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        OFDM系統(tǒng)同頻干擾消除算法的研究

        2016-08-22 09:42:57李建新
        電視技術 2016年7期
        關鍵詞:插值時域載波

        楊 勇,李建新

        (揚智電子科技(上海)有限公司,上海 200233)

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        OFDM系統(tǒng)同頻干擾消除算法的研究

        楊勇,李建新

        (揚智電子科技(上海)有限公司,上海 200233)

        在基于OFDM技術的寬帶無線通信系統(tǒng)中,同頻道干擾是影響系統(tǒng)性能的一個主要方面。提出一個新的同頻道干擾消除算法,新算法使用信道估計時域插值輸出的差分信號來做CCI消除,對信道估計的時域插值輸出的差分信號在時間方向作平均,估計其受到CCI干擾的大小,并在信道估計的輸出輸入到FEC前,在信道估計的結(jié)果上消除不同大小CCI干擾的影響,從而有效提高了系統(tǒng)抗CCI的性能。

        OFDM;同頻干擾;信道估計;時域插值

        正交頻分復用(OFDM)技術是將信道分成若干正交子信道,將傳輸?shù)男盘栟D(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流,調(diào)制到每個子信道上進行傳輸,從而提高了頻率利用率,并有效地降低符號間干擾。OFDM技術已經(jīng)被廣泛應用于寬帶無線通信系統(tǒng)中,如ISDB-T/DVB-T/DVB-T2等[1-2]。

        同頻道干擾(CCI)主要來源于兩個方面。一方面,目前正處在模擬電視向數(shù)字電視過渡的關鍵時期,由于頻譜資源的緊張導致多個系統(tǒng)共享同一頻帶,在相同頻段內(nèi)同時傳輸模擬電視信號和數(shù)字電視信號,從而不可避免地發(fā)生相互干擾的情形,經(jīng)常發(fā)生模擬電視對數(shù)字電視信號的CCI干擾,其中更以因PAL、SECAM或者NTSC等制式信號及窄帶影響所導致的CCI干擾最為突出[3-4]。俄羅斯、非洲、亞太等新興市場第二代地面數(shù)字電視(DVB-T2)的部署過程中,這種CCI干擾影響嚴重。另一方面,由于調(diào)諧器、放大器的非線性影響,射頻數(shù)字電視信號在放大過程中被引入CCI。不管是模擬電視對數(shù)字電視產(chǎn)生的CCI干擾,還是調(diào)諧器、放大器的非線性影響產(chǎn)生的CCI干擾,這兩種CCI干擾都嚴重影響數(shù)字電視的接收性能。如何抑制CCI干擾,特別是調(diào)諧器、放大器的非線性影響產(chǎn)生的CCI干擾是一個有待解決的問題。

        文獻[5]中提出一種抑制CCI的方法,使用信道估計輸出的差分信號來做CCI的檢測和消除。一方面由于信道估計的非線性處理使得CCI被部分濾除,CCI檢測會出現(xiàn)漏檢或者誤檢。另一方面在深衰信道中,由于噪聲被放大,CCI檢測更容易出錯。文獻[6]中提出一種在文獻[5]上的方法,進一步降低了CCI誤檢測的概率。但是該方法一方面不能根據(jù)CCI的大小調(diào)整CCI的消除門限,另一方面CCI檢測仍然會出現(xiàn)漏檢或者誤檢。

        本文提出一種新的CCI消除算法,這個算法使用時域插值輸出的差分信號來進行CCI的消除,新算法對信道估計的時域插值輸出的差分信號在時間方向作平均,估計其受到CCI干擾的大小,并在信道估計的輸出輸入到FEC前,在信道估計的結(jié)果上消除不同大小CCI干擾的影響,從而提高了系統(tǒng)抗CCI的性能。

        1 傳統(tǒng)的CCI消除技術

        當CCI干擾來源于同頻道模擬電視信號的干擾時,它的主要能量集中在圖像、聲音和色度載波信號。這些信號的幅度會隨著時間的變化而快速變化。為此,可以在時間方向上檢測信道頻域響應的變化來判斷是否受到CCI干擾。傳統(tǒng)的CCI消除技術的方框圖如圖1所示。

        圖1 傳統(tǒng)CCI消除技術的結(jié)構框圖

        (1)

        式中:CCIk是子載波k被判斷是否受到CCI干擾的影響;“1”為沒有受到CCI干擾;“0”為受到CCI干擾。αthreshold為判斷為CCI干擾的門限值。

        為了降低CCI干擾被誤判的影響,在文獻[6]中提出了一種改進方法。該方法存儲M個符號,使用傳統(tǒng)方法得到CCIk,l,只有當M個CCIk,l求和的結(jié)果大于N時,才判定為CCI干擾。判斷是否受到CCI干擾的表達式為

        (2)

        2 本文采用的CCI消除技術

        由于CCI干擾信號的能量被信道估計的頻率插值濾波器濾除,傳統(tǒng)的CCI消除技術利用信道估計的結(jié)果在時間方向上做差分來檢測CCI干擾,很容易出現(xiàn)誤檢測和消除。并且在深衰信道中,由于噪聲會被放大,CCI檢測更容易出錯。

        文獻[6]中提出一種在文獻[5]上的改進方法,利用對多次CCI的檢測結(jié)果加權,進一步提高了抗CCI的性能。但是該方法不能根據(jù)CCI的干擾強度大小,調(diào)整CCI的消除門限,從而達到抗CCI性能的最佳。并且在深衰信道中,由于噪聲會被放大,CCI檢測仍然會出錯。

        為了解決傳統(tǒng)CCI消除技術的頻率插值濾波器會濾除掉相當部分的CCI干擾信號的能量問題,本文在信道估計頻域插值濾波器之前,對時域插值濾波器的結(jié)果做CCI消除,這樣就保留了大部分的CCI干擾信號的能量,保證了CCI干擾被正確檢測和消除。進一步,本文根據(jù)時域插值濾波器結(jié)果的差分信號,在時間方向上對每個子載波做統(tǒng)計平均,并在整個帶寬內(nèi)做歸一化處理,從而準確估計每個子載波在信號帶寬內(nèi)受到CCI干擾強弱的大小。由此,每個子載波不只是“有”或者“無”CCI干擾,而是具體到每個子載波受到CCI干擾的大小,這樣解映射輸出的軟信息就可以表征出受到CCI干擾影響的大小,從而使得接收機達到最佳的譯碼性能。

        本文采用的CCI消除技術的結(jié)構框圖如圖2所示。

        圖2 本文采用的CCI消除技術的結(jié)構框圖

        CCIk表達式為

        k∈[0,3,6,…]

        (3)

        式中:CCIk是子載波k受到CCI干擾的量級;M為時間方向上的M個符號;Kmax為k的最大取值;βthreshold為CCI干擾的門限值。

        (4)

        式中:interp(·)為插值函數(shù),可以使用線性插值方程,也可以使用非線性插值方程。

        在開銷方面(以DVB-T為例),傳統(tǒng)的算法在信道估計的輸出做差分,需要一個符號的存儲空間來存儲延遲符號,而新算法是在時域插值的輸出做差分,需要的存儲空間比傳統(tǒng)算法小得多。DVB-T的導頻間隔為3,新算法的時域插值的輸出做差分需要的存儲空間僅為1/3個符號。另外,新算法還增加了1/3符號的存儲空間用來存儲導頻子載波的差分信號在時間方向上做M個符號的平均值。所以存儲開銷方面,新算法比傳統(tǒng)算法??;在邏輯開銷方面,新算法增加了一些邏輯運算,開銷比傳統(tǒng)算法略有增加。

        3 仿真結(jié)果

        通過計算機仿真來評價新的CCI消除技術的性能。當維特比譯碼器輸出的BER達到2×10-4后,RS譯碼器輸出的BER達到QEF要求的10-11標準。仿真參數(shù)采用DVB-T系統(tǒng)的2K模式,16QAM,1/8GI,3/4CR,維特比譯碼器的輸入4bit量化,回溯深度為64。加寬帶加性白高斯噪聲信道,同信道模擬電視干擾信號為Dbook7.0規(guī)定的PAL-L1信號源[7]。

        設置αthreshold為0.001 5,N為2,M為16,βthreshold為3。定義信號功率和PAL-L1干擾功率的比值為載波干擾比(CIR)。如圖3所示,傳統(tǒng)的CCI消除方法用old表示,在傳統(tǒng)CCI消除方法基礎上的改進方法用old2表示,本文提出的新的CCI消除方法用NEW表示,沒有任何CCI消除方法用off表示,圖3為CN=40dB,不同CIR時,不同的CCI消除方法性能對比結(jié)果。

        圖3 不同CCI消除算法的性能比較

        從圖3中可以看出,本文提出的新的CCI消除算法比傳統(tǒng)CCI消除算法和在傳統(tǒng)的CCI算法基礎上的改進算法都要改進3dB以上。新的CCI消除算法比沒有任何CCI消除方法改進多達7dB以上。新的CCI消除算法比傳統(tǒng)的CCI消除算法的性能有明顯的提高。

        4 結(jié)論

        為了解決傳統(tǒng)CCI消除技術的頻率插值濾波器會濾除相當部分的CCI干擾信號的問題,本文在信道估計頻域插值濾波器之前的時域插值濾波器的結(jié)果上做CCI消除,保留大部分的CCI干擾信號,保證了CCI干擾被正確檢測和消除。并進一步估計出每個子載波受到CCI干擾的大小,解映射輸出的軟信息可以表征出受到CCI干擾的影響的大小,從而達到最佳的譯碼性能,但算法的開銷并無太多增加。目前,該算法也實際應用到DVB-T以及DVB-T2接收機的芯片中。

        [1]EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute.ETSIEN300 744,v1.5.1,Digitalvideobroadcasting(DVB);framingstructure,channelcodingandmodulationfordigitalterrestrialtelevision[S]. 2004.

        [2]EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute.ETSIEN302 755,v1.3.1,Digitalvideobroadcasting(DVB);framingstructure,channelcodingandmodulationforasecondgenerationdigitalterrestrialtelevision[S]. 2012.

        [3]SANCHEZM,ACUNAM,CUINASI,etal.Co-channelandadjacentchannelinterferenceinactualterrestrialTVscenarios-partI:fieldmeasurements[J].IEEEtransationsonbroadcasting, 2002, 48(2):111-115.

        [4]ACUAAM,SANCHEZM,RODRIGUEZ-OSORIOR,etal.Co-channelandadjacentchannelinterferenceinactualterrestrialTVscenarios-partII:MATVsystemslaboratorytests[J].IEEEtransationsonbroadcasting, 2002,48(2):116-122.

        [5]WANGY,GEJ,AIB,etal.AsoftdecisiondecodingschemeforCOFDMwithapplicationtoDVB-T[J].IEEEtransationsonconsumerelectronics, 2004,50(1):84-88.

        [6]李衛(wèi)國,黃秋元,劉鐵,等.OFDM系統(tǒng)中同頻干擾的抑制[J]. 電視技術,2007,31(11):14-16.

        [7]DBookTestSpecification.Digitalterrestrialtelevisionrequirementsforinteroperability[S]. 2011.

        楊勇(1977— ),主要從事IC算法的研發(fā)工作。

        責任編輯:薛京

        Studyofco-channelinterferencecancellationalgorithminOFDMsystem

        YANGYong,LIJianxin

        (Shanghai Ali(Shanghai) Corp.,Shanghai 200233, China)

        InwidebandwirelesscommunicationbasedonOFDMtechnology,co-channelinterference(CCI)isamainfactortoeffectsystemperformance.Inthepaper,anewCCIcancellationalgorithmispresented.Thealgorithmaveragesdifferentialsignaloftimeinterpolationoutputofchannelestimationintimedirection,estimatesCCIinterferencelevel,andcancelstheeffectofdifferentlevelCCIinterferenceonchannelestimation’soutputbeforechannelestimation’soutputinputtoFEC.Therefore,anti-CCIperformanceisimprovedeffectively.

        OFDM;CCI;channelestimation;timeinterpolation

        TN915

        ADOI:10.16280/j.videoe.2016.07.023

        2015-11-30

        文獻引用格式:楊勇,李建新.OFDM系統(tǒng)同頻干擾消除算法的研究[J]. 電視技術,2016,40(7):104-106.

        YANGY,LIJX.Studyofco-channelinterferencecancellationalgorithminOFDMsystem[J].Videoengineering,2016,40(7):104-106.

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