基于空時分組編碼的SC-FDE高速移動跳頻通信系統信道估計算法

孟旭東

摘要：分集技術廣泛應用無線移動通信系統中，利用空間分集除了提高系統增益，還可有效抑制信道衰落，提高系統的穩定性。單載波具有峰均比低和功放效率高等優點。介紹了一種適用于高移速突發通信系統下，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）技術的信道估計、均衡算法。該方法新穎，實現復雜度低，且估計信道更準確，同時可解決部分符號定時不準確的問題。驗證結果表明，在多徑擴展較大的信道中仍可獲得較高的頻率分集增益。

關鍵詞：單載波頻域均衡；空時分組編碼；跳頻通信；LS

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

0引言

高速移動、寬帶、跳頻突發通信系統中，均衡技術的應用必不可少。為了提高通信的可靠性，分集技術廣泛應用于無線系統中，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。STBC是一種可以使MIMO天線達到滿分集的編碼技術，原理是利用MIMO中多天線同時發射、接收信號實現空間編碼分集，利用不同天線在一定周期內多個時刻發射相同的信息實現時間編碼分集，并使所有的空域與時域編碼保持相互正交。

采用多天線STBC設計，結合均衡技術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信道估計算法改進提升

在多發射天線情況下，不同發射信號到達接收天線的時間可能不同，且不同收發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倍符號時間，這使得在單倍符號速率上處理變得較為復雜。為克服該問題，采用在高倍采樣上進行處理，在高倍采樣上估計信道、變換到頻域，同時將高倍采樣數據分組也變換到頻域，在頻域均衡和在頻域收集能量，直接將均衡后的頻域數據處理成單倍符號，并變換到時域檢測。

該方法簡單新穎，復雜度低，在高倍采樣上估計信道更準確，且分數倍均衡性能更好，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，設計實現了基于塊STBC的SC-FDE系統仿真模型，并實現頻域LS信道估計算法。空時分碼SC-FDE通信系統無線幀結構如圖2所示。

信道估計對QPSK調制STBC SC-FDE傳輸性能影響。H1信道模型參數如表1所示。H2信道模型參數如表2所示。

QPSK調制，頻譜效率1.1 bit/s/Hz，改進H1，H2信道，SC-FDE系統傳輸性能如圖3和圖4所示。藍色曲線分別代表2×1及2×2 SC-FDE系統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分集增益的損失；另外，信道估計曲線向右側的平移不超過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調制SISO，STBC SC-FDE系統傳輸性能對比如圖5和圖6所示。

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

5結束語

本文理論推導給出基于STBC的SC-FDE通信系統的信道估計及均衡算法，并仿真研究該系統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，提高系統的穩定性。

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