CN1202775A - 用于解调用fdm编码的信号的装置和方法 - Google Patents

Abstract

在参考信号基础上,校准通过正交频分多路传输的调制和编码的信号,以获得顺序的第一校准信号。该顺序的第一校准信号的振幅和相位差被检测。并且在该振幅与相位差基础上校准顺序的第一信号以获得顺序的第二个所校准的信号。然后解码第二信号,以便获得顺序的解码信号。

Description

用于解调用FDM编码的信号的装置和方法

本发明涉及数字信号的解调。更进一步地说，本发明与这样的数字信号的解调有关，这些数字信号用诸如四重幅度调制(QAM)的调制方法调制，并通过正交频分多路(OFDM)用多个载波来传输。

OFDM 传输是用多个正交载波来传输调制的数字数据的频分多路传输的方法。

OFDM 传输的长处在于：它在多通道传输中是有用的，它很少对其它传输线路有响影，反之也不受其它线路的影响，提供高的频率使用效率。因此它对移动数字音频和电视播送有用。

正交载波是在信号传输中由反向快速付立叶变换(IFFT)电路产生的。载波在信号接收方面用付立叶变换由一快速付立叶变换(FFT)电路相互分离。

OFDM 传输对多通道传输来说是有用的，这是由于有警戒间隔，这种间隔是为将要传输的每个信号提供的时间周期，以取消信号干扰。

然而，QAM要求在解调中对波形量化(信号调整)。进一步，在多通道环境之下接收移动信号的情况下，接收信号电平将由于运动会产生巨大的变化。这样，就要求比在静态的条件中更精确的信号补偿。

在移动期间行驶速度越高，每时间单位接收的信号的变化就越大。而且，在QAM中等级越多，调制变得越困难。

为了处理信号的变化，在信号传输期间参考信号插入到将要由载波传输的信号中。然后，在信号接收时，它的振幅相位变化被提取，以便调整稍后来的信号。

然而，参考信号在一段恒定的时间被传输。并且，因此直到下一参考信号来之前，调整的值将不被更新。

所以，在移动的通信或者环境变化期间，由于微小时间内的运动引发的的接收信号因此不能被解调。

参考信号越多，调整的可能性越高，然而，可传输的数据量越少。因此，在OFDM条件下的移动信号接收中，调制的级数越多，排除接收信号的变化就越困难。

本发明的目的在于提供用精确的信号校准来解调由OFDM调制的信号的装置和方法。

本发明提供一种解调装置，它包括：一个校准器，在参考信号基础上来校准调制和所编码的信号，以获得顺序的第一校准的信号，该调制和编码的信号由正交频分多路传输被依次传输到解调装置；一个自-校准器，检测顺序的第一校准的信号的振幅和相位差，并基于该振幅与相位差来校准顺序的第一信号，以获得第二个校准的信号；以及解码器，解码第二信号，以便获得顺序的所解码的信号。

进一步，本发明提供一种解调的方法，包括步骤：在参考信号基础上来校准调制和所编码的信号，以获得顺序的第一校准的信号，该调制和编码的信号由正交频分多路传输被依次传输到解调装置；检测顺序的第一校准的信号的振幅和相位差，并基于该振幅与相位差来校准顺序的第一信号，以获得第二个校准的信号；以及，解码第二信号，以便获得顺序的所解码的信号。

图1是显示OFDM调制装置的主要部分的方框图；

图2是按照本发明显示OFDM解调装置的第一实施例的方框图；

图3说明信号指针帧的产生；

图4说明按照本发明用倾斜成份的较高-次序预测；

图5是方框图，它显示按照本发明的OFDM解调装置的第二实施例的自-校准器，它采用了利用倾斜成份的较高-次序预测；

图6是方框图，它显示按照本发明的OFDM解调装置的第三实施例的自-校准器，它采用了利用直线循环模式的较高-次序预测；

图7说明在第四实施例中实施的平均；

图8是一个方框图，它显示了按照本发明的OFDM解调装置的第四最佳实施例的自-校准器，它具有时间和频率轴方向的平均；

图9是一个方框图，它显示了按照本发明的OFDM解调装置的第五最佳实施例的自-校准器，它抑制了低可靠性的信号；以及

图10说明信号指针帧。

下面将参考附图描述按照本发明的最佳实施例。

首先参考图1来解释用于解调OFDM传输的信号的装置。该装置将在下文称为OFDM调制装置。

在图1中显示的OFDM调制装置输出将要用256个载波传输的数据。该装置采用两倍以上的取样用于更容易的模拟过滤器设计，这种设计实施512个点的IFFT计算以产生通过OFDM传输的电波。该电波将在后面被称为OFDM波。

OFDM调制装置采用256QAM来调制每一个载波。输入数据被编码器1编码，以给一个载波施加8比特数据。更详尽地，第一4比特数据和第二4比特数据被分别施加到每个载波的一个实际和虚构的部分。

进一步，除数据比特之外，校准参考数据和同步数据被插入到载波的一个字符中。

如下列出了分配给IFFT计算器3的数据频率，其中的数字是从低到高的频率分配给IFFT窗口的。

f0至f127：是加到第3IFFT的数据信号。

f128至f383：是用载波电平零产生的非信号。

f384至f511：加到IFFT3的数据信号。

参考信号被加法器2以编码的数据插入到一个特定载波的一个字符中。该载波然后每字符被移动。

每256个字符传输每一个载波的参考信号，因为在该实施例中采用了256个载波。

如上所述实施了频率分配的IFFT计算器3输出I和Q顺序信号。该I和Q信号被加到产生OFDM波的正交调制器4。

下面将参考图2来解释按照本发明解调通过OFDM传输所传输的信号的装置的第一最佳的实施例。这种装置将在下文称为OFDM解调装置。

由图1的正交调制器4产生的OFDM波被加到图2所示的正交解调器5。所解调的OFDM波加到FFT计算器10。该计算结果加到参考信号校准器20。

参考信号校准器20检测所传输的载波的参考信号的振幅和相位的变化，以获得校准该变化的校准值。对于下一个字符，用该校准值进行校准。对所传输的每一参考信号更新校准值。

从参考信号校准器校准且输出的第一校准信号30加到自-校准器40。自-校准器40具有振幅相位校准器，存贮器60，以及振幅相位差检测器70。

第一校准的信号30加到振幅相位校准器50上。而且，由参考信号校准器20产生的复位信号31(将更稍后被描述)被加到存贮器60。

存贮在存贮器60中的顺序编码数据信号的幅度和相位差别被读出并从此被加到振幅相位校准器50。基于振幅与相位的差，振幅相位校准器50校准第一校准的信号30的振幅与相位。作为结果而产生的第二校准的信号80加到振幅相位差检测器70和解码器90。

振幅相位差检测器70检测第二校准的信号80与从解码器90输出的解码信号之间的振幅和相位的差。所检测的振幅与相位差数据加到存贮器60。

存储器60存储振幅与相位差数据。对于已经发射了参考信号的载波，存贮器60由来自参考信号校准器20的命令(复位信号31)复位。

从自-校准器40校准并输出的第二校准的信号80加到解码器90，在其中信号80受到QAM解码。作为结果而产生的解码的数据加到振幅相位差检测器70。

从参考信号校准器20到解码器90的信号处理将更详尽地予以解释。

在参考信号基础上获得校准值并用该校准值实施校准，从而产生一种新的信号指针帧。该256 QAM提供256种信号指针帧。一个接收的信号被定位在信号指针帧之外，将被认为是一个不同的信号，这样会造成错误。

直到一个新的参考信号被传输，同时校准值被更新为止，新的信号指针帧是下一个字符的参考。

在从一个参考信号至下一参考信号的传输的时间期间，利用依次所接收的信号之间的振幅和相位差进行自-校准。在传输了的参考信号之后的所接收的第一个字符的信号由解码器90在256信号指针帧的一指针处被精确地校准。

接收的信号被称作为下一个字符的参考信号。即，在所接收信号的当前字符与下一字符之间的振幅和相位变量在时间轴上由振幅相位差检测器70被检测。所检测的变量然后存储在存储器60中。

另外，对于下一个字符，变量从存贮器60被读出。同时，在该变量基础上，振幅相位校准器50实施所接收信号的下一个字符的校准，即，产生新的信号指针帧。下面将参考图3更详尽地解释新的信号指针帧的产生。图3中信号指针产生的原理不仅可运用于第一实施例而且可运用于稍后描述的其它实施例。如图3所示，直到下一参考信号传输为止，参考信号的信号指针帧15保持不变，无须更新。另一方面，在移动的通信期间接收信号16随着时间的推移而变化。为了跟随信号变化，利用了信号16的信号指针帧17也变化。

因为多通道或者移动通信的存在，导致了信号指针帧变化发生。而且，每一个信号指针帧被逐个字符地更新。

由下一参考信号传输对通过自-校准进行的信号变化的信号指针帧逐帧进行复位。然后，用新近由参考信号校准产生的参考信号指针帧重复相同的信号处理。

如上所述，在过去变量基础上在自-校准中产生信号指针帧。因为所接收的先前字符的信号变量被用作为产生信号指针帧的校准值。

因此，由于不能对快速变化作出反应，当一个所接收的信号被定位在信号指针帧之外时，错误将发生。在移动的通信或者诸如高速行驶和大的接收的电场差的巨大的变化期间，该快速变化被加速或者减速。

这样，在第二实施例中采用的是更高次序的预测，它具有用于确定校准值的倾斜成份。借助于过去校准值，更高次序预测不仅可获得先前字符的校准值而且可获得倾斜成份。更详尽地，当要用的校准值的数量是二或更多时，考虑到由递归获得的更高次序差，从而获得更高次序预测。

下面将参考图4解释更高次序预测。

假定校准值的数量n已经获得了。贯穿该校正值的一行被表达为图4所示的19曲线，它具有利用Newton的内插多项式的第(n-1)个多项式。当前字符的校准值被表达如下：P_k＝y₁-Δy₁+Δ²y₁+…+(-1)^n-1Δ^n-1y₁ $\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{y}_i=\mathrm{\Δ}{y}_{i+1}-\mathrm{\Δ}{y}_i\\ {\mathrm{\Δ}}^2{y}_i=\mathrm{\Δ}{y}_{i+1}-\mathrm{\Δ}{y}_i\\ {\mathrm{\Δ}}^n{y}_i={\mathrm{\Δ}}^{n-1}{y}_{i+1}-{\mathrm{\Δ}}^{n-1}{y}_i\end{array}\right]----\left(1\right)$

表达式(1)中允许考虑倾斜的校准值预测。

例如，两个过去的校准值y，和y，提供校准值Pk，作为一种简单的表达式Pk＝2y1-Y2。然后，在所获得校准值Pk的基础上可获得信号指针帧。

当不被实施更高次序预测时，为以前的字符获得的校准值Y1是一种校准值P，以产生当前字符的信号指针帧。在校准值y1基础上然后产生了信号指针帧。

下面将参考图5解释OFDM解调装置的第二最佳的实施例，如上所述它采用了具有倾斜成份的更高次序预测。

第一和第二实施例之间的差在于自-校准器。因此，图5仅显示了第二实施例的自-校准器40a。在图5中，类似于图2所述那些的电路块由相同的参考数字表示。

在图5中显示的自-校准器40a在用存贮器60和幅度相位校准器50之间具有倾斜预测器55。

存贮在存贮器50中的先前校准值被加到倾斜预测器55。在以上所描述的倾斜成份基础上，预测器55预测在校准值方面的变化。在预测器55的预测结果基础上，振幅相位校准器50校准来自图2的参考信号校准器20的第一校准的信号30。

从振幅相位校准器50输出的第二校准的信号80加到图2中的振幅相位差检测器70和解码器90，而且，从解码器90所解码的数据输出到与图2的第一实施例相同的检测器70。

其次，将解释使用更高次序预测的OFDM解调装置的第三最佳的实施例，它用递归的模型来确定校准值。

在第三实施例中的信号指针帧的产生中，递归的模型首先用最小平方法获得，它不仅校准为先前的字符而获得的值而且校准两个或更多个过去的校准值。然后从递归的模型获得字符校准值。该递归模型可表达为第二次序或者更多的直线或曲线。

假定已经获得n个校准值Y1，Y2，Y3，…和Yn。递归的模型在图4中由最小平方方法表示为直线20。

在直线上的该字符处的校准值Pc被表达如下： $P_c=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n(i-\stackrel{-}{x})(y_i-\stackrel{-}{y})}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{(i-\stackrel{-}{x})}^2}(-\stackrel{-}{x})+\stackrel{-}{y}$ $\left[\begin{array}{c}\stackrel{-}{x}=\frac{1+n}{2}\\ \stackrel{-}{y}=\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{y}_i\end{array}\right]---\left(2\right)$

在校准值Pc基础上获得了信号指针帧。

如上所述，用参考图4描述的具有等式(2)的直线递归的模型可进行校准值变化预测。

第三实施例使用了最小平方方法。同时，这对误差诸如白噪音上有效的。

下面将参考图6来描述OFDM解调装置的第三最佳的实施例，如上所述它采用了具有直线递归模式的更高次序预测。

第一和第三实施例之间的差在于自-校准器。因此图6仅仅显示了第三实施例的自-校准器40b。在图6中，类似于先前参考图2描述的电路块由相同的标号表示。

在图6中显示的自-校准器40b在存贮器60与幅度相位校准器50之间具有直线递归预测器56。

存贮在存贮器60中的原先校准值被加到直线递归预测器56。借助于以上所描述的直线递归模式，预测器56预测校准值的变化。在预测器56的预测结果基础上，振幅相位校准器50校准由图2的参考信号校准器20提供的第一校准的信号30。

从振幅相位校准器50输出的第二校准的信号80被加到图2的振幅相位差检测器70和解码器90；同时，从解码器90输出的解码数据被加到与图2的第一实施例相同的检测器70。

在自-校准中，对于每个载波逐字符地更新校准值，并且在为后面接收的信号更新校准值的基础上，产生了一个新的信号指针帧。在低的S/N比环境之下，仅仅用从前者所接收的信号所获得的校准值进行的校准将造成波动或者反相的校准。

为了克服该缺点，在第四最佳的实施例中，校准值在时间和频率轴方向中以平均值决定。

沿时间轴方向，为每一个载波每字符更新的校准值被存储了若干数量。然后，在存储校准值的平均值基础上，产生信号指针帧区域。对于下一个字符，以新近获得的校准值代替最老的校准值来进行平均。

另一方面，沿频率轴方向，信号指针帧是基于对该载波已经确定的校准值的平均值而产生的，该载波靠近要为其确定新校准值的载波。

以上所描述的平均将进一步参考图7来解释，其中圆圈代表校准值。

当在时间与频率轴方向中不进行平均时，只对第n个载波用校准值18产生信号指针帧。

另一方面，信号指针帧将由这样一个校准值来产生，该校准值由图7中用黑圆圈表示的校准值的平均数确定。

以上所描述的过程将提供更少波动的高可靠的校准值。

然而，在时间轴方向平均数m变得越大，则在频率方向平均数值t变得越小，以保持平均总数(mxt)恒定，第四实施例将不能够跟随足够的波动速度，因为利用了许多过去的校准值。然而，即使发生错误，由于在频率方向上的低平均，通过参考信号的传输来恢复将是迅速的。

下面将参考图8解释利用上述的平均的OFDM解调装置的第四最佳的实施例。

第一和第四实施例之间的差在于自-校准器。因此，图8只显示了第四实施例的自-校准器40c。在图8中，类似于先前参考图2描述的那些的电路方框由相同的参考数字表示。

在图8中显示的自-校准器40c在存贮器60和幅度相位校准器50之间具有校准信号平均电路57。

存贮在存贮器60中的过去的校准值被加到校准信号平均电路57。如上所述，校准信号平均电路57在时间与频率轴方向中平均校准值。在预测信号平均电路57的平均结果基础上，振幅相位校准器50校准由图2的参考信号校准器20提供的第一校准的信号30。

从振幅相位校准器50输出的第二校准信号80被加到图2的振幅相位差检测器70和解码器90，并且，从解码器90输出的解码数据加到与图2中的第一实施例相同的检测器70上。

接下来，将参考图9解释OFDM解调装置的第五最佳的实施例。

第一和第五实施例之间的差在于自-校准器。因此只显示第五实施例的自-校准器40d。在图9中，类似于与先前参考图2描述的那些电路块相同的块由相同的参考数字表示。

图9所示的自-校准器40d在存贮器60与幅度相位检测器70之间具有低可靠信号抑制器。

从图2的解码器90输出的解码数据加到振幅相位检测器70上。从振幅相位校准器50输出的第二校准信号80也加到检测器70。检测器70检测在所解码的数据和第二校准的信号之间的振幅和相位上的差。

从振幅相位检测器70输出的振幅和相位差数据加到低可靠信号抑制器65。该低可靠信号抑制器从振幅相位检测器70输出振幅和相位差数据中除去由低可靠信号携带的振幅和相位差数据。余下的数据加到存贮器60。

与由振幅调制的参考信号相比较，低可靠信号是一个低振幅电平的信号。进一步，低可靠信号容易受噪音影响。因此，为下一个字符的信号的校准从这样的信号所获得的数据变得不可靠。

存储器60存储余下的数据，并且对于要用它来发射参考信号的载波，该存贮器60由来自图2的参考信号校准器20的复位信号复位。

从图9所示的自-校准器40d输出的第二校准信号80加到图2的解码器90。信号80用QAM解调由解码器90解码，然后从此处输出，并且被加到振幅相位检测器70和自-校准器40d的低可靠信号抑制器65上。

更详尽地，自-校准每字符地更新在每一个载波中的校准值，并且在最新校准值基础上为下一个所接收的信号产生一个新的信号指针帧。为了有高可靠的校准值，对为了该载波已经确定的校准值进行平均，该载波靠近要为其确定新校准值的载波。然后，如果在其中包括有的话，通过抑制低信号部分就可确定新的校准值。

进而，自-校准处理各种各样振幅与相位的信号，因为利用了为信号校准的数据信号。在自校准中进行振幅和相位检测的正常化时，一个低电平信号比高电平信号容易受噪声的影响。这样，在图10中显示的256 QAM信号指针帧中，如果用解码器90解码的信号是由虚线表示的方块22包围的最小电平的四倍信号，则在由低可靠信号抑制器65除去的这些信号基础上计算出幅度和相位部分。

如上所述，按照本发明，除参考信号校准之外的自-校准对于每个所传输的信号更新校准值，以完成精确的顺序信号校准。

进一步，用倾斜成份，直线递归模型和平均的高次序预测可达到精确的信号校准。

因此，按照本发明的OFDM解调装置能跟随在传输线路特色方面变化以完成精确的信号校准，以更少编码错误这样完成高可靠的通信。另外，当传输的数据量是恒定的时，因为长字符时间，本发明通过用狭窄的传输频带的多电平调制完成移动通信，由于一个传输的数据量经常的长字符时间多级调制。

Claims (12)

1.一种解调装置包括：

校准器，在参考信号基础上，校准调制和编码的信号，以获得顺序的第一校准信号，该调制和编码的信号通过正交频分多路传输被依次传输到解调装置；

自-校准器，用于检测顺序的第一校准信号的振幅和相位差，并且在该振幅与相位差基础上校准顺序的第一信号以获得顺序的第二个所校准的信号；以及

解码器，解码第二信号，以便获得顺序的解码信号。

2.按照权利要求1的解调装置，其中自-校准器包括预测器，以在其它已经在时间轴上获得的校准值基础上为编码的信号预测校准值，借助于预测的校准值，该自-校准器校准第一校准信号。

3.按照权利要求2的解调装置，其中预测器在已经获得校准值之间获得倾斜部分，以在该倾斜部分的基础上为第一校准信号预测校准值。

4.按照权利要求2的解调装置，其中预测器用最小平方方法获得已经获得的校准值的递归模型，以在该递归的模型基础上为第一校准信号预测校准值。

5.按照权利要求1的解调装置，其中自-校准器包括一个平均电路，以平均在时间和频率轴方向已经获得的其它校准值，以获得平均校准值，借助于该平均校准值，该自-校准器校准第一校准信号。

6.按照权利要求1的解调装置，其中自-校准器包括抑制器，以除去第一校准信号的振幅和相位差部分，如果其电平比另一个参考电平更低的话，在振幅与相位差基础上该自-校准器校准第一校准信号，从所说振幅与相位差中要除去该振幅与相位差部分。

7.一种解调方法包括：

在参考信号基础上，校准调制和编码的信号，以获得顺序的第一校准信号，该调制和编码的信号通过正交频分多路传输被依次传输到解调装置；

检测顺序的第一校准信号的振幅和相位差，并且在该振幅与相位差基础上校准顺序的第一信号以获得顺序的第二个所校准的信号；以及

解码第二信号，以便获得顺序的解码信号。

8.按照权利要求7的解调方法，进一步包括步骤：在其它已经在时间轴上获得的校准值基础上为编码的信号预测校准值，借助于预测的校准值，该自-校准器校准第一校准信号。

9.按照权利要求8的解调方法，进一步包括步骤：在已经获得校准值之间获得倾斜部分，以在该倾斜部分的基础上为第一校准信号预测校准值。

10.按照权利要求8的解调方法，进一步包括步骤：用最小平方方法获得已经获得的校准值的递归模型，以在该递归的模型基础上为第一校准信号预测校准值。

11.按照权利要求7的解调方法，进一步包括步骤：平均在时间和频率轴方向已经获得的其它校准值，以获得平均校准值，借助于该平均校准值，该自-校准器校准第一校准信号。

12.按照权利要求7的解调方法，进一步包括步骤：除去第一校准信号的振幅和相位差部分，如果其电平比另一个参考电平更低的话，在振幅与相位差基础上该自-校准器校准第一校准信号，从所说振幅与相位差中要除去该振幅与相位差部分。

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