TDS—OFDM系統(tǒng)中信道估計方法的研究

l 引 言

在近十余年中，數(shù)字電視地面廣播(DTTB)已達到了實際應用階段。目前已被國際電信聯(lián)盟(ITU)承認的DTTB傳輸標準有3個，即：美國先進電視系統(tǒng)委員會提出的格型編碼8電平殘余邊帶調制(8VSB)系統(tǒng)(簡稱ATSC)，歐洲開發(fā)的基于編碼正交頻分復用(COFDM)技術的數(shù)字視頻地面廣播標準(DVB—T)和日本采用的分段正交頻分復用的地面綜合業(yè)務數(shù)字廣播標準(ISDB—T)。現(xiàn)階段對這3個標準的比較和測試見諸多文獻，一般來說，這3個標準各有特點。ATSC系統(tǒng)為傳統(tǒng)的單載波(SC)系統(tǒng)，它使用復雜的信道均衡器來進行信道估計，消除多徑干擾。該算法的對均衡器要求比較高，均衡器設計的復雜度很高。歐洲DVB—T多載波系統(tǒng)是在OFDM頻譜中插入導頻信號的，它規(guī)定了分散導(Scattered Pilot)頻和連續(xù)(Continu—ous Pilot)導頻。連續(xù)導頻在每個COFDM符號中的位置都是固定的，散布導頻的位置在不同的COFDM符號中有所不同。然而該方案在使用了大量導頻來完成估計和均衡，使得系統(tǒng)有效數(shù)據(jù)的傳輸率較低。ISDB—T是日本無線電工商業(yè)協(xié)會開發(fā)的，系統(tǒng)采用的調制方法稱為頻帶分段傳輸(BST)OFDM，由一組共同的成為BST段的基本頻率塊組成，屬于單載波傳輸。

在上述背景下，我國制定了中國地面?zhèn)鬏敂?shù)字電視標準(簡稱DTMB)。歐洲的DVB—T與和日本的ISDB一T標準都是采用具有循環(huán)前綴保護間隔的編碼正交頻分復用，即COFDM調制。而DTTB標準采用了PN序列作為循環(huán)間隔，時域同步正交頻分復用(TDS一OFDM)進行調制。

然而，要想完全實現(xiàn)OFDM技術所帶來的性能的提高，還需要進行關鍵技術的實現(xiàn)，而信道估計就是其中之一。本文針對清華所提出的DMB—T系統(tǒng)中信道估計部分進行了研究，對迭代算法進行了優(yōu)化，使得估計得到的信道沖激響應更加精準，從而提高系統(tǒng)的性能。

2 TDS—OFDM信道估計算法

2．1 TDS—OFDM的系統(tǒng)模型

TDS—OFDM是現(xiàn)在清華提出的DMB—T傳輸系統(tǒng)的核心調制技術，它是時域同步的正交頻分復用技術，或者稱為以PN序列為保護間隔的正交頻分復用調制。系統(tǒng)的離散系統(tǒng)模型如圖l所示。

信號幀中的幀同步由前同步、8階PN序列和后同步三部分組成。PN序列定義為255個符號，前同步和后同步定義為PN序列的循環(huán)擴展，如圖3所示。

8階PN序列定義為本原多項式x8+x6+x5+x+1的m序列，其初始條件將確定所生成的m序列的相位，而初始條件是由每一個幀的幀號所決定的。信號幀群中的每個信號幀分配有惟一的幀同步信號，以此作為信號幀的識別特征。也就是說，在接收端，我們只要確定m序列的相位，就可以確定幀號，從而可以達到同步的目的。

2．2 PN序列自相關實現(xiàn)信道估計

在DMB—T系統(tǒng)中，采用TDS一OFDM(時域同步正交頻分復用)調制技術，沒有插入OFDM導頻信號，而是在OFDM的保護間隔中插入時域PN信號作為同步頭。不考慮數(shù)據(jù)對同步頭的干擾，接收到的同步頭可以表示為：

式中c(k)為選用的PN序列，它具有良好的相關特性，其歸一化相關函數(shù)可表示為：

通過時域的相關，即r(k)和本地的c(k)相關，可以得到信道的時域沖激響應的粗估計h(n)。得到的粗估計h(n)中的小電平值被丟棄，因為存在白噪聲和多徑時，這些小電平已經(jīng)不用考慮了。

相關使用的PN序列有K=255個符號，所以提出的信道估計算法能給出的信道估計長度為K，即要求L≤K。我們所得到的粗估計h(n)時由信道的第一條路徑來定位的，實際中一般以主徑來定位，而主徑前的旁徑造成相對于主徑的信號的向前擴散，主徑后的旁徑造成相對予主徑的信號的向后擴散。前同步緩沖和后同步緩沖定義為PN序列的循環(huán)擴展，它們作為PN序列的保護段，只要信道的前徑長度和后徑長度分別小于前同步長度和后同步長度，就可以得到比較準確的時域沖激響應。

根據(jù)得到的粗估計h(n)，可以構造PN序列經(jīng)過信道沖激響應后得到的信號y(k)，通過接收的信號r(k)減去y(k)，可以得到數(shù)據(jù)部分通過信道后的響應信號x(k)。對x(k)進行時域的判決反饋處理，均衡后得到z(k)，這里的z(k)是凈化后的x(k)。由于需要得到純凈的y(k)通過y(k)和本地PN序列的頻域相除得到信道的沖激響應)，所以再分段從r(k)中減去上一幀數(shù)據(jù)部分對本幀幀頭的影響x_pre(k)以及本幀數(shù)據(jù)部分對本幀幀頭的影響z(k)，重建了幀頭y(k)，然后根據(jù)頻域上的除法，就可以得到比較精確的信道估計：

其中的iter=j+1，表示經(jīng)過幾次迭代之后所得到的最終的信道估計。接收端去除PN序列之后的幀體經(jīng)過FFT操作之后，得到頻域輸出Y(n，k)，然后使用所得到的信道頻率響應估計h(n，k)(這里的n指的是第n幀)對本幀的頻域數(shù)據(jù)Y(n，k)進行信道均衡，即z(n，k)=y(n， k)／H(n，k)。整個信道估計的過程如圖4所示。

通過如圖4所示的信道估計，在頻域通過除法運算即可實現(xiàn)信道均衡，簡單的均衡器正是多載波調制優(yōu)于單載波的一個重要優(yōu)點。這種通過時域相關的方法直接得到信道沖激響應，有效地減少了白噪聲的干擾。

來源：現(xiàn)代電子技術