基于SC-FDE移動多媒體系統的設計與實現

    1  引言

    隨著無線通信技術的飛速發展，寬帶無線數據傳輸已經成為人們日益關注的焦點，尤其對于專業部門的移動應急多媒體通信，例如: 軍隊、公安、武警等。很多的國際組織都對寬帶無線傳輸系統制訂了相應的標準，其中最具有代表性的就是IEEE802.16標準體系。而由于寬帶無線接入系統的工作環境一般都存在嚴重的多徑衰落，所以尋找一種有效抵抗多徑衰落影響的傳輸技術成為這類系統物理層研究的核心問題。在IEEE802. 16a[1]協議中對物理層關鍵技術建議了兩種方案可供選擇，即OFDM（正交頻分復用）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結構和實現方法。以實際無線多媒體傳輸系統的具體要求為出發點，本文將詳細討論基于SC-FDE和分集技術的無線多媒體傳輸系統結構及其性能。

     2  系統目標及關鍵技術分析

    就本系統而言，其目標主要是在4MHz信道帶寬內實現雙向4.5Mbps的數據傳輸，即上下行總速率約為4.5Mbps。在這樣一個大的前提下，需要考慮的主要是對抗多徑時延擴展技術以及雙工方式的選取。

    寬帶無線通信系統需要應對的一個主要問題就是電磁波的傳播所引入的多徑時延擴展問題。在實際系統中所采用的對抗多徑的技術主要有OFDM、SC-FDE以及傳統的SC- TDE（單載波時域均衡）技術。

    傳統的SC-TDE首先被用于頻帶較窄的語音業務的調制解調器中。其主要缺點就是處理的復雜度較高，這點在寬帶系統中更為明顯，因此在目前的寬帶系統中大都不選用此技術。

    OFDM技術將整個頻帶分成眾多的頻帶很窄的子載波，并將調制后的符號通過這些子載波并行傳輸。在發端，利用反傅立葉變換（IFFT）將一個傳輸塊調制到各個子載波上。在收端，通過對傳輸塊進行快速傅立葉變換（FFT）就可以提取各個子載波上的信息。此外，在發端，需要在每個傳輸塊前插入一個循環前綴（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送信號與信道沖擊響應循環卷積的結果，因此可以利用FFT進行處理。OFDM系統中，對于每個符號的處理所需的乘法數目階次大致為 [2]。在大時延擴展（與符號速率相比）的環境下，與傳統的SC-TDE系統相比，OFDM無疑是一種更好的性能與復雜度折衷的方案。由于傳輸的OFDM符號是大量的調制后的窄帶子載波的和，OFDM系統具有較大的峰平比（即便系統中采用低階調制，比如QPSK），而且這一現象隨著子載波數目的增加而加劇。由于系統中功放的非線性的影響，與單載波系統相比，OFDM系統中的功放往往要回退數個dB以保證在整個信號包絡幅度范圍內的線性。這必將對無線系統的覆蓋范圍產生重大的影響，并且對于離中心站較近的移動臺，回退更進一步降低了功放的效率。此外，OFDM系統對頻偏以及相位噪聲比較敏感。

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