OFDM系统同频干扰消除算法的研究

杨　勇，李建新

(扬智电子科技(上海)有限公司，上海 200233)



OFDM系统同频干扰消除算法的研究

杨勇，李建新

(扬智电子科技(上海)有限公司，上海 200233)

在基于OFDM技术的宽带无线通信系统中，同频道干扰是影响系统性能的一个主要方面。提出一个新的同频道干扰消除算法，新算法使用信道估计时域插值输出的差分信号来做CCI消除，对信道估计的时域插值输出的差分信号在时间方向作平均，估计其受到CCI干扰的大小，并在信道估计的输出输入到FEC前，在信道估计的结果上消除不同大小CCI干扰的影响，从而有效提高了系统抗CCI的性能。

OFDM；同频干扰；信道估计；时域插值

正交频分复用(OFDM)技术是将信道分成若干正交子信道，将传输的信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输,从而提高了频率利用率,并有效地降低符号间干扰。OFDM技术已经被广泛应用于宽带无线通信系统中，如ISDB-T/DVB-T/DVB-T2等[1-2]。

同频道干扰(CCI)主要来源于两个方面。一方面，目前正处在模拟电视向数字电视过渡的关键时期，由于频谱资源的紧张导致多个系统共享同一频带，在相同频段内同时传输模拟电视信号和数字电视信号，从而不可避免地发生相互干扰的情形，经常发生模拟电视对数字电视信号的CCI干扰，其中更以因PAL、SECAM或者NTSC等制式信号及窄带影响所导致的CCI干扰最为突出[3-4]。俄罗斯、非洲、亚太等新兴市场第二代地面数字电视(DVB-T2)的部署过程中，这种CCI干扰影响严重。另一方面，由于调谐器、放大器的非线性影响，射频数字电视信号在放大过程中被引入CCI。不管是模拟电视对数字电视产生的CCI干扰，还是调谐器、放大器的非线性影响产生的CCI干扰，这两种CCI干扰都严重影响数字电视的接收性能。如何抑制CCI干扰，特别是调谐器、放大器的非线性影响产生的CCI干扰是一个有待解决的问题。

文献[5]中提出一种抑制CCI的方法，使用信道估计输出的差分信号来做CCI的检测和消除。一方面由于信道估计的非线性处理使得CCI被部分滤除，CCI检测会出现漏检或者误检。另一方面在深衰信道中，由于噪声被放大，CCI检测更容易出错。文献[6]中提出一种在文献[5]上的方法，进一步降低了CCI误检测的概率。但是该方法一方面不能根据CCI的大小调整CCI的消除门限，另一方面CCI检测仍然会出现漏检或者误检。

本文提出一种新的CCI消除算法，这个算法使用时域插值输出的差分信号来进行CCI的消除，新算法对信道估计的时域插值输出的差分信号在时间方向作平均，估计其受到CCI干扰的大小，并在信道估计的输出输入到FEC前，在信道估计的结果上消除不同大小CCI干扰的影响，从而提高了系统抗CCI的性能。

1　传统的CCI消除技术

当CCI干扰来源于同频道模拟电视信号的干扰时，它的主要能量集中在图像、声音和色度载波信号。这些信号的幅度会随着时间的变化而快速变化。为此，可以在时间方向上检测信道频域响应的变化来判断是否受到CCI干扰。传统的CCI消除技术的方框图如图1所示。

图1　传统CCI消除技术的结构框图

(1)

式中：CCIk是子载波k被判断是否受到CCI干扰的影响；“1”为没有受到CCI干扰；“0”为受到CCI干扰。αthreshold为判断为CCI干扰的门限值。

为了降低CCI干扰被误判的影响，在文献[6]中提出了一种改进方法。该方法存储M个符号，使用传统方法得到CCIk,l,只有当M个CCIk,l求和的结果大于N时，才判定为CCI干扰。判断是否受到CCI干扰的表达式为

(2)

2　本文采用的CCI消除技术

由于CCI干扰信号的能量被信道估计的频率插值滤波器滤除，传统的CCI消除技术利用信道估计的结果在时间方向上做差分来检测CCI干扰，很容易出现误检测和消除。并且在深衰信道中，由于噪声会被放大，CCI检测更容易出错。

文献[6]中提出一种在文献[5]上的改进方法，利用对多次CCI的检测结果加权，进一步提高了抗CCI的性能。但是该方法不能根据CCI的干扰强度大小，调整CCI的消除门限，从而达到抗CCI性能的最佳。并且在深衰信道中，由于噪声会被放大，CCI检测仍然会出错。

为了解决传统CCI消除技术的频率插值滤波器会滤除掉相当部分的CCI干扰信号的能量问题，本文在信道估计频域插值滤波器之前，对时域插值滤波器的结果做CCI消除，这样就保留了大部分的CCI干扰信号的能量，保证了CCI干扰被正确检测和消除。进一步，本文根据时域插值滤波器结果的差分信号，在时间方向上对每个子载波做统计平均，并在整个带宽内做归一化处理，从而准确估计每个子载波在信号带宽内受到CCI干扰强弱的大小。由此，每个子载波不只是“有”或者“无”CCI干扰，而是具体到每个子载波受到CCI干扰的大小，这样解映射输出的软信息就可以表征出受到CCI干扰影响的大小，从而使得接收机达到最佳的译码性能。

本文采用的CCI消除技术的结构框图如图2所示。

图2　本文采用的CCI消除技术的结构框图

CCIk表达式为

k∈[0,3,6,…]

(3)

式中：CCIk是子载波k受到CCI干扰的量级；M为时间方向上的M个符号；Kmax为k的最大取值；βthreshold为CCI干扰的门限值。

(4)

式中：interp(·)为插值函数，可以使用线性插值方程，也可以使用非线性插值方程。

在开销方面(以DVB-T为例)，传统的算法在信道估计的输出做差分，需要一个符号的存储空间来存储延迟符号，而新算法是在时域插值的输出做差分，需要的存储空间比传统算法小得多。DVB-T的导频间隔为3，新算法的时域插值的输出做差分需要的存储空间仅为1/3个符号。另外，新算法还增加了1/3符号的存储空间用来存储导频子载波的差分信号在时间方向上做M个符号的平均值。所以存储开销方面，新算法比传统算法小；在逻辑开销方面，新算法增加了一些逻辑运算，开销比传统算法略有增加。

3　仿真结果

通过计算机仿真来评价新的CCI消除技术的性能。当维特比译码器输出的BER达到2×10-4后，RS译码器输出的BER达到QEF要求的10-11标准。仿真参数采用DVB-T系统的2K模式，16QAM，1/8GI，3/4CR，维特比译码器的输入4bit量化，回溯深度为64。加宽带加性白高斯噪声信道，同信道模拟电视干扰信号为Dbook7.0规定的PAL-L1信号源[7]。

设置αthreshold为0.001 5，N为2，M为16，βthreshold为3。定义信号功率和PAL-L1干扰功率的比值为载波干扰比(CIR)。如图3所示，传统的CCI消除方法用old表示，在传统CCI消除方法基础上的改进方法用old2表示，本文提出的新的CCI消除方法用NEW表示，没有任何CCI消除方法用off表示,图3为CN=40dB，不同CIR时，不同的CCI消除方法性能对比结果。

图3　不同CCI消除算法的性能比较

从图3中可以看出，本文提出的新的CCI消除算法比传统CCI消除算法和在传统的CCI算法基础上的改进算法都要改进3dB以上。新的CCI消除算法比没有任何CCI消除方法改进多达7dB以上。新的CCI消除算法比传统的CCI消除算法的性能有明显的提高。

4　结论

为了解决传统CCI消除技术的频率插值滤波器会滤除相当部分的CCI干扰信号的问题，本文在信道估计频域插值滤波器之前的时域插值滤波器的结果上做CCI消除，保留大部分的CCI干扰信号，保证了CCI干扰被正确检测和消除。并进一步估计出每个子载波受到CCI干扰的大小，解映射输出的软信息可以表征出受到CCI干扰的影响的大小，从而达到最佳的译码性能，但算法的开销并无太多增加。目前，该算法也实际应用到DVB-T以及DVB-T2接收机的芯片中。

[1]EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute.ETSIEN300 744,v1.5.1，Digitalvideobroadcasting(DVB);framingstructure,channelcodingandmodulationfordigitalterrestrialtelevision[S]. 2004.

[2]EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute.ETSIEN302 755,v1.3.1，Digitalvideobroadcasting(DVB);framingstructure,channelcodingandmodulationforasecondgenerationdigitalterrestrialtelevision[S]. 2012.

[3]SANCHEZM,ACUNAM,CUINASI,etal.Co-channelandadjacentchannelinterferenceinactualterrestrialTVscenarios-partI:fieldmeasurements[J].IEEEtransationsonbroadcasting, 2002， 48(2)：111-115.

[4]ACUAAM,SANCHEZM,RODRIGUEZ-OSORIOR,etal.Co-channelandadjacentchannelinterferenceinactualterrestrialTVscenarios-partII:MATVsystemslaboratorytests[J].IEEEtransationsonbroadcasting, 2002，48(2)：116-122.

[5]WANGY,GEJ,AIB,etal.AsoftdecisiondecodingschemeforCOFDMwithapplicationtoDVB-T[J].IEEEtransationsonconsumerelectronics, 2004，50(1)：84-88.

[6]李卫国，黄秋元，刘铁，等.OFDM系统中同频干扰的抑制[J]. 电视技术，2007，31(11)：14-16.

[7]DBookTestSpecification.Digitalterrestrialtelevisionrequirementsforinteroperability[S]. 2011.

杨勇(1977— )，主要从事IC算法的研发工作。

责任编辑：薛京

Studyofco-channelinterferencecancellationalgorithminOFDMsystem

YANGYong，LIJianxin

(Shanghai Ali(Shanghai) Corp.，Shanghai 200233, China)

InwidebandwirelesscommunicationbasedonOFDMtechnology,co-channelinterference(CCI)isamainfactortoeffectsystemperformance.Inthepaper,anewCCIcancellationalgorithmispresented.Thealgorithmaveragesdifferentialsignaloftimeinterpolationoutputofchannelestimationintimedirection,estimatesCCIinterferencelevel,andcancelstheeffectofdifferentlevelCCIinterferenceonchannelestimation’soutputbeforechannelestimation’soutputinputtoFEC.Therefore,anti-CCIperformanceisimprovedeffectively.

OFDM;CCI;channelestimation;timeinterpolation

TN915

ADOI：10.16280/j.videoe.2016.07.023

2015-11-30

文献引用格式：杨勇，李建新.OFDM系统同频干扰消除算法的研究[J]. 电视技术，2016,40(7)：104-106.

YANGY，LIJX.Studyofco-channelinterferencecancellationalgorithminOFDMsystem[J].Videoengineering，2016,40(7)：104-106.