【安防知識(shí)網(wǎng)】目前，3G主要以CDMA技術(shù)為核心技術(shù)，但它的數(shù)據(jù)傳輸速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到廣告中宣稱(chēng)的2Mbps，其實(shí)際傳輸速度僅為0.4Mbps左右，而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)繁忙時(shí)可能連這一速度的三分之一都達(dá)不到。這一狀況僅足夠傳輸高質(zhì)量的音頻，而很難傳輸高質(zhì)量的視頻，且CDMA技術(shù)為了對(duì)抗多徑干擾，需要更復(fù)雜的均衡及調(diào)制，實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常困難。為了推動(dòng)3G的發(fā)展與移動(dòng)傳輸高質(zhì)量視頻，人們研究將OFDM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)引入到CDMA系統(tǒng)中，從而推出了CDMA與OFDM相結(jié)合的技術(shù)，即CDMA-OFDM技術(shù)。本文介紹CDMA與OFDM的特點(diǎn)及比較，CDMA與OFDM技術(shù)相結(jié)合的必要性，以及這種相結(jié)合的傳輸技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與在移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。

        CDMA（碼分多路）和OFDM（正交頻分多路復(fù)用）都曾經(jīng)是美國(guó)軍方在戰(zhàn)場(chǎng)上使用的通信技術(shù)，從20世紀(jì)90年代初起，開(kāi)始被引入民用領(lǐng)域并得到迅速而又長(zhǎng)足的發(fā)展。其中最典型的代表有：以CDMA制式為基礎(chǔ)的第2代以及第3代的手機(jī)；而OFDM已經(jīng)在無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）上得到廣泛應(yīng)用，并且在第4代面向無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻高速通信的手機(jī)研究開(kāi)發(fā)中，已成為最熱門(mén)的關(guān)鍵技術(shù)。

        2001年10月，臺(tái)灣東華大學(xué)的楊慶隆博士曾撰文提出CDMA-OFDM組合調(diào)制，并在理論上分析論述過(guò)，但是他僅僅論述了多載波的CDMA，沒(méi)有提到多模式的調(diào)制和通信；在國(guó)際4G手機(jī)的多次研究討論會(huì)上盡管也提出了OFDM與CDMA兼容的問(wèn)題，但是未提出具體方案和設(shè)計(jì)思想。文中所提出的，是這兩種技術(shù)相結(jié)合的一種調(diào)制技術(shù)，以及如何靈活實(shí)現(xiàn)多模式的兼容通信問(wèn)題。

        為滿(mǎn)足未來(lái)無(wú)線多媒體通信需求，人們?cè)诩泳o實(shí)現(xiàn)3G系統(tǒng)商業(yè)化的同時(shí)，開(kāi)始了后3G（Beyond 3G）的研究。從技術(shù)方面看，3G主要以CDMA為核心技術(shù)，而未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)則以O(shè)FDM技術(shù)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(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的有力支撐。

        另外一個(gè)事實(shí)是，3G網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在面臨諸多的問(wèn)題，例如它的數(shù)據(jù)傳輸速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到廣告中宣稱(chēng)的2Mbps，其實(shí)際傳輸速度僅為0.4Mbps左右，而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)繁忙時(shí)可能連這一速度的三分之一都達(dá)不到。這一狀況僅僅足夠傳輸高質(zhì)量的音頻，而很難傳輸高質(zhì)量的視頻。

        并且，CDMA技術(shù)為了對(duì)抗多徑干擾，需要更復(fù)雜的均衡及調(diào)制，實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常困難。為了推動(dòng)3G的發(fā)展與移動(dòng)傳輸高質(zhì)量視頻，人們開(kāi)始研究將OFDM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)引入到CDMA系統(tǒng)中，從而推出了CDMA與OFDM相結(jié)合的技術(shù)，即CDMA-OFDM技術(shù)。本文介紹CDMA與OFDM的特點(diǎn)及比較，CDMA與OFDM技術(shù)相結(jié)合的必要性，以及這種相結(jié)合的傳輸技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與在移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。[nextpage]

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

        CDMA是基于PN碼（偽隨機(jī)噪聲）的擴(kuò)頻通信，由于信號(hào)頻譜的擴(kuò)展，因此在通信中，信號(hào)的傳輸功率很小，不易干擾別的設(shè)備，而且不易被截獲，具有良好的保密性；同時(shí)由于擴(kuò)展了頻譜，因此抗頻率選擇性衰落能力強(qiáng)，抗多普勒頻移能力強(qiáng)；當(dāng)然，由于PN碼的尖銳自相關(guān)特性能消除多徑影響，因而抗多徑干擾的能力強(qiáng)，加上CDMA又普遍采用了RAKE分集接收技術(shù)，更增強(qiáng)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(shí)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(shè)計(jì)及碼域范圍，這也使得CDMA難以適應(yīng)高速（>10Mbps）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻通信。此外，直擴(kuò)（DS）的CDMA遠(yuǎn)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(fù)用/多址）技術(shù)其實(shí)是傳統(tǒng)的技術(shù)，將較寬的頻帶分成若干較窄的子帶（子載波）進(jìn)行并行發(fā)送是最樸素的實(shí)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(diào)制技術(shù)FFT（快速傅里葉變換）的發(fā)展，使FDM技術(shù)有了革命性的變化。FFT允許將FDM的各個(gè)子載波重疊排列，同時(shí)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?yàn)橄嗤膸拑?nèi)可以容納更多的子載波，這就是OFDM技術(shù)。

        OFDM是采用正交頻分的多路技術(shù)，由于它可直接用DFT和IDFT（離散傅里葉正變換和反變換）實(shí)現(xiàn)，故易于用計(jì)算機(jī)處理信號(hào)。而且，又因?yàn)檫@N個(gè)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻通信。此時(shí)，由于OFDM是采用正交的N個(gè)子載波調(diào)制。因而抗頻率選擇性衰落能力強(qiáng)，抗多徑衰落能力強(qiáng)，同時(shí)也具有相當(dāng)?shù)谋Ｃ苄阅堋?br>
        OFDM由于N個(gè)子載波的正交要求嚴(yán)格，因而對(duì)相偏移較敏感，抗時(shí)間選擇性衰弱及多普勒頻移能力較差，需要對(duì)信源進(jìn)行編碼來(lái)解決上述難點(diǎn)，此外由于OFDM的合成波形對(duì)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(chēng)為COFDM，也可實(shí)現(xiàn)同頻（單頻）通信網(wǎng)，且是高速視頻（>10Mbps）的單頻無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。

        而在OFDM的信道中，其傳輸?shù)男盘?hào)功率要求，要大于CDMA。

由上簡(jiǎn)述可看出，CDMA與OFDM各有優(yōu)缺點(diǎn)，兩者的比較主要在于以下幾點(diǎn)：
·在給定的帶寬下，OFDM的最大數(shù)據(jù)傳輸率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于CDMA；
·在給定帶寬下，在信道中以同樣的信號(hào)功率傳輸時(shí)，CDMA的傳輸距離要遠(yuǎn)大于OFDM，換言之，在相同的距離下，OFDM的信號(hào)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(shù)互補(bǔ)，將兩者組合起來(lái)，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

CDMA與OFDM 技術(shù)結(jié)合的必要性
        CDMA技術(shù)是基于擴(kuò)頻通信理論的調(diào)制和多址連接技術(shù)。OFDM技術(shù)屬于多載波調(diào)制技術(shù)，它的基本思想是將信道分成許多正交子信道，在每個(gè)子信道上使用一個(gè)子載波進(jìn)行調(diào)制，并且各個(gè)子載波并行傳輸，OFDM和CDMA技術(shù)各有利弊，CDMA具有眾所周知的優(yōu)點(diǎn)，而采用多種新技術(shù)的OFDM也表現(xiàn)出了良好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展性、更高的頻譜利用率、更靈活的調(diào)制方式和抗多徑干擾能力。

        上節(jié)已簡(jiǎn)要介紹了CDMA與OFDM技術(shù)的特點(diǎn)及比較，以下再?gòu)恼{(diào)制技術(shù)、峰均功率比、抗窄帶干擾能力等角度分析這兩種技術(shù)在性能上的具體差異，而說(shuō)明兩者相結(jié)合的必要性。

調(diào)制技術(shù)
        一般，無(wú)線系統(tǒng)中頻譜效率可以通過(guò)采用16QAM（正交幅度調(diào)制）、64QAM乃至更高階的調(diào)制方式得到提高，而且一個(gè)好的通信系統(tǒng)應(yīng)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(diào)制，但每條鏈路的符號(hào)調(diào)制方式必須相同，而上行鏈路卻不支持多種調(diào)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(diào)制方式的用戶(hù)必將會(huì)對(duì)采用低階調(diào)制的用戶(hù)產(chǎn)生很大的噪聲干擾。

        在OFDM系統(tǒng)中，每條鏈路都可以獨(dú)立調(diào)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(shí)容納多種混合調(diào)制方式。這就可以引入“自適應(yīng)調(diào)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(diào)制以獲得最大頻譜效率，而在信道條件變差時(shí)可以選擇QPSK（四相移相鍵控）調(diào)制等低階調(diào)制來(lái)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(diào)制方式，但這一點(diǎn)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)頻率規(guī)劃和無(wú)線資源管理等手段來(lái)解決。[nextpage]

峰均功率比（PAPR）
        這也是設(shè)備商們應(yīng)該考慮的一個(gè)重要因素。因?yàn)镻APR過(guò)高會(huì)使得發(fā)送端對(duì)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(kuò)大設(shè)備的尺寸，進(jìn)而增加基站和用戶(hù)設(shè)備的成本。

        CDMA系統(tǒng)的PAPR一般在5-11dB，并會(huì)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(shù)可以降低CDMA的PAPR。

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

抗窄帶干擾能力
        CDMA的最大優(yōu)勢(shì)就表現(xiàn)在其抗窄帶干擾能力方面。因?yàn)楦蓴_只影響整個(gè)擴(kuò)頻信號(hào)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(cuò)和使用較低階調(diào)制等手段來(lái)解決。

抗多徑干擾能力
        在無(wú)線信道中，多徑傳播效應(yīng)造成接收信號(hào)相互重疊，產(chǎn)生信號(hào)波形間的相互干擾，使接收端判斷錯(cuò)誤。這會(huì)嚴(yán)重地影響信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量。

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

        OFDM技術(shù)與RAKE接收的思路不同，它是將待發(fā)送的信息碼元通過(guò)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(shí)它使用循環(huán)前綴（CP）作為保護(hù)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(dāng)然，這樣做也付出了帶寬的代價(jià)，并帶來(lái)了能量損失：CP越長(zhǎng)，能量損失就越大。

功率控制技術(shù)
        在CDMA系統(tǒng)中，功率控制技術(shù)是解決遠(yuǎn)近效應(yīng)的重要方法，而且功率控制的有效性決定了網(wǎng)絡(luò)的容量。相對(duì)來(lái)說(shuō)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(wǎng)絡(luò)規(guī)劃
        由于CDMA本身的技術(shù)特性，CDMA系統(tǒng)的頻率規(guī)劃問(wèn)題不很突出，但卻面臨著碼的設(shè)計(jì)規(guī)劃問(wèn)題。OFDM系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)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(shè)計(jì)者只要預(yù)留些頻段就可以解決小區(qū)分裂的問(wèn)題。[nextpage]

均衡技術(shù)
        均衡技術(shù)可以補(bǔ)償時(shí)分信道中由于多徑效應(yīng)而產(chǎn)生的ISI。在CDMA系統(tǒng)中，信道帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信道的平坦衰落帶寬。由于擴(kuò)頻碼自身良好的自相關(guān)性，使得在無(wú)線信道傳輸中的時(shí)延擴(kuò)展可以被看作只是被傳信號(hào)的再次傳送。如果這些多徑信號(hào)相互間的延時(shí)超過(guò)一個(gè)碼片的長(zhǎng)度，就可被RAKE接收端視為非相關(guān)的噪聲，而不再需要均衡。

        對(duì)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?yàn)榫獾膶?shí)質(zhì)是補(bǔ)償多徑信道特性。而OFDM技術(shù)本身已經(jīng)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(jié)合，可克服各自的缺點(diǎn)而進(jìn)行互補(bǔ)，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，而成為移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的最佳傳輸技術(shù)。

CDMA-OFDM傳輸技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及其在移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用
        CDMA-OFDM的調(diào)制方式集合了CDMA和OFDM各自?xún)?yōu)點(diǎn)，由于CDMA是擴(kuò)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(duì)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(yuǎn)的距離。而OFDM是正交多子載波調(diào)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(yīng)高速數(shù)據(jù)傳輸，所以在CDMA與OFDM調(diào)制相結(jié)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(guò)切換又易于與原有的CDMA網(wǎng)和WLAN網(wǎng)無(wú)縫連接且向下兼容。所以，對(duì)未來(lái)4G手機(jī)的一些指標(biāo)要求，CDMA-OFDM是一個(gè)具有一定優(yōu)勢(shì)的備選方案，（因?yàn)?G手機(jī)既要求達(dá)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(kuò)展通信距離，并做到與WLAN網(wǎng)的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)兼容互通，因而兩者相結(jié)合的方案具有一定的優(yōu)勢(shì)。

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

1、具有更大的靈活性
        如在OFDM信號(hào)中加入保護(hù)時(shí)間帶來(lái)的靈活性，可以使得在不同小區(qū)環(huán)境中達(dá)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?cái)?shù)的頻率分集，因此，可以應(yīng)用不同檢測(cè)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(shì)結(jié)合而有更高的抗干擾性。[nextpage]

4、不需要均衡
        由于多載波調(diào)制的特性，它將高速率信號(hào)分割成多個(gè)低速率信號(hào)，使得信號(hào)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(jié)合，克服了CDMA實(shí)際傳輸速度低（0.4Mbps）等的缺陷，而使它可以適應(yīng)高速（>10Mbps）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻通信。因此，CDMA與OFDM相結(jié)合的傳輸技術(shù)，完全可用于移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸，從而將會(huì)大大促進(jìn)移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，使其獲得最為廣泛的應(yīng)用。

結(jié)語(yǔ)
        由上可看出，CDMA與OFDM相結(jié)合的傳輸技術(shù)，可克服它們各自的缺陷，而發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。因此，這將大大刺激移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的新發(fā)展，促進(jìn)手機(jī)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(kāi)發(fā)出自已品牌的移動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品，以及家庭移動(dòng)視頻安防監(jiān)控產(chǎn)品，以促進(jìn)我國(guó)安防事業(yè)的發(fā)展。