[发明专利]TDS‑OFDM信道估计均衡方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于数字信息传输技术领域，特别涉及一种TDS-OFDM信道估计均衡方法及系统。

背景技术

地面无线电视广播传输信道本身存在着各种多径和衰落现象，考虑移动情况下的接收机，则会引入较大的多普勒效应，因此地面无线电视广播传输信道是一个时变的频率选择性衰落信道。

超高速移动应用场景可以对应于低空航行无线信道，即存在直视路径(LOS)主径的多普勒莱斯信道模型，其冲激响应的离散表达式为：

其中T_S为采样周期，τ＝iT_S为延时，t＝kT_S。莱斯因子(K＝a²/c²)∈[2,20]dB。

多径相位θ_n服从[0,2π)均匀分布，多径多普勒f_D,n服从Jakes谱，多径延时τ_n服从指数分布。那么令u_n～U(0,1)，则有

θ_n＝2πu_n (2)

τ_n＝τ_slope ln(1-u_n)(4)

其中与分别为反射径的最大入射角和最小入射角，典型值为(181.75°,178.25°)；τ_slope为延时衰减率；最大多普勒频移f_D,max＝f_D,LOS≈f_RF·v/c，f_RF为射频载频，v为收发端径向相对移动速度，c为光速(其中v<<c)。

根据上述的理论模型，多径相位在短时间内可以认为是不变的常量，反射径的最大入射角和最小入射角几乎都在180°附近的小区间内，于是可以对信道模型做如下简化：

θ_n＝0(5)

f_D,n＝f_D,LOS(6)

另外，多普勒效应会导致信道增益出现起伏，将上面的信道冲激响应表达式(1)乘以起伏因子P(t)＝1+dA·sin(2πf_At)，最后加上高斯白噪声，即得到信道简化模型。

正交频分复用技术(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)是一种高效的数据传输技术，具有频谱利用率高、抗多径衰落能力强等优点。一般的OFDM系统对于信道估计均衡方法的选择主要分为两种：一种是在频域上插入已知的导频分量，在接收端利用这些导频分量来计算和估计信道参数。另一种是在时域上插入已知的训练序列(通常为PN序列)，在接收端利用已知的时域训练序列进行信道估计和均衡。采用频域导频的OFDM系统通常可以通过理论推导以及信道参数的一些条件来设计合理的导频图样，完成对信道的准确估计。快时变信道中需要在时域和频域上都设计出合理的导频间隔，才能同时适应信道在时域和频域两个维度上的衰落特性。而采用时域训练序列的OFDM系统需要设计合理训练序列长度来满足信道的多径最大延时。一般的时域同步正交频分复用数字传输技术(time domain synchronous OFDM，TDS-OFDM)系统中，使用时域训练序列进行信道估计时，假设一个子帧内的信道参数是时不变的。然而，在实际应用场景中若存在接收机与发射机的相对移动并且产生的多普勒效应不可忽略时，系统的性能会严重下降。

OFDM对于多普勒频移比较敏感，传统的OFDM系统在较大的多普勒频移下会产生严重的信道间串扰(ICI)。已有的解决方法主要有：子载波自消除法通过对数据子载波的合理设计与编码，来实现ICI的自消除。信息辅助抗多普勒法(IAADO)通过外系统的先验信息得到首发两端相对移动速度的估计值，在接收机前段进行处理消除大部分多普勒频移。但是子载波自消除法需要使用部分本来用于传输数据信息的子载波来进行编码，降低了频带利用率，且其适用的多普勒范围无法达到所述应用要求的kHz量级。而一般的信息辅助抗多普勒法在收发端径向相对移动速度精确测量时可以较好地消除LOS主径多普勒偏移，但实际系统得到的速度测量值有误差，且在所述应用要求的场景中除了LOS主径外还存在多径的干扰。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明第一方面的目的在于提出一种具有准确性高、结构简单、易于实现的TDS-OFDM信道估计均衡方法。