TWI469590B - 副載波不需重排序的ｏｆｄｍ接收器及ｏｆｄｍ信號處理方法 - Google Patents

Description

副載波不需重排序的OFDM接收器及OFDM信號處理方法

本發明係關於一種OFDM接收器，尤其是一種副載波不需重排序的OFDM接收器及OFDM信號處理方法。

正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)是一種把單一資訊分割成複數個副載波(sub-carrier)並且為了儘量減少分割後副載波之間的間隔而賦予正交性(orthogonal)並加以復用(multiplex)後傳輸的多載波(Multi-carrier)傳輸技術。OFDM可以有效地解決寬帶通信的衰減(fading)問題，可以有效地利用頻率資源，還可以銜接MIMO(Multiple Input Multiple Output)之類的技術，將在第四代通信中獲得廣泛的應用。OFDM可以在單一載波環境中視為難題的山頂或大樓反射電波所造成多路徑干涉等問題下依然進行高速通信。

一般來說，OFDM發送器可以把需要發送的信號從調幅(modulation)頻率領域(frequency domain)信號轉換成時間領域(time domain)信號後發送，接收器則把所接收的時間領域信號重新轉換成頻率領域信號後進行處理。時間領域的信號通過快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform,FFT)轉換成頻率領域的信號，頻率領域的信號則通過逆快速傅立葉轉換(Inverse Fast Fourier Transform)後轉換成時間領域的信號。

第1圖係OFDM發送器與接收器的信號收發流程。

請參閱第1圖，發送器110首先把需要發送的信號加以調幅後形成調幅頻譜信號111。信號調幅可以採取BPSK(Binary Phase Shift Keying)、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)、16-QAM(Quadrature Amplitude Modulation)及32-QAM方式。調幅頻譜信號111包括了具備調幅資訊的部分(0~(N-1))和不具備調幅資訊的部分(斜線部分)。調幅頻譜信號111被排序(ordering)成排序頻譜信號112後經過逆快速傅立葉轉換113(Inverse Fast Fourier Transform)再發送。排序頻譜信號112使內部頻譜信號旋轉(rotation)一定量後移動到位於調幅頻譜信號111下側不具備調幅資訊的部分(斜線部分)中央部位。

接收器120對於所接受的時間領域信號進行快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform)後轉換成頻率領域信號123。轉換後的信號122對應於發送器110的排序頻譜信號112。在後續的處理過程中，利用轉換後的信號122進行頻道估測(Channel estimation)以及隨着頻道估測而來的頻道補償作業，此時需要把轉換後的信號122重新排序(reordering)成和發送器110的調幅頻譜信號111形態相同的頻譜信號121。

OFDM接收器120進行重排序時可以使用下列方式：轉換後的信號122儲存到記憶體(memory)里後再重新排序成調幅信號121、或者重新計算副載波指數(sub carrier index)。然而上述方式需要針對重排序作業而準備額外的記憶體，而且還需要另外準備執行重排序作業的電路或者生成控制信號，導致接收器120複雜化並增加所佔用的資源(resource)。

本發明需要解決的技術課題是提供一種副載波不需重排序的OFDM接收器。

本發明需要解決的另一個技術課題是提供一種副載波不需重排序的OFDM信號處理方法。

為了解決所述技術課題，本發明的接收器包括：I/Q解調器、FFT處理器、小數倍頻偏糾正單元、第一乘法器、整數倍頻偏糾正單元、第一加法器及第二加法器。

所述I/Q解調器利用OFDM數位信號對I(In phase)信號及和所述I信號形成90°相位差的Q(quadrature)信號進行解調。所述第一乘法器將所述I信號與所述Q信號及所述第一加法器的輸出相乘。所述FFT處理器則針對所述第一乘法器所輸出的信號進行高速傅利葉演算後產生頻譜信號。所述小數倍頻偏糾正單元輸出的小數倍頻偏補償值可以把所述第一乘法器所輸出的信號中包含的小數倍頻偏加以抵消。所述整數倍頻偏糾正單元輸出的整數倍頻偏補償值可以把所述FFT處理器所輸出的頻譜信號中包含的整數倍頻偏加以抵消。所述第一加法器把所述小數倍頻偏補償值及所述第二加法器的輸出相加。所述第二加法器把所述整數倍頻偏補償值及施加到所述I信號與所述Q信號上的偏移值M相加。

解決所述另一個技術課題的本發明OFDM信號處理方法，是一種把所接收的OFDM信號解調成I/Q信號後進行快速傅立葉轉換的OFDM信號處理方法，包括下列步驟：解調步驟，把收到的OFDM信號解調成I/Q信號；偏移步驟，對所述I/Q信號賦予偏移；以及頻譜信號生成步驟，對於經過了所述偏移的I/Q信號進行快速傅立葉轉換後生成頻譜信號。

本發明的接收器及信號處理方法在處理所收到的OFDM信號時，不必在副載波FFT進行重排序，因此可以簡化系統並儘量減少資源使用量。

為了讓本發明之所述目的、特徵、和優點能更明顯，下文配合所附圖示與較佳實施例作詳細說明如下。

第2圖係本發明一較佳實施例的副載波不需重排序的OFDM接收器的方塊圖。

請參閱第2圖，所述OFDM接收器200包括：ADC210、I/Q解調器220、FFT處理器230、小數倍頻偏糾正單元240、第一乘法器M1、整數倍頻偏糾正單元250、第一加法器A1、第二加法器A2、符號延遲部260、第二乘法器M2、頻道估測部270及等化器280。

ADC210可以把OFDM多天線所收到的類比信號轉換後生成所述OFDM數位信號。I/Q解調器220則利用OFDM數位信號對I(In phase)信號及和所述I信號形成90°相位差的Q(quadrature)信號進行解調。

第一乘法器M1將I信號與Q信號及第一加法器A1的輸出加以相乘。FFT處理器230則針對第一乘法器M1所輸出的信號進行高速傅利葉演算後產生頻譜信號。小數倍頻偏糾正單元240輸出的小數倍頻偏補償值ER1可以把所述第一乘法器M1所輸出的信號中包含的小數倍頻偏加以抵消。整數倍頻偏糾正單元250輸出的整數倍頻偏補償值ER2可以把FFT處理器230所輸出的頻譜信號中包含的整數倍頻偏加以抵消。第一加法器A1把小數倍頻偏補償值ER1及第二加法器A2的輸出相加。第二加法器A2把所述整數倍頻偏補償值ER2及施加到所述I信號與所述Q信號上的偏移值M相加.

符號延遲部260可以把構成FFT處理器230所輸出頻譜信號的符號加以延遲。頻道估測部270利用FFT處理器230所輸出的頻譜信號對頻道進行估測後輸出頻道補償信號。第二乘法器M2把符號延遲部260的輸出信號及頻道估測部270的輸出信號加以相乘。等化器280對第二乘法器M2的輸出進行等化(equalizing)處理。

第3圖定義了第2圖所示偏移值M。

請參閱第3圖，對應於頻譜信號(第1圖的111,112)，按照具備調幅資訊的一部分區域A、不具備調幅資訊的部分(斜線)及具備調幅資訊的其餘部分B的順序進行排序時，可以使頻譜信號旋轉，偏移值M的旋轉量相當於具備調幅資訊的一部分區域A及不具備調幅資訊的部分(斜線)之和。

其它符號延遲部260、頻道估測部270及等化器280的動作屬於已知內容，此處不予詳細說明。

下面是憑藉第2圖所示接收器對I/Q信號偏移的補償作用而不再需要在FFT之後進行重排序(reordering)的數學解釋。

OFDM信號藉着對正交性載波進行調幅後形成，使用了由所輸入的位元流(bit stream)映射(mapping)到作為複數符號(complex symbol)的I/Q符號後生成的符號序列(sequence)。透過該過程減少了位元流的OFDM信號可以由數學式1表示。

【數學式1】

此時，N表示副載波(sub-carrier)數量，X[m]表示[0,N-1]區段的第m個符號。

假設數學式1所示副載波在頻率領域調變(shift)的量，調變後的副載波可以由數學式2表示。

【數學式2】

請參閱數學式2，在頻率領域調變了M量的副載波可以透過和時間領域中具備M/N頻率的正弦波相乘後得到。請參閱第2圖，本發明提供的副載波不需重排序的OFDM接收器憑藉對I信號及Q信號賦予的偏移M而實現頻譜信號的旋轉處理。

先前的OFDM接收器僅對I/Q信號給予一定量的頻偏後進行FFT，然後針對FFT後的信號進行重排序過程。請參閱第2圖，本發明則如第2圖所示對FFT之前的信號賦予偏移而不必在FFT完畢後進行重排序或者儘量減少重排序塊(block)。

前文僅對接收器做了詳細說明，但接收器所執行的過程可以如下類推。即接收器的OFDM信號處理方法採取的是把所接收的OFDM信號解調成I/Q信號後進行快速傅立葉轉換的OFDM信號處理方法，其包括：解調步驟，把所接收的OFDM信號解調成I/Q信號；偏移步驟，對所述I/Q信號賦予偏移；以及頻譜信號生成步驟，對於經過了所述偏移的I/Q信號進行快速傅立葉轉換後生成頻譜信號。

前文係針對本發明之較佳實施例和圖式為本發明之技術特徵進行具體之說明，但所述較佳實施並不能限定本發明之範圍。熟悉此項技術之人士當可在不脫離本發明之精神與原則下對本發明進行變更與修改，而該等變更與修改，皆應涵蓋於如下申請專利範圍所界定之範疇中。

110．．．發送器

111．．．調幅頻譜信號

112．．．排序頻譜信號

113．．．逆快速傅立葉轉換

120．．．接收器

121．．．頻譜信號

122．．．轉換後的信號

123．．．頻率領域信號

200．．．OFDM接收器

210．．．ADC

220．．．I/Q解調器

230．．．FFT處理器

240．．．小數倍頻偏糾正單元

250．．．整數倍頻偏糾正單元

260．．．符號延遲部

270．．．頻道估測部

280．．．等化器

M．．．偏移值

M1．．．第一乘法器

M2．．．第二乘法器

A1．．．第一加法器

A2．．．第二加法器

第1圖係OFDM發送器與接收器的信號收發流程。

第2圖係本發明一較佳實施例的副載波不需重排序的OFDM接收器方塊圖。

第3圖定義了第2圖所示偏移值M。

200．．．OFDM接收器

210．．．ADC

220．．．I/Q解調器

230．．．FFT處理器

240．．．小數倍頻偏糾正單元

250．．．整數倍頻偏糾正單元

260．．．符號延遲部

270．．．頻道估測部

280．．．等化器

M．．．偏移值

M1．．．第一乘法器

M2．．．第二乘法器

A1．．．第一加法器

A2．．．第二加法器

Claims (5)

1. 一種副載波不需重排序的OFDM接收器，其包括：I/Q解調器，利用OFDM數位信號對I(In phase)信號及和所述I信號形成90°相位差的Q(quadrature)信號進行解調；第一乘法器，把所述I信號與所述Q信號及第一加法器的輸出加以相乘；FFT處理器，針對所述第一乘法器所輸出的信號進行高速傅利葉演算後產生頻譜信號；小數倍頻偏糾正單元，所輸出的小數倍頻偏補償值ER1可以把所述第一乘法器M1所輸出的信號中包含的小數倍頻偏加以抵消；整數倍頻偏糾正單元，所輸出的整數倍頻偏補償值ER2可以把所述頻譜信號中包含的整數倍頻偏加以抵消；第一加法器，把所述小數倍頻偏補償值ER1及第二加法器的輸出相加；及第二加法器，把所述整數倍頻偏補償值ER2及施加到所述I信號與所述Q信號上的偏移值M相加。
2. 如申請專利範圍第1項所述的副載波不需重排序的OFDM接收器，其中，另外包括ADC，把OFDM多天線所收到的類比信號轉換後生成所述OFDM數位信號。
3. 如申請專利範圍第1項所述的副載波不需重排序的OFDM接 收器，其中，符號延遲部，可以把構成所述頻譜信號的符號加以延遲；頻道估測部，利用所述頻譜信號估測頻道並且輸出頻道補償信號；第二乘法器，把所述符號延遲部的輸出信號及所述頻道估測部的輸出信號加以相乘；及等化器，對所述第二乘法器的輸出進行等化(equalizing)處理。
4. 如申請專利範圍第1項所述的副載波不需重排序的OFDM接收器，其中，對應於所述頻譜信號的發送器的頻譜信號按照具備調幅資訊的一部分區域、不具備調幅資訊的部分及具備調幅資訊的其餘部分的順序排序時，所述偏移值M的頻譜信號旋轉量相當於具備所述調幅資訊的一部分及不具備所述調幅資訊的部分之和。
5. 一種OFDM信號處理方法，把所接收的OFDM信號解調成I/Q信號後進行快速傅立葉轉換，包括下列步驟：解調步驟，把收到的OFDM信號解調成I/Q信號；偏移步驟，對所述I/Q信號賦予偏移；以及頻譜信號生成步驟，對於經過了所述偏移的I/Q信號進行快速傅立葉轉換後生成頻譜信號；其中對應於所述頻譜信號的發送器的頻譜信號按照具備調幅資訊的一部分區域、不具備調幅資訊的部分及具備調幅資訊的 其餘部分的順序排序時，所述偏移的頻譜信號旋轉量相當於具備所述調幅資訊的一部分及不具備所述調幅資訊的部分之和。