CN101599973A - 用于多载波系统的新型帧和训练模式结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于多载波系统的新型帧和训练模式结构。本发明涉及用于在传输带宽中基于帧结构在多载波系统中接收信号的接收设备，每个帧包括至少两个在频率方向上彼此相邻的训练模式以及至少两个数据模式，前者各自具有被映射到频率载波上的相同导频信号序列，后者具有被映射到频率载波上的数据，前者中的每个具有相同长度；接收设备包括适合被调谐到并且接收传输带宽的选定部分的接收装置和适合基于所接收到的处于传输带宽的选定部分中的导频信号来执行相关的相关装置，传输带宽的选定部分至少具有训练模式之一的长度并且覆盖待接收的至少一个数据模式。本发明还涉及到对应接收方法以及用于基于帧结构在多载波系统中传输和接收信号的系统和方法。

Description

用于多载波系统的新型帧和训练模式结构
技术领域
本发明针对一种用于多载波(multi-carrier)系统的新型帧和训练模式结构。
背景技术
本发明由此主要是针对(但不限于)广播系统，诸如基于线缆的(cable based)或地面数字广播系统，其中内容数据、信令数据(signalling data)、导频信号等等被映射到多个频率载波上，这些载波随后以给定的全部或完整的传输带宽传输。接收器典型地调谐到出自(out of)完整的传输带宽的部分信道(全部传输带宽的一部分)(有时被称为分段接收(segmented reception))以便仅接收相应接收器所必需或想要的内容数据。例如，在ISDB-T标准中，全部信道带宽由此被分为13个等长度的固定区段(等于频率载波的数量)。
发明内容
本发明的目的因此是提供一种接收设备和方法，以及用于在多载波系统中传输和接收信号的一种系统和方法，这允许灵活地调谐到传输带宽的任何所需部分。
上面的目的是通过根据权利要求1的接收设备来实现的。根据本发明的接收设备适合在传输带宽中基于帧结构在多载波系统中接收信号，每个帧包括至少两个在频率方向上彼此相邻的训练模式(training pattern)以及至少两个数据模式，该至少两个训练模式各自具有被映射到频率载波上的相同导频信号序列，该至少两个数据模式具有被映射到频率载波上的数据，所述至少两个训练模式中的每个训练模式具有相同长度，其中所述接收设备包括接收装置和相关装置，该接收装置适合被调谐到所述传输带宽的选定部分并且接收所述传输带宽的选定部分，所述传输带宽的选定部分至少具有所述训练模式的长度并且覆盖将要接收的至少一个数据模式，该相关装置适合基于所接收到的处于所述传输带宽的所述选定部分中的导频信号来执行相关(correlation)。
上面的目的还通过根据权利要求11的接收方法来实现。本发明的接收方法适合接收在传输带宽中基于帧结构在多载波系统中传输的信号，每个帧包括至少两个在频率方向上彼此相邻的训练模式以及至少两个数据模式，该至少两个训练模式各自具有被映射到频率载波上的相同导频信号序列，该至少两个数据模式具有被映射到频率载波上的数据，所述至少两个训练模式中的每个训练模式具有相同长度，由此该方法包括以下步骤：接收所述传输带宽中的选定部分，所述传输带宽的所述选定部分至少具有合并有将要接收的至少一个数据模式的所述训练模式之一的长度，并且基于接收到的处于所述传输带宽的所述选定部分中的导频信号来执行相关。
上述目的还通过根据权利要求21用于传输和接收信号的系统而实现，该系统包括一种基于帧结构在多载波系统中传输信号的传输设备，每个帧包括至少两个在频率方向上彼此相邻的训练模式以及至少两个数据模式，所述传输设备包括导频映射装置、数据映射装置、变换装置、和传输装置，该导频映射装置适合在帧内的所述至少两个训练模式中的每个训练模式的频率载波上映射相同的导频信号序列，每个训练模式具有相同长度，该数据映射装置适合在帧内的所述至少两个数据模式的频率载波上映射数据，变换装置适合将所述训练模式和所述数据模式从频域变换到时域内以便生成时域传输信号，并且传输装置适合传输所述时域传输信号，所述系统还包括根据本发明适合从所述传输设备接收所述时域传输信号的一种接收设备。
上述目的还通过根据权利要求22用于传输和接收信号的方法而实现，该方法包括一种基于帧结构在多载波系统中传输信号的传输方法，每个帧包括至少两个在频率方向上彼此相邻的训练模式以及至少两个数据模式，所述传输方法包括以下步骤：在帧内的所述至少两个训练模式中的每个训练模式的频率载波上映射相同的导频信号序列，每个训练模式具有相同长度，在帧内的所述至少两个数据模式的频率载波上映射数据，将所述训练模式和所述数据模式从频域变换到时域内以便生成时域传输信号，并且传输所述时域传输信号，所述方法还包括根据本发明适合接收所述时域传输信号的一种接收方法。
本发明因此提出一种多载波系统，其使用在频域以及时域中的一种帧结构或帧模式。在频域中，每个帧包括至少两个同样的训练模式(该训练模式也可以被称为报头模式(preamble pattern))，这些训练模式分别在频率载波上携载同样的导频信号并且分别具有相同的长度(或带宽)。于是在转换到时域内以后，在所产生的时域信号中，每个帧包括相应的报头(或训练)符号以及数据符号。每个帧模式覆盖频率方向上的整个或全部传输带宽，从而使得全部传输带宽因此被相应的同样的训练模式均分。每个帧的数据模式随后在时间上跟随训练模式。接收设备可以自由地并且灵活地调谐到传输带宽的任何想要的部分，只要接收设备能够被调谐到的传输带宽的部分至少具有训练模式之一的长度。据此，接收设备总能够接收整个训练模式的导频信号，从而使得为了提供时间同步，即，为了限定同步点或下一帧的开始，以及/或频偏计算(frequency offset)和/或信道估算，有可能在接收设备中对接收到的导频信号进行相关。
有利地，基于所接收到的处于传输带宽的选定部分中的导频信号来执行自相关。尽管接收器能够被灵活地调谐到传输带宽的任何想要部分，但是由于本发明所提出的新型帧结构，则总是有可能接收整个训练模式的若干导频信号。即便接收器被调谐到的传输带宽的选定部分没有完全地和正确地与(频率方向上)训练模式之一相匹配，接收器在这样的情况下将接收到(按频率(frequency wise))在前训练模式的最后部分以及(按频率)后续训练模式的第一部分。因为每个训练模式是一样的，所以即使没有对所接收的导频信号进行任何重排序(re-order)或其它处理，接收器也能够执行自相关以便获得想要的时间同步而没有任何问题。可替代地，在接收设备已知其(频率维度)与每帧中的训练模式结构的偏移的情况下，则能够以原始的导频信号序列重新编排所接收的导频信号，在该情况下通过将训练模式的储存版本与接收到的处于传输带宽选定部分中的训练模式的接收(重新编排)版本相比较，能够执行互相关。在一些应用中，互相关可能引起与自相关相比甚至更精确的时间同步的确定。
更有利地，在每个帧包括至少两个信令模式(除了训练和数据模式以外)的情况下，由此每个信令模式包括映射到频率载波上的信令数据，本发明的接收器适合从接收到的传输带宽的选定部分重构出原始信令模式。每个信令模式可能由此在频率维度上具有相同长度。例如，帧中的每个信令模式可能由此具有被映射到其频率载波上的同样的信令数据。可替代地，帧中的每个信令模式的信令数据可能包括帧中的信令模式的定位，在该情况下除定位信息以外，帧中的每个信令模式具有被映射到其频率载波上的同样的信令数据，该定位信息至少对于每个帧中的某些信令模式中的每个是不同的。例如，在接收器被调谐到的传输带宽部分不与(频率维度中的)信令模式结构相匹配的情况下，接收器可能已知其与原始信令模式的偏移并且因此能够重新编排所接收的信令信号和使它们达到原始顺序或次序，从而能够正确地辨识出并且进一步使用所有必需的信令数据。可替代地，接收器可能包括对所接收的信令信号执行误差检测和/或校正译码(correctiondecoding)的可能性，以便重构出原始信令模式。据此，所传输的信令模式可能包括另外的误差编码、冗余等，使得即使仅能够接收到一部分信令模式，接收器也能重构出原始信令模式。
有利地，接收器适合被调谐到所述传输带宽的选定部分以及接收所述传输带宽的选定部分，从而能实现在传输带宽的选定部分中对信令模式的优化接收。尤其是如果帧中的数据模式的频率维度结构与信令模式的频率维度结构不匹配时，并且如果接收器中将要接收的传输带宽的选定部分(在频率维度上)大于将要接收的数据模式时，则有可能进行对调谐的优化，从而实现对信令模式的最佳可能的接收，这例如是通过对调谐加以调整从而使得接收到一整个信令模式的最大部分而同时仍接收到完整的想要数据模式而完成的。
一般而言，对接收器进行调谐从而接收到传输带宽的选定部分可能是有利的，这使得待接收的至少一个数据模式相对于传输带宽的选定部分而居中。
更有利地，接收器能够在先前帧的信令模式中接收的信令信息的基础上被调谐以接收所述传输带宽的选定部分。
必须理解到，本发明能够被应用到任何种类的多载波系统，在这些多载波系统中传输设备适合在整个传输带宽中传输数据并且接收设备适合选择接收所述整个传输带宽的仅一部分。对于这些系统的非限制性实例可能是现有的或未来的单向或双向广播系统，诸如有线或无线(例如，基于线缆的、地面的，等等)数字视频广播系统。对于多载波系统的非限制性实例将会是正交频分复用(OFDM)系统，然而，可以使用其中数据、导频信号等被映射到多个频率载波上的任何其它适当的系统。频率载波据此可能是等距的并且分别具有相同长度(带宽)。然而，也可以在其中频率载波是不等距的并且/或者相应地没有具有相同长度的多载波系统中使用本发明。此外，应理解到，本发明不限于任何种类的特定频率范围，该特定频率范围既不在应用于传输侧的全部传输带宽中，也不在接收侧被调谐到的传输带宽的选定部分上。然而，在一些应用中，可能有利的是在接收侧使用接收带宽，即，对于接收器能够被调谐到的传输带宽部分而言的带宽，其对应于现有(数字视频广播或其它)系统的接收设备的带宽。对于接收器带宽的非限制性实例可能是8MHz，即，接收侧可能被调谐到来自全部传输带宽的任何想要的8MHz带宽。据此，全部传输带宽可以是8MHz的倍数，例如8MHz、16MHz、24MHz、32MHz，从而使得全部传输带宽的该分割，即，每个训练模式的长度，可以是8MHz。然而，其它分割是有可能的，例如(但不限于)每个训练模式的长度为6MHz。
一般而言，在用于接收器带宽的8MHz的非限制性实例的情况下，本发明的帧结构中使用的每个训练模式的长度也将会是8MHz(或更少)。
附图说明
与所披露的附图相关在优选实施例的下列说明中更详细地解释本发明，附图中：
图1示出整个传输带宽的示意图，来自于该整个传输带宽的选定部分能够被接收器选择地并且灵活地接收；
图2示出对于全部传输带宽的分割(segmentation)的实例；
图3示出根据本发明的帧结构的示意性时域图示；
图4A示出训练模式的频域实例；
图4B示出图4A的训练模式的时域图示；
图5A示出训练模式的又一实例的频域图示；
图5B示出图5A的训练模式的时域图示；
图6示出根据本发明具有重复训练模式的全部传输带宽的示意性频域图示；
图7示出多载波系统的自相关(auto-correlation)的仿真结果，在该多载波系统中传输带宽等于接收带宽；
图8示出根据本发明对于自相关的仿真结果，其中接收带宽与训练模式相一致；
图9示出根据本发明在接收带宽与训练模式不一致的情况下自相关的仿真结果；
图10示出根据本发明的帧结构或帧模式的示意性实例；
图11示出图10的帧结构的一部分，以及对信令模式的重构的解释；
图12示出接收器滤波器特性的示意性实例；
图13示出根据本发明的模式的帧结构的又一实例；
图14示出根据本发明的帧结构或帧模式的又一实例的一部分；
图15示意性地示出在时间维度上本发明的帧结构的实例；
图16示出根据本发明的传输设备的实例的示意性框图，和；
图17示出根据本发明的接收设备的实例的示意性框图。
具体实施方式
图1示出整个传输带宽1的示意性图示，其中根据本发明的传输设备，正如例如在图16中示意性示出的传输设备54，在根据本发明的多载波系统中传输信号。图1还示意性地示出本发明的接收设备3的框图，该接收设备3适合被调谐到传输带宽1的所选部分2并且选择接收该传输带宽1的所选部分2。据此，接收设备3包括调谐器4以及还包括处理装置5，调谐器4适合被调谐到传输带宽1的需要部分2并且选择接收该传输带宽1的需要部分2，处理装置5对根据相应通信系统接收的信号执行进一步的必要处理，诸如解调、信道译码等。在图17的示意性框图中示出根据本发明的接收设备的较为精细的实例，其示出接收设备63，该接收设备包括接收接口64，该接收接口可以例如是天线、天线模式、有线或基于线缆的接收接口或者适合在相应传输系统或通信系统中接收信号的任何其它适当接口。接收设备63的接收接口64连接到接收装置65，该接收装置65包括调谐装置以及进一步需要的处理元件，调谐装置诸如图1中所示的调谐结构4，进一步需要的处理元件取决于相应的传输或通信系统，诸如适合将所接收的信号降频变换到中频或基带的降频变换(downconversion)装置。
如前所述，通过提供用于多载波系统的特定和新型的帧结构，本发明能实现在接收器中灵活且变化地接收传输带宽1的想要部分2。图2示出全部传输带宽1的示意性图示，在该传输带宽1内本发明的传输设备54适合在不同的区段或部分6、7、8、9和10中传输数据内容，诸如视频数据、音频数据或任何其它种类的数据。例如，传输设备54可以使用部分6、7、8、9和10以传输不同种类的数据、来自不同源的数据、专供不同受体(recipient)使用的数据，等等。部分6和9具有例如最大带宽，即，对应接收设备63能够接收的最大带宽。部分7、8和10具有较小带宽。本发明当前提出将一种帧结构或帧模式应用于整个传输带宽1，由此每个帧包括一定数目的数据模式以及在频率方向上彼此相邻的至少两个训练模式。帧的每个训练模式将具有相同长度和同样的导频信号。换言之，全部传输带宽1被分为用于训练模式的相等部分，由此接收器能够被调谐到的最大带宽，例如在图2中所示用于部分6和9的带宽，必须等于或大于每个训练模式的长度。据此，通过恰当地接收整个训练模式，根据本发明的接收设备63能够正确地同步到传输设备54，并且以灵活且非限制性的方式调谐到想要的数据以及接收该想要的数据。另外，基于这样一种接收的训练模式在接收设备63中有可能进行频偏计算和/或信道估算。进一步明确的是，在传输带宽中各种数据部分的长度不能超过在相应帧中的训练模式的长度(频率载波的数目)，正如将在下面更详细地进一步加以解释的。
图3示出根据本发明的帧11、11′、11″的时域结构的示意性图示。每个帧11、11′、11″包括报头符号(或训练符号)12、12′、12″，一个或更多个信令符号13、13′以及若干数据符号14、14′。据此，在时域中，报头符号或者训练符号在信令符号以前，该信令符号在数据符号以前。每个帧11、11′、11″可能具有多个数据符号，其中每个帧11、11′、11″中的数据符号的数目有所变动的系统是有可能的。在接收设备63中使用报头符号以执行时间同步以及最终附加任务，诸如信道估算(channel estimation)和/或频偏计算。信令符号13、13′包含信令信息，例如接收设备63需要用来对所接收的信号进行译码的所有物理层信息，诸如但不限于L1信令数据。该信令数据可能例如包括数据内容到各种数据模式的分配，即，例如哪种服务、数据流、调制、纠错设置等被定位到哪种频率载波上，从而使得接收设备63能够获得其应会被调谐到整个传输带宽中哪个部分的信息。此外，信令符号可能包含表示出相应数据模式与报头模式或训练模式的偏移(offset)、和/或与信令模式的偏移的信令数据，从而使得接收设备63可能以对训练模式和/或信令模式的接收加以优化的方式来对调谐到传输频率的想要部分进行优化。使用根据本发明的帧结构具有另外的优点，即通过将数据流划分为若干逻辑块，能够在不同的帧之间(from frame toframe)通知帧结构的变化，由此前帧用信号通知接续帧或接续帧之一的已改变的帧结构。例如，帧结构允许对调制参数的无缝(seamless)改变而不引起误差。
图4A、4B、5A和5B示出本发明中可以使用的报头结构的非限制性实施例。然而，必须理解到，也可以使用其它有可能的报头结构。图4A示出一种报头模式或训练模式15的频域表示，在该训练模式中多个频率载波16(在所示的实例中为2048个载波)分别携载一种导频信号。换言之，训练模式15的所有频率载波携载一种导频信号。图4B示出了在变换到时域中以后图4A的训练模式。时域训练符号包括单一重复形式的多个时域样本17(在所示的实例中为2048个样本)。换言之，时域训练符号不具有任何时域样本的重复。图5A示出频域报头模式18的又一非限制性实例，该报头模式1 8包括多个频率载波(在所示的实例中为512个载波)。在所示的实例中，仅每四个子载波携载着一种导频信号19，所有其它子载波20不携载导频信号。在变换到时域内以后，图5B中所示的时域报头符号或训练符号21示出四个重复22，每个重复22具有同样的样本23(相同值和数目)。在所示的实例中，时域训练符号具有2048个时间样本的长度并且每个重复22包括512个样本。一般规则在于，时域中的重复的数目对应于频域中导频信号的重复率(repetition rate)。在频域中的导频信号的距离较高的情况下，时域中的重复的数目增加。时域报头或训练符号的重复有时被称为“缩短的”训练符号。在图5B的实例中，时域符号因而包括四个缩短的训练符号。在一些应用中，为了在时域中获得类似伪噪声(pseudo noise like)的信号模式而使用伪噪声导频信号序列可能是有利的。同样，可以使用一种所谓的CAZAC(constantamplitude zero auto correlation；恒幅零自相关)序列用于导频信号，或者使用产生类似伪噪声的信号模式并且在时域及频域中都具有良好相关性的任何其它适当的序列。这样的序列允许在本发明的接收设备63中实现时间同步。除此之外，在频率维度上满足乃奎斯特(Nyquist)判据的情况下，这样的序列允许在接收设备63中进行可靠的信道估算。此外，这样的序列允许在接收设备63中进行频偏计算和/或信道估算。
如上面所提及的，本发明提出一种频域帧结构或帧模式用于传输设备54的整个传输带宽，其中在整个传输带宽上重复同样的训练模式，即，同样的训练模式在频率方向上彼此紧邻。图6示意性地显现出在整个传输带宽24中同样且相邻的训练模式25、26、27、28的这样一种序列。换言之，将相同的导频信号序列映射到每个训练模式25、26、27、28的频率载波上，从而使得每个训练模式具有相同长度(或带宽)以及相同数目的频率载波(假设频率子载波是等距的并且分别具有相同长度或带宽)。有利地，如图6中所示，全部传输带宽24被均等地划分为分别具有相同长度的训练模式25、26、27、28。训练模式25、26、27和28的长度也对应于本发明的接收设备63为了接收信号所能够被调谐到的最小调谐带宽，以便确保接收设备63总能够接收整个训练模式用于同步(和信道估算、以及/或者频偏计算)。
本发明因此能以非常灵活的方式实现将接收设备63调谐到全部信道宽度24内的任何位置，而同时仍能够通过例如在如图17所示的传输设备63的相关装置67中对所接收的导频信号进行相关而执行可靠的同步。同样，本发明提出将整个传输频率带宽24划分为各自具有一种训练模式的若干相邻子块或区段，该训练模式包含同样的导频信号序列的重复并且因而具有相同长度。每个训练模式的长度因而有利地对应于接收设备63能够被调谐到的带宽。例如，如图17中所示，接收设备63包括接收接口64，诸如天线、有线接收接口等，在接收装置65中将信号接收到该接收接口，该接收装置65包括调谐器。如果接收设备63被调谐到匹配或吻合训练模式之一的一部分传输带宽，则以原始顺序接收导频信号序列。如果接收设备63被调谐到传输带宽的任意部分或者例如在两个训练模式之间，则依然接收到训练模式的所有导频信号，然而，接收不是以原始顺序进行的。然而，由于导频序列的循环特性，仍然存在着非常好的相关性，尤其是在伪噪声序列用于每个训练模式中的导频信号时，并且本发明的接收设备63的相关装置67在执行自相关(即所接收导频信号与它们本身进行的相关)时，仍然给出(deliver)了良好的结果。特定地，在诸如线缆系统这样的有线系统中，因为高的信噪比而期望自相关给出良好的结果。同样，这样的序列使得能在接收设备63中进行频偏计算和/或信道估算。
图7示出在不分割训练模式的情况下对用于多载波系统的64个样本伪噪声序列的仿真结果的实例，即，其中传输带宽与接收带宽一样。相关峰(peak)是清晰可见的。图8示出根据本发明的系统的仿真结果的又一实例，其中整个传输带宽包括同样的训练模式并且接收器被调谐到一部分传输带宽。在图8所示的仿真中，接收器被调谐并且同样地被匹配到第一区段，即整个传输带宽的第一训练模式。换言之，该仿真示出对于在接收器以原始顺序接收训练模式的导频信号的情形下的自相关结果。同样，相关峰是清晰可见的。图9当前示出图8的系统的仿真结果，由此接收器被调谐到介于两个训练模式之间的位置，从而接收器不是以原始顺序接收导频信号，而是接收到在接续的训练模式的第一部分以前的在前训练模式的最后部分。然而，由于导频序列和训练模式的循环特性，仍然有可能获得图9中所示的自相关峰。
在接收设备63已知其调谐位置的情况下，即，已知距帧起始处的偏移、或者距每个训练模式的相应起始处的偏移，则可选地提供的重整装置(rearranging)66可以将所接收导频信号重新编排(rearrange)为原始序列并在与期望训练模式的储存版本相对比的基础上执行互相关(cross-correlation)，以便获得互相关结果。这样的互相关结果将一般具有比自相关结果更高的品质，因为该互相关受噪声影响更少。从而，对于具有低信噪比的系统而言，互相关将会是更好的选择。
图10示出根据本发明的帧结构或帧模式29的频域表示的示意性实例。帧结构29覆盖在频率方向上的整个传输带宽24，并且包括在频率方向上彼此相邻的至少两个训练模式30，每个训练模式在相应的频率载波上携载着同样的导频信号序列并且具有相同长度。在图4中所示的实例中，整个传输带宽24被细分为四个训练模式30，但是任何其它更高或更低数目的训练模式也可能是适当的。在如图16所示的本发明的传输设备54中，导频映射装置55适合将导频信号映射到每个训练模式的频率载波上。有利地，将伪噪声序列或CAZAC序列用于导频信号，但是具有良好伪噪声和/或相关性的任何其它序列也可能是适当的。同样，导频映射装置55可能适合将导频信号映射到训练模式中的每个频率载波上，正如关于图4而解释的。可替代地，导频映射装置55可能适合将导频信号映射到每个第m个频率载波上(m是大于1的自然数)，正如举例而言关于图5而解释的。每个训练模式30的长度或带宽39与接收设备63的调谐器能够被调谐到的带宽38相同。然而，接收设备63的调谐器能够被调谐到的传输带宽部分，可能大于训练模式30的长度。除了用于在接收设备63的相关装置67中执行的相关之外，所接收的导频还能够进一步(当在变换装置68中变换到频域内之后)被用于在信道估算装置69中对帧中的频率载波进行信道估算，该信道估算装置69提供解映射(de-mapping)装置70，其利用必要的信道估算信息以实现对所接收数据信号中的数据进行正确的解映射。同样，所接收的导频能够在接收设备63中用于在图17未示出的对应装置中进行频偏计算。
帧结构或帧模式29还包括在频率方向上彼此相邻的至少两个信令模式31，这些信令模式在时间方向上跟随训练模式30。每个信令模式31具有与相应的在前训练模式30相同的长度和带宽，并且在频率方向上每个信令模式31的起点和终点与相应(按时序)在前训练模式30的起点和终点是一样的，从而使得信令模式31的频率结构与训练模式30的频率结构一样。换言之，信令模式31与训练模式30对齐。如图16所示的本发明的传输设备54包括信令数据映射装置57，该装置57适合将信令数据映射到每个信令模式31的频率载波上。据此，每个信令模式31包括例如信令模式31在帧内的定位。例如，除了帧中各信令模式的定位以外，每个帧中的每个信令模式31具有并且携载同样的信令数据，在帧中的每个信令模式31中该信令模式的定位是不同的。信令数据例如是L1信令数据，其包含着接收设备63用以对所接收的信号进行译码所需的所有物理层信息。然而，任何其它适当的信令数据可能包含在信令模式31中。信令模式31可能例如包括相应数据区段32、33、34、35、36的定位，从而接收设备63已知想要的数据区段被定位于何处，从而接收设备63的调谐器能够调谐到相应位置以便接收想要的数据区段。如图17中所示，在带有调谐器的接收装置65之后的接收设备63，包括用于将所接收的时域信号变换到频域内的变换装置68，然后信令数据(在重构装置71中的可选重构之后)在解映射装置72中进行解映射并且随后在评估装置73中加以评估。评估装置73适合从所接收的信令数据提取必需的和要求的信令信息。如果必要，能够在时间方向上提供紧接着信令模式31的附加的信令模式。
帧结构或帧模式29还包括在频率方向上遍布整个频率带宽24的、并且在时间方向上跟随信令模式31的至少两个数据区段。在紧随着信令模式31所定位到的时隙之后的时隙中，帧结构29示出具有不同长度(即，不同数目的数据被映射到其上的相应频率载波)的若干数据区段32、33、34、35、36和37。帧结构29还包括在后续时隙中的附加的数据区段，由此这些附加的数据模式分别具有与相应在前数据模式相同长度和相同数目的频率载波。例如，数据模式32′、32″和32″′具有与第一数据模式32相同的长度。数据模式33′、33″和33″′具有与数据区段33相同的长度。换言之，附加的数据模式具有与信令模式31之后的第一时隙中的若干数据模式32、33、34、35、36和37相同的频率维度结构。因而，如果接收设备63例如调谐到传输带宽的一部分38以便接收数据模式35，则能够恰当地接收到所有时序上连续(time wise succeeding)的数据模式35′、35″和35″′，它们与数据模式35长度相同。
通过映射各种不同的数据流，例如具有不同种类的数据和/或来自不同源的数据的数据流，正如在图16中由分支-数据1、数据2和数据3所显现的，如本发明所提出的帧结构或帧模式29的灵活且可变的数据模式结构能够例如在如图16所示的本发明的传输设备54中实现。随后用相应的数据映射装置58、58′、58″将相应数据映射到相应数据模式中的频率载波上。如上所述，各种数据模式中的至少一些可能具有不同长度，即，在频率载波分别是等距的并且具有相同带宽的情况下，各种数据模式中的至少一些可能具有数目不同的频率载波。可替代地，在频率方向上的数据模式的数目可能与训练模式的数目相同，其中每个数据模式的长度(或带宽)可能与每个训练模式的长度是一样的，并且它们可能彼此对齐(align)(具有相同的频率方向结构)。可替代地，每个数据模式可能具有相同的长度并且数据模式的数目可能是训练模式的数目的倍数，而同时仍具有相同的频率结构和排列(alignment)。因而例如，2、3、4或更多个数据模式将会与每个训练模式对齐。一般而言，数据模式的长度需要小于或最大等于有效接收器带宽，从而能够在接收设备63中接收该数据模式。此外，传输设备54可能适合动态地改变数据模式结构，例如数据模式的长度和/或数目。可替代地，数据模式的结构可以是固定或是恒定的。
此外，应注意的是，数据模式可以有利地包括被映射到一些频率载波上的导频信号，以便能在接收侧实现精细的信道估算。据此，导频信号可以被分散在若干载波之间且数据依赖于规则的或不规则的模式(the pilot signal could be scattered among the carriers with the datain a regular or an irregular pattern depending)。
在传输设备54中，带有来自导频映射装置55的导频的频率载波，带有来自信令映射装置57的信令数据的频率载波，和带有来自各种数据映射装置58、58′、58″的数据的频率载波随后在帧形成装置59中被组合为根据本发明的帧模式或帧结构29。
一般而言，本发明的帧结构可以是固定或是恒定的，即，全部带宽以及每个帧在时间方向上的延伸可以是固定并且总是相同的。可替代地，帧结构也能够是灵活的，即，全部带宽和/或每个帧在时间方向上的延伸可以是灵活可变的并且根据所需应用而不时地改变。例如，带有数据模式的时隙的数目可以是灵活改变的。据此，信令模式的信令数据的变化可以被通知给接收设备。
在图10中可见，接收设备63所调谐到的部分38，与训练模式30和信令模式31的频率结构不相匹配。然而，如上所解释，由于训练模式30中的导频信号序列的循环性质，接收设备63中的相关装置67仍能够执行自相关(或互相关)。此外，在此情形下如图10所示，接收设备63需要关于部分38相对于帧模式29的频率结构的偏移的信息，以便能够将接收信令载波重新编排为信令模式31的原始信令序列，这是在重构装置(reconstruction)71中实现的。这是由于这样的事实，即信令模式31具有与训练模式30相同的长度和频率结构。
在接收设备63的启动阶段或初始化阶段期间，接收设备63可能调谐到全部传输带宽的任意频率部分。在线缆广播系统的非限制性实施例中，训练模式30可能例如具有8MHz的带宽。因而，在启动阶段，接收设备63能够以原始顺序或重排序顺序来接收整个训练模式30以及以原始顺序或重排序顺序接收源自所接收的训练模式30的整个信令模式31。接收设备63能够在相关装置67中执行相关以便获得时间同步，以及在信道估算装置69中执行信道估算(通常是粗略信道估算)和/或当在变换装置68中将所接收的时域信号变换到频域内之后执行频偏计算。在接收设备63的评估装置73中，对所接收的信令数据进行评估，例如获得所接收的信令模式在帧中的定位，从而接收器能够自由地并且灵活地调谐到相应想要的频率位置，诸如图10中所示的部分38。在新的调谐位置中，该位置通常将不一定与训练模式30和信令模式31的频率结构相匹配，在训练模式30的导频信号基础上，由于它们的循环性质，接收设备63仍能够执行同步、信道估算和频偏计算。然而，为了能够恰当地评估信令模式31的信令数据，所接收的信令信号必须被重排序，该重排序是在如上所述的重构装置71中执行的。图11示出在一种示意性实例中的这种重排序。先前的信令模式的最后部分31′是在后续信令模式的第一部分31″之前被接收的，此后重构装置71将该部分31′置于部分31″之后以便重构出信令数据的原始序列，然后，当在解映射装置72中对来自频率载波的信令数据进行对应的解映射之后在评估装置73中对所记录的信令模式加以评估。应记住的是，每个信令模式31的内容是相同的，从而使得这种重排序是有可能的。
通常，接收设备不提供遍及接收器被调谐到的完整接收带宽上的平坦频率响应。另外，传输系统通常在接收带宽窗(window)的边界(boarder)处面临逐渐增加的衰减。图12示出典型滤波器整形(filtershape)实例的示意性表示。可见的是，滤波器不是矩形的，从而使得例如接收设备仅能够有效地接收7.4MHz带宽而非8MHz带宽。结果是，在信令模式31具有与接收设备63的接收带宽相同的长度和宽度的情况下，接收设备63可能是不能够执行如关于图11所述的对信令数据的重排序，从而使得一些信号丢失并且不能在接收带宽的边界处被接收到。为了克服此问题以及其它问题并且为了确保接收设备63总能够以原始顺序来接收一个完整的信令模式并且不必对所接收的信令信号进行重排序或重新编排，本发明可替代地或补充地提出使用具有的长度与训练模式30相比有所减少的信令模式31a。图13中示出实例，提出使用信令模式31a，其长度正好等于训练模式30长度的一半，但仍然具有与训练模式30相同的频率结构。换言之，半长度信令模式31a中的相应两个(即，成对)与训练模式30中的每一个相匹配并且对齐，如图13中所示。据此，每对信令模式31a将会具有同样的信令数据，包括信令模式31a在相应帧中的定位。然而，关于其它对信令模式，在这些其它对中，由于它们在帧内具有相应的不同定位，因此除了该定位信息以外，信令数据将会是同样的。据此，为了确保能够传输和以前相同数量的信令数据，可能有必要在继信令模式31a以后并且在数据模式32、34、35、36和37以前的时隙中添加附加的半长度信令模式31b。该附加的信令模式31b具有与信令模式31a相同的时间和/或频率布置/排列，但是包括附加的且与包含在信令模式31a中的信令信息不同的信令信息。这样，接收设备63将能够完全地并且以原始顺序接收信令模式31a和31b，从而使得重构或重排序不是必要的。在此情况下，能够忽略掉接收设备63中的重构装置71。如果所有必需的信令数据能够以半长度传输并且附加的信令模式31b不是必需的，则也有可能向一个时隙仅提供半长度信令模式31a。可替代地，可以在信令模式31b以后的后续时隙中使用甚至更多的半长度信令模式。
一般(对于本发明的所有实施例)应当注意到，训练模式、数据模式和/或信令模式的长度(或带宽)可以适应于，例如可以小于或最大等于接收设备63的有效接收带宽，例如，如上所述的接收带通滤波器的输出带宽。
此外，一般应当注意的是，由本发明所说明的帧结构的训练模式、信令模式和/或数据模式可以包括附加的防护频带，即，在各自模式或帧的起点和/或终点处的未使用载波。例如，每个训练模式可以包括在每个模式的起点和终点处的防护频带。可替代地，在一些应用中，如果仅每个帧中的第一训练模式，在图10的实例中即位置39处的训练模式，可以仅在该模式的起点处包括防护频带，并且每个帧中的最后的训练模式可以仅在该模式的终点处包括防护频带，则这可能是有利的。可替代地，在一些应用中，仅每个帧中的第一训练模式，在图10的实例中即位置39处的训练模式，可以在模式的起点处以及终点处包括防护频带，并且每个帧中的最后的训练模式可以在模式的起点处以及终点处包括防护频带。包括在一些或全部训练模式中的防护频带的长度可以例如是小于或最大等于接收设备能够处理的最大频偏。在所提及的用于每个训练模式的8MHz带宽的实例中，防护频带可以例如具有250kHz至500kHz的长度或任何其它适当长度。同样，包括在训练模式中的每个防护频带的长度可以至少是由于关于图12所述的滤波器特性而在接收设备中没有接收到的载波的长度。同样，在信令模式具有防护频带的情况下，包括在训练模式中的每个防护频带的长度可以至少是每个信令模式防护频带的长度。
补充地或可替代地，每个信令模式可以包括在每个模式的起点处和终点处具有未使用载波的防护频带。由此，包括在信令模式中的每个防护频带的长度可以至少是由于关于图12所述的滤波器特性而在接收设备中没有接收到的载波的长度，从而在每个信令模式中的信令数据的长度等于(或可能小于)有效接收器带宽。
补充地或可替代地，每个数据模式可以包括在每个模式的起点处和终点处具有未使用载波的防护频带。据此，如果信令模式包括防护频带，则该数据模式的防护频带的长度可以例如与信令模式的防护频带的长度相同。可替代地，在一些应用中，仅在频率方向上的每帧中的各第一数据模式，在图10和13的实例中即数据模式32、32′、32″、32″′可以仅在数据模式的起点处包括防护频带，并且在频率方向上的每帧中的最后数据模式，在图10和13的实例中即数据模式37、37′、37″、37″′可以在数据模式的终点处包括防护频带。据此，数据载波的防护频带的长度可以与信令模式的防护频带的长度相同(或可以不同)。
可替代地或补充地，为了克服在接收设备63中可能不可接收信令模式31的部分的问题，传输设备54可以可选地包括误差编码(errorcoding)装置56，其适合向被信令映射装置57映射到信令模式的频率载波上的信令数据添加某种类的误差编码、冗余，诸如重复编码等。该附加的误差编码将会使得传输设备54能使用与训练模式30长度相同的信令模式31，如图10所示，因为接收设备63能够例如借助于重构装置71来执行某种类的误差检测和/或校正以便重构原始的信令模式。
为了确保接收设备63对信令模式的甚至更好的接收，本发明还提出对接收设备63的调谐位置加以优化。在图10和13中所示的实例中，通过围绕将要接收的数据模式的频率带宽使部分38居中，接收器被调谐到传输带宽的这一部分38。可替代地，接收设备63可以被调谐，从而通过将部分38设置为使得接收到信令模式31的最大部分而同时仍充分地接收到想要的数据模式，优化了信令模式31的接收。可替代地，本发明提出相应数据模式的长度不应与相应报头模式30和信令模式31的长度相差超过一定的百分比，例如10％。在图14中能够发现对于此解决方案的一个实例。数据模式42、43、44和45之间的边界(在频率方向上)没有与介于报头模式30与信令模式31之间的边界偏离超过一定的百分比，诸如(但不限于)10％。这个微小百分比能够随后在信令模式31中被上述附加的误差编码加以校正。
图15示出根据本发明的帧47的实例的时域表示。在传输设备54中，当在帧形成装置59中生成帧模式或帧结构之后，频域帧模式被变换装置60变换到时域内。图15中现在示出了所产生的时域帧的实例。帧47包括一定数目的缩短的训练符号48，该训练符号48是由导频映射装置55仅将导频信号映射到每个第m个频率载波(m是大于或等于2的自然数)上而产生的，在该训练符号48之后是保护间隔49、信令符号50、又一个保护间隔51以及一定数目的若干数据符号52，该若干数据符号52分别被保护间隔53分开。在存在着相应的两个信令模式31a、31b的情况下，正如关于图13所解释的，帧47将会包括被保护间隔分开的两个信令符号。该保护间隔可以例如是各符号的有用部分的循环延伸。通过将最后的训练符号颠倒(invert)，即，通过将最后的训练符号的阶段(phase)相对于在前训练符号(其具有完全相同的阶段)而颠倒，一般可以增强同步可靠性。例如通过将信号升频转换(up-convert)到想要的传输频率，时域帧随后被转发到传输装置61，该传输装置依据所使用的多载波系统处理该时域信号。传输信号随后经由传输接口62而被传输，该传输接口62可为有线接口或无线接口，诸如天线等。
帧47中的缩短的训练符号48的数目取决于想要的实施方式和使用的传输系统。作为一种非限制性实例，缩短的训练符号48的数目可以是8，这是在相关复杂性和同步可靠性之间的一种良好折衷。
图15还示出可以被组合为超帧(super frame)的帧的相应数目。每个超帧的帧的数目，即，在时间方向上的每个超帧的长度，可以被固定或可以变化。由此，可能有超帧可以被动态地设定达到的最大长度。此外，如果用于超帧中每个帧的信令模式中的信令数据是相同的并且如果信令数据的改变仅逐个超帧地发生，则可以是有利的。换言之，在超帧的每个帧中，调制、译码、数据模式的数目等将会是相同的，但是随后在后续超帧中可以是不同的。例如，在广播系统中的超帧的长度可以较长，因为信令数据可能没有经常变化；而在交互式系统中超帧的长度可以较短，因为可以基于从接收器到传输器的反馈来完成传输和接收参数的优化。
先前已经解释过传输设备54的元件和功能性，在图16中示出该传输设备54的框图。必须理解到，传输设备54的实际实施方式将包含有对相应系统中传输设备进行实际操作所必需的附加元件和功能性。在图16中，仅示出了用于解释和理解本发明所必需的元件和装置。这对于接收设备63而言同样是真实的，在图17中示出该接收设备63的框图。图17仅示出用于理解本发明所必需的元件和功能性。另外的元件对于接收设备63的实际操作而言是必需的。必须还理解到，能够在适合执行由本发明说明和主张的功能性的任何种类的装置、设备、系统等中实现传输设备54以及接收设备63的元件和功能性。
本发明还针对帧结构(以及如上所述的、相对应地合适的传输和接收设备及方法)，其作为上述实施例的备选，具有一定数目(两个或更多个)数据模式，其中至少一个数据模式的长度不同于其它数据模式的长度。这种具有可变长度的数据模式的结构能够与具有同样长度和如上所述内容的训练模式的序列相组合、或者与其中至少一个训练模式的长度和/或内容不同于其它训练模式(即可变的训练模式长度)的训练模式的序列相组合。在这两种情况下，接收设备63将需要一些关于改变的数据模式长度的信息，其可以借助于单独的信令数据信道、或者借助于在如上所述帧结构中所包括的信令数据模式中包括的信令数据来传输。在后一情况下，如果每个帧中的第一训练模式和第一信令模式总是具有相同长度，从而通过接收每个帧或必需帧中的第一训练模式和信令模式使得接收设备总能够获得关于改变的数据模式的信息，则这可为一种有可能的实施方式。当然，其它实施方式可为有可能的。另外，在传输设备54和接收设备63中仍然可适用与训练模式、数据模式和信令模式有关的上述说明的其余部分、以及有可能的实施方式。

Claims (22)

1.一种用于在传输带宽中基于帧结构在多载波系统中接收信号的接收设备(63)，每个帧包括至少两个在频率方向上彼此相邻的训练模式以及至少两个数据模式，该至少两个训练模式各自具有被映射到频率载波上的相同导频信号序列，该至少两个数据模式具有被映射到频率载波上的数据，所述至少两个训练模式中的每个训练模式具有相同长度，所述接收设备(63)包括接收装置(65)和相关装置(67)，该接收装置适合被调谐到所述传输带宽的选定部分并且接收所述传输带宽的选定部分，所述传输带宽的所述选定部分至少具有所述训练模式之一的长度并且覆盖至少一个待接收的数据模式，该相关装置适合基于接收到的处于所述传输带宽的所述选定部分中的导频信号来执行相关。
2.根据权利要求1的接收设备(63)，
其中所述相关装置(67)适合在接收的处于所述传输带宽的所述选定部分中的导频信号的基础上执行自相关。
3.根据权利要求1的接收设备(63)，
其中所述相关装置(67)适合基于接收的处于所述传输带宽的所述选定部分中的训练模式的接收版本与训练模式的储存版本之间的比较来执行互相关。
4.根据权利要求3的接收设备(63)，
包括导频重整装置(66)，该导频重整装置适合在接收装置(65)被调谐到的所述传输带宽的选定部分没有与训练模式结构相匹配的情况下，将所述接收的导频信号重新编排为原始顺序。
5.根据权利要求1的接收设备(63)，
其中每个帧包括至少两个信令模式，每个信令模式包括映射到频率载波上的信令数据，所述接收设备(63)包括重构装置(71)，该重构装置适合对来自所述接收到的所述传输带宽的选定部分的原始信令模式进行重构。
6.根据权利要求5的接收设备(63)，
其中所述重构装置(71)适合在接收装置被调谐到的所述传输带宽的选定部分没有与信令模式结构相匹配的情况下，将所述接收到的信令信号重新编排为原始信令模式。
7.根据权利要求5的接收设备(63)，
其中所述重构装置(71)适合对所述接收的信令信号执行纠错译码，以便重构出原始信令模式。
8.根据权利要求5的接收设备(63)，
其中所述接收装置(65)适合被调谐到所述传输带宽的选定部分以及接收所述传输带宽的选定部分，从而能实现对在所述传输带宽的选定部分中待接收的信令模式的优化接收。
9.根据权利要求1的接收设备(63)，
其中所述接收装置(65)适合被调谐到所述传输带宽的选定部分以及接收所述传输带宽的选定部分，使得所述待接收的至少一个数据模式相对于待接收的所述传输带宽的选定部分而居中。
10.根据权利要求1的接收设备(63)，
其中所述接收装置(65)适合基于在先前帧的信令模式中接收的信令信息而被调谐到所述传输带宽的选定部分并且接收所述传输带宽的选定部分。
11.一种用于接收在传输带宽中基于帧结构在多载波系统中传输的信号的接收方法，每个帧包括至少两个在频率方向上彼此相邻的训练模式以及至少两个数据模式，该至少两个训练模式各自具有被映射到频率载波上的相同导频信号序列，该至少两个数据模式具有被映射到频率载波上的数据，所述至少两个训练模式中的每个训练模式具有相同长度，该方法包括以下步骤：接收所述传输带宽中的选定部分，所述传输带宽的所述选定部分至少具有所述训练模式之一的长度并且覆盖待接收的至少一个数据模式，并且基于接收到的处于所述传输带宽的所述选定部分中的导频信号来执行相关。
12.根据权利要求11的接收方法，
其中在所述相关步骤中，基于接收的处于所述传输带宽的所述选定部分中的导频信号来执行自相关。
13.根据权利要求12的接收方法，
其中在所述相关步骤中，基于接收的处于所述传输带宽的所述选定部分中的训练模式的接收版本与训练模式的储存版本之间的比较来执行互相关。
14.根据权利要求13的接收方法，
包括以下步骤：在所述传输带宽的选定部分不与训练模式结构相匹配的情况下，将所述接收到的导频信号重新编排为原始顺序。
15.根据权利要求11的接收方法，
其中每个帧包括至少两个信令模式，每个信令模式包括被映射到频率载波上的信令数据，该方法还包括对来自所述接收到的所述传输带宽的选定部分的原始信令模式进行重构的步骤。
16.根据权利要求15的接收方法，
其中在所述重构步骤中，在所述传输带宽的选定部分不与信令模式结构相匹配的情况下，所述接收到的信令信号被重新编排为原始信令模式。
17.根据权利要求15的接收方法，
其中在所述重构步骤中，对所述接收的信令信号执行纠错译码，以便重构出原始信令模式。
18.根据权利要求15的接收方法，
其中在所述接收步骤中，接收所述传输带宽的选定部分，从而能实现对在所述传输带宽的选定部分中待接收的信令模式的优化接收。
19.根据权利要求11的接收方法，
其中在所述接收步骤中，接收所述传输带宽的选定部分，使得所述待接收的至少一个数据模式相对于待接收的所述传输带宽的选定部分而居中。
20.根据权利要求11的接收方法，
其中在所述接收步骤中，基于在先前帧的信令模式中接收的信令信息，接收所述传输带宽的选定部分。
21.一种用于传输和接收信号的系统，包括基于帧结构在多载波系统中传输信号的传输设备(54)，每个帧包括至少两个在频率方向上彼此相邻的训练模式以及至少两个数据模式，所述传输设备包括：
导频映射装置(55)，适合在帧内的所述至少两个训练模式中的每个训练模式的频率载波上映射相同的导频信号序列，每个训练模式具有相同长度，
数据映射装置(58，58′，58″)，适合在帧内的所述至少两个数据模式的频率载波上映射数据，
变换装置(60)，适合将所述训练模式和所述数据模式从频域变换到时域内以便生成时域传输信号，和
传输装置(61)，适合传输所述时域传输信号，
所述系统还包括根据权利要求1至10之一的接收设备(63)，该接收设备适合从所述传输设备(54)接收所述时域传输信号。
22.一种用于传输和接收信号的方法，包括基于帧结构在多载波系统中传输信号的传输方法，每个帧包括至少两个在频率方向上彼此相邻的训练模式以及至少两个数据模式，所述传输方法包括以下步骤：
在帧内的所述至少两个训练模式中的每个训练模式的频率载波上映射相同的导频信号序列，每个训练模式具有相同长度，
在帧内的所述至少两个数据模式的频率载波上映射数据，
将所述训练模式和所述数据模式从频域变换到时域内以便生成时域传输信号，以及
传输所述时域传输信号，
所述方法还包括根据权利要求11至20之一的接收方法，该接收方法适合接收所述时域传输信号。
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