بررسی کارایی روش‌های درونیابی برای تخمین کانال‌های محوشونده در پخش تلویزیون دیجیتال
محورهای موضوعی : فناوری اطلاعات و ارتباطات
علی پولادساده
1
(.دانشگاه صداوسیما)
محمدعلی سبقتی
2
(دانشگاه صداوسیما)
کلید واژه: تخمین کانال, درونیابی یک بعدی, کانال¬های محوشونده, استاندارد DVB-T2.,
چکیده مقاله :
تغییرات کانال های مخابراتی یکی از چالش های ارتباطات بی سیم است که مسأله جبرانسازی اثر کانال به کمک تخمین مناسبی از پاسخ آن را مورد توجه قرار داده است. در سیستم پرکاربرد OFDM، می توان زیرحامل هایی را به عنوان پایلوت برای تخمین کانال لحاظ کرد. در روند تخمین کانال به کمک پایلوت، درونیابی برای دستیابی به پاسخ کانال در زیرحامل های داده ضروری است. با توجه به تنوّع روش های درونیابی، یافتن بهترین روش موضوع تحقیقات مختلفی بوده است، زیرا یک روش درونیابی به عنوان بهترین درونیاب در تمام شرایط وجود ندارد و عملکرد درونیابی به محوشوندگی کانال، سیگنال به نویز و سربار پایلوت وابسته است. در این مقاله تأثیر روش های مختلف درونیابی روی کیفیت پخش تلویزیون دیجیتال طبق استاندارد DVB-T2 ارزیابی شده است. یک بستر شبیه سازی آماده شده است که مدلهای مختلف کانال طبق اندازه گیری های واقعی در آن تعریف می گردد. درونیابی به ازای نسبتهای پایلوت مختلف با پنج روش متداول (نزدیکترین همسایه، خطی، مکعبی، اسپلاین و ماکیما) انجام می شود. پس از جبرانسازی کانال با نتیجه درونیابی، نرخ خطای بیت که معیار اصلی برای ارزیابی و مقایسه است بدست می آید. با انجام آزمایش های مختلف، قواعدی برای انتخاب درونیاب مناسب در شرایط متفاوت ارائه شده است. نتایج نشان می دهد وقتی محوشوندگی کانال نزدیک محوشوندگی تخت و یا نسبت پایلوت زیاد است، استفاده از درونیاب های ساده مانند درونیابی خطی بهتر است؛ ولی در شرایط دشوار یعنی وقتی محوشوندگی کانال شدید و یا نسبت پایلوت کم است، استفاده از درونیاب های پیچیده تر مانند درونیابی مکعبی و اسپلاین نتیجه بهتری دارد. میزان بهبود و تفاوت درونیاب ها به طور کمّی استخراج شده است.
Variations in telecommunication channels is a challenge of the wireless communication which makes the channel estimation and equalization a noteworthy issue. In OFDM systems, some subcarriers can be considered as pilots for channel estimation. In the pilot-aided channel estimation procedure, interpolation is an essential step to achieve channel response in data subcarriers. Choosing the best interpolation method has been the subject of various researches, because there is no interpolator as the best method in all conditions, and their performance depends on the fading model, signal-to-noise ratio and pilot overhead ratio. In this paper, the effect of different interpolation methods on the quality of DVB-T2 broadcast links is evaluated. A simulation platform is prepared in which different channel models are defined according to the real-world measurements. The interpolation is performed by five widely-used methods (nearest neighbor, linear, cubic, spline, and Makima) for different pilot ratios. After channel equalization by the results of the interpolator, the bit error rate is calculated as the main criterion for evaluation and comparison. The rules of selecting the appropriate interpolator in different conditions is presented. It is generally concluded that for fading scenarios close to flat fading or high pilot overhead ratio, the simple interpolators such as linear interpolator are proper choices. But in harsh conditions, i.e. severe frequency-selective fading channels or low pilot overhead ratio, the more complicated interpolators such as cubic and spline methods yield better results. The amount of improvements and differences are quantified in this study.
[1] H. M. Mahmoud, A. S. Mousa and R. Saleem, "Channel Estimation Based in Comb-Type Pilots Arrangement for OFDM System over Time Varying Channel," Journal of Networks, Vol. 5, No. 7, 2010.
[2] Y. Liu, Z. Tan, H. Hu, L. J. Cimini, and G. Y. Li, “Channel Estimation for OFDM”, IEEE Communication Surveys and Tutorials, Vol. 16, No. 4, 2014, 1891– 1908.
[3] X. Dong, Wu-Sheng Lu and A. Soong, “Linear Interpolation in Pilot Symbol Assisted Channel Estimation for OFDM”, IEEE Transactions on Wireless Communications, Vol. 6, No. 5, 2007.
[4] S. Coleri, M. Ergen, A. Puri, and A. Bahai, “Channel Estimation Techniques Based on Pilot Arrangement in OFDM Systems”, IEEE Transaction on Broadcasting, Vol. 48, No. 3, 223-229, 2002.
[5] K. Hariprasad, S. Sandeep and C. Manikanta, “An Interpolation Technique for Channel Estimation in OFDM Systems”, International Journal of Science and Research (IJSR), Vol. 4, August 2015.
[6] S. Adegbite, B. G. Stewart and S. G. McMeekin, “Least Squares Interpolation Methods for LTE System Channel Estimation over Extended ITU Channels”, International Journal of Information and Electronics Engineering, Vol. 3, No. 4, 2013.
[7] R. Makkar, S. Soni, A. Kalpesh Bachkaniwala, D. Rawal and N. Sharma, " Pilot Interpolation Based Channel Estimation for LTE Systems," in Third International Conference on Computing and Network Communications (CoCoNet’19), Trivandrum, Kerala, India, December 18-21, 2019, J. Davies, Procedia Computer Science 171 (2020) 2261–2266.
[8] C. Hall and W. Meyer, “Optimal Error Bounds for Cubic Spline Interpolation”, Journal of Approximation Theory, Vol. 16, Issue 2, February 1976.
[9] H. Akima, “A New Method of Interpolation and Smooth Curve Fitting Based on Local Procedures”, Journal of the Association for Computing Machinery, Vol. 17, No. 4, 1970, 589-602.
[10] D. Tralic, E. Dumic, J. Vukovic and S. Grgic, Simulation and Measurement of DVB-T2 Channel Characteristics: Proceedings ELMAR-2012 International Symposium on Electronics in Marine (ELMAR), 12-14 Sept. 2012, Croatia.