OFDM系统中的ICI干扰消除技术

1、引言

为了进一步提高系统频谱效率并有效对抗无线信道的频率选择性衰落，3G长期演进系统（LTE）采用了正交频分复用（OFDM）技术。

本文在分析了OFDM系统中的子载波间干扰的基础上，给出了多种ICI干扰消除技术。

2、子载波间干扰问题分析

首先定量分析一下OFDM系统中的子载波间干扰，接收端解调后第k个子载波的数据可表示成：

如果信道在一个OFDM符号内时不变，（1）式中的αm(k,d)=0(k≠d)，不存在ICI干扰，从而保证了子载波间的正交性，但由于信道的时变性，解调出的数据存在乘性干扰、ICI干扰和加性噪声。当信道变化较慢时，可以近似认为信道在一个OFDM块内保持不变，那么信道均衡可以通过简单的一阶频域滤波实现。但是信道时变产生的时间选择性衰落将破坏子载波间的正交性，产生载波间干扰。当信道变化较快时，信道快时不变的假设必然带来系统性能的严重恶化。

3、子载波间干扰抑制技术

抑制子载波间干扰（ICI），补偿系统频偏已成为OFDM系统研究的关键技术。通常对收发信机中振荡器载频的不同步所引入的固定频偏，通过对频偏的估计及补偿，ICI可以很容易的得到抑制。但对由于信道的时变性所引入的频偏，频偏的估计以及ICI的抑制已变得十分困难，需要较复杂的估计过程及补偿措施。

3.1　频域均衡

频域均衡法用来消除由于ICI造成的信号失真。其基本思路是在传输端传送一些特殊的训练序列和导频信号，接收端利用已知的训练序列或者已知的导频信号进行信道估计。根据导频估计出信道的脉冲响应的方法通常有匹配滤波器法、MMSE、ML等。假设信道的时变性线性变化，通过估计信道的脉冲响应来抑制ICI，OFDM系统中的频域接收信号用矩阵的形式表示为：

由于相邻子载波对当前载波的ICI干扰较大，可以只考虑相邻q个载波的ICI干扰系数，从而简化矩阵来减少运算量。这种频域线性均衡的方法可以有效去除ICI干扰，但是实现复杂，并且需要多余的信息开销。

3.2　时域均衡

均衡的方法是较常见的方法，由于OFDM系统时域和频域对偶的特性，均衡的滤波器可以加在时域，也可以加在频域，时域滤波和频域滤波可以完全等效。线性均衡有迫零和最小均方误差两种算法，非线性的算法有判决反馈均衡和串行干扰消除的方法。

时域均衡的方法是在DFT之前加时变滤波器，来改善接收机的频率响应，使之对ICI不敏感。最常用的窗函数是Nyquist窗，特征是加窗后各子载波保持正交关系。

对于时域均衡方法，可以用基于泰勒级数展开的模型来分析多普勒频移所引入的ICI，并且利用干扰矩阵的特点给出了简化的均衡结构，但这种均衡算法仍具有较高的计算复杂度。也可以设计基于ICI抑制的时域滤波器，来补偿信道的时变性，从而使信道转变为时不变信道。这些方法需要已知信道的状态信息，并且需要计算信道传输矩阵的逆，因此复杂度高。

作者：焦慧颖   来源：泰尔网