TWI388166B - 用於正交分頻多工系統之虛擬載波回復系統 - Google Patents

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Chih Peng Li
Wei Chieh Huang
Tsang Yi Wang
Chun Hsien Pan
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Univ Nat Sun Yat Sen
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用於正交分頻多工系統之虛擬載波回復系統
本發明係關於一種用於正交分頻多工系統之虛擬載波回復系統。
在習知正交分頻多工(OFDM)系統中，最常見的方式是利用特定的子載波傳送領航符元(Pilot Symbol Assisted Modulation,PSAM)以進行通道估測(參考先前技術文獻[1])，然而該習知方法需要浪費額外頻寬來傳送領航符元。
另外，在習知系統中另提出使用標準中規定的循環字首(CP)與虛擬載波造成的雜訊子空間與訊號子空間正交的特性來進行半盲式通道估測(參考先前技術文獻[2-4])，此方法雖然可以大幅減少所需要的領航訊號數目，然而因為訊號在傳輸過程中，會受到雜訊以及鄰近通道的干擾，使得接收到的虛擬載波不再是零，因此子空間半盲式通道估測演算法的效能也會降低。
參考圖1，其顯示習知正交分頻多工系統之方塊示意圖。習知正交分頻多工系統10包括：一序列並列轉換器11、一N點反離散傅利葉轉換器12、一並列序列轉換器13、一脈衝整形及射頻器14、一多重路徑通道15、一匹配濾波器16及一子空間半盲式通道估測器17。
習知正交分頻多工系統10在傳送訊號之前，於該N點反離散傅利葉轉換器12輸入虛擬載波，並於該並列序列轉換器13輸入循環字首，使接收訊號會產生多餘的子空間，該子空間稱為雜訊子空間，該子空間半盲式通道估測器17係利用雜訊子空間與訊號子空間之間互相正交的特性來估測出通道。如上所述，習知正交分頻多工系統10雖然可以大幅減少所需要的領航訊號數目，但訊號在傳輸過程中，會受到鄰近通道以及雜訊的干擾，這些干擾使得接收到的虛擬載波不再是零子載波，也破壞了雜訊子空間與訊號子空間之間的正交性，進而降低了該子空間半盲式通道估測器17的效能。
因此，有必要提供一種創新且具進步性的用於正交分頻多工系統之虛擬載波回復系統，以解決上述問題。
先前技術文獻：
[1]Srihari Adireddy,Lang Tong,and Harish Viswanathan,"Optimal Placement of Training for Frequency-Selective Block-Fading Channels,"IEEE Transactions on Information Theory ,Vol. 48,No. 8,Aug. 2002.
[2]B. Muquet,M. de Courville,and P. Duhamel,"Subspace-based blind andsemi-blind channel estimation for OFDM systems,"IEEE Trans. Signal Process. ,vol. 50,no. 7,pp. 1699-1712,Jul. 2002.
[3]C. Li and S. Roy,"Subspace-based blind channel estimation for OFDM by exploiting virtual carriers,"IEEE Trans. Wireless Commun. ,vol. 2,no. 1,pp. 141-150,Jan. 2003.
[4]C. Shin,R. W. Heath,Jr.,and E. J. Powers,"Blind channel estimation for MIMO-OFDM systems,"IEEE Trans. Veh. Technol. ,vol. 56,no. 2,pp. 670-685,Mar. 2007.
本發明提供一種用於正交分頻多工系統之虛擬載波回復系統，其包括：一序列並列轉換器、一N點離散傅利葉轉換器、一虛擬載波歸零裝置、一N點反離散傅利葉轉換器及一並列序列轉換器。該序列並列轉換器用以接收一序列輸入訊號，並轉換輸出一並列輸入訊號。該N點離散傅利葉轉換器用以將具複數點之該並列輸入訊號，進行離散傅利葉轉換，以產生一N點頻域訊號。該虛擬載波歸零裝置用以將該N點頻域訊號之虛擬載波歸零，以產生一已回復N點頻域訊號。該N點反離散傅利葉轉換器用以將該已回復N點頻域訊號，進行反離散傅利葉轉換，以產生一時域訊號。該並列序列轉換器用以將該並列之時域訊號，轉換輸出一序列輸出訊號。
利用本發明用於正交分頻多工系統之虛擬載波回復系統，可大幅改善虛擬載波受到雜訊干擾的影響，有效提升估測效能。
參考圖2，其顯示本發明用於正交分頻多工系統之虛擬載波回復系統之方塊示意圖。本發明用於正交分頻多工系統之虛擬載波回復系統20包括：一序列並列轉換器21、一N點離散傅利葉轉換器22、一虛擬載波歸零裝置23、一N點反離散傅利葉轉換器24及一並列序列轉換器25。
該序列並列轉換器21用以接收一序列輸入訊號，並轉換輸出一並列輸入訊號。在本實施例中，該並列輸入訊號包括符元訊號及循環字首。其中，r k 為N 1 ×1的向量，表示時域上第k 個接收的OFDM符元，而N 1 =N +N g ，N 為一個OFDM符元的載波數，N g 為循環字首之長度。
該N點離散傅利葉轉換器22用以將具複數點之該並列輸入訊號，進行離散傅利葉轉換，以產生一N點頻域訊號。在本實施例中，該N點離散傅利葉轉換器22用以將符元訊號，進行離散傅利葉轉換，不將循環字首(rk (0)至rk (N g -1))進行離散傅利葉轉換。
該虛擬載波歸零裝置23用以將該N點頻域訊號之虛擬載波歸零，以產生一已回復N點頻域訊號。該N點反離散傅利葉轉換器24用以將該已回復N點頻域訊號，進行反離散傅利葉轉換，以產生一時域訊號。
該並列序列轉換器25用以將該並列之時域訊號，轉換輸出一序列輸出訊號。在本實施例中，該循環字首輸入至該並列序列轉換器25，該並列序列轉換器用以將該並列之時域訊號及該循環字首，轉換輸出該序列輸出訊號。
利用本發明用於正交分頻多工系統之虛擬載波回復系統之該虛擬載波歸零裝置23，將虛擬載波強制回復為零，該序列輸出訊號所含之雜訊會比習知系統未經該虛擬載波歸零裝置的訊號還少，故本發明用於正交分頻多工系統之虛擬載波回復系統可大幅改善虛擬載波受到雜訊干擾的影響，有效提升估測效能。
本發明利用下列之推導來證明之：令表示第k 個不包含循環字首部份的OFDM接收符元之雜訊，表示第k 個不包含循環字首部份且經過該虛擬載波歸零裝置23的OFDM接收符元之雜訊，接著定義一個N ×N 的IDFT矩陣：
其中f N =e j 2π/N ，而為f N 之[(N -1)(N -1)]次方。
再定義一個N ×N 的矩陣，其[d 0 +1]th到[d 0 +D ]th行和F 相對應的位置相同，而其它的元素均為零，而d 0 為第一個傳資料的載波所在的位置；的平均功率為，而的平均功率可以如下式所示：
由於虛擬載波的存在，因此N >D ，由上式我們可以觀察出，訊號在通過該虛擬載波歸零裝置23後，不含循環字首 部份的雜訊有效地被減少了，而且當虛擬載波數目越多時，改善效果會更明顯。
參考圖3，其顯示本發明之系統與習知系統之效能比較圖。在本發明實施例中，在循環字首長度N g =3，子載波數目N =64，其中52個資料子載波，12個虛擬載波的情況下估測通道長度為4的通道時，本發明該虛擬載波歸零裝置23對子空間半盲式通道估測效能的改善程度與訊雜比(Signal-to-Noise Ration,SNR)之間的關係，其中，曲線31為本發明系統之效能與訊雜比之關係，曲線32為習知系統之效能與訊雜比之關係。由圖可知，本發明之誤差低於習知系統，且當SNR比較低時，改善程度會比SNR高還明顯。
因此，利用本發明用於正交分頻多工系統之虛擬載波回復系統，可大幅改善虛擬載波受到雜訊干擾的影響，有效提升估測效能。
上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制本發明。因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。
10‧‧‧習知正交分頻多工系統
11‧‧‧序列並列轉換器
12‧‧‧N點反離散傅利葉轉換器
13‧‧‧並列序列轉換器
14‧‧‧脈衝整形及射頻器
15‧‧‧多重路徑通道
16‧‧‧匹配濾波器
17‧‧‧子空間半盲式通道估測器
20‧‧‧本發明之虛擬載波回復系統
21‧‧‧序列並列轉換器
22‧‧‧N點離散傅利葉轉換器
23‧‧‧虛擬載波歸零裝置
24‧‧‧N點反離散傅利葉轉換器
25‧‧‧並列序列轉換器
圖1顯示習知正交分頻多工系統之方塊示意圖；圖2顯示本發明用於正交分頻多工系統之虛擬載波回復系統之方塊示意圖；及圖3顯示本發明之系統與習知系統之效能比較圖。
20．．．本發明之虛擬載波回復系統
21．．．序列並列轉換器
22．．．N點離散傅利葉轉換器
23．．．虛擬載波歸零裝置
24．．．N點反離散傅利葉轉換器
25．．．並列序列轉換器

Claims (4)

  1. 一種用於正交分頻多工系統之虛擬載波回復系統，包括：一序列並列轉換器，用以接收一序列輸入訊號，並轉換輸出一並列輸入訊號；一N點離散傅利葉轉換器，用以將具複數點之該並列輸入訊號，進行離散傅利葉轉換，以產生一N點頻域訊號；一虛擬載波歸零裝置，用以將該N點頻域訊號之虛擬載波歸零，以產生一已回復N點頻域訊號；一N點反離散傅利葉轉換器，用以將該已回復N點頻域訊號，進行反離散傅利葉轉換，以產生一時域訊號；及一並列序列轉換器，用以將該並列之時域訊號，轉換輸出一序列輸出訊號。
  2. 如請求項1之虛擬載波回復系統，其中該並列輸入訊號包括符元訊號及循環字首。
  3. 如請求項2之虛擬載波回復系統，其中該N點離散傅利葉轉換器用以將符元訊號，進行離散傅利葉轉換，不將循環字首進行離散傅利葉轉換。
  4. 如請求項3之虛擬載波回復系統，其中該循環字首輸入至該並列序列轉換器，該並列序列轉換器用以將該並列之時域訊號及該循環字首，轉換輸出該序列輸出訊號。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TWI680665B (zh) * 2016-03-31 2019-12-21 聯發科技股份有限公司 虛擬載波操作方法和用戶設備

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