袁一品

SC-FDE系統(tǒng)的研究與仿真

袁一品

成都理工大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610059

目前出現(xiàn)了一種新型的無(wú)線通信技術(shù)被稱為單載波頻域均衡技術(shù)（SC-FDE）。它的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)合了傳統(tǒng)單載波與OFDM技術(shù)。但是SC-FDE更有優(yōu)勢(shì)，主要展現(xiàn)在對(duì)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(shù)帶來(lái)的不足，已經(jīng)成為當(dāng)今無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展熱點(diǎn)。基于此，主要研究了如何實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的SC-FDE系統(tǒng)，了解了SC-FDE的基本原理和基本概念、主要模塊組成和應(yīng)用場(chǎng)景。通過(guò)分析SC-FDE產(chǎn)生的原因得出了相比傳統(tǒng)單載波和OFDM系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，并且通過(guò)Matlab仿真實(shí)現(xiàn)了SC-FDE的簡(jiǎn)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(xiàn)狀

多媒體業(yè)務(wù)的出現(xiàn)以及更高要求的提出都是針對(duì)無(wú)線通信中的接入技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸速率而言的?，F(xiàn)在通信技術(shù)對(duì)于碼元的傳輸速率要求越來(lái)越高，導(dǎo)致需要更寬的傳輸帶寬。正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Multiplexing，OFDM）就是在這種形式下得到發(fā)展的?，F(xiàn)在OFDM已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，但是OFDM也有自身的缺點(diǎn)：

（1）要求各個(gè)子載波能夠正交，因此對(duì)頻率偏移、相位噪聲要求很高[1]。

（2）各個(gè)子載波之間是獨(dú)立的，導(dǎo)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(shù)的概念，但是由于當(dāng)時(shí)人們關(guān)注的中心還是 OFDM 技術(shù)和 MC-CDMA 技術(shù)，因此SC-FDE技術(shù)一直沒(méi)有得到發(fā)展。近幾年，隨著發(fā)表有關(guān)SC-FDE技術(shù)的論文逐漸增多，再加上2003 年 802.16a 協(xié)議將 SC-FDE與 OFDM、OFDMA 一起作為物理層傳輸方案，國(guó)內(nèi)外開始深入研究 SC-FDE[2]。

2 SC-FDE系統(tǒng)的基本概念及原理

2.1 SC-FDE系統(tǒng)概述

對(duì)抗多徑衰落方面比較有效的一種技術(shù)是單載波頻域均衡（Single Carrier Frequency Domain Equalization，SC-FDE）[3]。與單載波系統(tǒng)相比，單載波頻率均衡在增強(qiáng)對(duì)抗多徑的能力的同時(shí)卻降低了均衡器的復(fù)雜度。相對(duì)于OFDM系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，單載波頻域均衡技術(shù)更有優(yōu)勢(shì)，主要是對(duì)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(shù)的不足，已經(jīng)成為當(dāng)今無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展熱點(diǎn)。

2.2 SC-FDE的基本原理

圖1 SC-FDE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

從整個(gè)系統(tǒng)上來(lái)分析，如圖1表示的SC-FDE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，單載波頻域均衡系統(tǒng)與傳統(tǒng)的系統(tǒng)不同的是發(fā)射端的系統(tǒng)采用的插入循環(huán)前綴（UW/CP）這個(gè)過(guò)程不同于一般通信系統(tǒng)。接收端的過(guò)程是系統(tǒng)的同步、傅立葉變換及其反變換和頻域均衡的過(guò)程。所以在實(shí)際中的應(yīng)用增加調(diào)制解調(diào)和編碼譯碼以及濾波處理過(guò)程是為了提高系統(tǒng)性能[4]。

2.3 SC-FDE 的優(yōu)缺點(diǎn)

相對(duì)于OFDM系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，SC-FDE系統(tǒng)采用的單載波傳輸保留了OFDM系統(tǒng)處理信號(hào)的方法，而且單載波傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是OFDM和單載波的有效結(jié)合。

（1）相似的均衡性能是SC-FDE和OFDM共同的優(yōu)點(diǎn)，但是當(dāng)其在抗頻率選擇性衰落嚴(yán)重時(shí)它們兩個(gè)的復(fù)雜度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于時(shí)域均衡。

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

（3）峰均比低，SC-FDE無(wú)需要使用昂貴的線性放大器。

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

3 SC-FDE系統(tǒng)的仿真

3.1 使用 Matlab/SIMULINK 進(jìn)行通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

Matlab的出現(xiàn)讓通信系統(tǒng)的仿真可以利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，操作非常方便，只要輸入的參數(shù)不同就可以得到不同情況下系統(tǒng)的性能[5]。Matlab在數(shù)據(jù)的觀測(cè)和結(jié)果的儲(chǔ)存方面也很方便。最主要的是能夠?qū)崟r(shí)觀察到結(jié)果的變化，這就是其在通信領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。本次仿真采用的是Matlab中的SIMULINK組件。

3.2 SC-FDE系統(tǒng)仿真

SC-FDE仿真系統(tǒng)可大致分為發(fā)射機(jī)、信道和接收機(jī)以及誤碼率統(tǒng)計(jì)幾個(gè)部分（具體見圖2）：

（1）發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能：產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號(hào)后，經(jīng)過(guò)平方根升余弦濾波和有循環(huán)前綴形成幀結(jié)構(gòu)。

（2）信道部分：實(shí)現(xiàn)多徑信道的高斯噪聲，用數(shù)字濾波器來(lái)模擬多徑效應(yīng)。通過(guò)信號(hào)中的高斯白噪聲實(shí)現(xiàn)整個(gè)信道的仿真。

圖2 SC-FDE仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4 結(jié)論及展望

本文研究的是SC-FDE系統(tǒng)研究與仿真。從單載波系統(tǒng)出發(fā)研究了基于寬帶無(wú)線系統(tǒng)的單載波技術(shù)，然后通過(guò)分析OFDM技術(shù)存在的不足和需要解決的難題提出了SC-FDE技術(shù)。基于SC-FDE系統(tǒng)存在的時(shí)間和現(xiàn)如今越來(lái)越成熟的研究方案，在此基礎(chǔ)上SC-FDE系統(tǒng)能夠解決OFDM系統(tǒng)存在的問(wèn)題和不足之處，這就使得SC-FDE技術(shù)成為目前研究的熱點(diǎn)[6]。

從整個(gè)系統(tǒng)上看經(jīng)過(guò)本次Matlab仿真我們可以知道在無(wú)線通信系統(tǒng)中均衡器是一個(gè)不可或缺的部分，有了頻域均衡技術(shù)可以對(duì)抗信道對(duì)信號(hào)造成的影響。在當(dāng)今社會(huì)SC-FDE是被普遍關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)同時(shí)也是一項(xiàng)很有前景的技術(shù)。由于本文時(shí)間有限只研究了部分內(nèi)容，相關(guān)研究的地方還有許多不足之處。

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

[2]丁玉美，高西全．?dāng)?shù)字信號(hào)處理[M]．2版.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001.

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

[4]江舟.單載波頻域均衡系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2007.

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

[6]王新征.OFDM與 SC-FDE中的信道估計(jì)與均衡[D]. 濟(jì)南：山東大學(xué)，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