CN100440877C

CN100440877C - 用于连续正交频分复用解调的方法和装置

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Publication number: CN100440877C
Application number: CNB028171551A
Authority: CN
Inventors: E·雅各布森
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2001-08-30
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2022-08-02
Also published as: MY135315A; DE60206640T2; US7142502B2; WO2003022004A3; CN1550092A; WO2003022004A2; EP1421756A2; HK1063409A1; AU2002318950A1; EP1421756B1; DE60206640D1; ATE306771T1; US20030053411A1

Abstract

一种技术包括在信号的给定时间片段中接收表示调制符号(52)的信号。执行信号的滑动窗口频率变换，各滑动窗口(60)变换与信号的不同时间间隔相关。选择时间间隔之一以对应于所述时间片段。采用与所选时间间隔相关的频率变换的结果以获得解调符号的表示。

Description

用于连续正交频分复用解调的方法和装置

技术领域

一般来说，本发明涉及对正交频分复用(OFDM)信号进行连续解调的技术。

背景技术

最近许多数字无线通信系统(例如无线或基于电缆的系统)的实现对存在强干扰或多径反射的环境采用正交频分复用(OFDM)。但是，采用OFDM的一个缺点是分别在解调器(用于OFDM发射器)和调制器(用于OFDM接收器)中使用快速傅里叶变换(FFT)和快速傅里叶逆变换(IFFT)。这样，FFT和逆FFT的计算可能因通信链路各端上所需的大处理模块而使OFDM发射器/接收器增加相当大的复杂度。

虽然OFDM在衰落、干扰和多径环境下可提供优良性能，但并非没有缺点。例如，与OFDM相关的一个缺点是同步方面的困难，这种困难会导致可能负面影响整体系统性能的长捕捉时间。这样，OFDM信号包含调制OFDM符号。各符号又出现在特定时隙中。因此，为了对OFDM信号进行解调以提取特定符号，解调必须与时隙同步。许多OFDM系统为信道估算以及为辅助同步而采用导频音。采用导频音的OFDM系统对导频音进行调制或加扰，以便降低发射峰值与平均值功率比。

为了使统计复用增益最大，许多通信系统在上行和下行方向上都为各个用户、终端或电气装置分配OFDM副载波的子集。这样，与特定用户、终端或电气装置相关的数据经由OFDM副载波的相关子集在OFDM发射器上被调制。然后，所产生的OFDM调制信号经由RF载波信号进行调制，而这个载波调制信号通过无线链路(例如)传送，由OFDM接收器接收。这种OFDM调制技术通常称作OFDMA(正交频分多址)。

FFT是N点运算，即FFT基于N个副载波的集合。这样，对于OFDM接收器，分配到副载波的特定子集的数据组成FFT输入向量，该向量通过FFT处理，产生指明特定解调OFDM符号的解调OFDM频率系数。

如上所述，一部分OFDM副载波可能不分配给特定发射器。因此，OFDM解调的FFT的块计算可能包含计算未使用的副载波的频率系数，从而导致FFT的无效计算。

因此，一直需要针对上述一个或多个问题的技术或方案。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种方法，该方法包括：在信号的给定时间段中接收表示经过调制的第一符号的所述信号；执行所述信号的滑动窗口频率变换，各滑动窗口变换与所述信号的不同时间间隔有关；把所述滑动窗口变换与第一导频码相关；把所述滑动窗口变换与第二导频码相关；以及比较与所述第一导频码相关的结果，以及比较与所述第二导频码相关的结果，从而选择所述时间间隔之一，以对应于所述时间段；以及采用与所述选择的时间间隔有关的所述频率变换的结果以获得所述第一符号的表示。

根据本发明的另一个方面，提供了一种方法，该方法包括：产生调制信号，所述信号包含第一调制符号以及在时间上与所述第一调制符号相邻的第二调制符号；采用第一导频码对与所述第一调制符号有关的第一组导频音加扰；以及采用第二导频码对与所述第二调制符号有关的第二组导频音加扰。

根据本发明的又一个方面，提供了一种方法，该方法包括：接收包含经过调制的第一符号的信号；执行所述信号的频率变换；把所述频率变换与第一导频码相关；把所述频率变换与第二导频码相关；以及比较与所述第一导频码相关的结果，以及比较与所述第二导频码相关的结果，以便选择所述频率变换之一，从而获得所述第一符号的表示。

根据本发明的再一个方面，提供了一种接收器，包括：用于接收信号的电路，该信号表示与所述信号的给定时间段有关的经过调制的第一符号；以及用于以下操作的引擎：执行所述信号的滑动窗口频率变换，各滑动窗口变换与所述信号的不同时间间隔有关；把所述滑动窗口变换与第一导频码相关；把所述滑动窗口变换与第二导频码相关；以及比较与所述第一导频码相关的结果，以及比较与所述第二导频码相关的结果，以便选择所述时间间隔之一，以对应于所述给定的时间段；以及

采用与所述选择的时间间隔有关的所述频率变换的结果，获得所述第一符号的表示。

根据本发明的另一个方面，提供了一种设备，该设备包括：接收包含经过调制的第一符号的信号的电路；以及用于以下操作的引擎：执行所述信号的频率变换，把所述频率变换与第一导频码相关，把所述频率变换与第二导频码相关，以及比较与所述第一导频码相关的结果，以及比较与所述第二导频码相关的结果，以便选择所述频率变换之一，从而获得所述第一符号的表示。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的OFDM接收器的示意图。

图2是描述根据本发明的一个实施例的OFDM信号解调的图解。

图3是流程图，描述根据本发明的一个实施例对OFDM信号进行解调的技术。

图4是现有技术的基数为2的逆FFT的计算的信号流程图。

图5是根据本发明的一个实施例计算DFT的信号流程图。

图6是表格，描述本发明的解调技术与现有技术的解调技术的比较。

图7是根据本发明的一个实施例的发射器的示意图。

图8是流程图，描述根据本发明的一个实施例的OFDM符号产生技术。

图9是根据本发明的一个实施例的图解，描述定位OFDM符号的最佳解调时间的技术。

具体实施方式

参照图1，根据本发明的OFDM接收器的实施例10连续执行离散傅里叶变换(DFT)，连续对所接收的OFDM信号进行解调。这样，如以下所述，接收器包括DFT引擎18，它执行滑动窗口，连续对所接收的OFDM信号进行解调。更具体地说，在本发明的部分实施例中，DFT引擎18通过在所接收的OFDM信号上有效地滑动时间上固定长度的窗口，连续对所接收的OFDM信号执行DFT。这样，这个窗口在时间上在所接收的OFDM信号的离散时间样值上滑动，使得DFT引擎18对窗口的各个位置计算DFT。如以下所述，在计算这些DFT的过程中，DFT引擎18确定最佳时间间隔以捕捉特定的OFDM符号，并选择与这个最佳时间间隔相关的DFT之一，以便提取或导出OFDM符号。

参照图1和图2，关于接收器10的特定结构，接收器10包括天线12，它接收包含OFDM符号52(作为例子所示的OFDM符号52a和52b)的OFDM信号51(参见图2)。各符号52与OFDM信号51的不同时间段或时隙相关。OFDM信号51由模拟接收电路14来处理，而结果提供给模数转换器(ADC)16，模数转换器(ADC)16提供OFDM信号51的数字表示(即离散时间样值)。这个模拟表示由DFT引擎18以连续计算滑动窗口DFT的方式来处理。

更具体地说，在本发明的部分实施例中，对于各个新的离散时间样值，DFT引擎18根据包含在特定窗口60中的离散时间样值来产生DFT。因此，各个连续的DFT采用窗口60来计算，窗口60包括一个新样值和少一个的用于前一滑动窗口DFT计算中的样值。如图2所示，滑动窗口60最后与待解调的特定OFDM符号52完全对齐。例如，OFDM符号52a与滑动窗口60a对齐。这样，滑动窗口60a处于OFDM符号52a的解调最佳位置。采用窗口60中的时间样值来计算的DFT产生解调OFDM符号52a的表示。同样，滑动窗口60b与OFDM符号52b完全对齐。如以下所述，DFT引擎18确定哪个滑动窗口60选作特定OFDM符号52的最佳时间间隔(即选择与OFDM符号52同步的窗口60)，而且所选窗口60具有提供解调OFDM符号的表示的相应DFT。

如图2所示，各滑动窗口DFT产生对应于OFDM符号的输出副载波的系数64以及如下所述对应于用于找出特定OFDM符号52的解调最佳点的导频音的系数66。这样，滑动窗口DFT的使用允许OFDM副载波用于同步过程，如以下所述。

因此，由DFT引擎18执行的解调技术提供对所接收的OFDM信号的DFT的连续计算。这种技术允许时间同步和频率同步在频域中严格地执行，它提供许多优点，其中包括来自变换计算的处理增益的好处。另外，由DFT引擎18执行的技术还允许特定的解调器忽略对于不是用于特定用户或终端的副载波的计算。这可以降低对DFT引擎18的处理要求，如以下所述。

在本发明的部分实施例中，DFT引擎18包括处理器25，处理器25执行存储在DFT引擎18的存储器24中的指令、如程序22。程序22使处理器25执行图3所示的技术80。这样，参照图3，在技术80的执行过程中，DFT引擎18计算(框82)下一个滑动窗口DFT。计算了下一个滑动窗口DFT之后，DFT引擎18确定(菱形框84)相关窗口60是否处于对特定OFDM符号进行解调的最佳定时位置。如果不是，则DFT引擎18计算(框82)下一个滑动窗口DFT。否则，DFT引擎18采用(框86)DFT来导出解调的OFDM符号。这种使用可包括DFT引擎18标记特定DFT结果，供稍后导出特定的OFDM符号。随后，DFT引擎18返回框82，计算下一个滑动窗口DFT。

当检查传统FFT的信号流程图时，因为与未使用的OFDM副载波相关的系数的处理而在传统的OFDM接收器中执行的数学运算的范围变得很明显。例如，图4描述计算基数为二的FFT、即传统OFDM接收器所用的FFT的信号流程图。如图所示，对于八点基数为二的FFT，采用三级102、104和106来计算FFT。可增加其它级来计算更大的FFT。如图4所示，最后级106所提供的各频率系数(X₀，X₁，X₂...X₇)取决于输入向量的各个离散时间值(x₁，x₂，x₃...x_n)。这样，处理未使用的特定副载波的系数会产生大量不必要的数学运算。

与传统OFDM接收器不同，接收器10(图2)包括DFT引擎18，该DFT引擎18按照图5所示的信号流程图130计算各变换的频率系数。信号流程图130的结果可简化成以下数学关系式：

X_f，k+1＝e^j2πt/N·(X_f，k+x_k+N-x_k) 公式(1)

其中“X”表示特定时间上的特定副载波频率系数，按照称作“f”的特定副载波频率以及指示特定滑动窗口60(图2)的系数“k”来给出下标。系数“N”是窗口60中离散时间样值数量的长度。符号“x”表示按照“k”系数或“k+N”系数来给出下标的离散时间样值。如图所示，计算各输出频率系数“X”，与其它频率系数无关。这允许对于未使用的副载波省略不必要的输出计算，从而节省DFT引擎18的处理周期以及更有效地计算DFT。

例如，图6中的表格160描述DFT引擎18所用的技术80与基数为二的FFT计算的比较。具体地说，列162中的条目是可用OFDM副载波(已分配和未分配的)的不同数量；列164中的条目是不同OFDM副载波的基数为二的FFT计算所需的计算数量；以及列166的条目定义DFT引擎18的计算比基数为二的FFT计算更有效的点。这样，对于已分配副载波(列162)的数量没有超过列166中所示值的情况，DFT引擎18所提供的技术提供了优于传统基于FFT的解调的计算好处。

例如，如果可用副载波的总数为64(列162的第3行)，则只要分配不超过六个副载波，DFT引擎18在计算上比采用基数为二的FFT计算效率更高。

因此，DFT引擎18所用的技术具有以下优于使用FFT的传统技术的附加优点。首先，DFT引擎18所提供的技术提供块大小、即所计算的副载波数量上的灵活性。这样，由于在滑动窗口DFT技术中独立地计算各副载波，因此很容易适应全部终端或特定终端中副载波数量的变化。因此，实际计算的副载波的数量可以为任何数量，而没有关于二的幂、素数的长度的一些约束或者其它算法相关的限制。其次，本文所述的滑动窗口DFT技术允许更快地捕捉。这样，由于时间和频率同步可按照大大增加的抽样率直接在频域中进行，因此捕捉时间可显著减少。这一点可能特别重要，因为长的捕捉时间是许多传统同步算法的结果。第三，与副载波的数量或者被处理的副载波的数量无关、关于OFDM样值的抽样率的变化可通过调整各输出计算中的系数的相位来适应。可不需要任何地址位逆处理或缓冲。最后，等待时间因DFT引擎18所提供的技术而减少。这样，DFT引擎18所用的技术的递归性极大地减少了等待时间。从OFDM符号中最后一个时域样值的接收到获得解调副载波所需的计算量大约为“N”而不是“N*log₂(N)”。

如以下所述，可导出DFT引擎18所用的滑动窗口技术。这样，对于N维的向量x，x的离散傅里叶变换定义为：

X_{f} = Σ_{n = 0}^{N - 1} x_{n} \cdot e^{- j 2 πfn / N}

公式(2)

其中“n”是时间下标，“f”是频率下标。添加另一个控制DFT在长度为N的多个输入窗口上的滑动的时间下标k，产生如下所示的滑动DFT的二维定义：

X_{f, k} = Σ_{n = 0}^{N - 1} x_{n + k} \cdot e^{- j 2 πfn / N}

公式(3)

第(k+1)个元素的DFT可重新写为：

X_{f, k + 1} = Σ_{n = 0}^{N - 1} x_{n + k + 1} \cdot e^{- j 2 πfn / N}

公式(4)

代入p＝n+1，其中p的范围是1至N，得到：

X_{f, k + 1} = Σ_{p = 1}^{N - 1} x_{p + k} \cdot e^{- j 2 πfn (p - 1) / N}

公式(5)

通过形式上独立表示第N个元素并加入p＝0的情况，可改变总和。

然后，如下式(6)所述在形式上减去所加的情况。因此，p的范围为0到N-1。

X_{f, k + 1} = [Σ_{p = 0}^{N - 1} x_{p + k} \cdot e^{- j 2 πf (p - 1) / N}] + x_{k + N} \cdot e^{- j 2 πf (N - 1) / N} - x_{k} \cdot e^{- j 2 πf / N}

公式(6)

可以因式分解出单旋转指数，如下所示：

X_{f, k + 1} = e^{j 2 πf / N} ([Σ_{p = 0}^{N - 1} x_{p + k} \cdot e^{- j 2 πf (p) / N}] + x_{k + N} \cdot e^{- j 2 πfN / N} - x_{k})

公式(7)

具有k+N项的指数始终具有相位＝2π，因而等于1，所以：

X_{f, k + 1} = e^{j 2 πf / N} ([Σ_{p = 0}^{N - 1} x_{p + k} \cdot e^{- j 2 πfp / N}] + x_{k + N} - x_{k})

公式(8)

注意，总和是第k个向量的DFT，表达式可重新写为公式(1)。这产生一种递归结构，其中采用第k个DFT的输出来计算第(k+1)个DFT。计算最旧的和最新的时间输入的差，并加到前一DFT的各元素的输出上。然后，各DFT输出单独与对于各频率仓位(bin)是固定的转动常数相乘。滑动窗口DFT的计算能够通过以设置为全零值的输入和输出缓冲器开始进行初始化。随着k递增，新的数据陆续到达，直至输入缓冲器全满，这时输出变为有效的。

参照图7，在本发明的部分实施例中，接收器10可经由OFDM发射器200(例如通过无线链路202或基于电缆的链路)进行通信。发射器200包括处理器214，它执行存储在发射器200的存储器210中的指令或程序212。响应处理器214对程序212的执行，程序212使处理器214执行图8所示的技术220。这样，在这种技术220中，发射器200把信息插入OFDM信号，采用上述滑动窗口DFT技术协助接收器10使OFDM符号的解调同步。

更具体地说，参照图8，在技术220中，处理器214采用导频码、如特定示例中由后缀“A”表示的导频码对特定OFDM符号52a(参见图9)的导频音加扰(框224)。对导频音加扰之后，处理器214产生(框226)OFDM符号52a。随后，处理器200采用本例中不同的导频码(由后缀“B”表示)对OFDM 52b(参见图9)的导频音加扰(框228)。然后，处理器200产生(框230)OFDM符号52b。这样，按照技术220，发射器200对(在时间上)相邻的OFDM符号采用不同的导频音，用于协助对这些符号的解调的同步，如下所述。

这样，对时间上相邻的OFDM符号分配不同的已知加扰码，使相邻滑动DFT窗口的系数可以相互关联，以便识别各符号和时间上的最佳点，从而对其进行解调。图9还描述了可应用于各滑动窗口DFT 60的技术的图解250。如图所示，各滑动窗口DFT产生与输出副载波相关的系数64以及与关联特定OFDM符号的导频音相关的系数66。特定滑动窗口DFT 60的系数64和66与导频码A(通过相关器252)和导频码B(通过相关器258)相关，产生两个相应的相关信号260和262。响应滑动窗口DFT对通过导频码A进行加扰的导频音解调，信号260达到最大(如260a所示)，表示导频码A的检测。同样，响应特定滑动窗口DFT对通过导频码B进行加扰的导频音解调，信号262达到最大(如峰值262a所示)，表示导频码B的检测。

因此，通过这种方式，如果导频码A和B用于对相邻OFDM符号中的导频音进行加扰，则可通过信号260和262来检测OFDM符号52的出现。这允许区别相邻符号52以及定位解调的最佳抽样点。例如，导频音可以是采用相邻符号之间移动四位、并增加单个位的15位伪噪声(PN)序列进行调制的二进制相移键控(BPSK)。但是，当然不一定采用PN序列来进行区别，任何具有适当汉明距离的不同序列都将提供良好的性能。对应于最佳定时位置的相关器输出信号峰值(例如峰值260a和262a)由峰值任一侧的低输出变化来标识。

这样，上述同步技术的优点包括以下一个或多个。首先，上述同步允许更快捕捉。这样，由于时间同步可按照更大增加的抽样率直接在频域中进行，因此捕捉时间可显著减少。这种技术提供OFDM符号的第一符号捕捉或突发捕捉的可能，这是一种特别重要的优点，因为长捕捉时间是许多常用同步算法的结果。其次，由于不同的导频码可容易地区别，因此能够对多址采用同步技术。这样，特定终端可把导频和仅分配给它的唯一代码相关，从而不对要送往其它终端的OFDM符号进行解调。第三个优点在于，最佳定时位置的定位减少了定时误差引起的解调信号中的“扭曲”。这减轻了信道估算和均衡算法的负担，使得更多性能余量可用于校正信道损害而不是同步误差引起的扭曲。第四，减少了等待时间。这样，当检测到最佳定时位置时，数据立即可用于信道估算和均衡。

虽然结合数量有限的实施例公开了本发明，从本公开中受益的本领域的技术人员应当知道其大量的修改和变更。所附权利要求书意在涵盖落入本发明真实精神和范围中的所有这类修改和变更。

Claims

1.一种方法，包括：

在信号的给定时间段中接收表示经过调制的第一符号的所述信号；

执行所述信号的滑动窗口频率变换，各滑动窗口变换与所述信号的不同时间间隔有关；

把所述滑动窗口变换与第一导频码相关；

把所述滑动窗口变换与第二导频码相关；以及

比较与所述第一导频码相关的结果，以及比较与所述第二导频码相关的结果，从而选择所述时间间隔之一，以对应于所述时间段；以及

采用与所述选择的时间间隔有关的所述频率变换的结果以获得所述第一符号的表示。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述第一导频码与所述第一符号有关；以及

所述第二导频码与时间上和所述第一符号相邻的第二符号有关。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，比较所述相关的结果包括：

找出所述相关达到最大值的时间之间的间隔。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，执行所述滑动窗口变换包括：

对于各变换，与前一变换相比，把所述信号的至少一个附加样值加入所述变换，并去掉用于所述前一变换中的至少一个样值。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，执行所述滑动窗口频率变换包括：

对所述信号进行抽样，产生不同时间点上的样值；

创建窗口，以便在与所述滑动窗口变换有关的所述时间间隔内选择预定数量的样值；以及

对各窗口执行所述滑动窗口变换之一。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，执行各滑动窗口变换包括：

在执行下一个滑动窗口变换之前在时间上推进所述窗口。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述推进包括：

把所述窗口在时间上推进预定数量的抽样周期。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号包括正交频分复用信号。

9.一种方法，包括：

产生调制信号，所述信号包含第一调制符号以及在时间上与所述第一调制符号相邻的第二调制符号；

采用第一导频码对与所述第一调制符号有关的第一组导频音加扰；以及

采用第二导频码对与所述第二调制符号有关的第二组导频音加扰。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述调制信号包括正交频分复用信号。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于还包括：

发送所述调制信号。

12.一种方法，包括：

接收包含经过调制的第一符号的信号；

执行所述信号的频率变换；

把所述频率变换与第一导频码相关；

把所述频率变换与第二导频码相关；以及

比较与所述第一导频码相关的结果，以及比较与所述第二导频码相关的结果，以便选择所述频率变换之一，从而获得所述第一符号的表示。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，

所述第一导频码与所述第一符号有关，以及

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，比较所述相关的结果包括：

找出所述相关达到最大值的时间之间的间隔。

15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述信号包括正交频分复用信号。

16.一种接收器，包括：

用于接收信号的电路，该信号表示与所述信号的给定时间段有关的经过调制的第一符号；以及

用于以下操作的引擎：

把所述滑动窗口变换与第一导频码相关；

把所述滑动窗口变换与第二导频码相关；以及

比较与所述第一导频码相关的结果，以及比较与所述第二导频码相关的结果，以便选择所述时间间隔之一，以对应于所述给定的时间段；以及

17.如权利要求16所述的接收器，其特征在于，

所述第一导频码与所述第一符号有关；以及

18.如权利要求16所述的接收器，其特征在于，所述引擎通过找出所述相关达到最大值的时间之间的间隔来比较所述相关的结果。

19.如权利要求16所述的接收器，其特征在于，所述引擎执行所述滑动窗口变换是通过以下方式：对于各变换，与前一变换相比，把所述信号的至少一个附加样值加入所述变换，并去掉用于所述前一变换中的至少一个样值。

20.如权利要求16所述的接收器，其特征在于，所述引擎对所述信号进行抽样以产生在不同时间点上的样值，并且创建窗口以选择在与所述滑动窗口变换有关的所述时间间隔内的预定数量的样值。

21.如权利要求20所述的接收器，其特征在于，所述引擎在执行下一个滑动窗口变换之前在时间上推进所述窗口。

22.如权利要求21所述的接收器，其特征在于，所述引擎将所述窗口在时间上推进一个抽样周期。

23.如权利要求16所述的接收器，其特征在于，所述信号包括正交频分复用信号。

24.一种设备，包括：

接收包含经过调制的第一符号的信号的电路；以及

用于以下操作的引擎：

执行所述信号的频率变换，

把所述频率变换与第一导频码相关，

把所述频率变换与第二导频码相关，以及

25.如权利要求24所述的设备，其特征在于，

所述第一导频码与所述第一符号有关；以及

26.如权利要求24所述的设备，其特征在于，所述引擎找出所述相关达到最大值的时间之间的间隔，从而选择所述频率变换之一。

27.如权利要求24所述的设备，其特征在于，所述信号包括正交频分复用信号。