TWI466508B - 一種用於正交多頻分工系統中消除符際干擾的接收器及其訊號接收方法 - Google Patents

一種用於正交多頻分工系統中消除符際干擾的接收器及其訊號接收方法 Download PDF

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Description

一種用於正交多頻分工系統中消除符際干擾的接收器及其訊號接收方法
本發明是有關於一種接收器及其訊號接收方法。
由於正交分頻多工(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)調變技術可用於無線通訊系統以及數位視訊與音訊廣播系統中以進行高頻譜效率傳輸，且OFDM調變技術基於多載波調變而對於多重路徑反射效應具備有效的處理能力，其在接收端僅需要簡單的一階等化器(one-tap equalizer)，故近年來在通訊領域及廣播應用發展上成為熱門技術。諸如數位音訊廣播(digital audio broadcasting，DAB)、高畫質電視(high definition TV，HDTV)及無線區域網路(wireless local area network，WLAN)IEEE 802.11a/g等各種系統均使用OFDM傳輸技術。
在無線通訊系統中，傳送器係經由諸如空氣等之實體通道將無線訊號以電磁波的形式傳送至接收器。由於非理想的通道效應，例如多重路徑反射(multipath reflection)或是傳播衰落(propagation fading)等，導致接收器所接收的無線訊號可能會失真。其中，導因於多重路徑通道而產生的符際干擾(inter-symbol interference，ISI)可藉由附加利用長度(duration)超過通道脈衝響應長度的護衛區間(guard interval，GI)而得以輕易消除。然而，當接收器所接收到的多重路徑訊號具有較大的延遲展延(delay spread)，會使得通道脈衝響應的長度超過護衛區間的長度而導致殘餘(residual)ISI，進而降低系統效能。
此外，當次載波間的正交性被破壞時會導致次載波間干擾(inter-carrier interference，ICI)效應，同樣會降低系統效能。為了在不提高系統運算複雜度的前提下解決因殘餘ISI及ICI所產生的系統性能降低問題是目前業界所欲努力解決的課題之一。
根據本揭露書之第一方面，提出一種接收器，包括一解調單元、一通道估測器、一次載波間干擾暨區塊間干擾估測單元、一有限脈衝響應濾波器、一加法器以及一解映射器。解調單元用以將一時域接收訊號轉換為一頻域接收訊號，頻域接收訊號包括多個導航符元及多個資料符元。通道估測器用以估測得到對應此些導航符元的多個通道脈衝響應。次載波間干擾暨區塊間干擾估測單元用以基於此些導航符元及對應的此些通道脈衝響應估測得到對應此些導航符元的多個次載波間干擾暨區塊間干擾值。有限脈衝響應濾波器用以依據對應此些導航符元的此些次載波間干擾暨區塊間干擾值經由一內插運算得到對應此些資料符元的多個次載波間干擾暨區塊間干擾值。加法器用以從此些資料符元消除所估測對應的此些次載波間干擾暨區塊間干擾值。解映射器用以解映射干擾消除後的此些資料符元以得到對應時域接收訊號的一估測資料。
根據本揭露書之第二方面，提出一種接收器的訊號接收方法，包括下列步驟。將一時域接收訊號轉換為一頻域接收訊號，頻域接收訊號包括多個導航符元及多個資料符元。估測得到對應此些導航符元的多個通道脈衝響應。基於此些導航符元及對應的此些通道脈衝響應估測得到對應此些導航符元的多個次載波間干擾暨區塊間干擾值。依據對應此些導航符元的此些次載波間干擾暨區塊間干擾值經由一內插運算得到對應此些資料符元的多個次載波間干擾暨區塊間干擾值。從此些資料符元消除所估測對應的此些次載波間干擾暨區塊間干擾值。解映射干擾消除後的此些資料符元以得到對應時域接收訊號的一估測資料。
為了對本揭露書之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉一實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本揭露書所提出之接收器及其訊號接收方法，藉由估測得到多個導航符元對應的次載波間干擾暨區塊間干擾(inter-carrier interference and inter-block interference，ICIIBI)值，並利用一內插運算得到多個資料符元對應的ICIIBI值，故可同時移除各符元的殘餘符際干擾(inter-symbol interference，ISI)及次載波間干擾(inter-carrier interference，ICI)，得以降低運算複雜度及維持整體系統效能。
請參照第1圖，其繪示依照一實施例之接收器之方塊圖。接收器100包括一解調單元(demodulation unit)110、一通道估測器(channel estimator)120、一次載波間干擾暨區塊間干擾(ICIIBI)估測單元130、一有限脈衝響應濾波器 (finite impulse response filter)140、一加法器150、一解映射器(demapper)160以及一錯誤更正解碼器170。其中，錯誤更正解碼器170為非必要元件。解調單元110接收一時域接收訊號。解調單元110包括一護衛區間(guard interval，GI)移除單元112以及一快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform，FFT)轉換單元114。護衛區間移除單元112用以移除時域接收訊號的多個有效符元的護衛區間。快速傅立葉轉換單元114用以將移除護衛區間後的時域接收訊號轉換為頻域接收訊號，頻域接收訊號包括多個導航符元及多個資料符元。
為了簡化分析，在本實施例中不考慮通道雜訊。當通道脈衝響應的長度超過護衛區間的長度，頻域接收訊號實質上會包括時域接收訊號在傳送端對應的傳送資料與通道脈衝響應的乘積以及所有符元對應的ICIIBI值。茲假定T G 為護衛區間的長度，G為護衛區間的區塊大小，τ max 為通道脈衝響應的長度，N為FFT的區塊大小，則傳送資料對應的第n個傳送符元區塊為S (n )=[S n ,0 ,S n ,0 ,…,S n ,N -1 ]T ，頻域接收訊號對應的第n個接收符元區塊為R (n )=[R n ,0 ,R n ,0 ,…,R n ,N -1 ]T ，而通道響應為，τ 0 <τ 1 <…<τ L -1 =τ max 。又假定T s 為取樣間隔，則τ l /T s =i l +ε l ，i l 為整數部份，ε l 為小數部分，則當護衛區間的長度T G 小於通道脈衝響應的長度τ max 時，第n個接收符元區塊的第k個符元對應的頻域接收訊號R n ,k 如式(1)所示。
由式(1)可以得知，在本實施例將每一個符元對應的ICIIBI視為整體的前提之下，只要能估測得到每一個符元對應的ICIIBI值並將之從頻域接收訊號扣除並經過解映射則即可以得到對應時域接收訊號的估測資料。
因此，通道估測器120用以估測得到對應此些導航符元的多個通道脈衝響應。次載波間干擾暨區塊間干擾估測單元130用以基於此些導航符元及對應的此些通道脈衝響應估測得到對應此些導航符元的多個次載波間干擾暨區塊間干擾(即ICIIBI)值。有限脈衝響應濾波器140用以依據對應此些導航符元的多個ICIIBI值經由一內插運算得到對應此些資料符元的多個ICIIBI值。由於有限脈衝響應濾波器140對於脈衝輸入信號的響應最終趨向於0，故其脈衝響應長度有限，因此輸出的數位訊號亦為有限長度。故可以利用有限脈衝響應濾波器140求得導航符元對應的ICIIBI值，並基於有限長度的特性利用內插運算得到資料符元對應的ICIIBI值，進而得以節省整體運算複雜度。
加法器150用以從此些資料符元消除所估測對應的ICIIBI值。解映射器160用以解映射干擾消除後的此些資料符元以得到對應時域接收訊號的一估測資料。錯誤更正解碼器170實質上為一非必要元件，用以對估測資料進行錯誤檢測與校正。錯誤更正解碼器170例如為為一低密度同位元查核碼(low-density parity check，LDPC)解碼器或一前向糾錯(forward error correction，FEC)解碼器，然並不限制，端視傳送端的設計而定。
本實施例更提出一種接收器的訊號接收方法，應用於例如為第1圖所示之接收器100。請參照第2圖，其繪示依照一實施例之接收器之訊號接收方法之流程圖。於步驟S200中，將一時域接收訊號轉換為一頻域接收訊號，頻域接收訊號包括多個導航符元及多個資料符元。於步驟S210中，估測得到對應此些導航符元的多個通道脈衝響應。於步驟S220中，基於此些導航符元及對應的此些通道脈衝響應估測得到對應此些導航符元的多個次載波間干擾暨區塊間干擾值。於步驟S230中，依據對應此些導航符元的多個次載波間干擾暨區塊間干擾值經由一內插運算得到對應此些資料符元的多個次載波間干擾暨區塊間干擾值。於步驟S240中，從此些資料符元消除各自對應的此些次載波間干擾暨區塊間干擾值。於步驟S250中，解映射干擾消除後的此些資料符元以得到對應時域接收訊號的一估測資料。於步驟S260中，對估測資料進行錯誤檢測與校正。
上述之接收器的訊號接收方法的運作原理已詳述於接收器100及其相關敘述中，故於此不再重述。
ICIIBI效應是因為通道脈衝響應超過護衛區間的長度所產生的。當通道脈衝響應(延遲展延)超過護衛區間，會導致使用OFDM技術的通訊系統受到ISI及ICI的問題，而使得系統效能變差。本揭露實質上提供一個簡單而有效的架構可以用來估計所產生的ICIIBI，以扣掉這個影響並進而提升整體效能。
本揭露書上述實施例所揭露之接收器及其訊號接收方法，利用有限脈衝響應濾波器而估測得到多個導航符元對應的次載波間干擾暨區塊間干擾(ICIIBI)值，並利用內插運算估測得到多個資料符元對應的ICIIBI值，因此可同時移除各符元的殘餘符際干擾(inter-symbol interference，ISI)及次載波間干擾(inter-carrier interference，ICI)，得以兼顧降低運算複雜度及維持系統效能的優點。
綜上所述，雖然本發明已以多個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧接收器
110‧‧‧解調單元
112‧‧‧護衛區間移除單元
114‧‧‧快速傅立葉轉換單元
120‧‧‧通道估測器
130‧‧‧次載波間干擾暨區塊間干擾估測單元
140‧‧‧有限脈衝響應濾波器
150‧‧‧加法器
160‧‧‧解映射器
170‧‧‧錯誤更正解碼器
第1圖繪示依照一實施例之接收器之方塊圖。
第2圖繪示依照一實施例之接收器之訊號接收方法之流程圖。
100．．．接收器
110．．．解調單元
120．．．通道估測器
130．．．一次載波間干擾暨區塊間干擾估測單元
140．．．有限脈衝響應濾波器
150．．．加法器
160．．．解映射器
170．．．錯誤更正解碼器

Claims (7)

  1. 一種接收器，包括：一解調單元，用以將一時域接收訊號轉換為一頻域接收訊號，該頻域接收訊號包括複數個導航符元及複數個資料符元；一通道估測器，用以估測得到對應該些導航符元的複數個通道脈衝響應；一次載波間干擾暨區塊間干擾估測單元，用以基於該些導航符元及對應的該些通道脈衝響應估測得到對應該些導航符元的複數個次載波間干擾暨區塊間干擾值；一有限脈衝響應濾波器，用以依據對應該些導航符元的該些次載波間干擾暨區塊間干擾值經由一內插運算得到對應該些資料符元的複數個次載波間干擾暨區塊間干擾值；一加法器，用以從該些資料符元消除所估測對應的該些次載波間干擾暨區塊間干擾值；以及一解映射器，用以解映射干擾消除後的該些資料符元以得到對應該時域接收訊號的一估測資料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之接收器，其中該解調單元包括：一護衛區間移除單元，用以移除該時域接收訊號的複數個護衛區間；以及一快速傅立葉轉換單元，用以將移除護衛區間後的該時域接收訊號轉換為該頻域接收訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之接收器，更包括： 一錯誤更正解碼器，用以對該估測資料進行錯誤檢測與校正。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之接收器，其中該錯誤更正解碼器為一低密度同位元查核碼解碼器或一前向糾錯解碼器。
  5. 一種接收器的訊號接收方法，包括：將一時域接收訊號轉換為一頻域接收訊號，該頻域接收訊號包括複數個導航符元及複數個資料符元；估測得到對應該些導航符元的複數個通道脈衝響應；基於該些導航符元及對應的該些通道脈衝響應估測得到對應該些導航符元的複數個次載波間干擾暨區塊間干擾值；依據對應該些導航符元的該些次載波間干擾暨區塊間干擾值經由一內插運算得到對應該些資料符元的複數個次載波間干擾暨區塊間干擾值；從該些資料符元消除所估測對應的該些次載波間干擾暨區塊間干擾值；以及解映射干擾消除後的該些資料符元以得到對應該時域接收訊號的一估測資料。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之接收器的訊號接收方法，更包括：移除該時域接收訊號的複數個護衛區間；以及將移除護衛區間後的該時域接收訊號經由一快速傅立葉轉換轉換為該頻域接收訊號。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之接收器的訊號接收 方法，更包括：對該估測資料進行錯誤檢測與校正。
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