CN101778062B - 一种构造短波通信信道下的单载波频域均衡帧的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对短波通信信道下的单载波频域均衡帧结构，所述帧结构包括帧头和若干个时隙，其中，每个所述时隙进一步包括一个前导块和若干个数据包。本发明针对短波通信信道下的单载波频域均衡帧结构，可以利用自适应频域均衡进行均衡处理，可以达到很好的均衡效果，而且随着多径时延扩展的增大，均衡复杂度相比时域均衡大大降低。相比并行体制，峰均比低，抗频率选择性衰落能力强，在相同的条件下，可以达到更高的传输速率和更低的误码率。

Description

一种构造短波通信信道下的单载波频域均衡帧的方法

技术领域

本发明涉及短波通信技术领域，特别是涉及针对短波通信信道下的一种单载波频域均衡(Single Carrier Frequency Domain Equalization，SC－FDE)帧结构。

背景技术

按照国际无线电咨询委员会CCIR(Consultative Committee of International Radio)的划分，短波是指波长在100m～10m(频率为3MHz～30MHz)的电磁波。利用短波进行的无线电通信称为短波通信。

短波通信实际使用的频率范围为1.5MHz～30MHz，可利用的频率范围只有28.5MHz，按照国际规定，每个短波电台占用3.7kHz的频率宽度，通信空间十分拥挤，在很大程度上限制了通信的容量和数据传输的速率。

短波通信都是采用天波传输的形式，也就是依靠电离层的一次或多次反射进行通信，因此存在着严重的多径效应，统计表明，多径路数以3条出现几率最高，多径延迟典型值2～8ms,成为短波链路数据传输的主要限制。

短波的天波信道是变参信道，信号传输稳定性差。短波无线电通信主要是依赖电离层进行远距离信号传输的，电离层作为信号反射媒质的弱点是，参量的可变性很大。它的特点是路径损耗、延时扩展、噪声和干扰，都随昼夜、频率、地点而不断变化着。一方面电离层的变化使信号产生衰落，衰落的幅度和频次不断变化。

另外，大气和工业无线电噪声干扰严重。大气和工业无线电噪声主要集中在无线电频谱的低端，随着频率的升高，强度逐渐降低。虽然，在短波频段这类噪声干扰比中长波段低，但强度仍很高，影响着短波通信的可靠性，尤其是脉冲型突发噪声，经常会使数据传输出现突发错误，严重影响通信质量。

新一代短波通信***主要是高速短波数字通信***，存在并行和串行两种体制。并行体制的主要思想就是将短波信道分割成若干并行的子信道，在每个子信道上传送一个副载波，采用频分正交调制，用多个副载波并行传输的方法提高速率，又称为多音。典型的***有法国Thomson(汤姆逊)公司的实现途径，采用OFDM(Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)体制，子载波个数79。

串行体制采用单一载波的发送方式，因只采用一个载波，也称为单音。数据以串行方式调制发送，码元宽度短，要达到比较高的速率，如2400bps，码间串扰将十分严重。实际中采用适当的均衡技术可以对抗码间串扰。

并行体制技术存在以下缺点：发射功率分散，信号峰均比大，抗频率选择性衰落差，很难利用判决反馈均衡等串行体制可以用到的抗码间串扰的技术。

串行体制技术存在以下缺点：针对短波通信的串行体制大都采用时域均衡技术，随着数据传输速率的提高，当传输带宽越接近信道的相干带宽，时间色散将越严重。此时接收信号中包含了经历衰减和时延的多径波，引起频率选择性衰落，从而导致严重的码间干扰。如果单用时域均衡减轻码间干扰，需要较多滤波器抽头才能得到可接受的均衡效果，这样很难达到实时性要求，而且随着多径时延扩展的增大，均衡复杂度甚至可能成指数增长。

发明内容

本发明提供一种针对短波通信信道下的单载波频域均衡帧结构，用以解决现有技术中存在并行体制抗频率选择性衰落差、串行体制均衡复杂度高的问题。

为达上述目的，本发明提供一种针对短波通信信道下的单载波频域均衡帧结构，所述帧结构包括帧头和若干个时隙，其中，每个所述时隙进一步包括一 个前导块和若干个数据包。

其中，所述帧头进一步包括码元长度为8的UW序列和空载数据，其中，UW序列为若干个。

其中，所述前导块进一步包括：一个码元长度为32的循环前缀序列、两个码元长度为64的UW序列和一个码元长度为32的UW序列。

其中，所述数据包进一步包括：码元长度为224的数据段和一个码元长度为32的UW序列。

其中，所述帧头的时长为96ms。

其中，所述帧头包括18个码元长度为8的UW序列。

其中，每个所述时隙包括11个数据包。

其中，所述帧头用于信号检测和首次频偏估计。

其中，每个所述时隙的前导块，用于定时估计、频偏估计和信道估计。

其中，每个所述时隙的若干个数据包，用于依次实现频域均衡、频偏追踪、定时追踪、信道追踪、解码。

本发明有益效果如下：

本发明针对短波通信信道下的单载波频域均衡帧结构，可以利用自适应频域均衡进行均衡处理，可以达到很好的均衡效果，而且随着多径时延扩展的增大，均衡复杂度相比时域均衡大大降低。相比并行体制，峰均比低，抗频率选择性衰落能力强，在相同的条件下，可以达到更高的传输速率和更低的误码率。

附图说明

图1为本发明实施例的一种针对短波通信信道下的单载波频域均衡帧结构的结构示意图；

图2为本发明实施例的一种针对短波通信信道下的单载波频域均衡帧结构的一个时隙的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

本发明提出了基于单载波频域均衡(SC-FDE)技术的适用于短波通信的数据帧结构和技术方案。单载波频域均衡***是宽带无线传输中一种很有效的对抗多径干扰的方法。相比并行体制，峰均比低，抗频率选择性衰落能力强，在相同的条件下可以达到更高的传输速率和更低的误码率；相比一般的串行体制，复杂度也大大降低，并且适用于更高的传输速率。

SC-FDE技术以符号块结构发送信号，需要在数据块中***循环前缀并进行频域均衡。SC-FDE***数据按帧传输，基于SC-FDE技术的适用于短波通信的帧结构如图1所示，每帧的帧结构包括帧头和N个时隙，每个时隙又由1个前导块和M个数据包组成。其中帧头包括L个UW序列(Unique Word，独特字序列，一般为IEEE802.16a标准规定的chu序列、frank-zadaff序列、PN序列)和空载数据，每个UW序列的码元长度为8(图中标注为UW8)。图2为每个时隙的结构示意图，如图所示，前导块包括32码元长度的循环前缀(CP，Cyclic Prefix)序列、两个码元长度为64的UW序列(图中标注为UW64)、一个码元长度为32的UW序列(图中标注为UW32)；数据包包括224个码元长度的数据段(图中标注为Data)和一个码元长度为32的UW序列(图中标注为UW32)。其中CP用于UW64的循环前缀，UW32用于数据包的循环前缀。

本实施例的帧结构，帧头用于信号检测和首次频偏估计；每个时隙的前导块用于定时估计、频偏估计和信道估计；在每个时隙的M个数据包中，依次实现频域均衡、频偏追踪、定时追踪、信道追踪、解码。将数据帧用于信号检测、首次频偏估计、定时估计、频偏估计、信道估计、频域均衡、频偏追踪、定时追踪、信道追踪和解码，与其它数据帧用于实现上述功能相同，通过现有的方法即可实现，本实施例不再详述。

由于短波通信的特殊性，其最大码元传输速率一般为3kHz，即码元持续 时间为1/3ms。设置帧头时长为96ms，其中的L取值为18，这样帧头的时长为8×1/3×18＝48ms，足够用于帧头检测。剩余的48ms时长不发射数据，可用于进行接收端对发射端的反馈回传。同时考虑到短波信道的最大时延扩展大约为8ms，设置循环前缀为32个码元长度的UW序列，这样循环前缀的可保护时延为10.67ms(32/3ms)，大于信道的最大时延扩展8ms，可以抵抗多径带来的影响。

每个时隙的前导块时长为(64×2+32×2)/3ms＝64ms，每个时隙中的数据包设置为256(224+32)个码元长度，这样每个数据包大约为256/3ms＝85.33ms，设置数据包个数M＝11，这样每个时隙大约为1s(85.33×11ms+64ms)，由于短波信道的多普勒频偏大约为1Hz，即信道的相干时间大约为1s，因此每隔1s内进行一次信道估计是合适的，即能保证信道估计的准确，又能保证有效数据的传输速率。

由于在每次帧头检测过程中空载数据可进行接收端对发射端的反馈，设置每帧的时隙的个数N，决定了每N秒可以进行一次接收端的反馈回传，反馈数据可用于实现发射端自适应选择发射频率等功能。

由上述实施例可以看出，本发明实施例利用自适应频域均衡进行均衡处理，可以达到很好的均衡效果，而且随着多径时延扩展的增大，均衡复杂度相比时域均衡大大降低。相比并行体制，峰均比低，抗频率选择性衰落能力强，在相同的条件下，可以达到更高的传输速率和更低的误码率。均衡过程中结合频偏追踪、定时追踪、信道追踪，可达到在并行体制很难实现的效果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种构造短波通信信道下的单载波频域均衡帧的方法，其特征在于，包括：

构造帧头和若干个时隙，且每个所述时隙内设置有一个前导块和若干个数据包；

所述帧头用于信号检测和首次频偏估计；

所述前导块用于定时估计、频偏估计和信道估计；

所述的若干个数据包依次实现频域均衡、频偏追踪、定时追踪、信道追踪和解码；

所述帧头内设***元长度为8的UW序列和空载数据，其中，UW序列为若干个。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前导块内设有：一个码元长度为32的循环前缀序列、两个码元长度为64的UW序列和一个码元长度为32的UW序列。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述数据包内设有：码元长度为224的数据段和一个码元长度为32的UW序列。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述帧头的时长为96ms。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述帧头包括18个码元长度为8的UW序列。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，每个所述时隙包括11个数据包。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述帧头用于信号检测和首次频偏估计。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个所述时隙的前导块，用于定时估计、频偏估计和信道估计。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个所述时隙的若干个数据包，用于依次实现频域均衡、频偏追踪、定时追踪、信道追踪、解码。