TDS-OFDM系統(tǒng)的載波間干擾消除方法

摘 要：為了消除時域同步正交頻分復(fù)用(TDS-OFDM)系統(tǒng)中的載波間干擾(ICl)，通過假定信道在OFDM塊內(nèi)呈線性變化，建立了TDS-OFDM在時交信道下的系統(tǒng)傳輸模型。在此基礎(chǔ)上采用一種決策反饋的方法來消除ICI。該方法使用偽隨機(jī)(PN)序列時域相關(guān)進(jìn)行信道粗估計，并在一個OFDM塊內(nèi)進(jìn)行線性內(nèi)插得到整個OFDM塊內(nèi)的信道細(xì)估計。分析和仿真結(jié)果表明，該方法相對于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；載波問干擾消除；時域同步正交頻分復(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，通過采用保護(hù)間隔來對抗信道頻率選擇性。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，可以近似認(rèn)為信道在一個OFDM塊內(nèi)保持不變，那么信道均衡可以通過簡單的一階頻域濾波實現(xiàn)；但是，信道時變產(chǎn)生的時間選擇性衰落將導(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，信道塊時不變的假設(shè)(即忽略ICI)必然會帶來系統(tǒng)性能的嚴(yán)重惡化。
    為此，本文假定信道在一個OFDM塊內(nèi)呈線性變化，建立了時域同步正交頻分復(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消除ICl。基于TDS-OFDM的PN序列作為幀頭的幀結(jié)構(gòu)特點，通過PN序列時域相關(guān)得到信道沖激響應(yīng)的粗估計，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。仿真結(jié)果表明，在快速時變信道下，該方法相對于傳統(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)前綴的長度可根據(jù)信道最大多徑時延來定制。
    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)個數(shù)據(jù)組成一個幀體向量，通過快速傅里葉反變換(IFFT)得到時域幀體向量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被插入來作信道估計。然后通過并串轉(zhuǎn)換得到發(fā)送信號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。幀頭部分被用來作信道估計，通過本地產(chǎn)生一個相同的PN序列與接收到的幀頭數(shù)據(jù)作時域相關(guān)得到信道粗估計，再經(jīng)過線性內(nèi)插得到信道細(xì)估計。使用該信道細(xì)估計來消除幀頭對幀體的干擾，這樣TDS-OFDM信號可以等價于零前綴OFDM(ZP-OFDM)信號，再通過交疊相加方法(OLA)，ZPOFDM信號等價于循環(huán)前綴OFDM(CP-OFDM)信號。由于信道估計的誤差，在進(jìn)行上述處理時會帶來額外的噪聲，但由于幀頭長度相對于幀體長度較小，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FFT得到，然后采用一種決策反饋的方法來消除ICI，得到對發(fā)送數(shù)據(jù)的估計。

    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代表多徑的個數(shù))�？紤]信道在OFDM塊內(nèi)的變化，那么，在接收端，經(jīng)過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X的估計為

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，所以很難在實際中使用。為此，基于線性內(nèi)插的信道估計方法，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，得到對發(fā)送數(shù)據(jù)的一個粗估計

再從Y中扣除所得的ICl分量估計，可以得到無ICI的數(shù)據(jù)估計如下式所示：

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