多载波数字电视接收机的基于DFT信道估计算法

严俊

摘要：2006年，中国发布了自己的地面数字电视专利标准：单载波调制的ADTB-T方案和多载波调制的DMB-T方案。其中多载波调制的DMB-T方案基于正交频分复用（OFDM）技术，能有效地对抗因为无线信道多径效应所引起的符号间干扰（ISI）。OFDM在现代通信技术应用颇多，除了数字电视以外，3G-LTE标准和WiMAX标准的物理层调制技术均采用了OFDM方案。OFDM系统的接收机通常采用相干解调，它比非相干解调拥有更好的性能，而采用相干解调，就必须在接收端提前进行信道估计，辨识出信道的时域或频域的传输特性。本文分析了一种适宜于实际应用的多载波数字电视接收机的信道估计算法，该算法基于离散傅立叶变换（DFT），该算法比较易于实现，且性能较之传统的最小二乘估计（LS）估计要优异。

关键词：正交频分复用；离散傅立叶变换；最小二乘估计；时域滤波

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)01-0151-03

地面数字接收机同任何无线通讯设备一样都要处理复杂的环境影响。在无线通信系统设计中，多径效应是一个无法避免的因素，要获得比较好的接收性能，必须通过准备的信道估计算法进行信道补偿。虽然说目前的多载波通信系统较之单载波通信系统更适应于工作在长延时的环境下，但为了更好地设计之后的均衡器系统，仍然需要设计性能上比较优异的信道估计算法。

1信道估计算法概论

实际的无线信道具有很强的随机性。信号经过信道传输后，波形的幅度和相位都有较大的改变，接收端的信号较原始信号有很大的失真，引起错误的信息传输，所以需要跟踪信道响应的变化。伴随着信号处理技术的不断进步和发展，目前如最大似然检测、自适应信道均衡等技术都已经运用到无线通信的上面来了。

现有的地面数字广播系统信道估计一般有3种：第一类是盲估计，在发送信号完全未知的情况下，不必发送特殊的训练序列，基于符号的有限字符特性进行信道估计；第二类是基于导频符号插入技术的信道估计，它要借助于一定的导频（训练序列）进行信道估计；第三类是基于判决反馈技术的信道估计。目前情况下，由于广播信道的时变特性，盲信道估计收敛比较慢，因此它的应用并不是很广泛。[2]

数字电视按照传输的载波个数分成两个体系：一个是单载波技术：如我国的AMB-T和北美的ATSC标准；另外一个是多载波技术：如我国的DMB-T和欧洲的DVB-T标准。

美国的ATSC标准利用判决反馈均衡器（DFE）来进行信道估计，为了消除多径干扰，DFE需要的均衡滤波器抽头数数量巨大，此外，在强多径的情况下，DFE是无限冲激响应（IIR）滤波器，易自激、不稳定，单载波数字电视面对快速移动的信道，通常采用自适应均衡的方法进行估计，性能不如多载波。[2]

欧洲的DVB-T标准采用基于导频估计的方法。一般采用最小均方误差（MMSE）准则设计滤波器，信道估计误差为：

图1多载波系统信号模型

在OFDM系统发射机中，0、1比特数据按照一定的方式进行编码、交织，进行数字调制（如16QAM）、插入导频和串并转换后得到多个子载波信号，并进行傅立叶反变换（IFFT），串并转换和插入前缀之后进行模数转换，通过模拟电路的处理由天线发送到接收机。而接收机将模拟信号恢复到数字信号，通过去除前缀、串并转换、FFT、并串转换和信道校正之后进行解调，最后解交织和解码。

DFT信道估计是一种频域上的信道估计，在OFDM系统中，信道估计模块在FFT模块之后，所以信道估计的运算直接求得对信道冲激响应的频率域表达式H?(k)。

常用的LS（最小平方）估计方法利用最小二乘式进行信道估计，不需要知道任何先验的信息，但它在性能上并不理想；采用MMSE二维维纳滤波的信道估计能解决子载波间干扰（ICI）并抑制高斯噪声，但其算法实现的复杂度比较高。

DFT信道估计的算法框图如图2所示：

4结论

基于离散傅立叶变换（DFT）算法的信道估计是一种简单而且计算高效的内插算法，它的性能比LS估计要更优异，而且通过时域平滑滤波在性噪比性能提升上改善明显。但DFT估计并不是完美的，它会出现能量泄漏，引起混叠现象。按照数字信号处理的理论，选用一些比较好的窗函数，能改善谱泄漏的现象，此处不做赘述了。用于数字电视接收机系统的时候，比较便于硬件实现。

参考文献：

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