频监控应用于国内水泥厂属于比较超前的设计, 其设备功能和网络结构的可靠性等已经多次通过了试验及现场实际的验证。目前, 该系统在巢湖威力水泥厂已经通过较长时间测试应用, 相信其在以后的水泥厂甚至其他工业领域视频监控中一定会逐步得到广泛应用。

参考文献

[1]吕潇超, 侯增选.基于C/S结构的数字视频监控软件[J].科学技术与工程, 2007 (9) :1894-1898.

[2]陈家林, 胡静, 郝毫毫.WiFi基站在油田中的应用[J].电子设计工程, 2011, 19 (1) :30-32.

OFDM无线传输技术 第11篇

随着4G技术成熟并广泛商用,移动通信开始向5G的发展阶段进行迈进。5G发展的主要驱动力是移动互联网和物联网,5G将在现有4G系统能力的基础上大幅度提升性能,满足人们对高速率、超高数据容量、海量连接数量、节能通信、极致用户体验的无线接入要求[1]。为满足5G需求,需要从无线空口技术、无线组网技术以及网络架构等方面实现革命性创新,其中无线空口技术[2]是当前5G研究的重要领域。

波形是无线通信物理层最基础的技术[3]。CP-OFDM以其传输效率高、实现简单、易与MIMO结合等诸多优点,目前已经被广泛用于4G LTE、Wifi等无线通信系统中[4]。但是CP-OFDM技术只是为了移动宽带业务设计的,无法满足新一代无线通信系统中丰富的业务场景的需求,尤其是无法满足物联网和虚拟现实这两种业务所需要的更低的时延、更大的连接数的要求。因此5G空口波形技术需克服CP-OFDM系统在整个带宽只支持一种波形参数、带外泄露高、同步要求严格等缺点,且能够根据具体的业务场景来动态地选择和配置波形参数[5]。

1 F-OFDM技术简介

针对5G系统所面临的挑战,华为在2015年的世界移动通信大会上提出F-OFDM(Filtered-Orthogonal Frequency Division Multiplexing)可变子载波带宽的非正交接入技术[6]。F-OFDM是一种可变子载波带宽的自适应空口波形调制技术,是基于OFDM的改进方案。F-OFDM能够实现空口物理层切片后向兼容LTE 4G系统、又能满足未来5G发展的需求。F-OFDM技术的基本思想是:将OFDM载波带宽划分成多个不同参数的子带,并对子带进行滤波,而在子带间尽量留出较少的隔离频带。比如,为了实现低功耗大覆盖的物联网业务,可在选定的子带中采用单载波波形;为了实现较低的空口时延,可以采用更小的传输时隙长度;为了对抗多径信道,可以采用更小的子载波间隔和更长的循环前缀。

F-OFDM技术具有以下几个优点[7]:支持在不同的子带上配置不同的子载波间隔,从而更好的支撑不同的业务;支持在不同的子带上配置不同的CP长度,从而更好的适配信道;支持在不同的子带上进行异步信号的传输,从而节省TA调整的信令开销;具有更好的带外抑制特性,从而节省保护带的开销,提高频谱效率。

2 F-OFDM收发机结构

F-OFDM收发机的滤波操作是叠加在现有OFDM技术基础之上[8]。OFDM和F-OFDM的收发机示意图如图1。

OFDM的发射机和接收机基本过程如下。首先,LTE中所有用户的数据选用15KHz作为子载波间隔进行子载波映射。其次,为了把信号从频域变换到时域,对信号进行FFT size为2048的IFFT变换。再次,对信号进行加循环前缀(CP,Cyclic Prefix)操作。接着使用宽带滤波器来限制信号的整体带外泄露。接收机的信号处理过程是发射机的逆过程,首先进行去CP的操作,然后进行FFT size为2048的FFT变换,最后进行子带数据检测(即解调和译码)。

对于F-OFDM的整机结构,信号首先被分为若干个子带,每个子带的整体实现结构与OFDM基本一致。需注意,由于子带映射过程中子载波间隔不同,同时得保证IFFT变换之后的信号采样率保持一致,因此在IFFT变换时所需要的FFT size得进行合理的选择。F-OFDM的接收机同样是发射机的逆过程。在经过子带级的滤波之后,各个子带的数据被分离开,经过分离之后的每个子带的接收机处理过程和OFDM接收机的处理过程是一样的。

3 滤波器的设计

F-OFDM技术的核心问题在于滤波器的设计和实现。F-OFDM采用子带滤波器来实现子带的划分,设计的子带滤波器需达到以下性能要求:实现复杂度低,带内近似平坦且带外陡降,能够在比较小的保护带的前提下更好的支持信号传输,尤其是支持高阶调制和高码率信号的传输。滤波器设计过程中,窗函数的选择、滤波器系数的计算、滤波方式的选取尤为重要。

3.1 窗函数的选择

滤波器的设计方法采用传统的窗函数法,即对时域sinc函数加不同的窗函数,来获得滤波器的时域响应[9],可以理解为,时域窗函数的软截断处理相当于频域的有限长的循环卷积处理。即,,其中,窗函数的选择需要在时频局域化,以及通带内的平坦度之间进行折中。

设计数字滤波器时,窗函数不仅可以影响过渡带宽度,还能影响肩峰和波动的大小。因此,选择窗函数应使其频谱尽量满足以下两个要求:主瓣宽度尽量小,过渡带尽量陡;为了使能量尽量集中在主瓣内,得使肩峰和波动减小,同时旁瓣相对于主瓣越小越好。常见的窗函数如表1。

图2给出了表1中三种常见窗函数频谱特性曲线,在滤波器设计过程中,滤波器阶数设置为512,采样频率为30.72MHz,截止频率设置为360KHz。当为Kaiser窗函数时,β值设置为4。通过对比可以看到给出的三种窗函数过渡带的陡峭程度差不多,但是Hanning窗对旁瓣的衰减抑制作用明显要比Kaiser窗和RRC窗有优势,故本文选择Hanning窗来设计滤波器。

3.2 滤波器系数

基带滤波器的中心频率是0,需要根据两个子带的位置对滤波器系数进行相应的频率搬移。假设子带1的子载波数量为M1,子带1的保护子载波数量为N1,子带2的子载波数量为M2,子带2的保护子载波数量为N2。则,

子带1的中心频率为:

子带2的中心频率为:

,其中是偶数;

假设基带低通滤波器的系数为h=(h0,h1,⋅⋅⋅,hT-1),T为滤波器的长度。则,

子带1上的滤波器系数可通过以下公式计算得到:

子带2上的滤波器系数可通过以下公式计算得到:

3.3 频域滤波

滤波操作通常在时域通过线性卷积实现,假设滤波器响应为h[n],长度为T,则滤波操作为:,假设数据的总长度为N,那么总的复数乘法计算次数约为N*T。在F-OFDM中,为了控制子带间干扰,滤波器长度T通常会较大,计算复杂度非常高。为了减小复杂度,可以采用低复杂度的频域实现[10]。

4 结束语

F-OFDM技术的优点是显而易见的,即可以将整个频段按照未来不同种类的业务精细分割,对空口实现灵活切片,更好的支持不同业务对带宽时延、可靠性的要求,同时带来频谱资源利用率提升。但对于发射机,如何将OFDM载波带宽划分成多个不同参数的子带,并对子带进行滤波,且在子带间尽量留出较少的隔离频带,是整个系统需要解决的关键问题之一。在接收端,如何针对不同的业务需求,设计出高性能、带宽可调的滤波器将是提升F-OFDM实用价值的关键。

摘要：F-OFDM是一种可变子载波带宽的自适应空口波形调制技术,能够实现空口物理层切片后向兼容LTE 4G系统、又能满足未来5G发展的需求。它将OFDM载波带宽划分成多个不同参数的子带,它可根据不同的业务场景来动态地选择和配置波形参数。F-OFDM采用子带滤波器来实现子带的划分,滤波器设计过程中的窗函数选择尤为重要。

关键词：F-OFDM,OFDM,子带滤波器,窗函数

参考文献

[1] Andrews J G,Buzzi S,Wan C,et al.What will 5G be?[J].IEEE journal on selected areas in communications,2014,32(6):1065-1082

[2] Wunder G,Jung P,Kasparick M,et al.5GNOW:nonorthogonal,asynchronous waveforms for future mobile applications[J].IEEE Communications Magazine,2014,52(2):97-105

[3] Banelli P,Buzzi S,Colavolpe G,et al.Modulation formats and waveforms for 5G networks:who will be the heir of OFDM?:An overview of alternative modulation schemes for improved spectral efficiency[J].IEEE Signal Processing Magazine,2014,31(6):80-93

[4] Bellanger M,Mattera D,Tanda M.Lapped-OFDM as an alternative to CP-OFDM For 5G asynchronous access and cognitive radio[C]//Vehicular Technology Conference.IEEE,2015

[5] Renfors M,Yli-Kaakinen J,Levanen T,et al.Efficient fastconvolution implementation of filtered CP-OFDM waveform processing for 5G[C]//IEEE GLOBECOM Workshops.IEEE,2015

[6] Tong W,Ma J,Huawei P Z.Enabling technologies for 5G air-interface with emphasis on spectral efficiency in the presence of very large number of links[C]//Asia-Pacific Conference on Communications.IEEE,2015

[7] Abdoli J,Jia M,Ma J.Filtered OFDM:A new waveform for future wireless systems[C]//IEEE,International Workshop on Signal Processing Advances in Wireless Communications.IEEE,2015

[8] Zhang X,Jia M,Chen L,et al.Filtered-OFDM——enabling flexible waveformfor the 5G cellular networks[J].电信网技术,2015,(5):1620

[9] Sahin A,Guvenc I,Arslan H.A survey on multicarrier communications:prototype filters,lattice structures,and implementation aspects[J].Mathematics,2012,16(3):1312-1338