SC-FDE系統同步概率研究*

湯 軍 楊 瑞 盛文欽 易觀理

(1.海司信息化部 北京 100036)(2.武漢船舶通信研究所 武漢 430079)

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SC-FDE系統同步概率研究*

湯 軍1楊 瑞2盛文欽2易觀理2

(1.海司信息化部 北京 100036)(2.武漢船舶通信研究所 武漢 430079)

在通信系統中,要實現信號的可靠傳輸,接收端需精確知道發送數據的起始位置。由于短波傳輸信道條件比較復雜,在低信噪比環境下要實現數據的可靠傳輸,對同步性能的要求也比較高。因此論文研究了短波寬帶信道環境中存在窄帶干擾時的同步概率。

單載波頻均衡; 同步概率; 窄帶干擾

Class Number TN914

1 引言

同步技術是任何一種通信都需要解決的實際問題,沒有精確的同步算法,就不可能對傳送的數據進行可靠恢復,進而進行信息的獲取[1]。傳統3k帶寬短波信道,實際數據傳輸中可實現的最大傳輸速率為2400bps,已經不能滿足現代化條件下高速數據傳輸的需求[2]。將信號傳輸帶寬擴展到24kHz,即可獲得更高的傳輸速率又可以提高信息傳輸的可靠性[3～4]。但是,由于短波信道條件比較復雜,且信道資源比較有限,在短波寬帶信道內會存在單音或者窄帶的干擾信號[5]。帶內存在干擾時會對波形性能有比較大的影響,本文研究了24kHz寬帶短波信道內存在3kHz窄帶干擾時的符號同步性能,并給出了相應的仿真。

2 SC-FDE系統框圖

隨著短波通信傳輸帶寬及傳輸速率的提高,信道多徑時延的影響越來越突出。單載波頻域均衡(SC-FDE)技術以其良好的抗多徑能力和較低的運算復雜度而成為了一種重要的寬帶無線傳輸抗多徑技術[6]。SC-FDE系統主要包括三部分:第一部分是發送端基帶信號處理部分,包括編碼、調制映射、插入輔助序列、組幀等模塊;第二部分為寬頻帶射頻收發信機部分,包括數字變頻器,寬帶收發信機等模塊;第三部分為接收端基帶信號處理部分,包括同步、信道估計、頻域均衡、解調、譯碼等模塊。本文仿真系統的發送、接收工作原理框圖如圖1所示[7]。

圖1 SC-FDE數據傳輸系統工作原理框圖

3 同步算法

能否準確同步是信息可靠傳輸的前提。在SC-FDE系統中,符號定時同步的目的是使接收端得到與發送端周期相同的SC-FDE符號序列,即確定FFT窗口的起始位置[8～9]。本文采用具有很好自相關特性的偽隨機序列作為同步序列,采用相關FFT算法實現符號定時同步。該算法將接收信號和本地已知序列相關后經FFT轉換到頻域,在頻域內找最大,每滑動一次窗口均計算一次最大值,當最大值超過判決門限后即認為粗同步點就在該點附近[10～11]。并在粗同步點附近找過門限的最大值點,把該點作為符號同步的起始點。

粗同步過程描述如下。假設接收信號和本地已知序列分別為r(m)和t(m),同步序列長度為N。首先用本地已知同步符號t(m)與接收信號r(m)進行滑動相關以及FFT操作,則時刻n滑動相關器及FFT變換后的輸出可以表示為

Rn(m)=(rn(m))H·t(m) 0≤m≤N

(1)

Fn(m)=FFT[Rn(m)]

(2)

其中,向量rn(m)表示n時刻滑動相關器的輸入信號,即起始時刻為n,長度為N的接收信號序列。然后在頻域內查找最大值,與門限值進行比較判斷是否有信號到來。

4 仿真結果及性能分析

仿真中采用的同步序列是長度512的偽隨機序列,有用信號的帶寬為24kHz,干擾信號帶寬為3kHz。圖2(a)所示為無干擾時24kHz接收信號頻譜圖,圖2(b)所示為信號干擾的比值即信干比(SIR)0dB時接收信號的頻譜圖。從圖中可以看出窄帶干擾信號明顯改變了帶寬為24kHz的SC-FDE信號的頻譜。

圖3所示為信干比一定的條件下,寬帶SC-FDE波形的同步概率與信噪比關系的曲線圖。SIR=0dB表示所加窄帶干擾的功率與信號功率的比值是0dB。

圖2 接收信號頻譜圖

圖3 同步概率圖

從仿真結果可以看出:在高斯信道條件下,帶寬內無干擾,信噪比SNR為-10dB時同步概率可達到100%;信號干擾比SIR為0dB時,信噪比-6dB同步概率可到100%;當SIR=-5dB時,信噪比-3dB同步概率可到100%;當SIR=-10dB時,信噪比需6dB才能使同步概率可到100%。由此可以看出寬帶SC-FDE系統的同步概率受窄帶干擾的影響比較大。隨著干擾信號逐漸增大,同步概率逐漸減小。當寬帶短波信道環境中存在較大窄帶干擾時,要實現信號的可靠傳輸,需提高傳輸信號的信噪比或者對帶內的窄帶干擾信號進行抑制來提高符號同步的概率。

5 結語

本文研究了短波25kHz SC-FDE系統帶內存在窄帶干擾時的符號同步的概率。帶內存在窄帶干擾時會嚴重影響數據傳輸的可靠性,隨著窄帶干擾信號能量的逐漸增加,符號同步概率逐漸減小。為了提高傳輸可靠性需要增大信號傳輸的功率或者通過窄帶干擾抑制來提高接收信號的同步概率。對帶內窄帶干擾的抑制將作為以后研究的一個方向。

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Synchronization Probability in Single Carrier Frequency Domain Equalization System

TANG Jun1YANG Rui2SHENG Wenqin2YI Guanli2

(1. Information Department, Commander Department of Navy, Beijing 100036) (2. Wuhan Maritime Communication Research Institute, Wuhan 430079)

In the communication system, to achieve the reliable transmission performance of signals, the starting position must be known precisely. The performance of synchronization is required relatively high, because the HF transmission channel condition is complex. Therefore, the symbol synchronization probability is studied in this paper when narrowband interference exists in the shortwave broadband signal.

single carrier frequency domain equalization, synchronization probability, narrowband interference

2015年2月13日,

2015年3月25日

湯軍,男,高級工程師,研究方向:軍事通信與信息系統。楊瑞,女,助理工程師,研究方向:短波通信技術,單載波頻域均衡。盛文欽,男,助理工程師,研究方向:短波通信技術。易觀理,男,工程師,研究方向:短波通信技術。

TN914

10.3969/j.issn1672-9730.2015.08.020