【安防知識網】目前，3G主要以CDMA技術為核心技術，但它的數(shù)據(jù)傳輸速度遠遠達不到廣告中宣稱的2Mbps，其實際傳輸速度僅為0.4Mbps左右，而當網絡繁忙時可能連這一速度的三分之一都達不到。這一狀況僅足夠傳輸高質量的音頻，而很難傳輸高質量的視頻，且CDMA技術為了對抗多徑干擾，需要更復雜的均衡及調制，實現(xiàn)起來非常困難。為了推動3G的發(fā)展與移動傳輸高質量視頻，人們研究將OFDM技術的優(yōu)勢引入到CDMA系統(tǒng)中，從而推出了CDMA與OFDM相結合的技術，即CDMA-OFDM技術。本文介紹CDMA與OFDM的特點及比較，CDMA與OFDM技術相結合的必要性，以及這種相結合的傳輸技術的優(yōu)點與在移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應用。

        CDMA（碼分多路）和OFDM（正交頻分多路復用）都曾經是美國軍方在戰(zhàn)場上使用的通信技術，從20世紀90年代初起，開始被引入民用領域并得到迅速而又長足的發(fā)展。其中最典型的代表有：以CDMA制式為基礎的第2代以及第3代的手機；而OFDM已經在無線局域網（WLAN）上得到廣泛應用，并且在第4代面向無線網絡視頻高速通信的手機研究開發(fā)中，已成為最熱門的關鍵技術。

        2001年10月，臺灣東華大學的楊慶隆博士曾撰文提出CDMA-OFDM組合調制，并在理論上分析論述過，但是他僅僅論述了多載波的CDMA，沒有提到多模式的調制和通信；在國際4G手機的多次研究討論會上盡管也提出了OFDM與CDMA兼容的問題，但是未提出具體方案和設計思想。文中所提出的，是這兩種技術相結合的一種調制技術，以及如何靈活實現(xiàn)多模式的兼容通信問題。

        為滿足未來無線多媒體通信需求，人們在加緊實現(xiàn)3G系統(tǒng)商業(yè)化的同時，開始了后3G（Beyond 3G）的研究。從技術方面看，3G主要以CDMA為核心技術，而未來移動通信系統(tǒng)則以OFDM技術最受矚目。在寬帶接入系統(tǒng)中，由于OFDM系統(tǒng)具備良好的特性，將成為下一代蜂窩移動通信網絡的有力支撐。

        另外一個事實是，3G網絡現(xiàn)在面臨諸多的問題，例如它的數(shù)據(jù)傳輸速度遠遠達不到廣告中宣稱的2Mbps，其實際傳輸速度僅為0.4Mbps左右，而當網絡繁忙時可能連這一速度的三分之一都達不到。這一狀況僅僅足夠傳輸高質量的音頻，而很難傳輸高質量的視頻。

        并且，CDMA技術為了對抗多徑干擾，需要更復雜的均衡及調制，實現(xiàn)起來非常困難。為了推動3G的發(fā)展與移動傳輸高質量視頻，人們開始研究將OFDM技術的優(yōu)勢引入到CDMA系統(tǒng)中，從而推出了CDMA與OFDM相結合的技術，即CDMA-OFDM技術。本文介紹CDMA與OFDM的特點及比較，CDMA與OFDM技術相結合的必要性，以及這種相結合的傳輸技術的優(yōu)點與在移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應用。[nextpage]

CDMA與OFDM的特點及比較
        在討論CDMA-OFDM組合調制這種新技術之前，先分析一下CDMA及OFDM兩者各自的技術特點及優(yōu)缺點。

        CDMA是基于PN碼（偽隨機噪聲）的擴頻通信，由于信號頻譜的擴展，因此在通信中，信號的傳輸功率很小，不易干擾別的設備，而且不易被截獲，具有良好的保密性；同時由于擴展了頻譜，因此抗頻率選擇性衰落能力強，抗多普勒頻移能力強；當然，由于PN碼的尖銳自相關特性能消除多徑影響，因而抗多徑干擾的能力強，加上CDMA又普遍采用了RAKE分集接收技術，更增強了抗多徑干擾和抗衰落能力。

        CDMA由于采用了同頻發(fā)射接收，用PN碼作地址碼實現(xiàn)多路通信，因此在給定的帶寬下，CDMA系統(tǒng)容量取決于PN碼的設計及碼域范圍，這也使得CDMA難以適應高速（>10Mbps）無線網絡視頻通信。此外，直擴（DS）的CDMA遠近特性不好，需要雙向多環(huán)的精密的功率控制。

        FDM/FDMA（頻分復用/多址）技術其實是傳統(tǒng)的技術，將較寬的頻帶分成若干較窄的子帶（子載波）進行并行發(fā)送是最樸素的實現(xiàn)寬帶傳輸?shù)姆椒?。但是為了避免各子載波之間的干擾，不得不在相鄰的子載波之間保留較大的間隔，如圖1（a）所示，這樣就大大降低了頻譜效率。近幾年，由于數(shù)字調制技術FFT（快速傅里葉變換）的發(fā)展，使FDM技術有了革命性的變化。FFT允許將FDM的各個子載波重疊排列，同時保持子載波之間的正交性（以避免子載波之間干擾）。如圖1（b）所示，部分重疊的子載波排列可以大大提高頻譜效率，因為相同的帶寬內可以容納更多的子載波，這就是OFDM技術。

        OFDM是采用正交頻分的多路技術，由于它可直接用DFT和IDFT（離散傅里葉正變換和反變換）實現(xiàn)，故易于用計算機處理信號。而且，又因為這N個正交的子載波頻譜可以重疊，從而可大大提高頻率利用率，很適合高速率（>10Mbps）的無線網絡視頻通信。此時，由于OFDM是采用正交的N個子載波調制。因而抗頻率選擇性衰落能力強，抗多徑衰落能力強，同時也具有相當?shù)谋Ｃ苄阅堋?br>
        OFDM由于N個子載波的正交要求嚴格，因而對相偏移較敏感，抗時間選擇性衰弱及多普勒頻移能力較差，需要對信源進行編碼來解決上述難點，此外由于OFDM的合成波形對功放線性度要求較高，因此前述的信源編碼要加上鈍化（白化）處理。[nextpage]

        加上信源編碼后的OFDM又稱為COFDM，也可實現(xiàn)同頻（單頻）通信網，且是高速視頻（>10Mbps）的單頻無線通信網絡。

        而在OFDM的信道中，其傳輸?shù)男盘柟β室螅笥贑DMA。

由上簡述可看出，CDMA與OFDM各有優(yōu)缺點，兩者的比較主要在于以下幾點：
·在給定的帶寬下，OFDM的最大數(shù)據(jù)傳輸率要遠遠高于CDMA；
·在給定帶寬下，在信道中以同樣的信號功率傳輸時，CDMA的傳輸距離要遠大于OFDM，換言之，在相同的距離下，OFDM的信號功率要求要大于CDMA；
·在抗干擾性方面，CDMA要優(yōu)于OFDM，但COFDM則與CDMA相近。

        由以上分析可知，可以將CDMA與OFDM技術互補，將兩者組合起來，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢。

CDMA與OFDM 技術結合的必要性
        CDMA技術是基于擴頻通信理論的調制和多址連接技術。OFDM技術屬于多載波調制技術，它的基本思想是將信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用一個子載波進行調制，并且各個子載波并行傳輸，OFDM和CDMA技術各有利弊，CDMA具有眾所周知的優(yōu)點，而采用多種新技術的OFDM也表現(xiàn)出了良好的網絡結構可擴展性、更高的頻譜利用率、更靈活的調制方式和抗多徑干擾能力。

        上節(jié)已簡要介紹了CDMA與OFDM技術的特點及比較，以下再從調制技術、峰均功率比、抗窄帶干擾能力等角度分析這兩種技術在性能上的具體差異，而說明兩者相結合的必要性。

調制技術
        一般，無線系統(tǒng)中頻譜效率可以通過采用16QAM（正交幅度調制）、64QAM乃至更高階的調制方式得到提高，而且一個好的通信系統(tǒng)應該在頻譜效率和誤碼率之間獲得最佳平衡。

        在CDMA系統(tǒng)中，下行鏈路可支持多種調制，但每條鏈路的符號調制方式必須相同，而上行鏈路卻不支持多種調制，這就使得CDMA系統(tǒng)喪失了一定的靈活性。并且，在這種非正交的鏈路中，采用高階調制方式的用戶必將會對采用低階調制的用戶產生很大的噪聲干擾。

        在OFDM系統(tǒng)中，每條鏈路都可以獨立調制，因而該系統(tǒng)不論在上行還是在下行鏈路上都可以容易地同時容納多種混合調制方式。這就可以引入“自適應調制”的概念，它增加了系統(tǒng)的靈活性，如在信道好的條件下終端可以采用較高階的如64QAM調制以獲得最大頻譜效率，而在信道條件變差時可以選擇QPSK（四相移相鍵控）調制等低階調制來確保信噪比。這樣，系統(tǒng)就可以在頻譜利用率和誤碼率之間取得最佳平衡。此外，雖然信道間干擾限制了某條特定鏈路的調制方式，但這一點可以通過網絡頻率規(guī)劃和無線資源管理等手段來解決。[nextpage]

峰均功率比（PAPR）
        這也是設備商們應該考慮的一個重要因素。因為PAPR過高會使得發(fā)送端對功率放大器的線性要求很高，這就意味著要提供額外功率、電池備份和擴大設備的尺寸，進而增加基站和用戶設備的成本。

        CDMA系統(tǒng)的PAPR一般在5-11dB，并會隨著數(shù)據(jù)速率和使用碼數(shù)的增加而增加。目前已有很多技術可以降低CDMA的PAPR。

        在OFDM系統(tǒng)中，由于信號包含的不恒定性，使得該系統(tǒng)對非線性很敏感。如果沒有改善非線性敏感性的措施，OFDM技術將不能用于使用電池的傳輸系統(tǒng)和手機等。目前有很多技術可以降低OFDM的PAPR。

抗窄帶干擾能力
        CDMA的最大優(yōu)勢就表現(xiàn)在其抗窄帶干擾能力方面。因為干擾只影響整個擴頻信號的一小部分；而OFDM中窄帶干擾也只影響其頻段的一小部分，而且系統(tǒng)可以不使用受到干擾的部分頻段，或者采用前向糾錯和使用較低階調制等手段來解決。

抗多徑干擾能力
        在無線信道中，多徑傳播效應造成接收信號相互重疊，產生信號波形間的相互干擾，使接收端判斷錯誤。這會嚴重地影響信號傳輸?shù)馁|量。

        為了抵消這種信號自干擾，CDMA接收機采用了RAKE分集接收技術來區(qū)分和綁定多路信號能量。為了減少干擾源，RAKE接收機提供一些分集增益，然而由于多路信號能量不相等，試驗證明，如果路徑數(shù)超過7或8條，這種信號能量的分散將使得信道估計精確度降低，RAKE的接收性能下降就會很快。

        OFDM技術與RAKE接收的思路不同，它是將待發(fā)送的信息碼元通過串并變換，降低速率，從而增大碼元周期，以削弱多徑干擾的影響。同時它使用循環(huán)前綴（CP）作為保護間隔，大大減少甚至消除了碼間干擾，并且保證了各信道間的正交性，從而大大減少了信道間干擾。當然，這樣做也付出了帶寬的代價，并帶來了能量損失：CP越長，能量損失就越大。

功率控制技術
        在CDMA系統(tǒng)中，功率控制技術是解決遠近效應的重要方法，而且功率控制的有效性決定了網絡的容量。相對來說功率控制不是OFDM系統(tǒng)的基本需求。OFDM系統(tǒng)引入功率控制的目的是最小化信道間干擾。

網絡規(guī)劃
        由于CDMA本身的技術特性，CDMA系統(tǒng)的頻率規(guī)劃問題不很突出，但卻面臨著碼的設計規(guī)劃問題。OFDM系統(tǒng)網絡規(guī)劃的最基本目的是減少信道間的干擾。由于這種規(guī)劃是基于頻率分配的，設計者只要預留些頻段就可以解決小區(qū)分裂的問題。[nextpage]

均衡技術
        均衡技術可以補償時分信道中由于多徑效應而產生的ISI。在CDMA系統(tǒng)中，信道帶寬遠遠大于信道的平坦衰落帶寬。由于擴頻碼自身良好的自相關性，使得在無線信道傳輸中的時延擴展可以被看作只是被傳信號的再次傳送。如果這些多徑信號相互間的延時超過一個碼片的長度，就可被RAKE接收端視為非相關的噪聲，而不再需要均衡。

        對OFDM系統(tǒng)，在一般的衰落環(huán)境下，均衡不是改善系統(tǒng)性能的有效方法，因為均衡的實質是補償多徑信道特性。而OFDM技術本身已經利用了多徑信道的分集特性，因此該系統(tǒng)一般不必再作均衡。

        根據(jù)上述可看出，如將兩者結合，可克服各自的缺點而進行互補，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，而成為移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)的最佳傳輸技術。

CDMA-OFDM傳輸技術的優(yōu)點及其在移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應用
        CDMA-OFDM的調制方式集合了CDMA和OFDM各自優(yōu)點，由于CDMA是擴頻編碼，如上面已描述的，本身就是一種信源編碼，因而降低了OFDM對功放輸出功率和線性度的要求，即在同樣的功率下，可傳輸更遠的距離。而OFDM是正交多子載波調制并允許子載波頻譜混疊，因而具有更高的頻率利用率，能適應高速數(shù)據(jù)傳輸，所以在CDMA與OFDM調制相結合的情況下，可大大提高基于CDMA的數(shù)據(jù)傳輸率。此外，可通過切換又易于與原有的CDMA網和WLAN網無縫連接且向下兼容。所以，對未來4G手機的一些指標要求，CDMA-OFDM是一個具有一定優(yōu)勢的備選方案，（因為4G手機既要求達到OFDM的高速（>20Mbps），又要求與原CDAM2000和CDMA1x，SM-GPRS向下兼容）。此外，在WLAN的發(fā)展上，又要求擴展通信距離，并做到與WLAN網的各個標準兼容互通，因而兩者相結合的方案具有一定的優(yōu)勢。

        與普通的DS-CDMA相比，CDMA與OFDM相結合的系統(tǒng)具有下述優(yōu)點：

1、具有更大的靈活性
        如在OFDM信號中加入保護時間帶來的靈活性，可以使得在不同小區(qū)環(huán)境中達到最佳的頻譜利用率。

2、高容量，高性能
        由于頻率交織，系統(tǒng)提供了更多重數(shù)的頻率分集，因此，可以應用不同檢測方法充分挖掘這種分集提供的增益。

3、高抗干擾性
        因兩者抗干擾的優(yōu)勢結合而有更高的抗干擾性。[nextpage]

4、不需要均衡
        由于多載波調制的特性，它將高速率信號分割成多個低速率信號，使得信號波形間的干擾得到消除，因此可以不需要均衡。

        由于CDMA與OFDM相結合，克服了CDMA實際傳輸速度低（0.4Mbps）等的缺陷，而使它可以適應高速（>10Mbps）無線網絡視頻通信。因此，CDMA與OFDM相結合的傳輸技術，完全可用于移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸，從而將會大大促進移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，使其獲得最為廣泛的應用。

結語
        由上可看出，CDMA與OFDM相結合的傳輸技術，可克服它們各自的缺陷，而發(fā)揮其優(yōu)勢。因此，這將大大刺激移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)的新發(fā)展，促進手機視頻采集、傳輸與顯示的發(fā)展。各安防企業(yè)與公司，可根據(jù)這一方向盡快開發(fā)出自已品牌的移動視頻監(jiān)控系統(tǒng)產品，以及家庭移動視頻安防監(jiān)控產品，以促進我國安防事業(yè)的發(fā)展。