LOGOOFDM系统的ISI消除算法研究报告人：王焕萍内容提要OFDM简介以及ISI的产生1并行迭代均衡算法2仿真条件以及结论3参考文献4OFDM的简介OFDM的优点 OFDM能够有效的对抗频率选择性衰落和载波间干扰。 OFDM使用正交的子载波作为子信道，极大地提高了频谱利用率，当子载 波个数越多时，系统频谱利用率越高。 无线数据业务存在非对称性，下行链路数据传输量大于上行数据传输量， OFDM可以机动地调整子信道数来实现上下行链路中的不同传输速率。 OFDM易于和其他多种接入方法结合使用，最大限度的提高物理层信息传 输的可靠性。 OFDM的缺点 对频偏和相位噪声很敏感 OFDM所采用的自适应调制接火速以及加载算法会增加发射机和接收机的 复杂度。 OFDM信道的PAPR相对比较大，它的增大会降低射频放大器的效率。ISI干扰的产生v 在OFDM无线传输系统中为了提高传输效率、简化接收机的设计和实 现，要求保持各个子载波之间的正交性，故在各种OFDM系统中必须 加入一定长度的各种形式的保护间隔GI，并且这些GI的持续时间必须 大于或等于无线信道的最大延迟时间，以克服无线传播环境多径时延 扩展所引起的符号间干扰(ISI)和子载波间干扰(ICI)。 v 但是，由于为了增加频谱效率而缩短CP或者受到无法预测的信道影 响，可能存在一些延迟超过CP长度的多径成分，其导致的ISI和ICI会 影响系统性能。ISI干扰消除算法RISIC算法ISI干扰消除算法频域均衡：修改系统 的频域响应特性，使 均衡器与信道的合成 频率特性能够满足无 ISI的条件。 时域均衡：修改系统 的时域响应特性，使 均衡器与信道的合成 冲激响应可以满足无 ISI条件。并行迭代频域均衡算法为第i个符号中第n个子载波在接收端，串并转换后CP被除去。FFT之前的时域信号向量 它可以表示为上的复数数据，为第i个符号的IFFT输出的第k的抽样值， 表示长度为L的信道冲激相应（CIR）。 图图1 OFDM系统统基带带模型干扰示意图图2 CP不足产生的IBISn-1CPCP第i径SnSn-1CPCPSn第L径IBI第1径 Sn-1CPCPSn并行迭代频域均衡算法续v 其中H、A和B都是NN矩阵，式（1）右边第二项和第三项分别代表 ICI和ISI。如果G不小于L，A和B为零矩阵，这时不存在ICI和ISI。而 在CP不足时，残余ISI导致的当时符号内的ICI和前一符号带来的ISI 会影响系统性能，这时，需要采取措施来消除这些干扰。并行迭代频域均衡算法续v 在接收端，假设前一符号 已经被正确检测，将其转换到时域后可 使用判决反馈方法消除ISI。ISI消除后的时域信号向量为忽略AWGN噪声影响，由（1）和（4）得到我们得到ISI消除之后的频域信号向量 式（6）中的右边第二项代表ICI。 并行迭代频域均衡算法续v 对于一个矩阵和维向量，为了以迭代方法求解式 中的d，我们将M分解为D-U，我们看到 和 相同的解。这时，迭代可以表示为其中，r和R分别表示迭代序数和总共需要的迭代次数。 考虑到 为对角矩阵，我们令 我们使用初始向量：其中 。定义式（6）的迭代解法如下 其中，P=CU为迭代矩阵，硬判决函数 用来抑制干扰和噪声。我们称这 种方法为并行迭代均衡(PIE)方法，这是因为式(9)和式(10)中的运算同时应 用于所有的子载频。仿真条件v 在仿真中OFDM系统采用256个子载波，CP长度取为为2，调制方式采用 64QAM。 v IEEE 802.16e建议采用了ITU-RM.1225中定义的Vehicular TestA信道模型， 此模型由抽头数、各径相对于第一径的时延和平均功率及各径的多普勒频谱 来表征，每一径的衰落系统由上述改进的Jakes模型来产生，具体参数见表 ： v 表 ITU-RM.1225 Vehicular Test信道模型 v IEEE802.16e简介v IEEE 802.16e系统具有以下基本特征： v 1）高速移动，IEEE 802.16e可以同时支持固定（IEEE 802.d）和移动（IEEE 802.16e）无线接入，其移动速率目标为车速移动（通常认为可以120km/h） 。 v 2）宽带接入，系统在不同的载波带宽和调制方式下可以获得不同的接入速率 。 v 3）城域覆盖范围，IEEE 802.16e的单基站覆盖范围在几千米量级，应用于城 域范围。 v 4）主要提供数据业务，IEEE 802.16e系统将接入基于IP的核心网，主要面向 于个人用户提供数据接入业务，也可以提供语音业务。仿真结果-星座图上图中蓝色点是一次迭代的结果，绿色是两次迭代的结果，红色是三次迭代 的结果。该仿真中迭代矩阵的谱半径是明显小于1的，因此可以明显看出收 敛的效果。图图3 64QAM星座图图仿真结果（续）在信噪比比较低时，并 行均衡算法的性能并未 得到明显提高。随着信 噪比的提高，误码率显 著降低，性能得到较大 的提高。需要注意的是 ，对于更大的rms延迟扩 展或者更短的cp，可能 需要更多次数的迭代。图图4 PIE算法仿真结结果结论v 该算法避免了RISIC方法中频繁的时域频域间的转化， PIE算法具有比较低的迭代复杂度。再者，该均衡器的无 乘法实现和简化后的低复杂度迭代进一步降低了新方法的 实现成本。参考文献v 1 Wei Zhong, Zhigang Mao,Two Efficient Iterative equalization Schemes for OFDM Systems with Insufficient CP,SIGNAL PROCESSING,Vol.28. No5. Oct.2007 v 2 ZhiYang,Wenle Bai,Zemin Liu，A Decision-Aided Residual ISI Cancellation Algorithm for OFDM Systems，IEEE 2006 v 3K. Dukhyun, L. G Stuber. Residual ISI Cancellation for OFDM with Applications to HDTV Broadcasting. IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 1998, 16(8): 15901599 v 4G Parsaee, A. Yarali, H. Ebrahimzad. MMSE-DFE Equalizer Design for OFDM Systems with Insufficient Cyclic Prefix. IEEE Vehicular Technology Conference, Los Angeles, USA, 2004, 6: 38283832 v 5Wei Zhong, Zhigang Mao,tentative decision based low complexity equalization for OFDM systems with insufficient cyclic prefix,IEEE 2005 v 6Li sen,Jiang Xing.Analysis and equalization for OFDM with Intersymbol and Interference channel interfence.journal of GUILIN university of electronic technology Vol.23,No.1,Feb,2003 v 7Wei Zhong and Zhigang Mao. Efficient time domain residual ISI cancellation for OFDM-Based WLAN systems.January 27,2006 IEEE v 8Mobile WiMAX-part1：a technical overview and performace evaluation.August， 2006 v 9Jie Zhu，Wee Ser，channel equalization for DMT with insufficient cyclic prefix， IEEE 2000LOGO