CN1466290A - 正交频分复用接收机 - Google Patents

Abstract

一个OFDM接收机，包括：分路器，用来把在时域中均衡的OFDM信号分开并变成多个信号，第一离散傅里叶变换(DFT)单元，用来对多个已分开的已知信号序列进行傅里叶变换，该已知序列由发射器和接收器约定；频域均衡单元，用来对有效OFDM符号进行频域均衡，基于通过第一DFT单元进行过傅里叶变换的已知序列，第二离散傅里叶变换(DFT)单元对有效的OFDM符号进行傅里叶变换。当存在至少两个用于OFDM信号的已知序列时，对已知序列而言，提供窗调整单元，用于调整分开的已知序列使之适合多径环境，并且，第一DFT单元对经过窗调整的已知序列进行傅里叶变换。通过使用经过傅里叶变换的已知序列，已傅里叶变换过的OFDM信号可以进行频域均衡。

Description

正交频分复用接收机

技术领域

本发明总的来说涉及一种正交频分复用接收机，尤其涉及一种正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)接收机的均衡器。

背景技术

一般来说，高清晰度电视(HDTV)的播送系统能粗略地分为图像编码单元和图像调制单元。图像编码单元把从高清晰度图像源输入的大约1Gbps的数字数据压缩成15～18Mbps的数据。图像调制单元通过近似6～8MHz的有限频带通道将几十Mbps的数字数据发送到接收端。HDTV采用了陆地同步播送方法，该方法使用因电视播送的目的而分配的甚高频/超高频(VHF/UHF)。在考虑陆地同步播送环境的过程中，用于HDTV的播送系统的调制方法要求满足如下条件。

首先，用于HDTV的播送系统的调制要求高的频谱效率，以便于通过6～8MHz的有限频带通道发送几十Mbps的数字数据。其次，由于因建筑物或某个设施而时常发生多径衰减，用于HDTV的播送系统的调制方法应该能抗衰减。第三，用于HDTV的播送系统的调制方法应该能抗同频道的干扰，这种干扰因模拟电视信号而时常发生。最后，在HDTV的播送系统中的调制信号应能把模拟电视接收机中的干扰减到最小。

作为提供如增加传输速率和预防干扰的优点的一个调制方法，在欧洲，正交频分复用(OFDM)方法采纳来作为下一代的HDTV的陆地同步播送方法。

OFDM系统在一个预定的块单元把串行进来的符号序列转化为并行数据，然后把这些并行符号多路分发到不同的副载波频率上。与现存的使用单副载波(single sub-carrier)的调制方法不同，OFDM系统使用多副载波(multi sub-carrier)。这些多副载波之间相互正交。由于正交性，两个副载波的乘积是零，这是使用副载波的必要条件之一。OFDM系统通过快速傅里叶变换(FFT)和快速傅里叶逆变换(IFFT)来实现，这能通过副载波之间的正交性和快速傅里叶变换(FFT)的定义直接获得。

同时，OFDM系统的优点如下：

因为电视陆地发送方法有一个频道特征：发送质量严重依赖于在信号发送期间的反射波和同频道干扰和邻频道干扰，所以发射系统的设计要求是相当复杂的。然而，OFDM在多径环境中是强有效的。换言之，由于OFDM使用了各种载波，符号发送时间可以被延长。相应地，系统对干扰信号变得具有免疫力，因此，即使在相对长的时间段发生回波信号，也较少有品质的降低。OFDM系统对于现存的信号也是强有效的，因此，对同频道的干扰有较少的影响。由于这样一些特征，能够建立单频网络(SFN)。这里，‘SFN’意味着单个播送方式用一个频率进行全国范围内的播送。甚至当在某频道内的干扰增大，由于OFDM系统在此环境中是强有效的，因此它也在可接收的范围内。如上所述，通过使用单频网络，数量有限的频率资源能被有效地利用。

同时，OFDM信号由多个载波组成，每个载波具有相对较小的带宽。由于所有的频谱读定义在矩形(shape of a square)中，实质上，频率效率比单个载波更高。OFDM系统的另一个优点是，由于OFDM信号的波形具有高斯白噪声的特征，与播送服务的其他形式如逐行倒相(PAL)，顺序与存储彩色(SECAM)等制式比较，它较少有干扰。由于OFDM系统能变换使用每个载波的调制，分级发送是可能的。

虽然数字调制方法的OFDM系统由于如上所述优点在HDTV的陆地播送中被欧洲采纳，但是也存在一些比较严重的问题。即，由于受频道的状态的影响，在发送频道中存在各种各样信号失真，其中，由于受多径的影响产生的失真严重地影响了尤其是数字播送中的信号。为了校正失真，提供均衡器来校正在接收端信号恢复过程中的发送频道的误差。通常，均衡器通过对已作了傅里叶变换的OFDM输入信号的相邻信号的误差进行计算来补偿发送频道的误差。例如，基于已收到的已知序列，即基于PN序列对接收到的OFDM信号进行同步和频道估计。

一般来说，PN序列长度是2^m-1(m＝整数)。例如，相对应于有效OFDM符号的长度，PN序列长度是255或511。接着在进行傅里叶变换后，通过内插法和消元法恢复数据。问题是，PN序列的长度不是按有效OFDM符号的长度设置的。因此，数据不能被精确地恢复。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种OFDM接收机，它具有一个和已接收的OFDM符号进行频道均衡的均衡器，但不需要使用频率域中的引导(pilot)信息，以提高均衡效率。

以上所述目的能通过本发明的OFDM接收机实现，它包括一个时域均衡单元，用来根据OFDM信号的同步信息在时域中均衡OFDM信号；分路器，用来把在时域中均衡的OFDM信号分开并变成多个信号；第一离散傅里叶变换(DFT)单元，用来对多个已分开的已知信号序列进行傅里叶变换，该已知序列由发射器和接收器约定；第二离散傅里叶变换单元，基于通过第一DFT单元进行过傅里叶变换的已知序列，对多个已分开信号的OFDM符号进行傅里叶变换。

利用表示为N的有效OFDM符号的长度，输入到第一DFT的已知序列长度T可以表示为 $T=\frac{N}{k}.$ 这里，N，T和k都是整数。

此外，当存在至少两个用于OFDM信号的已知序列时，提供窗调整单元，用于调整分开的已知序列使之适合多径环境，继而，第一DFT单元对经过窗调整的已知序列进行傅里叶变换。

基于通过第一DFT单元进行过傅里叶变换的已知序列，频域均衡单元对有效OFDM符号进行均衡，所述已知序列被分配到通过第二DFT单元进行过傅里叶变换的有效OFDM符号的每个第k副载波上。

依据本发明，提供在OFDM接收机中所使用的均衡方法，该方法包括的步骤是：输入具有已知序列的OFDM信号给接收机；把接收到的OFDM信号转化成数字信号；基于已知序列在时域中对接收到的OFDM信号进行均衡；划分并输出已均衡的OFDM信号成已知序列，GI和有效OFDM符号；独自地对已知序列和有效OFDM符号进行傅里叶变换以便于在有效OFDM符号的每个第k副载波上周期性地分配已知序列；估计频道失真信息；并基于为有效OFDM符号的每个第k副载波进行分配的已知序列，对在OFDM符号发送频道上的失真进行校正。

此方法还包括步骤：关于两个等长度的已知序列，调整窗口以便于选择适合多径环境的已知序列来的划分；对被选择的合适的已知序列和有效的OFDM符号单独进行傅里叶变换；基于已知序列对OFDM信号的发送频道上的失真进行精确的校正。

依照本发明，基于经过傅里叶变换的已知序列，通过在频域中对已完成傅里叶变换的有效OFDM符号进行均衡，在不需要频域中单独的引导信号的情况下提高均衡效率。

附图说明

本发明的如上提及的目的和特性通过参照附图经过本发明的实施例描述将更明白，附图如下：

图1是传统的OFDM接收机的原理性方框图；

图2是依照本发明的实施例用于均衡一个OFDM信号的均衡器的详细方框图；

图3A是根据图2显示一个OFDM帧结构的视图；

图3B是显示在图3A中的已知序列(kS)和有效OFDM符号的视图；

图4是显示一个频谱的视图，它由图2的N-DFT单元进行傅里叶变换；

图5是依照本发明的另一个实施例用于均衡一个OFDM信号的均衡器的详细方框图；

图6是显示依照图5的OFDM帧结构的视图；和

图7A和图7B是显示依照本发明的用于OFDM接收机的均衡方法的流程图。

具体实施方式

本发明的实施例参照附图在后面将更详细地描述。

图1是传统的OFDM接收机的原理性方框图。

OFDM接收机包括模数转换器(ADC)10，时域均衡单元20，N点离散傅里叶变换(N-DFT)单元和前向误差校正器(FEC)50。

ADC 10把已收到的OFDM信号转化成数字信号。时域均衡单元20根据OFDM信号的同步信息对OFDM信号在时域中进行均衡，该同步信息由发射器和接收器约定。以后，同步信息将被称作‘已知序列’。

N-DFT单元30把依照已知序列进行均衡的OFDM信号划分为已知序列，安全间隔GI和有效OFDM符号，并在频域对有效OFDM符号进行傅里叶变换。

FEC50按照预定的误差检测方法对OFDM信号进行OFDM数据的误差检测，并校正被检测出的误差。

图2是依照本发明的实施例用于均衡一个OFDM信号的均衡器的详细方框图。

N-DFT单元30包括分路器31，用于把在时域均衡单元20中被均衡的OFDM信号划分并输出成已知序列，安全间隔GI和有效OFDM符号，第一DFT单元32，用于对已知序列进行傅里叶变换，第二DFT单元33，用于对有效OFDM符号进行傅里叶变换和频域均衡单元40，基于在第一和第二DFT单元32、33中进行过傅里叶变换的已知序列，用于对有效的OFDM符号进行均衡。

首先，如图3A所示，被发送的OFDM信号的帧被构造以致于在第N个有效OFDM符号之前，GI和已知序列被提供。如图3B所示，已知序列的长度和N-DFT单元30的N个点数的关系由下列公式1表达：[公式1] $T=\frac{N}{k}$ (T，k＝整数)

如上所示，有效OFDM符号的长度是已知序列的长度T的k倍。

具有如上所述帧结构的OFDM信号被输入到时域均衡单元20并通过使用已知序列在时域中被均衡。

在时域均衡单元20进行时域均衡后，所述OFDM信号被输入到N-DFT单元30的分路器31。该OFDM信号接着被划分并输出成已知序列，安全间隔GI和有效OFDM符号。

接下来，在时域中如图3B所示的并由如上公式1所表达的具有长度T的已知序列在第一DFT单元32被进行傅里叶变换。接着第二DFT单元33对有效OFDM符号在频域中进行傅里叶变换而成为N个副载波。

换言之，如图4所示，在有效OFDM符号的每个第k副载波上中周期性地分配已知序列。因为已知序列是由发送端和接收端约定的序列，因此它的效果和在频域OFDM信号中插入引导信号一样。

因此，基于已知序列在有效OFDM符号的每个第k副载波上周期性地进行分配，频域均衡单元40能非常精确地估计频道失真信息，并对在该OFDM信号的发送频道上的失真进行校正。

如上所述，所接收的OFDM信号一旦在时域中进行均衡，接着就对已知序列和有效OFDM符号进行傅里叶变换，然后基于在频域中的每个第k副载波中生成的已知序列，校正对有效OFDM符号。结果，能非常精确地执行数据校正。

图5显示了依照本发明的第二个实施例用于均衡一个OFDM信号的均衡器；

N-DFT单元300包括分路器310，用于把在时域均衡单元20中被均衡的OFDM信号划分并输出成已知序列，安全间隔GI和有效OFDM符号；窗口调整单元321，用于调整窗口以便于选择已知序列来和多径环境中一种划分相适应；第一DFT单元323，用于对经过窗调整的已知序列进行傅里叶变换；以及第二DFT单元330，用于对有效OFDM符号进行傅里叶变换和频域均衡单元400。

首先，如图6所示，被发送的OFDM信号的帧被构造以致于在第N个有效OFDM符号之前，提供GI和两个具有等长度T的已知序列。如图3B所示，已知序列的长度和该DFT的点数N的关系由 $T=\frac{N}{k}$ (T，k＝整数)表示。

就减少在多径条件下在数据发送期间出现的邻近符号的影响而言，具有等长度T的两个已知序列kS，比只有一个已知序列的OFDM信号更有效。

具有等长度T的两个已知序列kS的OFDM信号被输入到接收器中的时域均衡单元20，基于已知序列该信号在时域中进行均衡。

在时域均衡单元20均衡后，该OFDM信号被输入到N-DFT单元300的分路器310。接着所述OFDM信号被划分并被输出成已知序列，安全间隔GI和有效OFDM符号。

考虑到已知序列被分路器310划分，即，考虑到所述两个已知序列具有如图3B所示的相同长度T并由公式1表达，为了选择适合于多径环境的一个划分的已知序列，窗调整单元321调整窗口。接着被选择的合适的已知序列在第一DFT单元323被进行傅里叶变换。由于经过傅里叶变换的已知序列是经过窗调整处理的，因此该已知序列具有的长度是T。

接下来，通过第二DFT单元330在频域中对有效OFDM符号进行傅里叶变换而形成N个副载波。

参照图4如上所述，在有效OFDM符号的每个第k副载波中周期性地分配已知序列。因为已知序列是由发送端和接收端约定的序列，因此它的效果和在频域OFDM信号中插入引导信号一样。

因此，基于已知序列在有效OFDM符号的每个第k副载波上周期性地进行分配，频域均衡单元400能估计频域中每个第k副载波的失真信息，这样，频域均衡单元400能对在该OFDM信号的发送频道上的失真进行校正。

此外，由于具有等长度T的两个已知序列被使用和具有单个已知序列的OFDM信号的情形相比较，系统内的相邻符号间的影响在数据发送过程中能被更有效地降低。

图7A和图7B是显示依照本发明的用于OFDM接收机的均衡方法的流程图。

图7A显示了依照本发明的第一实施例图2的OFDM接收机的均衡方法。

首先，具有满足如下公式2的已知序列的OFDM信号被输入到接收机：[公式2] $T=\frac{N}{k}$ (T，k＝整数)

已接收的OFDM信号通过ADC单元10被转化成数字信号(步骤S10)，并且基于已知序列，通过时域均衡单元20进行时域均衡(步骤S20)。

在被时域均衡单元20进行时域均衡后，OFDM信号被输入到N-DFT单元30，并被分路器31划分为已知序列，安全间隔GI和有效OFDM符号(步骤S30)。

已知序列和有效OFDM符号通过第一和第二DFT单元32，33分别进行傅里叶变换(步骤S40)。

换言之，如图4所示，在有效OFDM符号的每个第k副载波上周期性地分配已知序列。

因此，基于已知序列在有效OFDM符号的每个第k副载波上周期性地进行分配，频域均衡单元40能对频道失真信息精确估计，并对该OFDM信号的发送频道上的失真进行校正(步骤S50)。

图7B显示了依照本发明的第二实施例图5的OFDM接收机的均衡方法。

首先，如图6所示并具有满足公式2的已知序列的OFDM信号被输入到接收机。经过S10，S20和S30等步骤，根据已知序列，时域均衡单元20对已接收的OFDM信号进行时域均衡，分路器310把它分别地划分为已知序列，安全间隔GI和有效OFDM符号(步骤S30)。

考虑到具有等长度T的两个已知序列，窗调整单元321调整窗口以便于为了选择适合于多径环境的一个划分的已知序列(步骤S410)。接着第一和第二DFT单元323、330对被选择的合适的已知序列和有效OFDM符号进行傅里叶变换(步骤S430)。

因此，已知序列被周期性地分配到有效OFDM符号的每个第k副载波上，并且基于该已知序列，该OFDM信号的发送频道上的失真能被精确地校正(步骤S50)。

如上所述，对满足公式2的已知序列进行傅里叶变换，并且通过使用被周期性地分配到有效OFDM符号的每个第k副载波上的已知序列，对OFDM信号进行频域均衡。结果，均衡效率得到提高。

按照本发明，在时域均衡之后，基于已傅里叶变换过的已知序列，通过对已傅里叶变换过的有效OFDM符号进行频域均衡，在不需要频域中单独的引导信号的情况下，均衡效率得到提高。

虽然已经对本发明的实施例作了描述，本领域的技术人员应理解到本发明应该不限于所述实施例，但是如同在附加的权利要求书中定义的那样，可以在本发明的所述精神和范围内作各种更改和修订。

Claims (7)

1.一种OFDM接收机，包括：

一个时域均衡单元，用来根据OFDM信号的同步信息在时域中均衡OFDM信号；

分路器，用来把在时域中均衡的OFDM信号分开并变成多个信号；

第一离散傅里叶变换(DFT)单元，用来对多个已分开的已知信号序列进行傅里叶变换，该已知序列由发射器和接收器约定；

第二离散傅里叶变换(DFT)单元，基于通过第一DFT单元进行过傅里叶变换的已知序列，用来对多个已分开信号的OFDM符号进行傅里叶变换。

2.根据权利要求1的OFDM接收机，其中，利用表示为N的有效OFDM符号的长度，输入到第一DFT的已知序列长度T表示为 $T=\frac{N}{k},$ 这里，N，T和k都是整数。

3.据权利要求1的OFDM接收机，还包括窗调整单元，当存在至少两个用于OFDM信号的已知序列时，用于调整一种划分的已知序列使其适合多径环境，

其中，第一DFT单元对经过窗调整的已知序列进行傅里叶变换。

4.根据权利要求1的OFDM接收机，还包括频域均衡单元，用来对有效OFDM符号进行频域均衡，并且，所述已知序列被分配到有效OFDM符号的每个第k副载波上。

5.一种OFDM接收机的均衡方法，该方法包括如下步骤：

输入具有已知序列的OFDM信号给接收机；

把接收到的OFDM信号转化成数字信号；

基于已知序列在时域中对接收到的OFDM信号进行均衡；

划分并输出已均衡的OFDM信号成已知序列，GI和有效OFDM符号；

分别对已知序列和有效OFDM符号进行傅里叶变换以便于在有效OFDM符号的每个第k副载波上周期性地分配已知序列；

估计频道失真信息；和

基于为有效OFDM符号的每个第k副载波进行分配的已知序列，对在OFDM符号发送频道上的失真进行校正。

6.根据权利要求5的均衡方法，还包括如下步骤：

关于两个等长度的已知序列，调整窗口以便于选择适合多径环境的一种划分的已知序列；

对被选择的适合的已知序列和有效的OFDM符号分别进行傅里叶变换；

基于已知序列，对OFDM信号的发送频道上的失真进行精确的校正。

7.根据权利要求5或6的均衡方法，其中，利用表示为N的有效OFDM符号的长度，进行离散傅里叶变换的长度T表示为 $T=\frac{N}{k},$ 表示。这里，N，T和k都是整数。

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