CN1574825A - 时域同步正交频分复用接收机及其信道均衡方法 - Google Patents

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Abstract

一种使用扩散导频进行信道均衡的TDS－OFDM接收机及其信道均衡方法。该TDS－OFDM接收机包括：RF RX，将接收到的OFDM广播信号下变换到基带；和ADC，将下变换的OFDM广播信号转换为数字信号。该接收机还包括：同步单元，将从模拟形式转换到数字形式的OFDM广播信号同步；多路分解器，将从同步单元接收到的OFDM广播信号分解成包括OFDM码元的多个信号；FFT单元，对OFDM码元进行FFT变换；和频域均衡器，基于使用插入到OFDM码元中的扩散导频估计出的信道状态在频域中进行信道均衡。从而，在TDS－OFDM系统中通过基于使用扩散导频估计出的信道状态的信道均衡，可以改善接收性能。

Description

时域同步正交频分复用接收机及其信道均衡方法
                        技术领域
本发明一般涉及一种TDS-OFDM接收器及其信道均衡方法。更具体地，本发明涉及一种基于使用扩散导频估计出的信道状态进行信道均衡的TDS-OFDM接收机及其信道均衡方法。
                        背景技术
正交频分复用(OFDM)方案将串行输入的码元序列转换成预定的基于块的并行数据，并把并行的码元多路复用到不同的副载频。与常规单载波系统不同，OFDM方案使用多载波。多载波间具有正交性。正交性是指载波相乘为“0”，它是使用多载波的必要条件。OFDM方案通过快速傅立叶变换(FFT)和快速傅立叶逆变换(IFFT)实现，这可以根据载波间正交性的定义和FFT很容易地得到。
OFDM信号由多载波组成，每个载波具有窄的带宽。因此，频谱的形状是方形，或基本上是方形，因此，OFDM信号与单载波相比提高了频率效率。由于OFDM信号的波形与高斯型白噪声的波形相同，所以与其他广播标准，如逐行倒相(PAL)或顺序传送色彩与记忆制(SECAM)相比，OFDM信号具有更少的干扰。
目前，陆地数字多媒体广播(DMB-T)已被建议作为新的陆地数字电视传输标准以提高传输率。使用DMB-T系统的接收机采用时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)系统，使用3780-点的离散傅立叶逆变换(IDFT)/离散傅立叶变换(DFT)处理器作为OFDM调制单元。
这时，应该考虑通过信道传输的信号会由于信道条件发生多种失真和其他失真中由于多径发生的影响信号，特别是对数字广播信号最严重的失真。因此，当在接收端解调信号时使用均衡器来补偿失真和传输信道上的错误。
图1表示的是常规TDS-OFDM接收机，该TDS-OFDM接收机包括射频接收单元(RFRX)10、模-数转换器(ADC)12、同步单元14、多路分解器16、伪噪声(PN)相关器20、第一FFT单元30、第二FFT单元40、频域均衡器50、和前向纠错(FEC)单元60。
RF RX 10将通过天线接收到的OFDM信号下变换到基带。ADC 12将从RF RX 10接收到的模拟信号转换为数字信号。
同步单元14使用PN序列信息，该信息是接收到的同步信息，执行码元定时和频率同步。PN序列信息被用来预测通过TDS-OFDM接收机接收到的OFDM信号的同步和信道。PN序列信息被插入到保护间隔(GI)之前，如后所述。
多路分解器16将从同步单元14接收到的OFDM广播信号分解成PN序列、GI、和OFDM码元，并输出。GI被插入到PN序列和OFDM码元之间以减少多径环境中的码元间干扰(ISI)。
PN相关器20将参考信号序列和PN序列之间的相关性输出到第一FFT单元30以提供信道状态的信息。第一FFT单元30对相关性进行FFT变换并将变换的相关性输出到频域均衡器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FFT单元40对输入的OFDM码元进行FFT变换并将变换的OFDM码元输出到频域均衡器50。
FEC单元60根据预定的检错方法检测均衡的OFDM码元中的错误，并纠正检测到的错误。FEC单元60包括：内去交织器61、内解码器62、外去交织器63、外解码器64、和解扰器65。
发送端的内交织器交织编码数据以扩展数据中可能产生的级联错误。内去交织器61，它相应于发送端的内交织器，把数据去交织并恢复到它被输入到发送端的内交织器前的原始数据序列。也就是说，内去交织器61扩展接收到的信号的级联错误。通常，位去交织器和码元去交织器被用作内去交织器61。
内解码器62对被内去交织器61去交织的数据进行解码以纠错。通常，卷积解码起和快速(turbo)解码器被用作内解码器62。
发送端的外交织器根据预定的规则通过改变顺序排列编码数据。外去交织器63以与发送端的外交织器相反的顺序排列在内解码器62中解码的数据。结果，在内解码器62中没有被纠正的错误被扩展并且原始信号序列被恢复到它被输入到发送端的外交织器前的状态。通常，卷积去交织器被用作外去交织器63。
外解码器64对被外去交织器63扰码的数据进行解码以纠错。通常，里德-索罗门(RS)解码器被用作外解码器64。
发送端的扰码器将伪随机二进制序列(PRBS)扰码到输入的MPEG-格式的传输流(TS)并去除输入信号的相关性。相反，解扰器65从TS中去除PRBS并恢复原始的MPEG-格式的TS。
如上所述，常规的TDS-OFDM接收机使用参考信号序列和PN序列之间的相关性并估计信道状态。常规的TDS-OFDM接收机还使用估计的信道状态并在频域中均衡OFDM码元。然而，如果通过相关性估计出的信道状态的信息由于失真和噪声而不准确，均衡性能可能降低。
本申请人已经于2002年6月20号提交的(filed，还是申请的)韩国专利申请第2002-0034684号中公开了“一种用来根据数据区的接收优先级插入导频音调的微分数值的数字广播系统(a digital broadcasting system forinserting the differential number of pilot tone according to receptionpriority of data area)”。
                        发明内容
为了解决上述缺点，本发明的一方面是提供一种TDS-OFDM接收机，用来基于使用扩散导频估计出的信道状态来执行信道均衡，以及使用相同技术的信道均衡方法。
为了满足本发明的上述方面，TDS-OFDM接收机包括：射频接收单元(RFRX)，用于将接收到的OFDM广播信号下变换到基带；和模-数转换器(ADC)，用于把下变换的OFDM广播信号转换为数字信号。该接收机还包括：同步单元，用于将从模拟形式转换为数字形式的OFDM广播信号同步；多路分解器，用于将从同步单元接收到的OFDM广播信号分解成包括OFDM码元的多个信号；快速傅立叶变换(FFT)单元，用于对OFDM码元进行FFT变换；和频域均衡器，用于基于使用插入到OFDM码元中的扩散导频估计出的信道状态在频域中进行信道均衡。
多个信号中的每一个包括保护间隔和OFDM码元，同步单元使用扩散导频同步。多个信号中的每一个可包括同步信息、保护间隔、和OFDM码元，同步单元使用同步信息同步。同步信息是伪噪声(PN)序列。
扩散导频根据第一副载波周期的OFDM码元的频率轴插入，并根据第二副载波周期的OFDM码元的时间轴插入。第一副载波周期包括12个副载波，第二副载波周期包括4个副载波。
频域均衡器基于通过关于在时间轴和频率轴间具有较短的副载波周期的一个轴的扩散导频的插值估计的信道状态，并基于通过关于另一个具有较长副载波周期的轴的扩散导频的插值估计的信道状态进行信道均衡。该插值是线性插值、零阶插值(最近邻域插值)、线性插值后零阶插值、和使用分级延迟滤波器的插值之一。
TDS-OFDM接收机的信道均衡方法包括：(a)同步通过天线接收、下变换到基带、并从模拟形式转换到数字形式的OFDM广播信号；(b)把同步了的OFDM广播信号分解成包括OFDM码元的多个信号；(c)对分解的OFDM码元进行快速傅立叶变换(FFT)；和(d)基于使用插入到OFDM码元中的扩散导频估计出的信道状态在频域中进行信道均衡。
最好是，多个信号中的每一个包括保护间隔和OFDM码元，步骤(a)使用扩散导频同步。多个信号可包括同步信息、保护间隔、和OFDM码元，步骤(a)使用同步信息同步。
扩散导频根据第一副载波周期的OFDM码元的频率轴插入，并根据第二副载波周期的OFDM码元的时间轴插入。第一副载波周期包括12个副载波，第二副载波周期包括4个副载波。
频域均衡器基于通过关于在时间轴和频率轴间具有较短的副载波周期的一个轴的扩散导频的插值估计的信道状态，并基于通过关于另一个具有较长副载波周期的轴的扩散导频的插值估计的信道状态进行信道均衡。该插值是线性插值、零阶插值(最近邻域插值)、线性插值后零阶插值、和使用分级延迟滤波器的插值之一。
                          附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述方面、其他特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是表示常规TDS-OFDM接收机的方框图；
图2是表示根据本发明的特定实施例的TDS-OFDM接收机的方框图；
图3是表示关于OFDM码元的扩散导频的分配的示图；
图4是表示使用扩散导频插值的例子的示图；
图5A至图5C是表示失真补偿的示图；和
图6是表示根据本发明的特定实施例使用扩散导频的信道均衡方法的流程图。
                     具体实施方式
将详细说明本发明的实施例，其例子列举在附图中。下面描述的实施例是为了通过参照附图解释本发明。
图2是根据本发明的特定实施例的时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)接收机的方框图。参照图2，TDS-OFDM接收机包括射频接收单元(RF RX)100、模-数转换器(ADC)120、同步单元140、多路分解器160、快速傅立叶变换(FFT)单元300、频域均衡器500、和前向纠错(FEC)单元600。
RF RX 100将通过天线接收到的OFDM广播信号下变换到基带。ADC 120接收来自RF RX 100的模拟信号并转换为数字信号。
同步单元140使用插入到OFDM码元中的扩散导频将OFDM广播信号同步。如果伪噪声(PN)序列被插入到OFDM广播信号，则同步单元140使用PN序列信息进行码元定时和频率同步，该PN序列信息是接收到的同步信息。
多路分解器160接收来自同步单元140的OFDM广播信号，将该信号分解成保护间隔(GI)和OFDM码元并输出。如果PN序列被插入到OFDM广播信号，则多路分解器160也分解并输出PN序列。
FFT单元300接收来自多路分解器160的OFDM码元，对OFDM码元进行FFT变换，并输出到频域均衡器500。
频域均衡器500接收来自FFT单元300的变换的OFDM码元并使用插入到OFDM码元的扩散导频进行信道均衡。
图3表示的是关于OFDM码元的扩散导频的分配。参照图3，黑点代表扩散导频。横轴是频率轴，其上每12个副载波中插入一个扩散导频。纵轴是时间轴，其上每个码元的每4个副载波中插入一个扩散导频。TDS-OFDM接收机，接收具有扩散导频的OFDM码元，使用OFDM信号的扩散导频对全部数据副载波进行插值和信道估计。
图4表示使用扩散导频的插值的例子。如图4中所示，①代表时间轴的插值，②代表频率轴的插值。TDS-OFDM接收机进行时间轴的插值以此从频率轴上的每4个副载波中获得一个信道估计值。
图5A至图5C是表示基于通过时间轴的插值估计出的信道状态的失真补偿的示图。图5A表示的是从发送机发送的OFDM码元的基于时间轴的幅值。参照图5A，阴影条表示扩散导频的幅值，空白条表示数据副载波的幅值。扩散导频具有接收机已知的设定的幅值。
参照图5B，当接收OFDM码元时，频域均衡器500测量关于接收到的OFDM码元的插入到同一时间轴的扩散导频的幅值，并通过基于幅值进行插值来估计信道状态。图5B的曲线(A)表示估计出的信道状态。如图5C中所示，频域均衡器500通过将接收到的OFDM码元乘以曲线(B)补偿失真。
参照图4，对时间轴插值后，TDS-OFDM接收机通过使用从时间轴上每4个副载波得到的估计出的导频对频率轴进行插值。失真补偿基于通过插值估计出的信道状态进行。插值和失真补偿通过与在时间轴中相同的方式进行。
如上所述，TDS-OFDM接收机得到关于全部副载波的信道估计值，并通过基于全部副载波的信道估计值补偿数据来进行信道均衡。
根据本发明的实施例，扩散导频被插入到频率轴每12个副载波和被插入到时间轴每4个副载波，但是导频插入周期不限于本实施例。因此，导频插入周期可以改变。最好是，通过扩散导频的插值的信道估计在具有最短导频插入周期的轴上开始进行。
插值可通过不同的方式进行，如线性插值、零阶插值(最近邻域插值)、线性插值后零阶插值、或使用分级延迟滤波器的插值。
参照图2，FEC单元600接收来自频域均衡器500的OFDM码元，根据预定的检错方法对接收到的OFDM码元检错，并纠正检测到的错误。
图6是表示根据本发明的特定实施例的使用扩散导频的信道均衡方法的流程图。参照图6，在步骤S810，通过天线接收到的OFDM广播信号在RF RX100中被下变换到基带，被ADC 120转换为数字信号，并被同步单元140同步。
在步骤S820，多路分解器160接收来自同步单元140的OFDM广播信号，将该信号分解成GI和OFDM码元，并输出OFDM码元到FFT单元300。在步骤S830，FFT单元300对从多路分解器160接收到的OFDM码元进行FFT变换，并输出到频域均衡器500。
在步骤S840至S870，频域均衡器500接收来自FFT单元300的OFDM码元并通过使用插入在OFDM码元中的扩散导频进行信道均衡，这将在下面叙述。在步骤S840，频域均衡器500对接收到的OFDM码元测量插入在同一时间轴上的扩散导频的幅值，并通过基于测量的幅值进行插值来估计信道状态。在步骤S850，基于估计的信道状态，频域均衡器500补偿失真。对时间轴插值后，在步骤S860，频域均衡器500基于从时间轴上每4个副载波得到的估计的导频对频率轴进行插值，然后估计信道状态。其次，在步骤S870，频域均衡器500基于估计的信道状态补偿失真。
在步骤S880，FEC单元600根据预定的检错方法对从频域均衡器500接收到的OFDM码元检错，并纠正检测到的错误。
如上所述，本发明的特定实施例的TDS-OFDM接收机基于使用扩散导频估计的信道状态进行信道均衡，以此通过阻止当信道状态由于失真和噪声不正确时出现的均衡性能的降低来改善接收性能，这时信道状态是使用参考信号序列和PN序列之间的相关性估计的。
虽然描述了本发明的一些实施例，但本领域的技术人员在了解了基本的发明概念后可以对实施例作附加的变动和修改。因此，所附的权利要求应被解释为包括上述实施例和所有在本发明的精神和范围之内的变动和修改。

Claims (16)

1、一种时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)接收机，包括：射频接收单元(RF RX)，用于将接收到的OFDM广播信号下变换到基带；和模-数转换器(ADC)，用于将下变换的OFDM广播信号转换为数字信号，该接收机还包括：
同步单元，用于将从模拟形式转换到数字形式的OFDM广播信号同步；
多路分解器，用于将从同步单元接收到的OFDM广播信号分解成包括OFDM码元的多个信号；
快速傅立叶变换(FFT)单元，用于对OFDM码元进行FFT变换；和
频域均衡器，用于基于使用插入到OFDM码元中的扩散导频估计出的信道状态在频域中进行信道均衡。
2、如权利要求1所述的接收机，其中，多个信号中的每一个包括保护间隔和OFDM码元，同步单元使用扩散导频同步。
3、如权利要求1所述的接收机，其中，多个信号中的每一个包括同步信息、保护间隔、和OFDM码元，同步单元使用同步信息同步。
4、如权利要求3所述的接收机，其中，同步信息是伪噪声(PN)序列。
5、如权利要求1所述的接收机，其中，扩散导频根据第一副载波周期的OFDM码元的频率轴插入，并根据第二副载波周期的OFDM码元的时间轴插入。
6、如权利要求5所述的接收机，其中，第一副载波周期包括12个副载波，第二副载波周期包括4个副载波。
7、如权利要求5所述的接收机，其中，频域均衡器基于通过对在时间轴和频率轴间具有较短副载波周期的一个轴的扩散导频的插值估计的信道状态，并基于对具有较长副载波周期的另一个轴的扩散导频的插值估计的信道状态进行信道均衡。
8、如权利要求7所述的接收机，其中，插值是线性插值、零阶插值(最近邻域插值)、线性插值后零阶插值、和使用分级延迟滤波器的插值之一。
9、一种时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)接收机的信道均衡方法，包括：
(a)同步通过天线接收、下变换到基带、并从模拟信号转换为数字信号的OFDM广播信号；
(b)将同步了的OFDM广播信号分解成包括OFDM码元的多个信号；
(c)对分解的OFDM码元进行快速傅立叶变换(FFT)；和
(d)基于使用插入到OFDM码元中的扩散导频估计出的信道状态在频域中进行信道均衡。
10、如权利要求9所述的方法，其中，多个信号中的每一个包括保护间隔和OFDM码元，步骤(a)使用扩散导频同步。
11、如权利要求9所述的方法，其中，多个信号中的每一个包括同步信息、保护间隔、和OFDM码元，步骤(a)使用同步信息同步。
12、如权利要求11所述的方法，其中，同步信息是伪噪声(PN)序列。
13、如权利要求9所述的方法，其中，扩散导频根据第一副载波周期的OFDM码元的频率轴插入，并根据第二副载波周期的OFDM码元的时间轴插入。
14、如权利要求13所述的方法，其中，第一副载波周期包括12个副载波，第二副载波周期包括4个副载波。
15、如权利要求13所述的方法，其中，步骤(d)基于通过对在时间轴和频率轴间具有较短载波周期的一个轴的扩散导频的插值估计的信道状态，并基于通过对具有较长副载波周期的另一个轴的扩散导频的插值估计的信道状态进行信道均衡。
16、如权利要求15所述的方法，其中，插值是线性插值、零阶插值(最近邻域插值)、线性插值后零阶插值、和使用分级延迟滤波器的插值之一。
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