孟旭東

摘要：分集技術(shù)廣泛應(yīng)用無線移動通信系統(tǒng)中，利用空間分集除了提高系統(tǒng)增益，還可有效抑制信道衰落，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。單載波具有峰均比低和功放效率高等優(yōu)點。介紹了一種適用于高移速突發(fā)通信系統(tǒng)下，基于空時分組編碼Space Time Block Coding，（STBC）單載波頻域均衡（SignalCarrier FrequencyDomain Equalization，SC-FDE）技術(shù)的信道估計、均衡算法。該方法新穎，實現(xiàn)復(fù)雜度低，且估計信道更準(zhǔn)確，同時可解決部分符號定時不準(zhǔn)確的問題。驗證結(jié)果表明，在多徑擴(kuò)展較大的信道中仍可獲得較高的頻率分集增益。

關(guān)鍵詞：單載波頻域均衡；空時分組編碼；跳頻通信；LS

中圖分類號：TN911文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1008-1739（2022）15-58-5

0引言

高速移動、寬帶、跳頻突發(fā)通信系統(tǒng)中，均衡技術(shù)的應(yīng)用必不可少。為了提高通信的可靠性，分集技術(shù)廣泛應(yīng)用于無線系統(tǒng)中，多天線傳輸可獲得空間分集增益，有效抑制信道的頻率選擇性衰落，降低誤碼率。

空間分集可以通過空時分組編碼（Space Time Block Coding，STBC）予以實現(xiàn)。STBC是一種可以使MIMO天線達(dá)到滿分集的編碼技術(shù)，原理是利用MIMO中多天線同時發(fā)射、接收信號實現(xiàn)空間編碼分集，利用不同天線在一定周期內(nèi)多個時刻發(fā)射相同的信息實現(xiàn)時間編碼分集，并使所有的空域與時域編碼保持相互正交。

采用多天線STBC設(shè)計，結(jié)合均衡技術(shù)能夠抵抗等幅雙徑信道的零點影響，具備抗信道深衰落的能力。

1信道相干帶寬和相干時間分析

1.1信道相干帶寬分析

3.4信道估計算法改進(jìn)提升

在多發(fā)射天線情況下，不同發(fā)射信號到達(dá)接收天線的時間可能不同，且不同收發(fā)信道的多徑分布也不同，最大徑位置不同，而且最大徑之間時間差不一定是整數(shù)倍符號時間，這使得在單倍符號速率上處理變得較為復(fù)雜。為克服該問題，采用在高倍采樣上進(jìn)行處理，在高倍采樣上估計信道、變換到頻域，同時將高倍采樣數(shù)據(jù)分組也變換到頻域，在頻域均衡和在頻域收集能量，直接將均衡后的頻域數(shù)據(jù)處理成單倍符號，并變換到時域檢測。

該方法簡單新穎，復(fù)雜度低，在高倍采樣上估計信道更準(zhǔn)確，且分?jǐn)?shù)倍均衡性能更好，同時解決了符號定時問題。

4空時編碼SC-FDE算法性能仿真

為驗證基于STBC的SC-FDE信道估計算法的性能，設(shè)計實現(xiàn)了基于塊STBC的SC-FDE系統(tǒng)仿真模型，并實現(xiàn)頻域LS信道估計算法?？諘r分碼SC-FDE通信系統(tǒng)無線幀結(jié)構(gòu)如圖2所示。

信道估計對QPSK調(diào)制STBC SC-FDE傳輸性能影響。H1信道模型參數(shù)如表1所示。H2信道模型參數(shù)如表2所示。

QPSK調(diào)制，頻譜效率1.1 bit/s/Hz，改進(jìn)H1，H2信道，SC-FDE系統(tǒng)傳輸性能如圖3和圖4所示。藍(lán)色曲線分別代表2×1及2×2 SC-FDE系統(tǒng)使用理想信道估計得到差錯性能曲線；紅色曲線分別代表2×1及2×2 SC-FDE系統(tǒng)采用LS信道估計得到的差錯性能曲線。

曲線比較表明，采用LS信道估計的差錯性能曲線與理想信道估計性能曲線保持平行，表明信道估計算法不會造成系統(tǒng)分集增益的損失；另外，信道估計曲線向右側(cè)的平移不超過0.5 dB，表明信道估計帶來信噪比的損失非常小，信道估計算法有效。

QPSK調(diào)制SISO，STBC SC-FDE系統(tǒng)傳輸性能對比如圖5和圖6所示。

由圖5和圖6可以看出，對于SISO SC-FDE系統(tǒng)性能曲線，信噪比每增加10 dB，差錯性能曲線下降一個數(shù)量級，即該曲線分集增益為1；對于2×1 SC-FDE系統(tǒng)性能曲線，信噪比每增加10 dB，差錯性能曲線下降二個數(shù)量級，表明該曲線分集增益為2；對于2×2SC-FDE系統(tǒng)性能曲線，信噪比增加5 dB（由6 dB增加12 dB），差錯性能下降二個數(shù)量級，表明該曲線分集增益為4。SC-FDE系統(tǒng)在H2信道傳播環(huán)境下性能優(yōu)于H1信道性能。原因是H2信道多徑擴(kuò)展大于H1信道，SC-FDE系統(tǒng)在H2信道可獲得更多的頻率分集增益。

5結(jié)束語

本文理論推導(dǎo)給出基于STBC的SC-FDE通信系統(tǒng)的信道估計及均衡算法，并仿真研究該系統(tǒng)在不同信道的傳輸性能。研究表明，基于STBC的SC-FDE信道估計算法可有效抑制信道衰落，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

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