煮豆燃豆萁,豆在釜中泣,本是同根生,相煎何太急?
---曹植,曹操三子,最為有文才,才高八斗。
【八斗”是南朝詩人謝靈運稱頌三國魏詩人曹植時用的比喻。他說:“天下才有一石,曹子建(曹植)獨占八斗,我得一斗,天下共分一斗?!?/span>
所謂的OFDM與COFDM之爭,本是同根生。
本文嘗試講講,COFDM與OFDM從誕生到如今,二十年瓜葛,是如何從誕生的瓜葛,又如何在時間與技術的道路上,越走越遠,又越走越像。
到底OFDM和COFDM哪個好?
這個問題,總會遇見一些客戶會問。
有此問,故有此文。經過一段時間的學習、收集與整理資料,并撰文而成。
先說經常能感覺到的直觀的關系與異同:先把這些問題放在這里,以這些疑問來去看看。
COFDM是一種OFDM不?白馬非馬?
我們說到COFDM,到底在說什么?
我們說到OFDM,到底在說什么?
COFDM是單向通信?
COFDM不支持MIMO?
COFDM比OFDM好,或者反之?
此文嘗試從一個技術的三個問題來闡述
來自哪里?
用在哪里?
發展到什么方向?
首先,參考一篇《COFDM與OFDM的區別》,篇幅不大,比較易懂。作者畢業于暨南大學,信號與信息處理碩士,萬聯航通的創始人,鄧松茂。
知乎文章鏈接如下:
https://zhuanlan.zhihu.com/p/34360959
目前我尚不認識其本人本尊,僅有幸看到其文章,認為寫的很好,故參考。
另外,他的好幾篇文章,我都是轉給公司的同學,都去學習了解一下。
但這篇文章的其中一小部分分析,個人有一些不同認識,特別再加上一部分的其他知識,結成此文。
第一個,我們先看OFDM。
??? OFDM來自哪里?
首先,OFDM是來自3GPP協議的定義,其是LTE的關鍵基帶信號處理技術之一,其極大的提高了頻譜利用率。
3GPP這個組織,就是干下面這個活的。

????這個組織是世界上最大的無線通信組織,沒有之一。分量感受下吧。
????接下來我們看采用OFDM技術為基礎的LTE收發信機信號處理流程圖。非專業人士可繞過。圖是借用的,有點模糊。

????有興趣,可以看這一篇帖子,寫的很好。
《https://blog.csdn.net/wordwarwordwar/article/details/79605916》
????
????專業學習OFDM,最好去學習LTE協議,列表參加:《3GPP中用于LTE的36系列協議大全》
http://blog.sina.com.cn/s/blog_8e54c1bb010154c5.html。
此處的加粗名詞是3GPP,現在全世界有多少人是在3GPP的產品研究設計的產業中?而又幾乎全世界的人,如果算上服務對象,那么幾乎都在3GPP的產業生態中?是的,幾乎一個都不能少,只要你上網、打電話、刷微信、抖音,淘寶,只要你用到手機,全部都是會涉及到3GPP的產業。
所以,一般普通人,把3GPP等同的認為是手機無線通信以及其配套產業的推進組織,也未嘗不可。
第二個,我們再看COFDM。
? ? 1.COFDM來自哪里?
??? COFDM是廣播電視的行業通信標準DVB-T的核心技術之一;DVB-T(Digital Video Broadcasting - Terrestrial) ,地面數字電視廣播,是歐洲通用的地面數字電視標準。
地面數字電視廣播,有一個非常重要的特征,稱為開路地面電視廣播。電視臺的開路廣播相當于無線廣播開路?不是閉路。也就是單向數據傳輸。
? ??

? ? 你見過誰家無線電視能控制發射臺?或者控制衛星?
????如果覺得能換臺,就是控制發射臺,控制衛星,那么就錯了。
這個問題,稍后解釋。
??? 2.為什么早期的無人機圖傳,總是宣稱COFDM?
市場上最早的圖傳廠家,很多都是基于COFDM套片來做單板與設備設計。應用這個技術的產品,有一個特性是,早期的這些圖傳產品僅支持單向圖像傳輸,不支持雙向數據傳輸。
為什么僅支持單向數據傳輸?
?
????來,看衛星。

或者,來,看電視塔

不管是衛星、還是電視塔,都是電視信號的發射臺。
接下來,看電視。這是電視信號的接收臺。

回想一下,在有線電視出現之前,大概是怎么看電視的,電視的天線如上圖,如果想要改善接收信號,一些見多識廣的人的是通過在房頂架高一個天線,來接收衛星的信號,這樣來看電視。
誰家在房頂裝過這種類似的天線架,站出來,對,就是說你呢。

????是的,這是一個八木天線,不過,疑問是能對準衛星么?
有質疑的同學會問,如果是單向傳輸,為什么我們用電視遙控器來切換到不同的電視節目?
這不是我們通過以下路徑,遙控器->電視->電視天線->衛星(電視塔),把控制信號傳輸到了衛星(電視塔)。
第一個,要把無線電磁波發射到衛星(電視塔),要很大的發射功率與天線增益,當年普通人家的家里,根本沒這個條件。
另外,那么多人看電視,都去控制衛星?這么多用戶,想一想都是不可能負擔的處理能力。到目前,衛星電話,接入的用戶數相比公網,還是少很多。
第二個,其實根本沒有地到空的控制信號,你的控制信號,僅在遙控器->電視機,這一小段發生作用。
將電視機的接收機切換到另一個工作頻段,開始接收工作在另一個頻段的另一個衛星的信號而已。像不像一個多發一收系統呢?
其實,類似于收音機,通過切換頻道,來收聽不同頻道的節目。
來,車載收音機,上一個??纯窗磦€105.3Mhz,就是一個頻道。
你切換到另一個頻道,并不是發射臺切換了,而是你接收切換了。

再簡單一些,就是一個教室在講數學課,一個教室在講語文課。
你覺得數學太難,且無聊。果斷逃課,跑到隔壁去聽語文課,完全是因為語文課老師經常講各種趣聞軼事。
早期的圖傳廠家怎么用COFDM芯片?
早期的圖傳廠家,譬如KWT、JHX等,都是這方面的佼佼者,那個時候圖傳是一個藍海,一套硬件成本不足1w塊的設備,售價能賣出十幾w,市場上競爭還少,屬于稀缺性。所以,這些廠家,也是以此發家。
后來,因為廣播電視套片本身無法修改,一個是這些套片都是大廠,或者是國外,另一個是這一期間的圖傳廠家,還不具備通信基帶的定義能力,一些有一些技術能力的廠家,僅能在此基礎上打補丁。
有熟悉同學,可能會接觸過,后期出現的圖傳,開始支持雙向通信,也就是上行遙控。這個是為什么?
其實,好多是在圖傳的工作頻道外,另外加一個窄帶的工作頻道,做成一個FDD系統,來支持雙向通信。到這里,這個謎題就揭開了。
當然,傳統的COFDM與OFDM在外部表現上,還有一個明顯的區別,就是COFDM借鑒衛星、電視的SIMO系統,因為衛星上裝一個天線已經很了不起了,家里的電視,反而有條件去裝一個雙天線。
?
????而OFDM因為是應用在基站上,基站安裝條件比較寬松,很早就開始發展多天線系統,而且天線越來越多。而手機上,隨著技術的發展,也都用上了多天線系統。
????基站本身就是要支持雙向通信的,所以,也不存在單向通信的限制。
???
3.COFDM的特點
????地面廣播的特點是:地形復雜、存在時變衰落和存在多徑干擾、信噪比較低。
DVB-T采用前向糾錯(FEC)(包括內碼交織、內碼卷積編碼、外碼交織、外碼RS編碼)和能有效消除多徑干擾的正交頻分復用技術(OFDM,原文為COFDM,個人認為雷大神是筆誤,特此修正;敬佩雷大神的研究精神,可惜,英年早逝;他的研究主業是音視頻算法,不是通信算法,有錯誤也能理解,但還是為其好學的精神,佩服。)和格雷碼映射4/16/64QAM調制等進行信道處理。
??? DVB-T的信號處理流程如圖,無興趣者繞過。

????
我相信,絕大部分人,看了兩個無線通信系統的框圖,不仔細用心去觀察,都看不出兩個系統有什么區別,就算找出來,也未必知道真正的區別是什么,這和“找不同”游戲似的。而且,兩個的框框明顯不同呀,是的,明顯不同,但其實絕大部分都相同。
其實,我也是。
基于COFDM的DVB-T場景,因為應用量比較大,故有廠家專門設計了芯片,ASIC,注意,這就是我們現在經常老美被卡脖子那個東東。
故,COFDM,這是屬于先有一個場景的一種解決方案,然后把解決方案應用到其他場景。原來是廣播電視的芯片,然后有一批無人機相關廠家,看到了機會,把這個芯片用在無人機圖傳領域。這就是早期的無人機圖傳。
那么,現在到底有沒有行業通信廠家在繼續基于COFDM這條技術路線開發基帶并演進?
除了廣播電視領域,還未見過。
如果看到COFDM,那么一定要仔細區別的去看看他的天線,以及FDD系統的特點。
有興趣,可以參見這個帖子,寫的很好。
《https://www.witimes.com/cofdm-devices/》
也可以去看《DVB-T技術手冊》
?
好,兩者到底有什么區別?
很多人所說的區別,就在于那個COFDM那個C,也就是Code或者FEC。
這篇帖子是一個理論分析兩者區別的好帖子,仔細讀完了,再總結下;
《https://blog.csdn.net/luchangwei_sam/article/details/83783645》
如果三角函數與傅里葉變化掌握的不好,還是看的云里霧里。
?
以下沒興趣的繞過,不影響對本文的理解。
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【通過增加信道編碼的方式能夠進一步提高系統的傳輸可靠性,這種方案稱作COFDM(編碼正交頻分復用技術)?!?/p>
【高傳輸速率的OFDM調制解調方式與FEC(前向糾錯編碼)相結合的技術被稱之為CODED OFDM(CODFM)。】
【頻率分集
通過對正交子載波上的信息進行編碼或向信息添加冗余來實現糾錯,可以提高OFDM系統的性能,并改善頻率分集?!?/p>
【衰落環境:COFDM通過結合FEC和交疊來提高其傳輸質量,從而提供了無記憶的信道中斷順序衰落相關性,提升分集效果,在減小誤碼率的同時保證可靠傳輸,在信噪比較高時保證高增益】
【FEC提供可靠的傳送,需要在通過網絡傳輸數據之前將附加的冗余信息附加到原始數據后面。FEC使用已知的規則向數據消息添加冗余段,并且在接收側FEC解碼器對該信息進行解碼,檢測錯誤并糾正,對于無線通信網絡來說十分適合】
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是的,說到底,是認為FEC結合OFDM,然后COFDM比原始的OFDM性能更好了。這個結論是完全正確的。
怎么通俗的FEC理解呢?
?
前向糾錯(FEC):包括內碼交織、內碼卷積編碼、外碼交織、外碼RS編碼;
舉個例子吧。

中學生,老師想讓他學習兩只老虎,會直接講。學生的理解能力強,老師只需講明白就好了。這是可靠信道通信,譬如網線;
??? 有兩只老虎跑的快,一只沒有耳朵,一只沒有尾巴。
?
幼兒園的孩子,老師想讓他學習寫數字,就會編一個兒歌,這個兒歌呢,會反復的,形象的,加入很多描述性的語句,然后,小孩子才能學會。這是不可靠信道通信,譬如無線通信。
????兩只老虎,兩只老虎,跑得快,跑得快,一只沒有耳朵,一只沒有尾巴,真奇怪。
????看出來了吧,學習一個兩只老虎,都得加這么多冗余。

??? 或者,所謂的FEC,就是在告訴小孩子寫2的時候,還告訴他2像一只小鴨子。然后,孩子就算是貪玩沒聽到2,只要聽到小鴨子,是不是也可以知道該寫2呢?

是的,那個類比2的小鴨子就是幼兒園的FEC。
????其實,這里核心的還有RS碼,這是一個低碼率,高性能的編碼方式。在LTE系統的控制信道也可以采用。
但是,OFDM也是有配套的信道編碼的,不然怎么在信道里可靠傳輸呢?
TURBO、LDPC不就是信道編碼么?多次迭代譯碼?
加上重傳,還差什么呢?
簡單說來,FEC只是一種帶糾錯的信道編碼而已。
但是,LTE系統,本身就是支持這些的呀。
所以,我們擋不住OFDM不講武德,竟然在不斷的進化,現在的LTE 4G與5G的OFDM中,已經借鑒了很多類似的優化機制,譬如HARQ重傳、軟合并、AMC自適應等機制,所以,如果講的是當前那個基礎版OFDM,的確是身材有點單薄。但是,如果講的是現在這個已經打了一堆補丁的大胖子,那身材真已經不是二十年沒有變化的COFDM可以比的了。
當然,時間會證明一切。
那么,到底孰優孰劣?
我的觀點是,看場景、看需求、看成本、看復雜度、看時間點,看產品設計能力,兩者都可以做的很好。
COFDM,說到底是一種稍微有點特殊的OFDM,兩者接近100%的關鍵技術都完全相同,接近99%的信號處理流都相似,剩下的哪一些,只是針對應用場景與方案復雜度做的權衡選擇。
所以,結論是,一般人,別糾結;真糾結,白馬黑馬,能跑的是好馬。
最后一個問題,為什么有些人說COFDM技術先進?
某些點,必須以我的小人之心度之了。哈哈
先說個人觀點,從技術生態上看,應該是OFDM更好。
第一個,公網無線通信領域,從1G\2G\3G\4G到當前的5G,全世界投入了幾百萬通信工程師,累計幾十年,不斷在這個方向研究與設計,在其他領域稍微好一些的技術,都基本會被吸收進來。OFDM更是從LTE 4G引入后,一直是主流技術。
第二個,公網無線通信是不斷的快速發展,這個發展速度超過其他任何一個應用領域的無線通信技術。甚至直接形成了代差。譬如廣播電視,現在基本上都是有線電視了。地面電視也僅僅是很窄的一些應用場景。
DVB-T,現在隨著有線電視的普及,以及公網4G/5G地面覆蓋的增強,地面廣播電視的應用場景已經縮水很多。當然,在一段時間,地面電視肯定是存在的,但產業的縮水,導致投入的縮水,導致從業人員的縮水,投入的縮水,就很難再以可以抗衡公網技術的進步速度。
第三個,我們請教基帶算法人員,專門做了OFDM與COFDM的算法原理分析,才有上面的結論,二者基本就是一個技術,兩種方案與產品設計;退一步,也是一對雙胞胎而已。所謂的先進性,只是表現在后天的成長環境與經歷。
第四個,國內不少廠家,是拿外面的套片來做方案與產品,不具備基帶芯片設計能力。這很正常,就算是手機廠家,不也只有HW有芯片設計能力,強如XM、ZTE、OV,也幾乎都是清二色的高通、MTK。有幾個能用自己的通信芯片?
所以,不丟人。只是基于目前資源的定位和選擇。
第五個,很多非專業技術人員,尚未理解兩者的關系,甚至學習了一下也無法深刻理解,畢竟無線通信信號處理,的確很難懂,尤其是對數學和物理基礎不太好的同學而言。
第六個,就是站位問題了。自己的產品方案,能說落后么?
但基于利益的考慮,很多時候會講成是自己擁有IP的,這的確也無可厚非;是不是事實,重要or不重要?
第七個,大概還有...找一個相對識別度近似的來做碰瓷?哈哈哈,這就有點意思了,譬如娃哈哈,當年還有蛙哈哈。

所以,如果再有人問,OFDM與COFDM那個更好?
那么,建議,先統一下認識,我們到底在說什么?
COFDM是一種OFDM?白馬非馬?
COFDM是基于OFDM的一種通信技術,其是DVB-T領域的無線通信算法。
我們說到COFDM,到底在說什么?
其實在說DVB-T無線通信?
我們說到OFDM,到底在說什么?
其實在說LTE 4G基帶無線通信?
COFDM是單向通信
如果有雙向?怎么實現的雙向?FDD機制?
COFDM不支持MIMO
如果支持MIMO,那么還和基于OFDM的LTE區別是什么?
所以,
第一個,先去學習下DVB-T和LTE的基帶算法。
第二個,用動態的眼光來看問題。
第三個,兩者本來都是非常接近的技術,信號處理的算法細微差別,是否能體現在應用場景上,非常大的程度,取決于整個系統方案的權衡。
?
所以,我們看待事物的眼光,不但我們在變化,而且事物也在隨著時間而變化,所以,我們要用動態的眼光來看待事物。
哪怕是曾經覺得非常天經地義的東西,甚至是給自身帶來非常自我驗證激勵的東西,也要慎重對待。當然,加權的可信度是可以參考的方案,畢竟,不是身邊每個人的認知與觀點,你都要仔細去參考和分析,很多時候也不值得。
對于具體的事情,選擇那些值得你相信的人去請教與討論。
【正是由于OFDM調制方式在頻率選擇性衰落信道上仍能保持高帶寬和高能效,使得其被多個國際標準協議所采用,比如DAB,ADSL,WLAN,IEEE 802.11 a/g/n 等。】
如果沒有那么先進,怎么會有這么多國際行業標準都采用呢?
可惜,本人不是基帶算法專家,沒有把搭建一個仿真平臺,真正的對比下異同。
不過,我仍然相信一個,在時間的累積下,不斷改進的技術,就算落后,也會趕上并超越。
包括我的認識,這篇這么長的文章也是有錯誤之處的。如果能閱讀到這里,那不妨講講,是怎么看待COFDM與OFDM的異同的。
?
參考文獻:
鄧松茂《COFDM與OFDM的區別》
https://zhuanlan.zhihu.com/p/34360959
長弓的堅持《給"小白"圖示講解OFDM的原理》
https://blog.csdn.net/wordwarwordwar/article/details/79605916
雷霄驊《DVB數字電視系統簡介(DVB-C,DVB-S,DVB-T)》
https://blog.csdn.net/leixiaohua1020/article/details/43882921
《DVB-T技術手冊》