基于OFDM的CDMA3G无线通信系统传输地震数据分析

褚孝远，景 晟

(四川省地震局，四川成都 610041)

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一种无线环境下的高速传输技术，3G(3rd Generation)无线通信系统是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信相结合的新一代移动通信系统，能够处理语音、图像、数据、视频流等多种媒体形式。为了提供这种服务，无线网络必须支持不同的数据传输速度，即在室内、室外和快速移动的环境中分别支持至少2 Mbps、144 kbps以及384 kbps的传输速率，OFDM技术可以在不同载波上传输不同速率的码元，能支持不同传输速率业务。由于OFDM技术是未来无线宽带接入的技术之一，也是下一代蜂窝移动通信系统网络接入技术，能比较好的解决在高速率无线通信传输中由于多径传播、信号快速衰落带来的码间串扰问题，其重要性是显而易见的。OFDM系统对定时和频率偏移敏感，特别是在与CDMA多址方式结合使用时，时域和频域的同步性显得尤为重要。在下行链路中，基站向各个终端广播发送同步信号;在上行链路中，来自不同终端的信号必须同步到达基站，才能保证子载波间的正交性。基站根据各终端发来的子载波携带的信息进行时域和频域同步信息提取，再由基站发回终端，以便让终端进行同步。

在传统的多载波通信系统中，整个系统频带被划分为若干个互相分离的子信道。接收端通过滤波器把各个子信道分离之后再接收所需要的信息，虽然这样可以避免不同信道互相干扰，但却是以牺牲频率利用率为代价的。当子信道数量很大的时候，分离各子信道信号滤波提取信号将变得无法实现，于是，在频带混叠的多载波通信中，就选择相互之间正交的载波作子载波的技术——正交频分复用技术。OFDM既能充分利用信道带宽，也可以避免使用高速均衡和抗突发噪声产生的差错，是一种特殊的多载波通信方案，单个用户的信息流通过串/并变换成为多个低速率码流，每个码流都用一个子载波发送，OFDM不采用带通滤波器来分隔子载波，而是通过快速傅立叶变换(FFT)来选用即使混叠也能够保持正交的波形，因此可以降低多路径信道带来的数据错误。采用OFDM的CDMA 3G通信系统无线传输地震数据具有抗干扰性强，频谱利用率高的特点。本文的目的是模拟OFDM通信系统无线传输地震数据，在此系统下建立仿真模型，分析OFDM通信系统无线传输地震数据。

1 正交频分复用原理及应用

现代移动通信中，无线信道的主要特点是多径传播及衰落，发射机发出的无线电波信号在传播路径上受到周围环境中地形及物体的作用产生反射、绕射或散射，接收机接收到的信号是从多条传播路径传播的叠加信号。多径衰落导致接收信号的幅度、相位和到达时间发生剧烈变化。如果发射机、接收机或周围环境物体之一或全部都在快速运动，多径衰落将使接收信号变得极其复杂。但是OFDM信号可以较好的抗多径衰落，OFDM增强了抗频率选择性衰落和抗窄带干扰的能力。在单载波系统中，单个衰落或者干扰可能导致整个链路不可用，但在多载波的OFDM系统中，只会有一小部分载波受影响。此外，纠错码的使用还可以帮助其恢复一些载波上的信息。通过合理地挑选子载波位置，可以使OFDM的频谱波形保持平坦，同时保证了各载波之间的正交。

2.1 OFDM信号产生原理

2.2 OFDM技术在CDMA 3G通信系统中的应用

第二代通信系统则由于多径衰落引起误码率比较突出，在CDMA 3G系统中采用OFDM技术则较好减少了误码率。3G通信技术最终让用户快速接收和发送大量数据，推动了语音通话、短信和数据信息等应用，所以需要大量的传输数据。因为OFDM每个载波所使用的调制方法可以不同，各个载波能够根据信道状况的不同选择不同的调制方式，比如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等等，以提高频谱利用率和降低误码率。

由于OFDM系统较复杂，从而限制了其应用，但是利用离散傅立叶变换/离散傅立叶反变换(DFT/IDFT)代替多载波调制和解调，简化了系统结构，使OFDM技术趋于易实现。在通信系统中，由于在传输信号过程中受到多径传播影响信号延迟及快衰落信道的干扰产生误码，但使用OFDM技术降低了信号的误码率。目前OFDM技术的研究深入到无线调频信道上的宽带数据传输，广泛应用于数据传输领域。

大岗山水电站地震监测台网与二滩水电站地震监测台网的台站有CDMA 2G或CDMA 3G网络覆盖，并且多数台站CDMA信号强度能达到24 dBm以上，数据传输时延均小于1 s，满足地震台数据传输指标要求，但是CDMA 3G系统的网络延时明显优于CDMA 2G系统，网络延时减少200 ms左右。采用OFDM技术的CDMA 3G通信系统和CDMA 2G在部分监测台站的网络延时参数对比见表1和表2。

表1 CDMA信号强度为31 dBm部分监测台站网络测试结果

表2 CDMA信号强度为24 dBm部分监测台站网络测试结果

通过对比，监测台站信号强度同样为31 dBm或24 dBm的情况下，CDMA 3G通信系统比CDMA 2G通信系统的网络延时减少了200 ms左右。表3和表4为在泸定县区域内分别使用CDMA 2G系统和CDMA 3G系统的监测台站2013年7月至9月的运行率。

表3 部分使用CDMA 3G系统监测台站运行率统计

表4 部分使用CDMA 2G系统监测台站运行率统计

从上表可以看出，在同一地区使用CDMA 3G系统的监测台站运行率高于使用CDMA 2G系统的监测台站运行率，反映出CDMA 2G系统的误码率高于CDMA 3G系统，由于误码降低了运行率。

3 结束语

用MATLAB构建系统仿真的结果表明，使用OFDM技术的CDMA 3G通信系统传输地震数据完全可行，而且在CDMA 3G系统中实际使用取得良好的效果，通过测试对比，CDMA 3G系统在传输时延及抗干扰方面均优于CDMA 2G系统，CDMA 3G技术已经在数据传输领域得到成功的应用，虽然本仿真法还需优化，但对使用OFDM技术的CDMA 3G通信系统传输地震数据提供了理论依据。

［1］景晟，吴彤，钟立人，等.Viterbi译码算法在GMSK系统中的性能分析［J］.地震地磁观测与研究，2012，(2):110-116.

［2］景晟，韩进，宋澄.IPSTAR卫星在高斯信道中传输数据应用与性能分析［J］.地震地磁观测与研究，2013，(3-4):266-270.

［3］Hiroshi Harada.Ramjee Prasad.simulation and software radio for mobile communications［M］.London UK:Artech House，2002.

［4］董长虹，余海啸，高程，金涛.Matlab信号处理与应用［M］.北京:国防工业出版社，2005.

［5］Leon W.Couch，II.数字与模拟通信系统［M］.北京:电子工业出版社，2002.

［6］王立宁，乐光新，詹菲.MATLAB与通信仿真［M］.北京:人民邮电出版社，2000.