基于SC-FDE移動(dòng)多媒體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

    1  引言

    隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，寬帶無線數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點(diǎn)，尤其對(duì)于專業(yè)部門的移動(dòng)應(yīng)急多媒體通信，例如: 軍隊(duì)、公安、武警等。很多的國(guó)際組織都對(duì)寬帶無線傳輸系統(tǒng)制訂了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，其中最具有代表性的就是IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)體系。而由于寬帶無線接入系統(tǒng)的工作環(huán)境一般都存在嚴(yán)重的多徑衰落，所以尋找一種有效抵抗多徑衰落影響的傳輸技術(shù)成為這類系統(tǒng)物理層研究的核心問題。在IEEE802. 16a[1]協(xié)議中對(duì)物理層關(guān)鍵技術(shù)建議了兩種方案可供選擇，即OFDM（正交頻分復(fù)用）和SC-FDE（單載波頻域均衡）。雖然IEEE802. 16a提出了SC-FDE的傳輸方式，但是并沒有給出具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方法。以實(shí)際無線多媒體傳輸系統(tǒng)的具體要求為出發(fā)點(diǎn)，本文將詳細(xì)討論基于SC-FDE和分集技術(shù)的無線多媒體傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其性能。

     2  系統(tǒng)目標(biāo)及關(guān)鍵技術(shù)分析

    就本系統(tǒng)而言，其目標(biāo)主要是在4MHz信道帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)雙向4.5Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，即上下行總速率約為4.5Mbps。在這樣一個(gè)大的前提下，需要考慮的主要是對(duì)抗多徑時(shí)延擴(kuò)展技術(shù)以及雙工方式的選取。

    寬帶無線通信系統(tǒng)需要應(yīng)對(duì)的一個(gè)主要問題就是電磁波的傳播所引入的多徑時(shí)延擴(kuò)展問題。在實(shí)際系統(tǒng)中所采用的對(duì)抗多徑的技術(shù)主要有OFDM、SC-FDE以及傳統(tǒng)的SC- TDE（單載波時(shí)域均衡）技術(shù)。

    傳統(tǒng)的SC-TDE首先被用于頻帶較窄的語音業(yè)務(wù)的調(diào)制解調(diào)器中。其主要缺點(diǎn)就是處理的復(fù)雜度較高，這點(diǎn)在寬帶系統(tǒng)中更為明顯，因此在目前的寬帶系統(tǒng)中大都不選用此技術(shù)。

    OFDM技術(shù)將整個(gè)頻帶分成眾多的頻帶很窄的子載波，并將調(diào)制后的符號(hào)通過這些子載波并行傳輸。在發(fā)端，利用反傅立葉變換（IFFT）將一個(gè)傳輸塊調(diào)制到各個(gè)子載波上。在收端，通過對(duì)傳輸塊進(jìn)行快速傅立葉變換（FFT）就可以提取各個(gè)子載波上的信息。此外，在發(fā)端，需要在每個(gè)傳輸塊前插入一個(gè)循環(huán)前綴（CP），加入CP是為了避免前一傳輸塊和本傳輸塊之間干擾的，在收端，去CP后，所得到的傳輸塊是發(fā)送信號(hào)與信道沖擊響應(yīng)循環(huán)卷積的結(jié)果，因此可以利用FFT進(jìn)行處理。OFDM系統(tǒng)中，對(duì)于每個(gè)符號(hào)的處理所需的乘法數(shù)目階次大致為 [2]。在大時(shí)延擴(kuò)展（與符號(hào)速率相比）的環(huán)境下，與傳統(tǒng)的SC-TDE系統(tǒng)相比，OFDM無疑是一種更好的性能與復(fù)雜度折衷的方案。由于傳輸?shù)腛FDM符號(hào)是大量的調(diào)制后的窄帶子載波的和，OFDM系統(tǒng)具有較大的峰平比（即便系統(tǒng)中采用低階調(diào)制，比如QPSK），而且這一現(xiàn)象隨著子載波數(shù)目的增加而加劇。由于系統(tǒng)中功放的非線性的影響，與單載波系統(tǒng)相比，OFDM系統(tǒng)中的功放往往要回退數(shù)個(gè)dB以保證在整個(gè)信號(hào)包絡(luò)幅度范圍內(nèi)的線性。這必將對(duì)無線系統(tǒng)的覆蓋范圍產(chǎn)生重大的影響，并且對(duì)于離中心站較近的移動(dòng)臺(tái)，回退更進(jìn)一步降低了功放的效率。此外，OFDM系統(tǒng)對(duì)頻偏以及相位噪聲比較敏感。

    SC-FDE系統(tǒng)與OFDM系統(tǒng)具有相類似的傳輸塊結(jié)構(gòu)，即利用CP避免前一傳輸塊對(duì)本傳輸塊的干擾，并且使傳輸塊保證循環(huán)特性。與OFDM系統(tǒng)相比， SC-FDE系統(tǒng)具有較低的算法復(fù)雜度，主要原因是：均衡是在傳輸塊的基礎(chǔ)上完成的；通過FFT、IFFT以及對(duì)信道估計(jì)的逆變換處理，可以有效的降低算法復(fù)雜度并保證良好的性能。新近的研究結(jié)果表明，SC-FDE系統(tǒng)與OFDM系統(tǒng)相比，具有幾乎一樣的性能及較低的算法復(fù)雜度[3][4]?？傮w而言，SC-FDE系統(tǒng)主要具有以下一些值得注意的特性：