双天线发射分集TDSOFDM系统干扰消除技术
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双天线发射分集TDS-OFDM系统干扰消除技术
双天线发射分集 TDS-OFDM 系统干扰消除技术#
昌文婷,王劲涛,潘长勇**
10 15 20 25 30 35 40
(清华大学,清华信息科学与技术国家实验室,北京 100084)
摘要:在发射分集的时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)系统中存在二种干扰:训练序
列之间的干扰,训练序列和 OFDM 数据块之间的干扰。
为了消除干扰训练序列之间的干扰,
本文提出了正交训练序列设计方法。
基于正交训练序列,本文又提出了迭代干扰消除和信道
估计的算法。
仿真结果表明迭代干扰消除方法能在各种信道衰落环境中,有效消除干扰,获
得发射分集增益。
关键词:干扰消除;双天线发射分集;TDS-OFDM 系统
中图分类号:TN83,TN85
Interference elimination in TDS-OFDM system with
two-branch transmit diversity
Chang Wenting, Wang Jintao, Pan Changyong
Tsinghua National Laboraty of Information Science and Technology,Tsinghua University,
Beijing 100084
Abstract: When adopting transmit diversity in the time domain synchronous orthogonal frequency
division multiplexing TDS-OFDM system, there exists two kinds of interference: training
sequences TSs from different transmit antennas overlap with each other at the receiver; and the
TSs are interfered with OFDM data blocks due to multipath fading. To distinguish different TSs in
the superposition, we generate two orthogonal sequences. Subsequently, an iterative algorithm is
studied to eliminate the interference between TSs and OFDM data blocks. Simulations are
performed and the results show that the proposed scheme can achieve great diversity gain and
work well over different channel propagation conditions.
Keywords: Terms―Interference alignment; transmit diversity; TDS-OFDM
0 引言
正交频分复用(OFDM)技术将一个选择型衰落信道转换成多个并行的平坦型衰落子信
道,从而有效的消除符号间干扰,已被广泛应用于各种无线通信系统中[1]。
为了避免多径效应
导致的 OFDM 块间干扰,传统 OFDM 系统采用循环前缀(CP)或者零填充(ZP)作为保
护间隔。
此外,传统系统还需要传输大量的训练符号(超过 10%的数据符号)用于信道估
计,降低了系统的吞吐量。
不同于传统系统,时域同步(TDS)OFDM 技术在保护间隔内填
充时域训练序列,降低了开销,提高系统吞吐量。
室内外的移动接收测试和固定接收测试结
果表明,TDS-OFDM 技术可以提供优良的性能,已成功地应用于中国数字电视地面多媒体
广播标准[2]。
为了进一步提高 TDS-OFDM 系统性能,文[3] 提出了发射分集的方法。
文[3]在假设信道
估计在接收端已知的前提下,提出了分集系统中数据编码方法。
但实际系统中,需要先实现
估计信道才能相干解调恢复 OFDM 数据块。
TDS-OFDM 系统传输时域训练序列用于信道冲
激响应估计[4],当发射分集被采用时,不同发射天线传输的训练序列经过独立的无线信道后,
基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金(20090002120026)
作者简介:昌文婷,(1987-),女,博士研究生,主要研究方向:MIMO 无线通信技术。
通信联系人:王劲涛,(1978-),副教授,主要研究方向:宽带无线广播系统和分集技术。
E-mail:
wangjintao@tsin
-1-
同时到达接收端,彼此相互干扰。
文[5]和文[6]分别提出了信道估计的解决方案,但是他们可
估计的最大信道延迟扩散小于保护间隔长度。
除了训练序列之间的干扰,发射分集的 TDS-OFDM 系统还有一个问题需要解决。
在时
50
域训练序列传输后,紧接着传输 OFDM 数据块,由于多径衰落效应,二者的接收信号会部
分重叠,这种干扰随着发射天线数目的增加变得越来越严重。
文[5]和文[6]使用循环前缀避免
这种干扰,但是降低了系统的吞吐量。
为了解决上述二种干扰,本文首先提出了一种设计正交训练序列和迭代消除的方法。
这
种方法避免了多天线传输的时域序列之间的相互干扰,消除了训练序列和OFDM 数据之间
的相互干扰,得到较为准确的信道估计结果,从而获得发射分集增益。
本文的其余部分安排
如下:第一节将给出 TDS-OFDM 系统模型和正交训练序列设计方法,第二节描述了迭代干
扰消除的方法,第三节是仿真结果的对比和分析,最后再第四节总结全文。
1 正交训练序列设计
55
1.1
双天线 TDS-OFDM 系统模型
双天线发射分集 TDS-OFDM 系统的发射机模型如图 1 所示,输入比特流经过串并转换、
映射、空频编码[3]和反傅里叶变换(IDFT)后,生成二路时域数据块。
将二个时域训练序列
分别填充到二路数据块之前构成完整的二路信号帧。
60
1.2
正交训练序列设计
图 1 双天线 TDS-OFDM 系统框图
二路时域训练序列,经过独立的信道后同时到达接收端,重叠在一起,相互干扰。
为了
避免训练序列之间的相互干扰,本文设计了基于子序列的正交序列设计。
选取 CAZAC 序列
为基础子序列 b b k kK01(也可以选择其它序列为子序列)[7]:
65
b k e
j?
k 2 K
, 0?≤ k K
(1)
其中 K 是子序列长度,且是奇数,即 mod K 1, 2 0 。
b 的 K 点傅里叶变化(DFT)为
B B k kK01 。
下面生成二个序列 c% 0 和 c%1
其中
c% i vec [b xi ]T i 0,1 -2-
(2)
70
?
?x iIDFTK Xi
k
(3)
IDFTK ? 表示 K 点的反傅里叶变化。
序列 c% 0 和 c% 1 的卷积为零, c% 0c% 1 ID FT2 K C% 0 ⊙
C% 1* 0,其中 C% i 是 c% i i 0,1 的 2K 点 IDFT,为周期循环卷积,为向量内积。
为了证
明正交性,先计算 C% i 和 B 的关系:
C% i n
2 K1 n 0
i
2 K
? b 0 L b K1 e
K
K1 n
K
xi 0 ?L xi K?1 e
K
K1 n
(4)。