0 引言

　　正交頻分復(fù)用技術(shù)(Orthogonal Frequency Division Mul-tiplexing，OFDM)可以很好地對抗頻率選擇性衰落,，消除多徑效應(yīng)帶來的符號間干擾(Inter Symbol Interference,，ISI)[1-2]，因此 OFDM被認(rèn)為是數(shù)字電視傳輸中很有發(fā)展前途的技術(shù)[3-4],。目前常見的OFDM大多采取循環(huán)前綴(Cyclic Prefix,，CP)OFDM方式。CP-OFDM技術(shù)具有解調(diào)上的便利,，但是這種傳輸結(jié)構(gòu)降低了數(shù)據(jù)傳輸效率,，并且信道估計過程在數(shù)據(jù)塊中插入了導(dǎo)頻或訓(xùn)練序列、實時跟蹤和估計信道,，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)傳輸效率[5,，6]。

　　本文提出一種新的OFDM模型,，即基于偽噪聲(Pseudo-noise)序列的OFDM模型,，無需插入導(dǎo)頻和循環(huán)前綴，可實現(xiàn)低復(fù)雜度信道估計和頻域均衡,，可以有效提高傳輸效率,，且性能優(yōu)于傳統(tǒng)CP-OFDM,，適用于數(shù)字電視地面廣播的工程應(yīng)用。

1 基于PN序列的OFDM模型

　　針對CP-OFDM技術(shù)的不足,，本文提出了基于PN序列的OFDM模型,。它使用PN序列作為前綴，并利用前綴完成信道估計,，可以完成低復(fù)雜度信道估計和均衡,，并可以通過迭代算法消除誤差提高精度，相比傳統(tǒng)OFDM無需單獨發(fā)送導(dǎo)頻,，可顯著提高傳輸效率,，實現(xiàn)低復(fù)雜度頻域均衡,。該方法信道估計能力具有一定的實時性,，可以適應(yīng)常見信道。下面給出其模型和數(shù)學(xué)原理,。

　　OFDM模型的第i個N×1輸入向量N(i)首先做快速逆傅里葉變換（inverse fast Fourier transform,，IFFT）。

　　PN序列為p=[p1,，p2,，…，pM]T,，發(fā)送向量的并行寬度為P=N+M,。

　　對應(yīng)的P×1發(fā)送向量為：

　　多徑信道的沖激響應(yīng)長度L≤M，其傳遞函數(shù)表示為：

　　在第i幀OFDM數(shù)據(jù)中,，定義數(shù)據(jù)塊zi為：

　　其中,，pi+1表示第i+1個OFDM符號中插入的PN序列。定義第i個OFDM的信號幀：

　　由OFDM數(shù)據(jù)si和其首尾兩段保護(hù)間隔pi,，pi+1組成,。因為插入相同的PN序列，則pi可以視為是zi的循環(huán)前綴,，時域構(gòu)成圓卷積,。

　　其中，wi,，n是均值為零的復(fù)高斯白噪聲,。從式(7)知，由于沒有循環(huán)前綴的保護(hù),， OFDM數(shù)據(jù)和前綴將受到來自相鄰前綴或OFDM信號的多徑干擾,。因此，不能直接采用頻域均衡,，必須首先消除多徑干擾,，才能有效地估計信道,。

　　2 信道估計算法

　　由于添加了相同的PN序列，因此PN序列可以視為OFDM數(shù)據(jù)塊zi的循環(huán)前綴,，其信道響應(yīng)ri滿足圓卷積

　　頻域滿足

　　根據(jù)式(7),，PN序列對應(yīng)的時域響應(yīng)：

　　受到多徑信道影響，PN序列的響應(yīng)將受到載波間干擾（Inter-carrier interference,，ICI）,，尾部數(shù)據(jù)也將受到ISI，在估計信道狀態(tài)信息時,，首先必須消除兩段干擾,，得到PN序列與信道狀態(tài)信息的卷積結(jié)果。

　　信道估計的算法分以下幾個步驟：

　　(1)利用上一幀的OFDM數(shù)據(jù)結(jié)合式(5),，計算干擾項ICI,，并從中消除，得到PN序列與hi的近似線性卷積結(jié)果：

　　由時域頻域關(guān)系,，可知初估計的時域響應(yīng)：

　　其中,，IFFT(X)和FFT(X)分別表示對數(shù)據(jù)X做IFFT、FFT變換,，得到時域信道響應(yīng),。

　　(2)利用信道響應(yīng)和接收向量ri，結(jié)合FFT/IFFT變換,，通過式(9),，得到第i個OFDM數(shù)據(jù)塊，進(jìn)一步得到發(fā)送的第i個OFDM數(shù)據(jù)：

　　利用式(8),，估計ISI并消除,。

　　(3)迭代，直到I等于預(yù)設(shè)的迭代次數(shù)J,。

　　3 性能仿真分析

　　本文在美國Math Works出品的Mathlab R2014a環(huán)境下進(jìn)行仿真,。在AWGN信道、存在多普勒頻移的瑞利信道,、雙徑延遲信道下，對誤碼率性能進(jìn)行了分析,，重點比較該模型和傳統(tǒng)CP-OFDM的性能,。仿真OFDM參數(shù)如表1所示。

　　由圖1可知,，在AWGN信道下,，模型的誤碼率性能好于CP-OFDM。

　　之后仿真發(fā)送端采用信道編碼,，信道編碼為約束長度N=7的（133,171）卷積碼,。

　　圖2給出該算法和CP-OFDM的誤碼率比較,。從圖中可看出，在10-4數(shù)量級下,，基于PN序列的OFDM算法比CP-OFDM誤碼率性能大約有6 dB的提升,。

　　由圖3可知，在雙徑信道v=20 m/s時,，基于PN序列的OFDM算法性能明顯好于CP-OFDM,，且由仿真結(jié)果可知，通過迭代可以消除干擾,，提高系統(tǒng)性能,。

4 結(jié)論

　　本文針對傳統(tǒng)插入導(dǎo)頻的CP-OFDM存在的問題，提出了一種基于PN序列的OFDM系統(tǒng)模型,，該模型相比CP-OFDM無需插入導(dǎo)頻,，利用PN序列作為保護(hù)間隔并進(jìn)行信道估計，能達(dá)到有效提高傳輸效率的目的,。該方法適用于數(shù)字電視地面廣播,，且在常見信道下性能優(yōu)于傳統(tǒng)OFDM。

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