CN101729476B - 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，可加强数字视讯广播讯号传播时通道估测的精准度。该信道估测器包含一储存模块以及一计算模块。该储存模块储存一第一讯号信道响应、一第二讯号信道响应及一第三讯号信道响应。该计算模块根据与该第一讯号信道响应不同频率相同时间及与该至少一第二讯号信道响应不同频率相同时间的至少一第一通道响应计算至少一第一参数，并根据该第一讯号信道响应、该第二讯号信道响应及该第一参数计算一第三讯号暂存信道响应，最后根据该第三讯号信道响应、该第三讯号暂存信道响应及一第二参数计算一第三讯号更新信道响应。

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(channel estimator)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系统里，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來，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(pilot channel estimation)，即是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來进行对该特定频率的子通道计算其通道响应。

图1A所示为一般接收端的系统架构如，其包含一同步器11、一通道估测器13、一均衡器15及一译码器17。同步器11用以接收一无线讯号10，并经同步处理成同步讯号12。同步讯号12为符合数字视讯广播(Digital VideoBroadcasting；DVB)组织制订的数字电视地面广播(Digital VideoBroadcasting-Terrestrial；DVB-T)讯号、数字电视卫星广播(Digital VideoBroadcasting-Satellite；DVB-S)讯号或数字电视有线广播(Digital VideoBroadcasting-Cable；DVB-C)讯号等标准；或由先进电视系统委员会(AdvancedTelevision 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。

通道估测器13用以接收同步讯号12，并根据已知的导频讯号14来进行同步讯号12中各导频讯号通道响应的计算与估测。均衡器15则接收通道估测器13估测所得的通道响应16，并藉其对于同步讯号12进行处理，产生一等化讯号18，该等化讯号即视为传送端所传送的讯号。最后，译码器17接收等化讯号18并处理之，以产生可供播放的数字电视讯号。

藉由前段所述的一连串的运算，即可正确地还原发送端所传送同步讯号12，还原过程所需的通道响应依据导频讯号的通道响应。

图1B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(0，-4)、(0，0)、(0，4)…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(3，-5)、(3，-1)、(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的通道频率响应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，通常还会估测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。最后，根据上述连续导频子通道的通道响应及散布导频子通道的通道响应，计算其它未置入导频讯号子通道的通道响应，此时，OFDM通讯系统的所有子通道响应皆可得知。然大部分通道响应经由运算而估测出来的，因此通道响应仍存在误差，尤其在接收端快速移动的状况下，常发生因通道估测不够精确，导致讯号还原错误的现象。

因此，本发明提出一种新的通道估测器的估测方式来解决上述缺点。

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，可加强数字视讯广播讯号传播时通道估测的精准度。

为了解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种双重估测的通道估测器(channel estimator)，包含：一第一通道估测器，用以接收同步讯号，并根据已知导频讯号及该同步讯号，计算所有子通道各时间点的第一通道响应；一第一均衡器，用以接收该同步讯号，并根据该所有子通道各时间点的第一通道响应及该同步讯号，计算所有子通道各时间点的第一等化讯号；一第二通道估测器，用以接收该同步讯号，并根据该所有子通道各时间点的第一等化讯号，计算所有子通道各时间点的第二通道响应；以及一计算模块，根据该所有子通道各时间点的第一通道响应及该所有子通道各时间点的第二通道响应，计算所有子通道各时间点的第三通道响应。

本发明提供一种双重估测的通道估测方法，包含下列步骤：根据同步讯号及已知导频讯号，产生所有子通道各时间点的第一通道响应；根据该数字视讯讯号及该所有子通道各时间点的第一通道响应，产生所有子通道各时间点的第一等化讯号；

根据该数字视讯讯号及该所有子通道各时间点的第一等化讯号，产生所有子通道各时间点的第二通道响应；以及根据该所有子通道各时间点的第一通道响应及该所有子通道各时间点的第二通道响应，产生所有子通道各时间点的第三通道响应。

本发明采用的通道估测器及通道估测方法，可于第一次数字视讯广播的通道估测完成之后，更进一步地进行数字视讯广播中子通道的估测计算，从而加强数字视讯广播讯号传播时通道估测的精准度，尤其在接收端快速移动的场景情况满足OFDM系统对于通道响应精准度的需求。

附图说明

图1A、图1B为一般接收器架构的示意图；

图2为本发明的接收器架构示意图；

图3为本发明的各子通道频率响应对时间的关系示意图；

图4为本发明的第二通道估测器示意图；

图5为本发明的通道估测方法的流程图；以及

图6为本发明的第二通道响应估测方法的流程图。

【主要组件符号说明】

2：接收器               21：解调器

23：第一通道估测器      25：第一均衡器

27：第二通道估测器      29：计算模块

31：第二均衡器          200：无线讯号

202：同步讯号           204：已知导频讯号

206：第一通道响应       208：第一等化讯号

210：第二通道响应       212：第三通道响应

271：第一计算单元       273：储存模块

275：第二计算单元       277：第三计算单元

具体实施方式

图2所示为本发明的系统架构示意图，为一OFDM讯号接收器2，其包含一同步器21、一第一通道估测器23、一第一均衡器25、一第二通道估测器27、一第一计算模块29及一第二均衡器31。本发明主要采用双重通道响应估测的方法，以获得较高精确度的通道响应。同步器21用以接收一无线讯号200，并进行同步处理成一同步讯号202。同步讯号202可以为数字视讯广播(DigitalVideo Broadcasting；DVB)组织制订的数字电视地面广播(Digital VideoBroadcasting-Terrestrial；DVB-T)讯号、数字电视卫星广播(Digital VideoBroadcasting-Satellite；DVB-S)讯号、数字电视有线广播(Digital VideoBroadcasting-Cable；DVB-C)讯号等标准；或由先进电视系统委员会(AdvancedTelevision 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。

第一通道估测器23用以接收经同步处理后的同步讯号202，并根据已知的导频讯号204来进行同步讯号202中各导频讯号子通道的通道响应的运算及估测，亦将其它未置入导频讯号的子通道的通道响应计算得之。第一均衡器25则接收第一通道估测器23估测所得所有子通道的第一通道响应206，并藉其对于同步讯号202进行处理，在所有通道响应估测无误的情况下，可正确还原出传送端送出的数字视讯讯号，即为图2中的第一等化讯号208，前述的讯号处理皆为该所述技术领域，所通知的技术，详细技术不予赘述。第二通道估测器27依据第一均衡器25进行讯号等化处理，初步去除通道造成的失真现象，产生的第一等化讯号208，用以重新估测所有子通道的各时间点的通道响应，产生第二通道响应210。而第一计算模块29根据第一通道响应206及第二通道响应210进行运算，产生第三通道响应212。第二均衡器31根据第三通道响应还原同步讯号202，并输出至译码器用以还原成传送端送出的数字视讯广播讯号。

图3所示为各子通道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)。其中，子通道可区分成连续导频子通道，例如坐标轴f＝-3及f＝27的子通道；散布导频子通道，例如坐标轴f＝0、f＝3及f＝6的子通道；及其它未置入导频讯号的子通道，例如坐标轴f＝1、f＝2及f＝4的子通道。

图4所示为第二通道估测器27的细部设计如，包含一第一计算单元271、一储存单元273、一第二计算单元275及一第三计算单元277。第一计算单元271接收同步器21送出的同步讯号202及第一均衡器25送出的第一等化讯号208，用以计算第四通道响应2080，并储存于储存单元273。第二计算单元275根据第四通道响应中的复数个连续导频子通道的通道响应，计算出复数个参数。第三计算单元277用于计算第二通道响应210，根据对应的第四通道响应2080及对应的参数计算所得之。以下将藉由图3所绘示的子通道频率响应对时间的关系示意图，更进一步说明计算第二通道响应的运算过程。以更新频率f＝8子通道时间点t＝0的通道响应H″(8，0)为例，第三计算单元277根据下列关系式决定第二通道响应H″(8，0)210：

$H\′\′\left(\mathrm{8,0}\right)=c\left(\mathrm{8,2}\right)\hat{H}\left(\mathrm{8,2}\right)+c\left(\mathrm{8,1}\right)\hat{H}\left(\mathrm{8,1}\right)+c(8,-1)\hat{H}(8,-1)+c(8,-2)\hat{H}(8,-2)$

其中 $\hat{H}\left(\mathrm{8,2}\right),\hat{H}\left(\mathrm{8,1}\right),\hat{H}(8,-1),\hat{H}(8,-1)$ 为第四通道响应2080，为第一计算单元271接收同步器21送出的同步讯号202及第一均衡器25送出的第一等化讯号208，根据下述关系式计算所得之：

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

为频率f子通道在时间点t的第四通道响应2080

y(f，t)为频率f子通道在时间点t的同步讯号202

x(f，t)为频率f子通道在时间点t时的第一等化讯号208

而c(8，2)，c(8，1)，c(8，-1)，c(8，-1)等参数分别对应 $\hat{H}\left(\mathrm{8,2}\right),\hat{H}\left(\mathrm{8,1}\right),\hat{H}(8,-1),\hat{H}(8,-1)$ 可由第二计算单元275下列关系式计算得之：

$h=\hat{H}C$

其中

$c=\left[\begin{array}{c}c\left(\mathrm{8,2}\right)\\ c\left(\mathrm{8,1}\right)\\ c(8,-1)\\ c\left(\mathrm{8,2}\right)\end{array}\right]$      $h=\left[\begin{array}{c}\hat{H}({\mathrm{CP}}_1,0)\\ \hat{H}({\mathrm{CP}}_2,0)\\ \·\\ \·\\ \·\\ \hat{H}({\mathrm{CP}}_n,0)\end{array}\right]$

$\hat{H}=\left[\begin{array}{cccc}\hat{H}({\mathrm{CP}}_1,2)& \hat{H}({\mathrm{CP}}_1,1)& \hat{H}({\mathrm{CP}}_1,-1)& \hat{H}({\mathrm{CP}}_1,-2)\\ \hat{H}({\mathrm{CP}}_2,2)& \hat{H}({\mathrm{CP}}_2,1)& \hat{H}({\mathrm{CP}}_2,-1)& \hat{H}({\mathrm{CP}}_2,-2)\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ \hat{H}({\mathrm{CP}}_n,2)& \hat{H}({\mathrm{CP}}_n,1)& \hat{H}({\mathrm{CP}}_n,-1)& \hat{H}({\mathrm{CP}}_n,-2)\end{array}\right]$

频率f＝CP1至频率f＝CPn为n个不同频率的连续导频子通道；

至代表时间点t＝0(欲估测通道响应H″(8，0)的时间点)的n个连续导频子通道的通道响应；

至

代表时间点t＝2的n个连续导频子通道的通道响应，其余

至

至

至

的意义依此类推。

而本发明第二通道估测器27的第二计算单元275采用下列关系式以最小平方法决定上述参数值：

$C=C_{\mathrm{LS}}={\left({\hat{H}}^{*}\hat{H}\right)}^{-1}{\hat{H}}^{*}*h$   其中^＊共扼转置(conjugate transpose)

                        -1为反矩阵(inverse)

经由上述关系式可得到c(8，2)，c(8，1)，c(8，-1)，c(8，-1)等参数值。

最后，计算模块29根据下列关系式决定第三通道响应H′′′(8，0)：

H″′(8，0)＝αH′(8，0)+(1-α)H″(8，0)

其中，H′(8，0)代表第一通道响应206、H″(8，0)代表第二通道响应210及α为一设定值。

上述最佳实施例的运算过程中，第二通道响应210H″(8，0)由第三计算单元277根据四个且对称于待估测时间点的第四通道响应2080

及四个对应的参数c(8，2)，c(8，1)，c(8，-1)，c(8，-1)计算所得之。但本发明第二通道响应H″(f，t)不限于根据特定数目的第四通道响应所产生，可以根据为任意复数个第四通道响应所产生，且亦不限于在待估测时间点对称数目的通道响应，可以为在待测时间点前的第四通道响应数目多于待测时间点后的第四通道响应数目，可以节省系统内存空间，亦不影响通道估测效能。同时，该复数个参数c(f，t)需对应前述复数个第四通道响应，由其它的第四通道响应所产生，但不限于由连续子通道的通道响应所产生，可由任意其它非待测子通道响应所产生。

因此借着上述关系式，坐标轴(8，0)子通通道响应(即第三通道响应212)可以很容易地被更新，并且较第一通道估测器所获得的通道响应具有较高的准确度。

本发明亦提供一种通道估测方法，此通道估测用于双重通道估测知系统架构，如图2所示，其对应流程则如图5所示。

首先，执行步骤501，根据同步讯号202及已知导频讯号204，产生第一通道响应206；接着，执行步骤503，根据同步讯号202及第一通道响应206，产生第一等化讯号208；接着，执行步骤505，根据同步讯号202及第一等化讯号208，产生第二通道响应210；接着，执行步骤507，根据第二通道响应210及第一通道响应206，产生第三通道响应212；最后，执行步骤509，根据同步讯号202及第三通道响应212，产生第二等化讯号214。

其中步骤505，根据同步讯号202及第一等化讯号208，产生第二通道响应210，藉由一应用程控第二通道估测器27的各单元来实现，如图6所示，更包含下述步骤：执行步骤5051，根据同步讯号202及第一等化讯号208，产生第四通道响应2080，并储存于储存单元273中；执行步骤5053，根据第四通道响应2080中的复数个连续导频讯号的通道响应以最小平方法计算复数个参数2088；执行步骤5055，根据前述参数2088以及第四通道响应中对应的通道响应以产生第二通道响应210。

其中步骤507，以权重设定值α及(1-α)分别加权至第二通道响应210及第一通道响应206，以产生第三通道响应212。

除了上述步骤，本发明的通道估测方法亦能执行第二通道估测器27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第二通道估测器27以执行此等操作及功能，故不赘述。

根据上述说明，本发明的双重通道估测器可加强数字视讯广播讯号传播时通道估测的精准度，以满足OFDM系统对于通道响应精准度的需求，尤其在接收端快速移动的场景情况。

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 (6)

1.一种双重估测的通道估测器，其特征在于，它包含：

一第一通道估测器，用以根据已知导频讯号及同步讯号，计算所有子通道各时间点的第一通道响应；

一第一均衡器，用以根据该所有子通道各时间点的第一通道响应及该同步讯号，计算所有子通道各时间点的第一等化讯号；

一第二通道估测器，用以根据该所有子通道各时间点的第一等化讯号及该同步讯号，计算所有子通道各时间点的第二通道响应；以及

一计算模块，根据该所有子通道各时间点的第一通道响应及该所有子通道各时间点的第二通道响应，计算所有子通道各时间点的第三通道响应；其中，该第二通道估测器更包含：

一第一计算单元，用以根据该所有子通道各时间点的第一等化讯号及该同步讯号，计算所有子通道各时间点的第四通道响应；

一第二计算单元，用以根据与待测子通道特定时间点第一相关的第四通道响应，计算该待测子通道特定时间点的参数；以及

一第三计算单元，用以根据与待测子通道特定时间点第二相关的第四通道响应及该参数，计算待测子通道特定时间点的第二通道响应。

2.如权利要求1所述的双重估测的通道估测器，其特征在于，更包含一储存模块，用以至少暂存该第一通道响应、该第一等化讯号及该第二通道响应。

3.如权利要求1所述的双重估测的通道估测器，其特征在于，其中该参数根据复数个连续导频子通道的复数个第四通道响应所计算得之。

4.一种双重估测的通道估测方法，其特征在于，它包含下列步骤：

根据同步讯号及已知导频讯号，产生所有子通道各时间点的第一通道响应；

根据该同步讯号及该所有子通道各时间点的第一通道响应，产生所有子通道各时间点的第一等化讯号；

根据该同步讯号及该所有子通道各时间点的第一等化讯号，产生所有子通道各时间点的第二通道响应，该步骤包括：

根据该同步讯号及该所有子通道各时间点的第一等化讯号，产生所有子通道各时间点的第四通道响应；

根据与待测子通道特定时间点第一相关的第四通道响应，计算该待测子通道特定时间点的参数；以及

根据与待测子通道特定时间点第二相关的第四通道响应及该参数，计算该待测子通道特定时间点的第二通道响应；以及

根据该所有子通道各时间点的第一通道响应及该所有子通道各时间点的第二通道响应，产生所有子通道各时间点的第三通道响应；

其中与待测子通道特定时间点第二相关的第四通道响应为不同于该待测子通道特定时间点的通道响应。

5.如权利要求4所述的双重估测的通道估测方法，其特征在于，更包含下列步骤：

储存所有子通道各时间点的第一通道响应、第一等化讯号及第二通道响应。

6.如权利要求4所述的双重估测的通道估测方法，其特征在于，其中与待测子通道特定时间点第一相关的第四通道响应为复数个连续导频子通道该特定时间点的复数个第四通道响应。

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