多載波數(shù)字電視接收機(jī)的基于DFT信道估計算法

嚴(yán)俊

摘要：2006年，中國發(fā)布了自己的地面數(shù)字電視專利標(biāo)準(zhǔn)：單載波調(diào)制的ADTB-T方案和多載波調(diào)制的DMB-T方案。其中多載波調(diào)制的DMB-T方案基于正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)，能有效地對抗因?yàn)闊o線信道多徑效應(yīng)所引起的符號間干擾（ISI）。OFDM在現(xiàn)代通信技術(shù)應(yīng)用頗多，除了數(shù)字電視以外，3G-LTE標(biāo)準(zhǔn)和WiMAX標(biāo)準(zhǔn)的物理層調(diào)制技術(shù)均采用了OFDM方案。OFDM系統(tǒng)的接收機(jī)通常采用相干解調(diào)，它比非相干解調(diào)擁有更好的性能，而采用相干解調(diào)，就必須在接收端提前進(jìn)行信道估計，辨識出信道的時域或頻域的傳輸特性。本文分析了一種適宜于實(shí)際應(yīng)用的多載波數(shù)字電視接收機(jī)的信道估計算法，該算法基于離散傅立葉變換（DFT），該算法比較易于實(shí)現(xiàn)，且性能較之傳統(tǒng)的最小二乘估計（LS）估計要優(yōu)異。

關(guān)鍵詞：正交頻分復(fù)用；離散傅立葉變換；最小二乘估計；時域?yàn)V波

中圖分類號：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2012)01-0151-03

地面數(shù)字接收機(jī)同任何無線通訊設(shè)備一樣都要處理復(fù)雜的環(huán)境影響。在無線通信系統(tǒng)設(shè)計中，多徑效應(yīng)是一個無法避免的因素，要獲得比較好的接收性能，必須通過準(zhǔn)備的信道估計算法進(jìn)行信道補(bǔ)償。雖然說目前的多載波通信系統(tǒng)較之單載波通信系統(tǒng)更適應(yīng)于工作在長延時的環(huán)境下，但為了更好地設(shè)計之后的均衡器系統(tǒng)，仍然需要設(shè)計性能上比較優(yōu)異的信道估計算法。

1信道估計算法概論

實(shí)際的無線信道具有很強(qiáng)的隨機(jī)性。信號經(jīng)過信道傳輸后，波形的幅度和相位都有較大的改變，接收端的信號較原始信號有很大的失真，引起錯誤的信息傳輸，所以需要跟蹤信道響應(yīng)的變化。伴隨著信號處理技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，目前如最大似然檢測、自適應(yīng)信道均衡等技術(shù)都已經(jīng)運(yùn)用到無線通信的上面來了。

現(xiàn)有的地面數(shù)字廣播系統(tǒng)信道估計一般有3種：第一類是盲估計，在發(fā)送信號完全未知的情況下，不必發(fā)送特殊的訓(xùn)練序列，基于符號的有限字符特性進(jìn)行信道估計；第二類是基于導(dǎo)頻符號插入技術(shù)的信道估計，它要借助于一定的導(dǎo)頻（訓(xùn)練序列）進(jìn)行信道估計；第三類是基于判決反饋技術(shù)的信道估計。目前情況下，由于廣播信道的時變特性，盲信道估計收斂比較慢，因此它的應(yīng)用并不是很廣泛。[2]

數(shù)字電視按照傳輸?shù)妮d波個數(shù)分成兩個體系：一個是單載波技術(shù)：如我國的AMB-T和北美的ATSC標(biāo)準(zhǔn)；另外一個是多載波技術(shù)：如我國的DMB-T和歐洲的DVB-T標(biāo)準(zhǔn)。

美國的ATSC標(biāo)準(zhǔn)利用判決反饋均衡器（DFE）來進(jìn)行信道估計，為了消除多徑干擾，DFE需要的均衡濾波器抽頭數(shù)數(shù)量巨大，此外，在強(qiáng)多徑的情況下，DFE是無限沖激響應(yīng)（IIR）濾波器，易自激、不穩(wěn)定，單載波數(shù)字電視面對快速移動的信道，通常采用自適應(yīng)均衡的方法進(jìn)行估計，性能不如多載波。[2]

歐洲的DVB-T標(biāo)準(zhǔn)采用基于導(dǎo)頻估計的方法。一般采用最小均方誤差（MMSE）準(zhǔn)則設(shè)計濾波器，信道估計誤差為：

圖1多載波系統(tǒng)信號模型

在OFDM系統(tǒng)發(fā)射機(jī)中，0、1比特數(shù)據(jù)按照一定的方式進(jìn)行編碼、交織，進(jìn)行數(shù)字調(diào)制（如16QAM）、插入導(dǎo)頻和串并轉(zhuǎn)換后得到多個子載波信號，并進(jìn)行傅立葉反變換（IFFT），串并轉(zhuǎn)換和插入前綴之后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過模擬電路的處理由天線發(fā)送到接收機(jī)。而接收機(jī)將模擬信號恢復(fù)到數(shù)字信號，通過去除前綴、串并轉(zhuǎn)換、FFT、并串轉(zhuǎn)換和信道校正之后進(jìn)行解調(diào)，最后解交織和解碼。

DFT信道估計是一種頻域上的信道估計，在OFDM系統(tǒng)中，信道估計模塊在FFT模塊之后，所以信道估計的運(yùn)算直接求得對信道沖激響應(yīng)的頻率域表達(dá)式H?(k)。

常用的LS（最小平方）估計方法利用最小二乘式進(jìn)行信道估計，不需要知道任何先驗(yàn)的信息，但它在性能上并不理想；采用MMSE二維維納濾波的信道估計能解決子載波間干擾（ICI）并抑制高斯噪聲，但其算法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度比較高。

DFT信道估計的算法框圖如圖2所示：

4結(jié)論

基于離散傅立葉變換（DFT）算法的信道估計是一種簡單而且計算高效的內(nèi)插算法，它的性能比LS估計要更優(yōu)異，而且通過時域平滑濾波在性噪比性能提升上改善明顯。但DFT估計并不是完美的，它會出現(xiàn)能量泄漏，引起混疊現(xiàn)象。按照數(shù)字信號處理的理論，選用一些比較好的窗函數(shù)，能改善譜泄漏的現(xiàn)象，此處不做贅述了。用于數(shù)字電視接收機(jī)系統(tǒng)的時候，比較便于硬件實(shí)現(xiàn)。

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