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OFDM在短波通信中的應(yīng)用
摘要：介紹了當(dāng)前短波（HF）通信中串行、并行兩種體制的最新發(fā)展現(xiàn)狀，著重討論了正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)在HF通信中的實(shí)際應(yīng)用，最后指出在短波通信中采用OFDM體制需要解決的幾個(gè)關(guān)鍵性問題。關(guān)鍵詞：短波 OFDM 串行調(diào)制解調(diào)器 并行調(diào)制解調(diào)器
衛(wèi)星通信和短波（1.5～30MHz）通信是目前遠(yuǎn)距離通信的兩種主要手段。對(duì)軍事通信而言，衛(wèi)星在戰(zhàn)爭(zhēng)期間易被干擾或阻塞，甚至被摧毀而失去通信能力，因此，就通信的頑存性、機(jī)動(dòng)性和靈活性而言，短波通信具有無可比擬的優(yōu)越性。其發(fā)射功率小，設(shè)備簡(jiǎn)單，通信方式靈活，抗毀性強(qiáng)，以電離層為傳輸媒質(zhì)，而電離層基本具有不可摧毀性，傳輸距離可達(dá)數(shù)千公司而不需要轉(zhuǎn)發(fā)。這些優(yōu)點(diǎn)使短波通信成為軍事部門及其它機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)距離通信和指揮的重要工具。此外，在海上通信和機(jī)載通信中短波通信占有重要地位。潛艇、水面戰(zhàn)艦、遠(yuǎn)洋商船、漁輪和科考船隊(duì)通常都配備短波電臺(tái)與外界建立通信聯(lián)系，而且海上通信對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫笤絹碓礁�，有力地推出了海上短波通信技術(shù)的發(fā)展。機(jī)載短波、超短波通信是航空通信的重要手段，特別當(dāng)飛機(jī)要進(jìn)行低空、超視距和遠(yuǎn)距離通信而又缺乏現(xiàn)代預(yù)警機(jī)與機(jī)載衛(wèi)星通信系統(tǒng)時(shí)，機(jī)載短小、超短波通信成了唯一的通信渠道。
1 短波通信中傳輸高速數(shù)據(jù)信號(hào)的調(diào)制技術(shù)
短波傳輸分為天波和地波兩種方式。對(duì)天波傳輸方式而言，短波信道是一種時(shí)變色散的信道，它利用電離層的反射傳送信息。由于電離層是分層、不均勻、各向異性、隨機(jī)、有時(shí)空性的介質(zhì)，因此短波信道存在多徑時(shí)延、衰落、有時(shí)空性的介質(zhì)，因此短波信道存在多徑時(shí)延、衰落、多普勒頻移、頻移擴(kuò)散、近似高斯分布的白噪聲和電臺(tái)干擾等一系列復(fù)雜現(xiàn)象。此外對(duì)現(xiàn)代短波通信系統(tǒng)，信道大多數(shù)具有頻率的選擇性，多徑傳輸產(chǎn)生了信號(hào)的相干衰落與符號(hào)干擾，短波通信的性能在很大程度上取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)信道傳輸補(bǔ)償?shù)男Ч�。短波信道通常情況下是一種緩慢變化的信道，多徑延遲典型值2～8ms，多普勒頻率擴(kuò)展的典型值0.1Hz，多普勒頻移在0.01～10Hz范圍內(nèi)變動(dòng)，在高緯度地區(qū)多徑延遲可達(dá)13ms以上，多普勒擴(kuò)展可達(dá)73Hz。
多徑效應(yīng)引起的時(shí)域擴(kuò)展是限制數(shù)據(jù)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兩種體制。并行體制是將發(fā)送的數(shù)據(jù)并行分配到多個(gè)子通道上傳輸，串行體制使用單載波調(diào)制發(fā)送信息。關(guān)于串行和并行兩種調(diào)制方式到底哪種優(yōu)越，一直有爭(zhēng)論。文件認(rèn)為：這兩種調(diào)制解調(diào)器在低速通信中已使用多年，沒有哪一種顯示出絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，目前在北約9.6kbs HF通信標(biāo)準(zhǔn)中同時(shí)考慮串行、并行調(diào)制體制。而絕大多數(shù)認(rèn)為串行體制更優(yōu)勢(shì)，若在可通率相同的情況下，比較二者的誤比特率，則串行比并行體制低。
串行體制的特點(diǎn)是在一個(gè)話路帶寬內(nèi)采用單載波串行發(fā)送高速數(shù)據(jù)信號(hào)，因此提高了高頻發(fā)射機(jī)的功率利用率，克服了并行體制功率分散的缺點(diǎn)。由于串行體制采用了高效的自適應(yīng)均衡、序列檢測(cè)和信道估算等結(jié)合技術(shù)，能夠克服由于多徑傳播和信道畸變引起的符號(hào)干擾（ISI）。目前最先進(jìn)的串行體制調(diào)制解調(diào)器采用256QAM調(diào)制，應(yīng)用一種被稱為“分組判決反饋均衡（BDFE）”的技術(shù)，在3kHz帶寬上數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)16kbps。
并行體制已經(jīng)存在幾十年了，上個(gè)世紀(jì)90年代中期以前，并行體制的各個(gè)子載波在頻率上是互相不重疊的
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