CN101682601B - 基于频域插值的多载波信号接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于在衰落信道上接收信号的接收机设备(1)，包括具有滤波器单元(10)、功率比较单元(20)、以及处理单元(21)的频域插值单元(16)。滤波器单元(10)包括作为参考滤波器的第一滤波器元件(11)，以及第二滤波器元件(12)。第一滤波器元件(11)被布置为大频带滤波器。功率比较单元(20)将利用所述第二滤波器元件(12)滤波的信号的功率与利用所述第一滤波器元件(11)滤波的信号的功率相比较。处理单元(21)基于该比较来为滤波器单元(10)的第三滤波器元件(13)确定适当滤波器长度。因此，在由于长回波而接收到的附加功率与附加高斯噪声功率之间进行权衡。将利用第三滤波器元件(13)滤波的信号发送至信号处理单元(22)以进行进一步的信号处理，然后在接收机设备(1)的所述输出(4)处输出。

Description

基于频域插值的多载波信号接收机
技术领域
本发明涉及一种用于在衰落信道上接收信号的接收机设备、一种包括这种接收机设备的无线网络、以及一种传输数据的方法。更具体地，本发明涉及基于例如在DVB-T或DVB-H中使用的如正交频分复用(OFDM)等调制技术的无线网络。
背景技术
EP 0 838 928 A2描述了一种用于接收作为OFDM多载波符号序列在传输信道上传输的数字信号的设备。从而，这种类型的传输信号包括在每个预定OFDM符号组处传输的参考符号。已知的设备包括用于通过将先前接收到的OFDM符号的解调后的基本分量除以在均衡、前向纠错、重新编码和重新映射之后得到的相同的先前传输符号的相应估计，来产生信道传递函数的估计的装置。此外，通过将预定OFDM参考符号的解调后的分量除以在接收机中存储的相同传输符号的相应分量，来得到信道传递函数的初始估计。该已知的设备包括频域滤波器，用于以大于保护间隔的持续时间但小于由于频域中的亚采样而引起的信道冲激响应的周期性重复之间的时间距离的等效“带宽”来对信道传递函数的估计进行滤波。
从EP 0 838 928 A2已知的设备的缺点在于，实现方式复杂，具有通过Viterby解码器到信道估计的非常长的反馈环路。此外，对于具有快速变化的冲激响应的信道而言，接收到的信号质量可能退化。
发明内容
本发明的目的是提供一种接收机设备、无线网络、以及以改进的性能来传输数据的方法，尤其是对具有变化的冲激响应的信道具有改进的适配。
该目的是由权利要求1所限定的接收机设备、由权利要求8所限定的无线网络、以及由权利要求9所限定的方法来实现的。在从属权利要求中提到了本发明的有利改进。
应注意，第一滤波器元件、第二滤波器元件、以及第三滤波器元件不一定要实现为不同的元件。例如，滤波器单元可以提供总体滤波器元件。该总体滤波器元件可以分别执行第一滤波器元件、第二滤波器元件、以及第三滤波器元件的操作。
有利地，功率比较单元将功率比计算为分数值，所述分数值的分子是利用第二滤波器滤波的信号的功率，分母是利用第一滤波器滤波的信号的功率，并且，处理单元基于该功率比来为第三滤波器元件确定适当滤波器长度。这具有的优点是，可以参考相对值来进行适当滤波器长度的确定，所述相对值参考利用第一滤波器滤波的信号的强度来测量利用第二滤波器滤波的信号的强度。
此外，有利地，处理单元改变第二滤波器元件的滤波器长度，使得功率比至少接近100％，以便在接收信号功率对接收信号噪声方面提供良好的接收。在第二滤波器的滤波器长度至多等于第一滤波器的滤波器长度的情况下，功率比至多为100％。在这种情况下，处理单元可以改变第二滤波器元件的滤波器长度，以便实现适当的功率比。
因此，另外的优点是，接收大量的信号功率，同时接收到的噪声的功率相对较小。因此，有利地，使用第二滤波器元件的最短滤波器长度，对于该长度，功率比至少接近100％。
有利地，处理单元改变第二滤波器元件的滤波器长度，以便至少检测信号的长回波，只要该长回波的功率超过特定阈值。这使得可以接收大量可以利用的信号功率。
因此，必须在信号的附加长回波的接收与由于滤波器长度的增加而添加的噪声的附加功率之间进行权衡。因此，有利地，处理单元基于长回波的功率以及由于滤波器长度的增加而添加的噪声(尤其是高斯噪声)的附加功率来确定适当滤波器长度，以便接收长回波。
有利地，第一滤波器元件是大频带滤波器。这具有的优点是可以参考信号功率的总量。
此外，有利地，第一滤波器元件是可以用作参考的窄带滤波器。这具有的优点是，可以参考信号主要部分的功率。因此，可以通过检测长回波的消失来动态降低第三滤波器的滤波器长度，该长度是均衡滤波器的带宽。
通过参考以下描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并得以阐明。
附图说明
根据以下参考附图对本发明优选实施例的描述，本发明将变得易于理解，附图中：
图1示出了根据本发明实施例的无线网络的接收机设备的示意图；以及
图2示出了图1所示的接收机设备的频域插值单元的框图。
具体实施方式
图1示出了无线网络2的接收机设备1。接收机设备1包括输入3和输出4。输入3与天线5连接。无线网络2还包括发送器6和天线7。无线网络2还可以基于采用如正交频分复用(OFDM)之类的调制方案的标准。在这样的标准中，信号包括置于特定频率处的导频信号，所述导频信号允许获得信道的正确估计，以便容易处理移动环境下的回波问题。在DVB-T之类的标准中，一些导频信号仅在一些符号转向其他符号的数据的过程中有效。这些导频信号被布置为分散的导频信号，用于信道估计和均衡。然而，本发明的接收机设备1和无线网络2还可以用于其他情况，尤其是采用其他调制方案的情况。
接收机设备1包括离散傅里叶变换(DFT)单元8、解码器单元9、以及信号处理单元22。解码器单元9包括频域插值单元16，以在频域插值期间采用不同的插值滤波器来测量功率。
为了获得针对每个OFDM符号的每个子载波的信道估计，在时域和频域都对分散的导频信号进行插值。在频域中，抑制最大可能噪声的策略是关于信道冲激响应使用最窄可能的插值滤波器。然而，在移动环境下，滤波器的带宽可能不被选择为大到足以均衡可能突然出现的长回波。
参考图2更详细地描述频域插值单元16。
图2示出了频域插值单元16的示意性框图。频域插值单元16包括输入17，以在DFT之后输入对导频信号位置的估计。频域插值单元16相对于频域，针对每个符号(尤其是数据符号)输出插值后的信道估计。
可以使用高斯噪声模型来描述在从发送器6向接收机设备1传输的过程中添加至信号的噪声。这样的高斯噪声向该信号添加了特定的噪声能量，该噪声能量依赖于接收机设备1的滤波器单元10所使用的滤波器长度。滤波器单元10包括第一滤波器元件11、第二滤波器元件12、以及第三滤波器元件13。在本发明的实施例中，第一滤波器元件11的滤波器长度是固定的或至少在相对长时间内被设定为固定值。此外，第一滤波器元件11的滤波器长度被选择为使得第一滤波器元件11为宽带滤波器。第二滤波器元件12的滤波器长度是可变的。此外，有利地，第二滤波器元件12的滤波器长度小于或至多等于第一滤波器元件11的滤波器长度，这是因为第一滤波器元件11的滤波器长度相对较长。
应注意，第二滤波器元件12的滤波器长度也可以是可变的，使得第一滤波器元件11的固定滤波器长度在第二滤波器元件12的滤波器长度的范围内。在这种情况下，有利地，第一滤波器元件11的滤波器长度不应过长。作为另一备选，可以将第一滤波器元件11的滤波器长度选择为相对较短。然后，该第一滤波器元件11被布置为窄带滤波器。在这种情况下，有利地，第二滤波器元件12的滤波器长度等于或大于第一滤波器元件11的长度。
在下文中，假定第一滤波器元件11被布置为宽带滤波器，第二滤波器元件12的滤波器长度等于或小于第一滤波器元件11的长度。相应地，可以导出其他情况。
尽管陆地信道中可能遭受的巨大干扰，然而高斯噪声通常仍然是最具限制性的噪声之一，影响每个功能限制。由于高斯噪声的作用在均衡过程中尤为关键，一种考虑插值滤波器带宽来降低噪声量的方法仅仅是减小插值滤波器的带宽。这可以提高性能，尤其在没有检测到长回波的情况下。然后，可以使用更窄的带宽，并且该更窄的带宽在噪声抑制方面提供了更好得多的性能。然而，当出现长回波时，相对快速地检测新的长回波的功率是有必要的。否则，当使用具有减小的带宽的滤波器来抑制更多噪声时，均衡器可能无法进行均衡，并且许多均衡的数据将退化。
根据本发明实施例的接收机设备1使得可以快速检测至少新的长回波，使得可以确定适当的滤波器长度来进行信号接收(尤其是均衡)，并将该滤波器长度用作第三滤波器元件13的滤波器长度，所述第三滤波器元件13用于对发送至输出4的信号进行滤波。
滤波器单元10利用滤波器元件11、12、13对来自输入3的信号进行处理。可以根据滤波器单元10的处理速度来并行地或串行地执行该处理。在图1所示的实施例中示出了并行处理。通过功率确定单元14来发送利用第一滤波器元件11滤波的信号，所述功率确定单元14对滤波后信号的功率进行测量。然后，将该功率测量的结果发送至功率比较单元20。还利用第二滤波器元件12对该信号进行滤波，在功率确定单元15中确定该滤波后的信号的功率。功率确定单元15所确定的功率也被发送至功率比较单元20。功率比较单元20将从功率确定单元14接收到的利用第一滤波器元件11滤波的信号的功率与从功率确定单元15接收到的利用第二滤波器元件12滤波的信号的信号功率相比较。例如，功率比较单元20将功率比计算为分数值，该分数值的分子是利用第二滤波器元件滤波的信号的功率，分母是利用第一滤波器元件滤波的信号的功率。功率比较单元20与处理单元21相连接。处理单元21基于功率比较单元20所作的比较，尤其是基于所确定的功率比，来确定第三滤波器元件13的适当滤波器长度。处理单元21还可以改变第二滤波器元件12的滤波器长度，以确定第三滤波器元件13的适当滤波器长度。例如，处理单元21可以改变第二滤波器元件12的滤波器长度，使得功率比较单元20所确定的功率比至少接近100％。
处理单元21还可以改变第二滤波器元件12的滤波器长度，并基于功率比较单元20所确定的功率比来确定接收到的信号的长回波的位置。当长回波的功率超过特定阈值时，处理单元21可以包括这种长回波。
应注意，第三滤波器元件13的适当滤波器长度的选择是当该滤波器长度增加时在接收到的附加信号功率与附加噪声功率之间的权衡。因此，有利地，当功率确定单元14的确定指示需要切换回大频带插值滤波器时，功率比较单元20切换回较大的滤波器长度，以避免使均衡的数据退化。这是保护插值滤波器带宽的减小以抑制高斯噪声的一种可能方式。
如果第一滤波器元件11是大频带滤波器，并且第二滤波器元件12的滤波器长度小于或至多等于第一滤波器元件11的滤波器长度，则功率确定单元14所确定的功率(为利用第一滤波器元件11滤波的信号的功率)始终比功率确定单元15输出的功率大，这是因为其包括更多的高斯噪声。然而，如果功率确定单元15的输出与功率确定单元14的输出之比超过特定的阈值，则表明通过所使用的第二滤波器元件12的窄带滤波器而衰减的该过多量的功率是由于失去均衡的回波引起的。
应注意，使用针对第一滤波器元件11的窄带滤波器作为参考，还可以将接收机设备应用于通过检测长回波的消失来检测动态降低第三滤波器元件13的带宽的可能性。
当在第三滤波器元件13中设置并确定了第三滤波器元件13的适当滤波器长度时，由第三滤波器元件13对接收到的信号进行滤波并将其发送至输出18。
解码器单元9对该信号进行解码并将解码后的信号输出至信号处理单元22以进行进一步的信号处理。在进一步的信号处理之后，在接收机设备1的输出4处输出信号。
尽管公开了本发明的示例实施例，然而对本领域技术人员而言显而易见地，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行各种改变和修改，这些改变和修改将实现本发明的优点中的一些优点。对本发明构思的这种修改应当由所附权利要求所涵盖，在权利要求中不应将参考标记解释为限制本发明的范围。此外，在说明书和所附权利要求中，“包括”的含义不应被理解为排除其他元件或步骤。此外“一”不排除多个，单个处理器或其他单元可以实现权利要求所述的多个装置的功能。

Claims (10)

1.一种用于在衰落信道上接收信号的接收机设备(1)，其中，符号被调制到子载波频率信道上，导频信号被置于所述子载波频率信道中的一些子载波频率信道处，所述接收机设备包括用于在所述子载波频率信道处对所述导频信号进行插值的频域插值单元(16)，所述频域插值单元(16)包括用于在频域对接收到的所述信号进行滤波的滤波器单元(10)、以及功率比较单元(20)，所述滤波器单元(10)包括第一滤波器元件(11)、第二滤波器元件(12)以及至少第三滤波器元件(13)，所述第二滤波器元件(12)的长度相对于所述第一滤波器元件(11)的长度可变，所述功率比较单元(20)将利用所述第二滤波器元件(12)滤波的所述信号的信号功率与利用所述第一滤波器元件(11)滤波的所述信号的信号功率相比较，处理单元(21)基于所述功率比较单元(20)的输出来为所述第三滤波器元件(13)确定适当滤波器长度，所述第三滤波器元件(13)对接收到的所述信号进行滤波，所述第三滤波器元件(13)的滤波器长度被设置成所确定的所述适当滤波器长度。
2.根据权利要求1所述的接收机设备，其特征在于，所述功率比较单元(20)将功率比计算为分数值，所述分数值的分子是利用所述第二滤波器元件(12)滤波的所述信号的所述功率，分母是利用所述第一滤波器元件(11)滤波的所述信号的所述功率，以及所述处理单元(21)基于所述功率比来为所述第三滤波器元件(13)确定所述适当滤波器长度。
3.根据权利要求2所述的接收机设备，其特征在于，所述处理单元(21)改变所述第二滤波器元件(12)的所述滤波器长度，使得所述功率比至少接近100％。
4.根据权利要求3所述的接收机设备，其特征在于，所述处理单元(21)将所述第三滤波器元件(13)的所述适当滤波器长度确定为所述第二滤波器元件(12)的最短滤波器长度，对于所述最短滤波器长度，所述功率比至少接近100％。
5.根据权利要求2所述的接收机设备，其特征在于，所述处理单元(21)改变所述第二滤波器元件(12)的所述滤波器长度，以至少检测所述信号的长回波，所述处理单元(21)确定所述适当滤波器长度，使得当所述长回波的功率超过特定阈值时，所述信号的所述长回波在所述适当滤波器长度之内。
6.根据权利要求5所述的接收机设备，其特征在于，所述处理单元(21)基于所述长回波的所述功率以及由于滤波器长度的增加而添加的高斯噪声的附加功率来确定所述适当滤波器长度，以接收所述长回波。
7.一种无线网络(2)，包括发送器(6)和至少接收机设备(1)，其中，所述发送器(6)在衰减信道上向所述接收机设备(1)发送信号，所述信号包括被调制到子载波频率信道上的传输符号，所述接收机设备(1)是根据权利要求1来布置的。
8.一种从发送器(6)向接收机设备(1)传输数据的方法，其中，符号被调制到子载波频率信道上，导频信号被置于所述子载波频率信道中的一些子载波频率信道处，所述方法包括以下步骤：
在频域利用第一滤波器长度对子载波频率信道的包括导频信号在内的接收信号进行滤波；
在所述频域利用至少第二滤波器长度对所述接收信号进行滤波；
将利用所述第一滤波器长度滤波的所述接收信号的信号功率与利用所述第二滤波器长度滤波的所述接收信号的信号功率相比较；
基于所述比较来确定用于对所述接收信号进行滤波的适当滤波器长度；以及
在所述频域利用所述适当滤波器长度来对所述接收信号进行滤波。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一滤波器长度是宽带滤波器长度。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一滤波器长度是窄带滤波器长度。
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