CN101277281B - 估计信道的信道响应的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种估计信道的信道响应的方法，包括把经由该信道接收的频率域信号变换成时间域信号并且搜索该时间域信号中最小能量的位置。该方法还包括在最小能量位置处给该时间域信号填充零并且把所填充的时间域信号变换为第二频率域信号。该第二频率域信号被用作对该信道的估计的信道响应。

Description

估计信道的信道响应的方法和设备
技术领域
本发明总体上涉及无线电接收机，并且更具体而言，涉及到一种用于在无线电接收机中进行信道均衡的方法和设备。
背景技术
数字无线电世界范围通用标准(Digital Radio Mondiale DRM)是一种用于短波、中波和长波通信的开放式标准数字无线电系统。音频源信号典型地被编码成数字信号，并且可以被与其他数字数据多路复用，以供发送。经多路复用的音频信号和数字数据然后可以通过正交幅度调制(QAM)加以编码，来形成主业务信道(MSC)单元。包含发现业务并且开始解码经多路复用的信号所需要的信息的快速接入信道(FAC)信号也可以通过QAM加以编码，来形成FSC单元。而且，提供用以解码在DRM发送中的业务并且发现交替的数据源的信息的业务描述信道(SDC)信号也可以通过QAM加以编码，来形成SDC单元。
MSC、FAC和SDC单元然后可以被组合，并且正交频分复用(OFDM)信号生成器用于形成表示这些单元的OFDM码元。所述OFDM码元然后可以被使用来调制无线电频率信号，以供发送到DRM接收机。
DRM标准规定了操作的四种‘健壮性模式’，目的是在四种类型的信号传播条件提供健壮的发送。所发送的DRM信号包括一连串OFDM码元，每个码元由保护间隔组成，后面是包含所发送的数据的该码元的一部分。每个码元是在频率上等间距的K个正弦波部分(或者载波)之和。每个正弦波部分，称为"单元"，被以给定的幅度和相位发送，并且对应于载波位置。每个载波通过索引或者编号来参考。
用于发送DRM信号的载波编号和载波频率之间的间距根据该信号的希望的健壮性模式和该信号的希望频率占有率模式而加以选择。这些载波是基带信号，并且在DRM发送机中被用于调制参考无线电频率信号。
发送的DRM信号被组织成发送超帧。每个发送超帧包括三个发送帧。发送帧包括按顺序地发送的预先确定数目的OFDM码元。OFDM码元的数目是根据希望的健壮性模式确定的，并且OFDM码元的数目对于每种模式是不同的。在DRM标准之下，发送帧可以包括导频单元、控制单元和数据单元。导频单元(或者参考单元)可以用于帧、频率和时间同步，信道估计和健壮性模式识别。导频单元是以预先确定的相位和幅度调制的选定单元。
增益参考单元(或者增益导频)主要用于对接收的DRM信号进行一致性解调。增益参考单元在贯穿整个OFDM码元上扩频，并且可以由DRM接收机使用来估计在其上接收到DRM信号的RF信道的信道响应。
发明内容
在一个实施例中，本发明提供了一种估计信道的信道响应的方法。该方法包括把经由该信道接收的第一频率域信号变换成第一时间域信号，并且搜索第一时间域信号中最小能量的位置。第一时间域信号被在最小能量位置处填充零并且被变换为第二频率域信号。第二频率域信号被用作对该信道的估计的信道响应。
在另一个实施例中，本发明提供一种接收机。该接收机包括解调器和信道均衡器。该解调器能够解调从信道的接收的信号，以产生第一频率域信号。该信道均衡器能够把第一频率域信号变换成第一时间域信号并且搜索第一时间域信号中最小能量的位置。该信道均衡器还能够在最小能量位置处给第一时间域信号填充零并且把该填充的时间域信号变换成第二频率域信号。该信道均衡器还能够把第二频率域信号用作对该信道的估计的信道响应。
在又一个实施例中，本发明提供一种用在接收机中的信道均衡器。该信道均衡器适合于把第一频率域信号变换成第一时间域信号并且搜索第一时间域信号中最小能量的位置。该信道均衡器还适合于通过在最小能量位置添加零值的采样来填充第一时间域信号，以形成第二时间域信号，并且把第二时间域信号变换成第二频率域信号。该信道均衡器还适合于根据第二频率域信号修改第一频率域信号。
根据以下附图、描述和权利要求，对于本领域技术人员而言，其他技术特征就会很容易变得清楚明白。
附图说明
图1是依照本发明的一个实施例的接收机的示例性功能框图；
图2给出依照本发明的实施例的信道均衡器的示例性功能框图；
图3示出根据本发明的一维频率轴上的内插的示例性过程，信道均衡器可以用于估计信道响应；
图4图示了在具有多径延迟扩频的RF信道上接收的信号的时间域变换的示例性形状，该多径延迟扩频不大于经变换的时间域信号的长度的一半；和
图5描绘了在具有多径延迟扩频的RF信道上接收的信号的时间域变换的示例性形状，该多径延迟扩频大于经变换的时间域信号的长度的一半。
具体实施方式
图1是依照本发明的一个实施例的数字无线电世界范围通用标准(DRM)接收机100的示例性功能框图。接收机100可以经由天线102接收RF信号。在处理该接收的信号期间，矩形加窗功能112可以被执行来隔离包括OFDM码元的时间段。加窗的时间域信号然后可以被OFDM解调器114解调成频率域OFDM码元。信道均衡器116然后可以对该频率域OFDM码元进行操作以便补偿通过其接收了RF信号的RF信道的影响。来自信道均衡过程116的信息可以被提供给码元加窗过程112，用以纠正该RF信号所经受到信道组延迟。信道均衡器116所产生的经均衡的信号然后可以被解复器118分离成快速接入信道(FAC)、业务描述信道(SDC)和主业务信道(MSC)信号。
图2给出依照本发明的实施例的信道均衡器116的示例性功能框图。频率域OFDM码元202可以由信道估计器204接收。信道估计器204可以处理频率域信号202，用以生成时间信道响应信息210和频率信道响应信息212。时间信道响应信息210可以被发送到接收机100的其他部分。频率信道响应信息212可以被发送到信道补偿器206，信道补偿器206修改频率域OFDM码元202用以补偿RF信道的影响并且产生经均衡的OFDM信号208。
在该接收的信号是来自DRM信号的OFDM码元的情况下，一个单元子集将是增益参考单元。因为这些单元被用以已知的增益和相位发送，所以它们可以被用于确定RF信道对所发送的DRM信号的影响。为了估计OFDM码元的其它单元处的信道响应，OFDM码元的增益导频可以被用作该接收的信号的采样，被分析和被内插。
图3示出根据本发明的一维频率轴向上的内插的示例性过程300，信道均衡器116可以用于计信道响应。在步骤302，频率域信号可以被接收，并且它的信道响应通过计算下式在增益参考单元而被采样：
在频率域中采样的信道响应然后可以被变换成时间域信号。所采样的信号可以通过对该信号执行逆向离散傅立叶变换(IDFT)加以变换。
在该接收的信号在RF信道中已经经受了多径延迟扩频的情况下(该多径延迟扩频不大于经变换的时间域信号的长度的一半)，该时间域信号的形状就可能类似于图4中所示出的那个形状。在多径延迟扩频大于经变换时间域信号的长度的一半的情况下，该时间域信号可能会具有更复杂的形状。这种形状的例子在图5中示出。
因为增益参考单元仅仅是在OFDM码元中总数单元的一个子集，所以在时间域信号中的采样数目可以被增加到等于或者大于在OFDM码元中的总单元数目。照此，时间域信号到频率域信号的后续变换将足以内插采样的信道响应信息，用以为接收的OFDM码元中的每个单元提供估计的信道响应信息。在时间域信号中的原始采样数目是x并且增益参考单元按照载波间隔Y分离的情况下，时间域信号中的采样数目可以被增加到X*Y个采样。
在经变换的时间域信号具有在图4中所示出的形状402的情况下，采样数目可以通过在时间域信号的中心404处给采样插入零值而得以增加。这可以称为给信号‘填充’零。
然而，在经变换的时间域信号具有图5中所示出的形状502的情况下，在该信号的中部给该信号填充零可能会在把时间域信号变换到频率域信号以内插估计的信道响应的后续步骤中引入误差。相反，更准确的内插的信道响应可以通过给该信号填充零来获得，此处该信号的能量处于其最小值，这由虚线504示出。
因此，在步骤304，确定RF信道中的多径延迟扩频是否(或者是否可能)大于在步骤302中所产生的时间域信号的长度的一半。此确定可以通过检查时间域信号的特性来作出。可替换地，在该接收的信号是DRM信号的情况下，此确定可以基于检测到在其下发送该信号的健壮性模式。
例如，在健壮性模式C中，增益导频之间的间隔是4个子载波。结果，该时间域信号的持续时间是
此处，Tu是DRM码元的所谓的有用部分的持续时间。同样地，必须确定在RF信道中的多径延迟扩频是否(或者可能是否)大于0.25*Tu的一半，或0.125*Tu。
因为在健壮性模式C下，增益导频在每个相继的码元中把位置移动两个载波索引，所以在本发明的另一个实施例中，可以使用另外的内插技术。此内插技术可以通过在频率域中降低在采样的信道响应中的增益导频之间的间隔来增加时间域信号的持续时间。作为此种技术的例子，考虑在健壮性模式C中发送一个码元1到4的序列。在码元1和3中，增益导频可以处于载波索引1，5，9，13…，而在码元2和4中，增益导频将处于载波索引3，7，11，15…。
在这样的一个码元序列之中，对于载波索引1，5，9，13…，可以通过计算而在码元1和3中直接地采样估计的信道响应。类似地，对于载波索引3，7，11，15…，可以在码元2和4中直接地采样估计的信道响应。
在码元1和3中估计的信道响应的直接采样的时间轴向上的内插然后可以被执行，用以产生在码元2中的载波索引1，5，9，13…处的估计的信道响应的内插采样。通过把在载波索引3，7，11，15…处的直接采样和在载波索引1，5，9，13…处的内插采样相组合，对于码元2在频率域中的采样的信道响应就可以具有在载波索引1，3，5，7，9，11，13，15…处的采样。
类似地，在码元2和4中的估计的信道响应的直接采样的时间轴向上的内插可以被执行，用以产生在码元3中在载波索引3，7，11，15…处的估计的信道响应的内插采样。照此，对于码元3在频率域中的采样的信道响应也可以具有在载波索引1，3，5，7，9，11，13，15…处的采样。
对在频率域中这种采样的信道响应的经变换的时间域信号的持续时间相应地更长，原因在于直接地采样和内插的增益导频处于载波间隔2，而不是处于载波间隔4。时间域信号持续时间的计算因此是:
或者是以上计算的持续时间的两倍。在本发明的这种实施例中，必须确定在RF信道中的多径延迟扩频是否(或者可能是否)大于0.5*Tu的一半，或0.25*Tu，以决定是否在该时间域信号的中心处或者在它的最小能量的位置处填充该时间域信号。
在每个DRM健壮性模式中，保护间隔被插入在DRM码元之间，以兼顾期望的信号条件，包括多径延迟扩频的可能级别。在健壮性模式C中，保护间隔的持续时间被定义为以兼顾多径延迟扩频，可高达那个长度。因为大于0.125*Tu和0.25*Tu这二者，所以在模式C中的多径延迟扩频就不能够被假设是小于在步骤302所产生的时间域信号的长度的一半，不管在频率域中采样的信道响应的时间轴向上的内插是否被执行了都是如此。对于健壮性模式D的类似的分析产生类似的结果。
如果在步骤304确定出在RF信道中的多径延迟扩频不(或者将不)大于在步骤302所产生的时间域信号的长度的一半，那么在步骤314，该时间域信号就可以被在该信号的中点处填充零。然而，如果确定出该多径延迟扩频大于(或者可能大于)时间域信号的长度的一半，那么在步骤306，就可以搜索该时间域信号中最小能量的位置。
这种搜索可以通过在时间域信号中形成一个连续采样的子集的“窗口”来加以执行。该窗口的总能量可以通过对在该窗口中的每个采样的能量进行求和来加以计算。该窗口的位置然后可以通过向一个连续采样的不同子集和所计算的那个窗口的总能量移动而被改变。具有最低总能量的一个窗口然后可以被选择，并且那个窗的中心点被挑选为是该时间域信号的最小能量的位置。
在步骤308，可在步骤306所挑选的位置处给该时间域信号填充零。在步骤310，该时间域信号(或者在步骤308或者在步骤314中填充了)可以被变换成频率域信号。所填充的时间域信号可以通过对该信号执行离散傅立叶变换(DFT)而加以变换。最后，在步骤312，所变换的频率域信号可以被用作对该RF信道的估计的信道响应。
阐明在本专利文献中所使用的某些词语和短语的定义可能会是有利的。术语“耦合”及其派生词指的是在两个或者多个元件之间的任何直接或者间接的通信，而不用关心那些元件相互之间是否是物理接触的。术语“包括”和“包含”及其派生词，意思是无限制地包括。术语“或”是包含性的，意思是和/或。短语“相关联”和与“其相关联”及其派生词，可以意味着包括、被包括在内、与其相互连接、包含、被包含在内、连接到或者与其连接、耦合到或者与其耦合、可与其相通信、与其相协作、交错、并置、最接近于、与其相接或者相接到、具有、具有特性等。
尽管本发明已经描述了某些实施例以及一般相关联的方法，但是对于本领域技术人员而言对这些实施例和方法的修改和改变也将是清楚明白的。因此，以上对示例性实施例的描述并不限定或者限制本发明。在不偏离由以下权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，也可以做出其他的改变、替换和修改。

Claims (17)

1.一种估计信道的信道响应的方法，包括：
把经由该信道接收的第一频率域信号变换成第一时间域信号；搜
索第一时间域信号中最小能量的位置；
通过在最小能量位置添加零值的采样来填充第一时间域信号，以形成第二时间域信号；
把第二时间域信号变换成第二频率域信号；
把第二频率域信号用作对该信道的估计的信道响应；和
确定该信道的多径延迟扩频是否大于第一时间域信号的长度的一半，
其中搜索第一时间域信号中最小能量的位置并且通过在最小能量的中心位置处添加零值的采样来填充第一时间域信号仅仅在该信道的多径延迟扩频大于第一时间域信号的长度的一半的情况下才被执行，
如果该信道的多径延迟扩频不大于第一时间域信号的长度的一半，那么通过在第一时间域信号的中心添加零值的采样来填充第一时间域信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中
第一频率域信号是采用正交频分复用(OFDM)格式的信号，并且
通过在最小能量的位置处添加零值的采样来填充第一时间域信号还包括添加预先确定数目的零值采样，以致于使估计的信道响应在OFDM信号的每个子载波处都可以被确定。
3.如权利要求1所述的方法，其中变换第一频率域信号还包括对第一频率域信号执行逆向离散傅立叶变换操作。
4.如权利要求3所述的方法，其中搜索第一时间域信号还包括：
为第一时间域信号的多个连续采样中的每个组确定总能量级别；和
选择具有最低总能量级别的一个连续采样组的中心，作为最小能量的位置。
5.如权利要求3所述的方法，其中变换第二时间域信号包括对第二时间域信号执行离散傅立叶变换操作。
6.如权利要求1所述的方法，其中把第二频率域信号用作估计的信道响应包括根据第二频率域信号修改第一频率域信号。
7.一种接收机，包括：
解调器，能够解调从信道接收的信号，用以产生第一频率域信号；和
信道均衡器，能够：
把第一频率域信号变换成第一时间域信号；
搜索第一时间域信号中最小能量的位置；
通过在最小能量位置添加零值的采样来填充第一时间域信号，以形成第二时间域信号；
把第二时间域信号变换成第二频率域信号；
把第二频率域信号用作对该信道的估计的信道响应；和
确定该信道的多径延迟扩频是否大于第一时间域信号的长度的一半；
仅仅在该信道的多径延迟扩频大于该经变换的时间域信号的长度的一半的情况下，才搜索第一时间域信号中最小能量的位置并且通过在最小能量的中心位置处添加零值的采样来填充第一时间域信号；和
如果该信道的多径延迟扩频不大于第一时间域信号的长度的一半，那么通过在第一时间域信号的中心添加零值的采样来填充第一时间域信号。
8.如权利要求7所述的接收机，其中第一频率域信号是采用正交频分复用(OFDM)格式的信号，并且该信道均衡器还能够通过添加预先确定数目的零值的采样来填充第一时间域信号，以致于使估计的信道响应在OFDM信号的每个子载波处都可以被确定。
9.如权利要求7所述的接收机，其中该信道均衡器还能够对第一频率域信号执行逆向离散傅立叶变换操作。
10.如权利要求9所述的接收机，其中该信道均衡器还能够：
为第一时间域信号的多个连续采样组中的每个组确定总能量级别；和
选择具有最低总能量级别的一个连续采样组的中心，作为最小能量的位置。
11.如权利要求9所述的接收机，其中该信道均衡器还能够对第二时间域信号执行离散傅立叶变换操作。
12.如权利要求7所述的接收机，其中该信道均衡器还能够根据第二频率域信号修改第一频率域信号。
13.一种估计信道的信道响应的设备，包括：
用于把第一频率域信号变换成第一时间域信号的装置；
用于搜索第一时间域信号中最小能量的位置的装置；
用于通过在最小能量位置处添加零值的采样来填充第一时间域信号，以形成第二时间域信号的装置；
用于把第二时间域信号变换成第二频率域信号的装置；
用于根据第二频率域信号修改第一频率域信号的装置；和
用于确定该信道的多径延迟扩频是否大于第一时间域信号的长度的一半的装置；
用于仅仅在该信道的多径延迟扩频大于第一时间域信号的长度的一半的情况下，才搜索第一时间域信号中最小能量的位置并且通过在最小能量的中心位置处添加零值的采样来填充第一时间域信号的装置；和
用于如果该信道的多径延迟扩频不大于第一时间域信号的长度的一半，那么通过在第一时间域信号的中心添加零值的采样来填充第一时间域信号的装置。
14.如权利要求13所示的设备，其中第一频率域信号是采用正交频分复用(OFDM)格式的信号，并且所述设备还包括用于通过添加预先确定数目的零值采样来填充第一时间域信号，以致于使估计的信道响应在OFDM信号的每个子载波处都可以被确定的装置。
15.如权利要求13所示的设备，还包括对第一频率域信号执行逆向离散傅立叶变换操作的装置。
16.如权利要求15所示的设备，还包括：
用于为每个第一时间域信号的多个连续采样组中的每个组确定总能量级别的装置；和
用于选择具有最低总能量级别的一个连续采样组的中心，作为最小能量的位置的装置。
17.如权利要求16所示的设备，还包括用于对第二时间域信号执行离散傅立叶变换操作的装置。
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