CN1490949A - 能够改善接收性能的多载波发射系统及其信号处理方法 - Google Patents

能够改善接收性能的多载波发射系统及其信号处理方法 Download PDF

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Abstract

提供一种多载波系统及其方法。该系统包括：分裂器，用于将输入码流分为高和低码流；FEC单元，用于编码和交织分裂器的输出；映射单元，用于将来自FEC单元的、经差错编码的OFDM数据映射到码元星位图上；串/并转换单元，用于累积预定数目的映射后的数据；同步信息插入单元，用于分别向预定数目的并行数据插入具有相同长度的、不同的同步信息；帧形成单元，用于形成由预定数目数据构成的预定帧；IFFT单元，用于通过执行IFFT，将所形成的帧调制为时域OFDM信号；并/串转换单元，用于将来自IFFT单元的并行时域OFDM信号转换为串行时域OFDM信号；和保护间隔插入单元，用于将保护间隔插入时域OFDM码元之前。因为将PN序列插入频域数据，使接收性能较传统的多载波发射系统好。

Description

能够改善接收性能的多载波发射系统及其信号处理方法
技术领域
本发明涉及一种地面数字广播系统，更具体地说，涉及一种能够改善接收性能的多载波发射系统。
背景技术
OFDM(正交频分复用)是一种多载波调制方法，该方法在多径和移动条件下具有良好的性能。
OFDM方法采用具有相互正交特性的多个载波来提高频率的使用率。如同在有线或者无线信道中使用多载波途径一样，OFDM方法适用于以高数据速率发射。当在具有多径衰落的无线通信信道上，使用单一载波途径来发射具有短码元间隔的高速率数据时，随着码间的干扰变坏，接收端的复杂度显著提高。另一方面，因为多载波途径可以将每个副载波的码元间隔延长至副载波的数目同时保持数据发射速率，所以通过使用具有一个抽头(tap)的简单的均衡器就可容易地解决由于多径而引起的、具有严重的频率衰落的信道。
在OFDM方法中采用具有相互正交性的多个载波，可以在发射/接收端通过使用IFFT/FFT(快速傅立叶逆变换/快速傅立叶变换)以高速率来调制/解调该多个载波，该IFFT/FFT与执行IDFT/DFT(离散傅立叶逆变换/离散傅立叶变换)具有相同的结果。
作为欧洲数字广播标准的DVB-T(地面数字视频广播)采用OFDM调制方法。该OFDM方法使用多载波来同时发射大量的数据，具有如下特点：该方法在多径环境下表现出良好的性能，并且能够移动接收。
图1示出传统的DVB-T发射系统的示意方框图。
DVB-T发射系统包括FEC(前向纠正错误)单元10，映射单元20，帧形成单元30，IFFT单元40，保护间隔插入单元50和RF(射频)单元60。
FEC单元10用于对数据进行编码，以便使接收端检测和纠正错误，通常执行RS(Reed-Solomon)编码和卷积编码。
映射单元20用于将经编码的数据映射到QPSK(四相移相键控)、16QAM(正交调幅)、64QAM等。
帧形成单元30用于通过使用预定的方法，将保护频带以及散射前导(scattered pilots)、连续前导(continuous pilots)和TPS(发射参数信今)前导插入映射后的码元，由此形成帧以相应于IFFT单元40的操作。TPS带有如下六种信息：
1)QAM星位(constellation)模式信息，
2)层次信息；
3)GI(保护间隔)长度信息，
4)内码率(inner code rate)
5)2K或者8K发射模式
6)帧号(number)
IFFT单元40用于对形成帧后的频域OFDM信号执行IFFT处理，以获得时域OFDM信号。
保护间隔插入单元50用于将从调制后的OFDM信号的尾(tail)截取的GI插入OFDM信号之前，以便防止在多径环境下的ISI(码间干扰)。
RF单元60通过无线信道，在期望的频段上发射经处理的OFKM信号。
实际上，传统的DVB-T发射系统通过仅使用插入频域内的前导信号，在时域和频域中执行信道均衡以及同步捕获，由此限制了接收系统的性能并使之降低。
发明内容
因此，本发明的一个目的是通过提供一种多载波发射系统及其信号处理方法来解决上述问题，该多载波发射系统及其信号处理方法可以通过将PN序列或者同步信息插入映射后的频域码元，来改善接收性能。
根据本发明的一个方面，多载波发射系统包括：分裂器，用于将输入码流分为高和低码流；FEC单元，用于对来自分裂器的并行的、分离的高和低码流编码和交织，以便使接收端检测和纠正错误；映射单元，用于将来自FEC单元的、经差错编码的OFDM数据映射到码元星位图上；串/并转换单元，用于累积预定数目的映射后的数据，以便输出并行数据；同步信息插入单元，用于分别向预定数目的并行数据插入具有相同长度的、不同的同步信息；帧形成单元，用于形成由预定数目数据构成的预定帧，该数据具有插入该数据中的不同的同步信息以及前导数据；IFFT单元，用于通过执行IFFT，将所形成的帧调制为时域OFDM信号；并/串转换单元，用于将来自IFFT单元的并行时域OFDM信号转换为串行时域OFDM信号；和保护间隔插入单元，用于将保护间隔插入时域OFDM码元之前。
根据本发明的另一个方面，包括步骤：将输入码流分为高和低码流；对来自分裂步骤的频域数据执行编码和交织，以便使接收端检测和纠正错误；将差错编码和交织后的OFDM数据映射到码元星位图上；累积预定数目的映射后的数据，以便输出并行数据；分别向预定数目的并行数据插入具有相同长度的、不同的同步信息；形成由预定数目数据构成的预定帧，该数据具有插入该数据中的不同的同步信息以及前导数据；对所形成的帧执行IFFT，使该帧成为时域OFDM信号；将并行时域OFDM信号转换为串行时域OFDM信号；和将保护间隔插入时域OFDM码元之前。
如上所述，因为将PN序列插入频域数据，由此使接收性能较传统的多载波发射系统要好。
附图说明
将参照附图详细说明本发明，在附图中相同的标号代表相同的元件：
图1是示出传统的OFDM发射系统的示意方框图；
图2是示出根据本发明的实施例的OFDM发射系统的示意方框图；
图3示出图2中的同步信息插入单元330的详细的方框图；
图4示出说明根据本发明的OFDM发射系统的信号处理方法的流程图；
图5是解释步骤S40(图4中插入PN(伪噪声)序列或同步信息)的流程图；
图6a到6e是详细地说明图5所示插入同步信息的步骤S40的图。
具体实施方式
下面将参照附图，详细地说明本发明的优选实施例。
图2示出根据本发明优选实施例的OFDM发射系统的方框图。
一般的OFDM发射系统可以在固定、便携和移动接收环境下执行发射，并且具有如下特点(该特点与欧洲发明的OFDM系统具有相似的特征)：
1)使用OFDM调制方法，
2)支持非层次混合发射模式，以及非层次信号发射模式和层次发射模式，并且在每个模式下采用不同的帧结构，
3)支持4K模式，以及2K和8K模式，和
4)在频域内具有同步特性，以获得在发射和接收端的同步。
如图2所示的OFDM发射系统包括分裂器100，FEC单元200和OFDM调制器300。
分裂器100将输入码流分为高和低码流，以将高和低码流输出至FEC单元200。
FEC单元200包括：扰频器210，用于执行加扰；外部编码器220，用于执行RS编码；外部交织器230，用于执行卷积交织；和内部编码器240，用于执行内部编码。FEC单元200还包括内部交织器250，该内部交织器250具有用于对可行数据块执行位交织的位交织器251和码元交织器252，该码元交织器252用于对1392(在2K操作模式中)、2784(在4K操作模式中)或5568(在8K操作模式中)个OFDM码元的有效载波执行交织，以获得预定的位字。
OFDM调制器300包括：映射单元310、串/并转换单元320、同步信息插入单元330、帧形成单元340、IFFT单元350、并/串转换单元360和保护间隔插入单元370。
映射单元310将经差错编码的OFDM数据映射到诸如QPSK、16QAM和64QAM一样的码元星位图上。
串/并转换单元320累积预定数目的映射后的串行码元，以便输出并行数据。在该并行数据中的数据数目由PN序列的长度所确定，该PN序列由同步信息插入单元330插入。例如，假如PN序列的长度为63(2n-1)，则该来自串/并转换单元320的并行数据具有63个串行数据。这里，该数据是以码元为单位，并且长度为63的PN序列相应于63个码元。
同步信息插入单元330向3780插入PN序列，或者同步信息，例如将输入IFFT单元350的数据。这里，将要参照图3更加详细地说明将PN序列插入3780个数据的过程。
同步信息插入单元330包括扩频器331、乘法器333和缓冲器335。
扩频器331对来自串/并转换单元320的63个数据中的每一个进行扩频，以便获得长度63，该长度是要被乘法器333相乘的PN序列的长度。
乘法器333将长度为63倍的、63个扩频数据中的每一个乘以不同的、长度为63的PN序列，由此将每个PN序列插入63个数据中的每一个。
缓冲器335根据每个操作模式，将乘以了PN序列的63个数据缓冲多达60次，以便输出3780(3780＝63×60)个数据至IFFT单元350。对于一般的采用OFDM的发送系统，IFFT单元350可以支持2K、4K和8K模式，并且如表1所示，OFDM码元按照每个模式由多个副载波构成。
表1
    模式     2K     4K     8K
    覆盖                    7.62MHz
    OFDM载波     1561     3121     6241
    载波间隔     4.88KHz     2.44KHz     1.22KHz
    数据载波     1392     2784     5568
    散射前导     130     260     520
    连续前导     41     81     161
    TPS     8     16     32
作为OFDM码元的有效载波的多个数据载波在2K模式下可以是1392，在4K模式下可以是2784，在8K模式下可以是5568。在2K模式下，缓冲器335对来自串/并转换单元320的63个码元缓冲多达22次，以便输出1386(63×22)个码元，来逼近码元数目1392，即数据载波数目。在4K模式下，缓冲器335输出2772(63×44)个码元，来逼近2784个数据载波，同时，在8K模式下，输出2772(63×88)个码元，来逼近5568个数据载波。即，根据每种模式，来确定缓冲器335的大小，以便使从缓冲器335输出的码元逼近数据载波的数目。
来自串/并转换单元320的数目为63个并行数据已经被设定为相应于所插入PN序列的长度。可以采用PN序列的不同长度，例如2n-1，并且缓冲器335的大小由并行数据的数目来确定。
帧形成单元340关于IFFT单元350的操作模式2K、4K和8K中的每一个，将散射前导、连续前导和TPS前导插入除数据载波之外的副载波并且进一步插入保护频带，以便形成帧。
如表1所示，关于每个模式，多个副载波具有用于信道估计和同步捕获的数据副载波、散射前导和连续前导，以及TPS前导，该前导是发射服务类型(transmission service type)的系统信息。
IFFT单元350对来自帧形成单元340的OFDM信号执行IFFT处理，按照2K、4K和8K模式形成该OFDM信号的帧，以便输出时域OFDM码元。
并/串转换单元360将来自IFFT单元350的并行OFDM码元转换为串行码元。
保护间隔插入单元370将GI插入经IFFT处理后输出的OFDM码元之前。具体地说，将GI插入OFDM码元之前，以防止在多径条件下的ISI，该GI拷贝自从该OFDM码元的尾部所截取的采样数据。
将OFDM信号的处理结果通过RF单元(未示出)在期望的频段上发射。
如上所述，将PN序列或者附加同步信息插入映射后的码元之前，同时将散射前导和连续前导插入设定的副载波中，由此改善接收性能。
这里已经将采用OFDM的一般发射系统作为示例说明，然而本发明一般可以应用到所有采用OFDM方法的系统中。
图4示出说明采用根据本发明的OFDM方法的OFDM发射系统的信号处理方法的流程图。
FEC单元200关于每种模式(非层次发射模式、层次发射模式和非层次混合发射模式)对输入数据执行信道编码，以便使接收端检测和纠正错误(S10)。
映射单元310根据每种模式将经编码的数据映射到诸如QPSK、16QAM和64QAM一样的码元星位图上(S20)。
串/并转换单元320累积预定数目的映射后的串行码元，以便输出并行码元(S30)。这里，所输出的并行码元的数据数目相应于PN序列的长度或位，该PN序列是由同步信息插入单元330插入。
同步信息插入单元330向来自串/并转换单元320的并行码元中的每一个插入PN序列或者同步信息(S40)。图5是详细地解释步骤S40(插入PN序列或者同步信息)的流程图。下面将参照图6a到6e说明将PN序列PN1、PN2等插入码元D1、D2等的步骤。
扩频器331对来自串/并转换单元320的并行数据中的每一个进行扩频，以获得与PN序列同样长的长度(S41)。具体地说，如6a所示，串/并转换单元320累积来自映射单元310的码元D1、D2等或者串行数据达到63次，以便输出并行数据D1、D2等。如图6c所示，扩频器331对63个码元中的每一个进行扩频，以获得与PN序列同样的长度。即，将来自串/并转换单元320的并行数据中的数据数目设为与PN序列同样的长度。
乘法器333将63倍长度(该长度为PN序列的长度)的、63个扩频码元D1、D2等分别乘以不同的、长度为63的PN序列PN1、PN2等(S43)。如图6e所示，乘法器333用不同的PN序列PN1、PN2等分别乘以来自扩频器331的63个码元。图6e示出分别乘以PN序列的63个码元。
缓冲器335将乘以了PN序列的63个码元缓冲多达22次，以便输出1386(1386＝63×22)个并行数据(S45)。在2K模式中，1386个输出码元逼近1392个数据载波。
帧形成单元340按照每种发射模式形成帧。该形成的帧由来自同步信息插入单元330的码元、前导、TPS前导和保护频带(S50)。
IFFT单元350对形成的OFDM帧执行IFFT处理，将该OFDM帧转换为时域OFDM码元(S60)。
在将并行OFDM信号转换为串行OFDM信号之后，保护间隔插入单元370将GI插入该OFDM信号(S70)。该GI拷贝自尾部的采样数据并且被插入在OFDM码元之前(S70)，该尾部相应于OFDM码元的1/4、1/8、1/16或1/32。
通过RF信道，在期望的频段上发射插入有GI的OFDM信号(S80)。
如上所述，根据本发明，将PN序列或者附加的同步信息加到频域，这使得接收端的诸如同步捕获和信道均衡一样的接收性能得以改善。
通过将PN序列插入映射后的频域码元中，本发明可使接收性能较传统的OFDM发射系统要好。
尽管已经参照其某些优选实施例对于本发明进行了说明，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可进行形式上和细节上的各种修改。
上述实施例和优点仅是范例性的，并且不限制本发明。本发明的思想可用于其他类型的装置。本发明的说明书是例证性的，而非限制权利要求的范围。对于本领域的技术人员许多选择、改进和变化是显然的。在权利要求中，装置加功能语句用于包括此处所说明的、完成所述功能的结构，和不仅包括结构上等效的装置，而且包括等效于该结构的装置。

Claims (14)

1.一种多载波发射系统，包括：
分裂器，用于将输入码流分为高和低码流；
FEC单元，用于对来自分裂器的并行的、分离的高和低码流编码和交织，以便使接收端检测和纠正错误；
映射单元，用于将来自FEC单元的、经差错编码的OFDM数据映射到码元星位图上；
串/并转换单元，用于累积预定数目的映射后的数据，以便输出并行数据；
同步信息插入单元，用于分别向预定数目的并行数据插入具有相同长度的、不同的同步信息；
帧形成单元，用于形成由预定数目数据构成的预定帧，该数据具有插入该数据中的不同的同步信息以及前导数据；
IFFT单元，用于通过执行IFFT，将所形成的帧调制为时域OFDM信号；
并/串转换单元，用于将来自IFFT单元的并行时域OFDM信号转换为串行时域OFDM信号；和
保护间隔插入单元，用于将保护间隔插入时域OFDM码元之前。
2.如权利要求1所述的多载波发射系统，其中IFFT单元能够支持2K、4K和8K模式中的至少一种，并且关于每种模式，该预定数目是载有频域数据的有效载波的数目。
3.如权利要求1所述的多载波发射系统，其中FEC单元包括：
扰频器，用于对来自分裂器的、分离的高和低码流执行加扰；
外部编码器，用于并行地对加扰后的高和低码流执行RS编码；
外部交织器，用于并行地对外部编码后的高和低码流执行外部交织；
内部编码器，用于并行地对外部交织后的高和低码流执行内部编码；和
内部交织器，用于并行地将内部编码后的高和低码流映射到预定的位字。
4.如权利要求1所述的多载波发射系统，其中内部交织器包括：
位交织器，用于对可行数据块执行位交织；和
码元交织器，用于将位交织后的OFDM码元的有效载波映射到预定的位字。
5.如权利要求1所述的多载波发射系统，其中该预定数目是N，并且当N＝K×M时，每个来自串/并转换单元的并行数据由K个数据构成，这里N、K和M是自然数，并且该同步信息插入单元包括：
扩频器，用于对该K个数据进行扩频，以便获得与同步信息相同的长度；
乘法器，用于将该同步信息乘以扩频后的该K个数据，以将该同步信息插入该数据中；和
缓冲器，用于将该乘以了同步信息的K个数据缓冲多达M次，以便输出N个数据。
6.如权利要求5所述的多载波发射系统，其中该同步信息是PN序列，并且作为该并行数据数目的K相应于该PN序列的长度。
7.如权利要求5所述的多载波发射系统，其中PN序列的长度是2n-1，并且K是2n-1，其中n是自然数。
8.一种多载波发射系统的信号处理方法，包括步骤：
将输入码流分为高和低码流；
对来自分裂步骤的频域数据执行编码和交织，以便使接收端检测和纠正错误；
将差错编码和交织后的OFDM数据映射到码元星位图上；
累积预定数目的映射后的数据，以便输出并行数据；
分别向预定数目的并行数据插入具有相同长度的、不同的同步信息；
形成由预定数目数据构成的预定帧，该数据具有插入该数据中的不同的同步信息以及前导数据；
对所形成的帧执行IFFT，使该帧成为时域OFDM信号；
将并行时域OFDM信号转换为串行时域OFDM信号；和
将保护间隔插入时域OFDM码元之前。
9.如权利要求8所述的信号处理方法，其中执行IFFT的步骤能够支持2K、4K和8K模式中的至少一种，并且关于每种模式，该预定数目是载有频域数据的有效载波的数目。
10.如权利要求8所述的信号处理方法，其中对频域数据编码和交织的步骤包括子步骤：
对来自该分裂步骤的、分离的高和低码流执行并行加扰；
并行地对加扰后的高和低码流执行RS编码；
并行地对外部编码后的高和低码流执行外部交织；
并行地对外部交织后的高和低码流执行内部编码；和
并行地将内部编码后的高和低码流映射到预定的位字。
11.如权利要求8所述的信号处理方法，其中并行地映射内部编码后的高和低码流的步骤包括子步骤：
对可行数据块执行位交织；和
将位交织后的OFDM码元的有效载波映射到预定的位字。
12.如权利要求8所述的信号处理方法，其中该预定数目是N，并且当N＝K×M时，每个来自串/并转换单元的并行数据由K个数据构成(这里N、K和M是自然数)，并且插入同步信息的步骤包括步骤：
对该K个数据进行扩频，以便获得与同步信息相同的长度；
将该同步信息乘以扩频后的该K个数据，以将该同步信息插入该数据中；和
将该乘以了同步信息的K个数据缓冲多达M次，以便输出N个数据。
13.如权利要求12所述的信号处理方法，其中该同步信息是PN序列，并且作为该并行数据数目的K相应于该PN序列的长度。
14.如权利要求12所述的信号处理方法，其中PN序列的长度是2n-1，并且K是2n-1，其中n是自然数。
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