CN1466288A - 发送正交频分复用码元的发射机及发射方法 - Google Patents

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Abstract

公布的是一种发送正交频分复用(OFDM)码元的发射机及发射方法，该发射机包括：前向纠错(FEC)编码单元，编码输入数据，以校正数据传输中发生的在接收机处的误码；保护频带(GB)插入单元，在编码后数据的两侧插入保护频带(GB)，GB的大小由码元速率和滚降系数确定；N－点离散傅里叶逆变换(N－IDFT)单元，通过对插入GB后的编码数据进行N－IDFT而对所述插入GB后的编码数据进行调制；保护间隔(GI)插入单元，在OFDM码元之间插入抑制干扰的GI；伪噪声(PN)序列插入单元，将PN序列插入到已插入GI的OFDM码元中；脉冲整形滤波器，对PN序列插入单元的输出脉冲整形滤波；射频(RF)上变频单元，将脉冲整形滤波后的OFDM码元上变频为射频信号。本发明可以防止脉冲整形滤波所引起的对于OFDM码元的损伤。

Description

发送正交频分复用码元 的发射机及发射方法
                         发明领域
本发明涉及用于发送正交频分复用(OFDM)码元的OFDM发射机及相应的发射方法，更具体讲，涉及一种能够通过将伪噪声(PN)序列和OFDM码元形成一帧而进行时域同步(TDS)发送的OFDM发射机及相应的发射方法，其中时域同步为OFDM信号的同步。
                         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的有限频带宽信道向接收方发送该几10Mbps的数字数据。数字HDTV广播应用使用分配给电视广播的甚高频/超高频(VHF/UHF)的地面广播系统。
在欧洲，采用正交频分复用(OFDM)系统作为HIDTV地面广播系统，其中，OFDM系统是一种能够获得提高每频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技术使用多个载波，与使用单个载波的现有技术有很大的不同。这些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)，这是使用这些多个载波的必要条件。该OFDM技术通过快速傅里叶变换(FFT)和快速傅里叶逆变换(IFFT)实现，并简单地通过副载波间的正交性和IFFT)的定义得到。
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技术相对来讲对于通过多径由OFDM发送的信号所引起的干扰不敏感，因此具有较小的由于长的回波信号所引起的信号失真。而且，OFDM系统对于现存信号也是强大的，因此，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信号由多个载波组成，每个载波具有非常窄的频带宽。因为整个频谱具有接近正方形的形状，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信号与如逐行倒相(PAL)、顺序彩色与存储(SECAM)等的广播业务的其它形式相比，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，通常沿时域变换在对于预定的频频带提供分配业务的频域上形成的OFDM信号。OFDM发射机在沿时域形成的OFDM信号前插入保护间隔(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的普通OFDM发射机。该OFDM发射机具有一个离散傅里叶逆变换(IDFT)单元10，一个保护间隔(GI)插入单元20，一个伪噪声(PN)序列插入单元30，以及脉冲整形滤波器40。
IDFT单元10将频域中的信号离散傅里叶逆变换为时域中的信号。GI插入单元20插入保护间隔，用于抑制在IDFT单元20内在其上执行IDFT的OFDM信号和相邻OFDM信号之间的干扰。PN序列插入单元30将PN序列插入到已插入GI的OFDM码元中。该PN序列包括用于估算OFDM接收机中接收的OFDM信号的同步和信道的同步信息。
脉冲整形滤波器40滤波脉冲波以相应PN序列插入单元30的OFDM信号输出，形成相应分配的脉冲波所占据的频带宽的OFDM信号。该脉冲整形滤波后的OFDM信号被上变频为射频信号并从天线50发射出去。
传统的发送TDS的OFDM发射机的IDFT单元10具有多个载波的点数，用于设置的离散傅里叶逆变换。用于离散傅里叶逆变换的多个载波的点数一般是3780。也就是说，传统的发射机通过IDFT单元10相应3780多个载波离散傅里叶逆变换将被发送的数据。
图2示出了通过IDFT单元被离散傅里叶逆变换的数据基于时域的举例。如图所示，该数据相应整个分配的3780多个载波具有被插入的形式。
然而问题在于，具有帧格式的数据当被脉冲整形滤波器40所设置的滚降系数整形滤波时，两边的数据都被损伤。因此，传统的发射机发射被脉冲整形滤波器损伤的数据，以及该损伤的数据在接收方被接收并再现。结果，产生如由于接收方再现被损伤的数据而原始数据不能被再现的此类问题。
                         发明内容
本发明为了解决上述问题，提供了一种用于发送时域同步的OFDM发射机及相应方法，能够形成并发送稳定的OFDM码元而不损伤将被发送的数据。
本发明的用于解决上述问题的另一目的在于，提供一种用于发送时域同步的OFDM发射机及相应方法，通过依据将被发送的数据可占据的有效频带，可变地设置滚降系数，能够防止脉冲整形滤波所引起的数据损伤。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种发送正交频分复用(OFDM)码元的OFDM发射机，该发射机包括：一个前向纠错(FEC)编码单元，用于对输入数据进行编码，以校正数据传输中发生的在接收机处的误码；一个保护频带(GB)插入单元，用于在编码后数据的两侧插入保护频带(GB)，其中保护频带的大小由码元速率和滚降系数来确定；一个N-点离散傅里叶逆变换(N-IDFT)单元，用于通过对插入保护频带后的编码数据进行N-点离散傅里叶逆变换而对所述插入保护频带后的编码数据进行调制，该N点调制后的编码数据被定义为一个OFDM码元；一个保护间隔(GI)插入单元，用于在OFDM码元之间插入一个用于抑制干扰的保护间隔(GI)；一个伪噪声(PN)序列插入单元，用于将PN序列插入到已插入GI的OFDM码元中；一个脉冲整形滤波器，用于对PN序列插入单元的输出进行脉冲整形滤波；及一个射频(RF)上变频单元，用于将脉冲整形滤波后的OFDM码元上变频为射频信号。
按照本发明的另一个方面，提供了一种发送正交频分复用(OFDM)码元的方法，该方法包括：对输入数据进行编码，以校正数据传输中发生的在接收机处的误码；在编码后数据的两侧插入保护频带(GB)，其中保护频带的大小由码元速率和滚降系数来确定；通过对插入保护频带后的编码数据进行N-点离散傅里叶逆变换而对所述插入保护频带后的编码数据进行调制，该N点调制后的编码数据被定义为一个OFDM码元；在OFDM码元之间插入一个用于抑制干扰的保护间隔(GI)；将PN序列插入到已插入GI的OFDM码元中；对PN序列插入单元的输出进行脉冲整形滤波；及将脉冲整形滤波后的OFDM码元上变频为射频信号。
依据本发明，由滤波引起的对于OFDM码元的损伤可以通过将GI插入到OFDM码元并脉冲整形滤波该码元而防止。另外，由脉冲整形滤波所引起的对于包括在有效频带内的OFDM码元的损伤，可以通过依据确定的码元速率数、滚降系数以及多个载波的点数，可变地设置变换频带的大小而防止。而且，通过发送没有损伤的OFDM码元，可以在接收方更加稳定地再现该OFDM码元，其中没有损伤是由脉冲整形滤波通过可变地设置GB所引起的。
                         附图说明
通过参照附图对优选实施例的描述，本发明的上述目的和特性将更加清楚，其中：
图1方框图，示出了发送一般时域同步的OFDM发射机；
图2是通过图1中的IDFT单元被傅里叶逆变换后的数据基于时域的举例；
图3是方框图，示出了依据本发明，用于TDS变换的OFDM发射机的优选实施例；
图4示出了频带有被图3中的GB插入单元所插入的GB的OFDM信号的举例；
图5示出了来自图3中的PN序列插入单元的OFDM信号帧输出的举例；
图6示出了依据实施例，当脉冲整形滤波器的滚降系数是0.1时，OFDM码元的有效频带；
图7示出了依据实施例，脉冲整形滤波器脉冲整形滤波一个在有效频带内插入GI的OFDM码元后所形成的波形；
图8示出了相应图3所确定的OFDM码元的传输速度，依据多个载波的点数设置“码元速率”、“滚降系数”以及“GB大小”的举例，其中，多个载波的点数是用于离散傅里叶逆变换的“离散傅里叶变换大小”；和
图9是说明由图3所示的正交频分复用(OFDM)发射机发射OFDM码元的方法的流程图。
                        具体实施方式
在下文中，将参考附图，描述本发明的优选实施例。
图3是方框图，示出了依据本发明，用于TDS变换的OFDM发射机的优选实施例。
在该实施例中，用于发送TDS的OFDM发射机包括一个前向纠错(FEC)单元100、一个保护频带(GB)插入单元140、一个N-点离散傅里叶逆变换(N-IDFT)单元160、一个保护间隔(GI)插入单元200、一个伪噪声(PN)序列插入单元220，一个脉冲整形滤波器240、以及一个RF上变频单元260。
FEC单元100对将被发送的OFDM信号进行编码，以校正在数据传输过程中发生的在接收机处的误码。
GB插入单元140在编码后数据的两侧插入保护频带(GB)，其中保护频带的大小由码元速率和滚降系数来确定。因此，通过将分配给OFDM信号的多个副载波的点数的预定频带分配为GB，可以防止插入OFDM信号和多个副载波的域中的信号损耗。
N-IDFT单元160将插入GB的OFDM信号进行离散傅里叶逆变换，以便对插入GB之后的编码数据进行调制，其中“N”是输入到N-IDFT160中的副载波数目。然后，该N点调制后的编码数据被定义为一个OFDM码元。
GI插入单元200在OFDM码元之间插入用于抑制干扰的保护间隔(GI)，从而抑制串行的OFDM信号的相邻OFDM码元之间的干扰。
PN序列插入单元220对将PN序列插入已插入GI的OFDM信号中，用于OFDM信号的同步。该PN序列是用于估算OFDM接收机中接收的OFDM信号的同步和信道的同步信息。
脉冲整形滤波器240按照对插入PN序列的OFDM信号所设置的滚降系数，对PN序列插入单元220的输出进行脉冲整形滤波。在脉冲整形滤波器240中用于脉冲整形滤波的滤波器类型是平方根升余弦(Square Root RaisedCosine，SRRC)滤波器。
RF上变频单元260对脉冲整形滤波后的OFDM信号上变频为射频(RF)信号。该上变频后的OFDM信号通过传输信道从天线辐射出去。
实施例的GB插入单元140，通过依据在脉冲整形滤波器240中用于脉冲整形滤波的滚降系数，调整GB的大小并插入调整后的大小，以防止由滚降系数所设置的脉冲整形滤波所引起的对于OFDM码元的损伤。
图4示出了频带有被图3中的GB插入单元插入GB的OFDM信号的举例。
该图示出了多个副载波的点数被设置为3780的情况。然而，同一实施例中的多个副载波的点数除3780，也可被设置为2048、4096或8192。如图所示，当多个副载波的点数被设置为3780时，用于传输的OFDM信号数据被置于3780点间的189点和3591点之间。因此，用于传输的OFDM信号数据的损耗风险被减小。
图5示出了来自图3中的PN序列插入单元的OFDM信号帧输出的举例。
该OFDM信号帧包括图4中包括GB的数据帧在IDFT单元160中被傅里叶逆变换，在GI插入单元200中被插入GI，并被PN序列插入单元220插入PN序列的OFDM码元。
因此，由于将被发送的OFDM码元被包括在包括PN序列和GI的OFDM帧中，所以可以防止脉冲整形滤波所引起的OFDM码元的损耗。
图6示出了依据实施例，当脉冲整形滤波器的滚降系数是0.1时，OFDM码元的有效频带。当滚降系数(r)是0.1时，OFDM码元相应分配用于广播的8MHz频带，具有7.27Mhz的有效频带。
图7示出了依据实施例，脉冲整形滤波器脉冲整形滤波一个在有效频带内插入GI的OFDM码元后所形成的波形。
在该实施例中，滚降系数是0.1。因此，相应分配用于广播的8MHz频带，设置7.27Mhz的有效频带。因此，相应7.27Mhz的有效频带在两边插入预定的保护频带的OFDM码元，没有被依据滚降系数的脉冲整形滤波损伤。
图8示出了相应图3确定的OFDM码元的传输速度，依据多个载波的点数设置“码元速率”、“滚降系数”以及“GB大小”的举例，其中，多个载波的点数是用于离散傅里叶逆变换的“离散傅里叶变换大小”。
如果码元速率是7.2727MHz、滚降系数是0.10以及离散傅里叶变换的大小是3780，实施例的GB插入单元140设置GB大小为3780点之中的373～383点。在这种情况下，副载波间的间隔是1.924KHz。
另外，如果码元速率是7.2072MHz、滚降系数是0.11以及离散傅里叶变换的大小是3780，实施例的GB插入单元140设置GB大小为3780点之中的411～421点。在这种情况下，副载波间的间隔是1.907KHz。
如果码元速率是7.17488MHz、滚降系数是0.115以及离散傅里叶变换的大小是3780，实施例的GB插入单元140设置GB大小为3780点之中的430～440点。在这种情况下，副载波间的间隔是1.898KHz。
同时，如果码元速率是7.2727MHz、滚降系数是0.10以及离散傅里叶变换的大小是4096，实施例的GB插入单元140设置GB大小为4096点之中的405～415点。在这种情况下，副载波间的间隔是1.776KHz。
同样，如果码元速率是7.2072MHz、滚降系数是0.11以及离散傅里叶变换的大小是4096，实施例的GB插入单元140设置GB大小为4096点之中的446～456点。在这种情况下，副载波间的间隔是1.760KHz。
如果码元速率是7.17488MHz、滚降系数是0.115以及离散傅里叶变换的大小是4096，实施例的GB插入单元140设置GB大小为4096点之中的467～477点。在这种情况下，副载波间的间隔是1.752KHz。
同时，如果码元速率是7.56MHz、滚降系数是0.05以及离散傅里叶变换的大小是3780，实施例的GB插入单元140设置GB大小为3780点之中的184～194点。在这种情况下，副载波间的间隔是2KHz。
如果码元速率是7.56MHz、滚降系数是0.05以及离散傅里叶变换的大小是4096，实施例的GB插入单元140设置GB大小为4096点之中的195～210点。在这种情况下，副载波间的间隔是1.846KHz。
图9是说明由图3所示的正交频分复用(OFDM)发射机发射OFDM码元的方法的流程图。
如图9所示，首先，在步骤S101，FEC单元100对将被发送的OFDM信号即输入数据进行编码，以校正在数据传输过程中发生的在接收机处的误码。
在步骤S141，GB插入单元140在编码后数据的两侧插入保护频带(GB)，其中保护频带的大小由码元速率和滚降系数来确定。
然后，在步骤S161，N-IDFT单元160将插入GB的OFDM信号进行离散傅里叶逆变换，以便对插入GB之后的编码数据进行调制，其中“N”是输入到N-IDFT 160中的副载波数目。然后，该N点调制后的编码数据被定义为一个OFDM码元。
在步骤S201，GI插入单元200在OFDM码元之间插入用于抑制干扰的保护间隔(GI)。
在步骤S221，PN序列插入单元220对将PN序列插入已插入GI的OFDM信号中，用于OFDM信号的同步。该PN序列是用于估算OFDM接收机中接收的OFDM信号的同步和信道的同步信息。
在步骤S241，脉冲整形滤波器240按照对插入PN序列的OFDM信号所设置的滚降系数，对PN序列插入单元220的输出进行脉冲整形滤波。在脉冲整形滤波器240中用于脉冲整形滤波的滤波器类型是平方根升余弦(SRRC)滤波器。
在步骤S261，RF上变频单元260对脉冲整形滤波后的OFDM信号上变频为射频(RF)信号。
最后，上变频后的OFDM信号通过传输信道从天线辐射出去。
因此，通过依据确定的码元速率、滚降系数以及多个副载波的点数，可变地设置保护频带的大小而防止由在脉冲整形滤波器240中执行的脉冲整形滤波所引起的、对于被包括在有效频带内的OFDM码元的损伤。另外，通过发送通过可变地设置GB而没有脉冲整形滤波所引起的损伤的OFDM，可以在接收方稳定地再现OFDM。
依据本发明，通过将GI插入到OFDM码元中并脉冲整形滤波该码元，可以防止滤波所引起的对于OFDM码元的损伤。
另外，通过依据确定的码元速率、滚降系数以及多个副载波的点数，可变地设置保护频带的大小而防止由脉冲整形滤波所引起的、对于被包括在有效频带内的OFDM码元的损伤。
另外，通过发送通过可变地设置GB而没有脉冲整形滤波所引起的损伤的OFDM码元，可以在接收方稳定地再现OFDM。
尽管描述了本发明的优选实施例，本领域的技术人员应理解本发明不应当被限于描述的优选实施例。在所附权利要求书中定义的精神和范围内，可以进行各种改变和修改。

Claims (18)

1.一种发送正交频分复用(OFDM)码元的OFDM发射机，包括：
一个前向纠错(FEC)编码单元，用于对输入数据进行编码，以校正数据传输中发生的在接收机处的误码；
一个保护频带(GB)插入单元，用于在编码后数据的两侧插入保护频带(GB)，其中保护频带的大小由码元速率和滚降系数来确定；
一个N-点离散傅里叶逆变换(N-IDFT)单元，用于通过对插入保护频带后的编码数据进行N-点离散傅里叶逆变换而对所述插入保护频带后的编码数据进行调制，该N点调制后的编码数据被定义为一个OFDM码元；
一个保护间隔(GI)插入单元，用于在OFDM码元之间插入一个用于抑制干扰的保护间隔(GI)；
一个伪噪声(PN)序列插入单元，用于将PN序列插入到已插入GI的OFDM码元中；
一个脉冲整形滤波器，用于对PN序列插入单元的输出进行脉冲整形滤波；及
一个射频(RF)上变频单元，用于将脉冲整形滤波后的OFDM码元上变频为射频信号。
2.如权利要求1所述的发射机，其中，当确定的码元速率是7.56MHz、滚降系数是0.05以及多个副载波的点数是3780时，所述GB插入单元确定GB的大小为184至194之间的点数。
3.如权利要求1所述的发射机，其中，当确定的码元速率是7.56MHz、滚降系数是0.05以及多个副载波的点数是4096时，所述GB插入单元确定GB的大小为195至210之间的点数。
4.如权利要求1所述的发射机，其中，当确定的码元速率是7.2727MHz、滚降系数是0.1以及多个副载波的点数是3780时，所述GB插入单元确定GB的大小为373至383之间的点数。
5.如权利要求1所述的发射机，其中，当确定的码元速率是7.2727MHz、滚降系数是0.1以及多个副载波的点数是4096时，所述GB插入单元确定GB的大小为405至415之间的点数。
6.如权利要求1所述的发射机，其中，当确定的码元速率是7.2072MHz、滚降系数是0.11以及多个副载波的点数是3780时，所述GB插入单元确定GB的大小为411至421之间的点数。
7.如权利要求1所述的发射机，其中，当确定的码元速率是7.2072MHz、滚降系数是0.11以及多个副载波的点数是4096时，所述GB插入单元确定GB的大小为446至456之间的点数。
8.如权利要求1所述的发射机，其中，当确定的码元速率是7.17488MHz、滚降系数是0.115以及多个副载波的点数是3780时，所述GB插入单元确定GB的大小为430至440之间的点数。
9.如权利要求1所述的发射机，其中，当确定的码元速率是7.17488MHz、滚降系数是0.115以及多个副载波的点数是4096时，所述GB插入单元确定GB的大小为467至477之间的点数。
10.一种发送正交频分复用(OFDM)码元的方法，包括：
对输入数据进行编码，以校正数据传输中发生的在接收机处的误码；
在编码后数据的两侧插入保护频带(GB)，其中保护频带的大小由码元速率和滚降系数来确定；
通过对插入保护频带后的编码数据进行N-点离散傅里叶逆变换而对所述插入保护频带后的编码数据进行调制，该N点调制后的编码数据被定义为一个OFDM码元；
在OFDM码元之间插入一个用于抑制干扰的保护间隔(GI)；
将PN序列插入到已插入GI的OFDM码元中；
对PN序列插入单元的输出进行脉冲整形滤波；及
将脉冲整形滤波后的OFDM码元上变频为射频信号。
11.如权利要求10所述的方法，其中，当确定的码元速率是7.56MHz、滚降系数是0.05以及多个副载波的点数是3780时，所述GB插入单元确定GB的大小为184至194之间的点数。
12.如权利要求10所述的方法，其中，当确定的码元速率是7.56MHz、滚降系数是0.05以及多个副载波的点数是4096时，所述GB插入单元确定GB的大小为195至210之间的点数。
13.如权利要求10所述的方法，其中，当确定的码元速率是7.2727MHz、滚降系数是0.1以及多个副载波的点数是3780时，所述GB插入单元确定GB的大小为373至383之间的点数。
14.如权利要求10所述的方法，其中，当确定的码元速率是7.2727MHz、滚降系数是0.1以及多个副载波的点数是4096时，所述GB插入单元确定GB的大小为405至415之间的点数。
15.如权利要求10所述的方法，其中，当确定的码元速率是7.2072MHz、滚降系数是0.11以及多个副载波的点数是3780时，所述GB插入单元确定GB的大小为411至421之间的点数。
16.如权利要求10所述的方法，其中，当确定的码元速率是7.2072MHz、滚降系数是0.11以及多个副载波的点数是4096时，所述GB插入单元确定GB的大小为446至456之间的点数。
17.如权利要求10所述的方法，其中，当确定的码元速率是7.17488MHz、滚降系数是0.115以及多个副载波的点数是3780时，所述GB插入单元确定GB的大小为430至440之间的点数。
18.如权利要求10所述的方法，其中，当确定的码元速率是7.17488MHz、滚降系数是0.115以及多个副载波的点数是4096时，所述GB插入单元确定GB的大小为467至477之间的点数。
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