CN1144434C - 正交多载波信号的生成方法及解码方法 - Google Patents

Abstract

在生成以每隔8个的全部的128个载波来传输信息的间断型正交多载波信号的情况下，进行128点IDFT变换，产生不是间断型的多载波信号。由此，生成在(A)中表示频谱的非间断型的多载波信号，在把其重复8次合成之后，以预定的码元期间进行传输。由此，如在(B)中所示的频谱那样，可以生成由每隔8个的载波组成的间断型多载波信号。这样，能够用进行比现有技术点数少的128点IDFT变换的运算电路来生成所希望的间断型的正交多载波信号。

Description

正交多载波信号的生成方法及解码方法

本发明涉及正交多载波信号的生成方法及解码方法，特别是涉及在用于以预定频带传输应传输的信息的数字调制方式中间断地使用载波的正交多载波信号的生成方法及解码方法。

在传输数字信息的情况下，公知的方法是根据数字信息来对单一频率的载波进行相位调制(PSK)或者正交振幅调制(QAM)，然后进行传输。相位调制(PSK)方式是使传输的数字信息与载波的相位成分相对应来传输信息的方式，正交振幅调制(QAM)方式是使载波的相位和振幅两者变化的方式。在现有技术中，即使是采用这些调制方式之一的传输系统，也是使单一频率的载波限定在预定的传输带宽中来进行调制传输。

另一方面，最近，作为新的传输方式，也提出了被称为正交频分复用(OFDM)方式的多载波传输方式。该OFDM方式是这样的方式：在传输带宽内发生多个正交的载波，对各个载波进行相位调制和正交振幅调制。所谓[载波正交」是指相邻载波的频谱在该载波的频率位置上为零。

该OFDM方式具有这样的优点：每个载波的占有带宽变窄，调制速度变慢，另一方面，由于信息被分割到多个载波中来进行传输，则综合的信息传输速度不会降低。而且，由于调制速度(码元速率)变慢，所以即使在因多通路所引起的延迟波的干涉区域中设置防护间隔形成的缓冲时间，相对的效率降低也很少。这样，该OFDM方式在多通路环境下的特性优良，作为地面波数字广播的传输方式引人注目。

其中，在OFDM方式的发送侧，在OFDM信号即正交多载波信号的发生中使用IDFT变换(逆离散傅立叶变换)。把应传输的信息视为各载波的相位或者振幅成分，从频率域进行IDFT变换而变换为时间域的信号。在OFDM方式的接收侧，通过DFT变换(离散傅立叶变换)来进行把时间域的信号恢复为频率域的处理。随着近年来的半导体技术的进展，能够比较高速地实现这些信号处理。这是OFDM方式引人注目的原因之一。

在OFDM信号即正交多载波信号的传输中，不是使用处于正交关系的所有相邻的载波频率，而是间断地例如每隔一个来使用载波，在此情况下，能够降低由发送接收系统的回路误差等所引起的干涉，因此有助于装置全体的低成本化。而且，通过使用间隔预定频率的载波，发送功率被分散在较宽的频带中，从而能够适合于发送功率受到限制的例如微弱无线台这样的系统。而且，在上述情况下，由于使用宽传输频带，因此即使传输通路局部恶化，也能以正常的其他传输通路来传输信息。这样，在正交多载波信号的传输中，最好间断地使用载波频率来进行传输。

例如，在以预定的间隔插入导频信号的系统中，当与应传输的信息分开生成预定间隔的导频信号时，能够减轻应传输的信息的信号生成的负担。在解码中，也可以得到同样的效果，同时，由于能够另外仅解码导频信号，所以能够立即掌握传输频带整体的特性。为此，在正交多载波信号的传输中，最好与应传输的信息分开生成预定间隔的导频信号。

在上述由OFDM方式所产生的正交多载波信号的生成方法中，当间断地使用载波时，例如在每隔n个来使用载波，全部使用m个载波的情况下，利用生成处于n×m个正交关系中的载波的n×m点的IDFT变换，在少于N个的多个载波的每个中，用信息数据仅调制其中的一个载波，其余的(n-1)个载波被零数据所调制而不会使载波发生。这也与应传输的信息分开生成预定间隔的导频信号的情况相同。

但是，由于上述IDFT变换等用被大规模半导体集成电路(LSI)化的大规模数字IC电路来实现，或者通过高速数字信号处理器(DSP)等来进行运算，而用于实现上述n×m点的IDFT变换的电路及处理器因为点数多而使运算量变多，而且，还存在构成电路规模变大使成本变高的问题。

鉴于上述问题，本发明的目的是提供以廉价的构成能生成间断的正交多载波信号的正交多载波信号的生成方法以及能够对该正交多载波信号进行解码的解码方法。

为了实现上述目的，在本发明的正交多载波信号的生成方法中，其特征在于，包括：第一步骤，在通过N点(N为2以上的整数)的逆离散傅立叶变换来生成由少于N个的多个载波组成的正交多载波信号串之后，把该信号串重复排列M次(M为2以上的整数)生成新的信号串；第二步骤，在与正交多载波信号的码元期间相对应的期间中输出在第一步骤中生成的信号串，通过第二步骤来生成由少于N个的多个载波中每隔M个的载波组成的间断型正交多载波信号。

在本发明中，与使用进行M×N点的逆离散傅立叶变换的运算电路的现有方法相比，能够用进行点数较少的N点的逆离散傅立叶变换的运算电路来生成由少于N个的多个载波中的每隔M个的载波组成的间断型正交多载波信号。这样，例如当生成用每隔8个(M＝8)的全部128个(N＝128)的载波来传输信息的间断型正交多载波信号时，可以使用进行现有的1024(＝8×128)点数的1/8的128点的逆离散傅立叶变换的运算电路。

为了实现上述目的，在本发明的正交多载波信号的生成方法中，其特征在于，还包括：第三步骤，当把在上述发明中所生成的间断型正交多载波信号作为第一正交多载波信号时，把至少包含该第一正交多载波信号的少于N个的多个载波的全部中的L个(L为小于M×N-1大于N的整数)载波设定为载波空洞，同时，执行M×N点的逆离散傅立叶变换，生成由除载波空洞之外的M×N-L个载波组成的第二正交多载波信号；第四步骤，生成把第一正交多载波信号与第二正交多载波信号分别相加的信号来作为第三正交多载波信号，并输出。

在本发明中，在第一正交多载波信号的基础上，通过进行M×N点的逆离散傅立叶变换的运算电路，来生成由除了载波空洞之外的M×N-L个载波组成的第二正交多载波信号，可以在导频信号中使用该第二正交多载波信号。

为了实现上述目的，本发明的正交多载波信号的解码方法特征在于，包括：第一步骤，以每一码元期间M×N数据个数来对由正交的N个(N为2以上的整数)的载波中每隔M个(M为小于N的2以上的整数)载波组成的间断型正交多载波信号或者上述的第三正交多载波信号进行采样；第二步骤，把每一码元期间M×N个数的数据分成M份；第三步骤，把在第二步骤中分成M份的每一码元期间N个数据分别相加；第四步骤，对在第三步骤中所相加的信号进行N点的离散傅立叶变换，来对数据进行解码。

在本发明中，与使用进行M×N点的离散傅立叶变换的运算电路的现有方法相比，能够用进行点数较少的N点的离散傅立叶变换的运算电路来进行解码。这样，例如当对用每隔8个(M＝8)的全部128个(N＝128)的载波来传输信息的间断型正交多载波信号进行解码时，可以使用进行现有的1024(＝8×128)点数的1/8的128点的离散傅立叶变换的运算电路。

本发明的这些和其他的目的、优点及特征将通过结合附图对本发明的实施例的描述而得到进一步说明。在这些附图中：

图1是使用由本发明所生成、解码的正交多载波信号的一例的频谱图；

图2是本发明方法的一个实施例的原理说明用信号波形图；

图3是本发明方法的一个实施例的原理说明用频谱图；

图4是使用本发明方法的多载波信号发送装置的一例的方框图；

图5是使用本发明方法的多载波信号接收装置的一例的方框图。

下面与附图一起对本发明的实施例进行说明。在本发明的一个实施例中，在构成图1(A)所示的频谱的通常OFDM信号的多个载波中，按图1(B)所示的那样，发生仅使用例如每隔8个的载波的间断型正交多载波信号。在此，作为一个例子，码元期间为20μs(50kHz)，并且以每隔8个、全部中的128个载波来传输信息。

在现有方法中，如上述那样，使用1024(＝128×8)点IDFT变换，在每8个载波中，在7个载波位置上插入零值，由此，发生了图1(B)所示的间断型的正交多载波信号。与此相对，在本实施例中，首先，进行128点IDFT变换，发生不是间断型的多载波信号(在此，设定为没有过度采样的情况)。由此，生成图2(A)所示的128点的时序的基本频率成分的数据串。

接着，把该生成的128点的时序数据串重复8次，而成为图2(B)所示的1024点的数据串，然后，以码元期间20μs传送给D/A转换器。该D/A转换器的采样频率为51.2MHz(50kHz×1024)。

重复8次的数据串的意思是指：分别成为8倍的周期，直流成分仍为直流成分，基本频率成分(1周期)为8个周期，第二频率成分(2周期)为16周期，第三频率成分(3周期)为24周期，第四频率成分(4周期)为32周期，第五频率成分(5周期)为40周期，在各个频率中，成为8倍的周期，在预定的码元期间，分别使频率为8倍。

这样，进行128点IDFT变换，生成图3(A)中表示频谱的非间断型的多载波信号，把其重复8次进行合成后，以预定的码元期间进行传送，由此，如图3(B)中频谱所示的那样，可以生成由每隔8个的载波组成的间断型多载波信号。

图4表示本发明的正交多载波信号生成方法的一个实施例所使用的多载波信号发送装置的一个例子的方框图。在该多载波信号发送装置中，运算部分4根据来自信号发生器3的同步信号等来执行上述实施例的IDFT运算。

在图4中，传输的数字数据被输入到输入端子1中。该数字数据(例如，以作为彩色运动图象编码显示方式的MPEG方式等的编码方式所压缩的编码图象数据和编码声音数据等)提供给输入电路2，根据需要，根据来自信号发生器3的时钟信号进行纠错码的赋予。

附加了纠错码的数字数据以预定的时间间隔(码元时间)按给定比特单位进行划分，从输入电路2并行地提供给运算部分4。该运算部分4根据来自信号发生器3的同步信号对输入数字数据进行IDFT运算，同时，附加防护间隔期间，生成同相信号(I信号)和正交信号(Q信号)。作为一个例子，运算部分4在以每隔8个的全部128个载波来传输信息的情况下，以图1至图3说明的方法把通过128点IDFT运算而生成的数据串重复排列8次，生成以每隔8个的全部128个载波所传输的信号(I信号和Q信号)。这样，该运算部分4的构成，只进行128点IDFT运算就可以了，因此，与进行1024点IDFT运算的现有电路构成相比，能够简单地构成廉价的电路。

这些I信号和Q信号提供给输出缓冲器5，在此进行暂时存储，然后，与来自信号发生器3的时钟信号同步输出。输出缓冲器5在来自运算部分4的输出I信号和Q信号是不连续的并且不是一定速度时是必要的。当从运算部分4以一定速度连续地输出I信号和Q信号时，则输出缓冲器5就不一定是必要的。为了简化电路，在使输出速度为任意的情况下，就产生了设置输出缓冲器5的必要，但是，由于这不是本发明的主题，所以哪种构成都是可以的。

根据来自信号发生器3的时钟信号，从输出缓冲器5连续地读出的I信号和Q信号提供给D/A转换器·低通滤波器(LPF)6，在此，根据来自信号发生器3的同步信号进行采样，变换为模拟信号，然后，由LPF使需要频带的成分的I信号和Q信号通过，分别提供给正交调制器7。

正交调制器7把来自信号发生器6的中频作为第一载波，并且，把通过90°移相器8而使该中频的相位进行90°移相的中频作为第二载波，分别用从D/A转换器·LPF 6所输入的数字数据的I信号和Q信号进行正交振幅调制(QAM)，在此，生成由每隔8个波的(400kHz间隔的)载波的全部128波组成的OFDM信号(间断型正交多载波信号)。从正交调制器7所输出的OFDM信号通过变频器10变频为预定的发送频带的RF信号，在发送部分10进行了功率放大的发送处理之后，从发送部分10取出，从未图示的用于发送图象数据等的天线以电波发射到空中。

下面对本发明的解码方法的实施例进行说明。在解码侧，以每一码元期间8×128的数据数采样接收上述使用每隔8个的载波的间断型正交多载波信号，在把该码元期间分成8份之后，分别相加，对生成的接收信号进行128点DFT运算。由此，能够对数据进行解码。这样，在该实施例中，由于可以把进行1024点DFT运算的运算电路作为进行128点DFT运算的运算电路，所以能够使解码电路小规模并且廉价地构成。

图5表示本发明的正交多载波信号解码方法的一个实施例所使用的多载波信号接收装置的一个例子的方框图。在该多载波信号接收装置中，同步信号发生电路25、A/D转换器29、防护间隔期间处理电路30和DFT，QAM解码电路31的电路部分是执行本发明的解码方法的方框。

在图5中，经过空间传输通路所输入的间断型的正交多载波信号通过用于接收图象数据等的天线由接收部分21接收，进行高频放大，再由变频器22变频为中频，由中频放大器23进行放大之后，提供给正交解调器24。另一方面，从同步信号发生电路25所取出的中频直接提供给正交解调器24，而且，在由90°移相器26使相位进行90°移相之后，提供给正交解调器24。

由此，从正交解调器24解调取出与输入发送装置的正交调制器7的模拟信号相同的模拟信号(频分复用信号)，由低通滤波器(LPF)28使作为OFDM信号信息传输的需要频带的信号通过，提供给A/D转换器29，根据来自同步信号发生电路25的采样时钟，在上述例子中，变换为以每一码元期间8×128的数据数所采样的数字信号。

而且，同步信号发生电路25具有发生采样同步信号的采样同步信号发生电路部分、检测码元期间并发生码元同步信号的码元同步信号发生电路部分、从这些采样同步信号和码元同步信号发生用于除去防护间隔期间的区间信号等的系统时钟的系统时钟发生电路部分。

从A/D转换器29所取出的数字信号被提供给防护间隔期间处理电路30，在此，根据来自同步信号发生电路25的采样时钟和码元同步信号，从构成一个码元的数字数据串中除去防护间隔期间的DFT窗口预定量数字数据串(在此为1024个数据串)输出给DFT，QAM解码电路31。

DFT，QAM解码电路31根据来自同步信号发生电路25的采样时钟，取入输入数字数据串，在每个码元期间把其分成份，然后，分别相加，把生成的接收信号进行128点DFT变换运算，算出解调数字信息信号(每个频率的实数部、虚数部的信号电平)。该解码数字信息信号由输出电路32进行并串行转换等输出处理，而输出给输出端子33。

在上述实施例中，为了容易说明，对以N点逆离散傅立叶变换来生成N个载波的情况进行了说明，而本发明并不仅限于以N点(128点)逆离散傅立叶变换来生成N个载波的情况，作为另一个实施例，例如，也可以通过2倍的过采样，以N点离散傅立叶变换生成N/2个载波。即，肯定可以应用于生成少于N个的多个载波。

而且，在解码过程中，描述了分成8份并全部相加的情况，但是，在传输通路的状态良好的情况下，也可以取分成8份的一个(不相加)，来进行离散傅立叶变换。这样，只要接收信号的质量(C/N)良好，就可以省去加法电路，因此能够以低成本构成该装置。

下面对本发明的另一个实施例进行说明。首先，对本发明的正交多载波信号的生成方法的另一个实施例进行说明，在上述实施例中，在通过N点(N为2以上的整数)的IDFT变换，生成由N个载波组成的正交多载波信号串之后，把该信号串重复排列N次(N为2以上的整数)，生成新的信号串，在与正交多载波信号的码元期间相当的期间中输出该信号串，由此，生成由每隔M个的载波全部中的少于N个的多个载波组成的间断型正交多载波信号(图3是M＝8，N＝128的例子)，在该实施例中，把至少包含该少于N个的多个载波的全部中的L个(L是小于M×N-1大于N的整数)的载波设定为载波空洞，而且，通过M×N点的IDFT变换来生成由除了载波空洞之外的M×N-L个载波组成的第二正交多载波信号，生成把其与上述间断型正交多载波信号相加的信号作为第三正交多载波信号。

为了生成上述第二正交多载波信号，进行M×N点的IDFT变换的运算部分，使发生相当于载波空洞的载波的输入部分输入零数据，仅向发生传输信息的M×N-L个载波的输入部分输入数据。

其中，以上述第二正交多载波信号为例，为了使发送侧的码元同步信号和采样同步信号与接收侧的码元同步信号和采样同步信号相同步，以及，分配给用于得到传输通路信息的导频信号的情况下，通常为1个～数个，因此，用于生成上述第二正交多载波信号的IDFT运算的运算部分进行M×N点的IDFT变换，能够以简单的运算来构成。即，当与上述实施例相比较时，增加了用于生成上述第二正交多载波信号的IDFT运算的运算部分，该电路增加部分并没有使规模变大。

下面对本发明的正交多载波信号的解码方法的另一个实施例进行说明。该另一个实施例的解码方法是对由上述正交多载波信号的生成方法的另一个实施例所生成的第三正交多载波信号进行解码的方法，与上述实施例相同，以每一码元期间M×N数据个数来进行采样接收，在把该码元期间进行M分割之后，对分别相加生成的接收信号进行N点DFT运算。

通过仅对导频信号单独地进行解码，可容易把握多通路环境等的传输通路状态。而且，在以上的实施例中，发送侧的IDFT变换也可以是IFFT变换，并且接收侧的DFT变换也可以是FFT变换。

如上述那样，根据本发明，与使用进行M×N点的逆离散傅立叶变换的运算电路的现有方法相比，能够用进行点数较少的N点的逆离散傅立叶变换的运算电路来生成由少于N个的多个载波中的每隔M个的载波组成的间断型正交多载波信号，因此，与现有技术相比，在电路规模较小的数字IC电路中，能够通过廉价的构成生成间断型的正交多载波信号。而且，处理器等也能够以廉价的功能来实现。而且，与现有技术相比，能够以与现有技术相同的运算精度来使用位宽较小的运算电路。

根据本发明，在第一正交多载波信号的基础上，通过进行M×N点的逆离散傅立叶变换的运算电路，还生成由除了载波空洞之外的M×N-L个载波组成的第二正交多载波信号，可以在导频信号中使用其，因此，能够分担信号生成功能，在解码方面，也可以分担解码功能，同时，能够实现仅对导频信号的高速解码。

根据本发明，与使用进行M×N点的离散傅立叶变换的运算电路的现有方法相比，能够用进行点数较少的N点的离散傅立叶变换的运算电路来进行解码，因此，与现有技术相比，以电路规模较小的数字IC电路和廉价的功能的处理器，通过廉价的构成能够对间断型的正交多载波信号进行解码。

Claims (5)

1.一种正交多载波信号的生成方法，其特征在于，包括：

第一步骤，在通过N点的逆离散傅立叶变换来生成由少于N个的多个载波组成的正交多载波信号串之后，把该信号串重复排列M次生成新的信号串，其中，N和M为2以上的整数；

第二步骤，在与所述正交多载波信号的码元期间相对应的期间中输出在上述第一步骤中生成的信号串，生成由每隔M个的载波组成的全部中的由少于N个的多个载波组成的间断型第一正交多载波信号。

2.根据权利要求1所述的正交多载波信号的生成方法，其特征在于，还包括：

第三步骤，把至少包含所述少于N个的多个载波的全部中的L个载波设定为载波空洞，同时，执行M×N点的逆离散傅立叶变换，而生成由除所述载波空洞之外的M×N-L个载波组成的第二正交多载波信号，其中，L为N以上的整数；

第四步骤，生成把所述第一正交多载波信号与所述第二正交多载波信号分别相加的信号来作为第三正交多载波信号，并输出。

3.根据权利要求2所述的正交多载波信号的生成方法，其特征在于，所述第二正交多载波信号被导频信号所调制。

4.一种正交多载波信号的解码方法，其特征在于，包括：

第一步骤，对由正交的N个载波中每M个载波组成的间断型正交多载波信号进行每一码元期间M×N数据个数的采样，其中，N为2以上的整数，而M为小于N的2以上的整数；

第二步骤，把所述每一码元期间M×N个的数据分成M份；

第三步骤，把在所述第二步骤中分成M份的每一码元期间的N个数据分别相加；

第四步骤，对在所述第三步骤中所相加的信号进行N点的离散傅立叶变换，来对数据进行解码。

5.一种正交多载波信号的解码方法，其特征在于，包括：

第一步骤，以每一码元期间M×N的数据个数来对输入的正交多载波信号进行采样，其中M和N为2以上的整数；

第二步骤，把所述每一码元期间M×N个数的数据分成M份；

第三步骤，把在所述第二步骤中分成M份的每一码元期间的N个数据分别相加；

第四步骤，对在所述第三步骤中所相加的信号进行N点的离散傅立叶变换，来对数据进行解码。

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