TWI462536B

TWI462536B - 通道估測器及通道估測方法

Info

Publication number: TWI462536B
Application number: TW097137921A
Authority: TW
Inventors: Shan Tsung Wu
Original assignee: Mstar Semiconductor Inc
Priority date: 2008-10-02
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2014-11-21
Also published as: TW201015922A; US20100086014A1; US8731033B2

Description

通道估測器及通道估測方法

本發明係關於一種通道估測器(channel estimator)及通道估測方法。更具體而言，係關於一種用於正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM)系統之通道估測器及通道估測方法。

近年來，由於科技發展日新月異，從電腦化、網路化，一直到現在的數位化，科技的改變使得各個產業的運作方式跟著產生變化，當然也包括媒體產業「數位化」亦成為當今社會演進與企業經營最重要的課題。而數位電視(Digital Television; DTV)更是消費性電子的熱門話題，其不僅將是下一波資訊家電的發展重點，同時也是網際網路進入客廳的重要閘道。

而一般的數位電視廣播係採用數位視訊廣播(Digital Video Broadcasting; DVB)組織制訂之數位視訊廣播(Digital Video Broadcasting; DVB)訊號來進行各種電視訊號之傳輸。數位視訊廣播其核心架構係為正交分頻多工(Orthogonal Frequency Division Multiplexing; OFDM)的調變系統，以進行無線訊號的傳輸。

在OFDM系統裡，資料在發送端被調變至訊號中，並於通道中傳輸，例如QPSK、QAM、PSK等傳輸方式。OFDM系統可以支援大量的資料傳輸，有較高的頻寬使用彈性，但OFDM系統並非無瑕疵，尤其在無線的傳輸上會造成時間偏移(timing offset)、相位偏移(phase offset)以及頻率偏移(frequency offset)，這些問題對於接收端在接收訊號時會有很大的影響，受到這些影響，OFDM系統效能將會明顯地降低。而在真實的環境中，OFDM系統之通道會隨環境及時間而改變，而訊號經過無線通道傳輸到接收端時，訊號會因為通道環境的變化或干擾而使得接收端收到的訊號與發送端不同，產生失真的現象，接收端為了使失真的訊號可以正確還原，必須將通道所產生的影響估測出來，才可以正確地還原訊號，也就是必須進行通道估測(channel estimation)，方可對發送端所傳輸的訊號進行較精準的還原。而一般通道估測的方式係利用導頻訊號(pilot signal)來做通道估測，即是在發送端於特定之頻率子通道上置入一些導頻(pilot)訊號，然後接收端即可利用這些已知的導頻訊號來進行對該特定頻率之子通道計算其通道響應。

第1圖所示為一般具有導頻訊號之數位視訊廣播訊號之頻率響應對時間的關係示意圖(僅表示部分子通道及時間)，其中水平軸f表示不同頻率之子通道，垂直軸t表示不同時間點，頻率f子通道之時間點t的通道頻率響應表示成H(頻率f,時間t)，接收時間t順序為由負至正，例如時間點t=-1接收之訊號早於時間點t=1接收之訊號，又早於時間點t=4接收之訊號。導頻訊號由發送端傳送數位視訊廣播訊號時置入至特定頻率子通道中，而導頻訊號種類至少包括一連續導頻訊號(Continuous Pilot; CP)，及一散佈導頻訊號(Scatter Pilot; SP)。其中連續導頻訊號(Continuous Pilot; CP)即於一特定頻率之子通道(或稱連續導頻子通道)中的所有時間點皆置入導頻訊號，例如在座標軸f=-3及f=27中所有時間點皆置入導頻訊號；而散佈導頻訊號(Scatter Pilot; SP)則是在一特定頻率的子通道(或稱散佈導頻子通道)中，每間隔複數個時間點置入導頻訊號，例如在座標軸f=0時，僅於t=-4,0,4…等時間點置入導頻訊號，即座標軸(-4,0)、(0,0)、(4,0)…處或f=3時，僅於t=-5,-1,3…等時間點置入導頻訊號，即座標軸(-5,3)、(-1,3)、(3,3)…處。而發送端及接收端則根據數位視訊廣播標準之規定發送及接收這些連續導頻訊號及散佈導頻訊號。如此，接收端即可藉由這些連續導頻訊號以及散佈導頻訊號來判斷數位視訊廣播訊號傳輸經過通道後失真的狀況，然為更提高訊號還原之精準度，通常還會利用估測的方式計算數位視訊廣播訊號在該些散佈導頻子通道中其它未置入導頻訊號之通道頻率響應。

傳統估測該些散佈導頻子通道中其它未置入導頻訊號之通道頻率響應的方式，採用固定參數對稱式的估測方式，要儲存較多的訊號資料(symbol)，而需要大量的記憶體，導致而增加成本，且採固定參數之估測方法亦會使通道估測的精準度下降，直接影響接收器效能。

因此，本發明提出一種新的通道估測器及其估測方式可以降低記憶體使用量，且可以大幅提昇通道估測器的效能。

本發明之一目的，係提供一種通道估測器。該通道估測器包含一儲存模組以及一計算模組。該儲存模組，用以至少儲存複數個連續導頻子通道(continuous pilot sub-channels)上複數個第一導頻訊號之通道響應以及一散佈導頻子通道(scatter pilot sub-channel)上複數個第二導頻訊號之通道響應。該計算模組，係根據該等第一導頻訊號之通道響應以及該等第二導頻訊號之通道響應，計算該散佈導頻子通道上一未置入導頻訊號時間點之通道響應。該等第二導頻訊號之通道響應包含相對於該散佈導頻子通道上一未置入導頻訊號時間點之前與之後時間點之通道響應，且在該之前時間點之通道響應之數目不少於在該之後時間點之通道響應之數目。

本發明之另一目的係提供一種通道估測方法。該通道估測方法包含下列步驟：儲存複數個連續導頻子通道上複數個第一導頻訊號之通道響應以及一散佈導頻子通道上複數個第二導頻訊號之通道響應；根據該等第一導頻訊號之通道響應計算複數個參數；以及根據該等第二導頻訊號之通道響應以及該等參數計算一待測子通道之通道響應。其中，該待測通道與該等第二導頻訊號所處之子通道係為同一子通道。

藉由達成上述發明目的，本發明可使用新的通道估測方法之通道估測器來進行以OFDM調變之數位視訊廣播訊號的通道估測，並降低通道估測器所需儲存的導頻訊號之通道響應以及所需之運算量，進而降低通道估測器的硬體成本。

在參閱圖式及隨後描述之實施方式後，所屬技術領域中具有通常知識者便可瞭解本發明之其他目的，以及本發明之技術手段及實施態樣。

本發明之系統架構如第2圖所示，係為一種接收器2，其包含一同步器21、一通道估測器23、一等化器25及一解碼器27。同步器21用以接收一無線訊號20，並將同步處理後之訊號22送至等化器25及通道估測器23。接收器2可接收包含數位視訊廣播(Digital Video Broadcasting; DVB)組織制訂之數位電視地面廣播(Digital Video Broadcasting-Terrestrial; DVB-T)訊號、數位電視衛星廣播(Digital Video Broadcasting-Satellite; DVB-S)訊號、數位電視有線廣播(Digital Video Broadcasting-Cable; DVB-C)訊號等標準；或由先進電視系統委員會(Advanced Television System Committee; ATSC)制訂之數位電視標準；亦或其它標準組織所制訂之相關數位電視標準。

第3圖所示為同步處理後之訊號22之頻率響應對時間的關係示意圖(僅擷取部分)，其水平軸f表示不同頻率之子通道以及垂直軸t表示不同時間點，特定頻率f子通道之特定時間點t的通道頻率響應表示成H(頻率f,時間t)。而同步處理後之訊號22中有複數個導頻訊號，更詳細說明，該等導頻訊號包含第一導頻訊號，可為一連續導頻訊號例如頻率f=-3或f=27子通道中所有時間點，皆為導頻訊號，可以由通道估測器23計算獲得該些子通道之頻率響應H (-3, t)或H (27, t)；及第二導頻訊號，可為散佈導頻訊號，例如頻率f=0子通道之t=-4,t=0,t=4時間點，亦為導頻訊號，可以由通道估測器23計算獲得該子通道t=-4,t=0,t=4時間點之頻道響應H (0,-4)、H (0, 0)、H (0, 4)。

本發明通道估測器23主要用以估測散佈導頻子通道其他未包含導頻訊號時間點之通道響應。首先，接收同步處理後之訊號22，並依據該同步處理後之訊號22中接收導頻訊號時間點之訊號，及接收器已知導頻訊號24來計算同步處理後之訊號22中各導頻訊號之通道響應。

在獲得同步處理後之訊號22中各導頻訊號通道響應之後，續行估測導頻子通道其它時間點的通道響應26。等化器25則接收通道估測器23所計算所得之子通道之通道響應26，並藉其對於同步處理後之訊號22進行處理，產生一等化訊號28。最後，解碼器27接收等化訊號28並處理之，以產生去除傳輸通道影響的數位電視訊號。

第4圖所示為通道估測器23詳細組成，包含一計算模組231、一儲存模組233及一導頻訊號通道響應計算模組235。計算模組231則更包含一第一計算單元2311及一第二計算單元2313。其中，導頻訊號通道響應計算模組235用於接收同步處理後之訊號22，並根據已知導頻訊號24計算出同步處理後之訊號22中連續導頻訊號通道響應230及同步處理後之訊號22中散佈導頻訊號通道響應232，並將這些導頻訊號通道響應230,232儲存於儲存模組233。而第一計算單元2311用於依據儲存模組233中連續導頻訊號通道響應230來計算出估測導頻子通道其它時間點通道響應所需要的參數234。最後，第二計算單元2313用於依據儲存模組233中散佈導頻訊號通道響應232，及參數234計算出同步處理後之訊號22中其它子通道之通道響應26。

以下以一特定導頻子通道特定時間點之通道響應計算為例，更進一步說明本發明通道估測之運算方法。由前段所述可得知通道估測器23之導頻訊號通道響應計算模組235可根據同步處理後之訊號22及已知導頻訊號24計算出連續導頻訊號通道響應230，例如頻率f=-3或f=27子通道中所有時間點皆為導頻訊號，可以計算出該些子通道之頻率響應H (-3, t)或H (27, t)，及散佈導頻訊號通道響應232，例如頻率f=0子通道之t=-4,t=0,t=4時間點亦為導頻訊號，可以計算出該子通道t=-4,t=0,t=4時間點之頻道響應H (0,-4)、H (0, 0)、H (0, 4)。基於該些導頻訊號之通道響應運算關係式如下：

其中，H (f, t)代表頻率f子通道在時間點t之通道響應；y (f, t)代表頻率f子通道在時間點t之接收同步處理後之訊號22;x (f, t)代表頻率f子通道在時間點t時之已知導頻訊號24。

而該些散佈導頻子通道之其他時間點之通道響應則必須以估測的方式來計算，例如頻率f=0的子通道在時間點t=1,2,3之頻率響應H (0, 1)、H (0, 2)、H (0, 3)或頻率f=3的子通道在時間點t=1,2,3之頻率響應H (3, 1)、H (3, 2)、H (3, 3)。舉例說明，當通道估測器23欲估測頻率f=9導頻子通道之時間點t=0之通道響應(該時間點未置入導頻訊號，無法直接使用該導頻訊號通道響應計算模組235計算得出)，係以通道估測器23之第二計算單元2313根據下列關係式決定： H(9,0)=c(9,1)*H(9,1)+c(9,-3)*H(9,-3)+c(9,-7)*H(9,-7)+c(9,-11)*H(9,-11)其中，H(9,0)代表頻率f=9導頻子通道之時間點t=0之通道響應(待測通道響應)，係為本發明通道估測器所欲產出的估測結果；H(9,1)、H(9,-3)、H (9,-7)、H(9,-11)等四個通道響應分別為該頻率f=9導頻子通道時間點t=1,-3,-7,-9之通道響應(該些時間點均置入導頻訊號)，可由導頻訊號通道響應計算模組235計算得之；而c(9,1)、c(9,-3)、c(9,-7)、c(9,-11)等四個參數則分別為估測該頻率f=9導頻子通道之時間點t=0之通道響應所對應需要的參數，由通道估測器23中之第二計算單元2313所計算得之，運算方法於後段詳述。由前述關係式可得知頻率f=9導頻子通道之時間點t=0之通道響應H(9,0)，係需使用該頻率f=9導頻子通道之部分散佈導頻訊號之通道響應，例如H(9,1)、H(9,-3)、H (9,-7)、H(9,-11)，該些散佈導頻訊號係於時間點t=0之前與之後時間點被接收，且於時間點t=0之前接收的導頻訊號數目不少於在時間點t=0之後接收之導頻訊號數目，且不限於本實施例中之四個導頻訊號之通道響應。

另c(9,1)、c(9,-3)、c(9,-7)、c(9,-11)等對應於H(9,1)、H(9,-3)、H(9,-7)、H(9,-11)之參數值可表示成下列關係式：h =HC

其中，h、H及C分別表示成下列關係式：

其中，頻率f=CP1至頻率f=CPn為n個不同頻率之連續導頻子通道；H(CP1,0)至H(CPn,0)代表時間點t=0(欲估測通道響應H(9,0)之時間點)之n個連續導頻子通道之通道響應；H(CP1,1)至H(CPn,1)代表時間點t=1(對應至H(9,1)散佈導頻訊號之時間點)之n個連續導頻子通道之通道響應，其餘H(CP1,-3)至H(CPn,-3)、H(CP1,-7)至H(CPn,-7)、H(CP1,-11)至H(CPn,-11)之意義依此類推。

而本發明通道估測器23之第一計算單元2311採用下列關係式以最小平方法決定上述參數值：C =C _LS =(H ^* H )^-1 H ^* *h

其中，＊代表共扼轉置(conjugate transpose);()^-1 代表反矩陣(inverse)。經由上述關係式可得到c(9,1)、c(9,-3)、c(9,-7)、c(9,-11)等參數值。

最後，第二計算單元2313即可根據導頻訊號通道響應計算模組235計算所得之H(9,1)、H(9,-3)、H (9,-7)、H(9,-11)，以及第一計算單元2311計算所得之c(9,1)、c(9,-3)、c(9,-7)、c(9,-11)，得出頻率f=9導頻子通道之時間點t=0之通道響應(待測通道響應)H(9,0)。

本發明通道估測器23以相同的運算方式將所有散佈導頻子通道(例如：頻率f=3,6,9…散佈導頻子通道)中所有未置入導頻訊號時間點之通道響應計算出來。

本發明亦提供一種通道估測方法，此通道估測方法應用於上述之通道估測器23。

更詳細來說，通道估測方法係藉由一應用程式控制通道估測器23之各模組來實現，其對應流程則如第5圖所示。

首先，執行步驟501，接收一數位視訊廣播訊號，並依據已知連續導頻訊號及已知散佈導頻訊號，計算並儲存複數個連續導頻訊號及複數個散佈導頻訊號之通道響應。接著，執行步驟503，根據該等連續導頻訊號之通道響應以最小平方法計算複數個參數。最後，執行步驟505，根據該等散佈導頻訊號之通道響應以及前述該等參數計算散佈導頻子通道其它未置入導頻訊號時間點之通道響應。

除了上述步驟，本發明之通道估測方法亦能執行通道估測器23所描述之操作及功能，所屬技術領域具有通常知識者可直接瞭解通道估測方法如何基於上述通道估測器23以執行此等操作及功能，故不贅述。

根據上述說明，本發明使用新的通道估測方法之通道估測器來進行數位視訊廣播訊號的通道估測，可減少接收器儲存訊號資料(symbol)數量，而漸少記憶體的需求量，進而降低接收器及通道估測器的硬體成本。且本發明通道估測器所使用之參數為動態估測，更可精確估算出散佈導頻子通道其他未置入導頻訊號時間點之通道響應。

上述之實施例僅用來例舉本發明之實施情形，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利範圍應以申請專利範圍為準。

2‧‧‧接收器

20‧‧‧無線訊號

21‧‧‧同步器

22‧‧‧同步處理後之訊號

23‧‧‧通道估測器

24‧‧‧已知導頻訊號

25‧‧‧等化器

26‧‧‧其它子通道之通道響應

27‧‧‧解碼器

28‧‧‧等化訊號

230‧‧‧連續導頻訊號之通道響應

231‧‧‧計算模組

232‧‧‧散佈導頻訊號之通道響應

233‧‧‧儲存模組

234‧‧‧參數

235‧‧‧導頻訊號通道響應計算模組

2311‧‧‧第一計算單元

2313‧‧‧第二計算單元

第1圖係為習知通道頻率對時間的關係示意圖；第2圖係為本發明之接收器示意圖；第3圖係為本發明之通道頻率響應對時間的關係示意圖；第4圖係為本發明之通道估測器示意圖；以及第5圖係為本發明之通道估測方法之流程圖。