陳 濤

（北京市1711 信箱2 號(hào)信息中心，北京 100017）

0 引言

隨著移動(dòng)無線視頻傳輸?shù)陌l(fā)展，用戶對傳輸速率的要求越來越高。帶寬的增加必然引起無線傳播過程中的多徑問題，來自各個(gè)不同反射徑的信號(hào)干擾正常信號(hào)的接收。研究結(jié)果表明，傳輸?shù)膸捲酱?，符?hào)周期越小，無線傳播過程中的多徑問題越嚴(yán)重。

目前，解決多徑問題的技術(shù)主要有正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)和單載波頻域均衡均衡技術(shù)（SC-FDE）。其中，OFDM 技術(shù)本質(zhì)上隸屬于多載波技術(shù)，它利用正交子載波并行傳輸技術(shù)將每一路傳輸速率降低以解決多徑問題，但其多載波的本質(zhì)導(dǎo)致其在發(fā)射時(shí)會(huì)發(fā)生多載波幅度疊加，導(dǎo)致瞬時(shí)發(fā)射功率的巨大波動(dòng)，引起發(fā)射信號(hào)峰均比（信號(hào)最大功率和平均功率的比值）過大，這將大大降低功放效率，增加功耗。而單載波頻域均衡技術(shù)在調(diào)制前對調(diào)制符號(hào)序列進(jìn)行線性處理，有效降低了發(fā)射信號(hào)的峰均比，逐漸得到業(yè)界的重視和青睞。但其也存在著信道時(shí)變能力弱（抗多普勒效應(yīng)），即信道移動(dòng)性的問題。

針對上述的信道移動(dòng)性問題，本文提出了一種改進(jìn)的單載波頻域均衡系統(tǒng)，可解決信道移動(dòng)性問題，保證信道跟蹤速度和跟蹤精度。

1 單載波頻域均衡技術(shù)

單載波頻域均衡系統(tǒng)原理如圖1所示。在發(fā)送端通過將數(shù)據(jù)映射后形成幀結(jié)構(gòu)，并在每個(gè)幀之間插入循環(huán)前綴的方法來最大限度地消除符號(hào)之間的干擾，進(jìn)入數(shù)模變換模塊將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，進(jìn)入無線信道傳輸。在接收端，利用模數(shù)變換模塊將接收的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，移除循環(huán)前綴，通過執(zhí)行快速傅里葉變換（FFT）和快速傅里葉逆變換（IFFT）運(yùn)算后，完成逆映射后，解析出原始數(shù)據(jù)完成信號(hào)接收。

圖1 單載波頻域均衡系統(tǒng)原理圖

單載波頻域均衡技術(shù)作為離散傅里葉變換擴(kuò)展正交頻分復(fù)用（DFTS-OFDM）的一種特殊情況，與傳統(tǒng)的OFDM 技術(shù)相比，具有相同的多徑解決能力，但其有效的降低了發(fā)射信號(hào)的峰均比，如圖2所示。與OFDM 相比，SC-FDE 的峰均比明顯低。在16QAM 調(diào)制時(shí)，SC-FDE 的峰均比也只是稍微增加，而在OFDM 情況下，峰均比基本與調(diào)制方式無關(guān)，這是因?yàn)镺FDM信號(hào)是大量的獨(dú)立調(diào)制子載波的和，瞬時(shí)功率近似于指數(shù)分布，而與每個(gè)子載波的調(diào)制方式無關(guān)。

2 新型單載波頻域均衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單載波頻域均衡系統(tǒng)包含信道估計(jì)模塊，信道均衡模塊，信道跟蹤模塊，結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

圖2 SC-FDE與OFDM峰均比對比結(jié)果圖

圖3 單載波頻域均衡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

本系統(tǒng)中信道估計(jì)模塊的幀結(jié)構(gòu)由前導(dǎo)塊和數(shù)據(jù)塊組成，其中前導(dǎo)塊為頻域平坦的已知序列，非常有利于初始信道估計(jì)。數(shù)據(jù)塊由負(fù)載和UW 塊組成，數(shù)據(jù)塊（即幀結(jié)構(gòu)中的DB 塊）大小可變，大小可?。?56，512，1024，2048），但每個(gè)數(shù)據(jù)塊中負(fù)載和UW 的比例固定（224 ∶32）。為了提高均衡性能，信道均衡模塊采用基于噪聲預(yù)測的判決反饋均衡。如圖4所示，利用噪聲預(yù)測信號(hào)z_np 與判決信號(hào)d 之間的誤差信號(hào)e1去更新反饋系數(shù)。相對于傳統(tǒng)的判決反饋均衡，由于預(yù)測信號(hào)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中存在一段已知數(shù)據(jù)，可有效降低傳統(tǒng)判決反饋均衡在低信噪比條件下誤碼傳播的問題。同時(shí)為了解決移動(dòng)性問題，保證跟蹤速度和跟蹤精度，信道跟蹤模塊采用遞歸最小二乘（RLS）跟蹤算法，利用前饋濾波信號(hào)z 與判決信號(hào)d 之間的誤差信號(hào)e 去更新反饋系統(tǒng)W。

圖4 基于噪聲預(yù)測的判決反饋均衡框圖

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 初始信道預(yù)估

合理的幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有助于保證系統(tǒng)的抗多徑能力，還有助于完成信道時(shí)變跟蹤。當(dāng)射頻帶寬為8M 時(shí)，數(shù)據(jù)塊大小取256，512，1024，2048時(shí)，其最大的抗多徑延遲為4μs，8μs，16μs，32μs，對應(yīng)最大傳播延遲距離為1.2km，2.4km，4.8km，9.6km。同時(shí)保證有效的帶寬利用率，不因數(shù)據(jù)塊大小改變而改變。圖5為前導(dǎo)數(shù)據(jù)大小不同情況下，初始信號(hào)信道預(yù)估仿真結(jié)果。如圖5可見，合理的前導(dǎo)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)及最小均方誤差（MMSE）保證了初始信道估計(jì)的準(zhǔn)確性。

圖5 初始信道估計(jì)仿真結(jié)果

3.2 接收信道預(yù)估

為了解決接收信道移動(dòng)性問題，保證信道跟蹤速度和跟蹤精度，采用遞歸最小二乘（RLS）跟蹤算法對接收信道進(jìn)行預(yù)測，圖6為多普勒fd=40Hz 條件下的仿真結(jié)構(gòu)（對應(yīng)移動(dòng)速度160km/h）。如圖6可見，采用遞歸最小二乘（RLS）跟蹤算法保證了接收信道估計(jì)的準(zhǔn)確性。

圖6 接收信道跟蹤仿真結(jié)果

4 結(jié)束語

本文提出了一種新型的單載波頻域均衡系統(tǒng)，其通過前導(dǎo)塊完成系統(tǒng)的快速同步與信道估計(jì)，基于遞歸最小二乘跟蹤算法跟蹤信道變化，可實(shí)現(xiàn)了時(shí)分雙工方式下的視頻、語音和數(shù)據(jù)傳輸功能，顯著提升了機(jī)動(dòng)通信能力。