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COFDM图传的前世今生

jackyhwei 发布于 2020-05-30 23:22 点击:次 
这里给大家介绍一些通信系统的基础知识,详见樊昌信老师的《通信原理》。
TAG: COFDM  前世今生  图传  

前面跟大家分享过,COFDM的即编码的OFDM,在进行OFDM调制之前增加一些信道编码(主要是增加纠错和交织),来提高系统的可靠性。

这里给大家介绍一些通信系统的基础知识,详见樊昌信老师的《通信原理》。

  • 什么是通信系统?

 

典型的无线数字通信系统

 

上图是一个典型的无线数字通信系统的原理框图,这里我要重点给大家介绍一下“信道”,因为太多的书籍上只是给大家简述为“信号的传输通道,包含无线信道和有线信道”。其实个人以为,信道是通信系统设计的基础。

比如,我们要设计一个1km的无人机图传和100km的无人机图传,无线信道对信号的影响是不同的,可分为大尺寸效应和小尺寸效应。大尺寸效应包括路径损耗、绕射、阴影、植被等等造成的衰落,全世界的科学家和工程师根据城郊、海基对陆基等等通信场景建了不同模型;小尺寸效应是由于无线信号的多径传播所造成的影响,发射机或者接收机移动几个波长的范围都会导致信号的剧烈变化。

因此,很多厂家想当然的说,“我们的COFDM图传1W的传输10km,10W的传输100km”,以为加大发射功率就可以确保通信效果,这是不专业的,因为不同的传输距离,无线信号传输的信道模型是不一样的,纠错码的长度和保护间隔的设置等信道编码情况也是不同的。

那么我们来看一下COFDM技术的主要应用场景。

COFDM第一个规模化应用的标准是欧洲数字视频广播DVB-T(或简称数字电视),其结构框图如下:

 

DVB的发射框图

 

我们来分析这个通信系统的信道模型:

  1. 广播式传输,电视信号一般只考虑到下行发送,接收机只需要接收即可。一个发射节目要满足多用户同时观看需求。
  2. 覆盖范围广,一个信号发射塔能覆盖一大片区域,减少建塔的数量。
  3. 信号条件复杂,信号传输过程中可能会被建筑物遮挡,多径效应复杂。
  4. 支持移动接收,满足公共交通车载电视的需求。
  5. 支持高清节目,信道要满足宽带信号传输要求。

DVB-T推广之后,欧洲的数字电视标准又推出了DVB-H,DVB-S,DVB-T2,这些标准用的都是COFDM的技术。此外,日本也推出了自己的数字电视标准ISDB-T,也是采用了COFDM技术。感兴趣的同学可以查阅上述相关标准文献。

那么结合上述DVB的信道分析,就很好理解为什么COFDM技术适合应用于远距离无人机图传了:

  1. 高清图传,带宽要足够大。
  2. 无人机相对于地面接收端的移动速度一般在120km/h以内,与车载电视的应用场景类似。
  3. 广播式传输,当地面端增加接收设备时,不会增加信道的开销,导致带宽变小。
  4. 信号传输条件复杂,远距离图传多径效应明显。
  5. 无人机为了作业方便,发射信号不能具有太强的方向性,通过增加发射功率,使接收机的S/N提高来增加传输距离理论上可行。

虽然802.11g/n也使用了OFDM的技术,但是WIFI的信道特征与无人机图传的信道特征差别比较大,:

  1. WLAN的通信距离短,信道条件较好,即使通过墙壁反射,信道时延也较短,频率选择性衰落不明显。
  2. 采用AP+Station的模式,增加一个Station会占用带宽,因此增加接收端会使“网速变慢”,在无人机的信道场景应用就会表现出时延增加。
  3. WIFI的频段越来越拥挤,做远距离通信不可控因素多。

由上述分析可见,COFDM技术是一种较好的应用于无人机无线高清图传的技术。但是COFDM技术目前较多的应用在单向通信的场合,由于地面端需要去控制无人机,还需要增加一条向上的数据传输链路,而上传的一般比较小,采用FH/DSSS的方式就能实现,因此,比较好的无人机无线链路解决方案如下:

 

本文推荐的无人机数据链路框图

 

 

(无线图传)
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本文出处:zhihu 作者:无线图传 原文
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