摘要：该文设计了适合单载波频域均衡(SC-FDE)系统信道估计和帧同步的帧结构，该系统的信号帧是由周期插入的训练序列和数据块组成，其中训练序列是由多段独特字(UW)组成，并且UW代替了数据块常规循环前缀(CP)同样克服了块间干扰(IBI)。根据所设计的帧结构特点本文改进了基于本地UW的同步算法。仿真结果表明在多径信道中，该改进算法能够准确检测到信号的起始时间。

　　关键字：单载波频域均衡; 独特字; 帧同步

　　Abstract: This paper introduces a new frame for SC-FDE systems in order to estimate the channel and use for frame synchronization, the frame is composed of training sequence which inserts periodically and data block. Here many UW blocks form the training sequence, and the Cyclic Prefix(CP) is replaced by the UW , which also overcome the Inter Block Interference(IBI). This paper improves on the frame synchronization algorithm based on the UW. Finally, the simulation results show that the improved algorithm can detect the starting time of the signal accurately.

　　Key words: Single Carrier-Frequency Domain Equalizer(SC-FDE); Unique Word(UW); Frame Synchronization

　　1 引言：随着无线技术的飞速发展，宽带高速数据传输技术引起人们越来越多的关注，为了克服无线通信系统中信号的多径衰落，人们提出了正交频分复用(OFDM)和单载波频域均衡技术(SC-FDE)。两种技术均采用块传输模式，并利用数据帧前添加循环前缀克服多径衰落的影响;与OFDM技术相比，SC-FDE系统既克服了对载波频率偏移和噪声相位敏感的缺点又避免了峰均功率比(PAPR)较大;文献[1]中推导出：在低信噪比条件下，OFDM的误码性能略优于SC-FDE，而在高信噪比条件下，SC-FDE则能取得显著优于OFDM的误码性能，所以SC-FDE技术也是值得关注的宽带高速数据传输技术。

　　尽管SC-FDE相比OFDM有更大的优势，但其存在对定时同步误差十分敏感[2]的缺点。在接收端首要解决的任务是判断帧信号到达的初始时刻，即帧同步。多数SC-FDE系统的帧同步算法来源于OFDM系统的同步算法，其中有能量检测和滑动相关检测。Schmidl和Cox最早提出了一种基于前后两部分相同的训练符号结构格式进行时偏估计的算法[3]，称为Schmidl&Cox算法，该算法是靠测定平台的起始位置获得帧同步信号，当多径增强、信噪比降低时，测度平台的起始位置会变得模糊不利判断。为了消除平台模糊对同步性能造成的影响，需要提高测度峰值的尖锐性，文献[4]中提出了三种修正方法，其中改变训练字结构的方法能够得到较好的性能。为了克服峰值模糊带来的不利检测的缺点，文献[5]提出了将接收信号与本地已知的短训练符号序列进行互相关检测的方法，文献[6]使用wobbulation符号和Barker码做为训练符号用于互相关检测，实验表明与本地已知序列进行互相关检测的方法提高了准确检测概率。

本文SC-FDE系统的传输帧结构中使用独特字(UW)代替传统的CP，并使用多段UW作为训练符号完成帧同步和信道估计。由于SC-FDE系统对帧同步非常敏感，因此有必要花一定代价来提高检测的概率，为此文中改进了与本地已知序列的互相关检测算法，实验仿真证明该改进方法能够准确的检测帧达信号。 2SC-FDE系统模型图 1为SC-FDE的系统框图，发送数据经过星座映射，得到相应符号串，并将其做分块处理，在每一数据块前添加长度为的UW以便克服多径信道带来的块间干扰(IBI)。为了便于接收端的实时信道估计，长PN序列按照一定的频度周期性的插入(一般数据块与长PN序列块的比例为2%—3%[7])，长PN序列的设计按照图 2中(a)的结构设计(由段UW组成)。将插入长PN序列的成帧信号通过脉冲成形滤波器和载波调制后辐射出去。接收端首先进行帧达到检测，一旦检测到长PN序列，则利用该序列进行频偏估计，并将该序列送入信道估计模块;利用已估计的信道参数频域均衡模块和反馈滤波模块分别对数据进行相应处理。

图 1 SC-FDE系统总体设计图

　　(a)长PN结构

　　(b)长PN插入示意图

　　图 2 SC-FDE系统的帧结构

长PN序列除了用于帧到达检测和频偏估计外，还要用于信道估计，因此要求组成长PN序列的UW具备良好的自相关特性(用于同步)和均匀的频谱特性(用于信道估计)。文献[8]中介绍的多相位Frank-Zadoff序列和文献[9]中Chu序列满足上述两个条件，根据传输速率和UW长度要求，可以在两序列中合理的选择一个作为UW的组成序列。图 2中(b)为插入长PN序列的帧结构图，图中的UW起到时间保护间隔(TGI)的作用，因此要求UW的长度L大于信道响应长度。

　　接收端时域信号可表示为：

为加性高斯白噪声，为信道冲激响应，为卷积符号，经过FFT变换后，频域信号为：

式中、分别为信道频域响应和噪声频域响应。 3传统的帧同步算法根据SC-FDE传输帧的特点，传统的帧同步算法主要有能量检测和双滑动窗口分组检测以及它们的改进方法，本节着重讨论上述两种已有算法。

　　双滑动窗口能量检测算法，如图 3所示。首先分别计算两个窗口内的能量，即：

然后将两个窗口的能量比值做为判决变量：

 1/3    1 2 3 下一页 尾页