基于TDS_OFDM系统的迭代信道估计与均衡方法

同步和后同步定义为PN 255 序列的循环扩展。不同
帧的帧头 PN 序列采用不同的相位加以区分。
PN 序列具有良好的伪随机性, 这使得它具有
较为平坦的频谱特性, 可有效降低信道估计的误差。
在下一节中将对这一原理进行详细的分析。
1. 2 信号传输模型分析
如图 2a 所示, 发送信号帧头记为 ci, n, 帧体记为 si, n, 信道冲激响应记为h i。其中 i 表示帧号, n 表示 每一帧中某个符号的序号。
关键词: 信道估计与均衡; 地面数字多媒体广播 (D TM B ) ; PN 序列; 时域同步正交频分复用 (TD S2O FDM )
中图分类号: TN 919. 3 文章编号: 100020054 (2009) 1121891205
文献标识码: A
Itera tive channel est ima t ion and equa l iza t ion m ethod ba sed on the TD S-O FDM system
(1. D epartm en t of Electron ic Eng ineer ing, Tsinghua Un iversity, Be ij ing 100084, Ch ina;
2. Tsinghua Na tiona l Labora tory for Informa tion Sc ience and Technology, Be ij ing 100084, Ch ina)
^
H
、
Y 和C , 则式 (7) 可改写为
考虑到判决反馈信道均衡和导频插入信道估计 所存在的缺点, 一些学者提出了基于时域保护间隔 插入的信道估计方法。例如, 中国地面数字多媒体广 播 (D TM B ) 国家标准使用的信道补偿方案就是利用 时域同步 PN 序列相关算法得到对信道冲激响应的 估计值, 并在频域完成信道均衡[4- 5]。该方案利用时 域保护间隔进行信道估计, 无需传送额外的导频或 训练序列, 得到的信道估计受 Gau ss 噪声和时变信 道的影响小, 而且实现简单。本文在该方案的框架之 下, 提出一种新型信道估计与均衡方法, 并通过仿真
地面数字多媒体广播传输信道 (主要位于V H F 和U H F 频段) 中存在着各种多径和衰落现象, 造成 静态、动态多径干扰和Dopp ler 效应, 故该信道是一 个复杂的频率选择性和时间选择性衰落信道。 为了
收稿日期: 2009203224 基金项目: 国家“八六三”高技术项目 (2007AA 01Z2B 6) 作者简介: 伍凌智 (1983—) , 男 (汉) , 湖南, 硕士研究生。 通讯联系人: 王劲涛, 讲师, E2m ail: w ang jin tao@ tsinghua. edu. cn
分解的接收信号与实际的接收信号之间的关系 由图 2b、c 描述。
PN
DA TA
PN
DA TA
图 1 TD S-O FDM 系统帧结构示意图
以帧头模式1 为例。模式1 采用的PN 序列定义
为循环扩展的8 阶m 序列。可由一个F ibonacci 型线
图 2 多径信道下的发送信号与接收信号
性反馈移位寄存器实现, 经“0”到“+ 1”值及“1”到
根据Fou rier 变换的时域- 频域变换原理, 从式 (2) 可导出
D F T (y i, n ) = D F T (ci, n)D F T (h i).
(6)
根据上式可知, 在完成对接收信号中帧头 PN
序列的重构之后, 将重构的 PN 序列 yδi, n 与理想 PN
序列 ci, n (可在接收端根据帧号生成) 做解卷积操作,
帧头 PN 序列重构的数学表达式如下:
ri, n - , x i- 1, n+ N
0 ≤ n < L - 1;
yδi, n = ri, n ,
L - 1≤n < M;
ri, n - x i, n- M ,
M ≤ n < M + L - 1.
(5)
从该表达式可以长度M 时, 才能采用上述机制 对帧头进行重构。
1 系统模型
1. 1 TD S-O FDM 系统的帧结构 在 TD S2O FDM 系统中, 如图 1 所示, 一个基本
信号帧由帧头和帧体 2 部分组成, 为适应不同应用, 定义了 3 种可选帧头长度。 其中, 帧头为一定长度 (420、595 或 945) 的 PN 序列, 而帧体则是长度为 3 780 个符号的D FT 数据块。
Abstract: A n iterative channel estim ation and equalization m ethod w as develop ed fo r the TD S2O FDM system w ith in the Ch inese D TM B standard. T he key p rincip les of the m ethod are analyzed w ith sim u lation s on a hardw are p latfo rm and field test resu lts g iven to validate the system p erfo rm ance. T he system can effect ively track change in com p licated w ireless m u lti2p ath channels, w ith equalization op eration based on the estim ation resu lts to m in im ize the negative effects cau sed by the m u lti2p ath channel environm en t, w h ich en su res no rm al signal recep t ion.
x i, n = si, n h i, 0 ≤ n < M + L - 1. (3) 而实际的接收信号 ri, n则可以用式 (4) 表示:
+ x i- 1, n+ N y i, n + w , i, n 0 ≤ n < L - 1;
y i, n + w , i, n
L - 1≤n < M;
x i, n- M + y i, n + w , i, n
伍凌智, 等: 基于 TD S2O FDM 系统的迭代信道估计与均衡方法
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其中, 根据帧头长度以及信道长度的范围, 在这里选 整体性能。
取D FT ID FT 的点数为 2 048。
如果考虑频域白噪声 (记为W , 并设其功率为
Ρ2n )
的影响,
分别记
^
h
i、y
i,
n
和
ci,
n
的频谱特性值为
Key words: channel estim ation and equalization; d igital terrestrial m u lt im ed ia b roadcasting; p seudo no ise sequence; TD S2O FDM
巨大; 在强多径情况下, 由于D FE 的无限冲激响应 结构, 导致滤波器易自激, 不稳定。 以CO FDM 为代 表的多载波 (M C ) 系统, 一般采用导频插入辅助估 计[3]。 导频估计的缺点是信道估计值受噪声的影响 较大, 且导频的插入会降低频谱的利用效率。
M ≤n <
ri, n =
x i, n- M + w , i, n
M + L - 1; M + L - 1≤
+ + x i, n- M
y i+ 1, n- M - N
n< M + N; M + N ≤n <
w , i, n
M + N + L - 1.
(4)
1. 3 信道估计的基本策略
在 TD S2O FDM 系统中, 信道估计是基于帧头 PN 序列的重构进行的。如图2c 所示, 在实际接收信 号中, 由于受到多径效应的影响, 每一帧的帧头前部
以 82V SB 为代表的单载波系统, 主要采用判决 反馈均衡器 (D FE ) 来进行信道估计[1- 2], 它使用数 据帧中每场的第一个数据段所携带的训练序列进行 估计。 该方法的缺点是需要的均衡滤波器抽头数量
W U L ingzhi1, W ANG J inta o1, W ANG J un1, SONG J ia n2
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清 华 大 学 学 报 (自 然 科 学 版)
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和实地测试证明其具有优越的性能。
与前一帧帧体数据的拖尾混叠在一起, 而帧头自身
的拖尾则混叠在当前帧的帧体前部之中。
为了进行准确的信道估计, 必须保证接收信号
中帧头 PN 序列的独立性和完整性。 即需要从帧头 前部中去除前一帧帧体数据拖尾的影响, 并把帧头
自身的拖尾从当前帧帧体前部中恢复出来, 以实现
对接受信号中帧头 PN 序列的重构。
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清华大学学报 (自然科学版) J T singhua U n iv (Sci & T ech) ,
2009 年 第 49 卷 第 11 期 2009, V o l. 49, N o. 11
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