SC-FDE系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)中,要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的可靠傳輸,接收端需精確知道發(fā)送數(shù)據(jù)的起始位置。由于短波傳輸信道條件比較復(fù)雜,在低信噪比環(huán)境下要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸,對(duì)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(huán)境中存在窄帶干擾時(shí)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(shù)是任何一種通信都需要解決的實(shí)際問(wèn)題,沒(méi)有精確的同步算法,就不可能對(duì)傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠恢復(fù),進(jìn)而進(jìn)行信息的獲取[1]。傳統(tǒng)3k帶寬短波信道,實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸中可實(shí)現(xiàn)的最大傳輸速率為2400bps,已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化條件下高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨骩2]。將信號(hào)傳輸帶寬擴(kuò)展到24kHz,即可獲得更高的傳輸速率又可以提高信息傳輸?shù)目煽啃訹3～4]。但是,由于短波信道條件比較復(fù)雜,且信道資源比較有限,在短波寬帶信道內(nèi)會(huì)存在單音或者窄帶的干擾信號(hào)[5]。帶內(nèi)存在干擾時(shí)會(huì)對(duì)波形性能有比較大的影響,本文研究了24kHz寬帶短波信道內(nèi)存在3kHz窄帶干擾時(shí)的符號(hào)同步性能,并給出了相應(yīng)的仿真。

2 SC-FDE系統(tǒng)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(shí)延的影響越來(lái)越突出。單載波頻域均衡(SC-FDE)技術(shù)以其良好的抗多徑能力和較低的運(yùn)算復(fù)雜度而成為了一種重要的寬帶無(wú)線傳輸抗多徑技術(shù)[6]。SC-FDE系統(tǒng)主要包括三部分:第一部分是發(fā)送端基帶信號(hào)處理部分,包括編碼、調(diào)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(fā)信機(jī)部分,包括數(shù)字變頻器,寬帶收發(fā)信機(jī)等模塊;第三部分為接收端基帶信號(hào)處理部分,包括同步、信道估計(jì)、頻域均衡、解調(diào)、譯碼等模塊。本文仿真系統(tǒng)的發(fā)送、接收工作原理框圖如圖1所示[7]。

圖1 SC-FDE數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)工作原理框圖

3 同步算法

能否準(zhǔn)確同步是信息可靠傳輸?shù)那疤帷Ｔ赟C-FDE系統(tǒng)中,符號(hào)定時(shí)同步的目的是使接收端得到與發(fā)送端周期相同的SC-FDE符號(hào)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(guān)特性的偽隨機(jī)序列作為同步序列,采用相關(guān)FFT算法實(shí)現(xiàn)符號(hào)定時(shí)同步。該算法將接收信號(hào)和本地已知序列相關(guān)后經(jīng)FFT轉(zhuǎn)換到頻域,在頻域內(nèi)找最大,每滑動(dòng)一次窗口均計(jì)算一次最大值,當(dāng)最大值超過(guò)判決門限后即認(rèn)為粗同步點(diǎn)就在該點(diǎn)附近[10～11]。并在粗同步點(diǎn)附近找過(guò)門限的最大值點(diǎn),把該點(diǎn)作為符號(hào)同步的起始點(diǎn)。

粗同步過(guò)程描述如下。假設(shè)接收信號(hào)和本地已知序列分別為r(m)和t(m),同步序列長(zhǎng)度為N。首先用本地已知同步符號(hào)t(m)與接收信號(hào)r(m)進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)以及FFT操作,則時(shí)刻n滑動(dòng)相關(guān)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(shí)刻滑動(dòng)相關(guān)器的輸入信號(hào),即起始時(shí)刻為n,長(zhǎng)度為N的接收信號(hào)序列。然后在頻域內(nèi)查找最大值,與門限值進(jìn)行比較判斷是否有信號(hào)到來(lái)。

4 仿真結(jié)果及性能分析

仿真中采用的同步序列是長(zhǎng)度512的偽隨機(jī)序列,有用信號(hào)的帶寬為24kHz,干擾信號(hào)帶寬為3kHz。圖2(a)所示為無(wú)干擾時(shí)24kHz接收信號(hào)頻譜圖,圖2(b)所示為信號(hào)干擾的比值即信干比(SIR)0dB時(shí)接收信號(hào)的頻譜圖。從圖中可以看出窄帶干擾信號(hào)明顯改變了帶寬為24kHz的SC-FDE信號(hào)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(guān)系的曲線圖。SIR=0dB表示所加窄帶干擾的功率與信號(hào)功率的比值是0dB。

圖2 接收信號(hào)頻譜圖

圖3 同步概率圖

從仿真結(jié)果可以看出:在高斯信道條件下,帶寬內(nèi)無(wú)干擾,信噪比SNR為-10dB時(shí)同步概率可達(dá)到100%;信號(hào)干擾比SIR為0dB時(shí),信噪比-6dB同步概率可到100%;當(dāng)SIR=-5dB時(shí),信噪比-3dB同步概率可到100%;當(dāng)SIR=-10dB時(shí),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(tǒng)的同步概率受窄帶干擾的影響比較大。隨著干擾信號(hào)逐漸增大,同步概率逐漸減小。當(dāng)寬帶短波信道環(huán)境中存在較大窄帶干擾時(shí),要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的可靠傳輸,需提高傳輸信號(hào)的信噪比或者對(duì)帶內(nèi)的窄帶干擾信號(hào)進(jìn)行抑制來(lái)提高符號(hào)同步的概率。

5 結(jié)語(yǔ)

本文研究了短波25kHz SC-FDE系統(tǒng)帶內(nèi)存在窄帶干擾時(shí)的符號(hào)同步的概率。帶內(nèi)存在窄帶干擾時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?隨著窄帶干擾信號(hào)能量的逐漸增加,符號(hào)同步概率逐漸減小。為了提高傳輸可靠性需要增大信號(hào)傳輸?shù)墓β驶蛘咄ㄟ^(guò)窄帶干擾抑制來(lái)提高接收信號(hào)的同步概率。對(duì)帶內(nèi)窄帶干擾的抑制將作為以后研究的一個(gè)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(jí)工程師,研究方向:軍事通信與信息系統(tǒng)。楊瑞,女,助理工程師,研究方向:短波通信技術(shù),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(shù)。易觀理,男,工程師,研究方向:短波通信技術(shù)。

TN914

10.3969/j.issn1672-9730.2015.08.020