单载波频域均衡技术分析样本.doc

二单载波频域均衡技术2.1单载波频域均衡系统简介在对抗多径衰落信道方面，基本传播技术可以分为多载波和单载波两大类。在多载波传播技术中，最具代表性是OFDM技术，它通过IFFT变换将原始数据符号调制到正交子载波上；在单载波传播技术中，需要在接受端采用均衡器来补偿码间串扰，均衡可以采用老式时域滤波器，也可以在频域进行，相应系统分别成为单载波时域均衡系统(SC—TDE)和单载波频域均衡系统(SC—FDE)。单载波频域均衡系统结合了OFDM系统和单载波时域均衡系统长处，在复杂度和性能折衷方面优于后两者。单载波频域均衡系统框图如图15所示。图15单载波频域系统框图在发射端，信源产生比特流通过调制得到符号序列后，一方面通过度块操作成长度为N数据块，其中（67）将每个快最后个符号拷贝到块首作为循环前缀，得到长度为数据块，构成发射符号序列，通过多径衰落信道和噪声方差AWGN信道到达接受端。在接受端，接受到信号提成长度为数据块，其中。然后对每个酷爱进行删除循环前缀操作，得到。使用点FFT将信号变换到频域中，得到频域序列。在频域通过均衡解决后序列，再通过点IFFT操作变换回时域序列，在时域进行判决，得到重建数据符号。单载波频域均衡系统构造与OFDM系统相似，两者都采用分块传播和循环前缀构造，都使用FFT/IFFT进行信号解决。单载波频域均衡系统具备低峰均比，除了峰均比优势外，单载波频域均衡系统还具备如下长处：1）与OFDM系统近似相似低复杂度;两者每比特需要乘法次数均与时延扩展对数成正比；2）抗载波频偏和相位噪声性能优于OFDM系统。但是单载波频域均衡系统不像OFDM通过并行传播减少了相对时延扩展，因而抗衰落能力不如OFDM。1.2单载波频域均衡技术原理1.2.1信号模型咱们推导基于图1所示模型。第个数据矢量为：（68）添加CP后，得到维矢量（69）上式中维矩阵表达添加循环前缀操作，其中。表达维零矩阵，表达维单位阵。多径衰落信道冲激响应用长度为L矢量表达，其作用为线性卷积，如下式所描述（70）令表达第个接受数据块矢量，表达噪声矢量，则通过信道后有其中：是维下三角矩阵。是维上三角矩阵。表达由前一种数据块多径延迟效果叠加到当前块而产生块间干扰（IBI）。令维矢量表达删除CP后第格数据块，即（71）上式中维矩阵表达删除CP操作，。当时，有，也就是消除了IBI，这样上式可以改写为（72）其中是为循环矩阵，具备如下形式：可知，当发射端采用分块传播和添加CP操作时，多经信道线性卷及效果等于圆周卷积，这样在接受端删除CP后，信道传播矩阵成为循环矩阵。依照矩阵理论知识，循环矩阵可以被Fourier变换矩阵对角化，即（73）其中F为FFT变换矩阵，其第个元素为，为IFFT变换矩阵，其第个元素为，，为对角阵，其中是信道冲激响应矢量N点FFT第系数。删除CP后数据块进行N点FFT操作及相称于（72）式两端左乘F，有（74）其中为FFT模块输出第个维矢量，将（72），（73）式代入（74）式有，（75）令（76）为第个数据符号矢量通过N点FFT变换后得到维频域矢量。（77）为噪声矢量N点FFT变换后得到维频域矢量，（75）式可以改写为（78）（78）式可以用图2描述如下。图2SC-FDE接受端频域并行解决模型可以看到，多径频率选取性衰落信道转化为频域N个并行子信道，每个子信道仅由涉及一种乘性抽头系数和一种加性白噪声。可以使用简朴N阶频域线性均衡器来实现均衡操作，涉及迫零均衡器和MMSE均衡器，这些将在下一小节中详细描述。除了简朴线性均衡外，也可以采用更复杂判决反馈均衡来实现频域均衡。可以采用简朴前向线性均衡器对通过FFT变换和删除CP后频域接受矢量进行均衡，可以用下式表达：（79）其中为均衡器系数矢量。迫零均衡器：（80）MMSE均衡器：设噪声方差为令，有（81）其中令，得到MMSE均衡器：（82）1.2.2单载波频域均衡与OFDM比较单载波频域均衡与OFDM共同之处在于：1）都是基于分块传播技术，都采用循环前缀来消除IBI；2）都采用FFT/IFFT运算；第一点使得在每个数据块解决时间内，数据矢量具备周期性，这样信号矢量与信道矢量线性卷积等同于圆周卷积，也就是信道传播矩阵呈现循环特性。第二点保证了信号解决复杂度减少，同步由于频域信道矩阵呈现简朴对角特性，OFDM信道均衡和单载波频域线性均衡系统均衡解决都是基于数据块简朴乘法，不需要复杂非对角阵求逆操作，因而两者在复杂度上大大优于老式单载波时域均衡系统。OFDM系统与单载波频域线性均衡系统重要差别在于IFFT模块位置和作用：在OFDM系统中IFFT模块位于发射端，作用是将数据复用到并行子载波上。而在单载波频域均衡系统中，IFFT模块位于接受端，作用是将通过均衡信号变换回时域。对于相似FFT长度，两者信号解决复杂度相似。在