JP2010503268A - Ofdmチャネル推定 - Google Patents

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Abstract

複数のサブキャリアを使用して送信されたデータ・シンボルとパイロット・シンボルとを含んでいるOFDMシンボル・セットを含む直交周波数分割多重化(OFDM)ディジタル・ビデオ・ブロードキャスト(DVB)信号を受信するための受信機、該OFDM DVB信号は送信チャネルを介して該受信機へ向けて送信され、該受信機は、該送信チャネルを介して該OFDM DVB信号を受信するように構成された入力モジュール、及び該入力モジュールに接続され、そして該OFDMシンボル・セットにフーリエ変換を実行して周波数ドメインにおいて変換されたシンボル・セットを生成することにより、そして該OFDM DVB信号中の該パイロット・シンボルのサブセットを使用して該変換されたシンボル・セットに最小平均二乗誤差(MMSE)等化を実行することにより、該送信チャネルのチャネル推定値を計算するように構成されたチャネル推定モジュール、を含む。

Description

今日、複数の形式の情報が、情報ソース、例えば、テレビ・コンテント・プロバイダ、から受信機、例えば、人々の家庭のテレビ、へ送られる。したがって、そのような情報の一例は、ディジタル・テレビ(DTV)情報である。ディジタル情報を送信することは、一般的にディジタル情報をアナログ信号へ変換することそしてそのアナログ信号を使用してRF(無線周波数)キャリア周波数の強度及び/又は位相を変調すること、及び受信機に向けて伝達媒体、例えば、空気、を介して変調された信号を送ること、を含む。
図1を参照して、通信システム1は、送信機2と受信機4とを含む。送信機2と受信機4は、それぞれアンテナ6と8を有する、ここでは送信機2と受信機4の外部に示されるとはいえ、アンテナ6と8は、送信機2と受信機4の部品であるように考えられることができる。送信機2は、(例えば、信号14,16と18として)受信機4へ伝達媒体、ここでは地上波ブロードキャスト・システム、を介して情報を送るように構成される。伝達媒体を介して情報を送信することは、ノイズ(例えば、空電の)、強度変動(フェーディング)、位相シフト変動、ドップラー広がり、ドップラー・フェーディング、マルチ・パス遅延、等、により引き起こされる信号歪を導入する。マルチ・パス遅延は、送信した信号が、例えば、ビルディング10からの反射による及び/又はリピータ局12を経由して中継されることのために、伝達媒体を通り送信機と受信機との間で異なる経路を取ることの結果である。送信した信号p(t)の異なる経路(例えば、信号14,16と18)は、まっすぐに送信される信号16と比較して、(こだまのように)受信機4において異なる時間に到着する信号p(t)の時間遅延したコピーを引き起こす異なる遅延時間及び異なる利得をもたらす。受信される信号r(t)は、まっすぐに送信される信号及び/又は(もしあるならば)複製信号の組み合わせである。マルチ・パス歪は、他のシンボルの重み付けされた寄与が現在のシンボルに付加されるシンボル間干渉(ISI:intersymbol interference)、及び/又は別々のサブキャリアが互いに干渉するチャネル間干渉、を結果としてもたらす。信号r(t)中のノイズ及び/又は干渉は、送信機のような他のソースからも同様に来ることがある。これらの効果は、送信機2から受信機4への情報の伝達及び/又は解釈におけるエラーを引き起こすことがある。システムのビット・エラー率(BER:bit error rate)がしきい値を超え、そしてシステムのエラー許容値より勝るときには、システムは不具合になる。
直交周波数分割多重化(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplexing)は、伝達媒体を経由して多重のDTV信号を送信するために使用されることが可能である。OFDMシステムは、各サブキャリアにおいて1又はそれより多くの時間スロットを使用して、1又はそれより多くのサブキャリアを介して並列に信号、例えば、テレビ信号、を送信する。各サブキャリアは、DTV信号を送信するために使用する周波数スペクトルの異なる部分に置かれる。サブキャリアの空間配置は、各サブキャリアの周波数が別のサブキャリアの周波数のそれぞれと直交するようにする(例えば、サブキャリアの周波数間隔は、OFDMシンボル期間の逆数に実質的に等しい)。サブキャリア周波数の直交性は、非直交周波数がサブキャリアとして使用されるときよりも、RF干渉及びマルチ・パス歪に対するより高い抗力を与える。各サブキャリアは、例えば、データ・シンボル、パイロット・シンボル、及び/又は送信パラメータ信号(TPS:Transmission Parameter Signal)、それはデータ・シンボルの特殊なタイプである、を含む。パイロット・シンボルは、受信機が送信チャネルを推定することを助けるために使用する事前に決められた既知の信号である。
一旦、OFDM信号(例えば、r(t))が受信機4によって受信されると、チャネル推定は、送信された信号(例えば、p(t))の歪の効果を除去するために使用される。例えば、r(t)が信号14,16と18の線形の組み合わせであるので、特定の数学的関数(すなわち、伝達関数(transfer function))は、r(t)に対するp(t)の関係を記述することができる。一旦、伝達媒体の伝達関数が知られると、伝達媒体の伝達関数の逆関数であるフィルタは、伝達媒体により導入された歪の効果を削減するために使用されることができる。伝達媒体が定常的に変化しているために(例えば、マルチ・パス・エラーを作り出す対象物が移動することがある、天気が変化することがある、ノイズ・レベルが変化することがある、等)、任意の所与の伝達媒体の伝達関数は、同様に定常的に変化している。伝達媒体が急速に変化しているとき、r(t)は、“高速フェーディング”送信チャネルになり、それは推定プロセスの複雑さを増大することがある。“ロング・チャネル”は、伝達媒体が長い遅延拡散を有するときに生じる。例えば、信号18が受信機4に到着するために伝わる距離が、信号16に比べて十分に長い場合には、信号18中のシンボルは、信号16を介して到着する同じシンボルの後に受信機4へ到着することがあり、それゆえISIを生み出す。
複数のサブキャリアを使用して送信されたデータ・シンボルとパイロット・シンボルとを含んでいるOFDMシンボル・セットを含む直交周波数分割多重化(OFDM:orthogonal frequency division multiplexed)ディジタル・ビデオ・ブロードキャスト(DVD)信号を受信するための受信機、前記OFDM DVB信号は送信チャネルを介して前記受信機へ向けて送信される、前記受信機は、前記送信チャネルを介して前記OFDM DVB信号を受信するように構成された入力モジュール、及び前記入力モジュールに接続され、そして前記OFDMシンボル・セットにフーリエ変換を実行して周波数ドメインに変換されたシンボル・セットを生成することにより、そして前記OFDM DVB信号中の前記パイロット・シンボルのサブセットを使用して前記変換されたシンボル・セットに最小平均二乗誤差(MMSE)等化を実行することにより、前記送信チャネルのチャネル推定値を計算するように構成されたチャネル推定モジュール、を含む。
本発明の装置は、下記の構成のうちの1又はそれより多くを含むことができる。前記チャネル推定モジュールは、受信したOFDMシンボル・セット当たり1のフーリエ変換を実行する。前記パイロット・シンボルのサブセットは、前記OFDMシンボル・セット中の前記パイロット・シンボルの全てよりも実質的に少ない。前記チャネル推定モジュールは、前記パイロット・シンボルのサブセットとして、検査中のデータ・シンボルを送信するために使用した周波数よりも低い周波数を有するサブキャリアを使用して送信されたN個の最近接パイロット・シンボル及び前記検査中のデータ・シンボルを送信するために使用した前記周波数よりも高い周波数を有するサブキャリアを使用して送信されたN個の最近接パイロット・シンボルを選択するように構成される。前記チャネル推定モジュールは、前記パイロット・シンボルのサブセットとして、検査中のデータ・シンボルを送信するために使用した周波数よりも高い周波数を有するサブキャリアを使用して送信されたN個の最近接パイロット・シンボルを選択するように構成される。前記チャネル推定モジュールは、前記パイロット・シンボルのサブセットとして、検査中のデータ・シンボルを送信するために使用した周波数よりも低い周波数を有するサブキャリアを使用して送信されたN個の最近接パイロット・シンボルを選択するように構成される。前記チャネル推定モジュールは、前記OFDMシンボル・セットのそれぞれを送信するために使用した個々のサブキャリアのそれぞれに対応するチャネル推定値を計算する。
しかも、本発明の装置は、下記の構成のうちの1より多くを含むことができる。前記チャネル推定モジュールは、前記データ・シンボルのうちの1より多くのチャネル推定値を並列に計算するように構成される。定数Nは2に等しく、そして前記チャネル推定モジュールは、次式により前記データ・シンボルのそれぞれのチャネル推定を実行するように構成される:
Figure 2010503268
ここで、cは個々のフィルタ係数であり、H^(m)は前記パイロット・シンボルの前記サブセットのうちの個々の1つに関するチャネル推定値であり、そしてpは前記パイロット・シンボルの前記サブセットのうちの個々の1つに関するインデックス値である。前記チャネル推定モジュールは、次式によりフィルタ係数を計算するように構成される:
Figure 2010503268
ここで、Mは前記OFDM DVB信号中に存在するサブキャリアの総数であり、lはマルチ・パスOFDM DVB信号の個々のパスのそれぞれを表すインデックスであり、Lはチャネル115の遅延拡散を表す数であり、mは相関が計算されようとしている2つの選択されたチャネルの間に介在するチャネルの数を表す整数値であり、そして
E{|h(k)|}=σ
ここで、h(k)は前記送信チャネルのl番目のパスの時刻kにおけるチャネル・インパルス応答である。
しかも、本発明の装置は、下記の構成のうちの1又はそれより多くを含むことができる。前記チャネル推定モジュールは、周波数ドメインにおいて、前記送信チャネルに関連するチャネル間干渉(ICI)値を計算するように構成される。前記チャネル推定モジュールは、前記ICI値を使用してチャネル推定を実行するように構成される。前記チャネル推定モジュールは、前記受信したOFDM DVB信号から前記ICI値を取り去った後、MMSE等化を実行するように構成される。前記チャネル推定モジュールは、次式によりチャネル相関値を推定することによりチャネル推定値を計算するように構成される:
Figure 2010503268
ここで、Kは(k−k=mを満足するケースの数であり、そしてMは前記OFDM DVB信号中に存在するサブキャリアの総数である。前記推定したチャネル相関値は、次式により平均される:
R^(m)=(1−β)R^(m)+βR(m)
ここで、βは事前に決められた既知のパラメータである。前記チャネル推定モジュールは、ビタビ・デコーダを使用するように構成される。
一般に、別の1つの態様では、本発明は、複数のサブキャリアを使用して送信されたデータ・シンボルとパイロット・シンボルとを含んでいるOFDMシンボル・セットを含む直交周波数分割多重化(OFDM)ディジタル・ビデオ・ブロードキャスト(DVB)信号を送信するために使用する送信チャネルのチャネル推定値を計算するための方法を提供し、前記方法は、送信チャネルを介して受信機において前記OFDM DVB信号を受信すること;前記OFDMシンボル・セットにフーリエ変換を実行して周波数ドメインにおいて変換されたシンボル・セットを生成することにより、そして前記OFDM DVB信号中の前記パイロット・シンボルのサブセットを使用して前記変換されたシンボル・セットに最小平均二乗誤差(MMSE)等化を実行することにより、前記周波数ドメインにおいて前記送信チャネルのチャネル推定値を計算すること、を含む。
本発明の方法は、下記の構成のうちの1又はそれより多くを含むことができる。チャネル推定値を計算することは、受信したOFDMシンボル・セット当たり1のフーリエ変換を実行することによりチャネル推定値を計算することを含む。本方法は、前記パイロット・シンボルのサブセットとして、検査中のデータ・シンボルを送信するために使用した周波数よりも低い周波数を有するサブキャリアを使用して送信されたN個の最近接パイロット・シンボル及び前記検査中のデータ・シンボルを送信するために使用した前記周波数よりも高い周波数を有するサブキャリアを使用して送信されたN個の最近接パイロット・シンボルを選択することをさらに含む。本方法は、前記パイロット・シンボルのサブセットとして、検査中のデータ・シンボルを送信するために使用した周波数よりも低い周波数を有するサブキャリアを使用して送信されたN個の最近接パイロット・シンボルを選択することをさらに含む。本方法は、前記パイロット・シンボルのサブセットとして、検査中のデータ・シンボルを送信するために使用した周波数よりも高い周波数を有するサブキャリアを使用して送信されたN個の最近接パイロット・シンボルを選択することをさらに含む。チャネル推定値を計算することは、前記データ・シンボルのうちの1より多くのチャネル推定値を並列に計算することを含む。
しかも、本発明の方法は、下記の構成のうちの1又はそれより多くを含むことができる。前記チャネル推定値を計算することは、2に等しいNを用いそして次式により、関心のあるデータ・シンボルの前記チャネル推定値を計算することを含む、
Figure 2010503268
ここで、cは個々のフィルタ係数であり、H^(m)は前記パイロット・シンボルの前記サブセットのうちの個々の1つに関するチャネル推定値であり、そしてpは前記パイロット・シンボルの前記サブセットのうちの個々の1つに関するインデックス値である。前記チャネル推定値を計算することは、次式によりフィルタ係数を計算することを含む、
Figure 2010503268
ここで、Mは前記OFDM DVB信号中に存在するサブキャリアの総数であり、lはマルチ・パスOFDM DVB信号の個々のパスのそれぞれを表すインデックスであり、Lはチャネル115の遅延拡散を表す数であり、mは相関が計算されようとしている2つの選択されたチャネルの間に介在するチャネルの数を表す整数値であり、そして
E{|h(k)|}=σ
ここで、h(k)は前記送信チャネルのl番目のパスの時刻kにおけるチャネル・インパルス応答である。
しかも、本発明の方法は、下記の構成のうちの1又はそれより多くを含むことができる。チャネル推定値を計算することは、前記OFDM DVB信号を送信するために使用した個々のサブキャリアのそれぞれに対応するチャネル推定値を計算することを含む。本方法は、周波数ドメインにおいて、前記送信チャネルに関連するチャネル間干渉(ICI)値を計算することをさらに含む。前記チャネル推定値を計算することは、前記ICI値を使用して前記送信チャネルのチャネル推定値を計算することを含む。前記チャネル推定値を計算することは、前記OFDM DVB信号から前記ICI値を取り去った後、MMSE等化を実行することを含む。チャネル推定値を計算することは、次式によりチャネル相関値を推定することによりチャネル推定値を計算することをさらに含む:
Figure 2010503268
ここで、Kは(k−k=mを満足するケースの数であり、そしてMは前記OFDM DVB信号中に存在するサブキャリアの総数である。チャネル推定値を計算することは、前記推定したチャネル相関値を次式により平均することをさらに含む:
R^(m)=(1−β)R^(m)+βR(m)
ここで、βは事前に決められた既知のパラメータである。チャネル推定値を計算することは、ビタビ・デコーディングを実行することをさらに含む。
本発明の様々な態様は、下記の能力のうちの1又はそれより多くを提供することができる。DTVチャネル推定モジュールにより実行される計算は、従来の技術と比較して軽減されることが可能である。DTVチャネル推定モジュールを与えるコストは、従来の技術と比較して削減されることが可能である。チャネル推定は、OFDM DTV信号の各チャネルを介して受信される各シンボルに対して1のフーリエ変換を使用して実行されることが可能である。1次元チャネル推定は、周波数ドメインにおいて実行されることができる。最小平均二乗誤差推定は、OFDM DTV信号を介して与えられるパイロット・シンボルのサブセットを使用して実行されることができる。(例えば、4個の)パイロット・シンボルのサブセットは、選択されたチャネルのチャネル推定値を計算するために使用されることができる。(2番目に低い周波数のサブキャリアで始まる)3つ毎のシンボル及びパイロット・シンボルの結合体を使用することは、結果として、8K DVB−T/Hシステム中の全てのサブキャリアを使用することと同様の性能をもたらすことが可能である。本発明のこれらの能力及び他の能力は、本発明それ自身とともに、下記の図面、詳細な説明、及び特許請求の範囲を概観した後で、さらに良く理解されるであろう。
送信チャネルの模式図である。 送信機及び受信機を含んでいるベースバンドOFDMシステムのブロック図である。 図2に示された送信機により送信されるOFDMフレームの図である。 図2に示された受信機の機能素子のブロック図である。 図2に示されたOFDM送信システムにおいてチャネル推定を実行するプロセスのフローチャートである。
詳細な説明
本発明の実施形態は、周波数ドメインにおいて、チャネル間干渉(ICI:interchannel interference)推定と全利用可能なパイロット・シンボルのサブセットを使用する最小平均二乗誤差(MMSE:minimum mean square error)等化とを組み合わせることにより、ディジタル・ビデオ・ブロードキャスト(DVB:digital video broadcast)送信の送信チャネル推定及び等化のための技術を提供する。例えば、DTVシステムは、送信機及び受信機を含む。送信機は、パイロット・シンボルを含むOFDM信号を生成する。送信機は、受信機に向けてOFDM信号をブロードキャストする。受信機は、周波数ドメインMMSE等化を使用してチャネル推定値を計算する。MMSE等化は、OFDM信号中に含まれるパイロットのサブセット及びチャネル相関情報を使用して行われる。チャネル推定値は、受信機によって使用されて、送信機により送信された信号を推定する。受信機は、送信機により受信機に向けて送信された信号に実質的に同じである結果としての信号を出力する。他の実施形態は、本発明のスコープの範囲内である。
図2を参照して、OFDM送信システム100は、送信機105及び受信機110を含む。システム100は、適切なハードウェア、ファームウェア、及び/又は(コンピュータ読取り可能な命令、好ましくはコンピュータ実行可能な命令を含んでいる)ソフトウェアを含み、以下に説明される機能を与える。送信機105及び受信機110は、様々なタイプの情報を伝達するように構成されることができる。ここでは、限定としてではなく単なる例として、送信機105は、DTV信号のための送信機であり、そして受信機110は、ディジタル・テレビ又はセット・トップ・ボックスとディジタル・テレビとの組み合わせのようなDTV受信機である。例えば、システム100は、アンテナ(図2には示されない)を介してDVB−T/H規格に準拠する地上波DTV信号を送信しそして受信するように構成される。送信機105及び受信機110は、送信チャネル115によってリンクされる。送信チャネル115は、(地上波ブロードキャストのケースでは)空気のような伝達媒体であるが、他の伝達媒体(例えば、使用されるべき適切な送信機及び受信機を有するケーブル)が可能である。送信機105は、入力信号120を受信し、そして受信機110に向けてOFDM信号125をブロードキャストするように構成される。送信チャネル115は、信号125に作用することがあり、そしてそれを信号130へと変換することが可能である。受信機110は、信号130を受信し、そして出力信号135、それは好ましくは信号125に実質的に等しい、を出力するように構成される。
信号125と130との関係は、次式のように時間ドメインにおいて規定されることができる:
Figure 2010503268
ここで、y(k)は信号130であり、lは時間ドメインにおけるチャネル・タップを表す(送信チャネル115の)チャネル・パスのインデックスであり、x(k−l)は信号125であり、h(k)は送信チャネル115のl番目のパスの時刻kにおけるチャネル・インパルス応答(CIR:channel impulse response)であり、n(k)(0≦k≦M−1)は実数成分と虚数成分の両方に対してゼロ平均とσの分散を有する時間ドメインにおける独立した複素値のランダム・ガウス変数(例えば、付加的白色ガウス・ノイズ(AWGN:additive white Gaussian noise))であり、Lはチャネル115の遅延拡散を表している数であり、そしてMは送信機105によって使用されるサブキャリアの数である。CIRh(k),(0≦l≦L−1)は、ガウス分布を有する異なるパスに対する独立した複素値のランダム変数であり得て、それは周波数選択的レーリー(Rayleigh)フェーディングを有するチャネルを表すことができ、ここで、
E{|h(k)|}=σ (2)
時間の経過による送信チャネル115の変動は、値fにより特徴付けられることができ、ここで、fはドップラー周波数であり、そしてTはOFDMシンボル・セット期間である。さらに、レーリー・フェーディング・プロセスのパワー・スペクトル(例えば、信号の時間広がり(すなわち、信号分散)及び/又は送信チャネル115の時間で異なる振る舞い)は、次式として規定されることができる:
Figure 2010503268
ここで、時間ドメインにおけるCIRタップ(例えば、マルチ・パス信号の1つのパスに関するCIR)の相関は、次式として特徴付けられることが可能である:
Figure 2010503268
ここで、J(・)は第1種の0次ベッセル関数であり:
Figure 2010503268
送信機105は、変調ユニット140、直列−並列(S/P)変換器150、プロセッサ155と160、及び並列−直列(P/S)変換器165を含む。変調ユニット140は、情報(例えば、ビデオ画像を表示する情報)を含む周波数ドメイン信号120を受信し、そして複数の変調方式の1つ(又はそれより多く)を使用して該信号120を変調するように構成される。例えば、変調ユニット140は、直交位相シフト・キーイング(QPSK:quadrature phase shift keying)、又は直交強度変調(QAM:quadrature amplitude modulation)(例えば、16QAM又は64QAM)のような変調方式を使用して信号120をコンステレーションにマッピングすることができる、しかしながら他の変調方式が可能である。変調方式は、各サブキャリアに対して異なることがある(例えば、1つのサブキャリアは16QAMを使用し、そして別の1つはQPSKを使用して変調されることが可能である)、又は全てのキャリアが、同じ変調方式を使用することが可能である。変調ユニット140は、変調された信号145を出力するように構成されることができ、その変調された信号145は複素データ変数(例えば、X(0),...,X(M−1)を含むことができる、ここで、Mはサブキャリアの数(例えば、1つのOFDMシンボル中のサンプルの数)である)を含むことができる。変調ユニット140は、変調された信号145をS/P変換器150へ与えるように構成される。S/P変換器150は、信号145を並列情報信号152へと変換するように構成され、その信号152は、並列ストリームを経由してプロセッサ155へ与えられることができる。並列ストリームの数は、実行されようとしているDVBシステム(例えば、2K,4K,又は8Kシステム)のタイプに依存することがある。プロセッサ155は、信号152に逆高速フーリエ変換(IFFT:Inverse Fast Fourier Transform)を実行して、出力シンボルx(0),...,x(M−1)を含む時間ドメイン信号157へと信号145を変換するように構成される。プロセッサ160は、プロセッサ155により生成された各出力シンボルの始めに巡回プリフィックスを付加して、信号162を生成するように構成される。フレームxの巡回プリフィックスは、フレームx−1の一部を複製することができ、そしてシンボル間干渉(ISI:intersymbol interference)の効果を低減するために使用されることができる。P/S変換器165は、信号162を直列の送信される信号125へと変換するように構成される。送信機105は、アンテナ(図2には示されない)を介して信号125をブロードキャストするように構成される。送信機105が複数のプロセッサとハードウェア部分を含むように記述されてきているが、送信機105により提供される機能は、例えば、それぞれのタスクを実行する複数のソフトウェア・モジュールを有する1つのチップへと複合されることができる。
同様に図3を参照して、信号125は、OFDMシンボル・セット210を含んでいるOFDMフレーム205を含む。OFDMシンボル・セット210のそれぞれは、別々のサブキャリア周波数によって変調された複数のシンボル215を含む。各OFDMシンボル・セット210は、パイロット・シンボル220、データ・シンボル225、及びTPSシンボル227を含む、とはいえ別の構成が可能である。パイロット・シンボル220は、OFDMシンボル・セット210のそれぞれにおいて同じサブキャリア周波数により変調される連続したパイロット・シンボル221、及び異なるシンボル・セット210中の異なるサブキャリア位置に配置される分散したパイロット・シンボル222、を含む。分散したパイロット・シンボル222のそれぞれの間の間隔は、12シンボル位置であり、その結果、シンボル中の12毎のシンボル位置が分散したパイロット・シンボルにより占有される。連続したパイロット・シンボル221と分散したパイロット・シンボル222の発生は、同時に起き得る(例えば、パイロット・シンボル223)。OFDMフレーム205が図3において12のOFDMシンボル・セット210を含んでいるように示されているが、別の数のシンボル・セット210が可能である。さらに、パイロット・シンボル220、データ・シンボル225、及びTPSシンボル227の配置は、図3に示された配列から変わることが可能である。
受信機110は、S/P変換器170、プロセッサ175,180,185,190と191、及び復調ユニット200を含む。受信機110は、信号130を受信し、そして信号135を出力するように構成される。信号130は、時間ドメイン情報(例えば、シンボルy(0),...,y(M−1)、ここで、Mは信号130を送信するために使用するサブキャリアの数である)を含む。S/P変換器170は、信号130を受信し、そしてそれを並列信号172へと変換するように構成される。S/P変換器170は、信号172の並列パス172から172のそれぞれが異なるサブキャリア周波数を使用して送信されるシンボルを含むように構成される。信号172中の並列ストリームの数は、OFDMシンボル・セット210のそれぞれの中のシンボル215の数に等しい、そうとはいえ、他の構成が可能である。S/P変換器170は、プロセッサ175へ信号172を与えるように構成される。プロセッサ175は、信号172を受信し、そしてプロセッサ160によって付加された巡回プリフィックスを削除するように構成される。プロセッサ175は、並列時間ドメイン信号177をプロセッサ180へ与えるように構成される。プロセッサ180は、高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)を実行し、時間ドメイン信号177を周波数ドメイン信号182へと変換するように構成される。プロセッサ191は、フーリエ変換において使用するためのOFDM時間ドメインOFDMシンボル・セットの開始シンボルを得ることができるシンボル同期を与えるように構成される。
プロセッサ180により実行されるFFT演算は、次式のように規定されることができる:
Figure 2010503268
ここで、Y(m)は信号182であり、X(n)は信号152であり、N(m)は周波数ドメインで説明したAWGNであり、そしてH(m−n)は次式により与えられる:
Figure 2010503268
式(6)は、次式のようにベクトル形式に書き換えられることができる:
=H, (8)
ここで、チャネル行列Hのm番目の行とn番目の列の要素は、次式である:
Figure 2010503268
プロセッサ185と190は、プロセッサ180により与えられる信号182を受信するようにそれぞれが構成される。プロセッサ185は、プロセッサ190によって与えられる情報(例えば、下記に説明されるような、最終チャネル推定値)を使用し、選択した変調方法のコンステレーションにおけるサンプルの位置を推定するように構成される。例えば、信号182中の並列情報ストリームのそれぞれは、変調シンボル(例えば、16QAM,64QAM,及び/又はQPSK)を含み、そしてプロセッサ185は、プロセッサ190によって与えられる最終チャネル推定値を使用してその変調シンボルを対応するコンステレーション点にマッピングすることができる。受信機110が複数のプロセッサと他のハードウェア部分を含むように説明されてきているが、受信機110により与えられる機能は、例えば、それぞれの機能を与える複数のソフトウェア・モジュールを有する1個のチップへと複合されることが可能である。
各OFDMシンボル・セット210に関して、受信機110は、信号130を介して送信機105から受信し、プロセッサ190は、
・(k−(M−1)/2)のIFFTを事前に計算する(又はメモリから検索する)、
・初期チャネル相関推定、補間、及び信号182中に存在するパイロット・シンボルのサブセットを使用してMMSEフィルタリング係数を計算する、
・計算したMMSEフィルタリング係数を使用してMMSEチャネル推定を実行する、
・MMSEチャネル推定の結果及び(プロセッサ190中に含まれる)1−タップ・イコライザを使用して信号125を推定する、
・送信チャネル115の周波数ドメイン変動を計算する、
・送信された信号125を再推定するためにICI除去スキーム(scheme)を実行する、
・推定したICIが前に計算したMMSE係数を使用して取り去られている信号130のバージョンにMMSE等化を実行する、
・信号125と信号130の最終的な推定値を使用して送信チャネル115の伝達関数の推定値を求める、
・周波数ドメインにおけるチャネル相関を推定しそして更新する、
・MMSEフィルタリング係数を更新する、そして
・最終チャネル推定値(例えば、伝達関数)をプロセッサ185へ与える、
ように構成される。
図2と図3を参照して、プロセッサ190は、送信チャネル115の特性を推定するために既知の固定点(anchor point)として事前に知られたパイロット・シンボルを使用するように構成される。受信機110は、OFDMフレーム205のそれぞれの特定の周波数及び/又は時間においてパイロット・シンボルを待ち受けるように構成される。プロセッサ190は、パイロット・シンボルを見つけるために信号130を検索するように構成され、それは、送信チャネル115により(例えば、式(1)に示された伝達関数にしたがって)影響を受けている。プロセッサ190は、OFDMシンボル・セット210のそれぞれの中の受信した分散したパイロット・シンボル222の(例えば、4個の)サブセット、それは好ましくは推定されようとしているシンボル215を取り囲みそして最も近い、を使用して送信チャネル115のチャネル推定値を計算するように構成される。例えば、シンボル245のチャネル推定を実行するために、パイロット・シンボル246,247,248と249とが、使用されることができる。最小周波数サブキャリアと最大周波数サブキャリア(例えば、それぞれシンボル250とシンボル255)の近くで生じるシンボル215に関するチャネル推定値は、4個よりも少ないパイロット・シンボルを使用して計算されることが可能である。例えば、シンボル253に関するチャネル推定値を計算するために、パイロット・シンボル246と247が、又はパイロット・シンボル246,247,248と249が使用されることができる。パイロット・シンボルのサブセットが分散したパイロット・シンボル222のうちの2個又は4個として説明されてきているが、他の大きさが可能である。分散したパイロット・シンボル222のサブセットを使用して、MMSE等化は、周波数ドメインにおいて適用されることが可能であって、高速で変化する送信チャネル、及び/又は長い送信チャネルで使用されることができるチャネル推定アルゴリズムを提供する。
同様に図4を参照して、プロセッサ190は、モジュール300と305、バス310、及びメモリ315を含む。モジュール300と305は、例えば、プロセッサ上で動作するソフトウェア機能であり得る、とはいえ他の構成が可能である(例えば、別々のハードウェア部分)。プロセッサ190は、受信機110により受信される各OFDMシンボル・セット210中のシンボル215のそれぞれのコピーを受信し、そしてプロセッサ185へ最終チャネル推定値を出力するように構成される。メモリ315は、プロセッサ180から受け取るシンボル215のコピーを記憶するように構成される。示されたようにプロセッサ190がバス310を含むが、他の形態が可能である(例えば、2点間接続)。プロセッサ191は、S/P変換器170の出力に基づいて所望のフーリエ変換ウィンドウを計算するように構成される。例えば、プロセッサ191は、OFDMシンボル・セットの巡回プリフィックスが前のOFDMシンボル・セットの末尾の繰り返しであるという特性を使用するように構成される。
モジュール300は、パイロット・シンボル222を使用する初期チャネル相関と補間とを実行するように構成される。相関は、第1のサブキャリアの伝達関数が第2のサブキャリアの伝達関数の測定に基づいてどれだけ良く予測されることが可能であるかの尺度である。2つのサブキャリア間の相関値が高いほど、第2のサブキャリアの観測に基づいて第1のサブキャリアの振る舞い(例えば、伝達関数)を予測する確率が高くなることを示す。そのように、相関のより大きな値は、サブキャリア周波数が互いに非常によく似た伝達関数を有することを示すことができ、それゆえ、2つのサブキャリア間で高レベルの予測可能性を可能にする。より小さな相関値は、チャネルが独立していることを示すことができ、それゆえ、2つのサブキャリア間の予測可能性のレベルを低くする。モジュール300は、次式にしたがって、仮定した相関を使用して、2つのサブキャリア間の初期相関を計算するように構成される:
Figure 2010503268
ここで、Mはサブキャリアの総数であり、Lはチャネル115の遅延拡散を表す数であり、そしてlは時間ドメインにおけるチャネル・タップを表す(送信チャネル115の)チャネル・パスのインデックスである。前のOFDMシンボル・セット210が受信機110によって1つも受信されていない時(例えば、スタートアップ時に)、式(10)は、好ましくは使用される、とはいえ、式(10)は、前のOFDMシンボル・セット210が受信されている時に使用されることが可能である。
OFDMシンボル・セット210のそれぞれの中の各シンボル215に関して、モジュール300は、最も近い方から4個のパイロット222の位置を決定するように構成される。関心のあるサブキャリアに最も近い方から4個のパイロットを選択するために、モジュール300は、関心のあるサブキャリアよりも大きなサブキャリア・インデックスを有する最も近い方から2個の分散したパイロット・シンボル222を、そして関心のあるサブキャリアよりも小さなサブキャリア・インデックスを有する最も近い方から2個の分散したパイロット・シンボル222を選択するように構成される。例えば、シンボル245に関するチャネル推定値を計算するために、モジュール300は、パイロット・シンボル246と247(関心のあるサブキャリアよりも小さなインデックスを有する最も近い方から2個のパイロット・シンボル222)を選択し、そしてパイロット・シンボル248と249(関心のあるサブキャリアよりも大きなインデックスを有する最も近い方から2個のパイロット222)を選択するように構成される。
“端”のサブキャリア(例えば、パイロット246とパイロット247との間のシンボル215を送信するために使用するサブキャリア)に関して、モジュール300は、推定プロセスにおいて4個よりも少ないパイロットを使用するように構成される。例えば、シンボル253よりも低い周波数のサブキャリアを使用して送信されたただ1個のパイロット・シンボル222(例えば、パイロット・シンボル246)がある。同様に、シンボル254よりも高い周波数のサブキャリアを使用して送信されたただ1個のパイロット・シンボル222、すなわち、パイロット・シンボル256がある(パイロット・シンボル256は“分散した”パイロット・シンボルと考えられると仮定する)。端のサブキャリアに関するチャネル推定値を計算するためにモジュール300によって使用されるパイロットは、対称又は非対称であり得る。例えば、シンボル253に関するチャネル推定値を計算するために、パイロット・シンボル246と247、パイロット・シンボル246と248、パイロット・シンボル247と248又はパイロット・シンボル248と249が使用されることが可能である。あるいは、モジュール300は、端のサブキャリアを推定するために使用すべき4個(又はそれより多くの)パイロットの位置を決めるように構成されることができる。例えば、モジュール300は、パイロット・シンボル246,247,248と249を選択して、シンボル253に関するチャネル推定値を計算するように構成されることができる。端のサブキャリアを推定するために4個よりも2個少ないパイロット・シンボルを使用することは、推定プロセスにおいて使用する計算の数を削減することができる。
モジュール300は、受信機110によって受信されるOFDMシンボル・セット210のそれぞれに対して少なくとも12セットのMMSEフィルタリング係数を計算するように構成される。MMSEフィルタリング係数の各セットは、パイロット・シンボル247と248との間のシンボル215のうちの1つに対応し、そして1つの係数セットが、パイロット・シンボル248に対応する。さらに、MMSEフィルタリング係数の各セットは、(周囲の分散したパイロット・シンボル222に対して相対的な)それぞれのシンボル位置に対応する。例えば、第1のMMSE係数セットは、分散したパイロット・シンボル222のインデックスよりも1大きなインデックスを有するデータ・シンボル225に対応し(例えば、第1のMMSE係数セットはシンボル260,270,280,...に対応し)、第2のMMSE係数セットは、分散したパイロット・シンボル222のインデックスよりも2大きなインデックスを有するデータ・シンボル225に対応し(例えば、第2のMMSEフィルタリング係数はシンボル261,271,281,...に対応し)、第3のMMSE係数セットは、分散したパイロット・シンボル222のインデックスよりも3大きなインデックスを有するデータ・シンボル225に対応し(例えば、第3のMMSE係数セットはシンボル262,272,282,...に対応し)、等、である。MMSE係数セットのうちの1つ(例えば、12番目のセット)は、分散したパイロット・シンボル222に対応する。モジュール300は、次式にしたがってMMSEフィルタリング係数の12のセットを計算するように構成される:
Figure 2010503268
ここで、(*)は、モジュラー演算であり、そして
Figure 2010503268
ここで、RはOFDMシンボル・セット210のうちの1つが受信機110によって受信される各回毎に好ましくは計算される。しかしながら、Rは、受信するOFDMシンボル・セット210に対して1回より多く計算されることが可能である。
モジュール300は、信号125を送信するために使用する最大のサブキャリア周波数と最小のサブキャリア周波数の近くのサブキャリアに対応する追加のMMSEフィルタリング係数を計算するように構成される。モジュール300により計算される追加のMMSE係数の数は、パイロット・シンボル220のパターンに依存する。図3に示されるOFDMシンボル・セット210は、分散したパイロット・シンボル222の4つの異なる構成を有する。例えば、分散したパイロット・シンボル222の構成は、OFDMフレーム211と216、OFDMフレーム212と217、OFDMフレーム213と218、及びOFDMフレーム214と219において同じである。プロセッサ190により計算される追加のMMSE係数セットの数は、最小周波数のサブキャリアと最小周波数の分散したパイロット・シンボル222(又は最小周波数の連続したパイロット・シンボル221が最小周波数の分散したパイロット・シンボル222と一致する時には、2番目に低い周波数の分散したパイロット・シンボル222)との間のデータ・シンボル225の数に依存する。例えば、最小周波数のパイロット・シンボル222が低い方から4番目のサブキャリアを使用して送信される場合、そのときは、4個の追加のMMSE係数セットが計算される。最小周波数のパイロット・シンボル222が低い方から7番目のサブキャリアを使用して送信される場合、そのときは、7個の追加のMMSE係数セットが計算される。同様に、プロセッサにより計算される追加のMMSE係数セットの数は、最大周波数のサブキャリアと最大周波数の分散したパイロット・シンボル222(又は最大周波数の連続したパイロット・シンボル221が最大周波数の分散したパイロット・シンボル222と一致する時には、2番目に高い周波数の分散したパイロット・シンボル222)との間のデータ・シンボル225の数に依存する。式12は、パイロット・シンボル220のパターンに応じて変化することができる。例えば、パイロット・シンボル220のうちの2個が端のサブキャリアに関するチャネル推定値を計算するために使用する場合には、式12は、次のように書き換えられる:
Figure 2010503268
ここで、Sはチャネル推定値を計算するために使用するパイロット・シンボル220の間隔である。例えば、OFDMフレーム213に関して、式12は、次のように書き換えられる:
Figure 2010503268
OFDMフレーム214に関して、式12は、次のように書き換えられる:
Figure 2010503268
OFDMフレーム216に関して、式12は、次のように書き換えられる:
Figure 2010503268
OFDMフレーム217に関して、式12は、次のように書き換えられる:
Figure 2010503268
モジュール300が4個の、7個の、10個の、又は13個の追加のMMSE係数を計算するように記述されてきているが、他の個数の係数が、計算されることが可能である。
上記のフィルタリング係数を使用して、モジュール300は、次式により関心のあるサブキャリアのチャネル推定値を計算するように構成される:
Figure 2010503268
ここで、H^(m)は、(上に記述されたように選択される)パイロット・シンボル220の選択されたサブセットを送信するために使用するサブキャリアのチャネル推定値であり:
Figure 2010503268
そして、c(m)は対応するMMSEフィルタリング係数である。
モジュール300は、式(13)を使用して得られる初期チャネル推定値を使用して送信機105によって送信される信号(例えば、信号125)を推定するように構成される。モジュール300は、信号125を送信するために使用するサブキャリアの全てのチャネル推定値を使用して送信機105により送信される信号を推定するように構成される。モジュール300は、次式により1−タップ等化を使用して信号125の推定値を計算するように構成される:
Figure 2010503268
ここで、X^(m)は送信された信号(ここでは、信号125)の推定されたバージョンであり、Y(m)は信号130のフーリエ変換であり、そしてH^(m)は式(13)を使用して得られるチャネル推定値である。
モジュール300は、受信したパイロット・シンボルを実際に送信したパイロット・シンボル220で代用し、そして受信したTPSシンボル227を推定したTPSシンボルで置き換えるように構成される。受信したパイロット・シンボル220を実際のパイロット・シンボルで置き換えること、及び受信したTPSシンボル227を推定したTPSシンボルで置き換えることは、プロセッサ190によって計算されるチャネル推定値の精度を高めることができる。例えば、分散したパイロット・シンボル247は、(上に記述したように)送信チャネル115により悪影響を受ける。しかしながら、受信機110は、パイロット・シンボル247の値を事前に知っている。そのため、モジュール300は、パイロット・シンボル247の受信したバージョンをパイロット・シンボル247の実際のバージョンで代用することが可能である。モジュール300は、受信したTPSシンボル227を推定したTPSシンボルで置き換えて、追加の既知の基準点を設定するようにさらに構成される。受信したTPSシンボル227を推定したTPSシンボルで置き換えるために、モジュール300は、次式により1つのOFDMシンボル・セット210中のTPSシンボルの全ての平均を取ることによりTPSシンボル227を推定するように構成される:
Figure 2010503268
代用されたパイロット・シンボル220及び平均したTPSシンボル227を使用することによりチャネル相関計算の精度を高めることは、チャネル推定プロセスの精度を高めることができる。そのように、モジュール300は、式(10)を使用して計算される初期チャネル相関値を修正するように構成される。モジュール300は、次式によりチャネル推定値の別の繰り返しを計算することにより初期チャネル相関を修正するように構成される:
Figure 2010503268
ここで、X^(m)はここでは代用されたパイロット・シンボル及び代用されたTPSシンボルを有する信号125の推定されたバージョンである。モジュール300は、次式を使用して(それにより式(10)において行われた仮定を置き換えることにより)チャネル相関の推定値を計算するように構成される:
Figure 2010503268
ここで、Kは(k−k)=mを満足するケースの数である。チャネル相関モジュール300は、メモリ315中にR(m)を記憶するように構成される。パイロット・シンボル220及びTPSシンボル227は、これらのシンボルを使用して得られるチャネル推定値がデータ・シンボルを使用するものよりも信頼できるという理由で、好ましくはチャネル相関を計算するために使用される。事前にパイロット・シンボル220を知ると、プロセッサ190は、より正確なチャネル相関を計算することができる。例えば、プロセッサ190は、実際の送信したパイロット・シンボルを送信したパイロット・シンボルの受信したバージョンと比較することにより(個々のパイロット・シンボル220のそれぞれの特定の時間及び周波数における)実質的に正確なチャネル相関を計算することができる。パイロット・シンボル220の実質的に正確なチャネル推定値を使用して、プロセッサ190はさらに正確なチャネル相関値を計算するより高い可能性を有することがある。(例えば、パイロット・シンボル又はTPSシンボルでない)他のチャネルが、例えば、選択基準として信号対ノイズ比を使用して基準点として選択されることが可能である。
チャネル相関モジュール300は、次式により時間ドメインにおけるチャネル115の推定した平均相関を得るように構成される:
Figure 2010503268
ここで、βは前の相関推定値の一部を置き換えるために使用する事前に決められた既知のパラメータ(例えば、1/16,1/8)である。平均チャネル相関を計算するために使用するシンボル・セット210の数を増加させることは、よりスムースであり/又は実際のチャネル相関により近いチャネル相関を結果としてもたらすことが可能である。チャネル相関モジュール300は、メモリ305中にR^(m)を記憶するように構成される。
高速で変化する送信チャネルのチャネル推定を実行するために、受信機110は、チャネル推定計算の際にICIを含むはずである。チャネル間干渉は、送信チャネル115が1つのOFDMシンボル・セット210内で一定でないときに生じることがある。ICIは、式(6)を次式のように書き換えることによりMMSE計算において説明されることができる:
Y(m)=H(m)X(m)+ICI(m)+N(m), 0≦m≦M−1 (19)
ここで、
Figure 2010503268
これは特定のOFDMシンボル内の平均CIRのFFTであり、そして
Figure 2010503268
これは送信チャネル115における時間変動により引き起こされる干渉である。
モジュール305は、信号130中に存在するICIを考慮することにより高速で変化するチャネルを説明するように構成される。モジュール305は、信号130中に存在する周波数ドメインICIを推定し、推定した信号(例えば、X^(m))から引き算するように構成される。モジュール305は、OFDMシンボル・セット210のうちの2つの間の送信チャネル115の時間ドメイン変動が線形であると仮定するように構成される、とはいえ、別の仮定が行われ得る。この仮定を使用して、モジュール305は、現在受信されているOFDMシンボル・セット210のチャネル推定値と前に受信したOFDMシンボル・セット210のチャネル推定値との間の差異を次式により計算するように構成される:
Figure 2010503268
ここで、H^ は現在のOFDMシンボル・セット210のチャネル推定値であり、H^ は(例えば、メモリ315から取り出される)前のOFDMシンボル・セット210のチャネル推定値であり、そしてGはガード・インターバルの長さであり、それは事前に既知である。H^ H^ は、本明細書中で説明されるように計算されることができる。
チャネル傾斜とICI項との間の関係を理解するために、式(6)を次式のように再編成することは有用である:
Figure 2010503268
ここで、N(m)は|q|>Qに対する残りの項とN(m)を含み、ここで、qはサブキャリアのインデックスである。式(23)を使用して、モジュール305は、次式にしたがって送信チャネル115のインパルス応答を表すように構成される:
Figure 2010503268
そして、αはチャネル変動の傾斜である。したがって、式(22)は次式のように単純化されることが可能である:
Figure 2010503268
(すなわち、(k−(M−1)/2)のIFFT)、それは事前に計算される(例えば、受信機110の製造の間にメモリ中に記憶される)ことができ、そして
Figure 2010503268
(すなわち、H^ slopは周波数ドメインにおけるチャネル傾斜推定値である)。モジュール305は、次式によりCIR傾斜を推定するように構成される:
Figure 2010503268
ここで、H^ slopは周波数ドメインにおいて表示されるα^である。モジュール305は、計算された情報をモジュール300へ提供するように構成される。
モジュール300は、モジュール305により提供される情報(例えば、ICI情報)を使用して送信された信号(例えば、信号125)を推定するように構成される。モジュール300は、次式により受信した信号(例えば、信号130)からモジュール305により提供されるICI情報を引き算することにより送信された信号(例えば、信号125)を推定するように構成される:
Figure 2010503268
ここで、Qは小さな整数(例えば、1又は2、とはいえ、他の整数が可能である)である。
モジュール300は、式(30)のさらなる繰り返しを計算するように構成され、それは最終チャネル推定値の出来栄えを向上させることが可能である。モジュール300は、次式によりICIを引き算した信号について周波数ドメインMMSEチャネル推定を実行するように構成される:
Figure 2010503268
ICI除去の追加の繰り返し及び/又は追加MMSE等化は、望まれる場合には、モジュール300と305とによって実行されることが可能である。その上、式(9)を使用してモジュール300によって計算されるチャネル相関は、式(12)を使用して更新されることが可能である。モジュール300は、式(30)と(31)を使用して、次式により最終チャネル推定値を計算するように構成される:
Figure 2010503268
モジュール300は、メモリ中にH^(m)を記憶するように構成される。各関心のあるサブキャリアに関して、メモリ315は、式(32)を使用してプロセッサ185へ最終チャネル推定値を与えるように構成されることができる。あるいは、メモリ315は、式(32)から得られる最終チャネル推定値がメモリ中に記憶され、そして必要な時にプロセッサ185により取り出されるように構成されることが可能である。プロセッサ190により与えられる情報を使用して、プロセッサ185は、シンボル215のうちの受信したものを対応するコンステレーション点(例えば、QPSK,16QAM,又は64QAMコンステレーション)にマッピングすることにより信号130の最終推定値を計算するように構成される。
ビタビ・デコーダは、チャネル推定プロセスの期間に使用されることができ、計算されるチャネル推定値の精度を高め、そして複数のサブキャリア間のICIを低減する。例えば、モジュール300は、ビタビ・アルゴリズムを使用して式23の出力を解析するように構成される。モジュール300は、例えば、DVB−T/H規格にしたがってビタビ・デコードされたビットをエンコードして、コンステレーション点により表わされる推定した送信信号(例えば、信号125)を得るようにさらに構成される。モジュール300は、しかも、例えば、ビタビ・アルゴリズムを使用してハード判断及び/又はソフト判断を解析することによって得られるチャネル傾斜推定値を使用してICI除去を実行するように構成される。ビタビ・デコーダを使用するとき、モジュール300は、ICIを取り去った信号を使用してMMSEを実行して、追加のチャネル推定値を得るように構成される。ICIを取り去った信号を使用するMMSEステップは、チャネル推定プロセスの複雑性を低減させるために省略されることが可能である。
動作において、図5を参照して、さらに図2−図4を参照して、システム100を使用してチャネル推定を実行するためのプロセス400は、示されたステージを含む。プロセス400は、しかしながら、具体例としてだけであり、限定するものではない。プロセス400は、例えば、ステージを追加する、削除する、又は再編成することにより、変更されることが可能である。
ステージ405では、受信機110は、送信チャネル115を介して送信機105により送信された信号125(例えば、信号130へと変換されているOFDM DVB−T/H信号)を受信する。受信機110によって受信された各OFDMシンボル・セット210に対して、S/P変換器170は、OFDMシンボル・セット210を並列信号172へと変換する。各ストリーム(例えば、172から172)は、送信チャネル115を介して信号125を送信するために使用する異なるサブキャリアに対応する。プロセッサ175は、S/P変換器170から信号172を受信する。プロセッサ175は、プロセッサ160によって加えられた巡回プリフィックスを取り除く。プロセッサ175は、信号177をプロセッサ180へ与える。プロセッサ180は、信号177にFFTを実行して信号177を周波数ドメイン信号182へと変換する。プロセッサ182は、プロセッサ185と190に各OFDMシンボル・セット210を与える。
ステージ410では、プロセッサ190は、初期チャネル相関推定を実行する。モジュール300は、受信したOFDMシンボル・セット210に対応するRを計算し、そしてRをメモリ315中に記憶する。モジュール300は、式(11)を使用してMMSEフィルタ係数の少なくとも12セットを計算し、MMSE係数セットのそれぞれは、周囲のパイロット・シンボル220に対して相対的なデータ・シンボル225の個々の位置に対応する。モジュール300は、MMSEフィルタ係数をメモリ315中に記憶する。モジュール300は、信号125を送信するために使用した最小周波数と最大周波数の近くのサブキャリアに対応する追加のMMSEフィルタ係数を計算する。フレーム205に関して、シンボル・セット210中の分散したパイロット・シンボル222の構成に応じて、モジュール300は、式(11)を使用して4,7,10、又は13の追加の係数を計算する。
ステージ415では、モジュール300は、チャネル推定値を計算するために使用されようとしているパイロット220のサブセットを決定する。データ・シンボル225とTPSシンボル227のそれぞれに関して、モジュール300は、検査中のシンボル215を送信するために使用したサブキャリアと、信号125を送信するために使用した最小周波数及び最大周波数サブキャリアとの間に、少なくとも2つの分散したパイロット・シンボル222があるかどうかを判断する。検査中のシンボル215を送信するために使用したサブキャリアと最大周波数及び最小周波数サブキャリアとの間に少なくとも2つの分散したパイロット・シンボル222がある場合には、モジュール300は、MMSE等化において使用する4つのパイロット・シンボル222を選択する。例えば、モジュール300は、検査中のシンボル215よりも低いサブキャリア周波数を有する分散したパイロット・シンボル222のうちの最も近い方から2つと、検査中のシンボル215よりも高いサブキャリア周波数を有する分散したパイロット・シンボル222のうちの最も近い方から2つを、選択する。例えば、シンボル245のチャネル推定値を計算するとき、モジュール300は、パイロット・シンボル246,247,248と249を選択する。検査中のシンボル215が、その検査中のシンボルを送信するために使用したサブキャリアとその信号125を送信するために使用した最小周波数又は最大周波数サブキャリアとの間に2よりも少ない分散したパイロット・シンボル222を有する場合には、(より低い周波数サブキャリア又はより高い周波数サブキャリアを有する)最も近い方から2つのパイロット222を選択する。例えば、シンボル253に関するチャネル推定値を計算する時にどちらのパイロット222のサブセットを使用するかを判断するとき、モジュールは、パイロット・シンボル246と247を選択する。モジュール300は、式(13)を使用して検査中のシンボル215のそれぞれにMMSE等化を実行して、検査中の各サブキャリアに関する初期チャネル推定値を得る。2より多い又は少ないパイロット222が、端チャネルの推定値を計算するために使用されることが可能である。
ステージ420では、モジュール300は、式(14)及びステージ415において計算した初期チャネル推定値を使用して信号125の推定値を計算する。モジュール300は、推定したパイロット・シンボルを実際のパイロット・シンボルで置き換える。モジュール300は、式(15)を使用して検査中のOFDMシンボル・セット210中の全てのTPSシンボル227を平均することによりTPSシンボル推定値の精度をさらに正確にする。モジュール300は、(代用されたパイロット・シンボル及びTPSシンボルを有する)信号125の推定値及び式(16)を使用して送信チャネル115のチャネル推定値を計算する。モジュール300は、式(17)を使用して最新のチャネル相関を計算し、それはメモリ315中に記憶される。モジュール300は、式(18)を使用して推定される平均相関をさらに計算する。
ステージ425では、モジュール305は、信号130中に存在する周波数ドメインICIを計算し、推定した信号(例えば、X^(m))から差し引く。モジュール305は、OFDMシンボル・セット210のうちの2つの間の時間変動が線形であると仮定し、そしてこれから受信されるOFDMシンボル・セット210のチャネル推定値と受信した前のOFDMシンボル・セット210のチャネル推定値との間の差異を計算する。モジュール305は、式(22)を使用して現在のチャネル推定値と前のチャネル推定値との間の差異を計算する。モジュール300は、(バス310を介して直接的に、又はメモリ315を経由して間接的に、のいずれかで)モジュール305により与えられるICI情報を使用して、式(31)を用い、ICIを差し引いた推定した信号を使用してMMSEチャネル推定を実行する。ICI除去の追加の繰り返し及び/又は追加のMMSE等化は、望まれる場合には、モジュール300と305によって実行されることが可能である。
ステージ430では、モジュール300は、送信チャネル115の最終チャネル推定値を計算し、そしてチャネル相関を更新する。モジュール300は、式(32)を使用して送信チャネル115の最終チャネル推定値を計算する。
ステージ435では、プロセッサ190は、受信機110が別のOFDMシンボル・セット210を受信したかどうかを判断する。もしそうであれば、プロセス400はステージ405に戻る。そうでなければ、プロセス400は、終了される。
他の実施形態は、本発明のスコープ及び精神の範囲内である。例えば、ソフトウェアの性質のために、上に記述した機能は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、有線接続、又はこれらのいずれかの組み合わせを使用して実装されることが可能である。機能を実装する構成は、しかも、様々な場所に物理的に置かれることができ、機能の一部が別の物理的な場所で実装されるように分散されることを含む。例えば、図4はそれぞれが特定の機能を実行するように記述されてきている複数のモジュールを示しているが、モジュールのそれぞれによって与えられる機能は、1つのモジュールへと複合される及び/又は追加のモジュールへと分離されることが可能である。受信機110は、並列処理を使用して実質的に同時に並列のチャネル推定値を処理するように構成されることが可能である。メモリ305がプロセッサ190の一部として示されているとはいえ、別の構成が可能である(例えば、メモリ305は、プロセッサ185中に置かれることができる、又はネットワーク接続を介して遠くに置かれることができる)。
図5を参照して、プロセス400は、時間とともに変化する強度プロフィールを有する送信チャネルに対応するように修正されることが可能である。例えば、プロセス400は、相関が現在のチャネル推定値に基づくステージを含むことが可能であり、そして追加のMMSEがICI除去を適用する前に実行される。その上、ステージ420の期間に実行されるMMSEは、ステージ410の期間に実行されることができ、そしてチャネル相関推定は、ステージ430からステージ410へ移されることが可能である。
本発明は、分散したパイロット・シンボル222を送信するために使用するサブキャリアの間隔が12であるDVB−T/H規格の文脈において記述されてきているが、他の構成が可能である。例えば、本発明は、分散したパイロット・シンボル222を送信するために使用するサブキャリアの間隔が3である送信規格により動作するように適応されることが可能である。
プロセッサ190は、分散したパイロット・シンボル222を使用するように記述されていているが、他のパイロット・シンボルが使用されることが可能である。例えば、連続したパイロット・シンボル221のうちの選択されたものが、分散したパイロット・シンボル222と一致しない場合でさえも、プロセッサ190は、連続したパイロット・シンボル221を使用することが可能である。例えば、図3を参照して、シンボル250は、シンボル251に関するチャネル推定値を計算するために使用されることができる。分散したパイロット・シンボル222と一致しない連続したパイロット・シンボル221を使用することは、しかしながら、例えば、式(11)と(12)への追加項を加えることによって、プロセッサ190により実行される計算の複雑さを増加させることがある。
ある値及び/又は大きさが、1又はそれより多くの式を使用して計算されるように記述されてきているとはいえ、他の構成が可能である。例えば、特定の値を計算することよりはむしろ、値は、事前に計算されることが可能であり、そしてメモリ315から取り出されることが可能である。
本発明がディジタル・テレビのブロードキャストの文脈で記述されてきているが、本発明は、セルラ通信、衛星通信、衛星無線ブロードキャスト、地上無線ブロードキャスト、無線ネットワーキング(例えば、WiFi)等のような別の移動チャネル又は無線チャネルにおいて使用されることが可能である。
さらに、上の記述が本発明に向けられているとはいえ、本記述は、1より多くの発明を含むことができる。

Claims (31)

  1. 複数のサブキャリアを使用して送信されたデータ・シンボルとパイロット・シンボルとを含んでいるOFDMシンボル・セットを含む直交周波数分割多重化(OFDM)ディジタル・ビデオ・ブロードキャスト(DVB)信号を受信するための受信機、前記OFDM DVB信号は送信チャネルを介して前記受信機へ向けて送信される、前記受信機は、
    前記送信チャネルを介して前記OFDM DVB信号を受信するように構成された入力モジュール、及び
    前記入力モジュールに接続され、そして前記OFDMシンボル・セットにフーリエ変換を実行して周波数ドメインにおいて変換されたシンボル・セットを生成することにより、そして前記OFDM DVB信号中の前記パイロット・シンボルのサブセットを使用して前記変換されたシンボル・セットに最小平均二乗誤差(MMSE)等化を実行することにより、前記送信チャネルのチャネル推定値を計算するように構成された、チャネル推定モジュール、
    を具備する受信機。
  2. 前記チャネル推定モジュールは、受信したOFDMシンボル・セット当たり1のフーリエ変換を実行する、請求項1の受信機。
  3. 前記パイロット・シンボルのサブセットは、前記OFDMシンボル・セット中の前記パイロット・シンボルの全てよりも実質的に少ない、請求項1の受信機。
  4. 前記チャネル推定モジュールは、前記パイロット・シンボルのサブセットとして、検査中のデータ・シンボルを送信するために使用した周波数よりも低い周波数を有するサブキャリアを使用して送信されたN個の最近接パイロット・シンボル及び前記検査中のデータ・シンボルを送信するために使用した前記周波数よりも高い周波数を有するサブキャリアを使用して送信されたN個の最近接パイロット・シンボルを選択するように構成される、請求項3の受信機。
  5. 前記チャネル推定モジュールは、前記パイロット・シンボルのサブセットとして、検査中のデータ・シンボルを送信するために使用した周波数よりも高い周波数を有するサブキャリアを使用して送信されたN個の最近接パイロット・シンボルを選択するように構成される、請求項3の受信機。
  6. 前記チャネル推定モジュールは、前記パイロット・シンボルのサブセットとして、検査中のデータ・シンボルを送信するために使用した周波数よりも低い周波数を有するサブキャリアを使用して送信されたN個の最近接パイロット・シンボルを選択するように構成される、請求項3の受信機。
  7. 前記チャネル推定モジュールは、前記OFDMシンボル・セットのそれぞれを送信するために使用した個々のサブキャリアのそれぞれに対応するチャネル推定値を計算する、請求項1の受信機。
  8. 前記チャネル推定モジュールは、前記データ・シンボルのうちの1より多くのチャネル推定値を並列に計算するように構成される、請求項1の受信機。
  9. Nは2に等しく、そして前記チャネル推定モジュールは、次式により前記データ・シンボルのそれぞれのチャネル推定を実行するように構成される:
    Figure 2010503268
    ここで、cは個々のフィルタ係数であり、H^(m)は前記パイロット・シンボルの前記サブセットのうちの個々の1つに関するチャネル推定値であり、そしてpは前記パイロット・シンボルの前記サブセットのうちの個々の1つのインデックス値である、請求項4の受信機。
  10. 前記チャネル推定モジュールは、次式によりフィルタ係数を計算するように構成される:
    Figure 2010503268
    ここで、Mは前記OFDM DVB信号中に存在するサブキャリアの総数であり、lはマルチ・パスOFDM DVB信号の個々のパスのそれぞれを表すインデックスであり、Lはチャネル115の遅延拡散を表す数であり、mは相関が計算されようとしている2つの選択されたチャネルの間に介在するチャネルの数を表す整数値であり、そして
    E{|h(k)|}=σ
    ここで、h(k)は前記送信チャネルのl番目のパスの時刻kにおけるチャネル・インパルス応答である、請求項9の受信機。
  11. 前記チャネル推定モジュールは、周波数ドメインにおいて、前記送信チャネルに関連するチャネル間干渉(ICI)値を計算するように構成される、請求項1の受信機。
  12. 前記チャネル推定モジュールは、前記ICI値を使用してチャネル推定を実行するように構成される、請求項11の受信機。
  13. 前記チャネル推定モジュールは、前記受信したOFDM DVB信号から前記ICI値を取り去った後、MMSE等化を実行するように構成される、請求項12の受信機。
  14. 前記チャネル推定モジュールは、次式によりチャネル相関値を推定することによりチャネル推定値を計算するように構成される:
    Figure 2010503268
    ここで、Kは(k−k=mを満足するケースの数であり、そしてMは前記OFDM DVB信号中に存在するサブキャリアの総数である、請求項1の受信機。
  15. 前記推定したチャネル相関値は、次式により平均される:
    R^(m)=(1−β)R^(m)+βR(m)
    ここで、βは事前に決められた既知のパラメータである、請求項14の受信機。
  16. 前記チャネル推定モジュールは、ビタビ・デコーダを使用するように構成される、請求項1の受信機。
  17. 複数のサブキャリアを使用して送信されたデータ・シンボルとパイロット・シンボルとを含んでいるOFDMシンボル・セットを含む直交周波数分割多重化(OFDM)ディジタル・ビデオ・ブロードキャスト(DVB)信号を送信するために使用した送信チャネルのチャネル推定値を計算するための方法、前記方法は、
    送信チャネルを介して受信機において前記OFDM DVB信号を受信すること;
    前記OFDMシンボル・セットにフーリエ変換を実行して、周波数ドメインにおいて変換されたシンボル・セットを生成することにより、そして
    前記OFDM DVB信号中の前記パイロット・シンボルのサブセットを使用して前記変換されたシンボル・セットに最小平均二乗誤差(MMSE)等化を実行することにより
    前記周波数ドメインにおいて前記送信チャネルのチャネル推定値を計算すること、
    を具備する方法。
  18. チャネル推定値を計算することは、受信したOFDMシンボル・セット当たり1のフーリエ変換を実行することによりチャネル推定値を計算することを含む、請求項17の方法。
  19. 前記パイロット・シンボルのサブセットとして、検査中のデータ・シンボルを送信するために使用した周波数よりも低い周波数を有するサブキャリアを使用して送信されたN個の最近接パイロット・シンボル及び前記検査中のデータ・シンボルを送信するために使用した前記周波数よりも高い周波数を有するサブキャリアを使用して送信されたN個の最近接パイロット・シンボルを選択することをさらに具備する、請求項17の方法。
  20. 前記パイロット・シンボルのサブセットとして、検査中のデータ・シンボルを送信するために使用した周波数よりも低い周波数を有するサブキャリアを使用して送信されたN個の最近接パイロット・シンボルを選択することをさらに具備する、請求項18の方法。
  21. 前記パイロット・シンボルのサブセットとして、検査中のデータ・シンボルを送信するために使用した周波数よりも高い周波数を有するサブキャリアを使用して送信されたN個の最近接パイロット・シンボルを選択することをさらに具備する、請求項18の方法。
  22. チャネル推定値を計算することは、前記データ・シンボルのうちの1より多くのチャネル推定値を並列に計算することを含む、請求項17の方法。
  23. 前記チャネル推定値を計算することは、2に等しいNを用いそして次式により、関心のあるデータ・シンボルの前記チャネル推定値を計算することを含む、
    Figure 2010503268
    ここで、cは個々のフィルタ係数であり、H^(m)は前記パイロット・シンボルの前記サブセットのうちの個々の1つに関するチャネル推定値であり、そしてpは前記パイロット・シンボルの前記サブセットのうちの個々の1つに関するインデックス値である、請求項17の方法。
  24. 前記チャネル推定値を計算することは、次式によりフィルタ係数を計算することを含む、
    Figure 2010503268
    ここで、Mは前記OFDM DVB信号中に存在するサブキャリアの総数であり、lはマルチ・パスOFDM DVB信号の個々のパスのそれぞれを表すインデックスであり、Lはチャネル115の遅延拡散を表す数であり、mは相関が計算されようとしている2つの選択されたチャネルの間に介在するチャネルの数を表す整数値であり、そして
    E{|h(k)|}=σ
    ここで、h(k)は前記送信チャネルのl番目のパスの時刻kにおけるチャネル・インパルス応答である、請求項23の方法。
  25. チャネル推定値を計算することは、前記OFDM DVB信号を送信するために使用した個々のサブキャリアのそれぞれに対応するチャネル推定値を計算することを含む、請求項11の方法。
  26. 周波数ドメインにおいて、前記送信チャネルに関連するチャネル間干渉(ICI)値を計算することをさらに具備する、請求項11の方法。
  27. 前記チャネル推定値を計算することは、前記ICI値を使用して前記送信チャネルのチャネル推定値を計算することを含む、請求項26の方法。
  28. 前記チャネル推定値を計算することは、前記OFDM DVB信号から前記ICI値を取り去った後、MMSE等化を実行することを含む、請求項27の方法。
  29. チャネル推定値を計算することは、次式によりチャネル相関値を推定することによりチャネル推定値を計算することをさらに含む:
    Figure 2010503268
    ここで、Kは(k−k=mを満足するケースの数であり、そしてMは前記OFDM DVB信号中に存在するサブキャリアの総数である、請求項17の方法。
  30. チャネル推定値を計算することは、次式により前記推定したチャネル相関値を平均することをさらに含む:
    R^(m)=(1−β)R^(m)+βR(m)
    ここで、βは事前に決められた既知のパラメータである、請求項29の方法。
  31. チャネル推定値を計算することは、ビタビ・デコーディングを実行することをさらに含む、請求項17の方法。
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