SC-FDE系統的研究與仿真

袁一品

SC-FDE系統的研究與仿真

袁一品

成都理工大學信息科學與技術學院，四川 成都 610059

目前出現了一種新型的無線通信技術被稱為單載波頻域均衡技術（SC-FDE）。它的優點在于結合了傳統單載波與OFDM技術。但是SC-FDE更有優勢，主要展現在對抗信道的頻率選擇性衰落、大容量、高速率信息傳輸方面，并且能夠避免OFDM技術帶來的不足，已經成為當今無線通信技術的發展熱點。基于此，主要研究了如何實現簡單的SC-FDE系統，了解了SC-FDE的基本原理和基本概念、主要模塊組成和應用場景。通過分析SC-FDE產生的原因得出了相比傳統單載波和OFDM系統的優點，并且通過Matlab仿真實現了SC-FDE的簡單模塊。

單載波；碼間干擾；誤碼率；SC-FDE；OFDM

1 SC-FDE研究背景和現狀

多媒體業務的出現以及更高要求的提出都是針對無線通信中的接入技術和數據傳輸速率而言的。現在通信技術對于碼元的傳輸速率要求越來越高，導致需要更寬的傳輸帶寬。正交頻分復用（Orthogonal Frequency Multiplexing，OFDM）就是在這種形式下得到發展的。現在OFDM已經被廣泛地應用于各個領域，但是OFDM也有自身的缺點：

（1）要求各個子載波能夠正交，因此對頻率偏移、相位噪聲要求很高[1]。

（2）各個子載波之間是獨立的，導致峰值功率/均值功率的值較大。

H.Sari 等人在 1994 年提出了SC-FDE 技術的概念，但是由于當時人們關注的中心還是 OFDM 技術和 MC-CDMA 技術，因此SC-FDE技術一直沒有得到發展。近幾年，隨著發表有關SC-FDE技術的論文逐漸增多，再加上2003 年 802.16a 協議將 SC-FDE與 OFDM、OFDMA 一起作為物理層傳輸方案，國內外開始深入研究 SC-FDE[2]。

2 SC-FDE系統的基本概念及原理

2.1 SC-FDE系統概述

對抗多徑衰落方面比較有效的一種技術是單載波頻域均衡（Single Carrier Frequency Domain Equalization，SC-FDE）[3]。與單載波系統相比，單載波頻率均衡在增強對抗多徑的能力的同時卻降低了均衡器的復雜度。相對于OFDM系統來說，單載波頻域均衡技術更有優勢，主要是對抗信道的頻率選擇性衰落和信息傳輸上的高速度、大容量，并且能夠避免OFDM技術的不足，已經成為當今無線通信技術的發展熱點。

2.2 SC-FDE的基本原理

圖1 SC-FDE系統結構圖

從整個系統上來分析，如圖1表示的SC-FDE系統結構圖，單載波頻域均衡系統與傳統的系統不同的是發射端的系統采用的插入循環前綴（UW/CP）這個過程不同于一般通信系統。接收端的過程是系統的同步、傅立葉變換及其反變換和頻域均衡的過程。所以在實際中的應用增加調制解調和編碼譯碼以及濾波處理過程是為了提高系統性能[4]。

2.3 SC-FDE 的優缺點

相對于OFDM系統來說，SC-FDE系統采用的單載波傳輸保留了OFDM系統處理信號的方法，而且單載波傳輸的優點是OFDM和單載波的有效結合。

（1）相似的均衡性能是SC-FDE和OFDM共同的優點，但是當其在抗頻率選擇性衰落嚴重時它們兩個的復雜度卻遠遠小于時域均衡。

（2）相對OFDM來說，SC-FDE降低了載波頻偏和相位噪聲敏感度，降低了對同步精度的要求。

（3）峰均比低，SC-FDE無需要使用昂貴的線性放大器。

（4）SC-FDE插入了保護間隔，可以防止符號間干擾（ISI）和載波間干擾（ICI）。

3 SC-FDE系統的仿真

3.1 使用 Matlab/SIMULINK 進行通信系統設計

Matlab的出現讓通信系統的仿真可以利用計算機實現，操作非常方便，只要輸入的參數不同就可以得到不同情況下系統的性能[5]。Matlab在數據的觀測和結果的儲存方面也很方便。最主要的是能夠實時觀察到結果的變化，這就是其在通信領域的優勢。本次仿真采用的是Matlab中的SIMULINK組件。

3.2 SC-FDE系統仿真

SC-FDE仿真系統可大致分為發射機、信道和接收機以及誤碼率統計幾個部分（具體見圖2）：

（1）發射機實現的功能：產生數據信號后，經過平方根升余弦濾波和有循環前綴形成幀結構。

（2）信道部分：實現多徑信道的高斯噪聲，用數字濾波器來模擬多徑效應。通過信號中的高斯白噪聲實現整個信道的仿真。

圖2 SC-FDE仿真系統結構

4 結論及展望

本文研究的是SC-FDE系統研究與仿真。從單載波系統出發研究了基于寬帶無線系統的單載波技術，然后通過分析OFDM技術存在的不足和需要解決的難題提出了SC-FDE技術。基于SC-FDE系統存在的時間和現如今越來越成熟的研究方案，在此基礎上SC-FDE系統能夠解決OFDM系統存在的問題和不足之處，這就使得SC-FDE技術成為目前研究的熱點[6]。

從整個系統上看經過本次Matlab仿真我們可以知道在無線通信系統中均衡器是一個不可或缺的部分，有了頻域均衡技術可以對抗信道對信號造成的影響。在當今社會SC-FDE是被普遍關注的一個熱點同時也是一項很有前景的技術。由于本文時間有限只研究了部分內容，相關研究的地方還有許多不足之處。

[1]鄧華.Matlab通信仿真及應用實例詳解[M]．北京：人民郵電出版社，2003.

[2]丁玉美，高西全．數字信號處理[M]．2版.西安：西安電子科技大學出版社，2001.

[3]唐杰敏，葛萬成．單載波頻域均衡系統的研究[J]．電腦知識與技術，2007（20）：347-348.

[4]江舟.單載波頻域均衡系統中關鍵技術的研究與實現[D].上海：同濟大學，2007.

[5]陳晨.單載波頻域均衡（SC-FDE）系統研究和實現[D].杭州：浙江大學，2006.

[6]王新征.OFDM與 SC-FDE中的信道估計與均衡[D]. 濟南：山東大學，2005.

Research and Simulation of SC-FDE System

Yuan Yipin

School of Information Science and Technology, Chengdu University of Technology, Sichuan Chengdu 610059

At present, a new wireless communication technology is known as single carrier frequency domain equalization (SC-FDE). Its advantages are mainly combined with the traditional single carrier and OFDM technology. But SC-FDE has more advantages, mainly in frequency selective fading, large capacity and high speed information transmission, and it can avoid the shortcomings of OFDM technology. Now it has become the focus of development of wireless communication technology. Based on this, we mainly study how to implement a simple SC-FDE system, and understand the basic principles and basic concepts of SC-FDE, the composition of the main modules and the application scene. The advantages of the traditional single carrier and OFDM system are obtained by analyzing the causes of SC-FDE, and a simple module of SC-FDE is realized by Matlab simulation.

single carrier; Intercode interference; bit error rate; SC-FDE; OFDM

TN925+.93

A

1009-6434（2017）10-0074-02