SC-FDE系统的研究与仿真

袁一品

SC-FDE系统的研究与仿真

袁一品

成都理工大学信息科学与技术学院，四川 成都 610059

目前出现了一种新型的无线通信技术被称为单载波频域均衡技术（SC-FDE）。它的优点在于结合了传统单载波与OFDM技术。但是SC-FDE更有优势，主要展现在对抗信道的频率选择性衰落、大容量、高速率信息传输方面，并且能够避免OFDM技术带来的不足，已经成为当今无线通信技术的发展热点。基于此，主要研究了如何实现简单的SC-FDE系统，了解了SC-FDE的基本原理和基本概念、主要模块组成和应用场景。通过分析SC-FDE产生的原因得出了相比传统单载波和OFDM系统的优点，并且通过Matlab仿真实现了SC-FDE的简单模块。

单载波；码间干扰；误码率；SC-FDE；OFDM

1 SC-FDE研究背景和现状

多媒体业务的出现以及更高要求的提出都是针对无线通信中的接入技术和数据传输速率而言的。现在通信技术对于码元的传输速率要求越来越高，导致需要更宽的传输带宽。正交频分复用（Orthogonal Frequency Multiplexing，OFDM）就是在这种形式下得到发展的。现在OFDM已经被广泛地应用于各个领域，但是OFDM也有自身的缺点：

（1）要求各个子载波能够正交，因此对频率偏移、相位噪声要求很高[1]。

（2）各个子载波之间是独立的，导致峰值功率/均值功率的值较大。

H.Sari 等人在 1994 年提出了SC-FDE 技术的概念，但是由于当时人们关注的中心还是 OFDM 技术和 MC-CDMA 技术，因此SC-FDE技术一直没有得到发展。近几年，随着发表有关SC-FDE技术的论文逐渐增多，再加上2003 年 802.16a 协议将 SC-FDE与 OFDM、OFDMA 一起作为物理层传输方案，国内外开始深入研究 SC-FDE[2]。

2 SC-FDE系统的基本概念及原理

2.1 SC-FDE系统概述

对抗多径衰落方面比较有效的一种技术是单载波频域均衡（Single Carrier Frequency Domain Equalization，SC-FDE）[3]。与单载波系统相比，单载波频率均衡在增强对抗多径的能力的同时却降低了均衡器的复杂度。相对于OFDM系统来说，单载波频域均衡技术更有优势，主要是对抗信道的频率选择性衰落和信息传输上的高速度、大容量，并且能够避免OFDM技术的不足，已经成为当今无线通信技术的发展热点。

2.2 SC-FDE的基本原理

图1 SC-FDE系统结构图

从整个系统上来分析，如图1表示的SC-FDE系统结构图，单载波频域均衡系统与传统的系统不同的是发射端的系统采用的插入循环前缀（UW/CP）这个过程不同于一般通信系统。接收端的过程是系统的同步、傅立叶变换及其反变换和频域均衡的过程。所以在实际中的应用增加调制解调和编码译码以及滤波处理过程是为了提高系统性能[4]。

2.3 SC-FDE 的优缺点

相对于OFDM系统来说，SC-FDE系统采用的单载波传输保留了OFDM系统处理信号的方法，而且单载波传输的优点是OFDM和单载波的有效结合。

（1）相似的均衡性能是SC-FDE和OFDM共同的优点，但是当其在抗频率选择性衰落严重时它们两个的复杂度却远远小于时域均衡。

（2）相对OFDM来说，SC-FDE降低了载波频偏和相位噪声敏感度，降低了对同步精度的要求。

（3）峰均比低，SC-FDE无需要使用昂贵的线性放大器。

（4）SC-FDE插入了保护间隔，可以防止符号间干扰（ISI）和载波间干扰（ICI）。

3 SC-FDE系统的仿真

3.1 使用 Matlab/SIMULINK 进行通信系统设计

Matlab的出现让通信系统的仿真可以利用计算机实现，操作非常方便，只要输入的参数不同就可以得到不同情况下系统的性能[5]。Matlab在数据的观测和结果的储存方面也很方便。最主要的是能够实时观察到结果的变化，这就是其在通信领域的优势。本次仿真采用的是Matlab中的SIMULINK组件。

3.2 SC-FDE系统仿真

SC-FDE仿真系统可大致分为发射机、信道和接收机以及误码率统计几个部分（具体见图2）：

（1）发射机实现的功能：产生数据信号后，经过平方根升余弦滤波和有循环前缀形成帧结构。

（2）信道部分：实现多径信道的高斯噪声，用数字滤波器来模拟多径效应。通过信号中的高斯白噪声实现整个信道的仿真。

图2 SC-FDE仿真系统结构

4 结论及展望

本文研究的是SC-FDE系统研究与仿真。从单载波系统出发研究了基于宽带无线系统的单载波技术，然后通过分析OFDM技术存在的不足和需要解决的难题提出了SC-FDE技术。基于SC-FDE系统存在的时间和现如今越来越成熟的研究方案，在此基础上SC-FDE系统能够解决OFDM系统存在的问题和不足之处，这就使得SC-FDE技术成为目前研究的热点[6]。

从整个系统上看经过本次Matlab仿真我们可以知道在无线通信系统中均衡器是一个不可或缺的部分，有了频域均衡技术可以对抗信道对信号造成的影响。在当今社会SC-FDE是被普遍关注的一个热点同时也是一项很有前景的技术。由于本文时间有限只研究了部分内容，相关研究的地方还有许多不足之处。

[1]邓华.Matlab通信仿真及应用实例详解[M]．北京：人民邮电出版社，2003.

[2]丁玉美，高西全．数字信号处理[M]．2版.西安：西安电子科技大学出版社，2001.

[3]唐杰敏，葛万成．单载波频域均衡系统的研究[J]．电脑知识与技术，2007（20）：347-348.

[4]江舟.单载波频域均衡系统中关键技术的研究与实现[D].上海：同济大学，2007.

[5]陈晨.单载波频域均衡（SC-FDE）系统研究和实现[D].杭州：浙江大学，2006.

[6]王新征.OFDM与 SC-FDE中的信道估计与均衡[D]. 济南：山东大学，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