COFDM知識

COFDM（coded orthogonal frequency division multiplexing），既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制技術。其基本原理就是將高速數據流通過串并轉換，分配到傳輸速率較低的若干子信道中進行傳輸。編碼（C）是指信道編碼采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，都是一個基本震蕩頻率的整數倍；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。

這種“正交”表示的是載波頻率間精確的數學關系。按照這種設想，COFDM既能充分利用信道帶寬，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/并變換為多個低速率碼流，每個碼流都用一個子載波發送。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技術屬于多載波調制（Multi－CarrierModulation，MCM）技術。有些文獻上將OFDM和MCM混用，實際上不夠嚴密。MCM與COFDM常用于無線信道，它們的區別在于：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制，它的特點是各子載波相互正交，使擴頻調制后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制方法可以不同。各個載波能夠根據信道狀況的不同選擇不同的調制方式，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制，根據信道條件的好壞來選擇不同的調制方式。COFDM還采用了功率控制和自適應調制相協調工作方式。信道好的時候，發射功率不變，可以增強調制方式（如64QAM），或者在低調制方式（如QPSK）時降低發射功率。

COFDM技術是HPA聯盟（HomePlug Powerline Alliance）工業規范的基礎，它采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并成單一的信號，從而完成信號傳送。由于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技術能同時分開多個數字信號，而且在干擾的信號周圍可以安全運行。正是由于具有了這種特殊的信號“穿透能力”，使得COFDM技術深受通信設備商以及手機生產商的喜愛和歡迎。COFDM技術能夠持續不斷地監控傳輸介質上通信特性的突然變化，通信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，并且接通和切斷相應的載波以保證持續地進行成功的通信。該技術可以自動地檢測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沖，然后采取合適的調制措施來使指定頻率下的載波進行成功通信。COFDM技術特別適合使用在高層建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及將信號撒播的地區、高速的數據傳播及播音都希望刪除多徑影響的地方。

COFDM技術主要有如下幾個優點：

(1) 在窄帶帶寬下也能夠發出大量的數據：COFDM技術能同時分開至少1000個數字信號，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，正是由于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：由于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，并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沖，然后采取合適的調制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筑物、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。

(6) 可以有效地對抗信號波形間的干擾，適用于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。

(7) 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。

(8) 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。

(9) 可以選用基于IFFT/FFT的OFDM實現方法；

(10) 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于2Baud/Hz。

表現在實際應用中，COFDM有以下獨具的優勢：

首先，抗衰落能力強。COFDM把用戶信息通過多個子載波傳輸，在每個子載波上的信號時間就相應地比同速率的單載波系統上的信號時間長很多倍，使COFDM對脈沖噪聲（Impulse Noise）和信道快衰落的抵抗力更強。同時，通過子載波的聯合編碼，達到了子信道間的頻率分集的作用，也增強了對脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力。因此，如果衰落不是特別嚴重，就沒有必要再添加時域均衡器。

其次，頻率利用率高。COFDM允許重疊的正交子載波作為子信道，而不是傳統的利用保護頻帶分離子信道的方式，提高了頻率利用效率。

再者，適合高速數據傳輸。COFDM自適應調制機制使不同的子載波可以按照信道情況和噪音背景的不同使用不同的調制方式。當信道條件好的時候，采用效率高的調制方式。當信道條件差的時候，采用抗干擾能力強的調制方式。再有，COFDM加載算法的采用，使系統可以把更多的數據集中放在條件好的信道上以高速率進行傳送。因此，COFDM技術非常適合高速數據傳輸。

此外，抗碼間干擾（ISI）能力強。碼間干擾是數字通信系統中除噪聲干擾之外最主要的干擾，它與加性的噪聲干擾不同，是一種乘性的干擾。造成碼間干擾的原因有很多，實際上，只要傳輸信道的頻帶是有限的，就會造成一定的碼間干擾。COFDM由于采用了循環前綴，對抗碼間干擾的能力很強。