TDS—OFDM系统中信道估计方法的研究

l 引 言

在近十余年中，数字电视地面广播(DTTB)已达到了实际应用阶段。目前已被国际电信联盟(ITU)承认的DTTB传输标准有3个，即：美国先进电视系统委员会提出的格型编码8电平残余边带调制(8VSB)系统(简称ATSC)，欧洲开发的基于编码正交频分复用(COFDM)技术的数字视频地面广播标准(DVB—T)和日本采用的分段正交频分复用的地面综合业务数字广播标准(ISDB—T)。现阶段对这3个标准的比较和测试见诸多文献，一般来说，这3个标准各有特点。ATSC系统为传统的单载波(SC)系统，它使用复杂的信道均衡器来进行信道估计，消除多径干扰。该算法的对均衡器要求比较高，均衡器设计的复杂度很高。欧洲DVB—T多载波系统是在OFDM频谱中插入导频信号的，它规定了分散导(Scattered Pilot)频和连续(Continu—ous Pilot)导频。连续导频在每个COFDM符号中的位置都是固定的，散布导频的位置在不同的COFDM符号中有所不同。然而该方案在使用了大量导频来完成估计和均衡，使得系统有效数据的传输率较低。ISDB—T是日本无线电工商业协会开发的，系统采用的调制方法称为频带分段传输(BST)OFDM，由一组共同的成为BST段的基本频率块组成，属于单载波传输。

在上述背景下，我国制定了中国地面传输数字电视标准(简称DTMB)。欧洲的DVB—T与和日本的ISDB一T标准都是采用具有循环前缀保护间隔的编码正交频分复用，即COFDM调制。而DTTB标准采用了PN序列作为循环间隔，时域同步正交频分复用(TDS一OFDM)进行调制。

然而，要想完全实现OFDM技术所带来的性能的提高，还需要进行关键技术的实现，而信道估计就是其中之一。本文针对清华所提出的DMB—T系统中信道估计部分进行了研究，对迭代算法进行了优化，使得估计得到的信道冲激响应更加精准，从而提高系统的性能。

2 TDS—OFDM信道估计算法

2．1 TDS—OFDM的系统模型

TDS—OFDM是现在清华提出的DMB—T传输系统的核心调制技术，它是时域同步的正交频分复用技术，或者称为以PN序列为保护间隔的正交频分复用调制。系统的离散系统模型如图l所示。

信号帧中的帧同步由前同步、8阶PN序列和后同步三部分组成。PN序列定义为255个符号，前同步和后同步定义为PN序列的循环扩展，如图3所示。

8阶PN序列定义为本原多项式x8+x6+x5+x+1的m序列，其初始条件将确定所生成的m序列的相位，而初始条件是由每一个帧的帧号所决定的。信号帧群中的每个信号帧分配有惟一的帧同步信号，以此作为信号帧的识别特征。也就是说，在接收端，我们只要确定m序列的相位，就可以确定帧号，从而可以达到同步的目的。

2．2 PN序列自相关实现信道估计

在DMB—T系统中，采用TDS一OFDM(时域同步正交频分复用)调制技术，没有插入OFDM导频信号，而是在OFDM的保护间隔中插入时域PN信号作为同步头。不考虑数据对同步头的干扰，接收到的同步头可以表示为：

式中c(k)为选用的PN序列，它具有良好的相关特性，其归一化相关函数可表示为：

通过时域的相关，即r(k)和本地的c(k)相关，可以得到信道的时域冲激响应的粗估计h(n)。得到的粗估计h(n)中的小电平值被丢弃，因为存在白噪声和多径时，这些小电平已经不用考虑了。

相关使用的PN序列有K=255个符号，所以提出的信道估计算法能给出的信道估计长度为K，即要求L≤K。我们所得到的粗估计h(n)时由信道的第一条路径来定位的，实际中一般以主径来定位，而主径前的旁径造成相对于主径的信号的向前扩散，主径后的旁径造成相对予主径的信号的向后扩散。前同步缓冲和后同步缓冲定义为PN序列的循环扩展，它们作为PN序列的保护段，只要信道的前径长度和后径长度分别小于前同步长度和后同步长度，就可以得到比较准确的时域冲激响应。

根据得到的粗估计h(n)，可以构造PN序列经过信道冲激响应后得到的信号y(k)，通过接收的信号r(k)减去y(k)，可以得到数据部分通过信道后的响应信号x(k)。对x(k)进行时域的判决反馈处理，均衡后得到z(k)，这里的z(k)是净化后的x(k)。由于需要得到纯净的y(k)通过y(k)和本地PN序列的频域相除得到信道的冲激响应)，所以再分段从r(k)中减去上一帧数据部分对本帧帧头的影响x_pre(k)以及本帧数据部分对本帧帧头的影响z(k)，重建了帧头y(k)，然后根据频域上的除法，就可以得到比较精确的信道估计：

其中的iter=j+1，表示经过几次迭代之后所得到的最终的信道估计。接收端去除PN序列之后的帧体经过FFT操作之后，得到频域输出Y(n，k)，然后使用所得到的信道频率响应估计h(n，k)(这里的n指的是第n帧)对本帧的频域数据Y(n，k)进行信道均衡，即z(n，k)=y(n， k)／H(n，k)。整个信道估计的过程如图4所示。

通过如图4所示的信道估计，在频域通过除法运算即可实现信道均衡，简单的均衡器正是多载波调制优于单载波的一个重要优点。这种通过时域相关的方法直接得到信道冲激响应，有效地减少了白噪声的干扰。

来源：现代电子技术