CN101483631A - 正交频分复用发射机以及正交频分复用接收装置 - Google Patents

Abstract

提供一种正交频分复用发射机以及正交频分复用接收装置。该正交频分复用发射机包括：FEC编码单元，用于编码数据以校正发送过程中在接收机中发现的错误；IDFT单元，用于将频域中的编码数据变换成时域中的正交频分复用符号；同步信息插入单元，用于将PN序列插入到所述OFDM符号中而组成OFDM信号帧；脉冲成形滤波单元，用于对插入了所述PN序列的OFDM信号帧进行脉冲成形滤波；以及射频上变换单元，用于将从脉冲成形滤波单元输出的OFDM信号帧进行上变换，形成射频信号，其中，按着服务模式所述同步信息插入单元组成的OFDM信号帧的长度是可变的。

Description

正交频分复用发射机以及正交频分复用接收装置

本申请是申请日为2002年10月31日、申请号为02147960.7、发明名称为“正交频分复用发射机和使用其的正交频分复用发射方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及正交频分复用(OFDM)发射机及其发射方法，更具体地，涉及一种通过将作为OFDM数据的同步信息的伪噪声(PN)序列插入到其中已插入保护间隔(GI)的OFDM数据中来执行时域同步(TDS)发射的OFDM发射机及其发射方法。

背景技术

通常，高清晰度电视(HD电视)广播系统能够大致分为图像编码单元和调制单元。图像编码单元将从高清晰度图像源输入的大约1Gbps的数字数据压缩成15-18Mbps的数据。调制单元通过6-8MHz的受限频带通道将几十Mbps的数字数据发射到接受端。数字HD电视广播使用地面广播系统，其中地面广播系统使用为电视广播目的而分配的甚高频/超高频(VHF/UHF)。

在欧洲，将能够获得每个带宽上的发射速度提高并且防止了干扰的两种效果的数字调制系统的正交频分复用(OFDM)系统用做HD电视地面广播系统。

OFDM技术是一种将预定块单元中的顺序输入的符号行转换成并行符号，并将该并行符号多路复用到不同的子载波频率的技术。这种OFDM技术使用多载波，并与使用单载波的现有技术显著不同。多载波在各载波之间具有正交性。“正交性”是指两个载波的乘积为零(0)的属性，并且正交性是使用多载波的必要条件。OFDM技术是通过快速傅立叶变换(FFT)和快速傅立叶逆变换(IFFT)而实现的，并且通过子载波之间的正交性和IFFT的定义，可容易地实现。

使用OFDM技术的优点如下：

由于电视地面发射系统具有下述通道特性，即发射质量取决于在信号发射过程中产生的反射波以及在相同通道和相邻通道中的干扰，所以发射系统设计的条件是非常复杂的。但是OFDM对于多径来说是能力很强的。换言之，由于使用多个载波，符号发射时间可以延长。因此，OFDM对由OFDM通过多径发射的信号所造成的干扰变得相对不敏感，因此OFDM具有较少的由长回声(echo)信号造成的信号失真。此外，OFDM对现有信号是能力强的，并由此受到来自相同通道的较少的干扰的影响。

由于这些特性，可以建立单频网(SFN)。如果使用SFN，则能够有效地利用受限的频率资源。

同时，OFDM信号由多载波构成，并且每一个载波具有非常窄的带宽。因此，由于OFDM对于每一个载波具有不同的调制方法，所以分级(hierarchical)发射是可能的。

通常，使用时域同步(TDS)的OFDM发射机对在频域上形成的OFDM信号进行变换，提供一沿着时域的预定频带分配的服务。在沿时域形成OFDM信号之前，OFDM发射机将用于抑制干扰的保护间隔(GI)插入在信号的符号之间，将同步信息插入在GI之前，然后将其发射。

图1是在OFDM信号发射期间根据TDS类型的OFDM信号的帧的结构。

OFDM信号的帧具有插入在OFDM符号中的GI和PN序列。OFDM数据是用于在接收机中执行的实质再现的信息。分配GI用于抑制在所发射的OFDM信号的符号之间的干扰。PN序列是当流化(stream)OFDM信号时为每一个OFDM信号建立的同步信息。PN序列用于估计频率偏移和时间偏移，并用于估计OFDM接收机中的OFDM信号通道。

同时，由传统的OFDM发射机发射的OFDM信号的每一个帧(F1，F2，F3)是和插入到该OFDM符号(OFDM1、OFDM2、OFDM3)中的每一个对应的GI(GI1、GI2、GI3)和PN序列(PN1、PN2、PN3)一起被发射的。因此，该OFDM信号是仅和OFDM信号帧中的OFDM符号中的有效数据一起发射的。因此，如果在每个插入了GI的OFDM符号中插入PN序列，并串行地发射PN序列，则问题是由于每一个帧都包括PN序列使得实质数据的发射率下降。

如果OFDM信号与每一个其中插入了GI的OFDM符号中的PN序列一起发射，则在差的移动接收环境和低信噪比(S/N)通道环境中，OFDM信号的发射和再现能够平滑地执行。但是，问题是如果在每一个其中插入了GI的OFDM符号中插入PN序列，则PN序列域变宽，并由此使实质数据的发射速度降低。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供一种OFDM发射机及使用该OFDM发射机的OFDM发射方法，其中能够根据与发射OFDM信号的服务模式相关的所要求的发射速度和发射通道条件，在OFDM信号中插入数量可变的PN序列。

根据本发明，其目的可以通过执行时域同步(TDS)的OFDM发射机来实现，其通过将保护间隔(GI)和伪噪声(PN)序列插入到OFDM信号中来实现的，其中，OFDM发射机包括：

FEC编码单元，用于编码数据以校正发送过程中在接收机中出现的错误；

IDFT单元，用于将频域中的编码数据变换成时域中的OFDM符号；

GI插入单元，用于将抑制OFDM符号之间的干扰的GI插入到从IDFT单元中输出的OFDM符号中；

PN序列分配单元，用于接收服务模式信息，并根据所接收的服务模式，分配每个PN序列的在其中插入了GI的OFDM信号的数量；

同步信息插入单元，用于将PN序列插入到每一分配数量的其中插入了GI的OFDM符号中；

脉冲成形滤波器，用于对具有分配数量的其中插入了GI的OFDM信号的插入了PN序列的OFDM符号进行脉冲成形滤波；以及

射频上变换单元，用于将从脉冲成形滤波器输出的OFDM符号进行上变换，形成射频信号。

服务模式包括数字电视广播模式、移动通信模式、移动消息服务模式。因此，最好PN序列分配单元根据数字电视广播模式、移动通信模式、移动消息服务模式来对每个PN序列分配其中插入了GI的OFDM符号的数量。

最好，PN序列分配单元对每一个PN序列，分配其中插入了GI的OFDM符号的数量，该数量可在1至6中选择。因此，当服务模式是数字广播模式时，PN序列分配单元对每一个PN序列，分配其中插入了GI的OFDM符号的数量可在1至6中选择。在该服务模式中，PN序列插入单元在所分配数量的插入了GI的每组OFDM符号中插入一个PN序列。

此外，当服务模式是移动通信模式时，PN序列分配单元对每一个PN序列，分配其中插入了GI的OFDM符号的数量可在1至4中选择。当服务模式是移动消息模式时，PN序列分配单元对每一个PN序列，分配其中插入了GI的OFDM符号的数量在1至2中选择。

同时根据本发明，其目的是通过使用OFDM发射机执行OFDM信号的TDS发射的OFDM发射方法来实现的，该方法包括步骤：

对输入数据进行FEC编码以校正发送过程中在接收机中出现的错误；

将频域中的编码数据IDFT变换成时域中的OFDM符号；

将抑制OFDM符号之间的干扰的GI插入到IDFT变换步骤的结果所输出的OFDM符号中；

分配每个PN序列的其中插入了GI的OFDM符号的数量；

将PN序列插入到每一分配数量的其中插入了GI的OFDM符号中；

对具有分配数量的其中插入了GI的OFDM信号的插入了PN序列的OFDM符号进行脉冲成形滤波；以及

对经脉冲成形滤波之后的OFDM符号进行上变换，形成射频信号。

其中，插入PN序列的步骤还包括步骤：

接收与OFDM符号的服务模式相对应的信息；

根据服务模式，为每一个PN序列分配一定数量的其中插入了GI的OFDM信号；

将PN序列插入到每一组所分配数量的其中插入了GI的OFDM信号中。

服务模式包括数字电视广播模式、移动通信模式、移动消息服务模式。因此，在分配步骤中，在数字电视广播模式、移动通信模式和移动消息服务模式的序列中，对每一个PN序列所分配的其中插入了GI的OFDM信号的数量是小的。最好，在分配步骤中，对将每一个PN序列所分配的其中插入了GI的OFDM符号的数量对应1至6中的一个。

根据本发明，就对应于将被发射的OFDM信号的服务模式、所要求的发射速度和通道条件来说，构造了OFDM信号的最佳帧格式，并且通过根据对应于将被发射的OFDM信号的服务模式、所要求的发射速度和通道条件，在OFDM信号中插入数量可变的PN序列来提供最佳帧格式。

附图说明

通过参考附图对本发明的优选实施例进行的描述，本发明的上述目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是表示在发射基于TDS类型的OFDM信号时的OFDM信号的帧结构的图；

图2是表示根据本发明的OFDM发射机的优选实施例的方框图；

图3是表示从图2的同步信息插入单元输出的OFDM信号帧的图；

图4是使用根据本发明的OFDM发射机的OFDM发射方法的优选实施例的流程图；以及

图5是表示图4的PN插入步骤的详细流程图。

具体实施方式

下文，将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例。

图2是表示根据本发明的OFDM发射机的优选实施例的方框图。

OFDM发射机具有向前纠错(FEC)编码单元100、离散傅立叶逆变换(IDFT)单元200、保护间隔(GI)插入单元300、同步信息插入单元400、脉冲-成形滤波器600和RF上变换单元700。

FEC编码单元100对输入数据进行编码以校正在发射过程中出现的错误。IDFT单元200将频域中的编码数据变换成时域中的OFDM符号。GI插入单元300将抑制干扰的GI插入在被在IDFT单元200中执行IDFT的OFDM符号之间。

同步信息插入单元400将PN序列插入到具有在GI插入单元300中插入的GI的OFDM信号中。PN序列包括用于估计在OFDM接收机中接收的OFDM信号的通道以及同步信息。当再现在OFDM接收机中接收的OFDM符号时，PN序列也可以用于符号定时同步以及发射通道的估计和均衡。

本实施例的同步信息插入单元400根据其中插入了GI的OFDM符号的服务模式，在其中插入了GI的OFDM符号中插入分配可变数量的PN序列。

PN序列分配单元540接收与将被发送的OFDM信号的服务模式有关的信息，并根据该服务模式对每个将被插入的PN序列分配一定数量的其中插入了GI的OFDM符号。OFDM信号服务模式的类型包括数字电视广播模式、移动通信模式、移动消息服务模式等。

因此，同步信息插入单元400根据PN序列分配单元540提供的分配结果，将一个PN序列插入在每组分配了数量的其中插入了GI的OFDM信号。

从同步信息插入单元400输出的其中包括GI而没有插入PN序列的OFDM符号以及其中包括GI而插入了PN序列的OFDM符号都被以脉冲波输出。

脉冲成形滤波器600对与从同步信息插入单元400输出的其中包括GI而没有插入PN序列的OFDM符号以及其中包括GI而插入了PN序列的OFDM符号相对应的脉冲波进行脉冲成形滤波。RF上变换单元700对在脉冲成形滤波器600进行脉冲成形滤波的OFDM符号进行射频上变换。在RF上变换单元700中经过射频上变换的OFDM符号被从天线800发出，经发送通道发送到OFDM发射机。

因此，对于与将被发射的OFDM信号的服务模式相对应的、所要求的发射速度和通道条件，构成了OFDM信号的最佳帧格式，并通过根据对应于将被发射的OFDM信号的服务模式的、所要求的发射速度和通道条件，将可变数量的PN序列插入到OFDM信号中来提供该最佳帧格式。

同时，当根据在PN序列分配单元540中接收的服务模式，对每个PN序列分配已插入GI的OFDM符号的数量时，PN序列分配单元540在数字电视广播模式、移动通信模式和移动消息服务模式的序列中分配的PN序列的数量是小的。最好是，PN序列分配单元540对每个可分配的PN序列，所分配的其中插入了GI的OFDM信号的数量为1至6中的一个。

根据本实施例，当服务模式是数字电视广播模式时，PN序列分配单元540对每个将被插入的PN序列，所分配的其中插入了GI的OFDM信号的数量最好为1至6中的一个。此外，当服务模式是移动通信模式时，PN序列分配单元540对每个将被插入的PN序列，所分配的其中插入了GI的OFDM信号的数量最好变1至4中的一个。而且，当服务模式是移动消息服务模式时，PN序列分配单元540对每个将被插入的PN序列，所分配的其中插入了GI的OFDM信号的数量最好为1至2中的一个。

因此，同步信息插入单元400将PN序列插入在其数量是在PN序列分配单元540中分配的、其中插入了GI的每组OFDM信号中。

对于每个具有在同步信息插入单元400中对分配数量的其中插入了GI的OFDM符号插入PN序列的OFDM信号来说，脉冲-成形滤波器600对与其对应的脉冲波进行脉冲-成形滤波。RF上变换单元700对在脉冲-成形滤波器600中进行脉冲-成形滤波的、对于每个分配数量的其中插入了GI的OFDM符号插入PN序列的OFDM信号进行放大，以便通过发射通道发射。

因此，关于对应于服务模式的、所要求的发射速度和通道条件来说，能够构造最佳OFDM帧，并通过根据在PN序列分配单元540中接收的OFDM信号的服务模式，对于每个将被插入的PN序列，分配其中插入了GI的OFDM符号的数量，以及通过将PN序列插入在每组分配数量的OFDM符号中来提供该最佳OFDM帧。

图3是表示在图2中的同步信息插入单元400中输出的OFDM帧的图。该图示出了：根据在PN序列分配单元540中接收的服务模式，PN序列分配单元540对每一个将被插入的PN序列分配数量为“n”的其中插入了GI的OFDM符号，并且同步信息插入单元400将该PN序列插入在与所分配的数量为n的GI(GI1，GI2，...，GIn)的数量n相对应的数量为n的OFDM符号中(OFDM1，OFDM2，...，OFDMn)。即如果服务模式是数字电视广播服务模式，n可以等于1，2，3，4，5或6；如果服务模式是移动通信模式，n可以等于1，2，3或4；以及如果服务模式是移动消息服务模式，n可以等于1或2。

因此，通过根据服务模式将PN序列插入在所分配数量的OFDM符号中，能够在相同的时间发射相对较多的有效数据。而且，由于该OFDM符号是和在每组所分配数量的OFDM符号中插入的PN序列一起发射的，所以被发射的OFDM符号的发射速度加快了。

图4是表示使用根据本发明的OFDM发射机的OFDM发射方法的优选实施例的流程图。

首先，FEC编码单元100编码输入数据，以校正在发射期间出现的错误(S100)。IDFT单元200对频域中的编码数据执行离散傅立叶逆变换，以将其变换成时域中的OFDM信号(S120)。GI插入单元300将用于抑制干扰的保护间隔(GI)插入在执行了IDFT的OFDM符号之间(S140)。

根据本发明，同步信息插入单元400对每个可变地分配的其中插入了GI的OFDM符号，插入PN序列并产生相应的脉冲波(S160)。脉冲-成形滤波器对与从同步信息插入单元400输出的GI相对应的脉冲波和具有插入其中的、可变的PN序列的OFDM信号进行脉冲-成形滤波(S180)。RF上变换单元700对在脉冲-成形滤波器600中进行脉冲-成形滤波的OFDM信号进行射频上变换(S200)。

因此，对于与将被发射的OFDM信号的服务模式相对应的、所要求的发射速度和通道条件，能够构成OFDM信号的最佳帧格式，并通过根据与将被发射的OFDM信号的服务模式相对应的、所要求的发射速度和通道条件，将数量可变的PN序列插入到OFDM信号中来提供最佳帧格式。

图5是表示在图4的PN插入步骤的详细流程图。

PN序列分配单元540接收关于OFDM信号的服务模式的信息(S162)。OFDM信号服务模式的类型包括数字电视广播模式、移动通信模式、移动消息服务模式等。

根据服务模式，PN序列分配单元540对每个将被插入的PN序列，分配其中插入了GI的OFDM符号的数量(S164)。因此，根据PN序列分配单元540产生的分配结果，同步信息插入单元400对每组所分配数量的、其中插入了GI的OFDM信号插入一个PN序列(S166)。

因此，对于与服务模式相对应的、所要求的发射速度和通道条件，能够构成最佳帧格式，并通过根据所接收的OFDM信号的服务模式，对每个将被插入的PN序列，分配其中插入了GI的OFDM符号的数量，并在每组所分配数量的OFDM符号中插入该PN序列，来提供最佳帧格式。

尽管已经详细地描述了本发明的优选实施例，本领域技术人员将理解本发明应不限于所述的优选实施例。在由所附的权利要求限定的本发明的实质和范围内，能够产生各种改变和修改。

Claims (9)

1、一种正交频分复用发射机，包括：

向前纠错编码单元，用于编码数据以校正发送过程中在接收机中发现的错误；

离散傅立叶逆变换单元，用于将频域中的编码数据变换成时域中的正交频分复用符号；

同步信息插入单元，用于将伪噪声序列插入到所述正交频分复用符号中而组成正交频分复用信号帧；

脉冲成形滤波单元，用于对插入了所述伪噪声序列的正交频分复用信号帧进行脉冲成形滤波；以及

射频上变换单元，用于将从脉冲成形滤波单元输出的正交频分复用信号帧进行上变换，形成射频信号，

其中，按着服务模式所述同步信息插入单元组成的正交频分复用信号帧的长度是可变的。

2、如权利要求1所述的正交频分复用发射机，其特征是：所述同步信息插入单元根据服务模式在所述正交频分复用信号帧中插入数量可变的伪噪声序列。

3、如权利要求1所述的正交频分复用发射机，其特征是：所述同步信息插入单元在根据服务模式分配了数量可变的正交频分复用符号的所述正交频分复用信号帧中插入所述伪噪声序列。

4、如权利要求1至3中任何一项所述的正交频分复用发送机，其特征是：所述服务模式包括数字电视广播模式、移动通信模式、移动信息服务模式中的至少一种。

5、一种正交频分复用接收装置，包括：

同步单元，用于接收广播信号，并输出频率偏移和定时偏移被补偿的信号；

快速傅立叶变换单元，将从同步单元输出的信号变换为频域信号，并输出变换的信号；

向前纠错单元，用于对所述变换后的信号进行纠错解码，

其中，由正交频分复用接收装置接收到的所述广播信号具有包括PN序列信息的正交频分复用信号帧，所述正交频分复用信号帧具有与所述接收到的广播信号的服务模式相应的可变长度。

6、一种正交频分复用接收装置，包括：

信道估计单元，利用接收到的广播信号中的伪噪声序列来执行信道估计；

快速傅立叶变换单元，将从信道估计单元输出的信号变换为频域信号，并输出变换的信号；

向前纠错单元，用于对所述变换后的信号进行纠错解码，

其中，由正交频分复用接收装置接收到的所述广播信号具有包括伪噪声序列信息的正交频分复用信号帧，所述正交频分复用信号帧具有与所述接收到的广播信号的服务模式相应的可变长度。

7、一种正交频分复用接收装置，包括：

均衡单元，利用接收到的广播信号中的伪噪声序列来执行均衡；

快速傅立叶变换单元，将从均衡单元输出的信号变换为频域信号，并输出变换的信号；

向前纠错单元，用于对所述变换后的信号进行纠错解码，

其中，由正交频分复用接收装置接收到的所述广播信号具有包括伪噪声序列信息的正交频分复用信号帧，所述正交频分复用信号帧具有与所述接收到的广播信号的服务模式相应的可变长度。

8、如权利要求5至7中任何一项所述的接收装置，其特征是：所述正交频分复用信号帧的伪噪声序列根据服务模式是数量可变的。

9、如权利要求5至7中任何一项所述的接收装置，其特征是：所述正交频分复用信号帧根据服务模式包括数量可变的正交频分复用符号。

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