CN100440763C - 正交频分复用发射机和在其符号中插入防护间隔的方法 - Google Patents

Abstract

一种OFDM发射机具有防护间隔插入单元，以将有效符号末端的G个抽样数据插入有效符号前端以作为第一防护间隔，并且将有效符号前端的G个抽样数据插入有效符号末端以作为第二防护间隔。因此，可以获得在OFDM发射方法中能用于最小化数据失真产生的OFDM符号结构。

Description

正交频分复用发射机和在其符号中插入防护间隔的方法

技术领域

本发明涉及一种正交频分复用发射机，并且尤其涉及一种正交频分复用符号(symbol)的结构。

背景技术

通常，正交频分复用(在下文中，它将被称作OFDM)技术通过串行/并行变换将快速数据行转换为慢速数据行，并利用慢速数据行调制正交副载波。

该方法具有以下优点，当其对ISI(符号间干扰)来说很强，并且可以利用正交副载波叠加频谱时，频率效率被最大化。

OFDM被公知为适合于快速无线传送技术，或当对ISI来说很强并且具有数百千米的业务范围时、延迟张开(delay spread)严重影响下的环境的方法。从这一方面来说，OFDM是作为能够提供无线快速多媒体服务的有效调制方式而得以研究的。

当接收的信号是从不同目标反射而来，并且接收机接收这些信号时，产生多径信号(multi-path)。因此，出现信号间的干扰，并且由于这种干扰，而不容易判断当前符号。

为了降低符号中的干扰，可采用设置防护间隔(guard interval，GI)的方法。

图1是示意地示出传统OFDM系统的方框图。编码器11将编码所输入的数据，以便通过检测接收机(未示出)上的错误来进行纠正。编码的数据在被转换为N个并行数据之后，输入到IFFT(快速傅里叶逆变换)单元12。随后，输入数据被IFFT单元12转换为时域中的抽样数据。IFFT单元12输出频域(frequency domain)中的N个并行数据作为时域(time domain)中的N个抽样数据。

GI(防护间隔)插入单元13为单一的OFDM符号的一个单元插入GI，该单元是输出的N个抽样数据的单元。GI是从由N个抽样数据组成的OFDM符号中的末端的一些抽样数据中拷贝来，并且被插入到OFDM符号前端的数据。其后，OFDM符号在RF单元14中被处理成RF信号后，通过通信信道发射到接收机。

作为替换，可以在GI插入单元13和RF单元14之间提供伪随机噪音序列插入单元和滤波单元(未示出)。伪随机噪音序列插入单元将伪随机噪音序列插入GI插入单元13的输出，并且滤波单元将OFMD符号滤波为预定的OFDM符号。

发射机100的GI插入单元13将这样的数据插入有效符号的前端，所述数据是从N个抽样数据所组成的有效符号中的末端的一些抽样数据中拷贝来的数据。

如图2中所示，处理这样的情况，在该情况下，该有效符号的长度是2048(2K)，以及GI的长度是该有效符号(2048)的1/32，即64 QAM(正交调幅)。

如图2A中所示，在当窗口起始点A精确地与有效符号的起始点叠加时移动了GI之后，不具有GI的有效符号被快速傅里叶变换。如上所述，当不具有GI的有效符号以没有定时偏移地被快速傅里叶变换时，可以获得类似于图3A中所示的图像的、没有失真的数据。

然而，如图2B所示，当由于多信道而导致快速傅里叶变换从窗口起始点A后10比特的抽样数据起运算时，数据失真如图3B中所示，与快速傅里叶变换运算到下一OFDM符号的防护间隔(GI’)中的10个抽样数据的图像一样。

换句话说，当窗口起始点A在超前时，它不会有问题，但是当窗口起始点A滞后时，就会产生如图3B中所示的数据失真。

发明内容

本发明是为了克服已有技术的上述问题而进行的。因此，本发明的目的是提供具有OFDM符号结构的OFDM发射机，该OFDM符号结构能最小化OFDM发射方法中的数据失真产生。

以上目的通过提供具有OFDM符号结构的OFDM发射机实现，所述符号结构具有插入有效符号的预置位置上的防护间隔，所述发射机包括编码器、IFFT单元、防护间隔插入单元以及RF单元，其特征在于，所述防护间隔插入单元包括：第一防护间隔插入单元，用于将有效符号末端的G个抽样数据插入有效符号前端以作为第一防护间隔；第二防护间隔插入单元，用于将有效符号前端的G个抽样数据插入有效符号末端以作为第二防护间隔；以及复用器，用于复用所述第一防护间隔插入单元和所述第二防护间隔插入单元的输出。

根据本发明的另一方面，OFDM发射机还可以包括：伪随机噪音序列插入单元，用于将伪随机噪音序列插入所述防护间隔插入单元的输出；以及滤波单元，用于将OFDM符号滤波为预定OFDM符号。

有效符号‘x_j，n’被表示为以下数学表达式， $x_{j,n}=\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_{j,k}{e}^{j\frac{2\mathrm{\πkn}}{N}}$ (0≤n≤N-1)。‘X_j，k’是关于第j个OFDM符号的第k副载波的数据，‘n’是抽样时间(time)。

OFDM抽样结构S_j，n被表达为如下数学表达式，

$S_{j,n}\begin{array}{}\end{array}=\begin{array}{}\left\{\begin{array}{cc}{x}_{j,N-G+n}& 0\≤n\≤G-1\\ x_{j,n-G}& G\≤n\≤G+N-1\\ x_{j,n-(N+G)}& G+N\≤n\≤2G+N-1\end{array}\right.\end{array}$

‘x_j，n’是时域中的OFDM信号，‘n’是抽样时间。

同时，具有OFDM符号结构的OFDM发射机的GI插入方法，其中该结构具有插入到有效符号的预定位置的GI，所述OFDM发射机包括编码器、IFFT单元、防护间隔插入单元以及RF单元，其特征在于，所述GI插入方法包括以下步骤：将有效符号末端的G个抽样数据插入有效符号前端以作为第一防护间隔；将有效符号前端的G个抽样数据插入有效符号末端以作为第二防护间隔；以及复用所述插入步骤的输出。

附图说明

参照附图，通过描述本发明的优选实施例，本发明的上述目的和特征将变得更清楚，其中：

图1是示意性示出常规OFDM发射机的方框图；

图2A和2B是示出由图1的发射机产生的OFDM符号结构的视图；

图3A是示出快速傅里叶变换的OFDM数据的状态的视图；

图3B是示出基于图2B的OFDM符号结构的快速傅里叶变换的OFDM数据的状态的视图；

图4是示出用于产生根据本发明的OFDM符号结构的发射机的部分方框图；

图5A和5B是解释这样的情况的视图，所述情况是窗口起始点被判断为根据图4的OFDM符号结构的预定的超前点和滞后点；

图6是示出基于图4的OFDM符号结构的快速傅里叶变换的OFDM数据的状态的视图；

图7是示出根据图4的OFDM发射机的插入GI方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，根据本发明的优选实施例将参照附图被更详细的描述。

图4是示意性示出根据本发明的OFDM发射机100上包围GI的一部分的方框图。

参照图4，防护间隔插入单元13包括第一防护间隔插入单元131、第二防护间隔插入单元132以及复用器133。

在被转换为N个并行数据之后，编码数据被输入到IFFT单元12。IFFT单元12将频域中的N个并行数据输出到时域中的N个抽样数据。之后，在GI插入单元13中，第一防护间隔(GI-1)和第二防护间隔(GI-2)被插入到N个输出抽样数据的单元，其是单一的OFDM符号单元。第一防护间隔(GI-1)是从N个抽样数据组成的有效符号中的末端的G个抽样数据中拷贝来的数据，第二防护间隔(GI-2)是从N个抽样数据组成的有效符号中的前端的G个抽样数据中拷贝来的数据。

更具体地说，第-防护间隔插入单元131将第一防护间隔(GI-1)插入到有效符号的前端，第二防护间隔插入单元132将第二防护间隔(GI-2)插入到有效符号的末端。随后，复用器133复用第一防护间隔插入单元131和第二防护间隔插入单元132的输出。

例如，通过利用从发射机100的IFFT单元12输出的N个副载波而被转换为时域的OFDM基带信号‘x_j，n’可以被表达为以下数学表达式1。

[数学表达式1]

$x_{j,n}=\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_{j,k}{e}^{j\frac{2\mathrm{\πkn}}{N}},(0\≤n\≤N-1)$

其中，‘X_j，k’是关于第j个OFDM符号的第k副载波的数据，并且‘n’是抽样时间。

由GI插入单元13将第一和第二防护间隔(GI-1和GI-2)插入到其中的OFDM符号结构‘S_j，n’可以被表达为以下数学表达式2。

[数学表达式2]

$S_{j,n}\begin{array}{}\end{array}=\begin{array}{c}\left\{\begin{array}{cc}{x}_{j,N-G+n}& 0\≤n\≤G-1\\ x_{j,n-G}& G\≤n\≤G+N-1\\ x_{j,n-(N+G)}& G+N\≤n\≤2G+N-1\end{array}\right.\end{array}$

换句话说，第一防护间隔(GI-1)是x_j，N-G+n(0≤n≤G-1)，有效符号(N)是x_j，n-G(G≤n≤G+N-1)，第二防护间隔(GI-2)是x_j，n-(G+N)(G+N≤n≤2G+N-1)。

当第一和第二间隔(GI-1和GI-2)插入到有效符号间隔(N)之前和之后时，尽管快速傅里叶变换在有效符号的起始点A被错误判断的状态下被运算，只有如以下数学表达式3的接收信号的相位旋转产生，如图5A和5B所示。

[数学表达式3]

$Y_{j,k}=X_{j,k}{H}_k{e}^{j2\mathrm{\πk}\frac{n_i}{\text{N}}}$

其中，H_k是关于第k副载波的频域的发射信道的传输特性，并且n_i是当运算快速傅里叶变换时的窗口定时偏移量。

如图6中所示，对数据仅有相变而没有失真产生。相变仅由接收机端的均衡器纠正。

图7是示出具有根据本发明的OFDM符号结构的OFDM发射机的信号处理方法的流程图。

首先，编码数据在被转换为N个并行数据之后被输入到IFFT单元12。IFFT单元12将N个频域并行数据输出到N个时域抽样数据(S10)。

其后，GI插入单元13插入用于单一OFDM符号单元的第一和第二防护间隔(GI-1和GI-2)(S20)。即，将第一防护间隔(GI-1)插入到有效符号的前端，将第二防护间隔(GI-2)插入到有效符号的末端，随后复用上述插入步骤的输出。

第一防护间隔(GI-1)是从N个抽样数据组成的有效符号的末端的G个抽样数据中拷贝来的数据，第二防护间隔(GI-2)是从N个抽样数据组成的有效符号中的前端的G个抽样数据中拷贝来的数据。

随后，例如，通过对预定的OFDM符号滤波，将不具有GI的OFDM符号在RF单元14上被处理成RF信号之后，经通信信道发射到接收机(未示出)(S30)。

接收OFDM符号的接收机基于窗口起始点A运算快速傅里叶变换。

因此，由于符号结构具有插入的第一和第二防护间隔(GI-1和GI-2)，OFDM发射方法中的数据失真产生被最小化。

根据本发明，当防护间隔被插入到有效符号中时，尽管在快速傅里叶变换的情况下并未精确找到窗口起始点A，仍可以获得没有失真的数据，因为有效符号末端的预定抽样数据被设置为有效符号前端的GI，而有效符号前端的预定抽样数据被设置为有效符号末端的GI。因此，可以获得在OFDM发射方法中能用于最小化数据失真产生的OFDM符号结构。

尽管本发明的优选实施例已经被描述，那些本领域技术人员将会理解，本发明不限于所描述的优选实施例，可以在本发明的实质和范围内进行不同的改变和调整。因此，本发明的范围将不限于除以下权利要求外的所述范围。

Claims (2)

1、一种具有OFDM符号结构的OFDM发射机，所述OFDM符号结构具有插入有效符号到预定位置上的防护间隔，所述OFDM发射机包括：

防护间隔插入单元，用于将有效符号末端的G个抽样数据插入有效符号前端以作为第一防护间隔，和将有效符号前端的G个抽样数据插入有效符号末端以作为第二防护间隔，

其中，有效符号‘x_j，n’被表达为以下数学表达式， $x_{j,n}=\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_{j,k}{e}^{j\frac{2\mathrm{\πkn}}{N}}$ (0≤n≤N-1)，其中，‘X_j，k’是关于第j个OFDM符号的第k副载波的数据，‘n’是抽样时间，以及OFDM符号结构S_j，n被表达为以下数学表达式，

$S_{j,n}=\left\{\begin{array}{cc}{x}_{j,N-G+n}& 0\≤n\≤G-1\\ x_{j,n-G}& G\≤n\≤G+N-1\\ x_{j,n-(N+G)}& G+N\≤n\≤2G+N-1\end{array}\right.$

其中，‘x_j，n’是时域中的OFDM信号，‘n’是抽样时间，x_j，N-G+n是第一防护间隔，x_j，n-G是有效符号，x_j，n-(N+G)是第二防护间隔。

2、一种具有OFDM符号结构的OFDM发射机的GI插入方法，所述OFDM符号结构具有插入有效符号到预定位置上的GI，所述GI插入方法包括以下步骤：

将有效符号末端的G个抽样数据插入有效符号前端以作为第一防护间隔；和将有效符号前端的G个抽样数据插入有效符号末端以作为第二防护间隔；

其中，有效符号‘x_j，n’被表达为以下数学表达式， $x_{j,n}=\frac{1}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_{j,k}{e}^{j\frac{2\mathrm{\πkn}}{N}}$ (0≤n≤N-1)，其中，‘X_j，k’是关于第j个OFDM符号的第k副载波的数据，‘n’是抽样时间，以及OFDM符号结构S_j，n被表达为以下数学表达式，

$S_{j,n}=\left\{\begin{array}{cc}{x}_{j,N-G+n}& 0\≤n\≤G-1\\ x_{j,n-G}& G\≤n\≤G+N-1\\ x_{j,n-(N+G)}& G+N\≤n\≤2G+N-1\end{array}\right.,$

其中，‘x_j，n’是时域中的OFDM信号，‘n’是抽样时间，x_j，N-G+n是第一防护间隔，x_j，n-G是有效符号，x_j，n-(N+G)是第二防护间隔。

Images