Метод оцінювання частотної характеристики каналу в OFDM системах на основі фільтрації і екстраполяції пілот-сигналів

  • О. Ю. Мирончук Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" https://orcid.org/0000-0001-5251-3578
  • О. О. Шпилька Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"
  • С. Я. Жук Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" http://orcid.org/0000-0002-0046-8450
Ключові слова: OFDM, цифровий зв'язок, безпровідний канал зв’язку, оцінка параметрів каналу, частотна характеристика, авторегресія, фільтр Калмана

Анотація

Вступ. Однією з ключових вимог до більшості сучасних систем зв’язку є мобільність. Для систем OFDM це означає проходження широкосмугових сигналів через багатопроменеві канали, характеристики яких швидко змінюються в часі. Щоб виконати демодуляцію прийнятого OFDM сигналу приймач повинен оцінити параметри каналу зв’язку. Чим точніше оцінка буде виконана, тим меншої ймовірності помилок можна досягнути в процесі передачі даних.

Постановка задачі. Для оцінювання частотної характеристики каналу використовуються пілотні сигнали як з поточного прийнятого символу, так і з попередніх. Задача полягає у розробці методу оцінювання частотної характеристики каналу по поточному прийнятому OFDM символу.

Розробка методу. В роботі запропоновано метод оцінювання частотної характеристики каналу зв’язку на основі фільтрації та екстраполяції пілот-сигналів. На першому етапі відновлені значення частотної характеристики отримуються шляхом фільтрації прийнятого сигналу на пілотних підносіних по алгоритму Калмана. При цьому фільтрація виконується над масивом даних зліва направо і справа наліво. Результати фільтрації об’єднуються оптимальним чином в кожній позиції, що дозволяє підвищити точність оцінювання частотної характеристики. На другому етапі виконується екстраполяція значень частотної характеристики на підносійні з даними. Екстраполяція робиться зліва направо і справа наліво. Результати екстраполяції також об’єднуються.

Результати експериментальних досліджень. Аналіз розробленого методу виконаний шляхом статистичного моделювання на модельному прикладі для системи зв’язку, в якій частотна характеристика представлена авторегресією другого порядку. Розраховано значення середньоквадратичного відхилення помилки оцінки для розробленого методу і для алгоритму Калмана. Порівняна точність оцінювання частотної характеристики каналу розробленим методом і методом найменших квадратів.

Висновки. Розроблений метод дозволяє зменшити значення середньоквадратичного відхилення помилки оцінки частотної характеристики каналу у порівнянні з алгоритмом Калмана. Точність оцінювання частотної характеристики каналу при використанні розробленого методу вища в 1.5 – 2 рази ніж при використанні методу найменших квадратів.

Біографії авторів

О. Ю. Мирончук, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"

Мирончук О.Ю., аспірант радіотехнічного факультету

О. О. Шпилька , Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"

Шпилька О. О., к.т.н.

С. Я. Жук , Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"

Жук С. Я., д.т.н., професор кафедри радіотехнічних пристроїв та систем

Посилання

Rohling H. (2011) OFDM: Concepts of Future Communication Systems. Springer, 254 p. DOI: 10.1007/978-3-642-17496-4

Shpylka A. A. and Zhuk S. Ya. (2010) Joint interpolation of data and parameter filtration of a multibeam communications channel. Radioelectronics and Communications Systems, Vol~53, No~1, pp.~20-24. DOI: 10.3103/S0735272710010048

Tzi-Dar Chiueh, Pei-Yun Tsai and I-Wei Lai (2012) Baseband Receiver Design for Wireless MIMO-OFDM Communications: Second Edition, Wiley, 376 p.

Shen Y. and Martinez E. (2006) Channel estimation in OFDM systems, Frescale Semiconductor, pp. 1-15.

van~de~Beek~J.-J., Edfors~O., Sandell~M., Wilson~S. and Borjesson~P. (1995) On channel estimation in OFDM systems, in Proc. of IEEE Vehicular Technology Conference, vol.2, pp. 815–819. DOI: 10.1109/VETEC.1995.504981

Fazel K. and Kaiser S. (2008) Multi-carrier and spread spectrum systems: from OFDM and MC-CDMA to LTE and WiMAX - 2nd ed., Wiley, 360 p.

Han K.-Y., Lee S.-W., Lim J.-S. and Sung K.-M. (2004) Channel estimation for OFDM with fast fading channels by modified Kalman filter. IEEE Transactions on Consumer Electronics, 50(2), pp. 443–449. DOI: 10.1109/TCE.2004.1309406

Huang M., Chen X., Xiao L., Zhou S. and Wang J. (2007) Kalman-filter-based channel estimation for orthogonal frequency-division multiplexing systems in timevarying channels. IET Communications, 1(1), pp. 759–801. DOI: 10.1049/iet-com:20070039

Liashuk O. M. and Zhuk S. Ya. (2017) Union of one-dimensional filtering results f homogenous image and correlated noise using non-causal processing. Visnyk NTUU KPI Seriia - Radiotekhnika Radioaparatobuduvannia, (68), pp. 64-70.

Опубліковано
2019-09-30
Як цитувати
Мирончук, О. Ю., Шпилька , О. О. і Жук , С. Я. (2019) «Метод оцінювання частотної характеристики каналу в OFDM системах на основі фільтрації і екстраполяції пілот-сигналів», Вісник НТУУ "КПІ". Серія Радіотехніка, Радіоапаратобудування, (78), с. 36-42. doi: 10.20535/RADAP.2019.78.36-42.
Номер
Розділ
Телекомунікації, радіолокація і навігація, радіоптика та електроакустика