И.С. Багаев1, А.А. Львов2, В.П. Мещанов3, К.А. Саяпин4, М.С. Светлов5, А.Д. Хорошенин6

1,2,6 Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. (г. Саратов, Россия)

2-4 Научно-производственное предприятие «НИКА-СВЧ» (г. Саратов, Россия)

5 Институт проблем точной механики и управления РАН (г. Саратов, Россия)

1 ig.bagaew@yandex.ru, 2 alvova@mail.ru, 3 nika373@bk.ru, 4 sayapin.k.a@mail.ru, 5 svetlovms@yandex.ru

Постановка проблемы. При мобильном приеме надежность мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (OFDM) ограничена из-за изменяющихся во времени характеристик канала, что вызывает межканальные помехи и увеличивает погрешности в отслеживании данных, передаваемых по каналу. В связи с этим актуальны новые подходы к итеративному подавлению внутриканальных помех OFDM-сигнала для мобильных приемников.

Цель. Предложить новые методы итеративного подавления внутриканальных помех OFDM-сигнала для мобильных приемников.

Результаты. Проведено моделирование межканальных помех на основе исследования производных амплитуд сигналов в канале. Разработана относительно простая схема приемника для итеративного подавления межканальных помех, позволяющая обеспечить максимальное отношение сигнал/шум на входе детектора. Предложен новый метод оценки параметров канала, обеспечивающий надежный мобильный прием в ответственных практических ситуациях, которые имеют место при организации наземного цифрового телерадиовещания стандарта DVB-T2. В ходе модельных экспериментов для приемника с одной и двумя антеннами установлено, что небольшое число последовательных итераций подавления межканальных помех и предложенная оценка параметров канала обеспечивают надежный прием на скорости транспортного средства выше 100 км/ч.

Практическая значимость. Представленные результаты могут быть использованы при проектировании мобильных систем связи.

Багаев И.С., Львов А.А., Мещанов В.П., Саяпин К.А., Светлов М.С., Хорошенин А.Д. Итеративное устранение помех в канале и оценка его параметров в мобильных OFDM-системах // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 5. С. 144−162. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202405-17

1. Bingham J.A.C. Multicarrier modulation for data transmission: An idea whose time has come // IEEE Trans. on Communications. 1990. V. 28. № 5. P. 5–14.
2. Li Y., Winters J.H., Sollenberger N.R. MIMO-OFDM for Wireless Communications, Signal Detection with Enhanced Channel Estimation // IEEE Trans. on Communications. 2002. V. 50. № 9. P. 1471-1477.
3. Иванов Ю.А., Невструев И.А. Структура и помехоустойчивость систем беспроводного доступа с OFDM // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2009. № 3. Т. 5. С. 25-29.
4. Koffman I., Roman V. Broadband Wireless Access Solutions Based on OFDM Access in IEEE 802.16 // IEEE Communication Magazine. 2002. V. 40. № 4. P. 96–103.
5. Barhumi I., Leus G., Moonen M. Optimal Training Design for Mimo–Ofdm Systems in Mo-bile Wireless Channels // IEEE Trans. on Signal Processing. 2003. V. 51. № 6. P. 1615–1624.
6. Петров А.В. Слепые методы оценки параметров сигналов в цифровых системах передачи информации // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. СПб: ЛЭТИ. 2016. 18 с.
7. L’vov A.A., Svetlov M.S., Martynov P.V. Improvement of information reliability of digital systems with QAM/COFDM modulation. Proc. of the 20th IMEKO TC4 Int. Symp. Research on Electrical and Electronic Measurement for the Economic Upturn. – Benevento, Italy: University of Sannio. 2014. P. 478-482.
8. Weinstein S., Ebert P. Data transmission by frequency-division multiplexing using the discrete Fourier trans-form // IEEE Trans. on Communications. 1971. V. 19. № 5. P. 628-634.
9. Engels M. Wireless OFDM Systems: How to Make Them Work? Kluwer Academic Publishers. 2002. 197 p.
10. Kim D., Stuber G.L.Residual ISI Cancellation for OFDM with Applications to HDTV // IEEE J. on Selected Areas in Communications. 1998. Iss. 16(8). P. 1590-1599.
11. Viterbo E., Fazel K. How to combat long echoes in OFDM transmission schemes: Subchannel equalization or more powerful channel coding // Proc. of GLOBECOM’95. Singapore. 1995. P. 2069–2074.
12. Львов А.А., Светлов М.С., Мартынов П.В. Повышение информационной надежности цифровых систем с QAM/COFDM модуляцией // Известия Саратовского университета. Новая серия. Сер. Математика. Механика. Информатика. 2014. Т. 14. Вып. 4. Ч. 1. С. 473-482.
13. Львов А.А., Светлов М.С., Мартынов П.В. Самосинхронизация в информационных каналах с помехами большой интенсивности // Радиотехника. 2015. № 7. С. 18-21.
14. Львов А.А., Светлов М.С., Кленов Д.В., Светлова М.К. Повышение помехоустойчивости недвоичных информационных каналов с помехами большой интенсивности // Радиотехника. 2017. № 7. С. 136-139.
15. Lin J.-C. Least-square channel estimation for mobile OFDM communication on time-varying frequency selective fading channels // IEEE Transactions on Vehicle Technology. 2008. V. 57. № 6. P. 3538–3550.
16. Li Y., Cimini L.J., Sollenberger N.R. Robust channel estimation for OFDM systems with rapid dispersive fading channels // IEEE Transactions on Communications. 1998. V. 46. № 7. P. 902–915.
17. Van de Beek J.-J., Edfors O., Sandell M., Wilson S.K., Börjesson P.O. On channel estimation in OFDM systems // Proc. of the IEEE Vehicle Technology Conf. Chicago. USA. 1995. P. 815–819.
18. Song W.-G., Lim J.-T. Channel estimation and signal detection for MIMO-OFDM with time varying channels // IEEE Communication Letters. 2006. V. 10. № 7. P. 540–542.
19. Li C., Roy S. Subspace based blind channel estimation for OFDM by exploiting virtual carrier. Proc. of the IEEE Global Telecommunications Conf. (GLOBECOM ’01). San Antonio. USA. 2001. V. 1. P. 295–299.
20. Zhou S., Giannakis G.B. Finite-alphabet based channel estimation for OFDM and related multicarrier systems // IEEE Trans. on Communications. 2001. V. 49. № 8. P. 1402–1414.
21. Moutchkaev A.S., Kong S.-H., L’vov A.A. Parameter estimation of superimposed sinusoids by data matrix subfactorization: theory and algorithm // Proc. of the 2016 Int. Conf. on Actual Problems of Electron Devices Engineering (APEDE 2016). Saratov. Russia. 2016. V. 2. P. 442-447.
22. Moutchkaev A.S., Kong S.-H., L’vov A.A. Parameter estimation of superimposed sinusoids by data matrix subfactorization: analysis and results // Proc. of the 2016 Int. Conf. on Actual Problems of Electron Devices Engineering (APEDE 2016). Saratov. Russia. 2016. V.2. P. 448-455.
23. Mignone V., Morello A., Visintin M. An advanced algorithm for improving DVB-T coverage in SFN // Proc. of the Int. Broadcasting Convention. Amsterdam. Netherlands. 1997. P. 534–540.
24. Zhao Y., Haggman S.-G. Intercarrier interference self-cancellation scheme for OFDM mobile communication systems // IEEE Trans. on Communications. 2001. V. 49. № 7. P. 1185–1191.
25. Serrano D.G. Combined Time, Frequency and Space Diversity in Multimedia Mobile Broadcasting Systems. PhD Thesis. Valencia: Departamento de Comunicaciones Universitat Politecnica de Valencia. 2012. 155 p.
26. Espineira R., Stare E. Performance improvements for 8k mobile DVB-T with improved channel estimation and MRC-based antenna diversity reception taking into account ICI effects // Proc. of the Int. Broadcasting Convention. Amsterdam. Netherlands. 2001. P. 328-336.
27. Львов А.А., Киселев В.В. Численное моделирование и анализ воздействия искажений на OFDM/QAM-сигнал // Известия Саратовского университета. Новая серия. Сер. Математика. Механика. Информатика. 2013. Т. 13. Вып. 3. С. 102-108.
28. Jeon W.G., Chan K.H., Cho Y.S. An equalization technique for OFDM systems in time-variant multipath channels // IEEE Transactions on Communications. 1999. V. 47. № 1. P. 27–32.
29. Gorokhov A., Linnartz J. Robust OFDM receivers for dispersive time varying channels: Equalization and channel estimation // Proc. of the Int. Conf. on Communications. New York. USA. 2002. V. 1. P. 470–474.
30. Fan T., Wu H., Chongqing H.H. Channel Estimation and Interference Cancellation for OFDM Systems Based on Total Least Squares Solution. J. of Communications. 2011. V. 6. № 8. P. 640-647.
31. Kim Y.H., Song I., Kim H.G., Chang T., Kim H.M. Performance analysis of a coded OFDM system in time-varying multipath Rayleigh fading channels // IEEE Trans. on Vehicular Technology. 1999. V. 48. № 5. P. 1610–1615.
32. Burow R., Fazel K., Hoeher P., Klank O., Kussmann H., Pogrzeba P., Robertson P., Rul M. J. On the performance of the DVB-T system in mobile environments // Proc. of the IEEE GLOBECOM. Sydney. Australia. 1998. V. 4. P. 2198–2204.
33. Hutter A.A., Hasholzner E., Hammerschmidt J.S. Channel estimation for mobile OFDM systems // Proc. of the IEEE Vehicular Technology Conf. Houston. USA. 1999. V. 1. P. 19–22.
34. Chen C.-W., Wei S.-W. Channel Estimation for OFDM Systems with Asymmetric Pilot Symbols // IEEE Communications Society subject matter experts for publication in the WCNC 2010 proceedings. 2010. P. 2428-2437.
35. Linnartz J., Gorokhov A. Doppler-resistant OFDM receivers for mobile multimedia communications // Proc. of the 2nd Int. Symp. on Mobile Multimedia System Applications. London. UK. 2000. P. 87–92.
36. Edfors O., Sandell M., van de Beek J.-J., Wilson S.K., Börjesson P.O. OFDM channel estimation by singular value decomposition. Proc. of the IEEE Vehicular Technology Conf. Atlanta. USA. 1996. V. 2. P. 923–927.
37. Львов А.А., Семенов К.В. Метод калибровки автоматической многозондовой измерительной линии // Измерительная техника. 1999. № 4. С. 34-36.
38. Львов А.А., Серанова А.А., Ермаков Р.В., Мучкаев А.С. Сравнение методов оценивания параметров квазигармонических сигналов // Радиотехника. 2019. № 8(2). С. 88-95. DOI: 10.18127/j00338486-201908(12)-14.
39. Jakes W.C. Microwave Mobile Communications. Picataway. NJ: IEEE Press. 1994. 642 p.
40. Cho Y.S., Kim J., Yang W.Y., Kang C.G. MIMO-OFDM Wireless Communications with Matlab. J. Wiley & Sons (Asia) Pte. Ltd. 2010. 457 p.
41. Varanasi M., Aazhang B. Multistage detection in asynchronous code-division multiple-access communications // IEEE Trans. on Communications. 1990. V. 38. № 4. P. 509–519.
42. Benvenuto N., Tomasin S. Block iterative DFE for single carrier modulation // Electronic Letters. 2002. V. 38. № 19. P. 1144–1145.
43. Tomasin S. Frequency-Domain Equalization and Channel Estimation for Broadband Wireless Communications. Ph.D. dissertation. Padova, Italy: University of Padova. 2002. 92 p.
44. Digital Video Broadcasting (DVB); Implementation guidelines for DVB terrestrial services; Transmission aspects // European Telecommunication Standards Institute. (ETSI), Sophia-Antipolis Cedex. France. 2011. 87 p.
45. Cavers J.K. An analysis of pilot symbol assisted modulation for Rayleigh fading channels // IEEE Trans. on Vehicular Technology. 1991. V. 49. № 4. P. 686–692.
46. Khoshnevis H. Pilot Signature Based Detection of DVB-T2 Broadcasting Signal for Cognitive Radio // Proc. of the 3-d Int. Conf. on The Network of the Future. Cammarth. Tunisia. 2012. P. 1-5. DOI: 10.1109/NOF.2012.6464011.
47. Zettas S., Lazaridis P.I., Zaharis Z.D., Kasampalis S., Cosmas J. A pilot aided averaging channel estimator for DVB-T2 // Proc. of 2013 IEEE Int. Symp. on Broadband Multimedia Systems and Broadcasting (BMSB). West London. UK. 2013. P. 1-8. DOI: 10.1109/BMSB.2013.6621712.
48. Ghazi-Maghrebi1 S., Hashemi-Rafsanjani S.H. Improved Channel Estimation for DVB-T2 Systems by Utilizing Side Information on OFDM Sparse Channel Estimation // AUT J. of Electrical Engineering. 2018. Iss. 50(2). P. 23-28. DOI: 10.22060/eej.2018.13944.5199.
49. Fan T., Huang S., Gu S. An Improved Joint Channel Estimation of Wireless Communication // Int. Cong. of Information and Communication Technology (ICICT 2017). Procedia Computer Science. 2017. Iss. 107. P. 533–538. DOI: 10.1016/j.procs.2017.03.106.
50. Wu H.-C., Wu Y. A new ICI matrices estimation scheme using Hadamard sequences for OFDM systems // IEEE Trans. on Broadcasting. 2005. V. 51. № 3. P. 305–314.
51. Edfors O., Sandell M., van de Beek J., Wilson S.K., Börjesson P.O. OFDM channel estimation by singular value decomposition // IEEE Trans. on Communications. 1998. V. 46. № 7. P. 931–939.
52. Yang B., Cao Z., Letaief K.B. Analysis of low-complexity windowed DFT-based MMSE channel estimator for OFDM systems // IEEE Trans. on Communications. 2001. V. 49. № 11. P. 1977–1987.
53. Hogan J.A., Lakey J.D. Duration and Bandwidth Limiting. Prolate Functions, Sampling, and Applications. Springer Science + Business Media. LLC 2012. 257 p.
54. ETSI EN 302 755 Vl.2.1 (2010-10) Digital Video Broadcasting (DVB); Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2). Sophia Antipolis Cedex. FRANCE: ETSI. 2010. 177 p.
55. Jokela T., Tupala M., Paavola J. Analysis of Physical Layer Signaling Transmission in DVB-T2 Systems // IEEE Trans. on Broadcasting. 2010. V. 56. № 3. P. 410-417.
56. Eizmendi I., Velez M., Gomez-Barquero D., Morgade J., Baena-Lecuyer V., Slimani M., Zoellner J. DVB-T2: The Second Generation of Terrestrial Digital Video Broadcasting System // IEEE Trans. on Broadcasting. 2014. V. 60. Iss. 2. P. 258–271. DOI: 10.1109/TBC.2014.2312811.
57. L’vov A.A., Klenov D.V., Svеtlоv M.S., Dolinina O.N., Sytnik A.A. Increasing of information reliability of digital communication channels under conditions of high intensity noise // Proc. X Int. Sci. & Tech. Conf. Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics). Omsk: Omsk State Technical University. 2016 // IEEE Catalog Number: CFP16RAB-CDR. DOI: 10.1109/Dynamics.2016.7819025.
58. Svetlov M.S., L'vov A.A., Klenov D.V., Sytnik A.A., Dolinina O.N., Svetlova M.K. Information channel synthesis for remote test monitoring // Proc. 2018 Int. Conf. on Actual Problems of Electron Devices Engineering (APEDE 2018). Saratov. Russia. 2018. V. 1. P. 101-104.