CN1612552A - 估计数字接收机使用训练序列数据的信道的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种用于估计数字接收机的信道的装置，包括：相关性估计单元，用于使用在输入数据和训练序列数据之间的相关性来估计第一信道脉冲响应(CIR)；最小二乘法(LS)估计单元，用于通过使用输入数据和训练序列数据的LS计算来估计第二CIR；CIR组合单元，用于将第一CIR和第二CIR组合以输出最后的CIR。

Description

估计数字接收机使用训练序列数据的信道的装置及其方法

技术领域

本发明总的发明构思涉及一种估计数字接收机的、使用训练序列信号的信道的装置及其方法。更具体而言，本发明总的发明构思涉及估计数字接收机的信道的装置及其方法，它们可以使用作为在数字传输和接收系统之间认可的信号的训练序列信号来精确地估计信道脉冲响应(CIR)。

背景技术

用于传输实现数字广播的广播信号的系统被划分为残留边带(VSB)调制系统和编码正交频分复用(COFDM)调制系统。

VSB调制系统使用单载波来传输广播信号。COFDM调制系统通过多信道来复用和传输广播信号。

在VSB调制系统中，为了处理具有严重传播失真的多径环境，向要传输的数据帧中插入一个训练序列信号。在作为一种OFDM系统的时域同步(TDS)-OFDM系统中，传输通过向数据帧插入训练序列信号而形成的OFDM帧信号。

所述训练序列信号是在传输器端和接收器端之间预先认可的信号，并且用于补偿信道失真，所述信道失真是波形由于在波形传播期间的各种原因被改变为不是原始形式的形式的现象。所述训练序列信号被插入在要传输的数据帧之间，并且伪噪音(PN)序列主要被用作训练序列信号。以下，作为认可的训练序列信号，将说明PN序列。

图1是图解一般数字接收机的方框图。所述数字接收机包括同步单元110、信道估计单元120和均衡器130。

同步单元110对于所接收的数据执行诸如载波恢复和帧同步恢复之类的同步处理，并且输出同步恢复的数据。信道估计单元120从同步单元110接收同步恢复的数据，并且估计所接收的数据的信道脉冲响应(CIR)。一般，CIR标识多径信道的特性，并且具有关于回波的位置和尺寸的信息。

在其中存在多径的信道环境中接收的信号中的PN序列按照多径产生在时域上的多个回波。基于在多个回波中具有最大尺寸的主信号，在时域上的主信号之前存在超前回波，并且在主信号之后存在后反常回波(post-ghostecho)。在多径信号环境中产生的所述回波使得均衡器130的性能变差。

信道估计单元120用于通过估计在多径信道环境中产生的回波的特性来改善均衡器130的均衡性能。由信道估计单元120估计的CIR被输入到均衡器130，并且均衡器130使用表示回波的位置和尺寸的信息来均衡从同步单元110输入的同步恢复数据。因此，通过更精确地估计CIR，大大改善了均衡器130的性能。

使用训练数据的信道估计方法被划分为使用在所接收的数据和训练序列数据之间的相关性来估计CIR的方法和使用所接收的数据和训练序列数据来计算CIR的最小二乘法(LS)计算方法。

所述相关性方法具有优点：它具有简单的结构和宽泛的CIR估计范围，因为它通过执行所接收的数据和PN序列的卷积来获得相关性。但是，所述相关性方法具有缺点：它一般具有大噪音，因此难于执行精确的估计。

LS计算方法使用下列方程1来计算CIR，其中“h”表示N×1信道向量(即CIR)，“A”表示由训练序列数据构成的M×N矩阵，“y”表示M×1接收的数据向量。

[方程1]

h＝(A^TA)^-1A^Ty

如果训练序列数据的长度是“K”，则从方程1获得“K＝M+N-1”和“M＞N”，因此可估计的CIR范围限于小于训练序列数据的长度的一半。因为为了数据传输的效率而限制训练数据的长度，因此按照LS计算方法的可估计范围也是有限的。

具体地说，按照所述LS计算方法，可能与回波的尺寸或数量无关地进行精确的估计。但是估计范围限于小于训练序列数据的一半。而且，应当执行M×N相乘以提高计算量，并且在估计范围之外的回波引起噪音增加。因此，需要可以补偿所述两种方法的缺点的信道估计方法。

发明内容

所述一般发明思想的一个方面是至少解决上述问题和/或缺点并且至少提供下述优点。

本发明总的发明构思的另一个方面是提供一种用于估计数字接收机的信道的装置及其方法，它们具有在使用训练序列数据的系统中的宽估计范围，并且可以用于通过提取高可靠性的信道状态信息来改善均衡器的均衡性能。

本发明总的发明构思的其他方面和优点将部分地在后面的说明书中给出，并且部分地从所述说明书显而易见，或者可以通过本发明，总的发明构思的实践来学习。

本发明总的发明构思的上述和/或其他方面和优点的实现是通过提供一种用于估计数字接收机的信道的装置，它包括相关性估计单元，用于使用在输入数据和训练序列数据之间的相关性来估计第一信道脉冲响应(CIR)；最小二乘法(LS)估计单元，用于通过使用输入数据和训练序列数据的LS计算来估计第二CIR；CIR组合单元，用于将第一CIR和第二CIR组合以输出最后的CIR。

相关性估计单元可以关于输入数据中包括的回波中具有小于第一门限值的尺寸的回波输出值“0”。LS估计单元可以关于执行估计操作的时域上在指定的估计范围中包括的回波中具有小于第二门限值的尺寸的回波输出值“0”。

在本发明总的发明构思的一个方面，第二门限值小于第一门限值。本发明总的发明构思的一个方面也是所述装置可以还包括LS范围选择单元，用于使用从相关性估计单元输出的第一CIR来选择在执行LS估计单元的操作的时域上的指定LS估计范围。

在本发明总的发明构思的另一个方面，LS范围选择单元可以使用第一CIR比较在输入数据中包括的回波的尺寸，并且可以选择LS估计范围，以便在LS估计范围内包括具有较大尺寸的回波。

本发明总的发明构思的一个方面也是所述装置可以还包括功率计算单元，用于使用第一CIR和在执行LS估计单元的操作的时域上的LS估计范围来计算在LS估计范围内的回波的功率和在LS估计范围外的回波的功率，并且输出它们的功率比。

CIR组合单元可以使用从功率计算单元输出的功率比来将第一CIR与第二CIR组合。而且，如果所述功率比小于第三门限值，则CIR组合单元可以输出第一CIR，如果所述功率比大于第三门限值，则CIR组合单元可以输出相对于LS估计范围的第二CIR。

本发明总的发明构思的另一个方面是使用下面的方程来执行LS计算：

h＝(A^TA)^-1A^Ty，

其中“h”表示作为N×1向量的第二CIR，“A”表示作为M×N矩阵的训练序列数据，“y”表示作为M×1向量的输入数据。

本发明总的发明构思的前述和/或其它方面的实现也通过一种用于估计数字接收机的信道的方法，所述方法包括：使用在输入数据和训练序列数据之间的相关性来估计第一信道脉冲响应(CIR)；使用输入数据和训练系列数据来通过最小二乘法(LS)计算而估计第二CIR；并且组合第一CIR和第二CIR和输出最后的CIR。

所述方法可以还包括使用第一CIR来选择在执行第一CIR估计操作的时域上的特定LS估计范围。所述方法可以还包括：使用第一CIR和LS估计范围来计算在LS估计范围内的回波的功率和在LS估计范围外部的回波的功率，并且计算它们的功率比。

附图说明

通过参照附图的实施例的下列描述，本发明总的发明构思的这些和/或其他方面和优点将会变得更加清楚和更容易被理解，其中：

图1是图解一般数字接收机的一部分的方框图；

图2是按照本发明总的发明构思的一个实施例的信道估计装置的方框图；

图3A和3B是图解按照图2的信道估计装置的信道估计范围的视图；

图4是图解按照本发明总的发明构思的另一个实施例的、由图2的信道估计装置执行的信道估计方法的流程图。

具体实施方式

现在详细说明本发明总的发明构思的实施例，其示例被图解在附图中，其中在全部附图中，类似的附图标号表示类似的元件。下面参照附图来说明实施例，以便解释本发明总的发明构思。

将详细说明用于估计数字接收机的信道的装置及其方法。

图2图解了按照本发明总的发明构思的一个实施例的信道估计装置的方框图。参见图2，所述信道估计装置可以包括相关性估计单元210、LS范围选择单元220、LS估计单元230、功率计算单元240和CIR组合单元250。

相关性估计单元210可以使用在输入数据和训练序列数据之间的相关性来估计第一信道脉冲响应(CIR)。相关性估计单元210可以是具有作为系数值的训练序列数据的一种滤波器。相关性估计单元210具有宽泛的可估计范围，但是具有大噪音。因此，在本发明总的发明构思的这个实施例中，相关性估计单元210在相当宽泛的相关性估计范围内估计第一CIR，并且使得值低于指定的门限值“0”以便去除本质上产生的相关性噪音。

图3A和3B是图解按照图2的信道估计装置的信道估计范围的视图。参见图3A，相关性估计单元210使用在被指示为对应于在时域上的相关性估计范围的长度“M”的部分内的输入数据和训练序列数据来估计CIR。

LS估计单元230可以通过使用输入数据和训练序列数据计算LS、即通过执行下面的方程1的计算——也如上所述——来估计第二CIR。在LS估计单元230执行估计的时域上的指定LS估计范围比相关性估计单元210的相关性估计范围窄，但是所估计的第二CIR比作为相关性估计单元210的输出的第一CIR更精确。LS估计单元230精确地估计在LS估计范围内的CIR，并且对应于具有下述的方程1中的系数值“(A^TA)^-1A^T”的一种滤波器。

[方程1]

h＝(A^TA)^-1A^Ty，其中“h”表示N×1信道向量(即CIR)，“A”表示由训练序列数据构成的M×N矩阵，“y”表示M×1接收数据向量。

LS估计单元230关于在估计范围中包括的回波中尺寸小于指定门限值的回波输出值“0”。本发明总的发明构思的一个方面是LS估计单元230的输出值的门限值小于在相关性估计单元210中使用的门限值，因为LS估计单元230可以更精确地估计CIR。

LS范围选择单元220使用由相关性估计单元210估计的第一CIR来选择LS估计单元230的LS估计范围。即，LS范围选择单元220选择LS估计范围，以便通过比较从由相关性估计单元210估计的第一CIR获得回波的尺寸而在LS估计范围中包括具有较大尺寸的回波。

参见图3A，LS估计范围是由长度“N”指示的部分，并且被包括在被指示为“M”的相关性估计单元210的估计范围内。图3A示出了在时域的前部分上存在的超前回波(pre-echo)的尺寸相对于主信号较大的情况，并且选择LS估计范围以便在LS估计范围中包括超前回波。

图3B示出了在时域的后部分上存在的后回波(post-echo)的尺寸相对于主信号较大的情况，并且选择LS估计范围以便在LS估计范围中包括后回波。

功率计算单元240使用由相关性估计单元210估计的第一CIR和LS估计范围来计算在LS估计单元230的LS估计范围内的回波的功率P1和在LS估计范围外的回波的功率P2，并且输出功率比P1/P2。功率计算单元240的输出信号被用作控制信号以通过CIR组合单元250将作为相关性估计单元210的输出的第一CIR与作为LS估计单元230的输出的第二CIR组合。

CIR组合单元250将来自相关性估计单元210的第一CIR和来自LS估计单元230的第二CIR组合，并且输出最后的估计CIR。为此，CIR组合单元250使用从功率计算单元240输出的功率比。例如，CIR组合单元250输出用于LS估计范围的外部的第一CIR。在LS估计范围内，如果来自功率计算单元240的功率比大于指定的门限值，则CIR组合单元250输出第二CIR，而如果所述功率比小于门限值，则CIR组合单元250输出第一CIR。

图4是图解按照本发明总的发明构思的一个实施例的信道估计装置执行的信道估计方法的流程图。参见图4，在步骤S410，可以使用在输入数据和训练序列数据之间的相关性来估计第一CIR。使用相关性的CIR估计方法(即相关性估计方法)具有宽泛的可估计范围，但是具有大噪音。因此，在使用相关性的CIR估计操作即相关性估计操作中，使用在较宽的相关性估计范围内的相关性来估计第一CIR，并且输出第一CIR，以使得在指定门限值下的回波值为“0”，以便去除在所估计的第一CIR中本质上产生的相关性噪音。

接着，在步骤S420，使用在相关性估计操作中估计的第一CIR来选择LS估计范围。通过比较从在相关性估计操作中估计的第一CIR获得的回波的尺寸来选择LS估计范围，以便在LS估计范围中包括具有较大尺寸的回波。

例如，如果在时域的前部分上存在的超前回波的尺寸相对于主信号较大，则选择LS估计范围来作为包括主信号的时域的前部分，以便在如图3A所示的LS估计范围中包括超前回波。如果在时域的后部分上存在的后回波的尺寸相对于主信号较大，则选择LS估计范围来作为包括主信号的时域的后部分，以便在如图3B所示的LS估计范围中包括后回波。

接着，在步骤S430，执行使用输入数据和训练序列数据的LS计算。即，在步骤S430，通过执行如上所述的方程1的计算来估计第二CIR。在LS估计操作中的时域上的指定LS估计范围比在相关性估计操作的相关性估计范围窄，但是所估计的第二CIR比第一CIR更精确。

在LS估计操作中，关于在所估计的CIR中包括的回波中具有小于指定门限值的尺寸的回波输出“0”值。本发明总的发明构思的一个方面是在LS估计操作中估计的第二CIR的门限值小于在相关性估计操作中估计的第一CIR的门限值。

使用在相关性估计操作中估计的第一CIR和在LS估计范围选择操作中选择的LS估计范围来计算在LS估计范围中的回波的功率P1和在LS估计范围外的回波的功率P2，然后在步骤S440计算它们的功率比P1/P2。

接着，在步骤S450，通过组合在相关性估计操作中估计的第一CIR和在LS估计操作中估计的第二CIR来输出最后的估计CIR。为了组合在相关性估计操作中估计的第一CIR和在LS估计操作中估计的第二CIR，使用在功率比计算操作中计算的功率比。例如，对于LS估计范围的外部输出第一CIR，在LS估计范围中，如果所计算的功率比大于指定的门限值，则输出第二CIR，如果所述功率比小于门限值，则输出第一CIR。最后输出的CIR用于执行更准确的均衡。

如上所述，根据用于按照图2的数字接收机的信道估计装置，可以以宽估计范围来大大地降低整个信道估计误差，所述宽估计范围是通过相对于密集地发生大回波的部分更精确地估计CIR而被保证的。

而且，可以通过使用更精确估计的CIR来执行在数字接收机中的均衡化来改善均衡性能。

本发明总的发明构思可以被实现为方法、装置和系统。当本发明总的发明构思在计算机软件中被显现时，本发明总的发明构思的组成部分可以被替换为必须执行所要求的行为的代码段。程序或代码段可以被存储在处理器可读的媒体中，并且经由传输媒体或通信网络作为与载波组合的计算机数据而被传输。

由处理器可读的媒体包括可以存储和传输信息的任何器件，诸如电子电路、半导体存储器、ROM、快闪存储器、EEPROM、软盘、光盘、硬盘、光纤、射频(RF)网络等。计算机数据也包括可以经由电网络信道、光纤、空中、电磁场、RF网络等被传输的任何数据。

虽然已经示出和说明了本发明总的发明构思的一些实施例，本领域的技术人员会明白，在不脱离其范围由所附的权利要求及其等同内容所限定的、本发明的精神和原理的情况下，可以在这些实施例中进行改变。

Claims (20)

1.一种用于估计数字接收机的信道的装置，包括：

相关性估计单元，用于使用在输入数据和训练序列数据之间的相关性来估计第一信道脉冲响应(CIR)；

最小二乘法(LS)估计单元，用于通过使用输入数据和训练序列数据的LS计算来估计第二CIR；

CIR组合单元，用于将第一CIR和第二CIR组合以输出最后的CIR。

2.按照权利要求1的装置，其中相关性估计单元关于在输入数据中包括的回波之中具有小于第一门限值的尺寸的回波输出值“0”。

3.按照权利要求2的装置，其中LS估计单元关于在执行估计操作的时域上在指定的估计范围中包括的回波中具有小于第二门限值的尺寸的回波输出值“0”。

4.按照权利要求3的装置，其中第二门限值小于第一门限值。

5.按照权利要求1的装置，还包括LS范围选择单元，用于使用从相关性估计单元输出的第一CIR来选择在执行LS估计单元的操作的时域上的指定LS估计范围。

6.按照权利要求5的装置，其中LS范围选择单元使用第一CIR比较在输入数据中包括的回波的尺寸，并且选择LS估计范围，以便在LS估计范围内包括具有较大尺寸的回波。

7.按照权利要求1的装置，还包括功率计算单元，用于使用第一CIR和在执行LS估计单元的操作的时域上的LS估计范围来计算在LS估计范围内的回波的第一功率和在LS估计范围外的回波的第二功率，并且使用第一和第二功率来输出功率比。

8.按照权利要求7的装置，其中CIR组合单元使用从功率计算单元输出的功率比来将第一CIR与第二CIR组合。

9.按照权利要求8的装置，其中如果所述功率比小于第三门限值，则CIR组合单元输出第一CIR，如果所述功率比大于第三门限值，则CIR组合单元输出相对于LS估计范围的第二CIR。

10.按照权利要求1的装置，其中使用下面的方程来执行LS计算：

h＝(A^TA)^-1A^Ty，

其中“h”表示作为N×1向量的第二CIR，“A”表示作为M×N矩阵的训练序列数据，“y”表示作为M×1向量的输入数据。

11.一种用于估计数字接收机的信道的方法，包括：

使用在输入数据和训练序列数据之间的相关性来估计第一信道脉冲响应(CIR)；

使用输入数据和训练系列数据来通过最小二乘法(LS)计算而估计第二CIR；并且

组合第一CIR和第二CIR和输出最后的CIR。

12.按照权利要求11的方法，其中相关性估计操作关于在输入数据中包括的回波之中具有小于第一门限值的尺寸的回波输出值“0”。

13.按照权利要求12的方法，其中LS估计操作关于在执行估计操作的时域上在指定的估计范围中包括的回波中具有小于第二门限值的尺寸的回波输出值“0”。

14.按照权利要求13的方法，其中第二门限值小于第一门限值。

15.按照权利要求11的方法，还包括使用第一CIR来选择在执行第一CIR估计操作的时域上的特定LS估计范围。

16.按照权利要求15的方法，其中LS范围选择操作比较在使用第一CIR的输入数据中包括的回波的尺寸，并且选择LS估计范围，以便在LS估计范围内包括具有较大尺寸的回波。

17.按照权利要求15的方法，还包括：使用第一CIR和LS估计范围来计算在LS估计范围内的回波的第一功率和在LS估计范围外的回波的第二功率，并且使用第一和第二功率来计算功率比。

18.按照权利要求17的方法，其中最后CIR输出操作使用所计算的功率比来将第一CIR与第二CIR组合。

19.按照权利要求18的方法，其中如果所述功率比小于第三门限值，则最后CIR输出操作输出第一CIR，如果所述功率比大于第三门限值，则最后CIR输出操作输出相对于LS估计范围的第二CIR。

20.按照权利要求11的方法，其中使用下面的方程来执行LS计算：

h＝(A^TA)^-1A^Ty，

其中“h”表示作为N×1向量的第二CIR，“A”表示作为M×N矩阵的训练序列数据，“y”表示作为M×1向量的输入数据。

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