1、引言
為了進一步提高系統(tǒng)頻譜效率并有效對抗無線信道的頻率選擇性衰落,3G長期演進系統(tǒng)(LTE)采用了正交頻分復用(OFDM)技術。
本文在分析了OFDM系統(tǒng)中的子載波間干擾的基礎上,給出了多種ICI干擾消除技術。
2、子載波間干擾問題分析
首先定量分析一下OFDM系統(tǒng)中的子載波間干擾,接收端解調(diào)后第k個子載波的數(shù)據(jù)可表示成:
如果信道在一個OFDM符號內(nèi)時不變,(1)式中的αm(k,d)=0(k≠d),不存在ICI干擾,從而保證了子載波間的正交性,但由于信道的時變性,解調(diào)出的數(shù)據(jù)存在乘性干擾、ICI干擾和加性噪聲。當信道變化較慢時,可以近似認為信道在一個OFDM塊內(nèi)保持不變,那么信道均衡可以通過簡單的一階頻域濾波實現(xiàn)。但是信道時變產(chǎn)生的時間選擇性衰落將破壞子載波間的正交性,產(chǎn)生載波間干擾。當信道變化較快時,信道快時不變的假設必然帶來系統(tǒng)性能的嚴重惡化。
3、子載波間干擾抑制技術
抑制子載波間干擾(ICI),補償系統(tǒng)頻偏已成為OFDM系統(tǒng)研究的關鍵技術。通常對收發(fā)信機中振蕩器載頻的不同步所引入的固定頻偏,通過對頻偏的估計及補償,ICI可以很容易的得到抑制。但對由于信道的時變性所引入的頻偏,頻偏的估計以及ICI的抑制已變得十分困難,需要較復雜的估計過程及補償措施。
3.1 頻域均衡
頻域均衡法用來消除由于ICI造成的信號失真。其基本思路是在傳輸端傳送一些特殊的訓練序列和導頻信號,接收端利用已知的訓練序列或者已知的導頻信號進行信道估計。根據(jù)導頻估計出信道的脈沖響應的方法通常有匹配濾波器法、MMSE、ML等。假設信道的時變性線性變化,通過估計信道的脈沖響應來抑制ICI,OFDM系統(tǒng)中的頻域接收信號用矩陣的形式表示為:
由于相鄰子載波對當前載波的ICI干擾較大,可以只考慮相鄰q個載波的ICI干擾系數(shù),從而簡化矩陣來減少運算量。這種頻域線性均衡的方法可以有效去除ICI干擾,但是實現(xiàn)復雜,并且需要多余的信息開銷。
3.2 時域均衡
均衡的方法是較常見的方法,由于OFDM系統(tǒng)時域和頻域?qū)ε嫉奶匦裕獾臑V波器可以加在時域,也可以加在頻域,時域濾波和頻域濾波可以完全等效。線性均衡有迫零和最小均方誤差兩種算法,非線性的算法有判決反饋均衡和串行干擾消除的方法。
時域均衡的方法是在DFT之前加時變?yōu)V波器,來改善接收機的頻率響應,使之對ICI不敏感。最常用的窗函數(shù)是Nyquist窗,特征是加窗后各子載波保持正交關系。
對于時域均衡方法,可以用基于泰勒級數(shù)展開的模型來分析多普勒頻移所引入的ICI,并且利用干擾矩陣的特點給出了簡化的均衡結(jié)構(gòu),但這種均衡算法仍具有較高的計算復雜度。也可以設計基于ICI抑制的時域濾波器,來補償信道的時變性,從而使信道轉(zhuǎn)變?yōu)闀r不變信道。這些方法需要已知信道的狀態(tài)信息,并且需要計算信道傳輸矩陣的逆,因此復雜度高。