CN102843326B - 一种用于正交频分多工系统的接收器及其信号接收方法 - Google Patents

Abstract

一种用于正交频分多工系统中(OFDM)的消除码际干扰(ISI)的接收器及其信号接收方法。利用接收信号在频域中多个导航码元来估测接收系统所受到的码元间干扰(ISI)，并经由一内插运算来估测各子载波所受到的码际干扰值。并将此干扰值于各子载波中扣除，所得信号即可送至解映射，达到降低码元间干扰的目的。

Description

一种用于正交频分多工系统的接收器及其信号接收方法

技术领域

本发明是有关于一种接收器及其信号接收方法。

背景技术

由于正交频分多工(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)调制技术可用于无线通讯系统以及数字视频与音频广播系统中以进行高频谱效率传输，且OFDM调制技术基于多载波调制而对于多重路径反射效应具备有效的处理能力，其在接收端仅需要简单的一阶均衡器(one-tap equalizer)，故近年来在通讯领域及广播应用发展上成为热门技术。诸如数字音频广播(digital audio broadcasting，DAB)、高画质电视(highdefinition TV，HDTV)及无线局域网络(wireless local area network，WLAN)IEEE802.11a/g等各种系统均使用OFDM传输技术。

在无线通讯系统中，传送器经由诸如空气等的物理信道将无线信号以电磁波的形式传送至接收器。由于非理想的信道效应，例如多重路径反射(multipath reflection)或是传播衰落(propagation fading)等，导致接收器所接收的无线信号可能会失真。其中，导因于多重路径信道而产生的码际干扰(inter-symbol interference，ISI)可通过附加利用长度(duration)超过信道脉冲响应长度的护卫区间(guard interval，GI)而得以轻易消除。然而，当接收器所接收到的多重路径信号具有较大的延迟展延(delay spread)，会使得信道脉冲响应的长度超过护卫区间的长度而导致残余(residual)ISI，进而降低系统效能。

此外，当子载波间的正交性被破坏时会导致子载波间干扰(inter-carrierinterference，ICI)效应，同样会降低系统效能。为了在不提高系统运算复杂度的前提下解决因残余ISI及ICI所产生的系统性能降低问题是目前业界所欲努力解决的课题之一。

发明内容

根据本发明的第一方面，提出一种接收器，包括一解调单元、一信道估测器、一子载波间干扰暨区块间干扰估测单元、一有限脉冲响应滤波器、一加法器以及一解映射器。解调单元用以将一时域接收信号转换为一频域接收信号，频域接收信号包括多个导航码元及多个数据码元。信道估测器用以估测得到对应此些导航码元的多个信道脉冲响应。子载波间干扰暨区块间干扰估测单元用以基于此些导航码元及对应的此些信道脉冲响应估测得到对应此些导航码元的多个子载波间干扰暨区块间干扰值。有限脉冲响应滤波器用以依据对应此些导航码元的此些子载波间干扰暨区块间干扰值经由一内插运算得到对应此些数据码元的多个子载波间干扰暨区块间干扰值。加法器用以从此些数据码元消除所估测对应的此些子载波间干扰暨区块间干扰值。解映射器用以解映射干扰消除后的此些数据码元以得到对应时域接收信号的一估测数据。

根据本发明的第二方面，提出一种接收器的信号接收方法，包括下列步骤。将一时域接收信号转换为一频域接收信号，频域接收信号包括多个导航码元及多个数据码元。估测得到对应此些导航码元的多个信道脉冲响应。基于此些导航码元及对应的此些信道脉冲响应估测得到对应此些导航码元的多个子载波间干扰暨区块间干扰值。依据对应此些导航码元的此些子载波间干扰暨区块间干扰值经由一内插运算得到对应此些数据码元的多个子载波间干扰暨区块间干扰值。从此些数据码元消除所估测对应的此些子载波间干扰暨区块间干扰值。解映射干扰消除后的此些数据码元以得到对应时域接收信号的一估测数据。

为了对本发明的上述及其它方面有更佳的了解，下文特举一实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1绘示依照一实施例的接收器的方块图。

图2绘示依照一实施例的接收器的信号接收方法的流程图。

[主要元件标号说明]

100：接收器 110：解调单元

112：护卫区间移除单元 114：快速傅里叶变换转换单元

120：信道估测器

130：子载波间干扰暨区块间干扰估测单元

140：有限脉冲响应滤波器 150：加法器

160：解映射器 170：错误更正解码器

具体实施方式

本发明所提出的接收器及其信号接收方法，通过估测得到多个导航码元对应的子载波间干扰暨区块间干扰(inter-carrier interference and inter-blockinterference，ICIIBI)值，并利用一内插运算得到多个数据码元对应的ICIIBI值，故可同时移除各码元的残余码际干扰(inter-symbol interference，ISI)及子载波间干扰(inter-carrier interference，ICI)，得以降低运算复杂度及维持整体系统效能。

请参照图1，其绘示依照一实施例的接收器的方块图。接收器100包括一解调单元(demodulation unit)110、一信道估测器(channel estimator)120、一子载波间干扰暨区块间干扰(ICIIBI)估测单元130、一有限脉冲响应滤波器(finite impulse responsefilter)140、一加法器150、一解映射器(demapper)160以及一错误更正解码器170。其中，错误更正解码器170为非必要元件。解调单元110接收一时域接收信号。解调单元110包括一护卫区间(guard interval，GI)移除单元112以及一快速傅里叶变换(Fast FourierTransform，FFT)转换单元114。护卫区间移除单元112用以移除时域接收信号的多个有效码元的护卫区间。快速傅里叶变换转换单元114用以将移除护卫区间后的时域接收信号转换为频域接收信号，频域接收信号包括多个导航码元及多个数据码元。

为了简化分析，在本实施例中不考虑信道噪声。当信道脉冲响应的长度超过护卫区间的长度，频域接收信号实质上会包括时域接收信号在传送端对应的传送数据与信道脉冲响应的乘积以及所有码元对应的ICIIBI值。兹假定T_G为护卫区间的长度，G为护卫区间的区块大小，τ_max为信道脉冲响应的长度，N为FFT的区块大小，则传送数据对应的第n个传送码元区块为S(n)=[S_n,0,S_n,0,…,S_n,N-1]^T，频域接收信号对应的第n个接收码元区块为R(n)=[R_n,0,R_n,0,…,R_n,N-1]^T，而信道响应为τ₀<τ₁<…<τ_L-1＝τ_max。又假定T_s为取样间隔，则τ_l/T_s=i_l+ε_l，i_l为整数部分，ε_l为小数部分，则当护卫区间的长度T_G小于信道脉冲响应的长度τ_max时，第n个接收码元区块的第k个码元对应的频域接收信号R_n,k如式(1)所示。

$R_{n,k}=S_{n,k}\underset{m=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(h_w{W}^{\mathrm{km}}\right)-{\mathrm{ICI}}_{n,k}+{\mathrm{IBI}}_{n,k}$

$=S_{n,k}\underset{m=0}{\overset{L-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(h_m{W}^{\mathrm{km}}\right)+{\mathrm{IBIICI}}_{n,k}---\left(1\right)$

wherein,

ICIIBI_n,k=IBI_n,k-ICI_n,k

$=\underset{m=0}{\overset{L-G-2}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{ibi}}_{n,m}\exp (-j\frac{2\mathrm{\&pi;mk}}{N})-\underset{m=0}{\overset{L-G-2}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{ici}}_{n,m}\exp (-j\frac{2\mathrm{\&pi;mk}}{N}),$ k=0,…,N-1

${\mathrm{ibi}}_{n,m}=\underset{l=1}{\overset{L-G-1-m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{G+l+m}{S}_{n-1,N-l},$ m=0,…,L-G-2

${\mathrm{ici}}_{n,m}=\underset{l=1}{\overset{L-G-1-m}{\mathrm{\&Sigma;}}}{h}_{G+l+m}{S}_{n,N-G-l},$ m=0,…,L-G-2

由式(1)可以得知，在本实施例将每一个码元对应的ICIIBI视为整体的前提之下，只要能估测得到每一个码元对应的ICIIBI值并将之从频域接收信号扣除并经过解映射则即可以得到对应时域接收信号的估测数据。

因此，信道估测器120用以估测得到对应此些导航码元的多个信道脉冲响应。子载波间干扰暨区块间干扰估测单元130用以基于此些导航码元及对应的此些信道脉冲响应估测得到对应此些导航码元的多个子载波间干扰暨区块间干扰(即ICIIBI)值。有限脉冲响应滤波器140用以依据对应此些导航码元的多个ICIIBI值经由一内插运算得到对应此些数据码元的多个ICIIBI值。由于有限脉冲响应滤波器140对于脉冲输入信号的响应最终趋向于0，故其脉冲响应长度有限，因此输出的数字信号亦为有限长度。故可以利用有限脉冲响应滤波器140求得导航码元对应的ICIIBI值，并基于有限长度的特性利用内插运算得到数据码元对应的ICIIBI值，进而得以节省整体运算复杂度。

加法器150用以从此些数据码元消除所估测对应的ICIIBI值。解映射器160用以解映射干扰消除后的此些数据码元以得到对应时域接收信号的一估测数据。错误更正解码器170实质上为一非必要元件，用以对估测数据进行错误检测与校正。错误更正解码器170例如为一低密度奇偶校验码(low-density parity check，LDPC)解码器或一前向纠错(forward error correction，FEC)解码器，然并不限制，端视传送端的设计而定。

本实施例还提出一种接收器的信号接收方法，应用于例如为图1所示的接收器100。请参照图2，其绘示依照一实施例的接收器的信号接收方法的流程图。于步骤S200中，将一时域接收信号转换为一频域接收信号，频域接收信号包括多个导航码元及多个数据码元。于步骤S210中，估测得到对应此些导航码元的多个信道脉冲响应。于步骤S220中，基于此些导航码元及对应的此些信道脉冲响应估测得到对应此些导航码元的多个子载波间干扰暨区块间干扰值。于步骤S230中，依据对应此些导航码元的多个子载波间干扰暨区块间干扰值经由一内插运算得到对应此些数据码元的多个子载波间干扰暨区块间干扰值。于步骤S240中，从此些数据码元消除各自对应的此些子载波间干扰暨区块间干扰值。于步骤S250中，解映射干扰消除后的此些数据码元以得到对应时域接收信号的一估测数据。于步骤S260中，对估测数据进行错误检测与校正。

上述的接收器的信号接收方法的运作原理已详述于接收器100及其相关叙述中，故于此不再重述。

ICIIBI效应是因为信道脉冲响应超过护卫区间的长度所产生的。当信道脉冲响应(延迟展延)超过护卫区间，会导致使用OFDM技术的通讯系统受到ISI及ICI的问题，而使得系统效能变差。本发明实质上提供一个简单而有效的架构可以用来估计所产生的ICIIBI，以扣掉这个影响并进而提升整体效能。

本发明上述实施例所揭露的接收器及其信号接收方法，利用有限脉冲响应滤波器而估测得到多个导航码元对应的子载波间干扰暨区块间干扰(ICIIBI)值，并利用内插运算估测得到多个数据码元对应的ICIIBI值，因此可同时移除各码元的残余码际干扰(inter-symbol interference，ISI)及子载波间干扰(inter-carrier interference，ICI)，得以兼顾降低运算复杂度及维持系统效能的优点。

综上所述，虽然本发明已以多个实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (7)

1.一种接收器，包括：

一解调单元，用以将一时域接收信号转换为一频域接收信号，该频域接收信号包括多个导航码元及多个数据码元；

一信道估测器，用以估测得到对应该多个导航码元的多个信道脉冲响应；

一子载波间干扰暨区块间干扰估测单元，用以基于该多个导航码元及对应的该多个信道脉冲响应估测得到对应该多个导航码元的多个子载波间干扰暨区块间干扰值；

一有限脉冲响应滤波器，用以依据对应该多个导航码元的该多个子载波间干扰暨区块间干扰值经由一内插运算得到对应该多个数据码元的多个子载波间干扰暨区块间干扰值；

一加法器，用以从该多个数据码元消除所估测对应该多个数据码元的该多个子载波间干扰暨区块间干扰值；以及

一解映射器，用以解映射干扰消除后的该多个数据码元以得到对应该时域接收信号的一估测数据。

2.根据权利要求1所述的接收器，其中该解调单元包括：

一护卫区间移除单元，用以移除该时域接收信号的多个护卫区间；以及

一快速傅里叶变换转换单元，用以将移除护卫区间后的该时域接收信号转换为该频域接收信号。

3.根据权利要求1所述的接收器，还包括：

一错误更正解码器，用以对该估测数据进行错误检测与校正。

4.根据权利要求3所述的接收器，其中该错误更正解码器为一低密度同位查核码解码器或一前向纠错解码器。

5.一种接收器的信号接收方法，包括：

将一时域接收信号转换为一频域接收信号，该频域接收信号包括多个导航码元及多个数据码元；

估测得到对应该多个导航码元的多个信道脉冲响应；

基于该多个导航码元及对应的该多个信道脉冲响应估测得到对应该多个导航码元的多个子载波间干扰暨区块间干扰值；

依据对应该多个导航码元的该多个子载波间干扰暨区块间干扰值经由一内插运算得到对应该多个数据码元的多个子载波间干扰暨区块间干扰值；

从该多个数据码元消除所估测对应该多个数据码元的该多个子载波间干扰暨区块间干扰值；以及

解映射干扰消除后的该多个数据码元以得到对应该时域接收信号的一估测数据。

6.根据权利要求5所述的接收器的信号接收方法，还包括：

移除该时域接收信号的多个护卫区间；以及

将移除护卫区间后的该时域接收信号经由一快速傅里叶变换转换为该频域接收信号。

7.根据权利要求5所述的接收器的信号接收方法，还包括：

对该估测数据进行错误检测与校正。