CN1574813A - 时域同步正交频分复用系统的载波频率恢复装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种接收其中具有重复的伪噪声(PN)序列的同步段信号的OFDM信号和恢复接收到的信号的载波频率的载波频率恢复装置，包括：延迟器，将重复的PN序列延迟预定的延迟时间；共轭复数单元，分别计算延迟后的重复的PN序列的共轭复数值；乘法器，将接收到的OFDM信号的重复的PN序列与计算出的共轭复数值分别相乘；相关器，通过来自乘法器的输出的平滑相加分别计算接收到的OFDM信号的重复的PN序列和延迟后的重复的PN序列之间的相关值；相位估计器，对于PN序列所在的各个区域从计算出的相关值估计相位值；和平均值计算器，计算相位值的平均值来恢复载波频率。因此，扩大了可恢复的载波频率偏移的补偿范围。

Description

时域同步正交频分复用系统的载波频率恢复装置及其方法

                         技术领域

本发明涉及一种时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)系统的载波频率恢复装置及其方法，并且特别涉及这样一种载波频率恢复装置及其方法，其通过使用插入到OFDM信号中的重复的伪噪声(PN)序列在TDS-OFDM系统中提高载波频率偏移的补偿范围。

                         背景技术

通过重新排列串行输入的数据流为基于块的并行数据，并且将这些并行码元多路复用到不同的具有相互正交关系的载波频率中去的过程，正交频分复用(OFDM)方案将宽带传输转换成为多个并行窄带传输。OFDM方案因为频率利用最大的优点而为人们所熟知。

OFDM方案的其他优点在于由于其延长了码元传输时间，所以其系统能在多径环境下抗如重影的干扰信号，并且由于其使用正交载波频率也能抗码元间干扰(ISI)。

OFDM方案能够构造单频网(SFN)，并且能够使用单一频率全国广播。由于OFDM方案能有效地利用有限的频率资源，所以其非常适合于陆地数字电视广播。

通常，使用时域同步来发送OFDM信号的OFDM发射机执行离散傅立叶逆变换(IDFT)，来重新排列沿着预定频带的频率轴的分配给单一业务的OFDM信号到时间轴上。

OFDM发射机在通过IDFT沿着时间轴重新排列后的OFDM信号的前面插入保护间隔(GI)来抑制信号间干扰。

同时，作为OFDM方案的变化的时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)方案在传输OFDM帧信号之前，在GI的前面插入同步段。

图1是示出由一般TDS-OFDM发射机传输的OFDM信号的帧结构的示例的视图。

如在图1中所示，OFDM信号帧包括含有实际待被传输的数据的有效码元区域Ts、保护间隔GI Tg和同步段Tss。

当在无线信道环境下传输信号时，GI抑制码元间干扰。当码元由于多径信道环境被延迟并由此与随后的码元重叠时，会发生码元间干扰。在恢复载波来有效地找到频率和相位同步时，在OFDM无线调制解调器的接收机中也使用GI。在图1中，GI表示为间隔a。使用GI与有效码元的最后部分a′在结构上相同的事实，接收机通过测量GI和有效码元的最后部分a′之间的相位旋转差来恢复载波频率。

TDS-OFDM系统在时间间隔Tss+Tg+Ts传输同步段Tss，并且同步段通常由单一伪噪声(PN)序列构成。

图2是示出OFDM系统的传统载波频率恢复装置的方框图。参照图2，载波频率恢复装置200包括：延迟器205、共轭复数单元210、乘法器215、相关器220、绝对值计算器225、峰值点检测器230和相位估计器235。

载波频率恢复装置通过使用上面提到的OFDM信号的帧结构的特性来测量GI和有效码元之间的相对相位旋转差。因此，延迟器205将接收到的OFDM信号延迟预定的时间Ts，并且共轭复数单元210计算延迟后的信号的共轭复数值。乘法器215将延迟后的信号与共轭复数值相乘。峰值点检测器230找出GI的位置，并且相关器220计算GI(在图1中的‘a’)和有效码元的最后部分(在图1中的‘a′’)之间的相关值，该有效码元的最后部分与GI相隔和有效码元区域的长度相同的预定时间间隔Ts。

图3是示出表示通过如图2中所示的载波频率恢复装置可恢复的载波频率偏移的范围的特性曲线的视图。

传统的载波频率恢复装置测量位于距GI预定时间间隔Ts的有效码元的相位旋转，并且具有如图3中所示的特性曲线。图3还显示了传统的载波频率恢复装置的缺点，其中可恢复的载波频率偏移的范围被限制为很小的±1/2Ts值。

                          发明内容

为了解决以上的缺点和与传统装置相关联的其他一些问题而开发本发明。本发明的目的在于提供一种载波频率恢复装置及其方法，其通过使用包含插入到接收到的OFDM信号中的重复的伪噪声(PN)序列的同步段来提高载波频率偏移的补偿范围。

在接收其中具有重复的伪噪声(PN)序列的同步段信号的OFDM信号和恢复接收到的信号的载波频率的载波频率恢复装置，实现本发明的上述目的及其他特性的改进包括：延迟器，用于将重复的PN序列延迟预定的延迟时间；共轭复数单元，用于分别计算延迟后的重复的PN序列的共轭复数值；乘法器，用于将接收到的OFDM信号的重复的PN序列与计算出的共轭复数值分别相乘；相关器，用于通过来自乘法器的输出的平滑相加，分别计算接收到的OFDM信号的重复的PN序列和延迟后的重复的PN序列之间的相关值；相位估计器，用于对于PN序列所在的各个区域从计算出的相关值估计相位值；和平均值计算器，用于计算相位值的平均值来恢复载波频率。

延迟器将重复的PN序列延迟预定的延迟时间，并且通过将相应于同步段区域的时间除以重复的PN序列的数目来获得该延迟时间。

根据本发明的一个方面，提供了一种接收其中具有重复的伪噪声(PN)序列的同步段信号的OFDM信号和恢复接收到的信号的载波频率的载波频率恢复方法，包括步骤：将重复的PN序列延迟预定的延迟时间；分别计算延迟后的重复的PN序列的共轭复数值；将接收到的OFDM信号的重复的PN序列与计算出的共轭复数值分别相乘；通过来自乘法器的输出的平滑相加，分别计算接收到的OFDM信号的重复的PN序列和延迟后的重复的PN序列之间的相关值；计算相关值的绝对值，并且检测绝对值的最大值，来检测重复的PN序列所在的OFDM信号的区域；从计算出的相关值估计相位值；和计算相位值的平均值来恢复载波频率。

在延迟步骤中，将重复的PN序列延迟预定的延迟时间，并且通过将相应于同步段的时间除以重复的PN序列的数目来获得该延迟时间。

                          附图说明

通过参照附图对本发明的特定实施例进行描述，本发明的上述目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出由传统的时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)发射机发送的OFDM信号的帧结构的视图；

图2是示出OFDM接收机的传统载波频率恢复装置的方框图；

图3是示出表示通过图2的载波频率恢复装置可恢复的载波频率偏移的范围的特性曲线的视图。

图4是示出OFDM信号的帧结构的视图，在该OFDM信号中插入具有重复的PN序列的同步段信号；

图5是根据本发明实施例的载波频率恢复装置的方框图；

图6是示出表示根据本发明实施例的通过载波频率恢复装置可恢复的载波频率偏移的范围的特性曲线的视图；和

图7是示出根据本发明实施例的载波频率恢复装置的操作的流程图。

                          具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明。

在下述的描述中，即使在不同的附图中，同样的附图标号表示同一部件。在描述中所限定的事物如详细结构或部件只是有助于对本发明进行全面地理解。因此，很明显，本发明的实施可以不用那些限定的事物。另外，由于一些众所周知的功能或结构会使本发明在不必要的细节模糊，所以没有详细地描述这些功能或结构。

图4显示OFDM信号的帧结构，在该OFDM信号中插入包含重复的PN序列的同步段信号。在本发明的一个实施例中，同步段信号由如在图4中所示的重复的PN序列构成，并且被插入到OFDM信号中，在OFDM信号中传输。

参照图4，插入到OFDM码元之前的同步段信号由(M)个的重复的PN序列构成。每个PN序列的传输时间为Tss/M。根据本发明实施例的TDS-OFDM系统测量重复的PN序列之间的相位变化并且在恢复载波频率中使用该信息。

图5是根据本发明的一个实施例的载波频率恢复装置的方框图。

参照图5，根据本发明实施例的载波频率恢复装置包括：Tss/M-延迟器505、共轭复数单元510、乘法器515、相关器520、绝对值计算器525、峰值点检测器530、相位估计器535和平均值计算器540。

Tss/M-延迟器505将其中具有重复的PN序列的同步段信号延迟Tss/M那么多。其结果是，同步段信号被延迟相应于一个PN序列的时间。共轭复数单元510计算延迟后的PN序列的共轭复数，并且乘法器515将计算出的共轭复数值与接收到的PN序列相乘。接收到的PN序列是指与延迟后的PN序列分离Tss/M的间隔的另一个PN序列。其结果是，PN序列的共轭复数值和与该PN序列隔开Tss/M的另一个邻近的PN序列相乘。

为了计算接收到的PN序列和延迟后的PN序列之间的相关值，相关器520在相应于一个PN序列的Tss/M持续时间通过平滑加法将接收到的PN序列和延迟后的PN序列的共轭复数值相乘的所得值相加。因此，接收到的PN序列的共轭复数值与延迟后的PN序列相乘的所得值被连续相加。通过在相应于同步段信号区域的时间Tss期间平滑求和来获得(M-1)个的相关值。

峰值点检测器530进行操作来找出重复的PN序列的位置。绝对值计算器525计算从相关器520输出的相关值的绝对值，并且峰值点检测器530通过检测计算出的绝对值中的最大值来找出重复的PN序列的位置。

相位估计器535测量计算出的相关值的相位。在相应于同步段信号区域的持续时间Tss中，可以获得(M-1)个的相位测量。平均值计算器540获得(M-1)个的相位测量的平均值。

图6是示出表示根据本发明的一个实施例的通过载波频率恢复装置可恢复的载波频率偏移的范围的特性曲线的视图。

参照图6，载波频率恢复装置的载波频率偏移的补偿范围近似为±M/2Tss。‘M’是指在同步段中的PN序列的总数目。随着‘M’变大，即，随着重复的PN序列的数目增大，扩大了载波频率偏移的补偿范围。

通常，在TDS-OFDM系统中，同步段信号区域Tss不超过有效码元区域Ts的十分只一。因此，在本实施例中，载波频率偏移的补偿范围能够增大为传统系统的±1/2Ts的(10×M)倍。

图7是示出根据本发明特定实施例的载波频率恢复装置的操作的流程图。

参照图7，TDS-OFDM系统接收OFDM信号(步骤S710)，并且载波频率恢复装置将接收到的信号延迟达到相应于一个PN序列区域的时间Tss/M(步骤S715)。在一个步骤，延迟后的PN序列的共轭复数值与接收到的PN序列相乘，该接收到的PN序列与延迟后的PN序列相隔达到Tss/M(步骤S720)。

接着，获得接收到的PN序列和延迟后的PN序列的共轭复数值之间的相关值(步骤S725)。通过执行关于接收到的PN序列与延迟了的PN序列的共轭复数值相乘的所得值在Tss/M的持续时间的平滑求和来计算PN序列和共轭复数值之间的相关值。因为在一个同步段信号中包括(M)个的PN序列，所以计算(M-1)个的相关值。

测量关于计算出的相关值的相位(步骤S730)。因此，计算出(M-1)个的相位值。通过计算相关值的绝对值并且检测计算出的绝对值中的最大值来找出重复的PN序列的位置。

最后，为了补偿载波频率偏移，获得(M-1)个的相位测量的平均值，这些相位测量在一个同步段信号区域Tss中获得(步骤S735)。

如上所述，在本发明的一些示例性实施例中，对于具有同步段信号的OFDM信号，该同步段信号具有重复的PN序列，接收端通过获得接收到的PN序列和与该接收到的PN序列根据一个PN序列周期隔开预定间隔的另一个PN序列之间的相关值来估计相位，并且获得计算出的相位的平均值。其结果是，扩大了可恢复的载波频率偏移的补偿范围。

此外，现有的设备用于扩大可恢复的载波频率偏移的补偿范围，而不使用分离的信号、附加的信息或者硬件。

上述实施例和优点仅是示例性的，并且不应该被解释为限制本发明。本发明可以容易地应用到其他形式的装置。另外，对本发明实施例的上述描述是示意性的，并不限制权利要求的范围，很明显，本领域的技术人员可以做出多种选择、修改和改变。

Claims (5)

1、一种接收其中具有重复的伪噪声(PN)序列的同步段信号的OFDM信号和恢复接收到的信号的载波频率的载波频率恢复装置，包括：

延迟器，用于将重复的PN序列延迟预定的延迟时间；

共轭复数单元，用于分别计算延迟后的重复的PN序列的共轭复数值；

乘法器，用于将接收到的OFDM信号的重复的PN序列与计算出的共轭复数值分别相乘；

相关器，用于通过来自乘法器的输出的平滑相加分别计算接收到的OFDM信号的重复的PN序列和延迟后的重复的PN序列之间的相关值；

相位估计器，用于对于PN序列所在的各个区域从计算出的相关值估计相位值；和

平均值计算器，用于计算相位值的平均值，以恢复载波频率。

2、根据权利要求1所述的载波频率恢复装置，还包括：

绝对值计算器，用于计算相关值的绝对值；和

峰值点检测器，用于检测绝对值中的最大值，并且给相位估计器提供重复的PN序列所在的OFDM信号的区域。

3、根据权利要求1所述的载波频率恢复装置，其中，延迟器将重复的PN序列延迟预定的延迟时间，该延迟时间通过将相应于同步段的时间除以重复的PN序列的数目来获得。

4、一种接收其中具有重复的伪噪声(PN)序列的同步段信号的OFDM信号和恢复接收到的信号的载波频率的载波频率恢复方法，包括下述步骤：

将重复的PN序列延迟预定的延迟时间；

分别计算延迟后的重复的PN序列的共轭复数值；

将接收到的OFDM信号的重复的PN序列与计算出的共轭复数值分别相乘；

通过来自乘法器的输出的平滑相加分别计算接收到的OFDM信号的重复的PN序列和延迟后的重复的PN序列之间的相关值；

计算相关值的绝对值，并且检测绝对值的最大值，以检测重复的PN序列所在的OFDM信号的区域；

从计算出的相关值估计相位值；和

计算相位值的平均值，以恢复载波频率。

5、根据权利要求4所述的载波频率恢复方法，其中，在延迟步骤中，将重复的PN序列延迟预定的延迟时间，并且该延迟时间通过将相应于同步段的时间除以重复的PN序列的数目来获得。

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