CN1574818A - 时域同步正交频分复用接收装置及其校正方法 - Google Patents

Abstract

一种提取和使用信道状态信息用于纠错的TDS－OFDM的接收装置及使用该装置的纠错方法。OFDM接收装置包括：同步单元，使OFDM信号同步；多路分解器，把从同步单元接收到的OFDM信号分成包括同步信息和OFDM码元的多个信号；频域均衡单元，在频域中根据FFT变换的同步信息的相关性均衡FFT变换的OFDM码元；CSI提取单元，根据均衡OFDM码元的副载波的功率提取CSI；FEC单元，根据从CSI提取单元接收到的CSI，检测并纠正从频域均衡单元接收的均衡OFDM码元的错误。因此，TDS－OFDM接收装置提取和使用高可靠性的CSI，而不管数据传输模式如何，从而提高了TDS－OFDM系统的接收性能。

Description

时域同步正交频分复用接收装置及其校正方法

技术领域

本发明涉及一种时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)接收装置及使用该装置的纠错方法。具体地讲，本发明涉及一种在TDS-OFDM系统中高可靠性地提取信道状态信息用于纠错而不管数据传输模式如何的TDS-OFDM接收装置，以及使用该装置的纠错方法。

背景技术

OFDM方案把以串行形式输入的码元列转换为预定的基于块的并行数据，并把这些并行的码元多路复用到不同的副载频。与使用单载波的常规方法不同，OFDM方案使用多载波。在多载波中，每个载波彼此正交。正交性是指两个载波相乘的结果为零的特征，这是应用多载波的必要条件。OFDM方案主要使用快速傅立叶变换(FFT)和快速傅立叶逆变换(IFFT)，这可以根据载波间正交性的定义和FFT很容易地实现。

OFDM由多载波组成，每个多载波都有一个很小的带宽。因此，整个频谱基本上变成一个正方形，相应地，与使用单载波的情形相比，频率效率得到提高。另外，由于OFDM信号的波形与高斯型白噪声的波形相同，所以与其他的广播业务，比如逐行倒相(PAL)和顺序传送色彩与记忆制(SECAM)相比，OFDM信号具有更少的干扰。

近来，为了提高陆地数字电视(DTV)传输系统标准的速度，提出了数字多媒体陆地广播(DMB-T)，这是关于陆地DTV的新传输标准。采用DMB-T的传输系统还使用TDS-OFDM方案。OFDM调制单元使用3780-点的离散傅立叶逆变换/离散傅立叶变换(IDFT/DFT)处理器。

图1是常规TDS-OFDM接收装置的方框图，该装置包括：射频接收单元(RF RX)10、模数转换器(ADC)12、同步单元14、多路分解器16、伪噪声(PN)相关单元20、第一FFT单元30、第二FFT单元40、频域均衡单元50、前向纠错器(FEC)单元60。

FR RX 10把通过天线接收到的OFDM广播信号下变换到基带，ADC 12把来自RF RX 12的模拟信号转换为数字信号。

同步单元14使用作为同步信息传输的PN序列，执行码元定时和频率同步。PN序列信息是同步信息，用于从TDS-OFDM接收器接收到的OFDM信号的同步和信道预测。PN序列在保护间隔(GI)之前插入，这将在下文中叙述。

多路分解器16把从同步单元14接收到的OFDM广播信号分割为PN序列、GI、以及OFDM码元，并输出。GI被插入PN序列与OFDM码元之间，用来抑制多径环境中的码元间干扰(ISI)。

PN相关单元20把参考信号行和PN序列之间的PN相关性输出到第一FFT单元30，以提供信道状态的信息。第一FFT单元30转换PN相关性，并将其输出至频域均衡单元50。

从多路分解器16输出的OFDM码元被输出到第二FFT单元40，第二FFTT单元通过FFT转换OFDM并输出到频域均衡单元50。

频域均衡单元50根据从第一FFT单元30接收到的PN相关性，均衡从第二FFT单元40接收到的转换的OFDM码元。

FEC单元60采用适合于被均衡的OFDM码元的检错方法检错并纠正检测到的错误。

如上所述，常规的TDS-OFDM接收装置在没有信道状态信息的情况下，检测并纠正错误，因此，有可能导致TDS-OFDM系统接收性能的恶化。

发明内容

本发明的目的是至少解决上述问题和/或缺点，至少提供下面所述的优点。因此，本发明的目的是提供一种在TDS-OFDM系统中高可靠性地提取信道状态信息用于纠错而不管数据传输模式如何的TDS-OFDM接收装置，以及使用该装置的纠错方法。

为了实现本发明的上述方面，提供了一种TDS-OFDM接收装置，包括：同步单元，用于使正交频分复用(OFDM)信号同步，该OFDM信号经天线接收，被下变换到基带，并进行模数转换；多路分解器，用于把从同步单元接收到的OFDM信号分解成包括同步信号和OFDM码元的多个信号；频域均衡单元，用于根据以FFT变换的同步信息的相关性，在频域中均衡通过FFT变换的OFDM码元；信道状态信息(CSI)提取单元，用于根据包含在从频域均衡单元接收到的均衡OFDM码元中的副载波的功率，提取信道状态信息；前向纠错(FEC)单元，用于根据从CSI提取单元接收到的CSI，检测并纠正从频域均衡单元接收的均衡OFDM码元的错误。

同步单元使用同步信息。同步信息是PN序列。

CSI提取单元包括：功率估计单元，用于估计各个副载波的功率；α乘法单元，用于把功率估计单元的各个输出结果乘上一个预定的加权因子α；缓冲器，用于把从CSI提取单元输出的各个CSI延迟副载波个数那么长，并把延迟的CSI储存在相应的储存地址上；β乘法单元，用于把从缓冲器输出的各个CSI乘上一个预定的加权因子β；相加单元，用于通过将α乘法单元和β乘法单元的输出结果相加来更新CSI，并把更新的CSI输出到缓冲器。

用下面的公式计算CSI：

$C(t,i)=\mathrm{\αP}(t,i)+\mathrm{\β}\underset{k=0}{\overset{t-1}{\mathrm{\Σ}}}C(k,i),$

其中，C(t，i)是指‘t’时间OFDM码元的第i副载波的CSI，P(t，i)是指‘t’时间OFDM码元的第i副载波的功率，其中α+β＝1。

FEC单元包括内解码器，该解码器从CSI提取单元接收CSI并解码进行纠错。内解码器是卷积解码器和快速(turbo)解码器的其中一种。

TDS-OFDM接收装置还可以包括时域均衡单元，用于根据同步信息在时域中均衡OFDM信号。时域均衡单元是判决反馈均衡器、卡尔曼均衡器和数据再循环(recycling)均衡器中的一种。

在正交频分复用(TDS-OFDM)接收装置的纠错方法中，改进部分包括如下步骤：(a)使正交频分复用(TDS-OFDM)信号同步，该OFDM信号经天线接收的，被下变换到基带，进行模数转换；(b)把被同步的OFDM信号分割成多个包括同步信息和OFDM码元的信号；(c)在频域中，根据以FFT变换的同步信息的相关性，均衡通过FFT变换的OFDM码元；(d)根据包含于均衡的OFDM码元中的副载波的功率，提取CSI；(e)根据提取的CSI，检测并纠正均衡OFDM码元中的错误。

步骤(a)使用同步信息，该同步信息是PN序列。

用下述公式计算CSI：

$C(t,i)=\mathrm{\αP}(t,i)+\mathrm{\β}\underset{k=0}{\overset{t-1}{\mathrm{\Σ}}}C(k,i),$

其中，C(t，i)是指‘t’时间OFDM码元的第i副载波的CSI，P(t，i)是指‘t’时间OFDM码元的第i副载波的功率，α和β指的是预定的加权因子，α+β＝1。

步骤(e)包括基于CSI解码进行纠错的步骤。解码步骤是卷积解码和turbo解码中的一种。

本方法还包括时域中用同步信息均衡OFDM信号的步骤。时域均衡是判决反馈均衡器、卡尔曼均衡器、数据再循环均衡器中的一种。

附图说明

通过下面结合附图对本发明示例性的实施例的详细描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是常规的TDS-OFDM接收装置方框图；

图2是本发明实施例的TDS-OFDM接收装置方框图；

图3是图2中的信道状态信息(CSI)提取单元的方框图；

图4A和图4B表示采用计算机模拟的CSI提取单元的操作结果；和

图5是表示提取CSI以用于纠错的方法流程图。

应理解的是，在这些附图中，相同标号表示相同的图形和结构。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。

图2是本发明实施例的TDS-OFDM接收装置的方框图。参考图2可知，TDS-OFDM接收装置包括：RF RX 100、ADC 120、同步单元140、时域均衡单元150、多路分解器160、PN相关单元200、第一FFT单元300、第二FFT单元400、频域均衡单元500、FEC单元600、和CSI提取单元700。

RF RX 100把经天线接收到的OFDM广播信号下变换到基带，ADC 120把来自RF RX 100的模拟信号转换为数字信号。

同步单元140，通过使用作为同步信息传输的PN序列，执行码元定时和频率同步。

时域均衡单元150根据PN序列信息在时域中均衡OFDM广播信号，并且尤其可以使用判决反馈均衡器、或卡尔曼均衡器、或数据再循环均衡器。

多路分解器160把从时域均衡单元150接收到的OFDM广播信号分离成PN序列、GI和OFDM码元，并输出。

PN相关单元200把参考信号行和PN序列间的PN相关性输出到第一FFT单元300，以提供有关信道状态的信息。第一FFT单元300把PN相关性进行FFT变换，并将其输出到频域均衡单元500。

从多路分解器160输出的OFDM码元被输出到第二FFT单元400，第二FFT单元400把OFDM码元进行FFT变换，并输出到频域均衡单元500。

频域均衡单元500基于从第一FFT单元300接收到的PN相关性，均衡从第二FFT单元400接收到的经变换的OFDM码元。

从在频域均衡单元500中均衡的OFDM码元中，CSI提取单元700提取CSI信息，并把CSI输出到内解码器620。

图3是图2中CSI提取单元700的方框图，为方便起见，并附带显示了频域均衡单元500和内解码器620。CSI提取单元700包括：功率估计单元710、α乘法单元720、相加单元730、缓冲单元740、β乘法单元750。使用如下公式1计算CSI：

公式1

$C(t,i)=\mathrm{\αP}(t,i)+\mathrm{\β}\underset{k=0}{\overset{t-1}{\mathrm{\Σ}}}C(k,i),$

其中，C(t，i)是指‘t’时间OFDM码元的第i副载波的CSI，P(t，i)是指‘t’时间OFDM码元的第i副载波的功率，α和β分别代表确定CSI提取装置的收敛速度和特性的加权因子，并满足α+β＝1。α和β的值可以由用户选取，并且根据选取的α和β的值，可以控制CSI的可变性。因此，通过适当地设定α和β的值，用户可以根据诸如固定模式、移动模式、数据接收模式的模式来获得所需的CSI特性。

当在t＝1时均衡的N个OFDM码元副载波被连续地输入功率估计单元710时，功率估计单元710估计t＝1时作为各个副载波功率的P(1，1)、P(1，2)、...、P(1，N)，并把估计值输出到α乘法单元720。α乘法单元720把各估计值乘上α，并顺序输出αP(1，1)、αP(1，2)、...、αP(1，N)。输出值αP(1，1)、αP(1，2)、...、αP(1，N)分别被延迟副载波数目那么长，并被顺序地输出到缓冲器740中相应的储存地址上。然后，当在t＝2时均衡的N个OFDM码元副载波被连续地输入功率估计单元710时，功率估计单元710估计t＝2时作为各个副载波功率的P(2，1)、P(2，2)、...、P(2，N)，并把估计值输出到α乘法单元720。α乘法单元720把输出值乘上α，并顺序输出αP(2，1)、αP(2，2)、...、αP(2，N)到相加单元730。存储在缓冲器740的αP(1，1)、αP(1，2)、...、αP(1，N)被顺序输出到β乘法单元750。β乘法单元750把各值乘上β，并顺序输出βαP(1，1)、βαP(1，2)、...、βαP(1，N)到相加单元730。相加单元730把α乘法单元720的输出结果加上β乘法单元750的输出结果，αP(2，1)+βαP(1，1)、αP(2，2)+βαP(1，2)、...、αP(1，N)+βαP(1，N)，并顺序输出相加值，这些相加值将按被延迟N那么长并且被顺序存储到缓冲器740中相应的存储地址上。从而，更新了CSI。采用上述同样的方法，当t＝T时， $\mathrm{\αP}(T,1)+\mathrm{\β}\underset{k=0}{\overset{T-1}{\mathrm{\Σ}}}C(k,1),$ $\mathrm{\αP}(T,2)+\mathrm{\β}\underset{k=0}{\overset{T-1}{\mathrm{\Σ}}}C(k,2),...,\mathrm{\αP}(T,N)+\mathrm{\β}\underset{k=0}{\overset{T-1}{\mathrm{\Σ}}}C(k,N)$ 被顺序延迟N那么长，并被存储到缓冲器740中相应的存储地址上，从而更新了CSI。当采用陆地数字多媒体广播(DMB-T)作为传输标准时，OFDM码元的副载波数N成为3780。图4B表示的是当瑞利信道中的CSI频谱是如图4A所示的时，通过计算机模拟得出的CSI提取单元700的CSI提取结果。通过比较图4A和图4B，CSI提取单元700估计出相似的CSI图形。

参考图2，FEC单元600使用适当的纠错方法，检测并纠正从频域均衡单元500接收到的OFDM码元的错误。

FEC单元600包括内去交织器610、内解码器620、外去交织器630、外解码器640和解扰码器650。

当发送端的交织器交织编码数据来扩散数据中可能的级联错误时，接收端的内去交织器610对数据进行去交织，以把数据恢复为输入至发送端的内交织器之前状态的数据流。从而，内去交织器610扩散了接收信号的级联错误。对于内去交织器610，通常用到位去交织器(bit deinterleaver)和码元去交织器(symbol deinterleaver)。

内解码器620使用从CSI提取单元700接收的CSI进行解码，以校正被内去交织器610去交织的数据中的错误。换句话说，把CSI提取单元700输出的CSI应用于分支量度(branch metric)的计算中。在TDS-OFDM接收装置中，失真信号在时域均衡单元150和频域均衡单元500被均衡。然而，尽管信号在此处理过程中没有被完全均衡，仍然可以使用CSI校正错误。因此，改善了接收性能。对于内解码器620，通常使用卷积解码器和turbo解码器。

发送端的外交织器根据一定的模式交织编码数据，接收端的外去交织器630把在内解码器620中解码的数据去交织。因此，扩散了在内解码器620中没有被校正的错误，结果，数据被恢复为输入到发送端外交织器之前的状态信号流。对于外去交织器630，通常使用卷积去交织器。

外解码器640进行解码，以校正被外去交织器630去交织的数据中的错误。对于外解码器640，通常使用里德-索罗门(Reed-Solomon)解码器。

发送端的扰码器用运动图像专家组(MPEG)格式的输入传输流(TS)，对伪随机二进制序列进行扰码，并去除输入信号的相关性。相反，接收端的解扰码器650去除包含在TS中的伪随机二进制序列，以恢复MPEG格式的原始TS。

图5是提取CSI校正错误的方法的流程图。参考图5，经天线接收的OFDM广播信号在RF RX 100中被下变换到基带，在ADC 120中被转换为数字信号，在同步单元140中被同步(S810)。时域均衡单元150通过PN序列信息在时域中均衡OFDM广播信号(S820)。

多路分解器160把从时域均衡单元150接收到的OFDM广播信号分割为PN序列、GI、和OFDM码元，并输出PN序列至PN相关单元200，输出OFDM码元至第二FFT单元400(S830)。

PN相关单元200把参考信号列和PN序列的PN相关性输出到第一FFT单元300(S840)。第一FFT单元300把PN相关性进行FFT变换，并将其输出到频域均衡单元500。第二FFT单元400把OFDM码元进行FFT变换，并将其输出到频域均衡单元500(S850)。

频域均衡单元500基于从第一FFT单元300接收到的PN相关性，均衡从第二FFT单元400接收到的OFDM码元(S860)。

CSI提取单元700在从频域均衡单元500接收到的均衡的OFDM码元中提取CSI，并把CSI输出到内解码器620(S870)。CSI提取单元700使用公式1来提取CSI。

FEC单元600采用适用于均衡的OFDM码元的检错方法检错并纠正检测到错误。这里，内解码器620使用CSI(S880)。

通过上述描述可知，根据本发明的实施例，由于TDS-OFDM接收装置在纠错中提取并使用具有高可靠性的CSI，而不管是数据传输模式如何，从而提高了TDS-OFDM接收装置的接收能力。此外，CSI提取单元只是用一个具有N个存储地址的缓冲器。因此，CSI提取单元700可以在结构上比较紧凑，并且，不管是哪种传输模式，都能保持满意的性能。此外，由于用户可以调整加权因子来控制CSI的可变性，可以根据传输模式获得不同特征的CSI。

尽管本发明是参照其特定实施例来描述的，但是本领域的技术人员应该理解，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，可以对其进行形式和细节的各种修改。

Claims (17)

1.一种时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)接收装置，包括：

同步单元，用于使正交频分复用(OFDM)信号同步，该OFDM信号经天线接收，被下变换到基带，并被模数转换；

多路分解器，用于把从同步单元接收到的OFDM信号分成包括同步信息和OFDM码元的多个信号；

频域均衡单元，用于在频域中，根据通过FFT变换的同步信息的相关性，均衡通过FFT变换的OFDM码元；

信道状态信息(CSI)提取单元，用于根据包含在从频域均衡单元接收到的均衡OFDM码元中的副载波功率，提取信道状态信息；和

前向纠错(FEC)单元，用于根据从CSI提取单元接收到的CSI，检测并纠正从频域均衡单元接收的均衡OFDM码元的错误。

2.根据权利要求1所述的TDS-OFDM接收装置，其中，同步单元使用包含于OFDM信号中的同步信息同步OFDM信号。

3.根据权利要求1所述的TDS-OFDM接收装置，其中，同步信息是PN序列。

4.根据权利要求1所述的TDS-OFDM接收装置，其中，CSI提取单元包括：

功率估计单元，用于估计各个副载波的功率；

α乘法单元，用于把功率估计单元的各个输出结果乘上预定的加权因子α；

缓冲器，用于把从CSI提取单元输出的各个CSI延迟与副载波数目那么长，并把延迟的CSI储存在相应的储存地址上；

β乘法单元，用于把从缓冲器输出的各个CSI乘上预定的加权因子β；和

相加单元，用于通过将α乘法单元和β乘法单元的输出结果相加来更新CSI，并把更新的CSI输出到缓冲器。

5.根据权利要求4所述的TDS-OFDM接收装置，其中，用如下公式计算CSI：

$C(t,i)=\mathrm{\αP}(t,i)+\mathrm{\β}\underset{k=0}{\overset{t-1}{\mathrm{\Σ}}}C(k,i),$

其中，C(t，i)是指‘t’时间OFDM码元的第i副载波的CSI，P(t，i)是指‘t’时间OFDM码元的第i副载波的功率，其中α+β＝1。

6.根据权利要求1所述的TDS-OFDM接收装置，其中，FEC单元包括内解码器，用于接收来自CSI提取单元的CSI，并进行解码以纠错。

7.根据权利要求6所述的TDS-OFDM接收装置，其中内解码器是卷积解码器和快速解码器之一。

8.根据权利要求1所述的TDS-OFDM接收装置，还包括时域均衡单元，用来通过同步信息在时域中均衡OFDM码元。

9.根据权利要求8所述的TDS-OFDM接收装置，其中时域均衡单元是判决反馈均衡器(DFE)、卡尔曼均衡器、数据再循环均衡器中的一种。

10.一种时域同步正交频分复用接收装置的纠错方法，包括下述步骤：

(a)使正交频分复用(OFDM)信号同步，该OFDM信号经天线接收，被下变换到基带，并进行模数转换；

(b)把被同步的OFDM信号分割成包括同步信息和OFDM码元的多个信号；

(c)在频域中，根据FFT变换的同步信息的相关性，均衡通过FFT变换的OFDM码元；

(d)根据包含在均衡码元中的副载波的功率，提取CSI；和

(e)根据提取的CSI，检测并纠正均衡OFDM码元的错误。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(a)使用包含于OFDM信号中的同步信息同步OFDM信号。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，同步信息是PN序列。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，用如下公式计算CSI：

$C(t,i)=\mathrm{\αP}(t,i)+\mathrm{\β}\underset{k=0}{\overset{t-1}{\mathrm{\Σ}}}C(k,i),$

其中，C(t，i)是指‘t’时间OFDM码元的第i副载波的CSI，P(t，i)是指’t’时间OFDM码元的第i副载波的功率，α和β指的是预定的加权因子，α+β＝1。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，步骤(e)包括根据CIS进行解码以纠错的步骤。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，解码步骤是卷积解码和快速解码之一。

16.根据权利要求10所述的方法，还包括根据同步信息在时域中均衡OFDM信号的步骤。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，时域均衡是判决反馈均衡(DFE)、卡尔曼均衡、数据再循环均衡中的一种。

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