摘要：梳状窄带通道属于随钻声波传输信道频域的特性之一，这种特性很容易导致码间串扰问题出现，这类问题的解决向来属于业界研究的重点，相关研究也因此大量涌现。基于此，本文简单介绍了单载波频域均衡技术的基本原理，并围绕信道估计深入探讨了该技术在码间串扰消除中所能够发挥的作用，该技术具备的降低通信误码率作用也通过仿真分析得到了证明。
关键词：单载波频域均衡技术；随钻声波传输；误码率
前言：通阻带相间的梳状信道属于沿钻杆传输时声波信道的主要特征，由于信道的结构关系与通带范围关系密切，结合钻柱结构，即可通过计算得出信道特征为“窄带有起伏”。由于存在接箍，声波钻杆多径传输的声波信号不可避免的会出现频率选择性慢衰落问题，这源于码间干扰和衰减问题，为解决这类问题，单载波频域均衡技术应运而生，通过该技术完成频域均衡处理，即可有效增加码间干扰的对抗能力。
1.基本原理
作为无线传输领域广受关注的抗多径干扰技术，单载波频域均衡技术在我国各领域均有着较为广泛应用。对于应用传统技术的单载波时域均衡系统来说，时延扩展的指数与均衡器抽头数成正比，且存在较高的运算复杂度。但在单载波频域均衡技术支持下，正交频分复用系统的FFT模块能够从发射端转至接收端，通过接收端，单载波频域均衡技术即可实现信号的频域均衡处理，并保证时延扩展的对数与均衡器的抽头数成正比，系统的复杂度由此即可实现长足下降，图1为单载波频域均衡系统基本原理图[1]。
图1 单载波频域均衡系统基本原理图
经过QAM调制，发送端数据源可加入UW形成帧数据格式，循环前缀为UW，作为导频并负责码间干扰的屏蔽，以此进行信道估计。单载波频域均衡技术的数学原理存在三方面假设，分别为采用线性时不变系统、存在有理想同步的接收机、信道平坦衰落，其中接收机需实现所有定时误差和频率偏移的准确估计。
对于长度为N的数据块
，所有数据块均带有循环前缀，可得到公式（1），公式中的Wk、rn、hn、νn分别为均衡滤波器频域系数、接收信号、单位脉冲响应（传输信道）、独立高斯白噪声，νn的方差为
，均值为0，
在其中代表卷积。
（1）
结合式（1）进行离散傅里叶变换、频域均衡处理并引入最小均方误差准则，即可确定信道估计中应用单载波频域均衡技术得出的
，即Hk的估计值，基于式（2），即可求得均衡器的权值Wk。
（2）
单载波频域均衡技术得在频域均衡，因此rn（接收信号）需变换到频域，为消除传输过程中的码间干扰，需采用为数据块添加循环前缀的方式，循环前缀选择UW序列，导频作用和帧间干扰能够在各块内容不变的前提下得到有效处理。UW序列的长度需大于信道的最大时延长度，UW序列采用Zadoff-Chu序列，结合仿真可确定，在该序列的周期为64时，接收信号效果最好，即r=1.5。
2.信道估计
在应用最小均方估计算法的过程中，为顺利实现频域均衡，信道频率响应估计的准确性属于其中关键，均衡滤波器频域系数的计算也会因此受到直接影响。设导频信号为
进行仿真，并结合图1内容。在仿真过程中，采用QAM形式的调制方式用于二进制序列输入，以此在信号星座上实现映射，为组织帧数据流，需插入UW序列于数据块之间。对于接收到的SC-FDE帧，接收端需围绕其开展针对性的解帧，以此将其中的UW序列与数据块分离开来。经FFT，数据块将传送至频域，在信道估计支持下，即可围绕数据块得出均衡权重，并在单载波频域均衡技术支持下完成频域均衡处理，将频域信号变换回时域需得到IFFI支持，为得到最终的二进制输出信号，最后还需经过QAM调解[2]。
基于正交载波抑制的双边带调制被称为正交幅度调制，为实现数字信息的两路并行传输，QAM频谱正交性质需得到充分应用。在信道估计过程中，基于理想序列和接收到序列的频域相除后，信道频率响应估计即可顺利求得，但考虑到数据数列的长度和UW序列的长度并不一致，为尽可能提升信道估计的效率，避免效率过低问题出现，应设法保证数据数列的长度大于UW序列的长度。为有效控制UW序列长度，需针对性开展信道频率响应的开展插值处理，具体的处理过程需首先通过IFFT将估计值变换到时域，以此进行信号末尾补零处理，即可在时域得到期望长度，最终需通过FFT将信号变换到频域。
3.仿真分析
在仿真过程中，采用单载波频域均衡技术用于高斯信道的信息传输，并在相同信噪比下对比信道均衡与非均衡的数据传输误码率、速率，以此判断传输性能的优劣，图1单载波频域均衡系统基本原理图的传输模块简要说明如下：（1）采用待调制的二进制比特流作为发射端数据。（2）采用4QAM调制方式用于数据流调制，以此调制星座图，特定的二进制数字码与星座图中的每个符号相对应，同时将两两进行比特流数据分组，并通过映射得到相应符号，如将两两分开的比特流映射为格雷码，星座图中符号的位置通过格雷码一一对应，通过映射处理，二进制比特流可转换为3个符号，所有二进制比特流会基于映射转换为共计4个符号。
梳状带通信道属于井下声波信道，为满足仿真需要，仅选择其中的一个窄带通道，其构造中心频率为0.2P，因此数字滤波器设计的带通信道的带通宽度为0.2p，基于仿真即可明确信道时域特性、信道频域特性。基于仿真图可以发现，信道通带内存在起伏，通过加入10dB信噪比的噪声，即可在仿真中形成通带幅值的起伏。通过信道的待传输数据流采用单载波频域均衡技术进行均衡和未均衡对比，结合星座图情况进行对比，可发现符号在未经均衡处理情况下存在较为散乱的分布特点，而在经过均衡处理后，符号则围绕4个符号位置的周围实现了集中分布，信号调节由此即可获得有力支持，随钻声波传输中单载波频域均衡技术的应用价值由此得到了较好证明。
结论
综上所述，单载波频域均衡技术能够较好服务于随钻声波传输，这是由于该技术在应用中能够有效克服信道造成的码间串扰，窄带通道下的随钻声波传输需要可得到较好满足。在单载波频域均衡技术应用的仿真分析中，应用单载波频域均衡技术的系统能够有效降低通信误码率，这种降低相较于仿真实验中未采用均衡处理技术的传输形式极为明显，因此单载波频域均衡技术在相关领域的应用价值必须得到业界的高度重视。
参考文献
[1]殷璐.单载波频域均衡抗干扰传输技术研究[J].黑龙江科技信息,2015 (22):131.
[2]张鑫.短波通信中单载波频域均衡技术的应用研究[J].通讯世界,2015 (08):23-24.
论文作者:郭美芳
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
标签：信道论文; 载波论文; 技术论文; 声波论文; 序列论文; 信号论文; 数据论文; 《基层建设》2019年第14期论文;