基于SCFDE移动多媒体系统的设计与实现

1引言 随着无线通信技术的飞速发展，宽带无线数据传输已经成为人们日益关注的焦点，尤其对于专业部门的移动应急多媒体通信，例如:军队、公安、武警等。很多的国际组织都对宽带无线传输系统制订了相应的标准，其中最具有代表性的就是IEEE802.16标准体系。而由于宽带无线接入系统的工作环境一般都存在严重的多径衰落，所以寻找一种有效抵抗多径衰落影响的传输技术成为这类系统物理层研究的核心问题。在IEEE802.16a[1]协议中对物理层关键技术建议了两种方案可供选择，即OFDM（正交频分复用）和SC-FDE（单载波频域均衡）。虽然IEEE802.16a提出了SC-FDE的传输方式，但是并没有给出具体的系统结构和实现方法。以实际无线多媒体传输系统的具体要求为出发点，本文将详细讨论基于SC-FDE和分集技术的无线多媒体传输系统结构及其性能。 2系统目标及关键技术分析 就本系统而言，其目标主要是在4MHz信道带宽内实现双向4.5Mbps的数据传输，即上下行总速率约为4.5Mbps。在这样一个大的前提下，需要考虑的主要是对抗多径时延扩展技术以及双工方式的选取。 宽带无线通信系统需要应对的一个主要问题就是电磁波的传播所引入的多径时延扩展问题。在实际系统中所采用的对抗多径的技术主要有OFDM、SC-FDE以及传统的SC-TDE（单载波时域均衡）技术。 传统的SC-TDE首先被用于频带较窄的语音业务的调制解调器中。其主要缺点就是处理的复杂度较高，这点在宽带系统中更为明显，因此在目前的宽带系统中大都不选用此技术。 OFDM技术将整个频带分成众多的频带很窄的子载波，并将调制后的符号通过这些子载波并行传输。在发端，利用反傅立叶变换（IFFT）将一个传输块调制到各个子载波上。在收端，通过对传输块进行快速傅立叶变换（FFT）就可以提取各个子载波上的信息。此外，在发端，需要在每个传输块前插入一个循环前缀（CP），加入CP是为了避免前一传输块和本传输块之间干扰的，在收端，去CP后，所得到的传输块是发送信号与信道冲击响应循环卷积的结果，因此可以利用FFT进行处理。OFDM系统中，对于每个符号的处理所需的乘法数目阶次大致为[2]。在大时延扩展（与符号速率相比）的环境下，与传统的SC-TDE系统相比，OFDM无疑是一种更好的性能与复杂度折衷的方案。由于传输的OFDM符号是大量的调制后的窄带子载波的和，OFDM系统具有较大的峰平比（即便系统中采用低阶调制，比如QPSK），而且这一现象随着子载波数目的增加而加剧。由于系统中功放的非线性的影响，与单载波系统相比，OFDM系统中的功放往往要回退数个dB以保证在整个信号包络幅度范围内的线性。这必将对无线系统的覆盖范围产生重大的影响，并且对于离中心站较近的移动台，回退更进一步降低了功放的效率。此外，OFDM系统对频偏以及相位噪声比较敏感。 SC-FDE系统与OFDM系统具有相类似的传输块结构，即利用CP避免前一传输块对本传输块的干扰，并且使传输块保证循环特性。与OFDM系统相比，SC-FDE系统具有较低的算法复杂度，主要原因是：均衡是在传输块的基础上完成的；通过FFT、IFFT以及对信道估计的逆变换处理，可以有效的降低算法复杂度并保证良好的性能。新近的研究结果表明，SC-FDE系统与OFDM系统相比，具有几乎一样的性能及较低的算法复杂度[3][4]。总体而言，SC-FDE系统主要具有以下一些值得注意的特性：

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