OFDM系統(tǒng)同頻干擾消除算法的研究

楊　勇，李建新

(揚(yáng)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(yáng)智電子科技(上海)有限公司，上海 200233)

在基于OFDM技術(shù)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(fù)用(OFDM)技術(shù)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(jìn)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(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)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(guān)鍵時期，由于頻譜資源的緊張導(dǎo)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(dǎo)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(yán)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(yán)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(xiàn)[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(xiàn)[6]中提出一種在文獻(xiàn)[5]上的方法，進(jìn)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(jìn)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(shù)

當(dāng)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(yīng)的變化來判斷是否受到CCI干擾。傳統(tǒng)的CCI消除技術(shù)的方框圖如圖1所示。

圖1　傳統(tǒng)CCI消除技術(shù)的結(jié)構(gòu)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(xiàn)[6]中提出了一種改進(jìn)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(dāng)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(dá)式為

(2)

2　本文采用的CCI消除技術(shù)

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(shù)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(xiàn)[6]中提出一種在文獻(xiàn)[5]上的改進(jìn)方法，利用對多次CCI的檢測結(jié)果加權(quán)，進(jìn)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(qiáng)度大小，調(diào)整CCI的消除門限，從而達(dá)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(shù)的頻率插值濾波器會濾除掉相當(dāng)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(jìn)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(zhǔn)確估計每個子載波在信號帶寬內(nèi)受到CCI干擾強(qiáng)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(jī)達(dá)到最佳的譯碼性能。

本文采用的CCI消除技術(shù)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2　本文采用的CCI消除技術(shù)的結(jié)構(gòu)框圖

CCIk表達(dá)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(dǎo)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(dǎo)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(jī)仿真來評價新的CCI消除技術(shù)的性能。當(dāng)維特比譯碼器輸出的BER達(dá)到2×10-4后，RS譯碼器輸出的BER達(dá)到QEF要求的10-11標(biāo)準(zhǔn)。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(shè)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(chǔ)上的改進(jìn)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(chǔ)上的改進(jìn)算法都要改進(jìn)3dB以上。新的CCI消除算法比沒有任何CCI消除方法改進(jìn)多達(dá)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(shù)的頻率插值濾波器會濾除相當(dāng)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(jìn)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(dá)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(yīng)用到DVB-T以及DVB-T2接收機(jī)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(shù)，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(zé)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(xiàn)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(shù)，2016,40(7)：104-106.

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