基于空时分组编码的SC-FDE高速移动跳频通信系统信道估计算法

孟旭东

摘要：分集技术广泛应用无线移动通信系统中，利用空间分集除了提高系统增益，还可有效抑制信道衰落，提高系统的稳定性。单载波具有峰均比低和功放效率高等优点。介绍了一种适用于高移速突发通信系统下，基于空时分组编码Space Time Block Coding，（STBC）单载波频域均衡（SignalCarrier FrequencyDomain Equalization，SC-FDE）技术的信道估计、均衡算法。该方法新颖，实现复杂度低，且估计信道更准确，同时可解决部分符号定时不准确的问题。验证结果表明，在多径扩展较大的信道中仍可获得较高的频率分集增益。

关键词：单载波频域均衡；空时分组编码；跳频通信；LS

中图分类号：TN911文献标志码：A文章编号：1008-1739（2022）15-58-5

0引言

高速移动、宽带、跳频突发通信系统中，均衡技术的应用必不可少。为了提高通信的可靠性，分集技术广泛应用于无线系统中，多天线传输可获得空间分集增益，有效抑制信道的频率选择性衰落，降低误码率。

空间分集可以通过空时分组编码（Space Time Block Coding，STBC）予以实现。STBC是一种可以使MIMO天线达到满分集的编码技术，原理是利用MIMO中多天线同时发射、接收信号实现空间编码分集，利用不同天线在一定周期内多个时刻发射相同的信息实现时间编码分集，并使所有的空域与时域编码保持相互正交。

采用多天线STBC设计，结合均衡技术能够抵抗等幅双径信道的零点影响，具备抗信道深衰落的能力。

1信道相干带宽和相干时间分析

1.1信道相干带宽分析

3.4信道估计算法改进提升

在多发射天线情况下，不同发射信号到达接收天线的时间可能不同，且不同收发信道的多径分布也不同，最大径位置不同，而且最大径之间时间差不一定是整数倍符号时间，这使得在单倍符号速率上处理变得较为复杂。为克服该问题，采用在高倍采样上进行处理，在高倍采样上估计信道、变换到频域，同时将高倍采样数据分组也变换到频域，在频域均衡和在频域收集能量，直接将均衡后的频域数据处理成单倍符号，并变换到时域检测。

该方法简单新颖，复杂度低，在高倍采样上估计信道更准确，且分数倍均衡性能更好，同时解决了符号定时问题。

4空时编码SC-FDE算法性能仿真

为验证基于STBC的SC-FDE信道估计算法的性能，设计实现了基于块STBC的SC-FDE系统仿真模型，并实现频域LS信道估计算法。空时分码SC-FDE通信系统无线帧结构如图2所示。

信道估计对QPSK调制STBC SC-FDE传输性能影响。H1信道模型参数如表1所示。H2信道模型参数如表2所示。

QPSK调制，频谱效率1.1 bit/s/Hz，改进H1，H2信道，SC-FDE系统传输性能如图3和图4所示。蓝色曲线分别代表2×1及2×2 SC-FDE系统使用理想信道估计得到差错性能曲线；红色曲线分别代表2×1及2×2 SC-FDE系統采用LS信道估计得到的差错性能曲线。

曲线比较表明，采用LS信道估计的差错性能曲线与理想信道估计性能曲线保持平行，表明信道估计算法不会造成系统分集增益的损失；另外，信道估计曲线向右侧的平移不超过0.5 dB，表明信道估计带来信噪比的损失非常小，信道估计算法有效。

QPSK調制SISO，STBC SC-FDE系统传输性能对比如图5和图6所示。

由图5和图6可以看出，对于SISO SC-FDE系统性能曲线，信噪比每增加10 dB，差错性能曲线下降一个数量级，即该曲线分集增益为1；对于2×1 SC-FDE系统性能曲线，信噪比每增加10 dB，差错性能曲线下降二个数量级，表明该曲线分集增益为2；对于2×2SC-FDE系统性能曲线，信噪比增加5 dB（由6 dB增加12 dB），差错性能下降二个数量级，表明该曲线分集增益为4。SC-FDE系统在H2信道传播环境下性能优于H1信道性能。原因是H2信道多径扩展大于H1信道，SC-FDE系统在H2信道可获得更多的频率分集增益。

5结束语

本文理论推导给出基于STBC的SC-FDE通信系统的信道估计及均衡算法，并仿真研究该系统在不同信道的传输性能。研究表明，基于STBC的SC-FDE信道估计算法可有效抑制信道衰落，提高系统的稳定性。

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