TW201240403A - Intersymbol interference removal method and receiver - Google Patents

Description

201240403 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明為一種干擾移除方法，特別是在一正交多頻分 工系統内的一符元干擾移除方法。 【先前技術】 正交多頻分工（orthogonal frequency division multiplexing，OFDM )技術在處理多路徑衰弱通道 (multipath fading channels)時，對於減輕符元干擾移除是 非常有效的。在習知技術中，OFDM符元是藉由循環字首 (cyclic prefix，CP)來分隔，使得接收器在解調變資料時 變得相對的簡單。近來，時域同步正交多頻分工 (TDS-OFDM)也引起越來越多的興趣，其中偽雜訊信號 (pseudo-noise，PN)序列取代了循環字首做為保護區間以 及訓練符元（training symbol)。中國的數位地面電視廣播 (Digital Terrestrial Television Broadcasting，DTTB )標準 也採用了 TDS-OFDM技術。 在TDS-OFDM系統内，插入的PN序列做為訓練符元， 是為了接收器的同步與通道估計（channel estimation)所設 計，這使得其不用如DVB-T系統一樣，在傳送的信號頻譜 内加入前導信號。基於這個理由，基本上來說’ TDS-OFDM 系統可以較CP-OFDM系統得到較高的輸量（channel throughout)。不過很多CP-OFDM内的演算法包括了同步 與通道估計的部分是無法被直接應用在TDS-OFDM系統 201240403 内。因此’在本說明奎中，合 的頻道估計μ化（e 寸別針對TDS_〇FDM系統内 I、寻化（eqUahzatl〇n)進行討論。 【發明内容】 - 實施例為—種符元干擾移除方法，適用於 號的-元^ 接收器、，、用以移除該接收器接收到的信 二ί ’以估計搭載在該接收信號的—頻率域的資 收的信號的干擾包括由該接收信號的一已知 二：：:括第一干擾與由一未知信號造成的-第二干 ，一括：將該第—干擾自該接收信號中移除以產 弟叫Η虎；根據該第一信號估計一第一頻率域 根據該第一頻率域資料產、^ i 王尾埏k 號（tailing signal); 根據該尾端信號與職㈣紐計-第二鮮域資料。 ,夕本發明的另-實施例為—種接收器，適用於—正交分 頁夕，系統’可移除該接收11接收到的信號的符元干擾， j估计搭載在該接㈣號的―頻率域的資料信號。該接收 益包括-前導信號移除單元、_符元干 一 p皆笠几口α — Τ〜 一寺化早兀以及一尾端信號產生單元。該前導信號移除單 ^，接收一接收信號並自該接收信號移除複數個前導信 亚跟據-時域通道脈衝響應產生—前導信號移除信 Ϊ符元干擾移除單元，接收該前導信號移除信號，並 。自忒别導信號移除信號移除一符元干擾以產生一第一信 號δ亥-階等化單元’接收該第一信號以產生一第一頻率 201240403 產生單元’接收該第一頻率域資 ，其中該第一信號係根據該尾端 '域資料信號。該尾端信號 料信號以產生一尾端信號 信號產生。 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術㈣、特點與功效， 以下配合參考圖式之—較佳實施例的詳細說明中，將可产 疋的王現。以下貫施例中所提到的方向用語，例如：上、 下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此， 使用的方向U是用來說明並非用來限制本發明。 了文將會討論兩種供tds_〇fdm或zp_⑽贿系統在 =數個延，擴展（delayspread)通道情況下的符元干擾移 *第—種付（干擾移除方法會著重在延遲擴展的複 ^道的長度小於等於該前導信號的長度的情況。第二 ^付計擾移时法會著重在延展的複數個通道的長 :大於^導信號的長度的情況。第-種符it干擾移除方 可以應用在延遲擴展的複數個通道的長度大於該前導 4旒的長度的情況，只是效能較差。 第1圖為一 Ty_0FDM信號的一訊框架構 的;Γ.上…’示意圖。其中〜表是第i個訊框 、j符元。5孔框包括了一個訊框標頭（frame header) 與δΚ框本體。訊框標頭{\/=气是一個 長度為ρ的BPSK調變的時域ρΝ序列。訊框本體 201240403 Κ，./ = J’ e [β，户 +，- 1 =仍^;{U e [0,” — 1]}為具有 複數個頻域資料符元心的一長度為n的反相離散傅立葉轉 換符元，其中k為副載波索引（subcarrier index )。我們假 設離散時間射頻通道（discrete-time radio channel )是會隨 著時間改變，且可以作為一有限脈衝響應器 外的藍圖，其中d表示延遲擴展的長度。 因此，該接收信號可以被以數學式表示如下： 〇〇 /-1 {'-—〇〇 y=〇 其中/ = ;? + «為一 TDS-0FDM訊框的總長度，'表示 變化幅度（variance)為且平均值為0的可加性白色高 斯雜訊(Additive White. Gaussian Noise , AWGN)。在接收器 中，通道脈衝響應（channel impulse response，CIR)被假 定為已經，且訊雜比（signal-to-noiseratio，SNR)定義如 下：

4, CP-OFDM的一個廣為人知的特性就是在傳送的信號 與通道脈衝響應的一線性環積會變成一循環摺積（circular convolution )。這轉換了複數個時域循環通道（time-domain convolution channels)為頻率域中的複數個平行通道。利用 這樣的特性’可以利用簡單的一階頻域等化器（〇ne-tap frequency-domain equalization)，透過離散傅立葉轉換來實 現解調變複數個資料符元。然而，因為採用該時域前導信 號為保護區間（guard interval )，使得這樣的線性環積的 201240403 特性並沒有被保存在時域同步正交多頻分工⑽$郁腕） 系，.先中4 了使得這樣的特性重新存在於tds_〇f飾系統 中丄^需要先完成一些特定的運算，如前導信號移除i算 與重豐相加（Gve吟and_add，0LA)運算。在這樣的^ =破重新建立後，應用在CIM)FDM系'統的資料解調變流 程也可以被應用在TDS-OFDM系統中。 當第i個TDS-OFDM信號訊框在多路徑通道的情形下 遇到延遲擴展（delay ―) A d時，接收器需要搜等 以做為如第2a圖的解調變。街收到的信號向量可以表示如 下： 、’、

7V’， (2) 且第 /、中 Η 為（n+d-1) X n Toeplitz 矩陣 [/7°.....+ Toeplitz^EFi 且第l行為卜。..…入-1,0....，0] ; [〇,义./+1了為(时白

Toeplitz矩陣且巧/+1為（d—ow—i)的上三角T〇epiitz矩陣 (upper triangular Toeplitz matrix )，其中第丄行為 ho.....-2] ’ =[气0，...，*^，《-1了為為所要求得的資料信號的時 域訊框本體’ A = ['ΗΜ〇)，·.·，\七_,，α,.，。.·气^ j"為第i個信號訊 框所要移除的前導信號，Α+ι = [α/+Μ)..气+1，^,〜+1，。.4+1~_^ 為第（i+Ι )個信號訊框所要移除的前導信號， 你产[从㈣/外，…·％/-丨〗抑+(»+£/-2:)^表示加性高斯白雜訊（Additive White Gaussian Noise，AWGN)向量。 s 8 201240403 在移除了肇因於通道的延遲擴展（charmers delay spread)的前導信號與其影響（如第2b圖所示）後，接收 到的前導信號移除信號（preamble-removed received ， PR-received)向量可以表示如下： ri'= irf,o5· · \= H •Si+Wj (3) 接著’可以透過執行重疊相加運算（overlap and add， OLA)來建立環形指積（circular convolution)的特性。在 這邊的重疊相加運算是將最後(y - 1)個前導信號移除信號 元件（在OLA視窗内）加到最前1)個前導信號移除信 號元件（在FFT處理視窗内），如第2c圖所示。進行重疊 相加運异後的前導信號移除信號（p〇st-OLA PR-received signal )的信號向量可以表示如下： rr=V,〇 Α·-〇Γ =Hcir +^.''(4) 其中化>為η χ η的循環矩陣（circulant matrix)，且第 一列（row)為，且為 〇LA 雜訊向量。 該被等化的資料符元b可以透過離散傅立葉轉換 (Discrete Fourier Transform，DFT)運算估計： τ 。，W\k ιΛ—‘ — (5) 其中^為通道頻率響應，F，，, ,為第i個訊框的載子k估 計的OLA雜訊。資料解調變的完成與否可藉由設定資料符 元到接近等化的資料符元& λ.的一聚集點（constellation point) 〇 201240403 中，影響f料符4的精 又勺衫曰來源是來自如式⑺所提到的雜訊。在這個例子 ’立1誤率（blt_e.me，BER)會隨著㈣_ _ =广。，說)增加而降低。然而，這樣的結果並 的^擴展通道（…）的狀況，如第3a圖所示 請參考第3a至第兇圖。第3a至第％圖說明了在一 =2展(1: delay-spread )通道中’根據本發明提出 _ /等化肩异法的流程圖。該大延遲擴展通道係指延 4擴展的長度大於保護區間的長度，如第3a圖所示。 在，延遲，展通道内接收到的信號向量^可表示如下： & [乂”〇1.凡+以+ [0，1 ί ·〜W，其中η為 的Toeplitz矩陣且第1行為[I,…^ ； 户’卜]j為+ 的T〇eplitz矩陣且其中好尸,+1為 二1)Χ(Γ】)1的上三角T〇epHtZ矩陣，乂,/+1的第1行為 〜為所要求得的資料信號的時域

訊框本體，P. = [y Y ；Ι-Η"，-，)，···，·^"-^·，。，·.气w」為第i個信號訊框 的月1J導"4古丢舍 η Γ -ίΓ ° 儿’户/+1 ~ ρ-2]為第（i+1 ) /1> 力口 十生"〇' "^ϊί· / ^ Additive White Gaussian Noise 5 )向蓋°在執行過前導信號移除（preamble removal， PR )盘·§·晶士α丄、 $ 相加運算（overlap and add，OLA )後，處理 s 10 201240403 號包ΐ 了不止所要求的的信號與附加的雜諸，更可 I如弟3b與3c圖所示的兩個相鄰tds-ofdm符元 的付兀干擾。 η #合成的結果’但是對於解決來自兩個 日目钟ds-ofdm符元的兩種干擾的解決方式⑽咖， 同的。因為當對目前的信號訊框進行解調變時， 先前信號訊框的未知資料符元也會變成已知。由先前ϋ =框:1起的符元干擾就可以透過如前文中對移除時域;㈣ 所造成的干擾的方式來移除。在實作上，來自先前 信號訊框的符元干擾的範圍是可以根據先前信號訊框令有 多少個資料符元被正確的偵測到來被移除的。相反地，相 同的方法就不可以應用在下—信號訊框（next s㈣丘職）

S 所產生的符元干擾，因為下—信號訊框中的f料符元在接 收器在解調變目前的信號訊框時仍然是未知的。於此，我 們藉由信號重建的方式去減輕下一信號訊框所產生的符元 干擾的影響。第3d圖左側的信號表示的是已經對接收到的 信號進行前導信號移除以及重疊相加運算後仍有符元干擾 ⑽號。不同於以往直賤如第左側的信號直接進行 資料解调變，在〇LA視窗内，所要的時域信號元件（以下 輪尾端信號：）才皮重建’重冑的方式係根據通道脈衝響應與 偵測到最新產生的複數個頻率域資料符元（如第3d圖右^ 方所示）的線性摺積（linear conv〇luti〇n)。依上述方式重 建的時域信號在下文中稱作合成的前導信號移除^號 (PR-synthesized signal )。在重疊相加運算後，接收器會b ]] 201240403 對已經進行重疊相加運算的合成的前導 第3d圖右上所示）進行資料解調變。相=移除信號（如 執行好幾次，直到滿足系統的效能要求^止步驟會被重覆 iterative 在本發明提出的迭代式等化演首法 equalization algorithm )中的符號的定義如 h = [K..…，,ν2Γ . 名(~观德味[教，…，ej f{s).，(艺） r ，⑷= έ)，…，十) \Γ ϊ,η+ά-\ / · λ .,., y fis) /(S') Li,〇? yi,n-l^i,n _/,n，..”’㈤冰”〇…，〇 τ 厂 ' , + 代式=巧脈衝響應向量;炉表示本發明提出的迭 =專化料法的第U的演算中第i個信號訊框的已债 rW t) ： ； li > r Kb)^ rn\s) μ , 〃、 z 7刀別表示於本發明提出的迭代式等化演 g次的演算中的第i健號訊框的重建的尾端信 °里、合成的前導信號移除信號（PLsynthesized signal) =及執行重疊相加運算後的合成的前導信號移除信號向 里。錢代< 等化演算法可以下列步驟說明： () 自接收到的信號向量η移除所有已知的複數

S 12 .201240403 個1號的符元干擾，且將接收到信號中的已 =號的符元干㈣除後的信號向量定義為 ,，其中初始的尾端信號rf。) = f 即為初始的前導信號移除信號（PR-received =gnal) °要注意的是該等已知信號包括了 — ^刀已產生的時域訊框本體（frame b〇 , ί A Tr (2 )藉由g疊相加運算（仍dap and add，〇L A ) 自形成。接著，透過DFT運算來對 ’·進行資料解調變，次.被初次偵測到。 接下來由IDFT運算產生相關的時域訊 框本體乂⑼。設定g等於工。 (3) 尾端信號向量十]則根據^产_1)與h的線性摺 積（linear COnv〇imion)的最後的（心丨）信號元 件所重建。 (4) 合成的前導信號移除信號（PR-synthesized) 的仏號向量Γ ζ·是藉由合併與

f(s) M i所產生。接著，對執行重疊相加運 算（overlap and add， OLA )以形成信號向 13 201240403 201240403

，(茗) i

(6) 透過DFT運算來對〆心）、任/ ς；ω ' f ;進行資料解調變， 再次被偵測到。接下來，藉由IDFT運算 產生相關的時域訊框本體尤ω 设定g = g+ 1，且重覆步驟（3)到⑸， 直到位tc錯料（bit_emn、me)滿足預定 標準。 的一=圖為根據本發明之—實施例的-迭代式等化單元 你不思'。这代式等化單元（iteratWe equalization unit)適 傭於肌0FDM系統或是zp_〇FDM系統的―接㈣广 迭代式寻化早元可能被設置在一 OFDM接收器或一 0FDm 接收器内的―ISI移除單元。零點後入（獅padding)單 凡48接收並藉由填補’’G”f料的方式，改變_時域通道脈 :专應：產生具有、點的一第一時域通道脈衝響應。接 第FFT單元44a接收該第一時域通道脈衝響應以 產生一頻率域通道頻率響應。前導信號移除單元41自目前 接收到的信號中移除該前導信號，並根據該第一時域通道 脈衝響應以產生一前導信號移除（preamble removed)的信 δ併态42用以合併一尾端信號（taning Signai)與該 刖導1§唬移除信號以產生一第一信號，其中該尾端信號並

S 14 201240403 不是一開始就有產生的。也就是說，在運作初期沒有尾端 信號時’合併器42只是單純的將前導信號移除信號傳送到 重疊相加運算（overlap and add，OLA )單元43。該OLA 單元43對該第一信號執行一重疊相加運算以產生一第二 信號。第二FFT (快速傅立葉轉換）單元44b接收該第二 信號並執行一快速傅立葉轉換以產生一第二頻率域信號。 該一階等化單元45對該第一信號執行——階等化運算，並 根據該頻率域通道脈衝響應（frequency-domain channel impulse response)產生一頻率域資料信號。該頻率域資料 信號接著被迴授到一硬性決策單元46產生一第三頻率域 信號。IFFT單元44c接收該第三頻率域信號以產生一第三 時域信號。尾端信號（tailing signal)產生單元47接收該 第三時域信號，並根據該第一時域通道脈衝響應產生一尾 端信號。 第5圖為根據本發明之一實施例的一 iSI移除單元的示 意圖，可用於在TDS-0FDM或ZP-0FDM系統内的一接收 信號。前導信號移除單元51自目前接收到的信號中移除該 前導信號，並根據一時域通道脈衝響應以產生一前導信號 移除（preamble removed)的信號。頻率域通道脈衝響應產 生單元52接收該時域通道脈衝響應以產生一頻率域通道 脈衝響應。前導信號移除信號接著被傳送到ISI移除單元 53以移除一符元間干擾以產生一第一信號。該一階等化單 元54對該第一信號執行一一階等化運算，並根據該頻率域 通道脈衝響應（frequency-domain channel impulse response )忘 15 201240403 產，一頻率域資料信號。該頻率域 一尾端信號產生單元55以甚斗 處接者被傳适到 signal)，兮ρ 產生—尾端信號（tailino g °該尾端信號被輸入到isi移除單元53 下一個訊框造成的—辟开門不植 除早7^ 53以移除由 除單元53第__12擾°要注意的是’ f ISI移 時，⑸移除罩- 號移除信號移除一符元間干擾 :n '、兀53只對刖導信號移除信號進行處理，而 〆又错尾端信號。只有當初始頻率 且該初始尾端信號也被產生了，ISI移除 行處理以移除符元間干擾時，二:： 料信號就可里Γ更4^虎。藉由上述的迴授機制，頻率域資 法的本發明之—實施例的一符元干擾移除方 ZP ΟΡΠλ 0該付兀干擾移除方法適用於丁ds-ofdm戋 系統内的—接收信號。在步 2 接收並轉換-時域通道響應為-頻率域通二 二交點：該時域通道響應的長度短於該頻率域響應： 、首變雁t ,早疋會猎由填入資料”〇”的方式改變該時域通 i::吝Γ玄頻率域通道響應因此根據該修改的時域通道 ϋ作t ’ I在步驟S62時’ 一前導信號移除單元接收一 作卞半亚根據該時域通道響應以產生一前導信號移除 r ^ ^/驟86·3’ — ISI移除單元自該前導信號移除信號 移除一第一千蟮w # a ^ 5|Α,^σ ^產生一弟一信號，其中該第一干擾係由 :^唬中的一已經信號所產生。在步驟S64中，對 "弟L號進彳丁-階等化運算，以估計—第—頻率域資料 16 201240403 在步驟S65，第一頻率域資料信號被用來創造一尾 ，^號（tailing signal)，接著在步驟S66中，一⑸移除 單凡根據該尾端信號自一第二前導信號移除信號移除一第 以產生一第二信號，其中該第二前導信號移除信 第—丽導信號移除信號的下—個信號。該第二前導 5 ^移除信號—未知信號所產生。在步驟S67巾，對該第 執sr:等化運算以估計一第二頻率域資料信號。 -位元錯誤早""用來判斷第二頻率域資料信號的 滿万一猫、卞如果该弟二頻率域資料信號的位元錯誤率 頻軸t情況，該符元干擾移除方法結束。如果該第二 ===位:錯誤率不能滿足預定情況，則跳回 5 ▲、，進订，直到效能滿足預定情況時才停止。 准以上所述者，僅為本發明之較佳每 本發明實施之範圍，即大凡;：二 屬本發明專利涵蓋之範圍内。沁飾白仍 所揭露 之用，細===，專利文件搜尋 £ 17 201240403 【圖式崩單說―明】 _ 第1圖為一 TDS-OFDM信號的一訊框架構示意圖。 第2a圖為在多路徑通道環境下，連續的TDS-OFDM 信號訊框的示意圖，其中延遲擴展的長度比前導信號的長 度短。 第2b與2c圖為在多路徑通道且延遲擴展的長度比前 導信號的長度短環境下，習知的重疊相加運算示意圖。 第3a圖為在多路徑通道環境下，連續的TDS-OFDM 信號訊框的示意圖，其中延遲擴展的長度比前導信號的長 度長。 第3b至第3d圖為在大延遲擴展的環境下，根據本發 明之一迭代式等化演算法的示意圖。 .第4圖為根據本發明之一實施例的一迭代式等化單元 的示意圖。 第5圖為根據本發明之一實施例的一 ISI移除單元的示 意圖。 第6圖為根據本發明之一實施例的一符元干擾移除方 法的流程圖。 201240403 【主要元件符號說明】 41〜前導信號移除單元 42〜合併器 43〜重疊相加運算單元 44a〜第一 FFT單元 44b〜第二FFT單元 44c〜IFFT單元 45〜一階等化單元 4 6〜硬性決策單元 47〜尾端信號產生單元 48〜零點喪入單元 51〜前導信號移除單元 52〜頻率域通道脈衝響應產生單元 53〜ISI移除單元 54〜一階等化單元 55〜尾端信號產生單元

S 19

Claims (1)

1. 201240403 七、申請專利範圍： 】.種付兀干擾移除方法，適用於一正 統内的一接收器的一接收作轳， 又刀頻夕工系 號的-頻率域資料，=二二計搭載在該接收信 收信號的-已知信號造成的一第 ：擾=由以 成的一第二干擾，該方法包J干擾與由-未知信號造 。.將4第-干擾自該接收信號中移除以產生—第一信 號； ° 根據該第-信號料—第―頻率域資料； 根據該第一頻率域資料產生-尾端信號（taiIin. signal);以及 根據該尾端信號與該接收信號估計一第二頻率域資 料。 、 2. 如申請專利範圍第1項所述之符元干擾移除方法， 更包括： .根據一時域通道脈衝響應（time domain channel impulse response)產生一頻率域通道頻率響應 domain channel frequency response);以及 根據該接收信號與該頻率域通道頻率響應估計該第一 頻率域資料。 * 3. 如申請專利範圍第1項所述之符元干擾移除方法， 更包括： 藉由一重疊相加運算（overlap and add)自該接收信號 移除一前導信號（preamble siganl)以產生一前導信號移除 20 201240403 信號以及 自該前導錢移除信號移除該第—干擾。 更包^如申請專利範圍第1項所述之符元干擾移除方法， 第mi:號移除信號執行一快速傅立葉轉換以產生 一弟一頻率域信號；以及 根據該第一頻率域作缺 生該第-頻率域資料及一頻率域通道頻率響應產 更包^如申5月專利範圍第1項所述之符元干擾移除方法， 吝^ ί弟一信號執行—硬性決策（hard和士―）運算以 產生弟—頻率域信號； :巧頻率域信號執行一反向快速傅立葉 生一第一時域信號；以及 根據該第-B夺域信號產生該尾端信號。 匕H收&，適用於—正交分頻多工系統’包括： 陝；盤私除’接收—接收信號並自該接收信 導^號’並跟據—時域通道脈衝響應產生 一刖導信號移除信號； 王 白$&^兀干擾私除單元，接收該前導信號移除信號，並 =刖導信號移除信號移除—符斜擾以產生—第一信 呢， 域資::：等=元’接收該第—信號以產生一第-頻率 尾端信號產生單元，接收該 第一頻率域資料信號以 S 2] 201240403 產生信號係根據該尾端信號產生。 曱明專利乾圍弟6項所述之接收器，更 衝響::=!道頻率響應產生單元，接收該時域通道脈 ^ 頻率域通道頻率響應，且該第一頻、玄志一 料信號的產生更根據該頻率域通道頻率響應。、卞或貧 “ 8.如^請專利範圍第6項所述之接收器，其中 ㈣產生單元更包括一反向快速傅立葉轉換單元，二； 第一頻钱資難號產生1 —時域錢，端^ 的產生更根據該第—時域信號。 錢…。 9 ·如申請專利範㈣6項所述之接收器， 信號產生單元更包括： 〃 T邊尾螭 :=策單元’接收該第一頻率域資料信號以產生 一弟一頻率域信號；以及 、-反向快速傅立葉轉換單元，接收並轉換該第 域仏號為一第一時域信號，1中該尾端 ’、卞 時域信號產生。 〃中以仏以係根據該第- 10.如申請專利範圍第6項所述之接收器， 元干擾移除單元更包括： /、丁 Μ付 -合併器’用以合併該第―頻率域資料信號與該 信號移除信號以產生一第二信號； 一重疊相加運算單元，對該第二信號執行—重疊相加 運算以產生一第三信號；以及 且相加 -快速傅立葉轉換單元，對該第三信號執行— 立葉轉換以產生該第一信號。 1 22