CN1420647A - 正交频分多路复用系统的接收机 - Google Patents

Abstract

在一正交频分多路复用(OFDM)系统中，接收机包括一接收信号变换器、一频偏估计器以及一频率补偿器。该接收信号变换器从一训练符号移去一保护音及偏离有效副载波信号的平均值超过一预定值的副载波。该频偏估计器估计OFDM数字信号的频偏且该频率补偿器通过使用该估计频偏来补偿接收信号的频偏。因此，可大大提高数据传送效率且使来自一选频噪音通道的影响最小化。另外，通过移去对该频偏估计来说不必要的数据，可降低计算量。

Description

正交频分多路复用系统的接收机

发明领域

本发明涉及正交频分多路复用(OFDM)系统；更具体地，涉及用于通过使用配置成适于频偏估计的训练码元估计基带OFDM信号的频偏的OFDM系统的接收机。

背景技术

通常，OFDM技术可应用于各种数字数据传送系统，如数字音频广播(DAB)、数字电视、无线局域网(WLAN)、无线异步传输方式(WATM)等等。OFDM是一种多载波信号传输技术，在该技术中，由多个载波信号调制的数据以并行方式传送。尽管常规的OFDM系统由于它们的结构复杂性不能被广泛使用，但各种数字信号处理技术如快速傅里叶变换(FFT)以及一种反FFT的新近发展使得OFDM系统能够在不同的领域中商业实现。尽管OFDM方法与常规的FDM方法类似，但它的技术本质在于在执行数据传送的同时保持副载波间的正交性，因此获得用于高速数据传输的最佳的传输效率。因此，建议提高使用OFDM方法如用在WATM系统中的OFDM/CDMA的数据传送技术的数量。

参考图1，提供一种常规的OFDM系统的接收机。

该OFDM系统的接收机包括一A/D变换器10、一乘法器12、一保护间隔移去器14、一快速傅里叶变换(FFT)16、一具有精密的频偏估计器18和粗略的频偏估计器20的频偏估计器30以及一加法器22。

A/D变换器10将由一RF(射频)接收机(未示出)接收以及向该处提供的基带模拟信号转换成一数字信号，然后将该数字数据提供给乘法器12。乘法器12通过使用从加法器22输入的预定的频率校正信号来补偿包含在该数字信号中的频率误差，从而获得采样数据信号。

然后，保护间隔移去器14从由乘法器12输出的信号移去一保护间隔。更具体地，该保护间隔移去过程包括步骤：设置包括两个OFDM符号和一个保护间隔的窗口；通过在输出信号的采样基础上移动窗口获得相关值；当出现一最大相关值作为保护间隔的起点时及时定义一点；以及从该输出的信号移去一与该保护间隔相应的数据。FFT16对由该保护间隔移去器14提供的数据进行快速傅里叶变换以获得流型码片数据(chip data)。该码片数据被发送到频偏估计器30。

除非在使用0FDM方法的数据传送系统中在本地振荡周期期间发送机和接收器同步，否则在接收机和副载波间可发生频偏。如果存在频偏，可导致接收数据和相邻信道间的干扰，从而不能保持副载波间的正交性。因此，即使是很小的偏移也能引起接收系统效率的降低。为此，在采用OFDM方法的数据传输系统中要求一频偏估计器30以便补偿这种频偏。

频偏估计器30计算由FFT16提供的码片数据和一预置的参考信号间的相关值，然后输出一估计的频偏。特别地，该粗略频偏估计器20输出一与载波间的间隔的整数倍相应的一初始频偏，同时该精密频偏估计器30输出在第一同步后留下的等于或小于该载波间隔整数倍的剩余频偏。

加法器22接收由频偏估计器30提供的初始频偏和剩余频偏，然后输出一估计频偏，该估计频偏被输入到乘法器12用作频率较正信号。

然而，上述的常规的频偏估计器30具有如下缺点。在采用时间域方法来估计频偏的情况下，尽管涉及到少量的计算，但用于频偏的检测范围最大被限定到该载波间隔的四倍。另一方面，尽管对用于该频偏的检测范围没有限制，由于用于副载波间的间隔的所有可能的相关函数都应当被计算，因此频率域方法包括大量的计算。

假定在OFDM系统中，发射机(未示出)通过使用N个副载波执行数据的传送，接收机接收用于该频率同步的两个训练符号。此时，通过使用以下详细描述的一个算法来获得自该频偏估计器30输出的估计频偏。

参考图3，其示出应用于本发明的训练符号的结构。该训练符号包括若干保护音以及有效的载波信号。保护音用来防止由于相邻训练符号间的干扰而产生噪音。

从发射机输出的两个训练符号X₁和X₂定义如下： $X_1=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_1\left(k\right)$ 等式1 $X_2=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_2\left(k\right)$ 等式2

其中N表示待进行FFT变换的数据的大小；k，一个索引，表示副载波部分，以及X_k，分配给第k个副载波的复数数据。

两个信号X₁和X₂通过一传送信道发送且在接收机接收分别作为接收信号Y₁和Y₂。该接收的信号Y₁和Y₂表示如下。

Y₁(k)＝X₁(k)H(k)+N(k)            等式3其中，H(k)表示用于第k个副载波的信道传递函数，N(k)表示在第k个副载波中的噪声分量。偏移估计器30从接收到的训练信号Y₁和Y₂获得一估计的频偏并通过使用如下算法补偿接收到的数据信号的频偏(f_offset)。 $f_{\mathrm{offset}}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\arg \underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_2\left(k\right)Y_1^{*}\left(k\right)$ 等式4

然而，在使用如上所述的频偏估计器30的偏移估计方法中，由于由没有传递信息的保护音产生的噪音分量也是计算的主题，因此要求大量的计算。另外，使用频偏估计器30的偏移估计方法可能伴随许多问题，如由频率选择引起的脉冲噪音或衰减现象。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种正交频分多路复用系统的接收机，该接收机能通过从快速傅里叶变换输出的码片数据中移去保护音且通过从包含在码片数据中的保留的有效载波信号中移去脉冲干扰噪音来估计频率偏移。

根据本发明，提供一种正交频分多路复用(OFDM)系统的接收机，用于通过使用用在OFDM调制中的训练符号来估计OFDM数字信号的频偏，其中该训练符号包括一保护音和有效的副载波信号，该接收机包括：一接收信号变换器，用于从该训练符号移去保护音和其偏离该有效副载波信号的平均值超过一预定值的一副载波；一频偏估计器，其通过使用由该接收信号变换器输出的信号，估计该OFDM数字信号的频偏以及输出用于该估计的频偏的频率校正信号；以及一频率补偿器，用于通过使用由该频偏估计器提供的频偏校正信号来补偿该OFDM数字信号的频偏。

附图说明

以下结合附图给出的优选实施例的说明将使本发明的上述和其他目的以及特征变得清楚，其中：

图1示出用于一常规的正交频分多路复用(OFDM)系统的接收机的框图；

图2示出根据本发明的用于一OFDM系统的接收机的框图；

图3示出应用于本发明的训练符号的结构。

具体实施方式

参考图2，根据本发明，描述OFDM系统的接收机。

OFDM系统的接收机包括一A/D变换器100、一乘法器110、一保护间隔移去器120、一快速傅里叶变换(FFT)130、一接收信号变换器140、一具有精密的频偏估计器152的频偏估计器150以及粗略的频偏估计器154以及一加法器。

A/D变换器100将基带OFDM信号转换成数字信号并将该数字信号提供给乘法器110。然后，乘法器110通过使用从加法器160输入的一预定频偏校正信号补偿包括在该数字信号中的频率误差，因此获得一采样的数据信号。

此后，该保护间隔移去器120从由乘法器110输出的信号移去一保护间隔。具体地，该保护间隔移去过程包括以下步骤：设置包括两个OFDM符号和一个保护间隔的窗口；通过在该输出信号的采样基础上移动该窗口获得相关值；当最大相关值出现作为该保护间隔的起点时及时定义一点；以及从该输出的信号移去一与该保护间隔相应的数据。FFT130对由该保护间隔移去器120输出的N个串行数据执行快速傅里叶变换以获得并行式码片数据。

并行式码片数据(即，如图3中所示的训练符号的FFT范围，该FFT范围包括保护音以及有效的副载波)由FFT130提供给接收信号变换器140。该接收信号变换器140包括一保护音移去器142、信号平均计算器144以及噪音消除器146。该保护音移去器142从FFT范围移去对频偏估计来说不必要的保护音部分。该信号平均计算器144计算在移去保护音后剩下的有效载波信号的平均值。然后，噪音消除器146移去偏移该平均值超过一预定值的副载波。

信号平均计算器144通过采用以下等式获得有效载波信号的平均值： $I_{\mathrm{averag}1}=\frac{1}{N-M}\underset{k=0}{\overset{N-1-M}{\mathrm{\Σ}}}\left|\mathrm{Real}\left((Y_1\left(k\right)\right)\right|$ 等式5 $Q_{\mathrm{averag}1}=\frac{1}{N-M}\underset{k=0}{\overset{N-1-M}{\mathrm{\Σ}}}\left|\mathrm{Imag}\left((Y_1\left(k\right)\right)\right|$ 等式6其中，I_averagel和Q_averagel分别表示平均值的实数和虚数部分；N表示待由FFT变换的数据的大小；M表示移去的保护音的大小；k表示一副载波分量的索引；以及Y₁表示一接收的训练信号。

频偏估计器150通过使用由该接收信号变换器140的噪音消除器146输出的信号来计算该码片数据与一预定基准信号间的相关值，然后输出一估计的频偏。具体地，该粗略的频偏估计器154输出与该载波间隔的整数倍相应的初始频偏，同时该精密频偏估计器152输出在初始同步后剩下的等于或小于载波间隔的整数倍的剩余频偏。

加法器160从频偏估计器150接收初始频偏和剩余频偏并输出一估计频偏，其被输入到乘法器110用作频率校正信号。

乘法器110从加法器160接收该频率校正信号来补偿由A/D变换器100输出的数字信号的频偏。

通过使用如上所述的本发明的接收机，可精确地估计频偏，从而可大大地提高数据传输效率并使来自一频率选择噪音信道的影响最小化。另外，通过移去频偏估计所不必要的数据，可降低该计算量。

Claims (4)

1、用于通过使用用在正交频分多路复用(OFDM)调制中的训练符号来估计OFDM数字信号的频偏的OFDM系统的接收机，其中该训练符号包括保护音和有效的副载波信号，该接收机包括：

一接收信号变换器，用于从该训练符号移去保护音和一副载波，该副载波自所述有效的副载波信号平均值的偏离超过一预定值；

一频偏估计器，用于通过使用由该接收信号变换器输出的信号来估计该OFDM数字信号的频偏并输出用于该估计频偏的频率校正信号；以及

一频率补偿器，用于通过使用由该频偏估计器提供的频偏校正信号来补偿该OFDM数字信号的频偏。

2、如权利要求1所述的接收机，其中该接收信号变换器包括：

一保护音移去器，用于移去该训练符号的保护音；

一信号平均计算器，用于计算该有效的副载波信号的平均值；以及

一噪音消除器，用于移去偏离该平均值超过一预定值的副载波，该平均值由该信号平均计算器获得。

3、如权利要求2所述的接收机，其中该信号平均计算器通过采用下述的等式获得平均值： $I_{\mathrm{averag}1}=\frac{1}{N-M}\underset{k=0}{\overset{N-1-M}{\mathrm{\Σ}}}\left|\mathrm{Real}\left((Y_1\left(k\right)\right)\right|$ $Q_{\mathrm{averag}1}=\frac{1}{N-M}\underset{k=0}{\overset{N-1-M}{\mathrm{\Σ}}}\left|\mathrm{Imag}\left((Y_1\left(k\right)\right)\right|$ 其中I_averagel和Q_averagel分别表示该平均值的实数和虚数部分；N表示待被进行FFT变换的数据的大小；M表示该移去的保护音的大小；k表示副载波分量的索引；Y₁表示接收的训练信号。

4、如权利要求1所述的接收机，其中该频率补偿器是一乘法器。

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