CN101510864B - 正交频分复用通信装置与方法,无线通信系统与通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种正交频分复用通信装置，包含数字滤波器，用于处理数字信号以产生已处理的数字信号；陷波滤波器，用于根据滤波带宽滤除已处理的数字信号的干扰以产生陷波信号；快速傅立叶变换处理器，用于根据已处理的数字信号对陷波信号执行快速傅立叶变换操作以产生快速傅立叶变换信号；检测元件，用于根据快速傅立叶变换信号产生陷波滤波器的滤波带宽；另外该装置还包含信道估计元件，信道状态信息加权元件，逆映射元件，误差向量幅度检测元件，信道状态信息加权更新元件。本发明能在频域移除无线电信号的干扰，所以无线电信号承载的数据可以被准确无误地译码。

Description

正交频分复用通信装置与方法,无线通信系统与通信方法
技术领域
本发明有关于无线通信系统，正交频分复用(OFDM)通信装置以及用于处理数字信号的干扰的方法。
背景技术
通信系统通常需要处理干扰，因为干扰会影响通信系统的性能。干扰分许多种，其中一种是由其它信号源在相似的频率带宽与信号一同传输的，即为所谓的共信道干扰(co-channel interference)。
作为一种常用的通信技术，OFDM将可用的带宽划分成在频域中相互正交的子载波。每一子载波承载部分数据。若子载波因为时间延迟不能在适当的时间抵达接收器，数据就无法传输至接收器。这种多路径(multi-path)效果被称作符号间干扰，由同步到达而引起子载波混在一起。结果，接收器便不能清楚区分各信号。
在OFDM通信系统的时域中，OFDM通信系统的接收器可与同样的发射器(transmitter)进行同步(synchronization)操作。同步操作有许多步骤，如数据包检测(packet detection)，频率偏移估计(frequency offsetestimation)，采样时间偏移估计(sample timing offset estimation)，符号边界时间决定(symbol boundary timing decision)，等等。当噪声与/或干扰影响了符号边界时间决定就会产生错误结果。在强噪声与/或干扰的情况下，噪声与/或干扰的空间统计特征化(spatial statisticalcharacterization)弱化到使OFDM通信系统无法再储存数据。最佳干扰去除(optimal interference cancellation)不再起作用，OFDM通信系统无法得到噪声与/或干扰的空间特征，便不能正确执行相应处理。于是，同步操作就不准确，而且通信系统的子载波的正交性因为符号边界不对而被破坏，所以，数据不能重现。
因为干扰可以是同步的也可以是异步的，这种复杂度能极大地降低通信系统的效率，特别在OFDM通信系统中调整其中传输的信号的功率电平时。因此，需要降低通信系统中的干扰并且调整在通信系统中传输的信号的功率电平以维持通信系统的子载波的正交性。
发明内容
为了降低OFDM通信中的干扰的技术问题，本发明提供相应的正交频分复用通信装置，正交频分复用通信方法以及无线通信系统与方法。
本发明提供一种正交频分复用通信装置，包含：数字滤波器，用于处理数字信号以产生已处理的数字信号；陷波滤波器，用于根据滤波带宽滤除已处理的数字信号的干扰以产生陷波信号；快速傅立叶变换处理器，用于根据已处理的数字信号对陷波信号执行快速傅立叶变换操作以产生快速傅立叶变换信号；干扰检测元件，用于根据快速傅立叶变换信号产生陷波滤波器的滤波带宽；信道估计元件，用于找到快速傅立叶变换信号中的异常子载波，产生调整信号；信道状态信息加权元件，用于根据调整信号产生第一信道状态信息调整信号；逆映射元件，用于逆映射均衡后的快速傅立叶变换信号产生逆映射快速傅立叶变换信号；误差向量幅度检测元件，用于找到逆映射快速傅立叶变换信号的子载波的异常误差向量幅度，并产生第二信道状态信息调整信号；以及信道状态信息加权更新元件，用于根据第一信道状态信息调整信号与第二信道状态信息调整信号来更新所有子载波的信道状态信息加权因子。
本发明另提供一种正交频分复用通信方法，包含步骤：处理数字信号以产生已处理的数字信号；根据滤波带宽滤除已处理的数字信号的干扰以产生陷波信号；对陷波信号执行快速傅立叶变换操作并根据已处理的数字信号产生快速傅立叶变换信号；根据快速傅立叶变换信号产生陷波滤波器的滤波带宽；找到快速傅立叶变换信号中的异常子载波，产生调整信号；根据调整信号产生第一信道状态信息调整信号；逆映射均衡后的快速傅立叶变换信号产生逆映射快速傅立叶变换信号；找到逆映射快速傅立叶变换信号的子载波的异常误差向量幅度，并产生第二信道状态信息调整信号；以及根据第一信道状态信息调整信号与第二信道状态信息调整信号来更新所有子载波的信道状态信息加权因子。
利用本发明能够滤除通信系统中无线电信号中的干扰，而同时又能维持通信系统的各子载波在时域中的正交性。另外，本发明能在频域移除无线电信号的干扰，所以无线电信号承载的数据可以被准确无误地译码。
附图说明
图1是根据本发明的实施方式显示符合OFDM通信技术的通信系统示意图。
图2显示根据本发明第二实施方式的无线通信系统示意图。
图3显示根据本发明第三实施方式的流程图。
图4是OFDM通信系统移除频域内干扰的流程图。
图5是根据本发明第四实施方式的流程图。
具体实施方式
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来称呼特定的元件。本领域的技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”是开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。此外，“耦接”一词在此是包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表第一装置可直接电气连接于第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接到第二装置。
在本说明书中，“根据”定义为“响应于”或“反应于”。举例来说，“根据信号”意思是“响应于信号”或“对信号反应”，而不一定需要直接的信号接收。
如图1所示，是根据本发明的实施方式显示符合OFDM通信技术的无线通信系统1的示意图，其中OFDM通信技术可以是IEEE 802.11标准或IEEE 802.16标准。无线通信系统1包含射频(RF)接收器11，模拟数字转换器(ADC)13，OFDM通信装置15。OFDM通信装置15包含有限冲激响应滤波器(Finite Impulse Response filter，FIRfilter)105，陷波滤波器(notch filter)107，数据包检测元件109，同步元件111，FFT处理器113，干扰检测元件115，信道估计元件117，信道状态信息加权元件(Channel State Information weighting element，CSIweighting element)119，频域均衡器(Frequency domain EQualizer，FEQ)121，逆映射(demapping)元件123，误差向量幅度(Error VectorMagnitude，EVM)检测元件125，信道状态信息加权更新元件127，以及维特比译码器(Viterbi decoder)129。
当OFDM通信系统1处于空闲时间(idle time)时，OFDM通信系统1可开始寻找干扰的带宽。其中空闲时间是指OFDM通信系统1处于无接收数据包的阶段。射频接收器11获取无线电信号100，其为时域模拟信号，即OFDM符号。模拟数字转换器103将无线电信号100转换为数字信号102。FIR滤波器105滤波数字信号102以产生滤波数字信号104。更具体的，滤波数字信号104是数字信号102的基频(baseband)。陷波滤波器107首先根据陷波滤波器的既定滤波带宽滤除滤波数字信号104的干扰以产生陷波信号106。数据包检测元件109检测陷波信号106是否承载有数据包。在空闲时间中，检测到没有数据包。同步元件111同步陷波信号106以产生同步信号(synchronalsignal)108。在同步操作中有许多动作，例如频率偏移估计(frequencyoffset estimation)，采样时间偏移估计，符号边界时间决定等等。FFT处理器113接着根据同步信号108与滤波数字信号104执行FFT处理，用以产生FFT信号110，其为频域数字信号。
另外，干扰检测元件115分析FFT信号110以找出干扰的带宽，用以产生调整信号(adjustment signal)112。更具体的，干扰检测元件115将FFT信号110的每一子载波的功率与既定阈值比较。若功率大于既定阈值，则判定对应的子载波有干扰。根据比较，干扰检测元件115能定位出干扰的带宽，其记录于调整信号112中。陷波滤波器107根据调整信号112调整滤波带宽。因此，当OFDM通信系统1开始接收数据包时，陷波滤波器107可根据调整信号112在时域内更准确地滤除干扰。
当OFDM通信系统1开始接收数据包时，数据包检测元件109检测到数据包。OFDM通信系统1更能移除频域中的干扰。在FFT信号110产生之后，信道估计元件117找到FFT信号110中的异常(abnormal)子载波，产生信道状态信息调整信号114。更具体的，信道估计元件117提取FFT信号110的长序文(long preamble)以将每一子载波与其它子载波比较，从而决定子载波与其它子载波的差值是否大于另一阈值。若是，则认为子载波的误差向量幅度是不良的。信道状态信息调整信号114承载不良子载波的信息。信道状态信息加权元件119调整不良子载波的信道状态信息加权因子(CSI weighting factors)并根据信道状态信息调整信号114产生第一信道状态信息调整信号116。FEQ 121根据信道状态信息调整信号114均衡FFT信号110以产生均衡FFT信号118。逆映射元件123接收并逆映射均衡FFT信号118以产生逆映射FFT信号120。误差向量幅度检测元件125找到逆映射FFT信号120的子载波的异常误差向量幅度，并产生第二信道状态信息调整信号122。信道状态信息加权更新元件127根据第二信道状态信息调整信号122与第一信道状态信息调整信号116来更新所有子载波的信道状态信息加权因子。最后，维特比译码器129根据更新的加权因子124译码逆映射FFT信号120，其中更新的加权因子124是从信道状态信息加权更新元件127中提取得到。因而，OFDM通信系统1可在频域中更准确地移除干扰。
图2为根据本发明第二实施方式的无线通信系统2的示意图。与第一实施方式不同的是，图1中的陷波滤波器107是由自动增益控制器(auto gain controller)201所取代。自动增益控制器201根据调整信号112调整滤波数字信号104的功率电平以产生处理信号200。换句话说，自动增益控制器201根据调整信号112调整其增益，来调整滤波数字信号104的功率电平。根据如此配置，自动增益控制器201就能够在短时间内调整功率电平。无线通信系统2其余的元件与无线通信系统1的元件相似，因此不再赘述。
本发明的第三实施方式是利用OFDM通信技术的通信方法，OFDM通信技术可以是IEEE 802.11标准或IEEE 802.16标准。更具体的，第三实施方式可应用于第一实施方式中，即第三实施方式可用如第一实施方式的系统实施。图3显示如何在空闲时间的时域内滤除干扰。在步骤301，例如射频接收器11的接收器获取无线电信号，本实施方式中，即为OFDM符号。在步骤303中，检测元件，如数据包检测元件109，判定无线电信号是否承载数据包。若是，回到步骤301。若否，执行步骤305，转换器，例如模拟数字转换器103，将无线电信号转换为数字信号。在步骤307中，陷波滤波器，如陷波滤波器107，根据陷波滤波器的滤波带宽滤除数字信号的干扰来产生陷波信号。在步骤309中，处理器，例如FFT处理器113，对陷波信号执行FFT操作以产生FFT信号。在步骤311中，干扰检测元件，如干扰检测元件115，根据FFT信号判定陷波滤波器107的滤波带宽。据此调整陷波滤波器的滤波带宽。所以，当OFDM通信系统开始接收数据包，陷波滤波器能在时域中更准确地滤除干扰。
当OFDM通信系统开始接收数据包时，OFDM通信系统能够更进一步在频域中移除干扰。图4显示其流程。在步骤401，产生FFT信号，其中FFT信号是按照图3中的步骤产生的。在步骤403中，信道估计元件，如信道估计元件117，找到FFT信号异常的子载波，并产生信道状态信息调整信号。更具体的，信道估计元件提取FFT信号的长序文(long preamble)来比较每一子载波与其他子载波以决定子载波与其他载波的差值是否大于另一阈值。若是，子载波的误差向量幅度被认为是不良的(treated bad)。信道状态信息调整信号承载不良子载波的信息。在步骤405中，信道状态信息加权元件，例如信道状态信息加权元件119，根据信道状态信息调整信号调整不良子载波的信道状态信息加权因子并产生第一信道状态信息调整信号。在步骤407中，频域均衡器，例如FEQ 121，根据信道状态信息调整信号均衡FFT信号来产生均衡FFT信号。
在步骤409中，逆映射元件，例如逆映射元件123，接收并逆映射均衡FFT信号以产生逆映射FFT信号。在步骤411中，误差向量幅度检测元件，例如误差向量幅度检测元件125，找到逆映射FFT信号子载波120的异常的误差向量幅度，用以产生第二信道状态信息调整信号。在步骤413中，信道状态信息加权更新元件，例如信道状态信息加权更新元件127，根据第二信道状态信息调整信号与第一信道状态信息调整信号更新所有子载波的信道状态信息加权因子。最后，在步骤415中，译码器，例如维特比译码器129，根据更新的加权因子译码上述逆映射FFT信号，其中上述更新的加权因子提取自信道状态信息加权更新元件。所以，OFDM通信系统能在频域内更准确地移除干扰。
除了图3与图4中的步骤，第三实施方式能够实施第一实施方式中所述的所有操作与功能。本领域内技术人员通过阅读第一实施方式的描述可直接方便地了解第三实施方式如何操作并实现功能的。因此为简便起见，这些操作与功能就不再赘述。
本发明的第四实施方式显示利用OFDM通信技术的通信方法，OFDM通信技术可以是IEEE 802.11标准或IEEE 802.16标准。更具体的，第四实施方式可应用于第二实施方式中，即第四实施方式可通过第二实施方式的系统实施。如图5所示，第四实施方式包含以下步骤。在步骤501中，接收器，例如射频接收器11，接收无线电信号。在步骤503中，检测元件，例如数据包检测元件109，判定无线电信号是否承载数据包。若是，方法回到步骤501。若否，执行步骤505，其中转换器，如模拟数字转换器103，将无线电信号转换为数字信号。在步骤507中，控制器，例如自动增益控制器201，调整数字信号的功率电平以产生处理信号。在步骤509中，处理器，例如FFT处理器113，对处理信号执行FFT操作以产生FFT信号。在步骤511中，根据FFT信号确定自动增益控制器201的调整因子。按照这样配置，控制器能够在短时间内调整功率电平。第四实施方式的其余步骤与第三实施方式中对应的步骤相似，因此不再赘述。
除了图5中所示的步骤，第四实施方式能够实施所有第二实施方式中所述的操作与功能。本领域内技术人员在阅读了第二实施方式描述的基础上应能直接了解第四实施方式如何实现上述的操作与功能。因此，不再重复相关的操作与功能。
因此，本发明能够滤除OFDM通信系统中无线电信号中的干扰，而同时又能维持OFDM通信系统的各子载波在时域中的正交性。换言之，无线电信号的干扰的带宽会被陷波(notched)，因此减少了OFDM通信系统中的干扰。另外，本发明能在频域移除无线电信号的干扰，所以无线电信号承载的数据可以被准确无误地译码。
本发明虽用较佳实施方式说明如上，然而其并非用来限定本发明的范围，任何本领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，做的任何更动与改变，都在本发明的保护范围内，具体以权利要求界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种正交频分复用通信装置，包含：
数字滤波器，用于处理数字信号以产生已处理的数字信号；
陷波滤波器，用于根据滤波带宽滤除上述已处理的数字信号的干扰以产生陷波信号；
快速傅立叶变换处理器，用于根据上述已处理的数字信号对上述陷波信号执行快速傅立叶变换操作以产生快速傅立叶变换信号；
干扰检测元件，用于根据上述快速傅立叶变换信号产生上述陷波滤波器的上述滤波带宽；
信道估计元件，用于找到上述快速傅立叶变换信号中的异常子载波，产生调整信号；
信道状态信息加权元件，用于根据上述调整信号产生第一信道状态信息调整信号；
逆映射元件，用于逆映射均衡后的上述快速傅立叶变换信号产生逆映射快速傅立叶变换信号；
误差向量幅度检测元件，用于找到上述逆映射快速傅立叶变换信号的子载波的异常误差向量幅度，并产生第二信道状态信息调整信号；以及
信道状态信息加权更新元件，用于根据上述第一信道状态信息调整信号与上述第二信道状态信息调整信号来更新所有子载波的信道状态信息加权因子。
2.如权利要求1所述的正交频分复用通信装置，其特征在于，上述数字滤波器是有限冲激响应滤波器。
3.如权利要求1所述的正交频分复用通信装置，其特征在于，上述陷波滤波器的上述滤波带宽是在空闲时间内被确定。
4.如权利要求3所述的正交频分复用通信装置，其特征在于，上述空闲时间是没有接收数据包的时间段。
5.如权利要求1所述的正交频分复用通信装置，其特征在于，更包含：
译码器，用于在上述逆映射元件执行上述逆映射快速傅立叶变换操作后根据更新的上述信道状态信息加权因子译码上述逆映射快速傅立叶变换信号。
6.如权利要求5所述的正交频分复用通信装置，其特征在于，上述译码器是维特比译码器。
7.一种正交频分复用通信方法，包含步骤：
处理数字信号以产生已处理的数字信号；
根据滤波带宽滤除上述已处理的数字信号的干扰以产生陷波信号；
对上述陷波信号执行快速傅立叶变换操作并根据上述已处理的数字信号产生快速傅立叶变换信号；
根据上述快速傅立叶变换信号产生陷波滤波器的上述滤波带宽；
找到上述快速傅立叶变换信号中的异常子载波，产生调整信号；
根据上述调整信号产生第一信道状态信息调整信号；
逆映射均衡后的上述快速傅立叶变换信号产生逆映射快速傅立叶变换信号；
找到上述逆映射快速傅立叶变换信号的子载波的异常误差向量幅度，并产生第二信道状态信息调整信号；以及
根据上述第一信道状态信息调整信号与上述第二信道状态信息调整信号来更新所有子载波的信道状态信息加权因子。
8.如权利要求7所述的正交频分复用通信方法，其特征在于，上述处理步骤是由有限冲激响应滤波器执行。
9.如权利要求7所述的正交频分复用通信方法，其特征在于，上述滤波步骤所用的上述滤波带宽是在空闲时间确定。
10.如权利要求9所述的正交频分复用通信方法，其特征在于，上述空闲时间是无接收数据包的时间段。
11.如权利要求7所述的正交频分复用通信方法，其特征在于，更包含：
执行上述逆映射快速傅立叶变换操作后根据更新的上述信道状态信息加权因子译码上述逆映射快速傅立叶变换信号。
12.如权利要求11所述的正交频分复用通信方法，其特征在于，上述译码步骤是由维特比译码器执行。
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