0 引言

    E波段微波傳輸系統(tǒng)是超大容量點到點的無線傳輸系統(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，無線信道特性相對較好，但是難以避免會受到大氣、地面、高大建筑物的折射和反射等影響，并且收發(fā)機的非理想特性也會導致信號的衰落和失真。多徑信道的影響須在接收機中進行均衡予以消除，其中頻域均衡因復雜度低得到較多應用^[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)前綴的長度大于多徑信道的最大時延，以避免數(shù)據(jù)塊之間的混疊干擾，卻會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，利用塊間干擾只會影響數(shù)據(jù)塊邊緣的性質(zhì)^[5-7]，設計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)首先對塊間干擾分布進行分析，在此基礎上詳細設計頻域交疊均衡算法的流程，并對算法復雜度進行分析，在第2節(jié)將進行系統(tǒng)仿真測試和性能評估。

1 頻域交疊均衡技術(shù)方案設計

    E波段微波傳輸系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)如圖1所示。每幀信號由前導序列、頭信息以及若干個數(shù)據(jù)塊組成。其中，前導序列用于定時同步和信道估計；頭信息包含了鏈路質(zhì)量、調(diào)制類型以及糾錯編碼等信息；數(shù)據(jù)塊中周期性地插入導頻符號，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)會對下一個數(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，而不會延伸到整個數(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，可以設計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，對接收信號進行長度為N的滑動FFT加窗，F(xiàn)FT窗之間相互交疊，交疊區(qū)域中符號的個數(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個數(shù)，由多徑信道的頻率選擇性衰落決定；

    (2)分別對交疊的FFT數(shù)據(jù)塊進行頻域均衡和IFFT運算，得到時域數(shù)據(jù)；

    (3)抽取中間未被塊間干擾影響的M=N-2×D個符號；

    (4)最后，將每次抽取得到的M個符號進行組合，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)實際上是以犧牲一定量的系統(tǒng)復雜度來換取傳輸效率的提升。表1對這兩種均衡技術(shù)的算法復雜度和傳輸效率進行了分析。其中，N為FFT點數(shù)；L_cp為需要插入的循環(huán)前綴的長度；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)前綴的長度一般要求大于多徑信道的最大時延，并且小于1/8倍的數(shù)據(jù)塊長度，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 仿真實驗與性能評估

    為了驗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軟件對塊間干擾分布以及誤碼率性能進行仿真測試。

    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)，對不同F(xiàn)FT點數(shù)下的塊間干擾分布進行仿真，如圖5～圖7所示。其中，橫坐標為數(shù)據(jù)塊中各符號的標示，縱坐標為接收數(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時上升的幅度為15 dB左右，N=256時為20 dB左右，N=512時為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)果與設計思想一致。對比3種情況下的EVM曲線發(fā)現(xiàn)，隨著FFT點數(shù)N的增大，EVM值不斷減小，殘留的塊間干擾和符號間干擾較小，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FFT點數(shù)N取256。從仿真結(jié)果來看，抽取的中間序列長度M分別為64、128、192和240時，誤碼率曲線幾乎重合。當信噪比為16 dB時，系統(tǒng)誤碼率可達10-3左右，表明此時的塊間干擾已基本得到消除，為了減少計算復雜度，可以選取比較大的M值。當抽取的中間序列長度M為256時，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。所以，在實際系統(tǒng)應用時，M的取值不宜過大，這樣可能導致塊間干擾得不到消除；同時M也不宜過小，這樣會導致系統(tǒng)復雜度的增加。

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E波段微波傳輸系統(tǒng)設計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，當信噪比為16 dB時，系統(tǒng)誤碼率可達10^-3左右，滿足無線傳輸?shù)目煽啃砸蟆?/p>

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