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正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multi-plex，OFDM)技术可以较好地解决通信信道的多径衰落和频率选择性衰落，同时又具有频谱利用率高、信道均衡技术简单、信号调制解调容易实现、纠错能力强等优点，已成为通信技术领域最具发展前景的一种调制方案[1]。
虽然OFDM技术发展日趋成熟，但广播线因其特殊的身份和地位作为通信领域的特殊成员而很少受到关注。目前大多数的列车都还没有专用的通信线，利用列车的广播线，可在不改变任何线路的基础上实现各车厢监控仪器间的通信。采用OFDM技术将降低广播线载波通信的误码率，整体提高数据传输的准确性。
2 OFDM简介
OFDM是一种多载波调制技术，基本思想是将高速串行数据流转化为低速的并行数据流，再将这些并行数据调制在相互正交的子载波上，实现并行数据传输。虽然每个子载波的信号传输的速率并不高，但所有子信道合在一起可以获得很高的传输速率。每个子载波也可以分别使用不同的调制方式或相同的调制方式，这样既可得到很高的数据传输速率，又能够有效抑制码间干扰，而且无须复杂的信道均衡处理。
连续时间内的OFDM信号可以表示为：
Xn.k为第n 个OFDM 符号的第k 个码元（每个OFDM符号有N个码元），每个OFDM符号的周期为T，N为OFDM子载波的数量；fk为第k个子载波的中心频率，f0为所使用的最低中心频率。
在第n 个OFDM符号周期内对基带信号以ts=T/N为间隔进行采样，得到的离散采样值为：
由此可见，将基带信号调制到N个正交的子载波上相当于对{XK}做IDFT运算，相应的解调就相当于对接收的信号作DFT运算，而DFT，IDFT可用FFT算法快速实现。
3 OFDM在广播线通信的应用
3．1 OFDM调制信道模型
广播线通信信道中，发送信号的多次反射导致了多径传播，由于不同的列车有着不同的线路，因而不同的传播路径有不同的延迟特性。对此，接收信号中包含经过衰减和时延发送信号的多径波产生了接收信号失真，这样信号就引起了码间干扰(Inter Symbol Interference，ISI)及载波间干扰(Inter Channel Interference，ICI)。
在信道传播中考虑低压线多径传播及频率和信道长度对衰减的影响，将广播线信道表示为：
式中，Gi为第i条路的权重因子，可看成反射和透射因子的复合因子。Ii为第i条路径的长度，Vp为信号在广播线中传播的速度。a0，a1为衰减系数，exp[－(a0+a1fk)Ii]为衰减比例，k为衰减因子指数。
反傅里叶变换：
经广播线接收后，接收端信号由通过衰落信道的信号、子信道问串扰、码间串扰和加性高斯噪声4部分组成。如式(5)：
式中，*为卷积运算，Ck表示子信道间串扰，Sk表示码间串扰，Nk表示加性高斯噪声，H(k)为信道在第k个子载波上的传递函数。
经与调制相反的逆变换即离散傅里叶变换(DFT)可得到输出信号di:
式(6)为广播线采用正交频分复用调制后的信道简化模型，该模型考虑了广播线的多径传播及频率和长度对衰减的影响。
3．2信号在广播线上衰减特性
广播线特性类似于低压电力线通信信道，同样具有频率选择性和衰落特性，其线上噪声也是时刻变化的。但仿真结果[2,3]表明(如图1)，线上信号衰减随通信频率的增加并非呈单一的递增关系，驻波现象的存在使得广播线通信信道的不同点出现极大值或极小值。容性负载使衰减变大，且随着频率的升高，影响越来越明显。故OFDM技术配合过零点传输技术将会大大提高通信的可靠性。
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OFDM技术在实现上存在两个主要困难：PARA较高问题和同步问题。
OFDM技术的各子信道具有统计独立行，其时域波形近似高斯分布，使得功率峰均值比(PARA)特别高，容易引起传输信号的频谱扩散和非线性失真。结合广播线的实际特点构建一个OFDM系统模型，如图2所示。
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OFDM系统要解决的同步问题有：采样频率同步、OFDM符号同步和载波同步。基于循环前缀的同步算法是目前普遍使用的一种方法。该算法依据每个OFDM信号的前缀和尾部是相同的，而且具有极强的相关性，接收时采用维特比(Van de Beek)的极大似然估算法，只要连续进行相关运算即可实现精确同步。目前研究结果认为，插入循环前缀长度为相邻段OFDM符号长度1/4较好，能达到传输效率的80％。
4试验验证
列车广播线能传输信号的频率范围为O～2 MHz，列车广播信号的频带在10 kHz以下。广播线对信号的衰减特性整体随着频率的升高而增大并在信号驻点出现极大极小值，因此选择载波频率在10 kHz～1 MHz之间比较合理[4]。如Intellon公司的INT5200载波芯片中通过增加低功率定时器，唤醒模式等手段限制：MCU功率，能采用2 V电源运行在32 kHz～1 MHz[5,6]，可作为广播线通信的选择方案。
现综合运用INT5200。INT1000和GPSI/SPI接口构建一个广播线Modem,其原理框图如图3所示。
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整个Modem工作原理如下：各终端检测设备发送出的数据通过GPSI/SPI接口进入GPSI/SPI主控单元，在其控制下送往核心部件INT5200收发器，完成数据的编码调制，再通过INTl000的映射转换变为适合广播线信道传输特性的OFDM符号。接着由滤波缓冲单元完成对OFDM信号的去杂处理和传送流量控制。最后通过耦合电路和过零检测电路加载到广播线上。反向过程不同之处在于经过耦合电路进来的信号先进行滤波和增益控制，再进行对应的解调解码，最终由GPSI/SPI接口读入数据终端。两个E2PROM用于存储各模块单元的控制命令和初始化命令。在模拟500 M广播线通信信道情况下，加载10 kHz高频干扰和500 Hz高强干扰模拟广播信号干扰并外加80 dB外界噪声进行干扰，线路信号经OFDM调制并过零检测后，信号衰减较小，且误码率较低。 5 结 语
OFDM技术由于具有很强的抗多径效应和突发干扰能力，在电力线传输上具有特殊的优势，其在列车广播线上的应用将会大大增强现有广播线资源的利用率，进一步实现资源的合理分配和使用。