OFDM在短波通信中的应用

部门在高速HF数据通信领域做了许多有意义的工作，当前已能提供9600bps以上的传输速率。

提高通信速率是HF通信领域研究的一个主要方向。HIL-STD-188-110B在2400bps以上传输速率中，提供从3200、4800、6400、8000、9600、12800bps（无编码）的传输服务，STANG5066也支持高速HF数据通信业务。在并行和串行两种调制方式中寻找新的发送波形和新的编码方式是提高HF通信速率的关键。由于OFDM技术具有较强的抗多径干扰的能力，能够有效地抑制ISI和子载波干扰（ICI），已被成功应用于DRM中。值得注意的是DRM同样使用短波频段（3～30MHz）传输音频和数据信息。下面研究OFDM在短波通信领域里应用比较成功的几个例子。

2.1 英国Racal Research Limited的实现途径

在战术电台环境下，VHF（30～300MHz）通信是常采用的一种规范；但在复杂的地形条件下，VHF通信有时会出现障碍，此时可以尝试采用接近垂直入射（NVIS）的短波电台建立通信联系。英国的Racal Research Limited开发出一种适应于HF NVIS信道的并行体制调制解调器。它采用OFDM技术，子载波个数为56，信号的调制方式250QAM、64QAM、16QAM、FSK、PSK、SSB，在3kHz带宽上实现无编码最高传输速率16kbps，能够在多普勒扩展1Hz、延迟扩展5ms的HF NVIS信道条件下正常工作。该调制解调器是在快速DSP原型平台上实现的，系统采用了Motorola的定点DSP56300处理器，通过软件无线电技术使得设计复杂度大为降低。

此外，为进一步检验采用OFDM技术的调制解调器的实际性能，1999年6月，在DERA加拿大对CRC的串行调制解调器和Racal的并行体制调制解调器进行了三个星期的现场比对试验。发射机是10kW的DERA Cove电台，接收站点位于DERA的Malvern（距离140km）和Funtington(距离45km)。经过现场试验，两种调制解调器性能略有差异，在黎明OFDM比串行体制调制解调器性能好，在整个晚间误码率性能一直接低，在白天两种调制解调器工作都很好。由于两种调制解调器都没有采用FEC编码，误码率较高。

2.2 法国Thomson公司的实现途径

采用OFDM体制，子载波个数79，信道编码采用基于帧结构的turbo code编码方式，数据传输速率达9600bps。

每帧结构如下：

·每帧3个OFDM符号；

·每个OFDM符号有79个子载波；

·第1个OFDM符号有52个数据和27个导频符号；

·第2个OFDM符号有79个数据和0个导频符号；

·第3个OFDM符号有79个数据和0个导频符号；

·每个OFDM符号周期32.81ms；保护间隔6.15ms；

·子载波间隔37.5Hz，第1个子载波和最后1个子载波间隔2925Hz；

·短交织时间长度1.8s；长交织时间长度10.8s。

2．3 ARD9900调制解调器

该调制解调器是由环球无线电通信公司（Universal Radio Incorporation）推出的最新一代商用产品，具有传输数字语音、图像、数据的功能，语音编码部分采用先进的vocoder AMBE技术。主要参数如下：

·采用OFDN调制，子载波子数36，子载波间隔62.5Hz，信号调制方式OQPSK；

·基带信号带宽280～2530Hz；

·数据传输速率50baud/3600bps；

·每帧有3个OFDM符号，每个OFDM符号周期20ms，保护间隔4ms；

·FEC编码：内层卷积编码1/2，结束长度7，生成多项式[133,171]8;外层Reed-Solomon编码[44，36]8；

·具有图像、语音、数据加密功能。

2.4 一种满足地面和飞机通信标准的并行调制解调器

1998年国际民事飞行组织（ICAO）建立了地面与飞机联系的短波通信标准；SARPS for HF Datalink、AMCP/5-WP172。该标准采用单载波数据，最高传输速率达1800bps。S.Zazo等人对此进行改进，提出采用OFDM调制的两套新方案。第一种方法：每帧由3个OFDM符号组成，子载波个数16，一个用于信道探测的OFDM符号后接两个连续OFDM数据符号。第二种方法：每帧由一个用于信道探测的短OFDM符号和一个长OFDM数据符号组成；短OFDM符号由16个子载波组成，长OFDM符号由32个子载波组成。系统主要参数如下：

·信道编码：Reed-Solomon编码[63，45]；

·信号调制方式：QPSK；

·短交织长度1.8s;长交织4.2s；

·方案一：子载波间隔175Hz，有效OFDM符号周期5.71ms，保护间隔2.62ms；

·方案二：子载波间隔87.5Hz，有效OFDM符号周期11.43ms，保护间隔3.93ms。

仿真结果表明：两方案在误比特率（BER）方面性能改善显著，同时还有效降低了前同步信号（preamble）和信道探测信号的长度，对于提高传输速率具有重要意义。

3 OFDM在HF通信实际应用中需要解决的几个关键性问题

由于短波带宽较窄，在MIL-STD-188-141B中定义的带宽为4kHz，通常语音带宽可以压缩至3kHz,因此目前串行体制的调制解调器可以在3kHz带宽实现9600bps以上的传输速率。考虑采用OFDM体制时，由于子载波个数有限，需要降低插入导频的密度，这就给信道估计带来一定的困难。以MIL-STD-188-110A中39音调制解调器为例，OFDM符号周期Ts=22.5ms，子载波频率间隔Δf=76.92Hz，对于最大时延扩展Td=4ms，最大多普勒扩展fd=σ=2Hz，需要每隔Nk=1/2fdTs=11.1≤个OFDM符号和在NL≤1/2TdΔf=1.6个子载波间插入导频。

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