關(guān)于OFDM寬帶短波通信關(guān)鍵技術(shù)

周偉

摘要：短波通信技術(shù)，又被稱為高頻通信技術(shù)，其主要原理就是利用短波進行的一種無線通信形式。短波通信具有靈活機動、設(shè)備簡單、重建較為容易且不易受地形因素影響等優(yōu)點。OFDM能夠?qū)⒏咚贁?shù)據(jù)進行串并轉(zhuǎn)換，由此可以使數(shù)據(jù)符號在子載波上的持續(xù)長度相應(yīng)增加，有利于降低子信道信息速率，使其達到更好的抗干擾、抗噪聲能力。基于此，本文就OFDM寬帶短波通信關(guān)鍵技術(shù)，展開簡要探討。

【關(guān)鍵詞】OFDM寬帶 短波通信 關(guān)鍵技術(shù)

OFDM即正交頻分復(fù)用，作為一種特殊的多載波傳輸方式，可以有效利用頻譜資源；在OFDM中引入循環(huán)前綴，可以有效克服OFDM相鄰塊之間的相互干擾，能夠維護載波間的正交性。目前，最為常用的短波通信規(guī)定有定頻、慢速調(diào)頻，其能夠達到的高速率支持為：2400bps。最為常用的調(diào)制解調(diào)器有并行體制與串行體制兩種其中并行體制的運行，是將數(shù)據(jù)通過并行分配的方式，使其在多個子載波上進行傳輸；而串行體制通過單載波調(diào)制的方式發(fā)送信息，同時在接收端通過信道均衡技術(shù)、頻率分集技術(shù)、時間分集技術(shù)、長交織技術(shù)來對信道狀態(tài)進行適時補償。

1 關(guān)于OFDM寬帶短波通信技術(shù)核心

OFDM技術(shù)的理論核心，是將一串高速數(shù)據(jù)分配到不同的子載波上進行傳輸，以此來實現(xiàn)降低傳輸速率的作用。由于傳輸速率的有效降低，傳輸符號周期就會隨之增大，導(dǎo)致抗信道彌散引起的多徑延遲的影響程度增大。此外，從頻域角度進行分析，同樣得到這一結(jié)論，通過調(diào)制傳輸寬帶，使其成為很多帶寬較窄的子頻帶的組合，這樣一來，信道特性在整個帶寬中的表現(xiàn)，會呈現(xiàn)出頻率選擇特性，子帶內(nèi)則表現(xiàn)相對平坦。

OFDM作為一種特殊形式的多載波傳輸技術(shù)，由多個子載波構(gòu)成，也可以認為是總帶寬被分割為多個帶寬大小相同的子信道。每一個子信道上的載波傳輸，在間隔一定時間在窗口內(nèi)進行相互正交，由此可以得到子載波的運行模式以及OFDM技術(shù)的應(yīng)用方式。基于模擬域分析方式，可以應(yīng)用實際數(shù)字器件，對數(shù)字線號進行相應(yīng)的數(shù)字處理，假定數(shù)字信號在發(fā)射機中發(fā)生離散作用時，OFDM的信號，依據(jù)模擬信號采樣可以得到相關(guān)離散OFDM的表達式：

OFDM的關(guān)鍵技術(shù)主要包括短波信道同步技術(shù)以及短波信道均衡技術(shù)，其中短波信道同步技術(shù)是首要問題，在OFDM系統(tǒng)當(dāng)中，為確保各個子載波之間至關(guān)重要的正交性，避免各子載波之間相互干擾，OFDM對信道同步的要求十分嚴格；而短波信道均衡技術(shù)，是對估計目標即信道中OFDM符號的所有子載波的位置進行信道特性估計，進而補償，由此來消除短波信道對信號的告饒，正確調(diào)節(jié)接收信號。

2 0FDM寬帶短波通信同步算法

2.1 同步誤差對OFDM的影響

符號同步誤差、載波同步誤差、樣值偏差對OFDM的性能，會產(chǎn)生一定影，由于符號定時產(chǎn)生的同步誤差，很可能會引入符號間干擾；采樣同步誤差會使子載波的正交性無法保持，而時變的定時偏差會使其相位偏差，必須在信號接收是的到跟蹤補償。

2.2 時域符號同步計算

時域同步的算法有很多，但在OFDM的重復(fù)結(jié)構(gòu)當(dāng)中，經(jīng)典的S&C算法，通過構(gòu)造一個時域上的不同訓(xùn)練符號，進而完成過程的同步。

S&C算法由前導(dǎo)訓(xùn)練符號首先完成符號同步以及載波同步，并進行聯(lián)合估計；首先進行的前導(dǎo)訓(xùn)練符號被用于符號同步作用，而第二個前導(dǎo)訓(xùn)練符號與上一個前導(dǎo)訓(xùn)練符號之間的估算方式，采用分數(shù)倍與整數(shù)倍的頻偏估計。

s&c算法應(yīng)用兩個窗口內(nèi)的信號互相關(guān)值，作為判決值；用兩個窗口內(nèi)的信號自相關(guān)值作為參考值。當(dāng)信號發(fā)生時，其判決量會迅速上升，并持續(xù)一個訓(xùn)練符號長度的時間。這種經(jīng)典算法的缺陷，是在峰值平臺進行符號檢測與到達檢測時，用以遭受噪聲以及外界時域的干擾，并進一步影響同步性能。

2.3 時域干擾抑制計算

抑制干擾能夠有效降低對時域信號的影響，通過干擾預(yù)測，井信號中的預(yù)測干擾結(jié)果去除，能夠得到期望的有效信號，并應(yīng)用于以后的基帶處理環(huán)節(jié)。一直干擾時域算法當(dāng)中的經(jīng)典計算方式，為現(xiàn)行預(yù)測法。

線性預(yù)測法的計算原理是通過設(shè)計橫向濾波器，并將濾波器的零點以及接受端的信號譜極點位置進行一一對應(yīng)。在干擾短波信道的情況下，接收端利用時域干擾抑制的計算方式，得到相對干凈的接收信號，然后在利用S&C算法對其進行符號同步，以及之后的基帶操作。這種算法同樣存在缺陷，預(yù)測器的應(yīng)用，帶有極其復(fù)雜的系數(shù)計算，實際應(yīng)用會帶來很大的資源消耗，同時對訓(xùn)練服好的長度也有很高要求。

3 0FDM寬帶短波通信均衡算法

在寬帶短波傳輸過程中，在對信道的頻率選擇與時間選擇上，多徑衰落以及信道時變是其中無法避免的影響因素。在進行OFDM寬帶短波通信均衡計算過程中，首先要進行的是信道估計，然后在對其進行相應(yīng)的線性信道補償。

3.1 0FDM的信道估計

可以大致分為盲信道估計與導(dǎo)在頻符號輔助下的信道估計兩種方式。盲信道估計，通過不發(fā)送冗余信息，利用循環(huán)前綴或者信號特性統(tǒng)計，它具有傳輸效率高、收斂速度較慢的特性，因此對信道的特性要求，保證變化時間遠遠小于收斂速度。以導(dǎo)頻符號輔助為基礎(chǔ)的的信道估計，其主要原理，是在數(shù)據(jù)部分進行一定比例的導(dǎo)頻符號插入，這種算法的復(fù)雜度較小，結(jié)構(gòu)也相對簡單，具有很廣泛的應(yīng)用范圍。進行信道估計時，可以在導(dǎo)頻位置進行信道估計，也可以在所有位置進行信道估計，不同方式都有其對應(yīng)的優(yōu)勢。

3.2 ZF均衡

頻域均衡中，重要的均衡準則中有一條是峰值失真準則，其均衡目標使盡量減小估計誤差，完全消除符號間干擾。這種均衡方式屬于有一種迫零均衡，即ZF均衡，其方式簡單，較為容易實現(xiàn)，但其對噪聲的影響考慮不周，導(dǎo)致補償缺失。在進行信道補償時，會極大的影響子載波上的噪聲，使子載波上的SNR趨向于零，因此，這種均衡方式在頻譜深衰點上，很容易產(chǎn)生較大誤差。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文對OFDM寬帶短波通信的關(guān)鍵技術(shù)，即OFDM的同步技術(shù)與均衡技術(shù)進行了簡要分析，由此我們可以了解到，當(dāng)前的寬帶短波通信技術(shù)當(dāng)中，還有很多的缺陷對技術(shù)發(fā)展造成了阻礙，需要對其進行深入研究，并將實際應(yīng)用作為考慮的重點，進行相應(yīng)的技術(shù)完善與創(chuàng)新。

參考文獻

[1]朱濤.OFDM在短波通信中的應(yīng)用研究[D].電子科技大學(xué)，2014.

[2]董浩，基于協(xié)作通信的短波OFDM系統(tǒng)設(shè)計[D].北京郵電大學(xué)，2014.endprint