【摘要】本文介绍了宽带卫星通信，对OFDM系统的原理进行了分析，通过仿真分析等方法，重点阐述了有关宽带卫星通信系统中的OFDM同步技术应用效果方面的问题，证实了技术应用的有效性。
【关键词】宽带卫星通信系统；OFDM同步技术；应用
前言
宽带卫星通信系统，是通信系统的重要组成部分，而OFDM技术，则是确保宽带卫星通信系统功能能够有效实现的基础。将该技术应用到系统中，对于系统通信质量与信息传输速率的提高具有重要价值。
1、宽带卫星通信概述
1.1宽带卫星通信简介
宽带卫星通信又称宽带数据卫星通信，或无线多媒体通信，属于以卫星为中转站，为数据及信息的传输与接收提供平台的一种通信技术[1]。在宽带微信通信的实现过程中，地球站同样发挥着重要作用，其天线尺寸必须能够达到要求，且需要具备覆盖范围广、灵活性强等特点[2]。相对于其他通信方法而言，卫星通信具有可用频谱资源少的特点，为确保宽带能够有效建设，必须提高频率，以满足建设要求[3]。Ka频段具有干扰小的特点，且设备占据面积小，易设置，重量轻，将其应用到卫星通信系统中，能够有效减轻系统设备的重量，缩小其尺寸，与其他频段相比，具有较高的优越性。将Ku频段与数字压缩技术相结合，应用到卫星通信过程中，同样能够达到提高通信效率的目的，但Ku频段的应用存在一定的劣势，即相对拥挤，因此不建议使用。
1.2宽带卫星通信面临的问题
雨衰、Qos、信道条件差，是宽带卫星通信面临的三大主要问题，具体如下：①卫星通信所面临的环境相对复杂，由于信息以及数据需要在空间中传播，因此受云雨等天气的影响，通常会产生较大的损耗，进而影响通信质量。目前，宽带卫星通信系统已经将Ka频段应用到了通信过程中，该频段频率在18~30GHz之间，受频段频率范围的影响，Ka频段具有对雨衰敏感、受雨衰影响大的特点，容易对通信质量的提高产生阻碍，采用相应技术解决上述问题十分必要。②Qos问题：在电信网络中，Qos属于通信标准的一种，一般包括宽带、主观质量等多方面内容。为获取期望的Qos，对其进行监督与控制十分必要，应从协商、定义、资源预留等方向入手，首先实现对Qos的测量，进而对相应数据进行整理和归纳，最终达到动态控制的目的。③通信条件差的问题，在宽带卫星通信过程中显著存在，主要体现在延迟大、差错率高等方面，极大的阻碍了通信质量的提高。OFDM属于正交多载波传输方式的一种，具有较高的频谱利用率，能够有效克服ISI，抑制信道衰落，从理论上讲，将该技术应用到宽带卫星通信系统中，能够使通信效果得到有效改善。
2、OFDM系统原理
2.1OFDM符号调制及解调
OFDM的原理在于将单路串行的数据进行划分，使其成为多路并行的数据形式，在此基础上，对其加以调制，使其能够在频谱相同的不同子载波上完成传输过程。在此过程中，需要保证不同子载波具有两两相交的特点。在OFDM系统下，调制过程相对简单，只需采用一种数字调制方法，便可支持全部数据传输完成。
2.2循环前缀
OFDM具有对抗多径时延扩展的功能，为避免前后两个OFDM符号之间发生ISI问题，可通过在其中加入保护间隔的方法实现对各个符号的保护。保护间隔的长度一般为L，L需保证能够大于最大时延扩展，只有这样，才能够有效避免信号与信号之间互相干扰的问题发生。可以采用空符号代表保护间隔，但该种方法通常会对正交情况产生影响。采用循环前缀的方法，将周期扩展插入到OFDM符号与符号之间，能够有效解决上述问题，使OFDM的对抗多径时延扩展功能更好的实现。
2.3收发机系统
收发机系统的工作流程如下：①接受信号。②对信号进行电磁转换。③将传输过程中的循环前缀删除。④对信号串联与并联的形式进行转换。⑤对信号进行处理。⑥转换信号串并联形式。⑦解调，得到信息接收比特流。
2.4同步误差分析
应从频率偏移、符号定时偏差、采样时钟频率偏移三方面，对同步误差进行分析。以频率偏移为例，其所造成的同步误差如下：频率偏移一半在发射机与接收机之间发生，多由子载波件的整数倍偏移以及小数倍偏移而构成。前者不会导致ICI发生，而后者则会引发ICI。将子载波间隔控制在2%以内，能够避免上述问题发生。
3、宽带卫星通信系统中的OFDM同步技术
3.1同步算法
同步算法主要包括Schmidl&Cox算法、利用PN序列前导符的算法等多种。3.1.1Schmidl&Cox算法Schmidl&Cox算法主要包括小数频偏估计算法、整数频偏估计算法、定时估计算法三种。以小数频偏估计算法为例，该算法在每一帧OFDM符号前，均加入了同步头，同步头的训练符号数量一般为2个，两者均需要加入循环前缀，分别用于对不同的频偏范围进行评估，最终实现对通信情况的计算。3.1.2利用PN序列前导符的算法利用PN序列前导符的算法主要包括定时改进算法与频偏估计算法两种，以定时改进算法为例：在AWGN信道中，设置固定的子载波总数，在固定的循环前缀下完成仿真，将其与不同子载波总数及前缀的情况进行对比，可以发现，两者的性能各不相同，当子载波总数较小的时候，PN序列的长度必定会变短，进而影响算法性能，必须对这一问题加以重视。
3.2仿真
3.2.1帧检测采用延时和相关方法，进行帧头检测，对训练符号syml的结构进行了设置，后开始检测。检测后得出结论，当门限值在0.3~0.4之间时，帧检测的性能能够达到最好，当信噪比≥5dB时，检测成功率能够达到100%。如处于多径衰落信道环境，受多经时延问题的影响，帧检测的成功率会有所下降。3.2.2符号精定时考虑帧头捕获算法得到的帧头，定位会落入相关函数的附近，因此需对符号精定时进行计算。仿真后发现，受循环前缀的影响，提前检测基本不会影响解调过程，但如检测滞后，则会导致ISI或ICI发生，可提前5~8个样值，提高符号精定时效果。3.2.3偏差估计小数偏差可采用时阈相同的4段m序列方法完成估计过程，4段序列均为64样值长。通过仿真可以发现，在不同信噪比下，不同仿真算法对偏差估计的性能也不同，当信噪比在10dB时，Schmidl&Cox算法中的整数频偏估计算法性能最优。3.2.4相位跟踪频偏估计会存在残留频偏误差，受其影响，系统性能容易下降，为解决上述问题，必须对载波的相位进行跟踪。可采用导频子载波完成相位的跟踪过程，进而实现对载波频偏的补偿。3.2.5整体同步方案将循环前缀长度设置为32，子载波数设置为128，频率偏差控制在0.3×156250=468.75kH的基础上，对整体同步情况进行仿真，结果表明，在同步方案下，误码率性能与理想情况下的性能十分接近，表明同步情况较好。
4、结论
宽带微信通信系统中，应用OFDM同步技术，同步效果较好，表明技术具有较高的应用价值，将其运用到系统当中，能够使系统的同步状态更加接近于理想状态，对于通信效率以及通信质量的提高具有重要意义。
参考文献
[1]张智.机载宽带卫星通信系统的应用与关键技术分析[J].通讯世界，2015（17）：83~84.
广西职称 [2]杨恒，党军宏，潘亚汉.宽带卫星通信系统中强干扰抵消方法[J].电讯技术，2014（06）：747~752.
[3]刘岩，陈海峰，肖福明.宽带卫星通信系统及其军事领域应用[J].信息化研究，2013（04）：1~6.
作者：党玲 单位：大连舰艇学院
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