TDS_OFDM系统的载波间干扰消除方法

双天线发射分集TDS-OFDM系统干扰消除技术双天线发射分集 TDS-OFDM 系统干扰消除技术#昌文婷，王劲涛，潘长勇**10 15 20 25 30 35 40（清华大学，清华信息科学与技术国家实验室，北京 100084）摘要：在发射分集的时域同步正交频分复用（TDS-OFDM）系统中存在二种干扰：训练序列之间的干扰，训练序列和 OFDM 数据块之间的干扰。

为了消除干扰训练序列之间的干扰，本文提出了正交训练序列设计方法。

基于正交训练序列，本文又提出了迭代干扰消除和信道估计的算法。

仿真结果表明迭代干扰消除方法能在各种信道衰落环境中，有效消除干扰，获得发射分集增益。

关键词：干扰消除；双天线发射分集；TDS-OFDM 系统中图分类号：TN83,TN85Interference elimination in TDS-OFDM system withtwo-branch transmit diversityChang Wenting, Wang Jintao, Pan ChangyongTsinghua National Laboraty of Information Science and Technology,Tsinghua University,Beijing 100084Abstract: When adopting transmit diversity in the time domain synchronous orthogonal frequencydivision multiplexing TDS-OFDM system, there exists two kinds of interference: trainingsequences TSs from different transmit antennas overlap with each other at the receiver; and theTSs are interfered with OFDM data blocks due to multipath fading. To distinguish different TSs inthe superposition, we generate two orthogonal sequences. Subsequently, an iterative algorithm isstudied to eliminate the interference between TSs and OFDM data blocks. Simulations areperformed and the results show that the proposed scheme can achieve great diversity gain andwork well over different channel propagation conditions.Keywords: Terms―Interference alignment; transmit diversity; TDS-OFDM0 引言正交频分复用（OFDM）技术将一个选择型衰落信道转换成多个并行的平坦型衰落子信道,从而有效的消除符号间干扰，已被广泛应用于各种无线通信系统中[1]。

ofdm抗多径干扰的方法OFDM（正交频分复用）是一种常用的无线通信技术，它可以有效地抵抗多径干扰。

多径干扰是指信号在传输过程中经过多条路径，到达接收端时会出现相位失真和时延扩展等问题，从而影响信号的质量。

OFDM技术通过将信号分成多个子载波进行传输，可以有效地抵抗多径干扰。

OFDM抗多径干扰的方法主要包括以下几个方面：1. 循环前缀技术循环前缀技术是OFDM抗多径干扰的一种常用方法。

在发送端，将每个OFDM符号的前面添加一个循环前缀，然后将符号发送出去。

在接收端，先将接收到的符号进行FFT变换，然后去掉循环前缀，最后进行解调。

循环前缀技术可以有效地抵抗多径干扰，因为它可以将不同路径上的信号分离开来。

2. 多天线技术多天线技术也是OFDM抗多径干扰的一种常用方法。

在发送端，可以使用多个天线同时发送信号，从而增加信号的传输路径。

在接收端，可以使用多个天线接收信号，然后将接收到的信号进行合并，从而减少多径干扰的影响。

多天线技术可以提高信号的可靠性和传输速率。

3. 信道估计技术信道估计技术是OFDM抗多径干扰的另一种常用方法。

在发送端，可以通过发送已知的信号序列来估计信道的响应。

在接收端，可以通过接收到的信号序列和已知的信号序列来估计信道的响应。

然后，可以使用估计的信道响应来抵消多径干扰的影响。

信道估计技术可以提高信号的可靠性和传输速率。

4. 自适应调制技术自适应调制技术是OFDM抗多径干扰的一种新兴技术。

在发送端，可以根据信道的状态来选择合适的调制方式。

在接收端，可以根据接收到的信号质量来选择合适的解调方式。

自适应调制技术可以提高信号的可靠性和传输速率。

总之，OFDM技术可以有效地抵抗多径干扰，从而提高无线通信的可靠性和传输速率。

在实际应用中，可以根据具体情况选择合适的抗干扰方法，从而实现更好的通信效果。

ISSN 100020054CN 1122223 N 清华大学学报(自然科学版)J T singhua U niv (Sci &Tech ),2007年第47卷第4期2007,V o l .47,N o .430 405732577T D S -O FDM 系统的载波间干扰消除方法符　剑,　王　军,　潘长勇,　彭克武(清华大学电子工程系,北京100084)收稿日期:2006203206基金项目:国家自然科学基金资助项目(60372007)作者简介:符剑(1980—),男(汉),四川,博士研究生。

通讯联系人:潘长勇,副教授,E 2m ail :pcy @tsinghua .edu .cn摘　要:为了消除时域同步正交频分复用(TD S 2O FDM )系统中的载波间干扰(I C I ),通过假定信道在O FDM 块内呈线性变化,建立了TD S 2O FDM 在时变信道下的系统传输模型,在此基础上采用一种决策反馈的方法来消除I C I 。

该方法使用伪随机(PN )序列时域相关进行信道粗估计,并在一个O FDM 块内进行线性内插得到整个O FDM 块内的信道细估计。

分析和仿真结果表明,该方法相对于TD S 2O FDM 系统的传统方法有2dB 以上的误码率性能增益,并且复杂度与传统方法相当。

关键词:信道估计;载波间干扰消除;时域同步正交频分复用;伪随机序列中图分类号:TN 911.5文献标识码:A文章编号:100020054(2007)0420573205I n terchannel i n terference cancella tion m ethod for T D S -OFDM system sFU J ia n ,W ANG J un ,PAN Cha ngyong ,P ENG Kew u(D epart men t of Electron ic Engi neer i ng ,Tsi nghua Un iversity ,Be ij i ng 100084,Ch i na )Abstract :A n interchannel interference (I C I )cancellati on m ethod w asdevelopedfo rti m e 2dom ain synch ronous o rthogonalfrequency 2divisi on m ulti p lexing (TD S 2O FDM )system s using asystem transfer model derived fo r TD S 2O FDM.T he I C I cancellati on m ethod uses decisi on feed back based on the assump ti on that channel variati ons are linear w ithin an O FDMblock.Coarse channelesti m ates are based on a ti m e 2dom ain co rrelati on of a p seudo 2random num ber (PN )sequence w ith linear interpo lati on fo r the fine channel esti m ates over an O FDM block.Si m ulati on results show that the m ethod gives a bit erro r rate perfo rm ance i m p rovem ent of above 2dB w ith comparative computati onal comp lexity against conventi onal m ethods used in TD S 2O FDM system s .Key words :channel esti m ati on;interchannel interference(I C I )cancellati on;TD S 2O FDM ;p seudo 2randomnum ber(PN )sequence正交频分复用(O FDM ),作为多载波技术中的一种,是对抗多径衰落信道的有效方法[1],它使用并行数据传输和子信道交叠,通过采用保护间隔来对抗信道频率选择性。

OFDM系统中载波间干扰抑制方法第48卷第11期2008年11月国讥技TelecommunicationEngineeringV o1.48No.1lNOV.2008文章编号:1001—893X(2008)11—0043—04OFDM系统中载波间干扰抑制方法赵利利,邓平,陈红,田斌鹏2(1.西南交通大学信息编码与传输四川省重点实验室,成都610031;2.中国西南电子技术研究所,成都610036)摘要:在高速移动通信环境下,OFDM系统在传输过程中出现的多普勒频移和收发两端本地振荡器之间的频率偏差,形成子载波间干扰(1ci)并造成系统性能降低.在分析子载波间干扰机制的基础上,讨论了自消除方法和分段均衡方法,并提出一种利用加窗技术改进的分段均衡方法.仿真结果表明,采用该改进的分段均衡方法能更好地改善系统的性能,有约2dB的信道估计增益.关键词:正交频分复用;载波间干扰(ICI);消除算法;分段均衡中图分类号:TN911文献标识码:A ICICancellationAlgorithmsforOFDMSystemsZHAOLi—li,DENGP,CHENHong,TIANBin—peng(1.KeyLaboratoryofInformationCodingandTransmission,SouthwestJiaotongUniversity ,Chengdu610031,China;2.SouthwestChinaInstituteofElectronicTechnology,Chengdu610036,China) Abstract:Fororthogonalfrequency—divisionmultiplexing(OFDM)communicationsyste mswithhighno—bilespeed,thefrequencyoffsetcausedbyDopplerfrequencyoffsetandthefrequencydifferen ceswillintm—duceinter—carriersinterference(ICI),whichdegradestheperformance.Inthispaper,thetCI problemsinOFDMsystemsarestudied.BasedontheanalysisofICImechanism,theself—cancellation schemeandsegmentequalizationschemearemainlydiscussed,andanimprovedsegmentequalizationsc hemebasedonwindowedtechniqueisproposed,theperformanceofthesealgorithmsaresimulated.Theres ultshowsthattheimprovedschemecanachievebetterperformance.Keywords:OFDM;ICI;cancellationalgorithm;segmentequalizationl引近年来,正交频分复用(OFDM)技术作为一种可以抗多径的高速传输技术,已经在很多种通信系统中得到应用.由于OFDM技术可以有效地对抗频率选择性衰落信道,具有更高的频谱利用率,引起了人们的广泛关注.但是,OFDM系统对载波频率偏移十分敏感,频率偏移能够破坏OFDM系统子载波之间的正交性,从而引起载波间干扰(ICI).分析表明卫j,在频偏系数为0.2时,载干比(CIR)降低到大约l2dB,因此,如何抑制ICI是研究OFDM系统的关键技术之一.目前,用来抑制ICI的方法主要分为两类:一类是对频偏进行估计并在接收端进行校正;另一类则是在发送端对发送符号进行处理,降低OFDM系统对频率偏移的敏感度,如时域加窗方法-4J,子载波干扰自消除方法等.时域加窗会削弱OFDM抗多径干扰能力,而子载波干扰自消除方案会降低频谱利用率.本文在分析子载波间干扰机制的基础上,从信道估计的角度提出了一种加窗技术的分段均衡算法,该方法有效地降低了OFDM系统中ICI,提高了信道估计的精度.收稿日期:2008—07—04;修回日期:2008—10一O8基金项目:西南交通大学信息编码与传输四川省重点实验室开放研究基金资助课题?43?第48卷第11期2008年11月国抛技Telec0mmunicati0nEngineeringV o1.48No.1lNOV.20082系统模型及ICf分析OFDM系统模型如图1所示,设OFDM符号的频域表示为(k),其中尼=0,1,…,Ⅳ一l,表示第个子信道上的数据.已经插入导频的发送信号(k)经过IFFT变换后成为时域数据(n),然后加上保护间隔从发送端发送出去;接收端在收到经过无线信道衰落的信号后,进行相应的反操作得到频域的Y()信号,再通过信道估计,解调出发送信号.其中,保护间隔的长度大于最大多径时延的长度,以保证收到的信号不会受到符号间干扰(ISI).雕率嘲俄一接收端信号Y(n)可表示为Y(n)=∑h(n,z)(n—1)+W(n)进行F变换后的信号变为l,()=X(k)Ⅳ(,k)+I(k)+W(k)(1)式中,L为信道的多径数,h(n,1)为时变信道冲激响应,W(n)为均值为零,方差为的加性高斯白噪声,X(),Y()分别表示发送端和接收端第k个子载波的调制信号,W()是第个子信道上的高斯噪声,H(k,)是第个子载波准确的信道频率响应,,(k)=∑日(,m)X(m)为因信道的时变特性而引起的载波问干扰.1O.10一斟10礤1O一l05101520253O354O4550(Eb/No)/dB图2单径下在不同多普勒频移时的误码性能?44?图2为子载波数N=64,CP的长度设为16,OFDM符号速率为25kHz,系统采用QPSK调制,最大多普勒频移分别为50Hz,100Hz,200Hz和500 Hz在单径情况下的误码率比较.从图中可以看出, 随着多普勒频移的增大,系统性能明显恶化,并出现性能平台.这主要是在速度比较高时,信道衰落变化加快,造成严重的载波间干扰,因此必须采取相应的措施加以抑制.3ICl消除方法3.1SC方法自消除算法(SC)其实是在发送端对发送信号进行处理,是一种用来抑制ICI的简单方法.这种方法在相邻的子载波中加入冗余数据来降低系统对频率偏移的敏感性,从而达到消除ICI的目的.其基本思想就是在发送端把数据调制到相邻的子载波对上,一对复数(a,一a)调制到两个相邻的子载波(f,f+1)上,即:(1)=一(0),X(3)=一X(2),…,,1,x(N一1):一x(N一2)Lz,采用上面的方法之后,由子载波f产生的ICI和由子载波f+1产生的ICI将会抵消,因此,ICI得到消除.但ICI自消除方法需要将两个子载波传输同一路数据,频谱利用率只有通常系统的二分之一.文献[7]提出了一种基于差分编码的ICI消除方案, 该方案的频谱利用率比传统ICI自消除方法得到很大提高,且可以满足高速移动通信中的应用要求. 3.2分段均衡方法分段均衡是针对快速移动下的OFDM载波问干扰消除的方法.其基本思想是将一个时变的OFDM符号分为多个子符号段,每一小段里的信道参数不变或变化量很小.具体操作如下:设OFDM 的子载波数为/,,,将正确同步的OFDM时域符号在删除保护间隔以后,切取长度为Ⅳ点的OFDM符号,并分为m段,每段长度为N/m.将每一小段按原来在OFDM时域符号的位置前后补零,得到长度为Ⅳ的OFDM符号,再作Ⅳ点FFT变换到频域;用估计出的对应于该段数据的信道频域参数分别对其均衡,将均衡后的结果相加求和,再进行判决,解调得到信源信号,通过分段,减小了信道时变对载波间干扰的影响.分段均衡的方法能有效提高接收机的信于比,提高OFDM系统对移动速度的容忍性,是第48卷第11期2008年11月国玩技TelecommunicationEngineeringV o1.48No.1lNOV.2008OFDM在高速移动环境下应用的有效解决方案,但也会增加接收端的FFT次数,并增加信道估计的复杂度.3.3基于分段均衡的改进算法虽然分段均衡的方法会增加接收端的F丌次数,增加信道估计的复杂度,但是该方法能有效提高接收机的信干比,提高OFDM系统对移动速度的容忍性,是OFDM在高速移动环境下应用的有效解决方案,所以说分段均衡方法是有效消除频率偏移的好方法之一.为进一步提高这种方法的性能,本文利用文献[8]基于加窗的F丌方法,对分别进行F丌得到的分段频域信道参数(i=1,2,…,m,m为分段的个数)进行加窗滤波,这样通过选取有特定旁瓣特性的数据窗口来减少反变换后信道冲激响应的扩散,从而提高了估计效果,加强了对ICI的消除.加窗方法的实现框图如图3所示,在这里可以根据各种窗函数的性质选择合适的窗函数,这里我们选择矩形窗:m=㈩堂l加窗处理后的l(1接收到J加窗处理后的1,(七)L]_.——DM符号z解求调234—S,Pl加窗处理后的1,(句F]和的信,源l加窗处理后的1,()h●—4图3加窗的FFT方法4仿真与性能分析仿真中OFDM系统的主要参数:子载波数N= 64,CP的长度设为16,OFDM符号速率为25kHz,系统采用QPSK调制,最大多普勒频移为200Hz.本文中采用梳状导频.图4和图5是在COST207典型城市(Tu)修改后的信道模型情况下的性能比较图,具体参数如表1.图4中都采用线性插值算法,从图中可以看出分段均衡的效果要好于无ICI消除的方法,但分四段均衡和分两段均衡的误码率曲线几乎一致,这是由于子载波数太少的原因造成的,而改进算法以增加少量计算复杂度为代价,在一定程度上提高了系统性能,特别是在低噪声的情况下,该方案具有约2 dB的信道估计增益.图5是采用线性插值改进算法与采用变换域插值改进算法的性能比较图,从图中可以看出,采用变换域插值改进算法的性能明显优于采用线性插值的改进算法,因此,在高速移动环境下或者对系统性能要求比较高的情况下,可以考虑选择性能更好的变换域插值算法.表1COST207修改后的信道模型的参数抽头延迟/s功~-/dS多普勒频谱类型10—3CLASS20.2OCLASS30.6—2GAUS141.6—6GAUS1图4各种算法的性能比较图5不同插值改进算法性能比较5结论本文对OFDM系统中载波间干扰进行了研究,在分析了子载波间干扰机制的基础上,重点讨论了?45?第48卷第11期2008年11月国抛技TelecommunicationEngineeringV o1.48No.1lNOV.2008两种ICI的消除方法:分段均衡方法和自消除方法.[5]虽然自消除方法是一种高效的消除ICI的方法,但频谱利用率较低.分段均衡方法虽然会增加接收端的Fn’次数,但是该方法可以提高OFDM系统对移一.动速度的容忍性,是OFDM在高速移动环境下应用的有效解决方案.本文对分段均衡方法进行了改进,并取得了很好的效果,实验结果也证明该方法能有效地改善信噪比性能.随着高移动性高数据业务r8]的发展,要使OFDM技术更好地应用,消除ICI的影响仍是一个重要研究课题.参考文献:[9][1]uY,CiminiLJ,Jr.Boundsontheinterchannelinterfer—eneeofOFDMintime—varyingimpairments[J].IEEE Tans.onCommun.,2001,49(3),401—404.[2]ArmstrongJ.Analysisofnewandexistingmethodsofre—dueingintercarrierinterferenceduetocartier~equency offsetinOFDM[J].IEEETrans.onCommtm.,1999,47(3),365—369.[3]MooseP.Atechniquefororthogonalfrequencydivision multiplexingfrequencyoffsetcorrection[J].IEEETrans. onCommun.,1994,42:2908—2914.[4]MULLERWEINFURTNERSH.OptimumNyquistwindo—winginOFDMreceivers[J].IEEETrans.onCommun., 2001,49(3):417—420.ZhaoY.HaggmanS.Intercarrierinterferenceserf—can—cellationschemeforOFDMmobilecommunicationsys—terns[J].IEEETrans.onCommun.,2001,49(7),1185—1191.张忠培,倪顺康.OFDM在高速移动下的载波问干扰消除[J].电子科技大学学报,2003,32(5):503—507.刘解华,杨东凯,等.基于差分编码的OFDM系统ICI消除方法的研究[J].2007,29(5):1529—1532 YANGBG,LETAIEFKB,CHENGRS,eta1.Windowed DFTbasedpilot—-symbol——aidedchannelestimationforOFDMsystemsinmuhipathfadingchannels[c]∥Proc.ofIEEEVTC.IEEE,2000:1480—1484.汪裕民.OFDM关键技术与应用[M].北京:机械工业出版社,2006.作者简介:一).女,山东人,硕士研究为OFDM系统中抗ICI技术(电子信箱)lily0932@163.邓平【1964一),男,四川人,西南交通大学教授,主要研究方向为有源/无源无线定位技术,统计信号处理,CDMA移动通信技术,无线传感器网络等.《电讯技术》专题资料《大型飞机先进航空电子系统与技术的发展》题要(三)一种支持综合模块化航空电子的时间划分和软件复用方法(杨红俊.译)●●●●采用综合模块化航空电子(IMA)设计的方法,能使以前采用独立的联合式设备在实现多项应用程序时共享硬件资源,从而降低总的硬件成本,减少备件.但是IMA也带来了原来联合式设备中所没有的新问题,其中最突出的两个问题,就是避免各应用程序之间不必要的依赖性以及管理旧程序的复用.本文讲述了一种双层软件结构,能综合多项应用程序,同时保持应用模块间有明确的空间和时间划分.另外,这种结构能综合为各种实时操作系统编写的应用程序,允许复用原有的软件模块.未来综合模块化航空电子系统(IMA)的增强性故障管理(李琨译)i综合模块化航空电子系统(IMA)的概念能够增强未来航电系统可靠性,可利用性,同时支持高性能,!灵活配置和成本可承担承受性.故障管理是实现众多预期效益的关键,但涉及到重大的技术风险:设计必i须承担复杂的折衷办法,同时通过试验验证方案仅对一小部分的可能出现故障的设备是适用的.系统建{模作为需求定义和设计的一部分是实现低风险优选方案的基础.本文介绍了一种建模程序,最初旨在探:讨系统体系结构和故障管理的折衷方案.考虑到软件可靠性和容错能力,提出了一种扩展该程序的方法.;?46?。

双天线发射分集TDS-OFDM系统干扰消除技术
昌文婷;王劲涛;潘长勇
【期刊名称】《中国科技论文》
【年(卷),期】2012(007)010
【摘要】在发射分集的时域同步正交频分复用（TDS-OFDM）系统中存在两种干扰：训练序列之间的干扰、训练序列和OFDM数据块之间的干扰。

为了消除干扰训练序列之间的干扰,提出了正交训练序列设计方法。

基于该方法又提出了迭代干扰消除和信道估计的算法。

仿真结果表明,迭代干扰消除方法能在各种信道衰落环境中有效消除干扰,获得发射分集增益。

【总页数】5页(P779-782,786)
【作者】昌文婷;王劲涛;潘长勇
【作者单位】清华大学信息科学技术国家实验室,北京100084
【正文语种】中文
【中图分类】TN83
【相关文献】
1.广播与电视工程技术TDS-OFDM系统中的差分空频发射分集方法 [J], 王劲涛;宋健;潘长勇;杨知行
2.空频发射分集技术在TDS-OFDM中的实现 [J], 竺旭东;王劲涛
3.结合发射天线重分组和接收天线选择的双空时发射分集系统的实现方案 [J], 兰鹏;刘琚;许宏吉;孙丰刚
4.基于天线阵列的一种SCDMA系统干扰消除技术研究 [J], 李忻;聂在平;李方伟
5.双天线发射分集TDS-OFDM系统干扰消除技术 [J], 昌文婷;王劲涛;潘长勇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

高速移动环境下OFDM系统中载波干扰消除的方法研究的开题报告一、研究背景随着移动通信技术的不断发展，高速移动环境下OFDM系统逐渐成为了一种重要的通信技术。

然而，由于高速移动环境下，信道的时变性和多径效应很强，这就会导致接收端的载波干扰较为严重，从而影响通信的质量和稳定性。

因此，如何消除载波干扰成为了OFDM系统性能优化的重要问题。

二、研究现状目前，针对载波干扰消除的方法主要可以分为两类：一类是基于信道估计和均衡的方法，另一类是基于接收滤波器的方法。

对于基于信道估计和均衡的方法，研究者采用估计信道响应，进而进行干扰的补偿，常见的方法有基于LMMSE的方法、基于MMSE的方法等。

这类方法原理简单，但是复杂度较高，对计算性能的要求也较高。

对于基于接收滤波器的方法，研究者通过设计合适的低通滤波器，以降低高速移动场景下信道的干扰，最终实现载波干扰的消除。

这类方法实现简单，但是性能受限于滤波器的带宽和抗混叠能力，同时难以适应时变信道。

三、研究内容本课题将探究基于信道估计和均衡的方法和基于接收滤波器的方法相结合的载波干扰消除算法，旨在提高OFDM系统在高速移动环境下的信道质量和稳定性。

具体研究内容如下：1.考虑高速移动环境下信道的特点，设计基于信道估计和均衡的算法，估计高速移动信道条件下的信道响应。

2.结合接收滤波器的方法，设计一种基于多级低通滤波器的算法，以提高算法的抗干扰性和稳定性。

3.对所设计的算法进行仿真和性能评估，与现有载波干扰消除算法进行比较，分析其性能优劣。

四、预期研究成果本研究将设计一种基于信道估计和均衡以及接收滤波器的方法，旨在消除高速移动环境下的载波干扰，提高OFDM系统的通信质量和稳定性。

通过该方法的设计和优化，预期可以提高OFDM系统在高速移动环境下的性能，为未来的通信技术发展提供支持和帮助。