超高速通信系统论文范文

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1OFDM系统分析

一些传统的调制技术对于超高速移动产生的多普勒频移有较大的容忍度。然而、未来空－空通信网中宽带传输（包括高清图像和高清视频）是必然的需求和发展趋势。从宽带传输的需求看，OFDM在超高速通信系统中仍然是具有较强竞争力的调制技术，尽管它对频偏比较敏感。因此对于超高速移动宽带通信系统，本文仍然以OFDM调制为研究对象。OFDM传输系统的结构如图1所示。为了消除码间串扰和载波间干扰，OFDM系统根据DFT的循环移位性质，采用循环前缀序列替代空白的保护间隔，如图2所示，即将每个待发送的时域符号的最后Ng个数据复制到符号的起始位置（发送的数据的长度从N变为Ng＋N）。（4）式中第1项为FFT变换后的有用信号，可以看到其幅度和相位都包含了相对频偏和信道信息。由于频偏的存在和信道的影响，接收序列存在子载波间干扰（式中第2项）。

2基于循环前缀的短时频偏估计

由上述分析可知，频偏的存在和信道的影响会使得接收序列Y（k）不等于发送序列X（k），同时会产生子载波间的干扰。因此必须在FFT处理前进行频偏和信道的估计与补偿。本文利用循环前缀进行短时频偏估计，即在一个FFT数据帧内进行估计。该方法比利用导频的频偏估计具有更好的实时性，更适合于高速和超高速移动场景。在频偏估计中还需考虑多径传输问题。多径信道的时延会导致上一个数据符号“污染”下一个数据符号的循环前缀。假定等效基带信号的最大多径时延为L，即循环前缀的前L个数据中有多径干扰。为了降低频偏估计误差，实际计算时（11）式修正为。

3仿真结果与分析

为了验证本文频偏信道联合估计的算法性能，采用Matlab软件构建超高速移动OFDM系统通信平台，结合典型城市信道的实际传输条件设计了如下仿真无线信道仿真参数：高速OFDM系统共有256个子载波，系统采用16QAM调制，采用块状导频结构，循环前缀CP＝64。信道多径数为5，各径时延在0～12μs均匀分布，各径功率（τi）按e－τi／τmax衰减，其中τi为第i路径时延。本文中均方根时延τrms取为4μs。

3．1频偏估计误差影响实验为了验证多普勒频偏估计误差对于传统信道估计算法的性能影响，设计验证实验，设置系统信噪比SNR－dB＝20dB，系统频偏为800Hz，多普勒频偏估计误差从0Hz每次增加20Hz一直到200Hz，观察各个多普勒频偏对信道估计性能的影响。实验结果如图3所示。图3所示使用传统的LS算法和LMMSE算法进行信道估计，在多普勒频偏误差为0Hz时，信道估计误码率较小，估计性能好。随着多普勒频偏估计误差增加，信道估计性能急剧恶化，在多普勒频偏为200Hz时，2种信道估计算法误码率都在0．07左右，此时信道估计的误码率已经不能满足信道估计的误码率要求。通过实验可以验证多普勒频偏对信道估计性能影响较大，在多普勒频偏较大时，传统的信道估计的误码率较大，估计性能不能满足实际传输需求。通过该实验可知较小的多普勒频偏估计误差对OFDM系统产生较大的性能恶化，本文设计的实时频偏可以实际估计频偏变化，大大提高频偏估计的实时性和准确性。

3．2频偏估计算法性能验证为了验证基于循环前缀的频偏估计性能，进行了Moose算法、SC算法和本文的频偏估计的对比实验，设置系统的归一化频偏为0．1时3种算法的频偏估计均方误差（LMMSE）的对比实验，实验结果如图4所示。由图4可知，Moose算法的频偏估计性能最好，本文算法和性能较好的SC算法性能差异不明显。本文算法是盲估计算法，利用循环前缀的冗余信息，相比于SC算法、Moose算法，不需要训练序列，降低了系统的数据利用率，且能够和传统信道估计的算法相结合，不需要改变信道估计的导频序列，综上本文的算法性能较好。但本文算法是基于循环前缀的，故对循环前缀的数量有要求，本文循环前缀长度是数据符号长度的1／4。上述实验过程验证了多普勒频偏对于信道估计的影响，通过分析实验结果，本文设计的频偏估计算法具有较好的估计性能。

4结束语

本文针对超高速通信系统中多普勒频移对于传统信道估计算法的性能影响，提出了一种实时频偏估计算法。在分析了超高速通信系统结构基础上，根据循环前缀包含的频偏信息，设计了一种多普勒频移的实时估计算法，克服传统算法多普勒频偏估计滞后性的缺点对信道估计性能的影响。在搭建系统信道模型的基础上，通过设计的实验方案考察了多普勒频偏对信道估计的性能影响。基于循环前缀的频偏估计算法性能的验证实验，表明设计的频偏估计算法具有较好的估计性能，在超高速移动通信系统中具有应用价值。

作者：但德东丁志中单位：中国电子科技集团公司第五十四研究所