CN101232487B - 多重路径接收系统以及适应性信道估测方法 - Google Patents

多重路径接收系统以及适应性信道估测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多重路径接收系统。多重路径接收系统包括多重路径分析器、信道估测器以及均衡器。多重路径分析器根据接收流分析多重路径信道的信道脉冲响应，并根据信道脉冲响应分析信道质量。信道估测器根据接收流计算信道估测结果。信道估测器包括用以执行信道估测的频域内插滤波器。频域内插滤波器的功率消耗取决于多重路径分析器所输出的信道脉冲响应结果，信道估测器根据信道质量控制频域内插滤波器的滤波器长度，当信道质量较差时选取较长的滤波器长度，而当信道质量较好时选取较短的滤波器长度。均衡器根据信道估测结果对接收流执行均衡操作。本发明可有效减少正交分频多任务接收器的消耗功率。

Description

多重路径接收系统以及适应性信道估测方法
技术领域
本发明有关于一种信道估测技术，特别是有关于一种正交分频多任务(orthogonal frequency division multiplexing，以下简称OFDM)系统中的适应性信道估测技术。
背景技术
多载波调制方法为目前广泛应用的传输技术。OFDM为一种常见的多载波调制。OFDM技术在1970年代发明，通过使用大量的副载波同时传送多种信息。一个OFDM符是由k个QAM符Xk形成的，每次都将副载波以频率 f k = k T u 进行调制，其中Tu是副载波的符周期。每个OFDM副载波皆显示频域中的 sin c ( x ) = sin ( x ) x 频谱。通过将频域中的2N+1个副载波以 
Figure S2007101616909D00013
间隔分开，每个副载波的主要波峰会与每隔一个副载波的零点(null)重叠。因此，即使副载波的频谱重叠，介于每个副载波之间的交互干扰(cross-interference)会被抵消。如所属领域相关技术人员所知，OFDM是一种可对抗无线环境中所遭遇严重的信道损害的传输机制。
在无线通信期间(例如OFDM传输期间)必须估测副载波的信道传输函数H(s)。信道估测的精确度主要取决于接收的质量。频率均衡器(frequencyequalizer，FEQ)更通过估测反相的信道传输函数H-1(s)来决定频率均衡器的均衡系数。
在OFDM系统中可根据频域内插滤波器(frequency domain interpolationfilter)来估测信道传输函数H(s)。频域内插滤波器可通过对包含在领航副载波(pilot sub-carrier)内的信息执行内插来反推信道传输函数H(s)。由于计算信道 传输函数H(s)占用大量的功率消耗，因此，设计低功率的信道估测电路可有效减少OFDM接收器的消耗功率。
发明内容
本发明提供一种减少OFDM接收器的消耗功率具有适应性信道估测能力的多重路径接收系统以及方法，用以接收通过多重路径信道的流，以及一种减少OFDM接收器的消耗功率的正交分频多任务解调器，用以解调通过多重路径信道的流。
本发明提供一种具有适应性信道估测的能力的多重路径接收系统，用以接收通过多重路径信道的流，多重路径接收系统包括多重路径分析器、信道估测器以及均衡器。多重路径分析器根据接收流分析多重路径信道的信道脉冲响应，并根据上述信道脉冲响应分析信道质量。信道估测器根据接收流计算信道估测结果。信道估测器包括用以执行信道估测的频域内插滤波器。频域内插滤波器的功率消耗取决于多重路径分析器所输出的信道脉冲响应结果，信道估测器根据信道质量控制频域内插滤波器的滤波器长度，当信道质量较差时选取较长的滤波器长度，而当信道质量较好时选取较短的滤波器长度。均衡器根据述信道估测结果对接收流执行均衡操作。
再者，本发明提供一种适用于来自多重路径信道的流的信道估测方法。信道估测方法开始于将接收流从时域转换为频域。根据接收流分析多重路径信道的信道脉冲响应并且判断信道脉冲响应的信道质量。频域内插滤波器根据接收流计算信道估测结果。频域内插滤波器的功率消耗取决于信道质量。根据信道质量控制频域内插滤波器的滤波器长度，当信道质量较差时选取较长的滤波器长度，而当信道质量较好时选取较短的滤波器长度。接下来，均衡器根据信道估测结果对接收流执行均衡操作。
本发明还提供一种正交分频多任务解调器，用以解调通过多重路径信道的流，包括快速傅立叶转换模块，用以将流转换为领航副载波以及数据副载波；信道估测器，耦接于快速傅立叶转换模块，用于根据接收流分析多重路 径信道的信道脉冲响应，根据信道脉冲响应分析信道质量，用以产生多重路径信道的频率响应，且信道估测器的功率消耗取决信道脉冲响应，信道估测器根据信道质量控制频域内插滤波器的滤波器长度，当信道质量较差时选取较长的滤波器长度，而当信道质量较好时选取较短的滤波器长度；反相快速傅立叶转换模块，耦接至信道估测器，用以根据频率响应产生信道脉冲响应；以及均衡器，根据信道脉冲响应对接收流执行均衡。
本发明可有效减少OFDM接收器的消耗功率。
附图说明
图1为多重路径接收系统的方块图。
图2a与图2b为两个具有不同信道质量的信道脉冲响应的范例的示意图。
图3a与图3b显示分别用来过滤图2a与图2b的信道脉冲响应的两个频域内插滤波器的范例的示意图。
图4a为只具有一个主要路径的信道脉冲响应的示意图。
图4b为具有四个主要路径的信道脉冲响应的示意图。
图5显示根据本发明另一实施例的功率适应性均衡器的方块图。
图6显示OFDM解调器执行功率适应性均衡作用的方块图。
图7在DVB-T OFDM帧中的离散导频示意图。
图8显示功率适应性均衡作用的方法流程图。
具体实施方式
图1为根据本发明实施例的多重路径接收系统的方块图，其具有适应性信道估测，用来接收经过多重路径信道(multi-path channel)的输入流。多重路径接收系统包括多重路径分析器16、信道估测器12以及均衡器14。多重路径分析器16分析接收流的多重路径信道的信道脉冲响应(channel impulseresponse，CIR)。信道估测器12计算接收流的信道估测结果。信道估测器12包括频域内插滤波器102，利用频域内插执行信道估测。频域内插滤波器102的功率消耗取决于多重路径分析器16输出的CIR结果。均衡器14根据信道估测结果来均衡接收流并输出均衡流。
例如，当多重路径分析器16根据CIR分析信道质量，信道估测器12再根据信道质量控制频域内插滤波器102的滤波器长度。频域内插滤波器102的功率消耗与滤波器长度有关。信道质量可通过几种标准来估测。例如，多重路径分析器16可测量CIR的两个最显著路径(most significant path)之间的持续时间。若介于两个最显著路径之间的持续时间小于临界持续时间，则信道估测器12判断此为好的信道质量。频域内插滤波器102的滤波器长度会因 为好的信道质量而缩短。相反的，若介于两个最显著路径之间的持续时间超过临界持续时间，则信道估测器判断此为不好的信道质量。频域内插滤波器102的滤波器长度会因为不好的信道质量而增加。图2a与图2b为具有不同信道质量的信道脉冲响应的范例的示意图。图2a显示当两个最显著路径之间的持续时间(持续时间1)相当接近时，代表两个路径可能来自相同的信号源。图2b显示信道脉冲响应的两个最显著路径之间的持续时间(持续时间2)分隔的距离大于临界持续时间。图2b所示的信道是多重路径信道的一种形式，通常出现于单频网络中。与图2a相比，图2b中的信道脉冲响应需要较高等级的内插滤波器，也就是较长的滤波器长度。因此，当信道质量如图2b般不佳时，频域内插滤波器102会延长滤波器的接线长度(tap length)。图3b显示根据本发明实施例所述的如图2b所示用来过滤信道脉冲响应的频域内插滤波器102的示意图，其中D表示延迟，a1，a2，a3，a4，a5，a6，a7表示滤波器的系数。当信道质量从图2b的信道质量改变为图2a的信道质量时，频域内插滤波器102可以从7-接线滤波器降低为4-接线滤波器(如图3a所示)。
在一些装置的实施例中，信道估测器12检测在CIR中超过临界振幅的路径的数量。例如，在图4a只有一个路径超过临界振幅，而在图4b中有四个路径超过临界振幅。在图4b中信道脉冲响应的范围比图4a中更宽。因此，当接收如图4b所示的信道脉冲响应时，频域内插滤波器102会分配更多的滤波器接线，而当接收如图4a所示的信道脉冲响应时，频域内插滤波器102会使适当数量的频域内插滤波器接线为不导通。信道估测器12还可通过判断用来计算信道估测结果的计算复杂度来控制滤波器长度。
图2a、图2b、图4a以及图4b中的信道脉冲响应仅用来显示本发明的功能，但其并非用以限定本发明的范围。本发明并非限定为用来解决图2a、图2b、图4a以及图4b中的信道脉冲响应。
在一些装置的实施例中可通过结合快速傅立叶转换(Fast FourierTransform，FFT)模块与反相快速傅立叶转换(Inverse Fast Fourier Transform， IFFT)模块而执行信道估测。图5为多重路径接收系统50的方块图。FFT模块502将FFT处理应用至受到传导路径补偿的时间序列的(time-series)数据流，并且将时间序列数据转换为多个副载波。均衡器504在频域中对副载波执行均衡操作。信道估测器506根据领航副载波检测信道设定文件(channelprofile)。IFFT模块508将信道设定文件从频域转换为时域，即所谓的信道脉冲响应。通道估测器506判断信道质量以及频域内插滤波器510的滤波器长度。
图5中的多重路径接收系统50可应用于OFDM解调器。图6为OFDM解调器执行功率适应性均衡作用的方块图。在接收器系统中，天线602用以接收RF信号。所接收的RF信号为模拟信号，且模拟信号会透过模数转换器606而被转换为数字信号。接下来，经过转换后的信号会经过滤波器608过滤，以将位于所传送的整体合成信号的频带外部的干扰与噪声移除。以下将会说明FFT模块502、均衡器504、信道估测器506、IFFT模块508以及内插器610的功能。均衡信号透过解映射器(de-mapper)618而被解映射。解映射信号透过内解交错器(inner deinterleaver)620、维特比(Viterbi)解码器622、外交错器624、理德索罗门(Reed-Solomn，RS)解码器626以及解扰器(descrambler)630执行信道解码。
在使用以OFDM为基础的调制发射器(modulation transmitter)的无线通信系统中，领航副载波传送于数据副载波之间，以协助信道估测。OFDM中的领航位置根据传输标准而有所不同。在接下来的说明中提出数字影音广播地面电波发送(Digital Video Broadcasting terrestrial，DVB-T)规格以及当代OFDM机制，使得对本发明有完全的了解。然而，所属领域相关技术人员皆了解本发明并非限定用于DVB-T。图7为在DVB-T OFDM帧中的离散导频(scattered pilot)示意图。DVB-T OFDM帧包括68个OFDM符。图7中显示在每11个数据副载波中会插入显示为阴影圆点的领航副载波，且领航位置在经过一个符持续时间后会移动3个副载波。例如，领航副载波702会被插入 符66中的第6位置索引处，而在符67中领航副载波704插入至第9位置索引处。因此，在经过4个符持续期间后才会插入领航副载波。例如，在符2的第6位置索引处将会插入领航副载波706，在符3的第9位置索引处将会插入领航副载波708。图6中的内插器610接收至少四个符持续时间内的多个领航副载波，并且在每3个副载波之间内插一个领航副载波。以符1为例，在符66与符2的第6位置索引处内插一个伪领航副载波(pseudo pilot)。在符67与符3的第9位置索引处内插一个伪领航副载波。接下来，内插器510在每个副载波处内插领航副载波。例如，在第1与第2位置索引处的领航副载波根据第0与第3位置索引处的领航副载波执行内插而得。在第4与第5位置索引处的领航副载波根据第3与第6位置索引处的领航副载波执行内插而得。代表多重路径信道的频率响应的领航内插符(pilot-interpolated symbol)传送至IFFT模块508。IFFT模块508根据频率响应产生信道脉冲响应。耦接至IFFT模块508的信道估测器506根据所接收的流检测多重路径信道的信道脉冲响应。信道估测器506根据内插流计算信道估测结果。信道估测器506包括频域内插滤波器510，其通过频域内插法执行信道估测。频域内插滤波器510的功率消耗取决于信道质量。均衡器504根据信道估测结果对接收流执行均衡操作。信道质量的判断与图2的说明相同，因此此处不再重复说明。
图8为接收通过多重路径信道的流的方法流程图。接收方法开始在步骤S801，通过将流从时域转换为频域而产生接收流。在步骤S802中根据接收流来分析多重路径信道的信道脉冲响应。在步骤S803中判断信道脉冲响应的信道质量。在步骤S804中，频域内插滤波器根据接收流来计算信道估测结果。频域内插滤波器的功率消耗取决于信道质量。在此实施例中，频域内插滤波器的功率消耗与其滤波器长度有关。因此，当信道质量较好时，频域内插滤波器的滤波器长度较短；而当信道质量较差时，频域内插滤波器的滤波器长度较长。接下来，在步骤S805中，均衡器会根据信道估测结果来将 接收流执行均衡作用。在一些实施例中，频域内插滤波器的滤波器长度可取决于信道脉冲响应的长度。在其它实施例中，频域内插滤波器的滤波器长度取决于信道脉冲响应中超过临界振幅的路径的数量。

Claims (11)

1.一种多重路径接收系统，可进行适应性信道估测，用以接收通过多重路径信道的流，所述的多重路径接收系统包括：
多重路径分析器，根据所接收的上述流分析上述多重路径信道的信道脉冲响应，并根据上述信道脉冲响应分析信道质量；
信道估测器，根据所接收的上述流来计算信道估测结果，其中上述信道估测器包括用以执行信道估测的频域内插滤波器，上述频域内插滤波器的功率消耗取决于上述多重路径分析器所输出的上述信道脉冲响应，上述信道估测器根据上述信道质量控制上述频域内插滤波器的滤波器长度，当上述信道质量较差时选取较长的滤波器长度，而当上述信道质量较好时选取较短的滤波器长度；以及
均衡器，用以根据上述信道估测结果对所接收的上述流执行均衡操作。
2.根据权利要求1所述的多重路径接收系统，其特征在于，上述滤波器长度取决于上述信道脉冲响应的时间分布，或者取决于在上述信道脉冲响应中超过临界振幅的路径数量。
3.根据权利要求1所述的多重路径接收系统，其特征在于，上述信道估测器通过判断用来计算上述信道估测结果的接线数量或计算复杂度来控制上述滤波器长度。
4.根据权利要求1所述的多重路径接收系统，其特征在于，更包括耦接至上述均衡器以及上述信道估测器的快速傅立叶转换模块，用以将上述流从时域转换为频域，以产生适用于上述信道估测器以及均衡器所接收的上述流。
5.根据权利要求1所述的多重路径接收系统，其特征在于，上述多重路径分析器包括反相快速傅立叶转换模块，用以将上述信道估测结果从频域转换为时域，以产生上述信道脉冲响应。
6.根据权利要求1所述的多重路径接收系统，其特征在于，上述信道估测器更包括频域内插滤波器，通过使用频域内插法来执行信道估测。
7.一种适应性信道估测方法，用以接收通过多重路径信道的流，所述的适应性信道估测方法包括：
根据上述接收流分析上述多重路径信道的信道脉冲响应；
根据上述信道脉冲响应分析信道质量；
根据上述接收流通过频域内插滤波器计算信道估测结果，其中上述频域内插滤波器的功率消耗取决于上述信道脉冲响应；
根据上述信道质量控制上述频域内插滤波器的滤波器长度，当上述信道质量较差时选取较长的滤波器长度，而当上述信道质量较好时选取较短的滤波器长度；以及
根据上述信道估测结果对上述接收流执行均衡操作。
8.根据权利要求7所述的适应性信道估测方法，其特征在于，更包括根据上述信道脉冲响应的时间分布、或者在上述信道脉冲响应中超过临界振幅的路径数量来判断上述信道质量。
9.根据权利要求7所述的适应性信道估测方法，其特征在于，分析上述信道脉冲响应的步骤更包括将上述流从时域转换为频域，以产生上述接收流。
10.一种正交分频多任务解调器，用以解调通过多重路径信道的流，所述的正交分频多任务解调器包括：
快速傅立叶转换模块，用以将上述流转换为领航副载波以及多个数据副载波；
信道估测器，耦接于上述快速傅立叶转换模块，用于根据上述接收流分析上述多重路径信道的信道脉冲响应，根据上述信道脉冲响应分析信道质量，用以产生上述多重路径信道的频率响应，且上述信道估测器的功率消耗取决信道脉冲响应，上述信道估测器根据上述信道质量控制上述频域内插滤波器的滤波器长度，当上述信道质量较差时选取较长的滤波器长度，而当上述信道质量较好时选取较短的滤波器长度；
反相快速傅立叶转换模块，耦接至上述信道估测器，用以根据上述频率响应产生上述信道脉冲响应；以及
均衡器，根据上述信道脉冲响应对上述接收流执行均衡操作。
11.根据权利要求10所述的正交分频多任务解调器，其特征在于，上述滤波器长度取决于上述信道脉冲响应的长度或在上述信道脉冲响应中超过临界振幅的信道数量。
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