CN1574826A - 均衡信道的时域同步正交频分复用接收装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种用于提取信道状态信息来均衡信道的时域同步正交频分复用(TDS－OFDM)接收装置及其均衡方法。该TDS－OFDM接收装置包括：同步单元，用于同步正交频分复用(OFDM)信号，该OFDM信号下变换到基带、模拟－数字转换、并且经由天线接收；多路分解器，用于分割从同步单元接收到的信号成为多个包含同步信息和OFDM码元的信号；FFT单元，用于通过快速傅立叶变换来变换OFDM码元；信道状态信息(CSI)提取单元，用于基于从FFT单元接收到的变换后的OFDM码元中包括的子载波功率，提取信道状态信息；和CSI补偿单元，用于基于从CSI提取单元接收到的CSI，补偿从FFT单元接收到的OFDM码元的失真。因此通过在时域中均衡，并且然后提取CSI来补偿FFT单元的输出信号，提高了接收效率。

Description

均衡信道的时域同步正交频分复用接收装置及其方法

                       技术领域

本发明涉及一种时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)接收装置及其均衡方法。更具体地讲，本发明涉及一种TDS-OFDM接收装置及其均衡方法，其使用信道状态信息来均衡信道以提高TDS-OFDM系统的接收。

                      背景技术

OFDM方案转换以串行格式输入的码元行成为预定的基于块的并行数据，并且多路复用并行码元到各个不同子载波频率。该OFDM方案使用多载波，这与使用单载波的传统方法是非常不同的。在多载波中，每个载波彼此有正交性。该正交性是指当相乘两个载波时为零的特性，这是使用多载波的需求。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)，基于载波之间的正交性和FFT的定义，这是容易实现的。

OFDM信号由多载波组成，并且每个多载波有很小的带宽。因此，整个谱在形状上基本上变成方形，并且因此，与使用单载波的情形相比频率效率提高了。此外，由于OFDM信号的波形与白高斯噪声的波形相同，因此OFDM信号比其他广播服务，如逐行倒相制式(PAL)和顺序与存储彩色电视制式(SECAM)具有低的干扰。

近来，为了提高陆地数字电视(DTV)传输系统标准的速率，引入了陆地数字多媒体广播(DMB-T)，这是一种新的陆地DTV传输标准。使用DMB-T的传输系统也使用TDS-OFDM方案。OFDM调制单元使用3780点离散傅立叶逆变换/离散傅立叶变换(IDFT/DFT)处理器。

然而，在传输信道中，根据信道状态，可能产生各种信号失真。该失真显著地影响信号，尤其因为多径，并且失真在数字广播中是致命的。为了补偿失真，给接收端提供的均衡器来补偿在传输信道中的错误。

图1是传统的TDS-OFDM接收装置的方框图，其包括射频接收单元(RF RX)10、模拟-数字转换器(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、和前向纠错(FEC)单元60。

RF RX 10下变换经由天线接收到的OFDM广播信号到基带，并且ADC 12转换来自RF RX 10的模拟信号成为数字信号。

同步单元14使用作为同步信息传输的PN序列来执行码元定时和频率同步。该PN序列信息是用于同步从TDS-OFDM接收装置接收到的OFDM信号同步和信道预测的同步信息。该PN序列插入在保护间隔(GI)之前，如后所述。

多路分解器16分割和输出从同步单元14接收到的OFDM广播信号成为PN序列、GI和OFDM码元。GI插入到PN序列和OFDM码元之间来抑制在多径环境中的码元之间干扰。

为了提供关于信道状态的信息，PN相关单元20输出参考信号行和PN序列之间的PN相关性到第一FFT单元30。第一FFT单元30变换该PN相关性，并且输出到频域均衡单元50。

来自多路分解器16的OFDM码元输出到第二FFT单元40，并且第二FFT单元40通过FFT变换OFDM码元，并且输出变换后的码元到频域均衡单元50。

频域均衡单元50基于从第一FFT单元30接收到的PN相关性，均衡从第二FFT单元40接收到的变换后的OFDM码元。

FEC单元60使用适合均衡后的OFDM码元的错误检测方法检测错误，并且纠正检测到的错误。

如上所述，传统的TDS-OFDM接收装置使用PN相关性来估计信道状态，并且使用估计后的信道状态来均衡频域。然而，当由于失真和噪声分量关于信道状态的信息不准确时，均衡功能恶化。

                      发明内容

本发明的目的在于至少解决以上问题及缺点和至少提供以下所述的优点。因此，本发明的目的是提供一种时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)接收装置及使用其的方法，其使用信道状态信息来均衡信道以提高TDS-OFDM系统的接收。

为了实现本发明以上所述方面，提供了一种TDS-OFDM接收装置，包括：同步单元，用于同步正交频分复用(OFDM)信号，该OFDM信号经由天线接收、下变换到基带、并且模拟-数字转换；多路分解器，用于分割从同步单元接收到的信号成为多个包括同步信息和OFDM码元的信号；FFT单元，用于通过快速傅立叶变换来变换OFDM码元；信道状态信息(CSI)提取单元，用于基于从FFT单元接收到的转换后的OFDM码元中包括的子载波功率来提取信道状态信息；和CSI补偿单元，用于基于从CSI提取单元接收到的CSI来补偿从FFT单元接收到的OFDM码元的失真。

在本发明的优选实施例中，同步单元使用了同步信息。该同步信息是PN序列。

CSI提取单元可以包括：功率估计单元，用于估计各个子载波的功率；α乘法单元，用于以预定的权重因数α乘以功率估计单元的各个输出结果；缓冲器，用于延迟各个来自CSI提取单元的CSI输出子载波的数目，并且存储延迟后的CSI到相应存储地址；β乘法单元，用于以预定的权重因数β乘以来自缓冲器的各个CSI输出；和加法单元，用于通过相加α乘法单元和β乘法单元的输出结果来更新CSI，并且将该更新的CSI输出到缓冲器。

CSI使用下面公式计算

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

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

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

根据本发明的实施例，提供了一种时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)接收装置的均衡方法，包括步骤：(a)同步正交频分复用(OFDM)信号，该OFDM信号下变换到基带、模拟-数字转换、并经由天线接收；(b)分割同步后的OFDM信号成为多个包括同步信息和OFDM码元的信号；(c)通过快速傅立叶变换来变换OFDM码元；(d)基于变换后的OFDM码元包括的多个子载波的功率来提取CSI；和(e)基于CSI补偿变换后的OFDM码元的失真。

步骤(a)使用同步信息，并且同步信息是PN序列。

使用下面公式计算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)是指在时间‘t’、OFDM码元的第i子载波的CSI，P(t，i)是指在时间‘t’、OFDM码元的第i子载波的功率，α和β指的是预定的权重因数，并且α+β＝1。

均衡方法还可以包括步骤：通过同步信息在时域中均衡OFDM信号。该时域均衡是判决反馈均衡(DFE)、卡尔曼(Kalman)均衡、和数据再循环(recycling)均衡中的一种。

                         附图说明

通过参照附图详细描述其示例性的实施例，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是传统的TDS-OFDM接收装置的方框图；

图2是根据本发明实施例的TDS-OFDM接收装置的方框图；

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4B示出了CSI提取单元的操作的计算机模拟；和

图5是示出在均衡信道中使用的提取CSI方法的流程图。

                        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是根据本发明实施例的TDS-OFDM接收装置的方框图。参照图2，TDS-OFDM接收装置包括：射频接收单元(RF RX)100、ADC 120、同步单元140、时域均衡单元150、多路分解器160、FFT单元200、CSI提取单元300、CSI补偿单元400和FEC单元600。

RF RX 100下变换经由天线接收到的OFDM广播信号到基带，并且ADC120将来自RF RX 100的模拟信号转换到数字信号。

同步单元140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基于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(DFE)、卡尔曼(Kalman)均衡器和数据再循环(recycling)均衡器。

多路分解器160分割和输出从时域均衡单元150接收到的OFDM广播信号成为PN序列、GI和OFDM码元。

来自多路分解器160的OFDM码元输出到FFT单元200，并且FFT单元200通过快速傅立叶变换来变换OFDM码元，并且将变换后的OFDM码元输出到CSI提取单元300和CSI补偿单元400。

CSI提取单元300从变换后的OFDM码元提取CSI，并且将CSI输出到CSI补偿单元400。

图3是图2中的CSI提取单元300的方框图，其为方便起见，附加示出FFT单元200和CSI补偿单元400。CSI提取单元300包括功率估计单元310、α乘法单元320、加法单元330、缓冲器340、和β乘法单元350。使用下面[方程1]计算CSI。

[方程1]

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

在[方程1]中，C(t，i)表示在时间‘t’、OFDM码元的第i子载波的CSI，P(t，i)表示在时间‘t’、OFDM码元的第i子载波的功率。α和β每个表示决定CSI提取装置的收敛速率和特性的权重因数，并且满足α+β＝1。用户可以选择α和β，并且能够根据选择的值，控制CSI可变性。因此，通过恰当地设置α和β，用户根据诸如固定模式、移动模式和数据接收模式，能够获得需求的CSI的特性。

当在t＝1时刻均衡的N个OFDM码元子载波顺序地输入到功率估计单元310时，该功率估计单元310估计在t＝1时刻各个子载波的功率P(1，1)、P(1，2)、...、P(1，N)，并且输出估计值到α乘法单元320。该α乘法单元320将估计值乘以α，并且因此以顺序次序输出αP(1，1)、αP(1，2)、...、αP(1，N)。将输出的αP(1，1)、αP(1，2)、...、αP(1，N)分别地延迟子载波的数目N，并且顺序地输入到缓冲器340中的相应存储地址。然后，当在t＝2时刻均衡的N个OFDM码元子载波顺序地输入到功率估计单元310时，功率估计单元310估计在t＝2时刻各个子载波的功率P(2，1)、P(2，2)、...、P(2，N)，并且将估计值输出到α乘法单元320。该α乘法单元320将输出值乘以α，并且顺序地将αP(2，1)、αP(2，2)、...、αP(2，N)输出到加法单元330。在缓冲器340中存储的αP(1，2)、...、αP(1，N)输出到β乘法单元350。该β乘法单元350将输出值乘以β，并且顺序地输出βαP(1，1)、βαP(1，2)、...、βαP(1，N)到加法单元330。加法单元330相加α乘法单元320的输出结果和β乘法单元350的输出结果，αP(2，1)+βα(1，1)、αP(2，2)+βαP(1，2)、...、αP(2，N)+βαP(1，N)，并且顺序地输出将延迟N的相加值，并且顺序地存储到缓冲器340中的相应存储地址。因此，该CSI更新了。以上述同样的方法，当t＝T时刻， $\mathrm{\αP}(T,1)+\mathrm{\β}\underset{k=0}{\overset{T-1}{\mathrm{\Σ}}}C(k,1),$ $\mathrm{\αP}(T,2)+\mathrm{\β}\underset{k=0}{\overset{T-1}{\mathrm{\Σ}}}C(k,2),$ $\mathrm{\αP}(T,N)+\mathrm{\β}\underset{k=0}{\overset{T-1}{\mathrm{\Σ}}}C(k,N)$ 顺序地延迟N，并且存储到缓冲器340中的各个相应存储地址，因此更新了CSI。当陆地数字多媒体广播(DMT-T)用于作为传输标准时，OFDM码元的子载波数目N变成3780。图4B示出当在瑞利(Rayleigh)信道中的CSI频谱如在图4A中所示时，通过计算机模拟出的CSI提取单元300的CSI提取结果。比较图4A和4B，CSI提取单元300估计相似的CSI模式。

参照图2，CSI补偿单元400基于从CSI提取单元300接收到的CSI，补偿在FFT单元200经过快速傅立叶变换变换后的OFDM码元的信道失真。结果，改善了接收效率。

FEC单元600使用适合从CSI补偿单元400接收到的OFDM码元的纠错方法检测错误，并且纠正检测到的错误。

图5是示出提取CSI以用于均衡信道的方法的流程图。参照图5，经由天线接收到的OFDM码元在RF RX 100下变换到基带，在ADC 120转换成数字信号，并且在同步单元140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分割从时域均衡单元150接收到的OFDM广播信号成为PN序列、GI和OFDM码元，并且将OFDM码元输出到FFT单元200(S830)。FFT单元200通过快速傅立叶变换来变换OFDM码元，并且输出变换后的OFDM码元到CSI提取单元300和CSI补偿单元400(S840)。

CSI提取单元300提取从FFT单元200接收到的变换后的OFDM码元的CSI，并且输出CSI到CSI补偿单元400(S850)。CSI提取单元300使用[方程1]来提取CSI。

CSI补偿单元400基于从CSI提取单元300接收到的CSI，补偿从FFT单元200接收到的变换后的OFDM码元的失真(S860)。FEC单元600使用适合从CSI补偿单元400接收到的OFDM码元的纠错方法检测错误，并且纠正检测到的错误(S870)。

如从本发明实施例的以上描述所能够理解的，该TDS-OFDM接收装置在时域中均衡，并且然后提取CSI来补偿FFT单元200的输出信号，因此提高了接收效率。更具体地讲，当使用参考信号行和PN序列估计出的关于信道状态的信息由于信道失真和噪声分量而不准确时，不发生在传统接收装置中产生的均衡功能的恶化。

由于根据本发明实施例的接收装置在均衡中提取和使用了高可靠性的CSI，因此不管系统的数据传输模式如何均可改善TDS-OFDM系统的接收。此外，CSI提取单元300仅仅使用一个具有N个存储地址的缓冲器。因此，CSI提取单元300能够是小型尺寸，并且不管传输模式如何均可维持常规功能。此外，由于用户能够调整权重因数来控制CSI可变性，因此可以根据传输模式获得不同特性的CSI。

尽管本发明是参照其特定的优选实施例来描述的，但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 (13)

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，用于同步正交频分复用(OFDM)信号，该OFDM信号经由天线接收、下变换到基带、并且模拟-数字转换；

多路分解器，用于分割从同步单元接收到的OFDM信号成为多个包括同步信息和OFDM码元的信号；

FFT单元，用于通过快速傅立叶变换来变换OFDM码元；

信道状态信息(CSI)提取单元，用于基于从FFT单元接收到的变换后的OFDM码元中包括的子载波功率来提取信道状态信息；和

CSI补偿单元，用于基于从CSI提取单元接收到的CSI来补偿从FFT单元接收到的OFDM码元的失真。

2、如权利要求1所述的TDS-OFDM接收装置，其中，同步单元使用同步信息。

3、如权利要求1所述的TDS-OFDM接收装置，其中，同步信息是PN序列。

4、如权利要求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，用于估计各个子载波的功率；

α乘法单元，用于以预定的权重因数α乘以功率估计单元的各个输出结果；

缓冲器，用于将各个来自CSI提取单元的CSI输出延迟子载波的数目，并且将延迟的CSI存储到相应存储地址；

β乘法单元，用于以预定的权重因数β乘以来自缓冲器的各个CSI输出；

和

加法单元，用于通过相加α乘法单元和β乘法单元的输出结果来更新CSI，并且输出更新的CSI到缓冲器。

5、如权利要求4所述的TDS-OFDM接收装置，其中，使用下面方程计算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)是指在时间‘t’、OFDM码元的第i子载波的CSI，P(t，i)是指在时间‘t’、OFDM码元的第i子载波的功率，并且α+β＝1。

6、如权利要求1所述的TDS-OFDM接收装置，还包括时域均衡单元，用于通过同步信息在时域中均衡OFDM信号。

7、如权利要求6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(Kalman)均衡器和数据再循环(recycling)均衡器中的一种。

8、一种时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)接收装置的均衡方法，包括步骤：

(a)同步正交频分复用(OFDM)信号，该OFDM信号经由天线接收、下变换为基带、并且模拟-数字转换；

(b)分割同步OFDM信号成为多个包括同步信息和OFDM码元的信号；

(c)通过快速傅立叶变换来变换OFDM码元；

(d)基于变换后的OFDM码元包括的子载波的功率来提取CSI；和

(e)基于CSI补偿变换后OFDM码元的失真。

9、如权利要求8所述的均衡方法，其中，步骤(a)使用同步信息。

10、如权利要求8所述的均衡方法，其中，同步信息是PN序列。

11、如权利要求8所述的均衡方法，其中，使用下面方程计算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)是指在时间‘t’、OFDM码元的第i子载波的CSI，P(t，i)是指在时间‘t’、OFDM码元的第i子载波的功率，并且α+β＝1。

12、如权利要求8所述的均衡方法，还包括通过同步信息在时域中均衡OFDM信号的步骤。

13、如权利要求12所述的均衡方法，其中，时域均衡是判决反馈均衡(DFE)，卡尔曼(Kalman)均衡，和数据再循环(recycling)均衡中的一种。

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