CN1275399C - 时域同步正交频分多路复用发射机及其信号处理方法 - Google Patents

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Abstract

公布的是一种时域同步(TDS)OFDM发射机，该发射机包括：前向纠错(FEC)编码单元，用于编码输入数据以校正传输过程中所发生的接收机处的错误；逆离散傅里叶变换(IDFT)单元，用于调制所述编码数据，该调制的编码数据被定义为OFDM码元；保护间隔(GI)插入单元，用于将GI插入至OFDM码元中用于抑制ISI(码元内干扰)；脉冲成形滤波单元，用于限制PN发生器所产生的PN(伪噪声)序列的频率带宽；PN插入单元，用于将所述滤波后的PN序列插入OFDM码元中；和RF上变频单元，用于将具有滤波后的PN序列的OFDM码元上变频为RF信号。所述OFDM发射机能够防止由同步码元的插入所引起的OFDM信号的失真。

Description

时域同步正交频分多路复用发射机及其信号处理方法
技术领域
本发明涉及正交频分多路复用(OFDM)发射机，尤其涉及通过将OFDM信号的同步信息的伪噪声(PN)序列插入OFDM信号中而执行时域同步(TDS)发送的OFDM发射机。
背景技术
高清晰度电视(HDTV)广播系统一般可被大致分为图像编码单元和图像调制单元。图像编码单元将来自高清晰度图像源的大约1Gbps的输入数字数据压缩至15-18Mbps的数据。图像调制单元通过大约6-8MHz的有限带宽信道向接收方发送该几十兆比特/秒(Mbps)的数字数据。数字HDTV广播应用使用分配用于电视广播的甚高频/超高频(VHF/UHF)的地面同时广播系统。
在欧洲，正交频分复用(OFDM)系统被采纳作为下一代HDTV地面广播系统，其中，OFDM系统是一种能够获得提高每带宽传输速度和防止干扰的双重功效的数字调制系统。
该OFDM技术是一种在预定的单元块内，将串行输入的一行码元变换为并行数据，并将该并行码元复接进不同的副载波频率内的技术。这样的OFDM技术使用多载波，并与使用单个载波的现有技术有很大的不同。这些多载波之间彼此具有正交性。“正交性”意味着一种特征，即两个载波相乘将为零值(0)，这是使用这些多载波的必要条件。该OFDM技术通过快速傅里叶变换(FFT)和快速傅里叶逆变换(IFFT)而实现，并简单地通过副载波间的正交性和IFFT的定义而获得。
使用OFDM技术的优点如下：
作为具有传输质量依赖于信号传输过程中产生的反射波和同信道干扰以及邻信道干扰的信道特性的电视地面传输系统，传输系统的设计条件是非常复杂的。然而，OFDM在多径环境中是功能强大的。换句话说，当使用多个载波时，码元传输时间可被加长。因此，OFDM技术相对来讲对于由OFDM所发生的信号失真。而且，OFDM系统对于现存信号也是强大的，因此，受同信道干扰的影响较小。由于这些特性，可以建立单频网络(SFN)。“SFN”意味着单个广播通过单个频率向国内广播。如果使用单频网络，可以有效地使用有限的频率资源。
同时，OFDM信号由多载波组成，每个载波具有非常窄的带宽。因为整个频谱具有接近正方形的形状，多载波比单个载波具有相对较好的频率效率。OFDM技术的另一个优点是，由于OFDM信号的波形与高斯白噪声(WGN)是相同的，OFDM信号与使用如逐行倒相(PAL)、塞康制(SECAM)等的广播业务相比，具有较小的干扰。因此，因为OFDM技术对于每个载波使用不同的调制方法，可以实现分级传输。
使用时域同步(TDS)的OFDM发射机，通常沿时间轴变换对于预定的频带提供分配业务而在频率轴上形成的OFDM信号。OFDM发射机在沿时间轴形成OFDM信号之前插入保护间隔(GI)，用于抑制信号间干扰，并且在GI前插入同步信息然后发送。
图1是方框图，示出了发送TDS的通用OFDM发射机。该OFDM发射机具有前向纠错(FEC)编码单元10、逆离散傅里叶变换(IDFT)单元20、保护间隔(GI)插入单元30、同步信息插入单元40、脉冲成形滤波器50、和RF(射频)上变频单元60。
FEC编码单元10前向纠错编码源数据，以校正传输过程中关于将被发送的每个OFDM信号的业务信息所产生的错误。
IDFT单元20将频域中的编码数据逆离散傅里叶变换为时域中的信号。
GI插入单元30插入保护间隔，用于抑制在IDFT单元20中执行IDFT的OFDM信号和相邻OFDM信号之间的干扰。
同步信息插入单元40将伪噪声(PN)序列插入在GI插入单元30中插入GI的OFDM信号中。该同步信息插入单元40产生相应于插入PN序列的OFDM信号的脉冲波。该从同步信息插入单元40输出的相应于插入PN序列的OFDM信号的脉冲波比插入PN序列之前的OFDM信号对于频率轴占据更宽的带宽。
脉冲成形滤波器50滤波该脉冲波，以形成相应于从同步信息插入单元40输出的OFDM信号的脉冲波，以适于分配有该脉冲波的OFDM信号所占据的带宽。RF上变频单元60对于在脉冲成形滤波器50中被脉冲成形滤波的OFDM信号执行高频上变换。在RF上变频单元60中被高频上变换之后的OFDM信号被从天线70辐射并通过发送信道向接收机发送。
图2是示出被时域同步(TDS)类型所发送的OFDM信号的帧结构的图。该OFDM信号的帧包括PN序列、GI和OFDM数据。该OFDM数据是用于在接收机中将被执行的真实再现的信息。GI被分配用于抑制发送的OFDM信号之间的干扰。该PN序列包括用于估计OFDM接收机中接收的OFDM信号的同步和信道的同步信息。
图3是示出图1中的每个方块所产生的频谱的图。该指出的频谱是基于频率轴(F)而形成的图。在该图中，经过IDFT单元20的OFDM频谱可被示于图“A”，PN序列的频谱示于图“B”，脉冲成形滤波器50的频率特性示于图“C”。因此，如果插入具有“B”的频谱的PN序列的OFDM信号经过具有“C”频率特性的脉冲成形滤波器50，输出具有“D”频谱的OFDM信号。
然而，经过具有“C”频率特性的脉冲成形滤波器50的OFDM信号与从IDFT单元20输出的“A”频谱比较，具有部分失真信号，如“D”。这个问题是：如果OFDM信号在频域中失真，当OFDM发射机使用频域发送OFDM信号时，接收机中所接收的OFDM信号不能被准确地再现。
发明内容
提出用于解决上述问题的本发明，以提供一种依据为限制插入PN序列的OFDM信号所占据的频带而执行的脉冲成形滤波、能够防止在OFDM信号中所产生的失真的OFDM发射机。
依据本发明，上述目的可以通过时域同步(TDS)OFDM发射机而实现，该发射机包括：前向纠错(FEC)编码单元，用于编码输入数据以校正传输过程中所发生的接收机处的错误；逆离散傅里叶变换(IDFT)单元，用于调制所述编码数据，该调制的编码数据被定义为OFDM码元；保护间隔(GI)插入单元，用于将GI插入至OFDM码元中用于抑制ISI(码元内干扰)；脉冲成形滤波单元，用于限制PN发生器所产生的PN(伪噪声)序列的频率带宽；PN插入单元，用于将所述滤波后的PN序列插入OFDM码元中；和RF上变频单元，用于将具有滤波后的PN序列的OFDM码元上变频为RF信号。
被脉冲成形滤波器滤波的PN序列最好对于频率轴具有无穷大的值。当OFDM接收机中所接收的OFDM信号被再现时，该PN序列可被用于码元定时同步和均衡。脉冲成形滤波单元的类型包括升余弦(RC)滤波器和平方根升余弦(SRRC)滤波器。
同时，依据本发明，上述目的可被一种时域同步(TDS)OFDM发射机中的信号处理方法实现，该方法包括以下步骤：
(1)编码输入数据以校正传输过程中所发生的接收机处的错误；
(2)对所述编码的数据执行逆离散傅里叶变换(IDFT)，以调制编码数据，该调制后的编码数据被定义为OFDM码元；
(3)将GI插入至OFDM码元中用于抑制ISI(码元内干扰)；
(4)滤波PN发生器所产生的PN(伪噪声)序列，以限制该PN序列的频率带宽；
(5)将所述滤波后的PN序列插入OFDM码元中；以及
(6)将具有滤波后的PN序列的OFDM码元上变频为RF信号。
被脉冲成形滤波单元滤波的PN序列最好对于频率轴具有无穷大的值。当OFDM接收机中所接收的OFDM信号被再现时，该PN序列可被用于码元定时同步和均衡。
脉冲成形滤波单元的类型最好包括RC滤波器和SRRC滤波器。
依据本发明，通过在将PN序列插入OFDM信号和将它插入已插入GI的OFDM信号之前，对于PN序列执行脉冲成形滤波，可防止被PN序列的插入所引起的OFDM信号的占据频带的扩展和将GI插入OFDM信号的失真。因此，接收带有脉冲成形滤波的PN序列的OFDM信号的OFDM接收机可以稳定地接收并再现OFDM信号。
附图说明
通过参考附图的优选实施例的描述，本发明的上述目的和特性将会更明显，其中：
图1示出了发送TDS的通用OFDM发射机的方框图；
图2示出了被TDS类型所发送的OFDM信号的帧结构；
图3示出了图1的每个方框所产生的频谱；
图4示出了依据本发明的OFDM接收机的优选实施例的方框图；
图5示出了依据本发明的实施例的时域同步(TDS)OFDM发射机中的信号处理方法。
具体实施方式
下文将参考附图详细描述本发明的优选实施例。
图4示出了依据本发明的OFDM接收机的优选实施例的方框图。
如图4所示，OFDM发射机具有前向纠错(FEC)编码单元100、逆离散傅里叶变换(IDFT)单元200、保护间隔(GI)插入单元300、脉冲成形滤波器400、PN插入单元500和RF(射频)上变频单元600。
FEC编码单元100，前向纠错编码输入数据以校正传输过程中对于将被发送的每个OFDM信号的业务信息所发生的接收机处的错误。
IDFT单元200，执行IDFT并调制所述编码数据，该调制的编码数据被定义为OFDM码元。即IDFT单元200被用于将频域中的OFDM信号逆离散傅里叶变换为基于时间的时域中的信号。
GI插入单元300插入保护间隔，用于抑制在IDFT单元200中执行IDFT的OFDM信号和相邻OFDM信号之间的干扰。换句话说，该保护间隔被用于抑制OFDM信号的ISI(码元间干扰)。
脉冲成形滤波单元400，限制PN发生器所产生的PN(伪噪声)序列的频率带宽。即脉冲成形滤波单元400滤波将被插入在GI插入单元300处被插入GI的OFDM信号中的PN序列的频带。该PN序列包括用于估计在OFDM接收机中所接收的OFDM信号的同步和信道的同步信息。PN序列形成对于时间轴的脉冲波，并对于频率轴具有无穷大的值。另外，当再现OFDM接收机所接收的OFDM信号时，该PN序列可被用于码元定时同步和均衡。
脉冲成形滤波单元400的类型包括升余弦(RC)滤波器和平方根升余弦(SRRC)滤波器。
PN插入单元500，将在脉冲成形滤波单元400中滤波后的PN序列插入至在GI插入单元300中已插入GI的OFDM信号中。该PN插入单元500产生相应于插入脉冲成形滤波后的PN序列的OFDM信号的脉冲波。在PN插入单元500中被脉冲成形滤波的PN序列对于在OFDM信号中分配的频带的扩展没有任何影响。换句话说，因为OFDM信号不是脉冲成形滤波的，OFDM信号的频谱保持得与原来的一样好。
因此，通过在将PN序列插入OFDM信号和将它插入已插入GI的OFDM信号之前，对于PN序列执行脉冲成形滤波，可防止被PN序列的插入所引起的占据频带的扩展和将GI插入OFDM信号的失真。因此，OFDM接收机可以更稳定地接收并再现OFDM信号。
RF上变频单元600，将具有滤波后的PN序列的OFDM码元上变频为RF信号。即，RF上变频单元600对于插入在脉冲成形滤波单元400中被脉冲成形滤波的PN序列的OFDM信号，执行高频变换。在RF上变频单元600中被高频变换之后的OFDM信号被从天线700辐射并经过发送信道向接收机发送。
下文中，将参考图5详细描述依据本发明的实施例的时域同步(TDS)OFDM发射机中的信号处理方法。
图5示出了依据本发明的实施例的时域同步(TDS)OFDM发射机中的信号处理方法。在步骤S1中，FEC编码单元100编码来自源的输入数据以校正传输过程中所发生的接收机处的错误；在步骤S2中，IDFT单元200对所述编码的数据执行逆离散傅里叶变换(IDFT)，以调制编码数据，该调制后的编码数据被定义为OFDM码元；在步骤S3中，GI插入单元300将保护间隔(GI)插入至OFDM码元中用于抑制ISI(码元内干扰)；在步骤S4中，脉冲成形滤波单元400滤波PN发生器所产生的PN(伪噪声)序列，以限制该PN序列的频率带宽；在步骤S5中，PN插入单元500将所述滤波后的PN序列插入OFDM码元中；以及在步骤S6中，RF上变频单元600将具有滤波后的PN序列的OFDM码元上变频为RF信号并经过天线700发送该上变频后的OFDM码元。
在步骤(4)最好所产生的PN序列被RC滤波器和SRRC滤波器的一个所滤波。
依据本发明，通过在将PN序列插入OFDM信号和将它插入已插入GI的OFDM信号之前，对于PN序列执行脉冲成形滤波，可防止被PN序列的插入所引起的占据频带的扩展和将GI插入OFDM信号的失真。因此，接收带有脉冲成形滤波的PN序列的OFDM信号的OFDM接收机可以稳定地接收并再现OFDM信号。
尽管已经描述了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将理解本发明不限于上述优选实施例。在所附权利要求书所定义的本发明的精神和范围的情况下，可以作出各种改变和修改。

Claims (4)

1.一种时域同步正交频分多路复用发射机，包括：
前向纠错编码单元，用于编码输入数据以校正传输过程中所发生的接收机处的错误；
逆离散傅里叶变换单元，用于调制所述编码数据，该调制的编码数据被定义为正交频分多路复用码元；
保护间隔插入单元，用于将保护间隔插入至正交频分多路复用码元中用于抑制码元内干扰；
脉冲成形滤波单元，用于限制产生的伪噪声的频率带宽；
伪噪声插入单元，用于将所述滤波后的伪噪声序列插入正交频分多路复用码元中；以及
射频上变频单元，用于将具有滤波后的伪噪声序列的正交频分多路复用码元上变频为射频信号。
2.如权利要求1所述的时域同步正交频分多路复用发射机，其中，所述脉冲成形波器是升余弦滤波器和平方根升余弦滤波器中的一种。
3.一种时域同步正交频分多路复用发射机中的信号处理方法，包括以下步骤：
(1)编码输入数据以校正传输过程中所发生的接收机处的错误；
(2)对所述编码的数据执行逆离散傅里叶变换，以调制编码数据，该调制后的编码数据被定义为正交频分多路复用码元；
(3)将保护间隔插入至正交频分多路复用码元中用于抑制码元内干扰；
(4)滤波产生的伪噪声序列，以限制该伪噪声序列的频率带宽；
(5)将所述滤波后的伪噪声序列插入正交频分多路复用码元中；以及
(6)将具有滤波后的伪噪声序列的正交频分多路复用码元上变频为射频信号。
4.如权利要求3所述的信号处理方法，其中，在步骤(4)中，伪噪声序列被升余弦滤波器和平方根升余弦滤波器的一种所滤波。
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