【安防知识网】目前，3G主要以CDMA技术为核心技术，但它的数据传输速度远远达不到广告中宣称的2Mbps，其实际传输速度仅为0.4Mbps左右，而当网络繁忙时可能连这一速度的三分之一都达不到。这一状况仅足够传输高质量的音频，而很难传输高质量的视频，且CDMA技术为了对抗多径干扰，需要更复杂的均衡及调制，实现起来非常困难。为了推动3G的发展与移动传输高质量视频，人们研究将OFDM技术的优势引入到CDMA系统中，从而推出了CDMA与OFDM相结合的技术，即CDMA-OFDM技术。本文介绍CDMA与OFDM的特点及比较，CDMA与OFDM技术相结合的必要性，以及这种相结合的传输技术的优点与在移动视频监控系统中的应用。

        CDMA（码分多路）和OFDM（正交频分多路复用）都曾经是美国军方在战场上使用的通信技术，从20世纪90年代初起，开始被引入民用领域并得到迅速而又长足的发展。其中最典型的代表有：以CDMA制式为基础的第2代以及第3代的手机；而OFDM已经在无线局域网（WLAN）上得到广泛应用，并且在第4代面向无线网络视频高速通信的手机研究开发中，已成为最热门的关键技术。

        2001年10月，台湾东华大学的杨庆隆博士曾撰文提出CDMA-OFDM组合调制，并在理论上分析论述过，但是他仅仅论述了多载波的CDMA，没有提到多模式的调制和通信；在国际4G手机的多次研究讨论会上尽管也提出了OFDM与CDMA兼容的问题，但是未提出具体方案和设计思想。文中所提出的，是这两种技术相结合的一种调制技术，以及如何灵活实现多模式的兼容通信问题。

        为满足未来无线多媒体通信需求，人们在加紧实现3G系统商业化的同时，开始了后3G（Beyond 3G）的研究。从技术方面看，3G主要以CDMA为核心技术，而未来移动通信系统则以OFDM技术最受瞩目。在宽带接入系统中，由于OFDM系统具备良好的特性，将成为下一代蜂窝移动通信网络的有力支撑。

        另外一个事实是，3G网络现在面临诸多的问题，例如它的数据传输速度远远达不到广告中宣称的2Mbps，其实际传输速度仅为0.4Mbps左右，而当网络繁忙时可能连这一速度的三分之一都达不到。这一状况仅仅足够传输高质量的音频，而很难传输高质量的视频。

        并且，CDMA技术为了对抗多径干扰，需要更复杂的均衡及调制，实现起来非常困难。为了推动3G的发展与移动传输高质量视频，人们开始研究将OFDM技术的优势引入到CDMA系统中，从而推出了CDMA与OFDM相结合的技术，即CDMA-OFDM技术。本文介绍CDMA与OFDM的特点及比较，CDMA与OFDM技术相结合的必要性，以及这种相结合的传输技术的优点与在移动视频监控系统中的应用。[nextpage]

CDMA与OFDM的特点及比较
        在讨论CDMA-OFDM组合调制这种新技术之前，先分析一下CDMA及OFDM两者各自的技术特点及优缺点。

        CDMA是基于PN码（伪随机噪声）的扩频通信，由于信号频谱的扩展，因此在通信中，信号的传输功率很小，不易干扰别的设备，而且不易被截获，具有良好的保密性；同时由于扩展了频谱，因此抗频率选择性衰落能力强，抗多普勒频移能力强；当然，由于PN码的尖锐自相关特性能消除多径影响，因而抗多径干扰的能力强，加上CDMA又普遍采用了RAKE分集接收技术，更增强了抗多径干扰和抗衰落能力。

        CDMA由于采用了同频发射接收，用PN码作地址码实现多路通信，因此在给定的带宽下，CDMA系统容量取决于PN码的设计及码域范围，这也使得CDMA难以适应高速（>10Mbps）无线网络视频通信。此外，直扩（DS）的CDMA远近特性不好，需要双向多环的精密的功率控制。

        FDM/FDMA（频分复用/多址）技术其实是传统的技术，将较宽的频带分成若干较窄的子带（子载波）进行并行发送是最朴素的实现宽带传输的方法。但是为了避免各子载波之间的干扰，不得不在相邻的子载波之间保留较大的间隔，如图1（a）所示，这样就大大降低了频谱效率。近几年，由于数字调制技术FFT（快速傅里叶变换）的发展，使FDM技术有了革命性的变化。FFT允许将FDM的各个子载波重叠排列，同时保持子载波之间的正交性（以避免子载波之间干扰）。如图1（b）所示，部分重叠的子载波排列可以大大提高频谱效率，因为相同的带宽内可以容纳更多的子载波，这就是OFDM技术。

        OFDM是采用正交频分的多路技术，由于它可直接用DFT和IDFT（离散傅里叶正变换和反变换）实现，故易于用计算机处理信号。而且，又因为这N个正交的子载波频谱可以重叠，从而可大大提高频率利用率，很适合高速率（>10Mbps）的无线网络视频通信。此时，由于OFDM是采用正交的N个子载波调制。因而抗频率选择性衰落能力强，抗多径衰落能力强，同时也具有相当的保密性能。

        OFDM由于N个子载波的正交要求严格，因而对相偏移较敏感，抗时间选择性衰弱及多普勒频移能力较差，需要对信源进行编码来解决上述难点，此外由于OFDM的合成波形对功放线性度要求较高，因此前述的信源编码要加上钝化（白化）处理。[nextpage]

        加上信源编码后的OFDM又称为COFDM，也可实现同频（单频）通信网，且是高速视频（>10Mbps）的单频无线通信网络。

        而在OFDM的信道中，其传输的信号功率要求，要大于CDMA。

由上简述可看出，CDMA与OFDM各有优缺点，两者的比较主要在于以下几点：
·在给定的带宽下，OFDM的最大数据传输率要远远高于CDMA；
·在给定带宽下，在信道中以同样的信号功率传输时，CDMA的传输距离要远大于OFDM，换言之，在相同的距离下，OFDM的信号功率要求要大于CDMA；
·在抗干扰性方面，CDMA要优于OFDM，但COFDM则与CDMA相近。

        由以上分析可知，可以将CDMA与OFDM技术互补，将两者组合起来，以充分发挥其优势。

CDMA与OFDM 技术结合的必要性
        CDMA技术是基于扩频通信理论的调制和多址连接技术。OFDM技术属于多载波调制技术，它的基本思想是将信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各个子载波并行传输，OFDM和CDMA技术各有利弊，CDMA具有众所周知的优点，而采用多种新技术的OFDM也表现出了良好的网络结构可扩展性、更高的频谱利用率、更灵活的调制方式和抗多径干扰能力。

        上节已简要介绍了CDMA与OFDM技术的特点及比较，以下再从调制技术、峰均功率比、抗窄带干扰能力等角度分析这两种技术在性能上的具体差异，而说明两者相结合的必要性。

调制技术
        一般，无线系统中频谱效率可以通过采用16QAM（正交幅度调制）、64QAM乃至更高阶的调制方式得到提高，而且一个好的通信系统应该在频谱效率和误码率之间获得最佳平衡。

        在CDMA系统中，下行链路可支持多种调制，但每条链路的符号调制方式必须相同，而上行链路却不支持多种调制，这就使得CDMA系统丧失了一定的灵活性。并且，在这种非正交的链路中，采用高阶调制方式的用户必将会对采用低阶调制的用户产生很大的噪声干扰。

        在OFDM系统中，每条链路都可以独立调制，因而该系统不论在上行还是在下行链路上都可以容易地同时容纳多种混合调制方式。这就可以引入“自适应调制”的概念，它增加了系统的灵活性，如在信道好的条件下终端可以采用较高阶的如64QAM调制以获得最大频谱效率，而在信道条件变差时可以选择QPSK（四相移相键控）调制等低阶调制来确保信噪比。这样，系统就可以在频谱利用率和误码率之间取得最佳平衡。此外，虽然信道间干扰限制了某条特定链路的调制方式，但这一点可以通过网络频率规划和无线资源管理等手段来解决。[nextpage]

峰均功率比（PAPR）
        这也是设备商们应该考虑的一个重要因素。因为PAPR过高会使得发送端对功率放大器的线性要求很高，这就意味着要提供额外功率、电池备份和扩大设备的尺寸，进而增加基站和用户设备的成本。

        CDMA系统的PAPR一般在5-11dB，并会随着数据速率和使用码数的增加而增加。目前已有很多技术可以降低CDMA的PAPR。

        在OFDM系统中，由于信号包含的不恒定性，使得该系统对非线性很敏感。如果没有改善非线性敏感性的措施，OFDM技术将不能用于使用电池的传输系统和手机等。目前有很多技术可以降低OFDM的PAPR。

抗窄带干扰能力
        CDMA的最大优势就表现在其抗窄带干扰能力方面。因为干扰只影响整个扩频信号的一小部分；而OFDM中窄带干扰也只影响其频段的一小部分，而且系统可以不使用受到干扰的部分频段，或者采用前向纠错和使用较低阶调制等手段来解决。

抗多径干扰能力
        在无线信道中，多径传播效应造成接收信号相互重叠，产生信号波形间的相互干扰，使接收端判断错误。这会严重地影响信号传输的质量。

        为了抵消这种信号自干扰，CDMA接收机采用了RAKE分集接收技术来区分和绑定多路信号能量。为了减少干扰源，RAKE接收机提供一些分集增益，然而由于多路信号能量不相等，试验证明，如果路径数超过7或8条，这种信号能量的分散将使得信道估计精确度降低，RAKE的接收性能下降就会很快。

        OFDM技术与RAKE接收的思路不同，它是将待发送的信息码元通过串并变换，降低速率，从而增大码元周期，以削弱多径干扰的影响。同时它使用循环前缀（CP）作为保护间隔，大大减少甚至消除了码间干扰，并且保证了各信道间的正交性，从而大大减少了信道间干扰。当然，这样做也付出了带宽的代价，并带来了能量损失：CP越长，能量损失就越大。

功率控制技术
        在CDMA系统中，功率控制技术是解决远近效应的重要方法，而且功率控制的有效性决定了网络的容量。相对来说功率控制不是OFDM系统的基本需求。OFDM系统引入功率控制的目的是最小化信道间干扰。

网络规划
        由于CDMA本身的技术特性，CDMA系统的频率规划问题不很突出，但却面临着码的设计规划问题。OFDM系统网络规划的最基本目的是减少信道间的干扰。由于这种规划是基于频率分配的，设计者只要预留些频段就可以解决小区分裂的问题。[nextpage]

均衡技术
        均衡技术可以补偿时分信道中由于多径效应而产生的ISI。在CDMA系统中，信道带宽远远大于信道的平坦衰落带宽。由于扩频码自身良好的自相关性，使得在无线信道传输中的时延扩展可以被看作只是被传信号的再次传送。如果这些多径信号相互间的延时超过一个码片的长度，就可被RAKE接收端视为非相关的噪声，而不再需要均衡。

        对OFDM系统，在一般的衰落环境下，均衡不是改善系统性能的有效方法，因为均衡的实质是补偿多径信道特性。而OFDM技术本身已经利用了多径信道的分集特性，因此该系统一般不必再作均衡。

        根据上述可看出，如将两者结合，可克服各自的缺点而进行互补，以充分发挥其优势，而成为移动视频监控系统的最佳传输技术。

CDMA-OFDM传输技术的优点及其在移动视频监控系统中的应用
        CDMA-OFDM的调制方式集合了CDMA和OFDM各自优点，由于CDMA是扩频编码，如上面已描述的，本身就是一种信源编码，因而降低了OFDM对功放输出功率和线性度的要求，即在同样的功率下，可传输更远的距离。而OFDM是正交多子载波调制并允许子载波频谱混叠，因而具有更高的频率利用率，能适应高速数据传输，所以在CDMA与OFDM调制相结合的情况下，可大大提高基于CDMA的数据传输率。此外，可通过切换又易于与原有的CDMA网和WLAN网无缝连接且向下兼容。所以，对未来4G手机的一些指标要求，CDMA-OFDM是一个具有一定优势的备选方案，（因为4G手机既要求达到OFDM的高速（>20Mbps），又要求与原CDAM2000和CDMA1x，SM-GPRS向下兼容）。此外，在WLAN的发展上，又要求扩展通信距离，并做到与WLAN网的各个标准兼容互通，因而两者相结合的方案具有一定的优势。

        与普通的DS-CDMA相比，CDMA与OFDM相结合的系统具有下述优点：

1、具有更大的灵活性
        如在OFDM信号中加入保护时间带来的灵活性，可以使得在不同小区环境中达到最佳的频谱利用率。

2、高容量，高性能
        由于频率交织，系统提供了更多重数的频率分集，因此，可以应用不同检测方法充分挖掘这种分集提供的增益。

3、高抗干扰性
        因两者抗干扰的优势结合而有更高的抗干扰性。[nextpage]

4、不需要均衡
        由于多载波调制的特性，它将高速率信号分割成多个低速率信号，使得信号波形间的干扰得到消除，因此可以不需要均衡。

        由于CDMA与OFDM相结合，克服了CDMA实际传输速度低（0.4Mbps）等的缺陷，而使它可以适应高速（>10Mbps）无线网络视频通信。因此，CDMA与OFDM相结合的传输技术，完全可用于移动视频监控系统的传输，从而将会大大促进移动视频监控系统的发展，使其获得最为广泛的应用。

结语
        由上可看出，CDMA与OFDM相结合的传输技术，可克服它们各自的缺陷，而发挥其优势。因此，这将大大刺激移动视频监控系统的新发展，促进手机视频采集、传输与显示的发展。各安防企业与公司，可根据这一方向尽快开发出自已品牌的移动视频监控系统产品，以及家庭移动视频安防监控产品，以促进我国安防事业的发展。