CN101141433A - 调整伪随机噪声序列并插入码元中的正交频分复用发射机 - Google Patents

Abstract

提供了一种正交频分复用发射机。该正交频分复用发射机包括：前向纠错编码单元，用于编码所输入的数据；逆离散傅立叶变换单元，用于将所述编码的数据变换为正交频分复用码元；伪随机噪声序列插入单元，用于所述正交频分复用码元中插入伪随机噪声序列以及前同步信号/后同步信号；脉冲整形单元，用于对所述插入伪随机噪声序列的正交频分复用码元进行脉冲整形滤波；射频上变换单元，用于将所述脉冲整形滤波的正交频分复用码元上变换为射频信号。

Description

调整伪随机噪声序列并插入码元中的正交频分复用发射机

本申请是申请日为2002年11月6日、申请号为200610092260.1、题为“调整伪随机噪声序列并插入码元中的正交频分复用发射机”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明一般涉及一种正交频分复用(OFDM)发射机及其一种OFDM发射方法，更具体而言涉及在时域同步(TDS)发送一个OFDM码元之前在所述OFDM码元中插入伪随机噪声(PN)序列和保护间隔(GI)的OFDM发射机及其OFDM发射方法。

背景技术

一般而言，高清晰度电视(HDTV)的广播系统可以被大致划分为图像编码单元和图像调制单元。图像编码单元将从高清晰度的图像源输入的大约1Gbps的数字数据压缩为15～18Mbps的数据。所述图像调制单元通过大约6～8MHz的一个限带信道向接收端发送几十Mbps的数字数据。HDTV使用地面广播系统，这个系统使用被分配用于电视广播目的的甚高频/超高频(VHF/UHF)。

在欧洲，作为数字调制方法之一的正交频分复用(OFDM)方法已经被采纳用作可以获得诸如提高每带宽的传输速度和防止干扰的优点的下一代电视地面广播方法。

OFDM系统将串行输入的码元流转换为以块为单位的并行数据，并将并行的码元复用为不同的子载波频率。这样的OFDM系统使用多载波，与使用单一载波的现有的系统非常不同。所述多载波之间具有正交属性。通过多载波的正交属性，两个载波的相乘将产生0值，这是使用多载波的必要条件之一。OFDM系统通过两个变换来实现：一个是快速傅立叶变换(FFT)，另一个是逆快速傅立叶变换(IFFT)，它们是通过在子载波之间的正交性和快速傅立叶变换(FFT)的定义而容易地获得的。

申请号为99907836.3的欧洲专利公开了一种OFDM接收系统，该系统包括：调谐器，将通过天线接收到的信号转换为中频信号；乘法器，将中频信号转换为基带的OFDM信号；FFT电路，将对OFDM信号执行FFT处理，从而OFDM解调基带OFDM信号；均衡电路，对经过FFT处理的信号进行均衡；解码单元，对信号进行解码。

OFDM系统的优点如下：

根据电视地面传输方法的本质，电视地面传输系统的数据的传输质量严重依赖于反射波和在同一信道或在相邻信道之间的干扰。因此对于传输系统的设计的要求是非常复杂的。相反，OFDM系统对于多径属性很健壮。换句话说，由于OFDM系统使用各种载波，因此可以延长码元传输时间。因此，数据传输变得对于由于多径的干扰信号抗扰，甚至对于发生较长时间的回波信号也如此。而且，OFDM系统也对现有的信号类型很健壮，因此它受在同一信道之间的干扰的影响较小。由于上述的OFDM系统的这样的特点，可以实现一个单一频率网络(SFN)，通过它，一个广播站可以以一个单一的频率进行全国的广播。在传输期间，在同一信道中的干扰可能很强，但是在OFDM系统中可以克服，OFDM系统对于这样的数据传输环境是健壮的。由于使用了单一频率网络，可以更有效地使用有限的频率资源。

OFDM信号包括多载波，每个具有小带宽。由于整个的频谱的形状实质上是方形的，频率效率好于使用单一载波。OFDM系统的另一个优点是，OFDM信号的波形与白高斯噪声相同。即，由于OFDM信号具有与白高斯噪声类似的波形，因此与诸如以线改变相位(PAL)、顺序与存储彩色电视系统(SECAM)等的其他的广播业务相比，它具有较小的干扰。由于在OFDM系统中可以对于每个载波的调制是可能的，因此使能了分层数据传输。

一般，利用时域同步发送OFDM信号的OFDM发射机时域同步地将提供对于预定频带的预定业务的相对于频率轴产生的OFDM信号转换为相对于时间轴的数据。在传输OFDM信号之前，OFDM发射机在沿着时间轴形成的OFDM信号之前插入一个保护间隔GI以便抑制信号间干扰，并在保护间隔GI之前插入同步信息。

图1是示出一个OFDM信号帧的结构的图，它在数据传输期间由一个传统的TDS型的OFDM发射机形成。

OFDM信号的帧被构建成使得GI和PN序列被插入到包含要发送的数据的OFDM码元中。换句话说，OFDM码元包含要发送到OFDM接收机的数据。GI是分配的某个区域，用于抑制码元间干扰。PN序列是对于每个OFDM码元的同步信息。PN序列在OFDM接收机被用于同步和信道估计。

包括在由传统的OFDM发射机发送的OFDM信号的帧中的OFDM码元被设置为由具有3,780个点的多个子载波进行逆离散傅立叶变换。而且在OFDM的IDFT之后，GI被以对应于OFDM码元的3,780个点的1/6、1/9、1/20或1/30的大小插入到OFDM码元中。PN序列以对应于255个码元的大小被插入到插入GI的OFDM码元中。

问题是，与包括在多个子载波中的3,780个点的OFDM码元的大小相比，PN序列的大小255个码元相当小。因此，接收具有这样的帧的OFDM信号的OFDM接收机难于利用包括在所接收的OFDM信号中的PN序列来执行对于所接收的OFDM信号的同步和信道估计。结果，OFDM接收机经常不准确地还原所接收的OFDM信号。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种正交频分复用(OFDM)发射机，它能够在发送OFDM信号之前调整被插入到OFDM码元中的PN序列的大小，以便OFDM接收机可以基于插入到所接收的OFDM码元中的PN序列而更准确地执行同步和信道估计，本发明还提供了一种对应的OFDM的发送方法。

为了实现上述目的，提供一种正交频分复用发射机，该正交频分复用发射机包括：前向纠错编码单元，用于编码所输入的数据；逆离散傅立叶变换单元，用于将所述编码的数据变换为正交频分复用码元；伪随机噪声序列插入单元，用于所述正交频分复用码元中插入伪随机噪声序列以及前同步信号/后同步信号；脉冲整形单元，用于对所述插入伪随机噪声序列的正交频分复用码元进行脉冲整形滤波；射频上变换单元，用于将所述脉冲整形滤波的正交频分复用码元上变换为射频信号。

优选的是，在所述正交频分复用发射机中，所述伪随机噪声序列的大小为超过255个码元。

而且，提供一种正交频分复用发射方法，该正交频分复用发射方法包括步骤：编码所输入的数据；将所编码的数据逆离散傅立叶变换为正交频分复用码元；所述正交频分复用码元中插入伪随机噪声序列以及前同步信号/后同步信号；对插入伪随机噪声序列的正交频分复用码元进行脉冲整形滤波；将所述脉冲整形滤波的正交频分复用码元上变换为射频信号。

优选的是，在所述正交频分复用发射方法中，所述伪随机噪声序列的大小为超过255个码元。

由于在传输所述OFDM码元之前，所述大小为511码元或1,023码元的PN序列被插入到所述OFDM码元中，用于接收端的同步和信道估计，因此，OFDM接收机可以更准确地执行所接收的OFDM码元的同步和信道估计。结果，OFDM接收机可以更准确地还原所接收的数据。

而且，由于接收机可以从插入到所述OFDM码元中的大小为511码元或1,023码元的PN序列中更准确地执行所接收的OFDM码元的同步和信道估计，因此可以减小插入来抑制码元间干扰的GI的大小。结果，可以提高OFDM码元的传输率。

附图说明

通过参照附图说明本发明的优选实施例，本发明的上述目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出OFDM信号帧的结构的图，所述OFDM信号帧在OFDM信号传输期间由一个传统的TDS型OFDM发射机形成；

图2是按照本发明的优选实施例的OFDM发射机的方框图；

图3(a)是包括9个线性反馈移位寄存器的一个PN发生器；

图3(b)是包括10个线性反馈移位寄存器的一个PN发生器；

图4是示出由图2形成的OFDM信号帧的结构的图；

图5是示出用于使用按照本发明的OFDM发射机发送OFDM信号的方法的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图来更详细地说明本发明的优选实施例。

如图2所示，按照本发明的一个实施例，一种OFDM发射机包括前向纠错(FEC)单元100、逆离散傅立叶变换(IDFT)单元200，保护间隔(GI)插入单元300、PN发生器400、伪随机噪声(PN)序列插入单元500、脉冲整形单元600和射频(RF)上变换单元700。

FEC单元100编码OFDM码元，用于纠正在传输期间发生的错误。IDFT单元200对于在FEC编码单元100编码的OFDM码元执行IDFT。

当在IDFT单元200的IDFT之后，GI插入单元300在OFDM码元中插入一个保护间隔(GI)，以抑制信号间干扰。此时，GI的大小模式对应于在IDFT单元200被逆离散傅立叶变换的OFDM码元的1/6、1/9、1/12、1/20或1/30。

作为一种选择，GI插入单元300可以以对应于1/12、1/20、1/30、1/36或1/40的大小模式插入GI。因此，可以提高在OFDM信号帧中的OFDM码元的传输有效比率。

PN发生器400产生长度为511或1023的PN序列。

然后，PN插入单元500在被以预定的大小模式插入GI的OFDM码元中插入PN序列。此时，PN插入单元400在插入GI的OFDM码元中插入大小超过255码元的PN序列。优选的是，PN插入单元400在插入GI的OFDM码元中插入511码元或1,023码元的PN序列。

在如上所述511码元或1,023码元的PN序列被插入到OFDM码元中的之后，脉冲整形单元500按照OFDM码元的预定的滚降因数来脉冲整形滤波OFDM码元。

RF上变换单元700高频转换脉冲整形的OFDM码元，以便通过天线800和传输信道向OFDM接收机发送它们。

由于用于在接收一方同步和信道估计的511码元或1,023码元的PN序列被包括在要发送的OFDM码元中，因此OFDM接收机可以更准确地执行对于所接收的OFDM信号的同步和信道估计。结果，OFDM接收机可以更准确地还原所接收的OFDM信号。

而且，由于在OFDM码元中插入大小为511码元或1,023码元的PN序列使得接收一方能够更准确地执行对于所接收的OFDM信号的同步和信道估计，因此可以减小插入来抑制码元间干扰的GI的大小。结果，改进了OFDM码元的传输率。

图3(a)和(b)是分别是按照本发明的优选实施例用于产生长度为511和1023的PN序列的PN发生器。

如图3(a)所示，PN发生器包括一个XOR和含有9个移位寄存器D的线性反馈移位寄存器(LFSR)电路，因此它构成本发明的一个511PN序列发生器。

如图3(b)所示，PN发生器包括一个XOR和含有10个移位寄存器D的LFSR，因此构成了本发明的一个1023PN序列发生器。

图4是示出由图2形成的OFDM信号帧的结构的一个示例的图。

如图4所示，OFDM信号的帧包括一个包含要发送的数据的OFDM码元，以及插入到OFDM码元的一个GI和一个PN序列。

按照本发明的优选实施例，由OFDM发射机发送的OFDM码元被N点的多个子载波进行逆离散傅立叶变换。所述N点包括3,780点、2,048点，4,096点和8,192点，并且2,048点，4,096点、8,192点的多个子载波的模式分别为2K模式、4K模式和8K模式。

GI以对应于相对于OFDM码元的确定大小的大小被插入到N点的多个子载波的OFDM码元中。所述相对于OFDM码元的确定的大小是OFDM码元的1/6、1/9、1/12、1/20或1/30，或者也可以是OFDM码元的1/12、1/20、1/30、1/36或1/40之一。

图5是一流程图，示出了按照本发明的优选实施例通过利用OFDM发射机发送OFDM信号的方法。

首先，FEC编码单元100编码要发送的OFDM码元，以纠正在数据传输期间发生的错误(步骤S100)。在由FEC编码单元100编码之后，IDFT单元200对于被编码的OFDM码元执行IDFT(步骤S120)。

在OFDM码元的IDFT之后，GI插入单元300在OFDM码元中插入GI，以便抑制码元间干扰(步骤S140)。此时，GI插入单元300插入GI，其大小对应于一个确定的模式，即OFDM码元的1/6、1/9、1/12、1/20或1/30，或者是OFDM码元的1/12、1/201/30、1/36或1/40。因此，可以提高OFDM信号帧的OFDM码元的传输率。

PN发生器400产生长度为511或1023的PN序列(步骤S160)。

PN插入单元500在插入GI的OFDM码元中插入PN序列，其大小为超过255码元(步骤S180)。优选的是，PN插入单元500在插入GI的OFDM码元中插入511码元或1,023码元的PN序列。

脉冲整形单元600按照预定的滚降因子来脉冲整形滤波被插入511码元或1,023码元的PN序列的OFDM码元(步骤S200)。

RF上变换单元700高频转换脉冲整形滤波的OFDM码元，以经由传输信道来向OFDM接收机发送OFDM码元(步骤S220)。

按照本发明，由于在传输OFDM码元之前在OFDM码元中插入了大小为511码元或1,023码元的PN序列以用于在接收端的同步和信道估计，因此可以减小插入来抑制码元间干扰的GI的大小，结果，可以提高OFDM码元的传输率。

虽然已经说明了本发明的优选实施例，本领域的技术人员可以理解，本发明不限于所述的优选实施例，在所附的权利要求中限定的本发明的精神和范围内可以作出各种改进和改变。

Claims (14)

1.一种OFDM接收机，包括：

ADC单元，用于将从调谐器接收到的广播信号转换为数字信号；

下变换单元，用于将从ADC单元接收到的数字信号下变换到基带；

同步单元，用于通过使用接收到的信号中插入的PN序列来执行码元定时和频率同步，所述PN序列的大小超过255个码元；

去多路复用单元，用于将从同步单元接收到的信号分为PN序列和数据块并输出；

FFT单元，用于对从去多路复用单元输入的数据块执行FFT并输出变换后的数据块；

FEC单元，用于根据预定的误差检测方法检测变换后的数据块中的误差，并校正检测到的误差。

2.如权利要求1所述的OFDM接收机，其中，所述PN序列的大小是511或1023个码元。

3.一种OFDM接收方法，包括下述步骤：

将从调谐器接收到的广播信号转换为数字信号；

将所述数字信号下变换到基带；

通过使用所述接收到的广播信号中插入的PN序列执行码元定时和频率同步，所述PN序列的大小超过255个码元；

将已经被同步的信号分为PN序列和数据块并输出；

对所述数据块执行FFT，并输出变换后的数据块；

根据预定的误差检测方法检测变换后的数据块中的误差，并校正检测到的误差。

4.如权利要求3所述的OFDM接收方法，其中，所述PN序列的大小为511或1023个码元。

5.一种用于接收从发送端发送的广播信号的OFDM接收系统，包括：

接收单元，用于接收广播信号，所述广播信号具有大小超过255个码元的PN序列；

同步单元，用于通过使用所述广播信号中插入的PN序列来执行码元定时和频率同步；

解调单元，用于解调被同步的广播信号。

6.如权利要求5所述的接收系统，其中，所述PN序列的大小为511或1023个码元。

7.一种用于接收由发送端发送的广播信号的OFDM接收方法，包括下述步骤：

接收具有PN序列的广播信号，所述PN序列的大小超过255个码元；

通过使用所述广播信号中插入的PN序列来执行码元定时和频率同步；

解调被同步的广播信号。

8.如权利要求7所述的OFDM接收方法，其中所述PN序列的大小为511或1023个码元。

9.一种用于接收从发送端发送的广播信号的OFDM接收机，包括：

用于接收具有PN序列的广播信号的接收装置，所述PN序列的大小超过255个码元；

用于通过使用广播信号中插入的PN序列来执行码元定时和频率同步的同步装置；

用于解调被同步的广播信号的解调装置。

10.如权利要求9所述的OFDM接收系统，其中，所述PN序列的大小为511或1023个码元。

11.一种用于接收从发送端发送的具有PN序列的广播信号的OFDM接收机，所述PN序列的大小超过255个码元，所述接收机包括：

用于通过使用所述广播信号中插入的PN序列来执行码元定时和频率同步的同步单元；

用于对被同步的广播信号解调的解调单元。

12.如权利要求11所述的接收机，其中，所述PN序列的大小为511或1023个码元。

13.一种OFDM接收机，包括：用于将从调协器接收到的信号转换为数字信号的ADC单元，用于将从ADC单元接收到的转换的信号下变换到基带的下变换单元，用于通过使用接收到的信号中插入的PN序列来执行码元定时和频率同步的同步单元，用于将从同步单元的接收到的信号分为PN序列和数据块并输出的去多路复用单元，用于对从去多路复用单元输入的数据块执行FFT并输出变换后的数据块的FFT单元，用于根据预定的误差检测方法来检测变换的数据块中的误差并校正检测到的误差的FEC单元，

其中，所述PN序列的大小超过255个码元。

14.如权利要求13所述的接收机，其中，所述PN序列的大小为511和1023个码元。

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