CN101729454A - 通道估测器及通道估测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通道估测器及通道估测方法，能降低接收器及通道估测器的硬件成本，更可精确估算出散布导频子通道其它未置入导频讯号时间点的通道响应。该通道估测器包含一计算模块以及一储存模块。该计算模块用以计算一散布导频(scatter pilot)子通道上一未置入导频讯号时间点的通道响应，系根据复数个连续导频(continuous pilot)子通道上复数个第一导频讯号的通道响应以及该散布导频子通道上复数个第二导频讯号的通道响应运算所得。该储存模块用以储存该等第一导频讯号的通道响应以及该等第二导频讯号的信道响应。

Description

通道估测器及通道估测方法

技术领域

本发明涉及一种通道估测器(channel estimator)及通道估测方法，尤指一种用于正交分频多任务(Orthogonal Frequency Division Multiplexing；OFDM)系统的通道估测器及通道估测方法。

背景技术

近年来，由于科技发展日新月异，从计算机化、网络化，一直到现在的数字化，科技的改变使得各个产业的运作方式跟着产生变化，当然也包括媒体产业「数字化」亦成为当今社会演进与企业经营最重要的课题。而数字电视(Digital Television；DTV)更是消费性电子的热门话题，其不仅将是下一波信息家电的发展重点，同时也是因特网进入客厅的重要网关。

而一般的数字电视广播采用数字视讯广播(Digital Video Broadcasting；DVB)组织制订的数字视讯广播(Digital Video Broadcasting；DVB)讯号来进行各种电视讯号的传输。数字视讯广播其核心架构为正交分频多任务(Orthogonal Frequency Division Multiplexing；OFDM)的调变系统，以进行无线讯号的传输。

在OFDM系统裡，资料在发送端被调变至讯号中，并于通道中传输，例如QPSK、QAM、PSK等传输方式。OFDM系统可以支持大量的资料传输，有较高的频宽使用弹性，但OFDM系统并非无瑕疵，尤其在无线的传输上会造成时间偏移(timing offset)、相位偏移(phase offset)以及频率偏移(frequencyoffset)，这些问题对于接收端在接收讯号时会有很大的影响，受到这些影响，OFDM系统效能将会明显地降低。而在真实的环境中，OFDM系统的通道会随环境及时间而改变，而讯号经过无线通道传输到接收端时，讯号会因为通道环境的变化或干扰而使得接收端收到的讯号与发送端不同，产生失真的现象，接收端为了使失真的讯号可以正确还原，必须将通道所产生的影响估测出来，才可以正确地还原讯号，也就是必须进行通道估测(channel estimation)，方可对发送端所传输的讯号进行较精准的还原。而一般通道估测的方式利用导频讯号(pilot signal)来做通道估测，即是在发送端于特定的频率子通道上置入一些导频(pilot)讯号，然后接收端即可利用这些已知的导频讯号来进行对该特定频率的子通道计算其通道响应。

图1所示为一般具有导频讯号的数字视讯广播讯号的频率响应对时间的关系示意图(仅表示部分子通道及时间)，其中水平轴f表示不同频率的子通道，垂直轴t表示不同时间点，频率f子通道的时间点t的通道频率响应表示成H(频率f，时间t)，接收时间t顺序为由负至正，例如时间点t＝-1接收的讯号早于时间点t＝1接收的讯号，又早于时间点t＝4接收的讯号。导频讯号由发送端传送数字视讯广播讯号时置入至特定频率子通道中，而导频讯号种类至少包括一连续导频讯号(Continuous Pilot；CP)，及一散布导频讯号(Scatter Pilot；SP)。其中连续导频讯号(Continuous Pilot；CP)即于一特定频率的子通道(或称连续导频子通道)中的所有时间点皆置入导频讯号，例如在坐标轴f＝-3及f＝27中所有时间点皆置入导频讯号；而散布导频讯号(Scatter Pilot；SP)则是在一特定频率的子通道(或称散布导频子通道)中，每间隔复数个时间点置入导频讯号，例如在坐标轴f＝0时，仅于t＝-4，0，4…等时间点置入导频讯号，即坐标轴(-4，0)、(0，0)、(4，0)…处或f＝3时，仅于t＝-5，-1，3…等时间点置入导频讯号，即坐标轴(-5，3)、(-1，3)、(3，3)…处。而发送端及接收端则根据数字视讯广播标准的规定发送及接收这些连续导频讯号及散布导频讯号。如此，接收端即可藉由这些连续导频讯号以及散布导频讯号来判断数字视讯广播讯号传输经过通道后失真的状况，然为更提高讯号还原的精准度，通常还会利用估测的方式计算数字视讯广播讯号在该些散布导频子通道中其它未置入导频讯号的通道频率响应。

传统估测该些散布导频子通道中其它未置入导频讯号的通道频率响应的方式，采用固定参数对称式的估测方式，要储存较多的讯号数据(symbol)，而需要大量的内存，导致而增加成本，且采固定参数的估测方法亦会使通道估测的精准度下降，直接影响接收器效能。

因此，本发明提出一种新的通道估测器及其估测方式可以降低内存使用量，且可以大幅提升通道估测器的效能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种通道估测器及通道估测方法，能降低接收器及通道估测器的硬件成本，更可精确估算出散布导频子通道其它未置入导频讯号时间点的通道响应。

为了解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种通道估测器。该通道估测器包含一储存模块以及一计算模块。该储存模块，用以至少储存复数个连续导频子通道(continuous pilotsub-channels)上复数个第一导频讯号的通道响应以及一散布导频子通道(scatter pilot sub-channel)上复数个第二导频讯号的通道响应。该计算模块，根据该等第一导频讯号的通道响应以及该等第二导频讯号的通道响应，计算该散布导频子通道上一未置入导频讯号时间点的通道响应。该等第二导频讯号的通道响应包含相对于该散布导频子通道上一未置入导频讯号时间点之前与之后时间点的通道响应，且在该之前时间点的通道响应的数目不少于在该之后时间点的通道响应的数目。

本发明提供一种通道估测方法。该通道估测方法包含下列步骤：储存复数个连续导频子通道(continuous pilot sub-channels)上复数个第一导频讯号的通道响应以及一散布导频子通道(scatter pilot sub-channel)上复数个第二导频讯号的通道响应；根据该等第一导频讯号的通道响应计算复数个参数；以及根据该等第二导频讯号的通道响应以及该等参数计算一待测子通道的通道响应；其中，该待测通道与该等第二导频讯号所处的子通道为同一子通道。

本发明采用的通道估测器及通道估测方法，可使用新的通道估测方法的通道估测器来进行以OFDM调变的数字视讯广播讯号的通道估测，并降低通道估测器所需储存的导频讯号的通道响应以及所需的运算量，进而降低通道估测器的硬件成本。且本发明通道估测器所使用的参数为动态估测，更可精确估算出散布导频子通道其它未置入导频讯号时间点的通道响应。

附图说明

图1为习知通道频率对时间的关系示意图；

图2为本发明的接收器示意图；

图3为本发明的通道频率响应对时间的关系示意图；

图4为本发明的通道估测器示意图；以及

图5为本发明的通道估测方法的流程图。

【主要组件符号说明】

2：接收器                    20：无线讯号

21：同步器                   22：同步讯号

23：通道估测器               24：已知导频讯号

25：均衡器                   26：其它子通道的通道响应

27：译码器                   28：等化讯号

230：连续导频讯号的通道响应  231：计算模块

232：散布导频讯号的通道响应  233：储存模块

234：参数

235：导频讯号通道响应计算模块

2311：第一计算单元           2313：第二计算单元

具体实施方式

本发明的系统架构如图2所示，为一种接收器2，其包含一同步器21、一通道估测器23、一均衡器25及一译码器27。同步器21用以接收一无线讯号20，并将同步后的同步讯号《此处用同步讯号很怪，应该是经过同步处理后的讯号》22送至均衡器25及通道估测器23。接收器2可接收包含数字视讯广播(Digital Video Broadcasting；DVB)组织制订的数字电视地面广播(DigitalVideo Broadcasting-Terrestrial；DVB-T)讯号、数字电视卫星广播(DigitalVideo Broadcasting-Satellite；DVB-S)讯号、数字电视有线广播(DigitalVideo Broadcasting-Cable；DVB-C)讯号等标准；或由先进电视系统委员会(Advanced Television System Committee；ATSC)制订的数字电视标准；亦或其它标准组织所制订的相关数字电视标准。

图3所示为同步讯号22的频率响应对时间的关系示意图(仅撷取部分)，其水平轴f表示不同频率的子通道以及垂直轴t表示不同时间点，特定频率f子通道的特定时间点t的通道频率响应表示成H(频率f，时间t)。而同步讯号22中有复数个导频讯号，更详细说明，该等导频讯号包含第一导频讯号，可为一连续导频讯号例如频率f＝-3或f＝27子通道中所有时间点，皆为导频讯号，可以由通道估测器23计算获得该些子通道的频率响应H(-3，t)或H(27，t)；及第二导频讯号，可为散布导频讯号，例如频率f＝0子通道的t＝-4，t＝0，t＝4时间点，亦为导频讯号，可以由通道估测器23计算获得该子通道t＝-4，t＝0，t＝4时间点的频道响应H(0，-4)、H(0，0)、H(0，4)。

本发明通道估测器23主要用以估测散布导频子通道其它未包含导频讯号时间点的通道响应。首先，接收同步讯号22，并依据该同步讯号22中接收导频讯号时间点的讯号，及接收器已知导频讯号24来计算同步讯号22中各导频讯号的通道响应。

在获得同步讯号22中各导频讯号通道响应之后，续行估测导频子通道其它时间点的通道响应26。均衡器25则接收通道估测器23所计算所得的子通道的通道响应26，并藉其对于同步讯号22进行处理，产生一等化讯号28。最后，译码器27接收等化讯号28并处理之，以产生去除传输通道影响的数字电视讯号。

图4所示为通道估测器23详细组成，包含一计算模块231、一储存模块233及一导频讯号通道响应计算模块235。计算模块231则更包含一第一计算单元2311及一第二计算单元2313。其中，导频讯号通道响应计算模块235用于接收同步讯号22，并根据已知导频讯号24计算出同步讯号22中连续导频讯号通道响应230及同步讯号22中散布导频讯号通道响应232，并将这些导频讯号通道响应230，232储存于储存模块233。而第一计算单元2311用于依据储存模块233中连续导频讯号通道响应230来计算出估测导频子通道其它时间点通道响应所需要的参数234。最后，第二计算单元2313用于依据储存模块233中散布导频讯号通道响应232，及参数234计算出同步讯号22中其它子通道的通道响应26。

以下以一特定导频子通道特定时间点的通道响应计算为例，更进一步说明本发明通道估测的运算方法。由前段所述可得知通道估测器23的导频讯号通道响应计算模块235可根据同步讯号22及已知导频讯号24计算出连续导频讯号通道响应230，例如频率f＝-3或f＝27子通道中所有时间点皆为导频讯号，可以计算出该些子通道的频率响应H(-3，t)或H(27，t)，及散布导频讯号通道响应232，例如频率f＝0子通道的t＝-4，t＝0，t＝4时间点亦为导频讯号，可以计算出该子通道t＝-4，t＝0，t＝4时间点的频道响应H(0，-4)、H(0，0)、H(0，4)。基于该些导频讯号的通道响应运算关系式如下：

$H(f,t)=\frac{y(f,t)}{x(f,t)}$

其中，H(f，t)代表频率f子通道在时间点t的通道响应；y(f，t)代表频率f子通道在时间点t的接收讯号22；x(f，t)代表频率f子通道在时间点t时的已知导频讯号24。

而该些散布导频子通道的其它时间点的通道响应则必须以估测的方式来计算，例如频率f＝0的子通道在时间点t＝1，2，3的频率响应H(0，1)、H(0，2)、H(0，3)或频率f＝3的子通道在时间点t＝1，2，3的频率响应H(3，1)、H(3，2)、H(3，3)。举例说明，当通道估测器23欲估测频率f＝9导频子通道的时间点t＝0的通道响应(该时间点未置入导频讯号，无法直接使用该导频讯号通道响应计算模块235计算得出)，以通道估测器23的第二计算单元2313根据下列关系式决定：

H(9，0)＝c(9，1)*H(9，1)+c(9，-3)*H(9，-3)+c(9，-7)*H(9，-7)+c(9，-11)*H(9，-11)

其中，H(9，0)代表频率f＝9导频子通道的时间点t＝0的通道响应(待测通道响应)，为本发明通道估测器所欲产出的估测结果；H(9，1)、H(9，-3)、H(9，-7)、H(9，-11)等四个通道响应分别为该频率f＝9导频子通道时间点t＝1，-3，-7，-9的通道响应(该些时间点均置入导频讯号)，可由导频讯号通道响应计算模块235计算得之；而c(9，1)、c(9，-3)、c(9，-7)、c(9，-11)等四个参数则分别为估测该频率f＝9导频子通道的时间点t＝0的通道响应所对应需要的参数，由通道估测器23中的第二计算单元2313所计算得之，运算方法于后段详述。由前述关系式可得知频率f＝9导频子通道的时间点t＝0的通道响应H(9，0)，需使用该频率f＝9导频子通道的部分散布导频讯号的通道响应，例如H(9，1)、H(9，-3)、H(9，-7)、H(9，-11)，该些散布导频讯号于时间点t＝0之前与之后时间点被接收，且于时间点t＝0之前接收的导频讯号数目不少于在时间点t＝0之后接收的导频讯号数目，且不限于本实施例中的四个导频讯号的通道响应。

另c(9，1)、c(9，-3)、c(9，-7)、c(9，-11)等对应于H(9，1)、H(9，-3)、H(9，-7)、H(9，-11)的参数值可表示成下列关系式：

h＝HC

其中，h、H及C分别表示成下列关系式：

$c=\left[\begin{array}{c}c(9,2)\\ c(9,-3)\\ c(9,-7)\\ c(9,11)\end{array}\right]$ $h=\left[\begin{array}{c}H(C{P}_1,0)\\ H({\mathrm{CP}}_2,0)\\ \·\\ \·\\ \·\\ H({\mathrm{CP}}_n,0)\end{array}\right]$

$H=\left[\begin{array}{cccc}H(C{P}_1,1)& H({\mathrm{CP}}_1,-3)& H({\mathrm{CP}}_1,-7)& H({\mathrm{CP}}_1,-11)\\ H({\mathrm{CP}}_2,1)& H({\mathrm{CP}}_2,-3)& H({\mathrm{CP}}_2,-7)& H({\mathrm{CP}}_2,-11)\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ H({\mathrm{CP}}_n,1)& H({\mathrm{CP}}_n,-3)& H(C{P}_n,-7)& H({\mathrm{CP}}_n,-11)\end{array}\right]$

其中，频率f＝CP1至频率f＝CPn为n个不同频率的连续导频子通道；H(CP1，0)至H(CPn，0)代表时间点t＝0(欲估测通道响应H(9，0)的时间点)的n个连续导频子通道的通道响应；H(CP1，1)至H(CPn，1)代表时间点t＝1(对应至H(9，1)散布导频讯号的时间点)的n个连续导频子通道的通道响应，其余H(CP1，-3)至H(CPn，-3)、H(CP1，-7)至H(CPn，-7)、H(CP1，-11)至H(CPn，-11)的意义依此类推。

而本发明通道估测器23的第一计算单元2311采用下列关系式以最小平方法决定上述参数值：

C＝C_LS＝(H^*H)^-1H^**h

其中，＊代表共扼转置(conjugate transpose)；()^-1代表反矩阵(inverse)。经由上述关系式可得到c(9，1)、c(9，-3)、c(9，-7)、c(9，-11)等参数值。

最后，第二计算单元2313即可根据导频讯号通道响应计算模块235计算所得的H(9，1)、H(9，-3)、H(9，-7)、H(9，-11)，以及第一计算单元2311计算所得的c(9，1)、c(9，-3)、c(9，-7)、c(9，-11)，得出频率f＝9导频子通道的时间点t＝0的通道响应(待测通道响应)H(9，0)。

本发明通道估测器23以相同的运算方式将所有散布导频子通道(例如：频率f＝3，6，9…散布导频子通道)中所有未置入导频讯号时间点的通道响应计算出来。

本发明亦提供一种通道估测方法，此通道估测方法应用于上述的通道估测器23。

更详细来说，通道估测方法藉由一应用程控通道估测器23的各模块来实现，其对应流程则如图5所示。

首先，执行步骤501，接收一数字视讯广播讯号，并依据已知连续导频讯号及已知散布导频讯号，计算并储存复数个连续导频讯号及复数个散布导频讯号的通道响应。接着，执行步骤503，根据该等连续导频讯号的通道响应以最小平方法计算复数个参数。最后，执行步骤505，根据该等散布导频讯号的通道响应以及前述该等参数计算散布导频子通道其它未置入导频讯号时间点的通道响应。

除了上述步骤，本发明的通道估测方法亦能执行通道估测器23所描述的操作及功能，所属技术领域具有通常知识者可直接了解通道估测方法如何基于上述通道估测器23以执行此等操作及功能，故不赘述。

根据上述说明，本发明使用新的通道估测方法的通道估测器来进行数字视讯广播讯号的通道估测，可减少接收器储存讯号数据(symbol)数量，而渐少内存的需求量，进而降低接收器及通道估测器的硬件成本。且本发明通道估测器所使用的参数为动态估测，更可精确估算出散布导频子通道其它未置入导频讯号时间点的通道响应。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施情形，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利范围应以权利要求为准。

Claims (14)

1.一种通道估测器，其特征在于，它包含：

一储存模块，用以至少储存复数个连续导频子通道上复数个第一导频讯号的通道响应以及一散布导频子通道上复数个第二导频讯号的通道响应；以及

一计算模块，根据该等第一导频讯号的通道响应以及该等第二导频讯号的通道响应，计算该散布导频子通道上一未置入导频讯号时间点的通道响应。

2.如权利要求1所述的通道估测器，其特征在于，其中该计算模块包含：

一第一计算单元，根据该等第一导频讯号的通道响应计算复数个参数；以及

一第二计算单元，根据该等第二导频讯号的通道响应以及该等参数计算该散布导频子通道上一未置入导频讯号时间点的通道响应。

3.如权利要求1所述的通道估测器，其特征在于，更包括：

一导频讯号通道响应计算模块，根据接收的数字电视讯号计算该等第一导频讯号的通道响应及该等第二导频讯号的通道响应。

4.如权利要求2所述的通道估测器，其特征在于，其中该等参数根据该等第一导频讯号的通道响应以最小平方法被计算的。

5.如权利要求1所述的通道估测器，其特征在于，其中该等第二导频讯号的通道响应包含相对于该散布导频子通道上一未置入导频讯号时间点之前与之后时间点的通道响应。

6.如权利要求1所述的通道估测器，其特征在于，其中该等第二导频讯号的通道响应包含相对于该散布导频子通道上一未置入导频讯号时间点之前与之后时间点的通道响应，且在该之前时间点的通道响应的数目不少于在该之后时间点的通道响应的数目。

7.一种通道估测器，其特征在于，它包含：

一储存模块，用以至少储存一散布导频子通道上的复数个第二导频讯号的通道响应运算；以及

一计算模块，根据该等第二导频讯号的通道响应运算以及复数个参数，用以计算一散布导频子通道上一未置入导频讯号时间点的通道响应计算所得；

其中，该等第二导频讯号的通道响应包含相对于该散布导频子通道上一未置入导频讯号时间点之前与之后时间点的通道响应，且在该之前时间点的通道响应的数目不少于在该之后时间点的通道响应的数目。

8.如权利要求7所述的通道估测器，其特征在于，其中该等参数由根据复数个连续导频子通道上复数个第一导频讯号的通道响应计算所得。

9.如权利要求7所述的通道估测器，其特征在于，更包括：

一导频讯号通道响应计算模块，根据接收的数字电视讯号计算该等第一导频讯号的通道响应及该等第二导频讯号的通道响应。

10.一种通道估测方法，其特征在于，它包含下列步骤：

储存复数个连续导频子通道上复数个第一导频讯号的通道响应以及一散布导频子通道上复数个第二导频讯号的通道响应；

根据该等第一导频讯号的通道响应计算复数个参数；以及

根据该等第二导频讯号的通道响应以及该等参数计算一待测子通道的通道响应；

其中，该待测通道与该等第二导频讯号所处的子通道为同一子通道。

11.如权利要求10所述的通道估测方法，其特征在于，其中该等第一导频讯号载于复数个连续导频子通道上，该第二导频讯号载于一散布导频子通道上。

12.如权利要求10所述的通道估测方法，其特征在于，其中根据该等第一导频讯号的通道响应计算复数个参数的步骤更包含下列步骤：

以最小平方法计算该等参数。

13.如权利要求10所述的通道估测方法，其特征在于，其中该等第二导频讯号的通道响应包含相对于该待测子通道的通道响应时间点之前与之后时间点的通道响应。

14.如权利要求13所述的通道估测方法，其特征在于，其中该等第二导频讯号的通道响应包含相对于该待测子通道的通道响应时间点之前与之后时间点的通道响应，且在该之前时间点的通道响应的数目不少于在该之后时间点的通道响应数目。

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