0 引言

    E波段微波傳輸系統(tǒng)是超大容量點(diǎn)到點(diǎn)的無線傳輸系統(tǒng),，工作在71～76 GHz和81～86 GHz頻段,，能夠提供Gb/s以上的數(shù)據(jù)傳輸速率，是未來無線回傳網(wǎng)絡(luò)的解決方案^[1-2],。

    微波傳輸以視距傳播為主,，無線信道特性相對(duì)較好，但是難以避免會(huì)受到大氣,、地面,、高大建筑物的折射和反射等影響，并且收發(fā)機(jī)的非理想特性也會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的衰落和失真,。多徑信道的影響須在接收機(jī)中進(jìn)行均衡予以消除,，其中頻域均衡因復(fù)雜度低得到較多應(yīng)用^[3],。傳統(tǒng)的頻域均衡需要在數(shù)據(jù)塊之間插入循環(huán)前綴,，保證循環(huán)前綴的長(zhǎng)度大于多徑信道的最大時(shí)延，以避免數(shù)據(jù)塊之間的混疊干擾,，卻會(huì)帶來傳輸效率上的損失^[4],。

    為了提高傳輸效率，E波段微波傳輸系統(tǒng)采用不插入循環(huán)前綴的單載波塊傳輸方式,，利用塊間干擾只會(huì)影響數(shù)據(jù)塊邊緣的性質(zhì)^[5-7],，設(shè)計(jì)了頻域交疊均衡技術(shù)方案，以抑制塊間干擾的影響,。本文第1節(jié)首先對(duì)塊間干擾分布進(jìn)行分析,，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)設(shè)計(jì)頻域交疊均衡算法的流程,，并對(duì)算法復(fù)雜度進(jìn)行分析，在第2節(jié)將進(jìn)行系統(tǒng)仿真測(cè)試和性能評(píng)估,。

1 頻域交疊均衡技術(shù)方案設(shè)計(jì)

    E波段微波傳輸系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)如圖1所示,。每幀信號(hào)由前導(dǎo)序列、頭信息以及若干個(gè)數(shù)據(jù)塊組成,。其中,，前導(dǎo)序列用于定時(shí)同步和信道估計(jì)；頭信息包含了鏈路質(zhì)量,、調(diào)制類型以及糾錯(cuò)編碼等信息,；數(shù)據(jù)塊中周期性地插入導(dǎo)頻符號(hào)，主要用于矯正相位噪聲,、采樣偏差以及載波頻偏,。

    由于數(shù)據(jù)塊之間沒有插入循環(huán)前綴，這樣會(huì)產(chǎn)生塊間干擾^[8-9],。如圖2所示,，數(shù)據(jù)塊的前端數(shù)據(jù)受到前一個(gè)數(shù)據(jù)塊的尾部數(shù)據(jù)的干擾，數(shù)據(jù)塊的尾部數(shù)據(jù)會(huì)對(duì)下一個(gè)數(shù)據(jù)塊的前端數(shù)據(jù)產(chǎn)生干擾,。分析發(fā)現(xiàn),，塊間干擾只存在于數(shù)據(jù)塊邊緣，而不會(huì)延伸到整個(gè)數(shù)據(jù)塊中[10],。利用這種性質(zhì),，可以通過從交疊的FFT數(shù)據(jù)塊中抽取中間未被塊間干擾影響的部分，將其合并為接收數(shù)據(jù)來抑制塊間干擾,。

    根據(jù)上述思想,，可以設(shè)計(jì)頻域交疊均衡的技術(shù)方案，如圖3所示,。具體算法流程為：

    (1)首先,，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)度為N的滑動(dòng)FFT加窗，F(xiàn)FT窗之間相互交疊,，交疊區(qū)域中符號(hào)的個(gè)數(shù)為2×D,。其中，D表示數(shù)據(jù)塊邊緣受到塊間干擾影響的符號(hào)個(gè)數(shù),，由多徑信道的頻率選擇性衰落決定,；

    (2)分別對(duì)交疊的FFT數(shù)據(jù)塊進(jìn)行頻域均衡和IFFT運(yùn)算，得到時(shí)域數(shù)據(jù),；

    (3)抽取中間未被塊間干擾影響的M=N-2×D個(gè)符號(hào),；

    (4)最后，將每次抽取得到的M個(gè)符號(hào)進(jìn)行組合，就可以得到未被塊間干擾影響的接收數(shù)據(jù),。

    相較于傳統(tǒng)的頻域均衡技術(shù)（插入循環(huán)前綴的頻域均衡技術(shù)）,，頻域交疊均衡技術(shù)實(shí)際上是以犧牲一定量的系統(tǒng)復(fù)雜度來換取傳輸效率的提升。表1對(duì)這兩種均衡技術(shù)的算法復(fù)雜度和傳輸效率進(jìn)行了分析,。其中,，N為FFT點(diǎn)數(shù)；L_cp為需要插入的循環(huán)前綴的長(zhǎng)度,；η為采用頻域交疊均衡技術(shù)的系統(tǒng)傳輸效率,；表征了FFT窗的交疊程度，它隨著M值的增大而不斷減小,。在傳統(tǒng)的頻域均衡技術(shù)中,，需要插入的循環(huán)前綴的長(zhǎng)度一般要求大于多徑信道的最大時(shí)延，并且小于1/8倍的數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度,，因此采用頻域交疊均衡技術(shù)最大可以提高25%的傳輸效率,。

2 仿真實(shí)驗(yàn)與性能評(píng)估

    為了驗(yàn)證本文所提出的頻域交疊均衡技術(shù)的可行性與有效性，以下將通過MATLAB軟件對(duì)塊間干擾分布以及誤碼率性能進(jìn)行仿真測(cè)試,。

    E波段微波傳輸系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖4所示,，發(fā)送端包括編碼、調(diào)制,、濾波和上變頻模塊,，多徑信道采用頻率選擇性衰落的萊斯信道，加入加性高斯白噪聲,，接收端包括下變頻,、濾波、均衡以及解調(diào)和解碼模塊,。仿真參數(shù)如表2所示,。

    根據(jù)圖4所示的系統(tǒng)框圖和表2中的仿真參數(shù)，對(duì)不同F(xiàn)FT點(diǎn)數(shù)下的塊間干擾分布進(jìn)行仿真,，如圖5～圖7所示,。其中，橫坐標(biāo)為數(shù)據(jù)塊中各符號(hào)的標(biāo)示,，縱坐標(biāo)為接收數(shù)據(jù)塊與發(fā)送數(shù)據(jù)塊的誤差向量幅度（EVM）,。從仿真結(jié)果來看，EVM曲線在數(shù)據(jù)塊邊緣均出現(xiàn)明顯上升(N=128時(shí)上升的幅度為15 dB左右,，N=256時(shí)為20 dB左右,，N=512時(shí)為30 dB左右),，由此可見,，數(shù)據(jù)塊邊緣的序列受到的塊間干擾比較大，而中間部分受到的塊間干擾比較小，仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)思想一致,。對(duì)比3種情況下的EVM曲線發(fā)現(xiàn),，隨著FFT點(diǎn)數(shù)N的增大，EVM值不斷減小,，殘留的塊間干擾和符號(hào)間干擾較小,，均衡效果更好。

    圖8描述了不同的M取值情況下的系統(tǒng)誤碼率性能,，仿真時(shí)FFT點(diǎn)數(shù)N取256,。從仿真結(jié)果來看，抽取的中間序列長(zhǎng)度M分別為64,、128,、192和240時(shí)，誤碼率曲線幾乎重合,。當(dāng)信噪比為16 dB時(shí),，系統(tǒng)誤碼率可達(dá)10-3左右，表明此時(shí)的塊間干擾已基本得到消除,，為了減少計(jì)算復(fù)雜度,，可以選取比較大的M值。當(dāng)抽取的中間序列長(zhǎng)度M為256時(shí),，由于沒有去除兩端受到塊間干擾影響比較大的序列,，誤碼率曲線隨著信噪比的升高出現(xiàn)了平臺(tái)。所以,，在實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用時(shí),，M的取值不宜過大，這樣可能導(dǎo)致塊間干擾得不到消除,；同時(shí)M也不宜過小,，這樣會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜度的增加。

3 結(jié)論

    在高速率寬帶無線通信系統(tǒng)中,，為了提高系統(tǒng)吞吐量,，需要盡可能減小鏈路傳輸?shù)娜哂嚅_銷。本文針對(duì)E波段微波傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)了頻域交疊均衡技術(shù)方案,，并詳述了算法流程,。該方案不需要插入循環(huán)前綴，能夠有效消除塊間干擾影響,，當(dāng)信噪比為16 dB時(shí),，系統(tǒng)誤碼率可達(dá)10^-3左右，滿足無線傳輸?shù)目煽啃砸蟆?/p>

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