張晶晶 葛萬成

摘要：該文針對無線通信中的時(shí)變信道，推導(dǎo)了基函數(shù)擴(kuò)展模型（BEM）的算法，并在BEM的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了針對TDS-OFDM傳輸系統(tǒng)采用最小二乘和線性最小均方誤差估計(jì)時(shí)變信道參數(shù)值的估計(jì)算法，以及相應(yīng)的時(shí)變信道均衡算法。仿真結(jié)果表明基于BEM信道估計(jì)可以很好的擬合真實(shí)信道，采取相應(yīng)的均衡算法后，系統(tǒng)的誤碼率性能得到明顯改善，與PN序列自相關(guān)和線性插值均衡算法相比，所設(shè)計(jì)的均衡算法具有更低的誤碼率。

關(guān)鍵詞：BEM；時(shí)變信道估計(jì)；時(shí)變信道均衡

中圖分類號：TN925文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2012)22-5383-05

BEM-based TV Channel Estimation and Equalization

ZHANG Jing-jing, GE Wan-cheng

(Chinese-German School for Postgraduate Studies, Tongji University, Shanghai 200092, China)

Abstract: Regarding to the time-varying channel in wireless mobile communication system, well detailed descript the Basis Expansion Model (BEM). We using TDS-OFDM signal transmission, least squares (LS) and linear minimum mean square error estimation to estimate the channel parameters and corresponding equalization algorithm. The simulation results show that taking BEM-based channel estimation algorithm and corresponding equalization algorithm can significantly improve the systems bit error rate, compared with PN sequence autocorrelation and linear interpolation equalization algorithm, based on BEM and fixed BEM have lower error rate.

Key words: BEM; TV channel estimation; TV channel equalization

在無線移動通信中，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的相對運(yùn)動會導(dǎo)致通信信道發(fā)生變化；同時(shí)發(fā)射、接收設(shè)備的不穩(wěn)定性，或者構(gòu)成傳輸媒質(zhì)的各徑散射體的運(yùn)動也可以引起信道的變化。在傳輸過程中，由于接收到的信號高速運(yùn)動而引起傳播頻率擴(kuò)散，而多普勒效應(yīng)與載波頻率成正比，也和發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的相對運(yùn)動速度成正比，因此更高的載波頻率和更高的移動性，會產(chǎn)生更高的多普勒頻移，從而導(dǎo)致信道變化更快[1]。

在無線移動環(huán)境中，多徑衰落現(xiàn)象廣泛存在。信號通過移動無線信道傳播時(shí)，發(fā)送信號特性和信道特性決定了衰落的類型，大多數(shù)明確的時(shí)變通信信道都是當(dāng)成不相關(guān)平穩(wěn)隨機(jī)過程來對待的，并且依據(jù)視線傳播衰落為不可見或可見來假設(shè)這些時(shí)變信道是低通、高斯、零均值的瑞利衰落或者非零均值的萊斯衰落。由于大量散射引起時(shí)變路徑時(shí)延，此時(shí)統(tǒng)計(jì)建模就應(yīng)運(yùn)而生了（例如在超過視距通信情況下）。

該文采用基函數(shù)擴(kuò)展模型（BEM），BE模型把時(shí)變信道轉(zhuǎn)化為線性時(shí)不變信道和指數(shù)時(shí)變信道兩部分，信道估計(jì)的關(guān)鍵在于對線性時(shí)不變信道的估計(jì)。相對于PN序列和線性插值算法，該模型算法能有效并準(zhǔn)確的逼近時(shí)變信道，可以減小需要估計(jì)的信道參數(shù)個(gè)數(shù)，且誤碼率有顯著提高。

1基函數(shù)（BE）擴(kuò)展模型

在無線移動通信信道中，信號經(jīng)過信道后，由于遠(yuǎn)端散射體的存在，接收信號為發(fā)送信號的多個(gè)延遲副本的總和，此時(shí)可將這些延遲路徑稱為可分離徑，它引起信道頻率選擇性衰落；而由近端散射體產(chǎn)生的多個(gè)延遲路徑是不可分離的，它引起每個(gè)延遲信號副本時(shí)變，多普勒頻偏大小決定了時(shí)變的快慢。綜合考慮可分離徑和不可分離徑的影響，可以得出時(shí)變信道的BE模型[2]。

h(n;l)=∑

2基于BEM的時(shí)變信道估計(jì)

BE模型把時(shí)變信道轉(zhuǎn)化為線性時(shí)不變信道和指數(shù)時(shí)變信道兩部分，信道估計(jì)的關(guān)鍵在于對線性時(shí)不變信道hq(n)的估計(jì)，本節(jié)利用時(shí)域中梳狀訓(xùn)練序列來估計(jì)每一徑的參數(shù)。圖2為TDS-OFDM系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)：

3基于BEM的均衡算法

完成BE信道模型的參數(shù)估計(jì)后，可以由(4.1)式得到各時(shí)刻的信道估計(jì)值h(n;l)，令接收OFDM數(shù)據(jù)為

4仿真結(jié)果與分析

利用Matlab軟件給出的瑞利衰落信道模型，在3GHZ頻段進(jìn)行仿真，信道的多徑時(shí)延功率服從表1給出的COST 207標(biāo)準(zhǔn)，以典型城市（Tux）環(huán)境為例。OFDM參數(shù)的設(shè)置按照我國的數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)[5]給出，子載波總數(shù)為3780，幀頭采用PN255序列，符號周期為555.6μs，調(diào)制方式為QPSK，在以下仿真中設(shè)置的觀測OFDM幀數(shù)K=2。表1為典型城市環(huán)境下的多徑信道。

表1典型城市環(huán)境下的多徑信道

5結(jié)束語

該文主要采用了BE模型來擬合信道的時(shí)變特性，將時(shí)變信道的估計(jì)轉(zhuǎn)換成對時(shí)不變模型參數(shù)的估計(jì)，并將該BE模型應(yīng)用到OFDM系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的時(shí)變信道估計(jì)和均衡算法，并進(jìn)一步將時(shí)域?qū)ьl塊應(yīng)用到該均衡算法中。通過Matlab軟件的仿真比較可以看出，較之PN序列自相關(guān)算法和線性插值算法，基函數(shù)擴(kuò)展模型算法可以更好地跟蹤時(shí)變信道的性能，并能較好地?cái)M合時(shí)變信道，相應(yīng)的均衡算法在移動接收的條件下能更好的改善誤碼性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]李娜.第四代移動通信系統(tǒng)研究[J].中國無線電,2007(10).

[2] Giannakis G B,Tepedelenlioglu C.Basis expansion models and diversity techniques for blind identification and equalization of time-varying channels[J].IEEE Proceedings,2002,86(10):1969-1986.

[3] Zi-Wei Zheng,ZhiXing Yang,et al.Synchronization and channel estimation for TDS-OFDM systems[J].IEEE 58th Vehicular Technology Conference, 2009,2(10):1229-1233.

[4] Jia-ChinLin,Least-Squares.Channel Estimation for Mobile OFDM Communication on Time-Varying Frequency-Selective Fading Channels[J].IEEE TRANSACTIONS ON VEHICULAR TECHNOLOGY,2010,57(6).

[5] DVB Project, ETSI: Digital Video Broadcasting: Framing structure, channel coding and modulation for digital terrestrial television,ETSI EN 300 744 V1.4.1[S].2001.