SC-FDE系统同步概率研究*

汤 军 杨 瑞 盛文钦 易观理

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



SC-FDE系统同步概率研究*

汤 军1杨 瑞2盛文钦2易观理2

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

在通信系统中,要实现信号的可靠传输,接收端需精确知道发送数据的起始位置。由于短波传输信道条件比较复杂,在低信噪比环境下要实现数据的可靠传输,对同步性能的要求也比较高。因此论文研究了短波宽带信道环境中存在窄带干扰时的同步概率。

单载波频均衡; 同步概率; 窄带干扰

Class Number TN914

1 引言

同步技术是任何一种通信都需要解决的实际问题,没有精确的同步算法,就不可能对传送的数据进行可靠恢复,进而进行信息的获取[1]。传统3k带宽短波信道,实际数据传输中可实现的最大传输速率为2400bps,已经不能满足现代化条件下高速数据传输的需求[2]。将信号传输带宽扩展到24kHz,即可获得更高的传输速率又可以提高信息传输的可靠性[3～4]。但是,由于短波信道条件比较复杂,且信道资源比较有限,在短波宽带信道内会存在单音或者窄带的干扰信号[5]。带内存在干扰时会对波形性能有比较大的影响,本文研究了24kHz宽带短波信道内存在3kHz窄带干扰时的符号同步性能,并给出了相应的仿真。

2 SC-FDE系统框图

随着短波通信传输带宽及传输速率的提高,信道多径时延的影响越来越突出。单载波频域均衡(SC-FDE)技术以其良好的抗多径能力和较低的运算复杂度而成为了一种重要的宽带无线传输抗多径技术[6]。SC-FDE系统主要包括三部分:第一部分是发送端基带信号处理部分,包括编码、调制映射、插入辅助序列、组帧等模块;第二部分为宽频带射频收发信机部分,包括数字变频器,宽带收发信机等模块;第三部分为接收端基带信号处理部分,包括同步、信道估计、频域均衡、解调、译码等模块。本文仿真系统的发送、接收工作原理框图如图1所示[7]。

图1 SC-FDE数据传输系统工作原理框图

3 同步算法

能否准确同步是信息可靠传输的前提。在SC-FDE系统中,符号定时同步的目的是使接收端得到与发送端周期相同的SC-FDE符号序列,即确定FFT窗口的起始位置[8～9]。本文采用具有很好自相关特性的伪随机序列作为同步序列,采用相关FFT算法实现符号定时同步。该算法将接收信号和本地已知序列相关后经FFT转换到频域,在频域内找最大,每滑动一次窗口均计算一次最大值,当最大值超过判决门限后即认为粗同步点就在该点附近[10～11]。并在粗同步点附近找过门限的最大值点,把该点作为符号同步的起始点。

粗同步过程描述如下。假设接收信号和本地已知序列分别为r(m)和t(m),同步序列长度为N。首先用本地已知同步符号t(m)与接收信号r(m)进行滑动相关以及FFT操作,则时刻n滑动相关器及FFT变换后的输出可以表示为

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时刻滑动相关器的输入信号,即起始时刻为n,长度为N的接收信号序列。然后在频域内查找最大值,与门限值进行比较判断是否有信号到来。

4 仿真结果及性能分析

仿真中采用的同步序列是长度512的伪随机序列,有用信号的带宽为24kHz,干扰信号带宽为3kHz。图2(a)所示为无干扰时24kHz接收信号频谱图,图2(b)所示为信号干扰的比值即信干比(SIR)0dB时接收信号的频谱图。从图中可以看出窄带干扰信号明显改变了带宽为24kHz的SC-FDE信号的频谱。

图3所示为信干比一定的条件下,宽带SC-FDE波形的同步概率与信噪比关系的曲线图。SIR=0dB表示所加窄带干扰的功率与信号功率的比值是0dB。

图2 接收信号频谱图

图3 同步概率图

从仿真结果可以看出:在高斯信道条件下,带宽内无干扰,信噪比SNR为-10dB时同步概率可达到100%;信号干扰比SIR为0dB时,信噪比-6dB同步概率可到100%;当SIR=-5dB时,信噪比-3dB同步概率可到100%;当SIR=-10dB时,信噪比需6dB才能使同步概率可到100%。由此可以看出宽带SC-FDE系统的同步概率受窄带干扰的影响比较大。随着干扰信号逐渐增大,同步概率逐渐减小。当宽带短波信道环境中存在较大窄带干扰时,要实现信号的可靠传输,需提高传输信号的信噪比或者对带内的窄带干扰信号进行抑制来提高符号同步的概率。

5 结语

本文研究了短波25kHz SC-FDE系统带内存在窄带干扰时的符号同步的概率。带内存在窄带干扰时会严重影响数据传输的可靠性,随着窄带干扰信号能量的逐渐增加,符号同步概率逐渐减小。为了提高传输可靠性需要增大信号传输的功率或者通过窄带干扰抑制来提高接收信号的同步概率。对带内窄带干扰的抑制将作为以后研究的一个方向。

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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

汤军,男,高级工程师,研究方向:军事通信与信息系统。杨瑞,女,助理工程师,研究方向:短波通信技术,单载波频域均衡。盛文钦,男,助理工程师,研究方向:短波通信技术。易观理,男,工程师,研究方向:短波通信技术。

TN914

10.3969/j.issn1672-9730.2015.08.020