CN100518027C - 减小获得同步的时间的正交频分复用传输系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种OFDM传输系统，包括：IDFT单元，用于对待传输的OFDM信号执行IDFT运算；保护间隔(GI)插入单元，用于将保护间隔(GI)插入到从所述IDFT单元输出的OFDM信号中，以防止OFDM信号的符号间干扰；PN序列生成单元，用于生成第一PN序列和第二PN序列；PN序列插入单元，用于将所述第一和第二PN序列插入到OFDM信号中，以形成插入PN的OFDM信号，其形式为，其中所述PN序列从GI的开始端一直插入到所述OFDM信号的末尾，且所述第二PN序列放置在GI之前；整形滤波单元，用于对所述插入PN的OFDM信号进行整形滤波，该OFDM信号中插入了GI、第一PN序列和第二PN序列。OFDM传输系统不仅可以进行精确的多径估计和补偿，还可以对所述OFDM接收系统进行快速同步。

Description

减小获得同步的时间的正交频分复用传输系统及其方法
技术领域
本发明一般涉及一种正交频分复用(orthogonal frequency divisionmultiplexing，OFDM)传输系统及其方法，具体涉及到一种可以减小接收器同步时间的OFDM系统及其方法。
背景技术
正交频分复用(OFDM)是一种用于通过带宽改善传输速度、并防止多径干扰的数字调制模式。OFDM是一种采用几百个子载波的多载波调制模式。为了传输数据，OFDM将整个传输带分割为多个窄带的正交子信道，并通过正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)调制各子信道。由于这个原因，当对各子信道发送的各子载波的频率成分彼此交叠时，几乎不会出现任何问题。
此外，由于OFDM可以比频分复用(FDM)传输更多的载波，因此，OFDM的频率效率更高。OFDM将串行和并行转换的编码数据分配给各子载波，并对该转换数据进行数字调制。
OFDM变换器用快速逆傅立叶变换(IFFT)对频域中通过各正交子信道传输的子载波数字调制到时域。此外，OFDM变换器将保护间隔(GI)添加到正在传输的符号中，由此防止符号间干扰(ISI)。在接收器端，接收器从接收的信号中去掉GI，并用快速傅立叶变换(FFT)对该信号进行解调。采用上述OFDM模式作为陆地数字音频广播或陆地数字视频广播的标准传输方案。
OFDM方案包括矢量正交频分复用(VOFDM)和编码的正交频分复用，以及时域同步OFDM(TDS-OFDM)。
TDS-OFDM传输系统利用时域同步来传送OFDM信号，并将频域的OFDM传输信号重新安排到时域中。TDS-OFDM传输系统也将GI插入到沿着时间轴形成的OFDM传输信号前面，以防止符号间干扰。此外，TDS-OFDM传输系统将同步信息插入到GI前面。
图1是表示传统TDS-OFDM传输系统的概略方框图。根据图1，TDS-OFDM传输系统包括离散逆傅立叶变换(IDFT)单元10、保护间隔插入单元(GI)20、伪噪声(PN)序列插入单元30和整形滤波单元40。
IDFT单元10执行离散逆傅立叶变换(IDFT)，将频域的OFDM传输信号重新安排到时域中。在IDFT单元10进行了IDFT之后，GI插入单元20将GI插入到OFDM传输信号中，以防止符号间干扰。PN序列插入单元30将PN序列插入到插入GI的OFDM信号中。该PN序列是同步信息，由OFDM接收系统用于同步和信道估计。
在PN插入单元30插入PN序列后，整形滤波单元40对OFDM传输信号进行整形滤波。在该整形滤波后，OFDM传输信号被向上变换为高频，并通过天线50发送出去。
图2是表示图1的OFDM传输信号帧结构的概略视图。根据图2，TDS-OFDM传输系统的传输信号帧包括插入到OFDM信号前面的GI和插入到该GI前的PN序列。TDS-OFDM接收系统采用插入到GI前面的PN序列，由此进行诸如频率同步、符号同步、信道均衡等类似处理。
然而，在TDS-OFDM传输系统的传输信号帧结构中，只将用于同步的PN序列插入到一部分帧中，且该PN序列不包括在OFDM信号区域中。因此，由于TDS-OFDM接收系统只能在接收的某一部分帧中进行频率同步和符号时钟同步，因此，需要很长的时间才能获得对全部帧的同步。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种可以在OFDM接收系统缩短同步时间的正交频分复用(OFDM)传输系统及其传输方法。
为了实现上述目的，提供了一种OFDM传输系统，包括：IDFT单元，用于对待传输的OFDM信号执行IDFT运算；保护间隔(GI)插入单元，用于将保护间隔(GI)插入到从所述IDFT单元输出的OFDM信号中，以防止OFDM信号的符号间干扰；PN序列生成单元，用于生成第一PN序列和第二PN序列；PN序列插入单元，用于将所述第一和第二PN序列插入到OFDM信号中，以形成插入PN的OFDM信号，其形式为，其中所述PN序列从GI的开始端一直插入到所述OFDM信号的末尾，且所述第二PN序列放置在GI之前；整形滤波单元，用于对所述插入PN的OFDM信号进行整形滤波，该OFDM信号中插入了GI、第一PN序列和第二PN序列。
优选的，所述第一PN序列的功率电平低于所述OFDM信号的功率电平，而所述第二PN序列的功率电平高于所述OFDM信号的功率电平。
根据本发明的另一方面，提供了一种正交频分复用(OFDM)传输方法，包括步骤：(a)对待传输的OFDM信号执行IDFT运算；(b)将保护间隔(GI)插入到从所述步骤(a)输出的OFDM信号，以防止OFDM信号的符号间干扰；(c)生成第一PN序列和第二PN序列，将所述第一和第二PN序列插入到该OFDM信号中，以形成插入PN的OFDM信号，其形式为，其中所述PN序列从GI的开始端一直插入到所述OFDM信号的末尾，且所述第二PN序列放置在该GI之前；(d)对插入PN的OFDM信号进行整形滤波，该OFDM信号中插入了GI、第一PN序列和第二PN序列。
优选的，所述第一PN序列的功率电平低于所述OFDM信号的功率电平，而所述第二PN序列的功率电平高于所述OFDM信号的功率电平。
附图说明
通过结合附图说明本发明的优选实施例，可以使本发明的上述目的和特征更为清楚，附图中：
图1是表示传统时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)传输系统的概略方框图；
图2是表示图1的OFDM传输信号帧结构的概略视图；
图3A是表示根据本发明第一实施例的OFDM传输系统的概略视图；
图3B是表示根据本发明第二实施例的OFDM传输系统的概略视图；
图4A是表示本发明的OFDM信号传输方法的流程图；
图4B是表示根据本发明一个实施例的图4A中PN生成步骤的详细子步骤的流程图；
图4C是表示根据本发明另一实施例的图4A中PN生成步骤的详细子步骤的流程图；
图5是表示本发明的OFDM传输信号帧结构的概略视图。
具体实施方式
下面将结合附图更为详细地说明本发明的优选实施例。
图3A是表示根据本发明第一实施例的正交频分复用(OFDM)传输系统的概略视图。
根据图3A，根据本发明的OFDM传输系统包括离散逆傅立叶变换(IDFT)单元110、保护间隔(GI)插入单元120、第一伪噪声(PN)序列插入单元130、第二PN序列插入单元140、第一PN序列生成单元135、第二PN序列生成单元145、整形滤波单元150以及天线160。第一PN序列生成单元135包括第一功率调整器135A。同样，第二PN序列生成单元145包括第二功率调整器145A。
第一PN序列插入单元130和第二PN序列插入单元140可以合并为一个单独的PN插入单元，且可以更改这两个插入单元的排列顺序。同样，第一PN序列生成单元135和第二PN序列生成单元145也可以合并为一个单独的PN序列生成单元，且可以更改这两个生成单元的排列顺序。这里，OFDM传输系统根据TSD-OFDM传输方法传输OFDM信号。
TSD-OFDM传输方法利用时域同步传输OFDM信号，将分配在预定频域的OFDM信号重新安排到时间轴中。TSD-OFDM传输方法将GI插入到在时间轴中形成的OFDM信号，以防止信号间干扰，并将同步信息插入到GI前面。
图3B是表示根据本发明第二实施例的OFDM传输系统的概略视图。如图3B所示，OFDM传输系统包括IDFT单元110、保护间隔(GI)插入单元120、第一PN序列插入单元130、第二PN序列插入单元140、第二PN序列生成单元145、长度匹配单元170、第三功率调整器180、整形滤波单元150以及天线160。如图所示，第二实施例的OFDM传输系统不是用第一PN序列生成单元130，而是用长度匹配单元170和第三功率调整器180来生成第一PN序列。
第一和第二PN插入单元130和140可以合并为一个单独的PN插入单元，第二PN生成单元145、长度匹配单元170和第三功率调整器180可以合并为一个单独的PN生成单元。
或者，可以更改第一和第二PN插入单元130和140的位置。
图4A是表示OFDM信号传输方法的流程图。根据图4A，将说明根据本发明的OFDM传输系统的一般操作。
IDFT单元110对OFDM信号执行离散逆傅立叶变换(IDFT)，将在频带中形成的OFDM信号重新安排到时间轴中(步骤S410)。这里，OFDM信号是指正被传输到各正交子信道的子载波。通过IDFT单元110，将2比特的符号连续放置在符号串中。这里，符号大小并不仅限于2比特。因此，也可以采用4比特或6比特符号。
在由IDFT单元110执行了IDFT之后，GI插入单元120将GI插入到OFDM信号中，以防止相邻符号间的干扰(步骤S420)。
然后在步骤S430中，PN序列生成单元生成第一和第二PN序列，第一PN序列插入单元130和第二PN序列插入单元140将生成的第一和第二PN序列插入到GI插入单元120输出的插入GI的OFDM信号。这里，在图3A的情况中，PN序列生成单元包括第一PN序列生成单元135和第二PN序列生成单元145；在图3B的情况中，PN序列生成单元包括第二PN序列生成单元145、长度匹配单元170和第三功率调整器180。
在步骤S440中，整形滤波单元150将GI、第一PN序列和第二PN序列整形滤波为适合OFDM信号的形式。整形滤波之后，OFDM传输信号被向上变换为高频，并通过天线160发送出去。由此完成了根据本发明的由OFDM传输系统进行的传输。
下面将结合附图4B和4C详细说明步骤S430的子步骤。
图4B是表示根据本发明一个实施例的图4A中PN生成步骤(即步骤S430)的详细子步骤的流程图。图4B所示的子步骤对应于图3A的OFDM传输系统操作。
如图4B所示，在步骤S431中，第一PN序列生成单元135生成第一PN序列。这里，第一PN序列生成单元135中的第一功率调整器135A将生成的第一PN序列调整为比OFDM信号的功率电平低例如16dB。
同时，在步骤S432中，第二PN序列生成单元145生成第二PN序列。与此同时，第二PN序列生成单元145中的第二功率调整器145A将第二PN序列的功率调整为比于OFDM信号的电平高至少0dB的电平。
接着，当第一PN序列生成单元135生成低功率电平的第一PN序列后，在步骤S433中，第一PN序列插入单元130将第一PN序列生成单元135输出的低功率电平PN序列连续插入到OFDM信号中，从GI的前端一直到插入下一个GI为止。由于第一PN序列的功率电平远小于OFDM信号的功率电平，因此，插入第一PN序列几乎不会影响OFDM信号。
当第二PN序列生成单元145生成第二PN序列后，在步骤S434中，第二PN序列插入单元140将第二PN序列插入到其中插入了GI和第一PN序列的OFDM信号中的GI和第一PN序列前面。
或者，如上所述，可以更改第一PN序列插入单元130和第二PN序列插入单元140的排列顺序。因此，可以在步骤433之前执行步骤434。在这种情况下，将第二PN序列其中插入到OFDM信号中，并插入GI之前，将第一PN序列插入到插入了第二PN序列的OFDM信号中，从GI的开始端一直插入到所述OFDM信号的末尾。
图4C是表示根据本发明另一实施例的图4A中PN生成步骤的详细子步骤的流程图。图4C所示的子步骤对应于图3B的OFDM传输系统操作。
如图4C所示，在步骤S435中，第二PN序列生成单元145生成第二PN序列。与此同时，第二PN生成单元145中的第二功率调整器145A将第二PN序列的功率调整为比OFDM信号的电平高例如至少0dB。
然后在步骤S436中，长度匹配单元170接收生成的第二PN序列，并复制第二PN序列，以生成长度为GI和OFDM信号长度总和的第一PN序列。
接着，在步骤S437中，功率调整器180将第一PN序列的功率调整为比OFDM信号功率低16dB。
在步骤S438中，第一PN序列插入单元130插入第一PN序列，从GI的开始端一直到OFDM信号的末尾。
在步骤S439中，第二PN序列插入单元140将第二PN序列插入到其中插入了第一PN序列的OFDM信号中的GI之前。
或者，可以更改第一PN序列插入单元130和第二PN序列插入单元140的位置。因此，可以在步骤438之前执行步骤439。
图5示出了其中插入了GI、第一PN序列和第二PN序列的OFDM信号的帧结构。
根据本发明，由于PN序列的传输贯穿整个OFDM传输信号，因此，所述OFDM接收系统可以比采用PN序列被部分插入其中的OFDM信号的传统OFDM接收系统更快地获得同步。
此外，由于根据本发明的OFDM传输系统将PN序列加长到几乎等于OFDM传输信号的长度，因此，可以对OFDM接收系统进行更为精确的信道估计和补偿。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员可以理解，本发明不应仅限于所描述的优选实施例，可以在本发明的权利要求所限定的精神和范围内进行各种修改。

Claims (12)

1.一种正交频分复用传输系统，包括：
IDFT单元，用于对待传输的正交频分复用信号执行IDFT运算；
保护间隔插入单元，用于将保护间隔插入到从所述IDFT单元输出的正交频分复用信号中，以防止正交频分复用信号的符号间干扰；
第一PN序列生成单元，用于生成长度为所述保护间隔和正交频分复用信号长度总和的所述第一PN序列；
第二PN序列生成单元，用于生成所述第二PN序列；
PN序列插入单元，用于将所述第一和第二PN序列插入到正交频分复用信号中，以形成插入PN的正交频分复用信号，其形式为，其中所述第一PN序列从保护间隔的开始端一直插入到所述正交频分复用信号的末尾，且所述第二PN序列放置在保护间隔之前；
整形滤波单元，用于对所述插入PN的正交频分复用信号进行整形滤波，该正交频分复用信号中插入了保护间隔、第一PN序列和第二PN序列，
其中，所述第一PN序列生成单元包括第一功率调整器，用于将所述第一PN序列的功率电平调整为比所述正交频分复用信号功率电平低16dB；所述第二PN序列生成单元包括第二功率调整器，用于将所述第二PN序列的功率电平调整为比所述正交频分复用信号功率电平高至少0dB。
2.一种正交频分复用传输系统，包括：
IDFT单元，用于对待传输的正交频分复用信号执行IDFT运算；
保护间隔插入单元，用于将保护间隔插入到从所述IDFT单元输出的正交频分复用信号中，以防止正交频分复用信号的符号间干扰；
第二PN序列生成单元，用于生成所述第二PN序列；
长度匹配单元，用于复制所述第二PN序列，以生成长度为所述保护间隔和正交频分复用信号长度总和的所述第一PN序列；
第三功率调整器，用于将所述第一PN序列的功率调整为比所述正交频分复用信号功率低16dB；
PN序列插入单元，用于将所述第一和第二PN序列插入到正交频分复用信号中，以形成插入PN的正交频分复用信号，其形式为，其中所述第一PN序列从保护间隔的开始端一直插入到所述正交频分复用信号的末尾，且所述第二PN序列放置在保护间隔之前；
整形滤波单元，用于对所述插入PN的正交频分复用信号进行整形滤波，该正交频分复用信号中插入了保护间隔、第一PN序列和第二PN序列。
3.根据权利要求2所述的正交频分复用传输系统，其中，所述第一PN序列的功率电平低于所述正交频分复用信号的功率电平，而所述第二PN序列的功率电平高于所述正交频分复用信号的功率电平。
4.根据权利要求3所述的正交频分复用传输系统，其中，所述第二PN序列生成包括第二功率调整器，用于将所述第二PN序列的功率电平调整为比所述正交频分复用信号功率电平高至少0dB。
5.根据上述权利要求中任一项所述的正交频分复用传输系统，其中，所述PN序列插入单元包括第一PN序列插入单元，用于将第一PN序列从保护间隔的开始端一直插入到所述正交频分复用信号的末尾；以及第二PN序列插入单元，用于将所述第二PN序列插入到保护间隔前面。
6.一种正交频分复用传输方法，包括步骤：
(a)对待传输的正交频分复用信号执行IDFT运算；
(b)将保护间隔插入到从所述步骤(a)输出的正交频分复用信号，以防止正交频分复用信号的符号间干扰；
(c)生成长度为所述保护间隔和正交频分复用信号长度总和的所述第一PN序列；
(d)生成所述第二PN序列；
(e)将所述第一PN序列从保护间隔的开始端一直插入到所述正交频分复用信号的末尾，并将所述第二PN序列插入到插入了所述第一PN序列的所述正交频分复用信号中的保护间隔之前；
(f)对插入PN的正交频分复用信号进行整形滤波，该正交频分复用信号中插入了保护间隔、第一PN序列和第二PN序列，
其中，所述步骤(c)包括一个子步骤，用于将所述第一PN序列的功率电平调整为比所述正交频分复用信号功率电平低16dB；所述步骤(d)包括一个子步骤，用于将所述第二PN序列的功率电平调整为比所述正交频分复用信号功率电平高至少0dB。
7.一种正交频分复用传输方法，包括步骤：
(a)对待传输的正交频分复用信号执行IDFT运算；
(b)将保护间隔插入到从所述步骤(a)输出的正交频分复用信号，以防止正交频分复用信号的符号间干扰；
(c)生成长度为所述保护间隔和正交频分复用信号长度总和的所述第一PN序列；
(d)生成所述第二PN序列；
(e)将所述第二PN序列插入到所述正交频分复用信号中的保护间隔前，并将所述第一PN序列插入到插入了所述第二PN序列的所述正交频分复用信号中，从保护间隔的开始端一直插入到所述正交频分复用信号的末尾；
(f)对插入PN的正交频分复用信号进行整形滤波，该正交频分复用信号中插入了保护间隔、第一PN序列和第二PN序列，其中，所述步骤(c)包括一个子步骤，用于将所述第一PN序列的功率电平调整为比所述正交频分复用信号功率电平低16dB；所述步骤(d)包括一个子步骤，用于将所述第二PN序列的功率电平调整为比所述正交频分复用信号功率电平高至少0dB。
8.一种正交频分复用传输方法，包括步骤：
(a)对待传输的正交频分复用信号执行IDFT运算；
(b)将保护间隔插入到从所述步骤(a)输出的正交频分复用信号，以防止正交频分复用信号的符号间干扰；
(c)生成所述第二PN序列；
(d)复制所述第二PN序列，以生成长度为所述保护间隔和正交频分复用信号长度总和的所述第一PN序列；
(e)将所述第一PN序列的功率调整为比所述正交频分复用信号功率低16dB；
(f)将所述第一PN序列从保护间隔的开始端一直插入到所述正交频分复用信号的末尾，并将所述第二PN序列插入到插入了所述第一PN序列的所述正交频分复用信号中的保护间隔之前；
(g)对插入PN的正交频分复用信号进行整形滤波，该正交频分复用信号中插入了保护间隔、第一PN序列和第二PN序列。
9.根据权利要求8所述的正交频分复用传输方法，其中，所述第一PN序列的功率电平低于所述正交频分复用信号的功率电平，而所述第二PN序列的功率电平高于所述正交频分复用信号的功率电平。
10.一种正交频分复用传输方法，包括步骤：
(a)对待传输的正交频分复用信号执行IDFT运算；
(b)将保护间隔插入到从所述步骤(a)输出的正交频分复用信号，以防止正交频分复用信号的符号间干扰；
(c)生成所述第二PN序列；
(d)复制所述第二PN序列，生成长度为所述保护间隔和正交频分复用信号长度总和的所述第一PN序列；
(e)将所述第一PN序列的功率调整为比所述正交频分复用信号功率低16dB；
(f)将所述第二PN序列插入到所述正交频分复用信号中的保护间隔前，并将所述第一PN序列插入到插入了所述第二PN序列的所述正交频分复用信号中，从保护间隔的开始端一直插入到所述正交频分复用信号的末尾；
(g)对插入PN的正交频分复用信号进行整形滤波，该正交频分复用信号中插入了保护间隔、第一PN序列和第二PN序列。
11.根据权利要求10所述的正交频分复用传输方法，其中，所述第一PN序列的功率电平低于所述正交频分复用信号的功率电平，而所述第二PN序列的功率电平高于所述正交频分复用信号的功率电平。
12.根据权利要求9或11所述的正交频分复用传输方法，其中，所述步骤(c)包括一个子步骤，用于将所述第二PN序列的功率电平调整为比所述正交频分复用信号功率电平高至少0dB。
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