CN1251496C - 具有频域导频和隐藏导频信号的多载波发送系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种多载波发送系统包括：FEC单元，用于对频域OFDM信号进行编码，以便接收端检错和纠错；映射单元，用于映射所编码的频域OFDM信号；帧成形单元，用于将第一导频信号插入到频域信号中，以生成针对每一种发送模式所形成的OFDM帧信号；导频插入单元，用于将功率比OFDM帧信号的平均功率低的隐藏导频信号添加到OFDM帧信号中；IFFT单元，用于通过执行IFFT，将频域OFDM帧信号调制为时域OFDM信号；以及保护间隔插入单元，用于在时域OFDM信号前面插入保护间隔。由于将具有与OFDM信号相同符号时间的低功率隐藏导频信号添加到频域中，所以可以改善接收性能。

Description

具有频域导频和隐藏导频信号的多载波发送系统及方法
技术领域
本发明涉及数字广播系统，更具体地说，涉及采用OFDM(正交频分复用)的多载波发送系统及其信号处理方法，能够改善接收性能。
背景技术
在多路径和移动接收环境下，OFDM是一种具有良好性能的多载波调制方法。
OFDM方法采用相互正交的多个载波来增加频率利用效率。当将多载波方法用于有线或无线通道时，OFDM方法适于高数据速率发送。当将单载波方法用于通过具有多路径衰落的无线通信通道发送具有短符号间隔的高速数据时，由于符号间干扰变得严重，从而使接收端的复杂度急剧增加。
多个相互正交的载波用于OFDM方法中来增加频率利用效率。可以通过执行能够取得与执行IDFT/DFT(离散傅立叶逆变换/离散傅立叶变换)相同效果的IFFT/FFT(快速傅立叶逆变换/快速傅立叶变换)，在发送/接收端高速地对这些载波进行调制/解调。
作为欧洲数字广播标准之一的DVB-T(地面数字视频广播)采用上述OFDM方法中的COFDM调制方法。使用多载波一次发送多个数据的COFDM方法的特点在于，它在多路径环境下运行的非常好并且能够实现移动接收。
图1示出传统的DVB-T发送系统的示意方框图。
该DVB-T发送系统包括FEC(前向纠错)单元10、映射单元20、帧成形单元30、IFFT单元40、保护间隔插入单元50以及RF(射频)单元60。
FEC单元10通常执行RS(里德-索罗门)编码和卷积编码，用于对数据进行编码，以便接收端进行检错和纠错。
映射单元20将编码数据映射为QPSK(四相移相键控)、16QAM(正交调幅)、64QAM等。
帧成形单元30将导频插入到数据中并生成用于发送的帧。所添加的导频可以是用于同步捕获和通道均衡的离散导频、连续导频和TPS(发送参数信号)。TPS携载下述6项信息：
1)QAM星座(constellation)的样式信息；
2)分层信息；
3)GI(保护间隔)长度信息；
4)内部编码速率；
5)2K或8K发送模式；
6)帧数。
IFFT单元40执行IFFT，将频域OFDM信号变换为时域OFDM信号。
保护间隔插入单元50将从调制的OFDM信号的尾部截取的GI插入到OFDM信号前面，以防止多路径环境下的ISI(符号间干扰)。
RF单元60通过无线通道在期望的频带上发送OFDM信号。
DVB-T发送系统将多个导频添加到OFDM帧信号中，用于接收端的同步捕获和通道均衡。图2示出在DVB-T发送系统的每一种发送模式中形成OFDM信号帧的结构，每一个OFDM信号帧均包括导频信号。实际上，DVB-T接收系统仅使用该导频信号执行通道均衡和频域同步，由此导致接收系统的性能受限和下降。
发明内容
本发明的目的是至少解决上述问题和/或存在的缺陷，并可以带来至少下述的优点。
因此，本发明的目的是通过提供一种将额外的隐藏导频信号添加到频域中来改善接收性能并能够与传统的多载波发送系统相兼容的多载波发送系统及其信号处理方法，解决上述问题。
根据本发明的一个方面，提供一种多载波发送系统，包括：FEC单元，用于对频域OFDM信号进行编码，以便接收端检错和纠错；映射单元，用于映射所编码的频域OFDM信号；帧成形单元，用于将第一导频信号插入到频域信号中，以生成针对每一种发送模式所形成的OFDM帧信号；导频插入单元，用于将功率比OFDM帧信号的平均功率低的隐藏导频信号添加到OFDM帧信号中；IFFT单元，用于通过执行IFFT，将频域OFDM帧信号调制为时域OFDM信号；以及保护间隔插入单元，用于在时域OFDM信号前面插入保护间隔。
第一导频信号是接收端用于同步捕获和通道均衡信息的离散导频、连续导频，以及针对每一种发送模式作为系统信息的TPS。
OFDM帧信号具有I信号和Q信号，隐藏导频信号具有分别添加到I信号和Q信号的隐藏I导频信号和隐藏Q导频信号。
隐藏I导频信号的功率以下述方式设置，即，预定数量的隐藏I导频信号的累积功率比I信号的平均功率高；隐藏Q导频信号的功率以下述方式设置，即，预定数量的隐藏Q导频信号的累积功率比Q信号的平均功率高。
添加到I信号和Q信号的隐藏I导频信号和隐藏Q导频信号具有分别与I信号和Q信号相同的符号时间。
隐藏导频信号是同步信息。
根据本发明的另一方面，提供一种多载波发送系统的信号处理方法，包括步骤：对频域信号进行编码，以便接收端检错和纠错；映射所编码的频域信号；将第一导频信号插入到频域信号中，以生成针对每一种发送模式所形成的OFDM帧信号；将功率比OFDM帧信号的平均功率低的隐藏导频信号添加到OFDM帧信号中；通过执行IFFT，将频域OFDM帧信号调制为时域OFDM信号；以及在时域OFDM信号前面插入保护间隔。
第一导频信号是接收端用于同步捕获和通道均衡信息的离散导频、连续导频，以及针对每一种发送模式作为系统信息的TPS。
OFDM帧信号具有I信号和Q信号，隐藏导频信号具有分别添加到I信号和Q信号的隐藏I导频信号和隐藏Q导频信号。
隐藏I导频信号的功率以下述方式设置，即，预定数量的隐藏I导频信号的累积功率比I信号的平均功率高；隐藏Q导频信号的功率以下述方式设置，即，预定数量的隐藏Q导频信号的累积功率比Q信号的平均功率高。
添加到I信号和Q信号的隐藏I导频信号和隐藏Q导频信号具有分别与I信号和Q信号相同的符号时间。
隐藏导频信号是同步信息。
本发明的其它优点、目的和特点将在下面的描述中阐述，并且对于本领域的技术人员来说，通过研究下面的说明或具体实践本发明，上述情形将变得更加清楚。如在所附的权利要求中所指出的，可以实现和达到本发明的目的和优点。
附图说明
将参照下面的附图对本发明进行详细描述，其中，相同的参考标号表示相同的部件。
图1示出传统的DVB-T(采用COFDM)发送系统的示意方框图；
图2示出了图1的DVB-T发送系统中的OFDM信号的结构；
图3示出根据本发明的采用COFDM的DVB-T发送系统的示意方框图；
图4示出了图3的DVB-T发送系统的OFDM信号的结构；
图5示出添加映射信号的概念和由图3的导频插入单元添加的导频信号；以及
图6示出图3的DVB-T发送系统的信号处理方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图详细描述本发明的优选实施例。
面向欧洲的DVB-T系统具有如下特点：
1)使用COFDM调制方法；
2)除了非分层信号发送模式和分层发送模式之外，还额外支持非分层混合发送模式，并且在每一种模式下采用不同的帧结构；
3)除了2K和8K模式之外，还支持4K模式；以及
4)具备频域中同步，用于实现发送和接收端之间的同步。
图3示出采用COFDM方法的DVB-T发送系统的示意方框图。
该DVB-T发送系统包括分离器100、FEC(前向纠错)单元200和OFDM调制器300。
分离器100将输入码流分离成高位码流和低位码流，并将它们输出到FEC单元200。
FEC单元200包括用于执行加绕(scramble)的加扰器210、用于执行RS(里德-索罗门)编码的外编码器220、用于执行卷积交织的外交织器230、以及用于执行内部编码的内编码器240。FEC单元200还包括内交织器250，以延长方式具有用于执行可变数据块的位交织的位交织器251、以及用于执行映射1512(2K操作模式)或6048(8K操作模式)有效载波为预定位字的符号交织器252。
OFDM调制器300包括映射单元310、帧成形单元320、隐藏导频插入单元330、IFFT单元340、以及保护间隔插入单元350。
映射单元310将纠错编码后的OFDM数据映射成符号星座，比如QPSK、16QAM和64QAM。
帧成形单元320将导频信号插入到预定子载波中，并根据每一种发送模式生成帧结构。
结果，OFDM信号包括多个子载波，每一个子载波具有数据子载波、用于通道估计和同步捕获的离散导频和连续导频、以及TPS导频或基于发送服务模式的系统信息。
除了帧成形单元320插入的第一导频之外，隐藏导频插入单元330将极低功率的隐藏I导频信号Hidden_Pilot PI和隐藏Q导频信号Hidden_Pilot PQ分别添加到I信号和Q信号或OFDM信号。隐藏I导频信号PI和隐藏Q导频信号PQ以每隔OFDM信号的1符号时间周期地添加到I信号和Q信号中。其中，隐藏I导频信号PI的功率以下述方式设置，即，预定数量的隐藏I导频信号的累积功率比I信号的平均功率高。隐藏I导频信号PI的功率可以使用相关法或其它方法来累积。隐藏Q导频信号PQ的功率可以与设置隐藏I导频信号PI的功率的方式相同的方式设置。
隐藏导频信号Hidden_Pilot PI和PQ添加到I信号和Q信号或OFDM信号，信号的格式如图5所示。该图说明帧形式信号和隐藏导频信号Hidden_PilotPI和PQ位于N个，或者IFFT的点数个，子载波中的每一个上。
通过使用这些添加到I信号和Q信号中的隐藏导频信号Hidden_Pilot PI和PQ，接收端可以执行通道均衡并获取时域和频域同步。由于添加的是极低功率的隐藏导频信号Hidden_Pilot PI和PQ，所以能够与现有系统兼容。
IFFT单元340将频域OFDM信号调制为时域OFDM信号，并可以支持2K和8K模式。也就是说，IFFT单元340将由多个并行数据构成的频域OFDM信号分配给多个子载波进行调制，从而输出由多个取样数据构成的时域OFDM信号。
保护间隔插入单元350在执行IFFT后所输出的OFDM符号前面插入GI。具体地说，将从OFDM信号的尾部截取的取样数据中复制的GI插入到OFDM符号的前面，以便防止多路径环境下的ISI。
所产生的处理过的OFDM信号由RF单元(未示出)通过RF通道在期望的频带上发送。
如上所述，针对映射信号的格式，在频域中添加隐藏导频信号Hidden_Pilot PI和PQ，以便与现有系统兼容。隐藏导频信号Hidden_Pilot PI和PQ与帧成形信号具有相同的1符号时间。隐藏导频信号Hidden_Pilot PI和PQ可以用PN(伪噪声)序列或任何其它值构成。隐藏导频信号Hidden_Pilot PI和PQ对于接收和发送端是公知的。
DVB-T发送系统所发送的隐藏导频信号Hidden_Pilot PI和PQ由接收端用来执行通道均衡并获取频率同步，从而改善接收性能。
图6示出根据本发明的DVB-T发送系统的信号处理方法的流程图。
FEC单元200针对非分层发送模式、分层发送模式以及非分层混合发送模式中的每一种编码输入数据，以便接收端检错和纠错(S10)。
映射单元330针对每一种模式将编码数据映射成符号星座，比如QPSK、16QAM和64QAM(S20)。
帧成形单元320针对每一种发送模式，将第一导频信号插入到预定子载波中并生成帧结构(S30)。添加到OFDM符号中的第一导频可以是用于同步捕获和通道估计的离散导频和连续导频、以及TPS或基于发送服务模式的系统信息。
隐藏导频插入单元330将具有与I信号和Q信号相同的1符号时间的、极低功率的隐藏I导频信号PI和隐藏Q导频信号PQ分别添加到I信号和Q信号，或OFDM信号，如图4所示(S40)。隐藏导频信号Hidden_Pilot PI和PQ可以用PN(伪噪声)序列或任何其它值构成，对于接收和发送端是公知的。
由于添加的是极低功率的隐藏导频信号Hidden_Pilot PI和PQ，所以可以改善接收性能并与现有系统兼容。
IFFT单元340将频域OFDM信号调制为时域OFDM信号(S50)。
保护间隔插入单元350在执行IFFT(快速傅立叶逆变换)后所输出的OFDM符号前面插入GI(S60)。具体地说，整个OFDM符号1/4、1/8、1/16、或1/32的尾部可以作为GI。
RF单元(未示出)通过RF通道在期望的频带上发送OFDM信号。
上面作为实例描述了DVB-T发送系统中添加隐藏导频信号PI和PQ的方法，但是，也可以将其推广到采用OFDM调制方法的所有系统中。
根据本发明COFDM发送系统通过在频域中添加具有与OFDM信号相同符号时间的低功率隐藏导频信号，能够改善接收性能。
由于在该系统中将添加到频域中的隐藏导频信号的功率设置的非常低，所以能够与现存系统兼容。
尽管参照特定优选实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以作出各种形式和细节上的变化。
上述实施例和优点仅用于示例性地说明本发明，而不是用来限制本发明。所述原理自然可以应用到其它类型的装置。本发明的描述试图说明而不是用于限制权利要求的范围。对于本领域的技术人员来说，各种不同的变形、更改和修正都是显而易见的。在所附的权利要求中，装置加功能的句式试图覆盖执行在此描述的所述功能的各种结构，不仅限于结构等价，而是包括各种等价结构。

Claims (16)

1.一种多载波发送系统，包括：
FEC单元，用于对频域OFDM信号进行编码，以便接收端检错和纠错；
映射单元，用于映射所编码的频域OFDM信号；
帧成形单元，用于将第一导频信号插入到频域信号中，以生成针对每一种发送模式所形成的OFDM帧信号；
导频插入单元，用于将功率比OFDM帧信号的平均功率低的隐藏导频信号添加到OFDM帧信号中；
快速傅立叶逆变换单元，用于通过执行快速傅立叶逆变换，将频域OFDM帧信号调制为时域OFDM信号；以及
保护间隔插入单元，用于在时域OFDM信号前面插入保护间隔。
2.根据权利要求1所述的多载波发送系统，其中，第一导频信号是接收端用于同步捕获和通道均衡信息的离散导频信号和连续导频信号，以及针对每一种发送模式作为系统信息的TPS。
3.根据权利要求1所述的多载波发送系统，其中，OFDM帧信号具有I信号和Q信号，隐藏导频信号具有分别添加到I信号和Q信号的隐藏I导频信号和隐藏Q导频信号。
4.根据权利要求3所述的多载波发送系统，其中，隐藏I导频信号的功率以下述方式设置，即，预定数量的隐藏I导频信号的累积功率比I信号的平均功率高；隐藏Q导频信号的功率以下述方式设置，即，预定数量的隐藏Q导频信号的累积功率比Q信号的平均功率高。
5.根据权利要求4所述的多载波发送系统，其中，隐藏I导频信号的累积功率和隐藏Q导频信号的累积功率采用相关法产生。
6.根据权利要求4所述的多载波发送系统，其中，添加到I信号和Q信号的隐藏I导频信号和隐藏Q导频信号具有分别与I信号和Q信号相同的符号时间。
7.根据权利要求4所述的多载波发送系统，其中，隐藏导频信号是同步信息。
8.根据权利要求1至7任一权利要求所述的多载波发送系统，其中，隐藏导频信号是伪噪声序列。
9.一种多载波发送系统的信号处理方法，包括步骤：
对频域信号进行编码，以便接收端检错和纠错；
映射所编码的频域信号；
将第一导频信号插入到频域信号中，以生成针对每一种发送模式所形成的OFDM帧信号；
将功率比OFDM帧信号的平均功率低的隐藏导频信号添加到OFDM帧信号中；
通过执行快速傅立叶逆变换，将频域OFDM帧信号调制为时域OFDM信号；以及
在时域OFDM信号前面插入保护间隔。
10.根据权利要求9所述的信号处理方法，其中，第一导频信号是接收端用于同步捕获和通道均衡信息的离散导频信号和连续导频信号，以及针对每一种发送模式作为系统信息的TPS。
11.根据权利要求9所述的信号处理方法，其中，OFDM帧信号具有I信号和Q信号，隐藏导频信号具有分别添加到I信号和Q信号的隐藏I导频信号和隐藏Q导频信号。
12.根据权利要求11所述的信号处理方法，其中，隐藏I导频信号的功率以下述方式设置，即，预定数量的隐藏I导频信号的累积功率比I信号的平均功率高；隐藏Q导频信号的功率以下述方式设置，即，预定数量的隐藏Q导频信号的累积功率比Q信号的平均功率高。
13.根据权利要求12所述的信号处理方法，其中，隐藏I导频信号的累积功率和隐藏Q导频信号的累积功率采用相关法产生。
14.根据权利要求11所述的信号处理方法，其中，添加到I信号和Q信号的隐藏I导频信号和隐藏Q导频信号具有分别与I信号和Q信号相同的符号时间。
15.根据权利要求9所述的信号处理方法，其中，隐藏导频信号是同步信息。
16.根据权利要求9至15任一权利要求所述的信号处理方法，其中，隐藏导频信号是伪噪声序列。
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