TDS-OFDM系統(tǒng)的載波間干擾消除方法

摘 要：為了消除時(shí)域同步正交頻分復(fù)用(TDS-OFDM)系統(tǒng)中的載波間干擾(ICl)，通過(guò)假定信道在OFDM塊內(nèi)呈線性變化，建立了TDS-OFDM在時(shí)交信道下的系統(tǒng)傳輸模型。在此基礎(chǔ)上采用一種決策反饋的方法來(lái)消除ICI。該方法使用偽隨機(jī)(PN)序列時(shí)域相關(guān)進(jìn)行信道粗估計(jì)，并在一個(gè)OFDM塊內(nèi)進(jìn)行線性內(nèi)插得到整個(gè)OFDM塊內(nèi)的信道細(xì)估計(jì)。分析和仿真結(jié)果表明，該方法相對(duì)于TDS-OFDM系統(tǒng)的傳統(tǒng)方法有2 dB以上的誤碼率性能增益，并且復(fù)雜度與傳統(tǒng)方法相當(dāng)。
關(guān)鍵詞：信道估計(jì)；載波問(wèn)干擾消除；時(shí)域同步正交頻分復(fù)用；偽隨機(jī)序列

    正交頻分復(fù)用(OFDM)，作為多載波技術(shù)中的一種，是對(duì)抗多徑衰落信道的有效方法，它使用并行數(shù)據(jù)傳輸和子信道交疊，通過(guò)采用保護(hù)間隔來(lái)對(duì)抗信道頻率選擇性。OFDM已被廣泛應(yīng)用在廣播領(lǐng)域，如歐洲的地面數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)(DVB-TCOFDM)和清華大學(xué)提出的地面數(shù)字電視傳輸方案(DMB-T TDS-OFDM)。
    當(dāng)信道變化較慢時(shí)，可以近似認(rèn)為信道在一個(gè)OFDM塊內(nèi)保持不變，那么信道均衡可以通過(guò)簡(jiǎn)單的一階頻域?yàn)V波實(shí)現(xiàn)；但是，信道時(shí)變產(chǎn)生的時(shí)間選擇性衰落將導(dǎo)致子載波間的正交性受到破壞，產(chǎn)生載波間干擾(ICI)。當(dāng)信道變化較快時(shí)，信道塊時(shí)不變的假設(shè)(即忽略ICI)必然會(huì)帶來(lái)系統(tǒng)性能的嚴(yán)重惡化。
    為此，本文假定信道在一個(gè)OFDM塊內(nèi)呈線性變化，建立了時(shí)域同步正交頻分復(fù)用(TDS-OFDM)的系統(tǒng)傳輸模型，并采用一種決策反饋的方法來(lái)消除ICl�；�于TDS-OFDM的PN序列作為幀頭的幀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)PN序列時(shí)域相關(guān)得到信道沖激響應(yīng)的粗估計(jì)，然后在OFDM塊內(nèi)做線性內(nèi)插得到信道沖激響應(yīng)的細(xì)估計(jì)。仿真結(jié)果表明，在快速時(shí)變信道下，該方法相對(duì)于傳統(tǒng)方法有明顯的性能改善，并且具有較低的復(fù)雜度。

1 TDS-OFDM系統(tǒng)傳輸模型
    圖1給出了TDS-OFDM系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)示意圖。TDS-OFDM系統(tǒng)的信號(hào)幀由幀頭和幀體數(shù)據(jù)2部分組成。作為保護(hù)間隔的幀頭，由PN序列循環(huán)前綴、PN序列和PN序列循環(huán)后綴組成。PN序列循環(huán)前綴的長(zhǎng)度可根據(jù)信道最大多徑時(shí)延來(lái)定制。
    圖2給出了TDS-OFDM的基帶傳輸系統(tǒng)框圖。在發(fā)送端，每N(N=3 780)個(gè)數(shù)據(jù)組成一個(gè)幀體向量，通過(guò)快速傅里葉反變換(IFFT)得到時(shí)域幀體向量x，由PN序列循環(huán)前綴、PN序列和PN序列循環(huán)后綴組成的幀頭向量P被插入來(lái)作信道估計(jì)。然后通過(guò)并串轉(zhuǎn)換得到發(fā)送信號(hào)s。在接收端，采樣后的數(shù)據(jù)r被分為幀頭部分u和幀體部分v。幀頭部分被用來(lái)作信道估計(jì)，通過(guò)本地產(chǎn)生一個(gè)相同的PN序列與接收到的幀頭數(shù)據(jù)作時(shí)域相關(guān)得到信道粗估計(jì)，再經(jīng)過(guò)線性內(nèi)插得到信道細(xì)估計(jì)。使用該信道細(xì)估計(jì)來(lái)消除幀頭對(duì)幀體的干擾，這樣TDS-OFDM信號(hào)可以等價(jià)于零前綴OFDM(ZP-OFDM)信號(hào)，再通過(guò)交疊相加方法(OLA)，ZPOFDM信號(hào)等價(jià)于循環(huán)前綴OFDM(CP-OFDM)信號(hào)。由于信道估計(jì)的誤差，在進(jìn)行上述處理時(shí)會(huì)帶來(lái)額外的噪聲，但由于幀頭長(zhǎng)度相對(duì)于幀體長(zhǎng)度較小，并且在通常的信噪比和多普勒頻移范圍內(nèi)，信道估計(jì)的精度是足夠高的，因此這種額外的噪聲可以被忽略。將使用上述兩種操作后的幀體數(shù)據(jù)b通過(guò)FFT得到，然后采用一種決策反饋的方法來(lái)消除ICI，得到對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)的估計(jì)。

    本文假定系統(tǒng)已經(jīng)精確同步。設(shè)信道的沖激響應(yīng)為h[m，l]=h(mTs,l)(Ts為采樣間隔，l=0，1，…，L-1，L代表多徑的個(gè)數(shù))�？紤]信道在OFDM塊內(nèi)的變化，那么，在接收端，經(jīng)過(guò)處理后的幀體部分可以表示為

    本文假設(shè)信道在OFDM塊內(nèi)呈線性變化，即hBody[m,l]可以表示為

2 ICI消除方法
   根據(jù)式(9)，對(duì)X的估計(jì)為

但是，由于上式的復(fù)雜度很高，為o(N3)次復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算，所以很難在實(shí)際中使用。為此，基于線性內(nèi)插的信道估計(jì)方法，本文在TDS-OFDM系統(tǒng)中采用了一種基于決策反饋的ICI消除方法。

2．1 決策反饋ICI消除方法
    首先，忽略式(9)中的ICl分量，得到對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)的一個(gè)粗估計(jì)

再?gòu)腨中扣除所得的ICl分量估計(jì)，可以得到無(wú)ICI的數(shù)據(jù)估計(jì)如下式所示：

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