對(duì)流層散射通信是利用對(duì)流層中大氣的不均勻性對(duì)超短波和短波的散射或反射作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種超視距無(wú)線通信方式。該通信方式因傳輸容量大、單跳距離遠(yuǎn)、保密性能優(yōu)越、抗毀性和抗干擾性強(qiáng)等特性成為軍事通信中不可或缺的一部分，特別是其不受太陽(yáng)黑子、磁暴、極光、雷電等影響，在軍事通信中有著重要的戰(zhàn)略意義[1]。其主要缺點(diǎn)在于多徑散射信道下的信號(hào)傳輸損耗較大，衰落嚴(yán)重。多徑干擾成為影響該通信性能的主要因素之一，限制了其更廣泛的應(yīng)用。而正交頻分復(fù)用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術(shù)[2]，因其較高的頻譜利用率和易于實(shí)現(xiàn)等特性而被廣泛應(yīng)用，特別是其能有效消除多徑信道間干擾，在對(duì)流層散射通信中有著廣泛的應(yīng)用前景。
    為分析多徑信道下對(duì)流層散射通信的性能，良好的信道估計(jì)是基礎(chǔ)，很多文獻(xiàn)對(duì)此進(jìn)行了相關(guān)的研究和探討。參考文獻(xiàn)[3]對(duì)異步多用戶OFDM系統(tǒng)的多徑信道進(jìn)行了半盲估計(jì)，參考文獻(xiàn)[4-6]分別就多輸入多輸出多徑信道中采用特征值分解的系統(tǒng)性能以及Ricean和Rayleigh信道下系統(tǒng)性能做了詳細(xì)的分析，參考文獻(xiàn)[7]分析了對(duì)流層散射通信中一種改進(jìn)的SVD算法，一定程度上改善了系統(tǒng)性能。本文在上述文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析了對(duì)流層散射信道特性，設(shè)計(jì)了采用OFDM技術(shù)的多徑散射信道系統(tǒng)模型，并對(duì)該條件下不同信道估計(jì)性能作了分析，對(duì)比仿真分析了不同算法和不同多徑數(shù)目下的誤碼性能，給出了結(jié)論。
1 對(duì)流層散射信道衰落特性
    由于對(duì)流層的不穩(wěn)定性，對(duì)流層散射信號(hào)電平隨時(shí)間而隨機(jī)變化，通信面臨嚴(yán)重的深度衰落影響。其衰落特性主要分為慢衰落和快衰落，其中慢衰落指短期信號(hào)電平在以晝夜、月、季和年以至數(shù)年為周期的長(zhǎng)期變化，而快衰落指瞬時(shí)信號(hào)電平在幾分鐘到一小時(shí)的短期變化[1]。

1.2 快衰落
    對(duì)流層散射通信中，由多徑傳輸造成的信號(hào)快衰落是許多散射元相互干涉的結(jié)果，通過(guò)不同路徑到達(dá)接收端的信號(hào)的相位、幅度和時(shí)延均不相同，當(dāng)傳輸時(shí)延差?駐?子比傳輸?shù)幕鶐盘?hào)的持續(xù)時(shí)間T小得多時(shí)，多徑傳輸對(duì)接收信號(hào)的影響僅表現(xiàn)為平坦快衰落。
    當(dāng)經(jīng)過(guò)不同傳輸路徑到達(dá)接收端的信號(hào)支路數(shù)很大時(shí)，接收信號(hào)為一窄帶高斯過(guò)程，合成的信號(hào)包絡(luò)的概率分布服從Rayleigh分布，信號(hào)相位服從0~2π區(qū)間內(nèi)的均勻分布。某一時(shí)間間隔內(nèi)，信號(hào)瞬時(shí)振幅的概率密度函數(shù)p(V)和信號(hào)包絡(luò)的概率分布函數(shù)P(V)分別為：

其中V為信號(hào)電平，k2為信號(hào)電平的均方值?？焖ヂ涞乃ヂ渌俾孰S著時(shí)間、頻率、地理環(huán)境等條件的不同而顯著變化。
2 系統(tǒng)模型及信道估計(jì)算法
2.1 系統(tǒng)模型
    以O(shè)FDM技術(shù)為基礎(chǔ)來(lái)建立對(duì)流層散射多徑信道系統(tǒng)模型，模型簡(jiǎn)圖如圖1所示，略去了詳細(xì)的OFDM信號(hào)處理過(guò)程，只列出了其關(guān)鍵步驟，其中CPI和CPD分別表示加入和刪除循環(huán)前綴CP(Cyclic Prefix)。

    信源信號(hào)經(jīng)過(guò)映射、編碼等變換后，通過(guò)IFFT將信號(hào)調(diào)制到各個(gè)子載波上，插入足夠消除符號(hào)間干擾的CP后從發(fā)射天線發(fā)射出去。從發(fā)射端發(fā)射的信號(hào)經(jīng)過(guò)對(duì)流層散射信道，經(jīng)歷不同的路徑達(dá)到接收端，在接收端完成解調(diào)、譯碼等步驟處理。其中，經(jīng)過(guò)FFT解調(diào)并刪除CP后對(duì)信號(hào)進(jìn)行信道估計(jì)，以此來(lái)估計(jì)、分析多徑散射信道的特性。
2.2 信道估計(jì)算法
    設(shè)收端信號(hào)為Y=XH+N，X為發(fā)端導(dǎo)頻信號(hào)矩陣，H、N分別為信道矩陣和噪聲矩陣。在信道估計(jì)后，為消除碼間干擾，采用迫零均衡算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行均衡以補(bǔ)償傳輸信道特性和降低系統(tǒng)誤碼。
    針對(duì)信道估計(jì)問(wèn)題，本文主要討論基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)方法，分析LS和LMMSE信道估計(jì)算法，同時(shí)將基于變換域的信道估計(jì)算法引入本文，分析該算法下系統(tǒng)性能。
    設(shè)各徑信道為獨(dú)立的服從Rayleigh衰落分布的多徑散射信道，且各徑信道衰落服從快衰落分布，則LS信道估計(jì)算法[8]為：

    為進(jìn)一步降低MMSE算法的復(fù)雜度，另外采用一種改進(jìn)的MMSE信道估計(jì)方法即基于DFT的變換域（Transform Domain）法對(duì)信道進(jìn)行估計(jì)，其核心思想是通過(guò)DFT將信道估計(jì)問(wèn)題在變換域中進(jìn)行處理，以減少系統(tǒng)估計(jì)的運(yùn)算量，提高系統(tǒng)估計(jì)精度[10]。變換域法是一種將變換域中的值看作頻域信號(hào)的DFT，即與頻域信號(hào)的“頻域”對(duì)應(yīng)的方法。下面分析基于DFT變換域的信道估計(jì)算法，其實(shí)現(xiàn)框圖如圖2所示[11]。

    接收端從導(dǎo)頻信號(hào)中估計(jì)出多徑信道特性HLS后，通過(guò)M點(diǎn)的DFT得到變換域的M點(diǎn)序列。在變換域中，

3 仿真分析
    對(duì)上述算法在對(duì)流層散射多徑信道中的性能分析，OFDM系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置如表1所示。

    對(duì)于各散射多徑信道的時(shí)延和Doppler頻移兩參數(shù)的設(shè)置，參考前期工程實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)，選取華北某地區(qū)一條300 km散射通信鏈路下的數(shù)據(jù)，其詳細(xì)值如表2所示。

    根據(jù)上述分析和設(shè)置，采用OFDM技術(shù)的對(duì)流層散射多徑系統(tǒng)，當(dāng)多徑數(shù)目為3時(shí)，不同信道估計(jì)算法對(duì)應(yīng)的誤碼率和均方誤差曲線分別如圖3和圖4所示。從圖中可知，基于DFT變換域的信道估計(jì)算法下的誤碼性能略優(yōu)于LMMSE算法，同時(shí)較大降低系統(tǒng)均方誤差。在誤碼率為10-3數(shù)量級(jí)時(shí)，基于DFT變換域算法優(yōu)于LS算法3 dB左右，優(yōu)于LMMSE算法約0.5 dB。

    針對(duì)對(duì)流層散射不同多徑數(shù)目條件下系統(tǒng)性能問(wèn)題，本文采用基于DFT變換域的方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，其誤碼率和均方誤差曲線分別如圖5和圖6所示。

    從圖5、圖6中可知，由于不存在多徑間干擾，單徑時(shí)誤碼率和均方誤差均明顯優(yōu)于多徑情況；多徑情況下的均方誤差沒(méi)有明顯的差異，誤碼率隨著多徑數(shù)目的增加呈明顯上升趨勢(shì)，當(dāng)多徑數(shù)目為7時(shí)高達(dá)10-2數(shù)量級(jí)，基本上不能滿足系統(tǒng)要求。
    本文針對(duì)對(duì)流層散射多徑信道的衰落特性，采用OFDM技術(shù)對(duì)該散射多徑信道進(jìn)行了系統(tǒng)建模仿真，對(duì)比分析了不同信道估計(jì)算法下系統(tǒng)的誤碼性能和采用基于DFT變換域法的系統(tǒng)在不同多徑數(shù)目條件下的誤碼性能。仿真表明，基于DFT變換域算法的性能略優(yōu)于LMMSE算法，明顯優(yōu)于LS算法；在不同多徑數(shù)目條件下，為實(shí)現(xiàn)對(duì)流層散射信道的可靠通信，在適當(dāng)?shù)卦黾酉到y(tǒng)信噪比的同時(shí)，選擇相對(duì)較少多徑數(shù)目，有利于系統(tǒng)性能的提升。
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