CN1725746A - 正交频分多路复用系统的符间干扰检测方法与其相关装置 - Google Patents

Abstract

一种符间干扰检测方法，其包含有：计算一第一相关值，用来表示一第一符号的多个第一信号与一第二符号的多个第二信号间的相关性，其中该第二符号早于该第一符号，且该多个第一信号与该多个第二信号皆由多个子载波所传递；计算一第二相关值，用来表示该多个第一信号与一第三符号的多个第三信号间的相关性，其中该第三符号迟于该第一符号，且该多个第一信号与该多个第三信号皆由该多个子载波所传递；比较该第一相关值以及该第二相关值；以及依据一比较结果调整一符号边界。

Description

正交频分多路复用系统的符间干扰检测方法与其相关装置

技术领域

本发明提供一应用于正交频分多路复用系统的装置及其相关方法，尤其指一种可检测正交频分多路复用系统的符间干扰的装置与相关检测方法。

背景技术

绝大多数正交频分多路复用(orthogonal frequency divisionmultiplexing，OFDM)的收发机都会面对符间干扰(inter-symbolinterference，ISI)与载波间干扰(inter-carrier interference，ICI)的问题，公知技术借助在两相邻的符号之间插入一段防护区间码(guard interval，GI)来降低符间干扰以及符间载波干扰的问题。因此，当接收到一具有多个符号的数据包时，正交频分多路复用收发机必须先依据一符号边界，移除每一符号前端的防护区间码，然后对该符号进行快速傅利叶转换(Fast FourierTransform，FFT)。然而，由检测所求得的符号边界却时常因为多路径衰减或其他因素而发生错误。

因此，为了提升符号边界的精确度，有一种公知做法为利用快速傅利叶转换的原理，依据解调数据的相位偏移量来反推符号边界的时序偏移量。而另一种本领域公知做法则为依据符号的通道脉冲响应(channel impulseresponse)来推断符号边界的时序偏移量。然而当延迟扩展(delay spread)的现象十分严重时，上述两种方法所求得的符号边界可能会发生严重的错误，而不能完全移除符间干扰与载波间干扰而使得接收符号的精确度大幅降低，甚至可能在进一步追踪符号边界的过程中无法收敛至一个稳定的边界而使系统不稳。

发明内容

因此，本发明的目的的一为提供一种检测正交频分多路复用系统的符间干扰方法与相关装置，以解决上述问题。

本发明的一实施例公开一种符间干扰(inter-symbol interference，ISI)检测方法，其用来调整一正交频分多路复用系统中一符号的边界，其中该符号包含有多个信号，分别由多个子载波所传递，该符间干扰检测方法包含有：计算一第一相关值，用来表示一第一符号的多个第一信号与一第二符号的多个第二信号间的相关性，其中该第二符号早于该第一符号，且该第一信号与该第二信号皆由多个子载波所传递；计算一第二相关值，用来表示该多个第一信号与一第三符号的多个第三信号间的相关性，其中该第三符号迟于该第一符号，且该第一信号与该第三信号皆由该多个子载波所传递；比较该第一相关值以及该第二相关值；以及依据一比较结果调整该边界。

本发明的另一实施例公开一种符间干扰检测装置，其用以调整一正交频分多路复用系统中一符号的边界，其中该符号包含有多个信号，分别由多个子载波所传递，该符间干扰检测装置包含有：一第一相关性运算单元，用来计算一第一相关值，该第一相关值表示一第一符号的多个第一信号与一第二符号的多个第二信号间的相关性，其中该第二符号早于该第一符号，且该第一信号与该第二信号皆由多个子载波所传递；一第二相关性运算单元，用来计算一第二相关值，该第二相关值表示该多个第一信号与一第三符号的多个第三信号间的相关性，其中该第三符号迟于该第一符号，且该第一信号与该第三信号皆由该多个子载波所传递；一比较器，用来比较该第一相关值以及该第二相关值；以及一时序控制器，用来依据一比较结果调整该边界。

附图说明

图1为本发明符间干扰检测装置的一实施例的方块示意图。

图2为本发明符间干扰检测装置的另一实施例的的示意图。

图3为本发明符间载波干扰检测装置的一实施例的示意图。

主要元件符号说明

20、80	符间干扰检测装置	21、41、90、110、130、150	相关性运算单元
				22、32、42、52、92、102、112、122、131、141、151、161	共轭运算单元	24、34、44、54、93、103、113、123、133a、133b、143a、143b、153a、153b、	乘法单元

		163a、163b
				25、35、45、55、95、105、115、125、134a、134b、144a、144b、154a、154b、164a、164b	低通滤波器	26、36、46、56、96、106、116、126、136a、136b、146a、146b、156a、156b、166a、166b	绝对值运算单元
28、48、98、128、138、158	加法单元	60、120、170	比较器
				62、129、172	时序控制器	91a、91b、101a、101b、111、121	延迟电路
94a、104a、114a、124a、132a、132b、142a、142b、152a、152b、162a、162b	均衡器	94b、104b、114b、124b、132c、132d、142c、142d、152c、152d、162c、162d	切割器
				160	符间载波干扰检测装置

具体实施方式

请参阅图1，图1为本发明符间干扰检测装置20的一实施例的方块示意图。如图中所示，符间干扰检测装置20耦接于一时序控制器62，符间干扰检测装置20中设置有相关性运算单元21、41，分别用来产生相关值R_pre、R_nxt，以及一比较器60，用来比较相关值R_pre、R_nxt的大小。相关值R_pre表示前一个符号的所造成的符间干扰大小，而相关值R_nxt表示下一个符号所造成的符间干扰大小。比较器60进一步比较相关值R_pre、R_nxt的大小，并且依据比较的结果产生一控制信号Sc来调整正交频分多路复用系统目前所使用的边界时序。

本实施例中相关性运算单元21内又设置有多个共轭运算单元22、...、32、乘法单元24、...、34、低通滤波器25、...、35、绝对值运算单元26、...、36以及一加法单元28。共轭运算单元22、...、32用来分别将一目前符号中的引导信号P₁(n)、...、P_k(n)做共轭运算以产生，接着，乘法单元24、...、34分别将共轭引导信号P₁(n)*、...、P_k(n)*与对应的前一符号的比较数据

...、

相乘，然后由低通滤波器25、...、35分别算出每一乘积的平均值，再由绝对值运算单元26、...、36依据上述平均后的乘积产生相对应的绝对值，最后，加法单元28则将接收到的绝对值全部相加以求得相关值R_pre。

同样地，相关性运算单元41中设置有共轭运算单元42、...、52、乘法单元44、...、54、低通滤波器45、...、55、绝对值运算单元46、...、56以及加法单元48。共轭运算单元42、...、52利用目前符号中每一引导信号P₁(n)、...、P_k(n)来个别产生共轭引导信号P₁(n)*、...、P_k(n)*。接着乘法单元44、...、54将对应至目前符号的共轭引导信号P₁(n)*、...、P_k(n)*与对应至下一符号的比较数据 ...、

相乘，以求得k个乘积。然后，低通滤波器45、...、55一一运算出每一乘积的平均值后，借助绝对值运算单元46、...、56运算出每一平均值的绝对值，最后加法单元48将上述所有的绝对值相加以产生相关值R_nxt。

依据相关性的原理，下列的方程式(一)、方程式(二)可更详细地描述相关性运算单元21、41的运作原理，

$R_{\mathrm{pre}}=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{abs}\left(E\right[{\hat{P}}_k(n-1)\·P_k{\left(n\right)}^{*}\left]\right)$ 方程式(一)

$R_{\mathrm{nxt}}=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{abs}\left(E\right[{\hat{P}}_k(n+1)\·P_k{\left(n\right)}^{*}\left]\right)$ 方程式(二)

其中，P_k(n)*表示对应至第n个符号以及第k个子载波的共轭引导信号，

表示对应至第n-1个符号以及第k个子载波的比较数据，以及

则表示对应至第n+1个符号以及第k个子载波的比较数据。请注意，当考虑的子载波数目越多时所产生的相关值会愈趋准确。

本实施例中符间干扰检测装置的运作前提为位于不同符号但对应至相同子载波的数个引导信号具有不同的预定数值，所以比较数据 以及

即为上述的已知的预定数值。也由于不同符号但对应相同子载波的引导信号对应至不同的预定数值，故两符号中引导信号的相关性即可视为由符间干扰所造成。如此一来，假若相关值R_pre比相关值R_nxt大，则表示符间干扰主要来自前一个符号，亦即所使用的符号边界超前于真正的符号边界，而时序控制器62就可以依据比较器60输出的控制信号Sc稍微延迟所使用的边界时序；相对地，假若相关值R_pre比相关值R_nxt小，则表示符间干扰主要来自后一个符号，亦即所使用的符号边界落后于真正的符号边界，而时序控制器62则可以依据比较器60输出的控制信号Sc稍微提前使用的边界时序。如此一来符间干扰就可以被有效地抑制了。

请参阅图2，图2为本发明另一实施例的符间干扰检测装置80的示意图。如图中所示，符间干扰检测装置80中设置有相关性运算单元90、110以及一比较器120。相关性运算单元90、110用来产生相关值R_pre以及R_nxt，比较器120则比较相关值R_pre与相关值R_nxt以输出一控制信号Sc来控制时序控制器129。

本实施例中，相关性运算单元90中设置有延迟电路91a、91b、...、101a、101b、共轭运算单元92、...、102、乘法单元93、...、103、均衡器94a、...、104a、切割器94b、...、104b、低通滤波器95、...、105、绝对值运算单元96、...、106以及加法单元98。至于另一相关性运算单元110则设置有延迟电路111、...、121、共轭运算单元112、...、122、乘法单元113、...、123、均衡器114b、...、124b、切割器114、...、124b、低通滤波器115、...、125、绝对值运算单元116、...、126以及加法单元128。请注意，由于图1以及图2中的同名元件具有相同的功能与运作方式，因此上述元件的功能不再一一重复说明。

当一正交频分多路复用系统中位于不同符号，但由相同子载波所传送的引导信号对应至相同的数值时，则可使用本实施例的符间干扰检测装置。如图2中所示，比较数据

...、 为利用均衡器94a、...、104a以及切割器94b、...、104b，依据接收的数据信号Q₁(n-1)、...、Q_k(n-1)产生的决策(dicision)数值，并且数据信号Q₁(n-1)、...、Q_k(n-1)由第一延迟电路91a、...、101a以及第二延迟电路延迟所产生，然后才传送至均衡器94a、...、104a。因此，比较数据

...、

先将数据信号Q₁(n+1)、...、Q_k(n+1)均衡然后切割所产生。

请继续参阅图2，相关值R_pre以及R_nxt可由下列方程式表示：

$R_{\mathrm{pre}}=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{abs}\left(E\right[{\hat{Q}}_k(n-1)\·Q_k{\left(n\right)}^{*}\left]\right)$ 方程式(三)

$R_{\mathrm{nxt}}=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{abs}\left(E\right[{\hat{Q}}_k(n+1)\·Q_k{\left(n\right)}^{*}\left]\right)$ 方程式(四)

Q_k(n)*表示对应至第n个符号以及第k个子载波的共轭数据信号，表示对应至第n-1个符号以及第k个子载波的比较数据，以及 则表示对应至第n+1个符号以及第k个子载波的比较数据。

所以，当相关值R_pre比相关值R_nxt大，则表示符间干扰主要来自前一个符号，而时序控制器129就可以稍微延迟使用的边界时序；同理，当假若相关值R_pre比相关值R_nxt小，则表示符间干扰主要来自后一个符号，所以时序控制器129就可以提前使用的边界时序。如此一来便可有效地抑制符间干扰了。

由于符码间的干扰亦可能由前后符号的相邻子载波所产生，此即公知的符间载波干扰(inter-carrier-symbol-interference，ICSI)，请参阅图3，图3为本发明符间载波干扰检测装置160的示意图。本实施例中利用公知决策导向(decision directed)方法选择k个可传送数据的子载波，由于两子载波所传递的数据信号不会相同，可借助上述数据信号的相关性来预测两子载波间的相互干扰。

载波干扰检测器160中设置有相关性运算单元130、150分别用来产生相关值R_pre、R_nxt，然后比较器170进一步比较相关值R_pre、R_nxt以产生一控制信号Sc至时序控制器172以调整正交频分多路复用系统所使用的边界时序。相关性运算单元130中设置有共轭运算单元131、...、141、均衡器132a、132b、...、142a、142b、切割器132c、132d...、142c、142d、乘法单元133a、133b、...、143a、143b、低通滤波器134a、134b、...、144a、144b、绝对值运算单元136a、136b、...、146a、146b以及加法单元138。同样地，相关性运算单元150中设置有共轭运算单元151、...、161、均衡器152a、152b、...、162a、162b、切割器152c、152d、...、162c、162d、乘法单元153a、153b、...、163a、163b、低通滤波器154a、154b、...、164a、164b、绝对值运算单元156a、156b、...、166a、166b、以及加法单元158。

很明显地，相关性运算单元130、150具有相同的架构，但是相关性运算单元130、150的输入信号却不尽相同。请特别注意，由于图1、图2以及图3中的同名元件具有相同功能与操作故不在此一一说明。下列方程式可说明相关性运算单元130与150的运作：

$R_{\mathrm{pre}}=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{abs}\left(E\right[{\hat{D}}_{k-1}(n-1)\·D_k{\left(n\right)}^{*}\left]\right)+\mathrm{abs}\left(E\right[{\hat{D}}_{k+1}(n-1)\·D_k{\left(n\right)}^{*}\left]\right))$

方程式(五)

D_k(n)^*表示数据信号D_k(n)的共轭数值，且对应至第n个符号以及第k个子载波； 表示对应至第n-1个符号以及第k-1个子载波的决策数据；表示对应至第n-1个符号以及第k+1个子载波的决策数据。因此，相关值R_pre依据方程式(五)来运算出数据信号D_k(n)所受到的符间载波干扰，亦即前一符号中第(k-1)个子载波与第(k+1)个子载波所造成的干扰。

$R_{\mathrm{nxt}}=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{abs}\left(E\right[{\hat{D}}_{k-1}(n+1)\·D_k{\left(n\right)}^{*}\left]\right)+\mathrm{abs}\left(E\right[{\hat{D}}_{k+1}(n+1)\·D_k{\left(n\right)}^{*}\left]\right))$

方程式(六)

D_k(n)^*表示数据信号D_k(n)的共轭数值，且对应至第n个符号以及第k个子载波；

表示对应至第n+1个符号以及第k-1个子载波的决策数据；以及 表示对应至第n+1个符号以及第k+1个子载波的决策数据。因此，相关值R_nxt依据方程式(六)来运算出数据信号D_k(n)所受到的符间载波干扰，亦即后一符号中第(k-1)个子载波与第(k+1)个子载波所造成的干扰。请注意，相关性运算单元130与150所处理的信号为数据信号而非引导信号。最后，图3中所示的比较器170会比较相关值R_pre与相关值R_nxt何者较大，当相关值R_pre较大时则表示符间载波干扰主要来自前一个符号，因此时序控制器172会延迟正交频分多路复用系统所使用的边界时序；当相关值R_pre较小时则表示符问载波干扰主要来自后一个符号，因此时序控制器172会提前正交频分多路复用系统所使用的边界时序。如此一来便可有效地抑制符间载波干扰。

请注意，本实施例中用来产生相关值R_pre、R_nxt的乘积的绝对值以可以用平方值来取代，举例来说：先产生每一乘积的平方值再予以一一加总而产生相关值R_pre、R_nxt，因此上述的方程式(一)至方程式(六)可由下列方程式一一取代。

$R_{\mathrm{pre}}=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\left(E\right[{\hat{P}}_k(n-1)\·P_k{\left(n\right)}^{*}\left]\right)}^2$ 方程式(一之一)

$R_{\mathrm{nxt}}=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\left(E\right[{\hat{P}}_k(n+1)\·P_k{\left(n\right)}^{*}\left]\right)}^2$ 方程式(二之一)

$R_{\mathrm{pre}}=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\left(E\right[{\hat{Q}}_k(n-1)\·Q_k{\left(n\right)}^{*}\left]\right)}^2$ 方程式(三之一)

$R_{\mathrm{nxt}}=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{\left(E\right[{\hat{Q}}_k(n+1)\·Q_k{\left(n\right)}^{*}\left]\right)}^2$ 方程式(四之一)

$R_{\mathrm{pre}}=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}({\left(E\right[{\hat{D}}_{k-1}(n-1)\·D_k{\left(n\right)}^{*}\left]\right)}^2+{\left(E\right[{\hat{D}}_{k+1}(n-1)\·D_k{\left(n\right)}^{*}\left]\right)}^2)$

方程式(五之一)

$R_{\mathrm{nxt}}=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}({\left(E\right[{\hat{D}}_{k-1}(n+1)\·D_k{\left(n\right)}^{*}\left]\right)}^2+{\left(E\right[{\hat{D}}_{k+1}(n+1)\·D_k{\left(n\right)}^{*}\left]\right)}^2)$

方程式(六之一)

本发明检测符间干扰以及符间载波干扰的方法与相关装置用来调整正交频分多路复用系统所使用的符号边界。首先，计算出对应至前后两个符号的相关值来预测检测符间干扰以及符间载波干扰的主要来源，然后依据计算结果调整所使用的符号边界。因此，本发明则可借助不断追踪符号边界来大幅提升正交频分多路复用系统的效能。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所进行的等效变化与修改，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种符间干扰检测方法，用来以调整一正交频分多路复用系统中一符号的边界，其中该符号包含有多个信号，其由多个子载波所传递，该符间干扰检测方法包含有：

计算一第一相关值，用来表示一第一符号的多个第一信号与一第二符号的多个第二信号间的相关性，其中该第二符号早于该第一符号，且该多个第一信号与该多个第二信号皆由多个子载波所传递；

计算一第二相关值，用来表示该多个第一信号与一第三符号的多个第三信号间的相关性，其中该第三符号迟于该第一符号，且该多个第一信号与该第些三信号皆由该多个子载波所传递；

比较该第一相关值以及该第二相关值，以产生一比较结果；以及

依据该比较结果调整该边界；

其中，该第一、第二、或第三信号为多个引导信号或多个数据信号。

2.如权利要求1所述的符间干扰检测方法，其中该第一、第二以及第三符号的引导信号皆不相同，且该第一、该第二以及该第三信号皆为引导信号。

3.如权利要求1所述的符间干扰检测方法，其中该第一、该第二以及该第三信号的数值已预定。

4.如权利要求1所述的符间干扰检测方法，其中该第一、该第二以及该第三信号皆数据信号。

5.如权利要求4所述的符间干扰检测方法，其中该第一、该第二以及该第三符号的引导信号值皆相同。

6.一种符间干扰检测装置，用以调整一正交频分多路复用系统中一符号的边界，其中该符号包含有多个信号，其由多个子载波所传递，该符间干扰检测装置包含有：

一第一相关性运算单元，用来计算一第一相关值，该第一相关值表示一第一符号的多个第一信号与一第二符号的多个第二信号间的相关性，其中该第二符号早于该第一符号，且该多个第一信号与该多个第二信号皆由多个子载波所传递；

一第二相关性运算单元，用来计算一第二相关值，该第二相关值表示该多个第一信号与一第三符号的多个第三信号间的相关性，其中该第三符号迟于该第一符号，且该多个第一信号与该多个第三信号皆由该多个子载波所传递；

一比较器，用来比较该第一相关值以及该第二相关值，以产生一比较结果；以及

一时序控制器，用来依据该比较结果调整该边界；

其中，该多个第一、第二、或第三信号为多个引导信号或多个数据信号。

7.如权利要求6所述的符间干扰检测装置，其中该第一、第二以及第三符号的引导信号皆不相同，且该第一、该第二以及该第三信号皆为引导信号。

8.如权利要求7所述的符间干扰检测装置，其中该第一、该第二以及该第三信号的数值已预定。

9.如权利要求6所述的符间干扰检测装置，其中该第一、该第二以及该第三信号皆为数据信号。

10.如权利要求9所述的符间干扰检测装置，其中该第一、该第二以及该第三符号的引导信号值皆相同。

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