DVB-T2系統信道估計算法的研究

楊　勇，李建新

(揚智電子科技(上海)有限公司，上海 200233)

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DVB-T2系統信道估計算法的研究

楊勇，李建新

(揚智電子科技(上海)有限公司，上海 200233)

信道估計技術是OFDM寬帶無線通信系統中的關鍵技術之一。提出一個DVB-T2系統新的信道估計算法，根據接收到的導頻點的信道響應并進行時域插值的結果，優化DVB-T2系統中不同導頻圖樣下頻域插值器的開銷和性能，從而達到不同導頻圖樣下頻域插值器的開銷和性能的最優化。

DVB-T2；信道估計；頻域插值

1　DVB-T2導頻圖樣

正交頻分復用(OFDM)技術是將信道分成若干正交子信道，將傳輸的信號轉換成并行的低速子數據流，調制到在每個子信道上進行傳輸，從而提高了頻率利用率并有效地降低符號間干擾。OFDM技術已經被廣泛應用于寬帶無線通信系統中。比如：ISDB-T/DVB-T/DVB-T2等[1-2]。

信道估計是OFDM無線通信系統的關鍵技術。在頻域插導頻的通信系統中，為了得到信道估計的結果，首先要估計出導頻點的信道估計值，然后通過時間和頻率方向上的插值恢復出整個信道的響應。考慮到實現的開銷、復雜度以及性能，一般在時間方向采用線性插值，完成時域插值，然后在頻率方向可以采用低通濾波插值[3-5]，完成頻域插值。第二代地面數字電視(DVB-T2)采用離散導頻技術[2]，如表1所示，有8種導頻圖樣(Pilot Pattern)。在DVB-T2接收機中，信道估計完成時域插值后，根據表1的導頻圖樣，在頻率方向上，有4種導頻間隔：3，6，12，24。使用傳統的低通濾波器的插值方法很難滿足不同導頻間隔的性能要求，如何進行信道估計，特別是頻域插值器，滿足DVB-T2系統不同導頻圖樣下系統對性能和開銷的要求是一個有待解決的問題。

為此，本文提出一種DVB-T2系統的新的信道估計算法，這個算法使用導頻點的信道估計值并進行時域插值的輸出結果，優化DVB-T2系統中不同導頻圖樣下低通濾波頻域插值器的開銷和性能，達到不同導頻圖樣的開銷和性能的最優化，從而提高了DVB-T2系統的整體性能。

2　傳統的信道估計方法

DVB-T2系統是在頻域插導頻的通信系統，為了得到信道估計的結果，首先要估計出導頻點的信道估計值，然后通過時間和頻率方向上的插值恢復出整個信道的響應。

表1DVB-T2離散導頻圖樣的參數

PilotpatternSeparationofpilotbearingcarriers(DX)Numberofsymbolsformingonescatteredpilotsequence(DY)PP134PP262PP364PP4122PP5124PP6242PP7244PP8616

如圖1所示，信道估計輸入為完成同步后的FFT輸出。信道估計輸入信號先進行導頻點信道估計，然后在時間方向上經過時域插值器做時域插值，并將時域插值的結果每兩個中間點補DX-1個零[5]，最后將補零后的結果輸入到頻域插值器選擇合適的低通濾波器系數，同時濾除鏡像干擾的影響，得到信道估計的輸出為

(1)

式中：COE(i)(i=0,1，…,L-1)為低通濾波器的第i個系數；HT^(k)為時域插值器的輸出補零后的第k個子載波的值；H^(k)為頻域插值器的輸出的第k個子載波的值。

圖1　傳統CCI消除技術的結構框圖

3　信道估計的改進技術

在DVB-T2系統中，有8種導頻圖樣，DX一共4種不同的導頻間隔。在經過時域插值濾波器并在補零后，在整個帶寬內會根據導頻間隔產生相應數量的鏡像干擾。如果使用傳統的方法進行信道估計，很難選擇一組合適的低通濾波器系數濾除不同導頻間隔的鏡像干擾。比如：設計一組通帶帶寬相對寬的低通濾波器系數進行頻率插值濾波可以濾除DX=3時鏡像干擾，但是很難完成濾除DX=6，12，24時的鏡像干擾。

為了解決傳統信道估計特別是頻率插值濾波器的性能問題，并且不增加頻率插值濾波器的開銷，可以在信道估計完成時域插值并補零做頻域插值濾波器時，根據不同的導頻間隔選擇相同濾波器階數，不同通帶帶寬等低通濾波器的參數，這樣保證不同的導頻間隔可以單獨優化。盡可能濾除不同導頻間隔時的鏡像干擾的影響，從而提高信道估計的性能。

DVB-T2信道估計改進技術的結構框圖如圖2所示。

圖2　DVB-T2信道估計改進技術的結構框圖

如圖2所示，信道估計輸入為完成同步后的FFT輸出。信道估計輸入信號先進行導頻點信道估計，然后在時間方向上經過時域插值器做時域插值，并將時域插值的結果每兩個中間點補DX-1個零，最后將補零后的結果輸入到頻域插值器，根據導頻間隔DX選擇相同的L階濾波器，不同的低通濾波器系數，濾除不同導頻間隔時的鏡像干擾的影響，最終得到信道估計的輸出為

(2)

式中：COEPT1(i)(i=0,1,…,L-1)為DX=3時低通濾波器的第i個系數；COEPT2(i)(i=0,1,…,L-1)為DX=6時低通濾波器的第i個系數；COEPT3(i)(i=0,1,…,L-1)為DX=12時低通濾波器的第i個系數；COEPT4(i)(i=0,1,…,L-1)為DX=24時低通濾波器的第i個系數；HT^(k)為時域插值器的輸出補零后的第k個子載波的值；H^(k)為頻域插值器的輸出的第k個子載波的值。

DVB-T2有4種導頻間隔，每種導頻間隔頻率插值濾波器需要的通帶帶寬不一樣，為了濾除時域插值補零后的鏡像干擾，導頻間隔為24需要的通帶帶寬比導頻間隔為3要窄得多。考慮到性能因素，要保證導頻間隔為24的頻域插值濾波器的性能就需要更高的濾波器的階數；考慮到乘法器的開銷因素，濾波器的階數需要盡量小。DVB-T2的4種導頻間隔在頻率插值濾波器的性能和開銷上不能兼顧。

為了達到DVB-T2的4種導頻間隔在頻率插值濾波器的性能和開銷的最優化，可以在信道估計完成時域插值并補零做頻域插值濾波器時，根據不同的導頻間隔選擇不同濾波器階數，不同通帶帶寬等低通濾波器的參數，這樣保證不同的導頻間隔性能和開銷的最優化，盡可能濾除不同導頻間隔時的鏡像干擾的影響，從而信道估計性能最佳。

DVB-T2信道估計改進技術2的結構框圖如圖3所示。

圖3　DVB-T2信道估計改進技術2的結構框圖

如圖3所示，信道估計輸入為完成同步后的FFT輸出。信道估計輸入信號先進行導頻點信道估計，然后在時間方向上經過時域插值器做時域插值，并將時域插值的結果每兩個中間點補DX-1個零，最后將補零后的結果輸入到頻域插值器根據導頻間隔DX選擇不同階數的低通濾波器，并根據選擇出的不同的合適的低通濾波器系數，濾除不同導頻間隔時的鏡像干擾的影響，最終得到信道估計的輸出為

(3)

在開銷方面，如圖3所示，導頻間隔為3時，選擇L階低通濾波器；導頻間隔為6時，選擇2L階低通濾波器；導頻間隔為12時，選擇4L階低通濾波器；導頻間隔為24時，選擇8L階低通濾波器。在頻域插值濾波之前，先要將時域插值的結果每兩個中間點補DX-1個0。導頻間隔為3時，每兩個時域插值的結果插入2個0，頻率插值濾波器的階數為L，頻率插值濾波器的乘法器的開銷為L/3；導頻間隔為6時，每兩個時域插值的結果插入5個0，頻率插值濾波器的階數為2L，頻率插值濾波器的乘法器的開銷為2L/6=L/3；導頻間隔為12時，每兩個時域插值的結果插入11個0，頻率插值濾波器的階數為4L，頻率插值濾波器的乘法器的開銷為4L/12=L/3；導頻間隔為24時，每兩個時域插值的結果插入23個0，頻率插值濾波器的階數為8L，頻率插值濾波器的乘法器的開銷為8L/24=L/3；所以乘法器的開銷在不同導頻間隔時都一樣為L/3，而頻率插值濾波器的性能，隨著濾波器階數的增加而提高，達到最優。

4　仿真結果

本文通過計算機仿真來評價新的改進的信道估計技術的性能。當LDPC譯碼器輸出的BER達到1×10-4后，BCH譯碼器輸出的BER達到QEF要求的10-11標準。選擇最小均方誤差方法設計頻率插值低通濾波器,濾波器的參數為：[wpass wstop]=[B/8,B/2]，其中B為有效帶寬。導頻間隔為3的仿真參數采用DVB-T2系統的8K模式，EXT mode，PP1，256QAM，1/4GI，1/2CR；導頻間隔為6的仿真參數采用DVB-T2系統的8K模式，EXT mode，PP3，256QAM，1/8GI，1/2CR；導頻間隔為12的仿真參數采用DVB-T2系統的8K模式，EXT mode，PP5，256QAM，1/32GI，1/2CR；導頻間隔為24的仿真參數采用DVB-T2系統的32K模式，EXT mode，PP7，256QAM，1/128GI，1/2CR。加寬帶加性白高斯噪聲信道。

如圖4～圖7所示，傳統的信道估計方法用OLD表示，信道估計改進技術用MEW表示，信道估計的改進技術2用NEW2表示。圖4為導頻間隔為3時不同信道估計算法的性能對比結果；圖5為導頻間隔為6時不同信道估計算法的性能對比結果；圖6為導頻間隔為12時不同信道估計算法的性能對比結果；圖7為導頻間隔為24時不同信道估計算法的性能對比結果。

圖4　導頻間隔為3時不同信道估計算法的性能比較

圖5　導頻間隔為6時不同信道估計算法的性能比較

圖6　導頻間隔為12時不同信道估計算法的性能比較

圖7　導頻間隔為24時不同信道估計算法的性能比較

從圖4～圖7中可以看出，隨著導頻間隔的增大，NEW和NEW2的性能比OLD的性能改進越來越大。導頻間隔為3時，新算法的性能和傳統方法的算法性能相當；導頻間隔為6時，兩個新算法的性能相當，都比傳統方法算法的性能改進0.2 dB；導頻間隔為12時，新算法NEW2性能比NEW改進0.1 dB，NEW2比傳統方法的算法的性能改進0.4 dB；導頻間隔為24時，新算法NEW2性能比NEW改進0.2 dB，由于OLD算法的頻域插值濾波器的帶寬太寬，導致鏡像干擾大量殘留，性能不收斂。本文提出的信道估計改進技術以及信道估計改進技術2比傳統信道估計算法的性能有很明顯的提高，特別是在導頻間隔較大時。

5　結論

為了解決DVB-T2系統不同導頻圖樣下系統性能和開銷的問題，本文使用導頻點的信道估計值并進行時域插值的輸出結果，優化DVB-T2系統中不同導頻圖樣下低通濾波頻域插值器的開銷和性能，達到不同導頻圖樣的開銷和性能的最優化，從而提高了DVB-T2系統的整體性能。目前，該算法也實際應用到DVB-T2的接收機芯片中。

[1]European Telecommunications Standards Institute. ETSI EN 300 744, v1.5.1, Digital video broadcasting (DVB); framing structure, channel coding and modulation for digital terrestrial television[S]. 2004.

[2]European Telecommunications Standards Institute. ETSI EN 302 755, v1.3.1, Digital video broadcasting (DVB); framing structure, channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television [S]. 2012.

[3]COLIERI S，ERGEN M，PURI A，et al. A study of channel estimation in OFDM systems[C]//Proc. IEEE Vehicular Technology Conference. [S.l.]：IEEE，2002：894-898.

[4]COLERI S, ERGEN M, PURI A, et al. Channel estimation techniques based on pilot arrangement in OFDM systems[J]. IEEE tansactions on broadcasting, 2002, 48(3):223-229.

[5]MENDES L L，ROCHA C，SILVEIRA A. Performance analysis of channel estimation scheme for OFDM systems[C]//Proc. IWT-07. [S.l.]：IWT，2007：32-36.

楊勇(1977— )，主要從事IC算法的研發工作。

責任編輯：薛京

Study of channel estimation algorithm in DVB-T2 system

YANG Yong, LI Jianxin

(ShanghaiAli(shanghai)Corp.，Shanghai200233，China)

In wide band wireless communication based on OFDM technology, channel estimation is the key technology to effect system performance. In the paper, a new DVB-T2 system channel estimation algorithm is presented. The algorithm optimizes the cost and performance of frequency interpolator in different pilot pattern of DVB-T2 system, based on interpolation result in time direction of receiving pilot channel response. So the cost and performance of frequency interpolator is optimized in different pilot pattern.

DVB-T2; channel estimation; frequency interpolation

TN949

A

10.16280/j.videoe.2016.08.021

2016-04-18

文獻引用格式：楊勇，李建新. DVB-T2系統信道估計算法的研究[J]. 電視技術，2016,40(8)：108-111.YANG Y, LI J X. Study of channel estimation algorithm in DVB-T2 system [J]. Video engineering，2016,40(8)：108-111.