超高速通信系統(tǒng)論文范文

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1OFDM系統(tǒng)分析

一些傳統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)對(duì)于超高速移動(dòng)產(chǎn)生的多普勒頻移有較大的容忍度。然而、未來空－空通信網(wǎng)中寬帶傳輸（包括高清圖像和高清視頻）是必然的需求和發(fā)展趨勢。從寬帶傳輸?shù)男枨罂矗琌FDM在超高速通信系統(tǒng)中仍然是具有較強(qiáng)競爭力的調(diào)制技術(shù)，盡管它對(duì)頻偏比較敏感。因此對(duì)于超高速移動(dòng)寬帶通信系統(tǒng)，本文仍然以O(shè)FDM調(diào)制為研究對(duì)象。OFDM傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。為了消除碼間串?dāng)_和載波間干擾，OFDM系統(tǒng)根據(jù)DFT的循環(huán)移位性質(zhì)，采用循環(huán)前綴序列替代空白的保護(hù)間隔，如圖2所示，即將每個(gè)待發(fā)送的時(shí)域符號(hào)的最后Ng個(gè)數(shù)據(jù)復(fù)制到符號(hào)的起始位置（發(fā)送的數(shù)據(jù)的長度從N變?yōu)镹g＋N）。（4）式中第1項(xiàng)為FFT變換后的有用信號(hào)，可以看到其幅度和相位都包含了相對(duì)頻偏和信道信息。由于頻偏的存在和信道的影響，接收序列存在子載波間干擾（式中第2項(xiàng)）。

2基于循環(huán)前綴的短時(shí)頻偏估計(jì)

由上述分析可知，頻偏的存在和信道的影響會(huì)使得接收序列Y（k）不等于發(fā)送序列X（k），同時(shí)會(huì)產(chǎn)生子載波間的干擾。因此必須在FFT處理前進(jìn)行頻偏和信道的估計(jì)與補(bǔ)償。本文利用循環(huán)前綴進(jìn)行短時(shí)頻偏估計(jì)，即在一個(gè)FFT數(shù)據(jù)幀內(nèi)進(jìn)行估計(jì)。該方法比利用導(dǎo)頻的頻偏估計(jì)具有更好的實(shí)時(shí)性，更適合于高速和超高速移動(dòng)場景。在頻偏估計(jì)中還需考慮多徑傳輸問題。多徑信道的時(shí)延會(huì)導(dǎo)致上一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)“污染”下一個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)的循環(huán)前綴。假定等效基帶信號(hào)的最大多徑時(shí)延為L，即循環(huán)前綴的前L個(gè)數(shù)據(jù)中有多徑干擾。為了降低頻偏估計(jì)誤差，實(shí)際計(jì)算時(shí)（11）式修正為。

3仿真結(jié)果與分析

為了驗(yàn)證本文頻偏信道聯(lián)合估計(jì)的算法性能，采用Matlab軟件構(gòu)建超高速移動(dòng)OFDM系統(tǒng)通信平臺(tái)，結(jié)合典型城市信道的實(shí)際傳輸條件設(shè)計(jì)了如下仿真無線信道仿真參數(shù)：高速OFDM系統(tǒng)共有256個(gè)子載波，系統(tǒng)采用16QAM調(diào)制，采用塊狀導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)，循環(huán)前綴CP＝64。信道多徑數(shù)為5，各徑時(shí)延在0～12μs均勻分布，各徑功率（τi）按e－τi／τmax衰減，其中τi為第i路徑時(shí)延。本文中均方根時(shí)延τrms取為4μs。

3．1頻偏估計(jì)誤差影響實(shí)驗(yàn)為了驗(yàn)證多普勒頻偏估計(jì)誤差對(duì)于傳統(tǒng)信道估計(jì)算法的性能影響，設(shè)計(jì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，設(shè)置系統(tǒng)信噪比SNR－dB＝20dB，系統(tǒng)頻偏為800Hz，多普勒頻偏估計(jì)誤差從0Hz每次增加20Hz一直到200Hz，觀察各個(gè)多普勒頻偏對(duì)信道估計(jì)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。圖3所示使用傳統(tǒng)的LS算法和LMMSE算法進(jìn)行信道估計(jì)，在多普勒頻偏誤差為0Hz時(shí)，信道估計(jì)誤碼率較小，估計(jì)性能好。隨著多普勒頻偏估計(jì)誤差增加，信道估計(jì)性能急劇惡化，在多普勒頻偏為200Hz時(shí)，2種信道估計(jì)算法誤碼率都在0．07左右，此時(shí)信道估計(jì)的誤碼率已經(jīng)不能滿足信道估計(jì)的誤碼率要求。通過實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證多普勒頻偏對(duì)信道估計(jì)性能影響較大，在多普勒頻偏較大時(shí)，傳統(tǒng)的信道估計(jì)的誤碼率較大，估計(jì)性能不能滿足實(shí)際傳輸需求。通過該實(shí)驗(yàn)可知較小的多普勒頻偏估計(jì)誤差對(duì)OFDM系統(tǒng)產(chǎn)生較大的性能惡化，本文設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)頻偏可以實(shí)際估計(jì)頻偏變化，大大提高頻偏估計(jì)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

3．2頻偏估計(jì)算法性能驗(yàn)證為了驗(yàn)證基于循環(huán)前綴的頻偏估計(jì)性能，進(jìn)行了Moose算法、SC算法和本文的頻偏估計(jì)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，設(shè)置系統(tǒng)的歸一化頻偏為0．1時(shí)3種算法的頻偏估計(jì)均方誤差（LMMSE）的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，Moose算法的頻偏估計(jì)性能最好，本文算法和性能較好的SC算法性能差異不明顯。本文算法是盲估計(jì)算法，利用循環(huán)前綴的冗余信息，相比于SC算法、Moose算法，不需要訓(xùn)練序列，降低了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)利用率，且能夠和傳統(tǒng)信道估計(jì)的算法相結(jié)合，不需要改變信道估計(jì)的導(dǎo)頻序列，綜上本文的算法性能較好。但本文算法是基于循環(huán)前綴的，故對(duì)循環(huán)前綴的數(shù)量有要求，本文循環(huán)前綴長度是數(shù)據(jù)符號(hào)長度的1／4。上述實(shí)驗(yàn)過程驗(yàn)證了多普勒頻偏對(duì)于信道估計(jì)的影響，通過分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本文設(shè)計(jì)的頻偏估計(jì)算法具有較好的估計(jì)性能。

4結(jié)束語

本文針對(duì)超高速通信系統(tǒng)中多普勒頻移對(duì)于傳統(tǒng)信道估計(jì)算法的性能影響，提出了一種實(shí)時(shí)頻偏估計(jì)算法。在分析了超高速通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，根據(jù)循環(huán)前綴包含的頻偏信息，設(shè)計(jì)了一種多普勒頻移的實(shí)時(shí)估計(jì)算法，克服傳統(tǒng)算法多普勒頻偏估計(jì)滯后性的缺點(diǎn)對(duì)信道估計(jì)性能的影響。在搭建系統(tǒng)信道模型的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案考察了多普勒頻偏對(duì)信道估計(jì)的性能影響。基于循環(huán)前綴的頻偏估計(jì)算法性能的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，表明設(shè)計(jì)的頻偏估計(jì)算法具有較好的估計(jì)性能，在超高速移動(dòng)通信系統(tǒng)中具有應(yīng)用價(jià)值。

作者：但德東丁志中單位：中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所