CN101299740B - 一种信道内插的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种信道内插的方法，涉及TDS-OFDM系统或者传统的OFDM系统中的信道内插方法和装置，属于信道内插领域。信道内插方法的步骤包括：在大量的帧中把至少一个帧细分为段；并且使用至少两个已知的量来内插相应的信道估计。本发明还公开了一种完成信道内插的接收机。本发明的信道内插方法达到了子帧级别的信道估计。

Description

一种信道内插的方法
技术领域
本发明属于信道内插领域，更具体地，涉及时域同步正交频分复用(Time Domain Synchronous-Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，TDS-OFDM)系统或者传统的OFDM系统中的信道内插方法和装置。
背景技术
在TDS-OFDM或者传统的OFDM系统的移动接收中，信道的特征是快衰落的并且是时变的。传统的信道估计给予的我们只是给定时间间隔上的信道估计。更特别地，在TDS-OFDM系统中，基于伪噪声(Pseudo Noise，PN)的信道估计(Channel Estimation，CE)给予我们的仅仅是伪噪声部分的信道估计，以此代替数据部分的信道估计。在传统的基于导频的OFDM系统信道估计中，通常在整个信道帧中只得到单个信道估计。移动接收需要对不同的数据部分采取不同的信道估计。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有技术不能达到子帧级别的信道估计。
发明内容
本发明实施例要解决的问题是提供一种信道内插的方法，以克服现有技术不能达到子帧级别的信道估计的缺陷。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案提供一种信道内插的方法，应用于OFDM系统，包括以下步骤：在大量的帧中至少把一个帧细分成节段；利用至少两个已知的量对相应的信道估计进行内插处理。
其中，进一步包括细分部分有一个相关联的加权。
其中，所述的至少两个已知的量与保护间隔相关联。
其中，至少两个已知量与相邻符号相关联。
其中，所述的OFDM系统包含TDS-OFDM系统。
其中，所述的细分部分为将一个帧分割成相等长度的段。
其中，所述的细分部分将一个帧分割成4段或8段。
本发明实施例的技术方案还提供一种接收机，应用于OFDM系统，包括：在大量的帧中至少把一个帧细分成节段的单元；利用至少两个已知的量对相应的信道估计进行处理的单元。
其中，进一步包括细分部分有一个相关联的加权。
其中，所述的至少两个已知的量与保护间隔相关联。
其中，至少两个已知量与相邻符号相关联。
其中，所述的OFDM系统包含TDS-OFDM系统。
其中，被细分成节段的帧由相等长度的段组成。
其中，被细分成节段的帧由4段或8段组成
上述技术方案仅是本发明的一个优选技术方案，具有如下优点：本发明实施例通过在大量的帧中至少把一个帧细分成节段，并利用至少两个已知的量内插相应的信道估计，使得信道估计达到子帧级别，获得更准确的信道估计结果。
附图说明
图1是本发明实施例的一种TDS-OFDM帧结构以及相应的信道估计的示意图；
图2是本发明实施例与图1相关的一种线性内插的示意图；
图3是本发明实施例的一种OFDM帧结构以及相应的信道估计的示意图；
图4是本发明实施例与图3相关的一种线性内插的示意图；
图5是与本发明实施例的一种接收机的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在详细描述本发明具体实施细节之前，应该注意到的是具体实施例存在于方法步骤和装置部件的组合之中，它涉及到利用已知的内插方法在子帧级别进行信道估计。因此，在图中用常用符号给出了装置部件和方法步骤，并详细描述了那些有助于理解本发明具体实施例的细节，以免对这些细节产生误解，使本领域的普通技术人员容易明白，并从中收益。
在本说明书中，相关的术语，例如第一和第二、顶部和底部，以及相似的术语，可能会单独使用，以区别不同的实体或处理，并不表示必须需要或暗示这些实体或处理之间的关系或顺序。术语“包括”、“由…..组成”，或是任何与之相关的其他变形，意指包含非排它的结果。所以，由一系列基本单元组成的处理、方法、文章或装置不仅仅包含那些已经指明了的基本单元，也可能包含其它的基本单元，虽然这些单元没有明确列在或属于上述的处理、方法、文章或装置。被“包括”所引述的基本单元，在没有更多限制的情况下，不排除在由基本单元构成的处理、方法、文字或装置中存在另外相同的基本单元。
这里所描述的本发明的具体实施例由一个或多个通常的处理器和唯一的存储程序指令构成，程序指令控制一个或多个处理器，配合一定的非处理器电路，去实现某些、大部分或者全部的利用已知的内插方法在子帧级别上进行信道估计。非处理器电路可能包括但不限于无线接收机、无线发射机、信号驱动器、时钟电路、电源电路和用户输入设备。同样的，这些功能可以解释为完成上述接收机的方法步骤。作为替换选择，某些或所有功能可以用没有储存程序指令的状态机实现，或者使用一个或多个专用集成电路(ASIC，Application SpecificIntegrated Circuit)，在这些ASIC中一个功能或一些功能的某种组合作为定制逻辑来实现。当然，这两种方法也可以组合使用。因此，这里 描述了实现这些功能的方法和手段。更进一步，期望普通的技术人员经过努力和许多设计选择后，例如有效的开发时间、当前的技术和经济方面的考虑，在这里所揭示的概念和原理指导下，能够容易通过最少的实验得到所述的软件指令、程序和集成电路(IC，IntegratedCircuit)。
如图1-2所示，描述了TDS-OFDM系统的信道内插。在TDS-OFDM中PN序列作为保护间隔(Guard Intervals，GI)。伪噪声序列携带了关于信道特征的已知信道信息。利用相邻的伪噪声序列，如PN1和PN2，通过内插的方法，比如线性内插，可以估算出帧或者两个PN之间插入符号的信道特性。内插帧细分为4段，即h11、h12、h13和h14。注意细分不限于4段。其他大于或等于2的自然数，如2，6，8等，也是本发明所包括的。
加权系数ω与已知的h1相关，因此，h2(1-ω)也是如此。如表1所示为h11，h12，h13和h14相应的加权系数ω的集合。
Figure S2008100855771D00041
更一般地，在OFDM系统中，保护间隔不能提供信道信息。因此，相邻帧或者符号用作内插帧的信道估计。
如图3-4所示，是具有保护间隔的OFDM帧。假如保护间隔不能估计有用的信道信息。因此，能够提供有用信道信息的相邻帧用于内插信道估计。信道信息包括导频信号携带的信息，此导频信号与各自的帧相关联。例如，帧h-1可以有一个与之相关联的加权系数ω1，帧h1有一个与其相关联的加权系数ω2。如表2所示为内插加权系数。
Figure S2008100855771D00042
Figure S2008100855771D00051
所利用的保护间隔不限于相邻的，如PN1和PN2。也可能选择和利用非相邻的保护间隔。然而，相邻的保护间隔对于信道特性的加权估计hij来说是最有反映力的，因为接近性。当非相邻保护间隔和相邻的保护间隔一起使用时，包含两个以上保护间隔的非线性加权对本发明也是可以实现的。更进一层，对于更精确的估计，可以进一步细分h-1和h1。
如图5所示，是适合于本发明的接收机，即接收机10，它实现了基于TDS-OFDM的低密度奇偶校验(LDPC，Low Density ParityCheck)通信系统。换句话说，图5是以框图来说明基于TDS-OFDM的LDPC接收机10的功能模块图。这里的解调遵循TDS-OFDM调制原理。误码纠错机制基于LDPC。接收机10的首要目的是在有噪声系统中检测发射机发送波形的有限集合，而接收机用信号处理技术再生发射机发送的离散信号的有限集合。
图5中的方框图阐述了接收机10的信号及关键的处理步骤。这里假设接收机10的输入信号12是下变换的数字信号，输出信号14是运动图像专家组标准-2(MPEG-2)格式的传输流。更具体的说，射频(RF，Radio Frequency)输入信号16被RF调谐器18接收，然后把RF信号下变换到低中频或零中频信号12，作为模拟信号或数字信号(通过可选的模数转换器20)提供给接收机10
在接收机10中，中频信号转换到基带信号22。然后，根据TDS-OFDM调制方案中LDPC的参数完成TDS-OFDM解调。信道估计24和相关模块26的输出送到时域解交织器28，然后送到前向纠错模块。在信道估计模块24中采用了本发明所提出的信道内插方法，以获 得更为准确的、子帧级别的信道估计结果。
接收机10的输出信号14是包括了有效数据、同步信号、时钟信号的并行或串行MPEG-2传送流。接收机10的配置参数可以自动探测或者自动编程控制或者手动设置。接收机10主要的配置参数包括：(1)子载波调制方式：四相移键控(QPSK，Quad Phase Shift Keying)、16正交幅度调制(QAM，Quadrature Amplitude Modulation)和64QAM；(2)前向纠错码率：0.4、0.6和0.8；(3)保护间隔：420或945个符号；(4)时域解交织模式：0、240或720个符号；(5)控制帧探测；和(6)信道带宽：6、7或8MHz。
下面描述接收机10的各功能模块。
自动增益控制(AGC，Automatic Gain Control)模块30将输入的数字化信号强度和参考数据进行比较，把得到的差值进行滤波，滤波器值32用于控制调谐器18的放大增益。调谐器提供的模拟信号12由模数转换器20采样，信号最终为中心频率较低的中频IF信号。例如，以30.4MHz采样一个36MHz中频IF信号，结果是生成一个中心频率为5.6MHz的信号。中频到基带模块22将这个更低的中频信号转换为复数基带信号。模数转换器20使用固定采样率。使用模块22中的内插器完成从固定采样率至OFDM采样率的转变。时钟恢复模块33估算时间误差及对误差滤波，然后驱动数控振荡器(NCO，NumericallyControlled Oscillator)，以此控制采样转换器中的内插器所使用的采样定时校准。
输入信号12可能有频率偏移。自动频率控制模块34计算频率偏移，并调整中频到基带的参考中频频率。为了提高捕获范围和跟踪性能，频率控制由两个步骤完成的：粗调和细调。因为发射信号是由平方根升余弦滤波器成形，所以接收信号要进行相同的处理。众所周知在TDS-OFDM系统中离散傅立叶逆变换(IDFT，Inverse DiscreteFourier Transform)符号之前包括一个PN序列。通过把本地产生的PN 序列和输入信号做相关运算，很容易找到相关峰(由此就可以确定帧头)及频率偏置和时间误差等同步信息。信道时域响应基于已经获得的信号相关。频率响应由时域响应经过快速傅立叶变换(FFT，FastFourier Transform)变换得到。
在TDS-OFDM系统中，PN序列取代了传统的循环前缀填充。这样就需要删除PN序列，并恢复被信道扩展的OFDM符号。模块36重建了传统的OFDM符号，它使用了一个抽头的均衡器。FFT模块38实现了3780点的FFT。对基于信道频率响应的FFT 38变换数据进行信道均衡40。去旋转后的数据和信道状态信息送给前向纠错(FEC，ForwardError Correction)做进一步处理。
在TDS-OFDM接收机10中，时域解交织器28用于提高对脉冲噪声的抵抗性。时域解交织器28是卷积解交织器，它需要B*(B-1)*M/2大小的存储器，这里B是交织宽度，M是交织深度。对于TDS-OFDM接收机10的具体实施例，有两种时域解交织模式，模式1，B＝52，M＝240；模式2，B＝52，M＝720。
对于解码来说，LDPC解码器42是软判决迭代解码器，例如，由发射机(图中未示出)提供的准循环低密度奇偶校验码(QC-LDPC，Quasi-Cyclic Low Density Parity Check)。LDPC解码器42配置为3种不同的QC-LDPC码率(即码率0.4、码率0.6和码率0.8)，三种码率共享相同的硬件电路。当迭代过程达到了规定的最大迭代次数(全部迭代)时，或当在错误检测和错误纠正处理中没有了误码(部分迭代)时，迭代过程就会结束。
TDS-OFDM调制/解调制系统是基于多种调制方案(QPSK、16QAM、64QAM)和多种编码码率(0.4、0.6和0.8)的多码率系统，期中QPSK代表四相移键控，QAM代表正交幅度调制。博斯-乔赫里-霍克文黑姆码(BCH，Bosh，Chaudhuri & Hocquenghem)解码器46是按比特输出。根据不同的调制方案和编码码率，速率转换模块把 BCH解码器46的比特输出组合为字节(byte)，同时调整字节输出时钟的速率，使接收机10的MPEG包输出在整个解调制/解码过程中保持均匀的分配。
BCH解码器46是为BCH(1023，1013)的缩短二进制BCH编码BCH(762，752)的解码而设计的，其生成多项式是x10+x3+1。
因为发射机中的数据在BCH编码器(图中未示出)之前已经使用伪随机(PN，Pseudo-Random)序列进行了随机化，所以，由LDPC/BCH解码器46产生的纠错数据必须要去随机化。PN序列的生成多项式为，其初始条件为100101010000000。解扰器48会在每个信号帧复位到初始状态。另外，解扰器48会一直自由运行，直到下一次复位。最低的8位要和输入字节流作异或运算。
下面描述数据流通过解调器不同模块的情况。接收的RF信息16由数字地面调谐器18进行处理，调谐器选择需要解调信号的带宽及频率，并把信号16下变换到基带或低中频信号。然后把下变换得到的信息12通过模数字转换器20变换到数字域。
基带信号经过采样率转换器50的处理后转换为符号。保护间隔中的PN信息与本地产生的PN序列作相关运算，得到时域冲击响应。时域冲击响应的FFT变换提供了信道响应的估计，采用本发明提出的内插方法，以获得一个更好的估计结果。相关器26还用于时钟恢复33、频率估计和接收信号的校正。提取接收数据中的OFDM符号，并通过3780点的FFT变换38，得到了频域里的符号信息。使用前面所得到的信道估计信息，对OFDM符号进行均衡处理，然后送到FEC解码器。
在FEC解码器部分，时域解交织模块28实现了传输符号序列的去卷积交织，接着把这3780个点的块送到内码LDPC解码器42。LDPC解码器42和BCH解码器46以串联工作方式接收精确的3780个符号，去掉36个传输参数信号(TPS，Transport Parameter Signal)符号后，处理剩下的3744个符号，并恢复发射的传输流信息。速率转换器44调整 输出数据速率，解扰器48重建发射的码流信息。连接到接收机10的外部存储器52为这部分预先设定的功能或需求提供了存储空间。
上面结合附图对本发明的具体实施例进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施例，在不脱离本发明的权利要求的精神和范围情况下，本领域的普通技术人员可作出各种修改或改变。因此，本说明书和框图是说明性而非限制性的，同时，所有修改都包含在本发明的范围中。好处、优点、问题的解决方案以及可能产生好处、优点或产生解决方案或者变得更明确的解决方案的任何基本单元，都不会作为任何或全部权利要求中重要的、必需的或者本质的特性或原理来加以解释。后面的权利要求，包括本申请未定期间的任何改正以及与颁布的那些权利要求的所有的等同权利，单独地定义了本发明。在本文中用到的术语和习惯用语，及其变化形式，除了另外明确的规定，应该理解为无限制的通用意思。例如，术语“包括”应理解为“包括，没有限制”或者像；术语“实例”用来提供所讨论项目的可仿效的建议，并不是其详细的或者限制的列举；形容词如“常规的，”“传统的，”“正规的”“标准的”意思相似的术语不应理解为有限制的特定时期描述的项目或给定时期可用的项目，而应理解为围绕常规的，传统的，正规的，标准的技术，此技术现在或者将来的任何时间可能是可利用的。同样地，用连接词“和”连接的项目组不应被理解为要求项目组中的每一项都出现，但更不应被理解为“和/或”除非另外特定。类似地，用连接词“或”连接的项目组不应被理解为要求项目组的各项项目排斥，但更不应被理解为“和/或”除非另外特定。
由以上实施例可以看出，本发明实施例通过在大量的帧中至少把一个帧细分成节段，并利用至少两个已知的量内插相应的信道估计，使得信道估计达到子帧级别。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以 做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种信道内插的方法，应用于时域同步正交频分复用系统TDS-OFDM，其特征在于，包括以下步骤：
在大量的帧中至少把一个帧细分成4段，每段对应的信道特征函数表示为h0i，其中i＝1，2，3，4；
如果保护间隔中的伪噪声序列能够提供有效的信道特征信息，则利用至少两个已知的相邻的伪噪声序列获得的信道特征信息h0和h1，对相应的信道估计h0i进行内插处理；
h0i＝ωih0+(1-ωi)h1              公式(1)
其中，ω1＝0.750，ω2＝0.625，ω3＝0.375，ω4＝0.250；
如果保护间隔中的伪噪声序列不能够提供有效的信道特征信息，则利用当前帧及其前后相邻帧的信道信息h0、h-1和h1，对相应的信道估计h0i进行内插处理：
h0i＝ω1ih-1+(1-ω1i)h0+ω2ih1    公式(2)
其中，ω11＝0.375，ω12＝0.250，ω13＝0，ω14＝0，ω21＝0，ω22＝0，ω23＝0.250，ω24＝0.375。
2.如权利要求1所述的信道内插的方法，其特征在于，所述的一个帧的细分不限于4段，也可以是其他大于或等于2的自然数。
3.如权利要求1所述的信道内插的方法，其特征在于，所述的公式(2)可以替换为
h0i＝ω1ih-1+(1-ω2i)h0+ω2ih1。
4.如权利要求1所述的信道内插的方法，其特征在于，所述的信道信息包括导频信号携带的信息。
5.如权利要求1所述的信道内插的方法，其特征在于，更进一步所利用的保护间隔不限于相邻的，也可以选择和利用非相邻的保护间隔。
6.如权利要求1所述的信道内插的方法，其特征在于，更进一步，当非相邻保护间隔和相邻保护间隔一起使用时，可以采用包含两个以上保护间隔的非线性加权。
7.如权利要求1所述的信道内插的方法，其特征在于，更进一步细分h-1和h1，以获得更精确的估计。
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