專利名稱：利用過采樣率進行信道估計完成頻域補償?shù)姆椒ê驮O備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于通信技術領域，更確切地說，本發(fā)明涉及在時域同步正交頻分 復用(TDS-OFDM ， Time Domain Synchronous Orthogonal Frequency Division Multiplexing)接收機中利用過采樣率進行信道估計來完成頻域補償?shù)姆椒ê驮O備。
背景技術：
正交頻分復用(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing )是已 公開的技術。授予Chang等人的、美國專利號為3，488，445的專利描述了一個 正交頻分復用的設備和方法，它在大量相互正交的載波上實現(xiàn)大量數(shù)據信號的 頻分復用，因此，子載波之間存在重疊，但頻帶受限，產生的頻譜不存在信道 間干擾(ICI, Interchannel Interference )和符號間干擾(ISI ， Intersymbol Interference )。每個信道的窄帶濾波器幅頻特性和相頻特性由它們各自的對稱性 所規(guī)定。為每個信號提供相同的抵抗信道噪聲的保護能力，仿佛每個信道中的 信號通過不相關的媒介傳輸，并且通過降低數(shù)據率去除符號間干擾。隨著信道 數(shù)目的增加，總的數(shù)據率接近最大理論值。
OFDM收發(fā)信機是已公開的技術。授予Fattouche等人的、美國專利號為 5,282,222的專利描述了 一種允許多個無線收發(fā)信機相互交換信息(數(shù)據、語音 或視頻)方法。在第一個收發(fā)信機中，信息的第一個幀復用到一個寬頻帶上，傳送給第二個收發(fā)信機。第二個收發(fā)信機接收和處理信息。信息采用相移鍵控 的差分編碼。另外，經過預先選擇的時間間隔后，第一個收發(fā)信機可以再次傳 送信息。在預先選擇的時間間隔期間，第二個收發(fā)信機可以用時分雙工方式和 另外的收發(fā)信機交換信息。第二個收發(fā)信機的信號處理可以包括估計發(fā)送信號 的相位差和對發(fā)送信號進行預失真處理。收發(fā)信機包括一個用于信息編碼的編 碼器、用于把信息復用到寬帶語音信道上的寬帶頻分復用器，和用于復用信息 上變換的本地振蕩器。設備包括一個處理器，它對復用信息進行傅里葉變換， 把信息變換到時間域進行傳輸。
在OFDM中釆用偽噪聲(PN, Pseudo-Noise)作為保護間隔(GI, Guard Interval)是已公開的技術。授予楊林等人的、美國專利號為7,072,289的專利
描述了在信號傳輸信道中存在時延的情況下， 一種估計傳輸信號幀開始和Z或結 束定時的方法。每個信號幀都有一個偽隨機(PN, Pseudo-Noise) m序列，其 中PN序列滿足選擇的正交性和封閉性(closures relation)的關系。接收到的 信號和PN序列進行卷積，并從接收信號中減去，從而確定接收信號中PN序 列的開始和/或結束。PN序列用于定時恢復、載波恢復、信道傳輸特性估計、 接收信號幀同步，以及代替OFDM的保護間隔。
可以看出，盡管PN具備令人滿意的性質，但是它相關的值卻可能會上下 波動。這種情況特別是在傳輸后接收相同的信號時出現(xiàn)。因此，需要提供一個 校正因子來補償這些漲落或不確切性。

發(fā)明內容
在時域同步正交頻分復用(TDS-OFDM, Time Domain Synchronous Orthogonal Frequency Division Multiplexing)通信系統(tǒng)中，提出了一種校正或補 償?shù)姆椒?，來恢復經過多個延時的接收到的PN序列。偽隨機(PN)序列作為 保護間隔使用。
在TDS-OFDM通信系統(tǒng)中，提出了一種校正或補償?shù)姆椒?，來恢復經過 衰減的接收到的PN序列。偽噪聲(PN)序列作為保護間隔。在TDS-OFDM通信系統(tǒng)中，提出了一種校正或補償?shù)囊蜃樱瑏砘謴徒邮?到的PN序列。偽隨機(PN)序列作為保護間隔。
在TDS-OFDM接收機中，提出了一種校正或補償?shù)姆椒?，來恢復經過多 個延時的接收到的PN序列。偽隨機(PN)序列作為保護間隔。
在TDS-OFDM接收機中，提出了一種校正或補償?shù)姆椒?，來恢復經過衰 減的接收到的PN序列。偽隨機(PN)序列作為保護間隔。
在TDS-OFDM接收機中，提出了一種校正或補償?shù)囊蜃?，來恢復接收?的PN序列。偽隨機(PN)序列作為保護間隔。
在TDS-OFDM接收機中，提出了一種利用過釆樣進行信道估計來完成頻 域補償?shù)姆椒ê驮O備。該方法和設備包括一個對第一個信號和第二個信號進行 相關操作的相關器， 一個將相關以后的信號變換到頻域的變換器，以及一個插 值器和截斷模塊，將變換以后的信號進行插值和截斷，為以后的使用作參考。


附圖中的參考數(shù)字指相同或功能相似的基本單元，附圖和下面的詳細描述 一起構成了一個整體，成為說明書的要素，并用于進一步圖示各種具體實施例 和解釋本發(fā)明的各種原理與優(yōu)點。
圖1為符合本發(fā)明具體實施例的接收機的示意圖2為本發(fā)明實施例的結構示意圖2A為圖2方框圖所對應的一系列示意圖3為本發(fā)明實施例的流程示意圖。
專業(yè)人士需要的是將圖中的基本單元簡單明了地表示出來，是否按比例描 繪并不是必要的。例如，為了更好地幫助理解本發(fā)明的具體實施例，圖中某些 基本單元的尺寸大小相對于其它單元可能被夸大。
具體實施例方式
在詳細描述本發(fā)明實施例之前，應當注意，本實施例存在于方法步驟和裝置部件的組合之中，它涉及到在頻域提供一個補償因子來補償所接收到的經過 相關的PN序列的不確切性。相應地，圖例中使用常規(guī)的符號來描述這些設備 和方法步驟，僅詳細說明了與本發(fā)明具體實施例相關的關鍵細節(jié)，幫助大家清 晰地、充分地理解本方案，以免對這些細節(jié)產生誤解，使本領域的普通技術人 員容易明白，并從中受益。
在本說明書中，相關的術語，例如第一和第二、頂部和底部，以及相似的 術語，可能會單獨使用，以區(qū)別不同的實體或處理，并不表示必須需要或暗示 這些實體或處理之間的關系或順序。術語"包括"、"由.....組成"，或是任何與 之相關的其他變形，意指包含非排它的結果。所以，由一系列基本單元組成的 處理、方法、文章或裝置不僅僅包含那些已經指明了的基本單元，也可能包含 其它的基本單元，雖然這些單元沒有明確列在或屬于上述的處理、方法、文章 或裝置。被"包括"所引述的基本單元，在沒有更多限制的情況下，不排除在 由基本單元構成的處理、方法、文字或裝置中存在另外相同的基本單元。
這里所描述的本發(fā)明的具體實施例由一個或多個通常的處理器和唯一的存 儲程序指令構成，程序指令控制一個或多個處理器，配合一定的非處理器電路， 去實現(xiàn)某些、大部分或全部的所述的在頻域提供一個補償因子來補償接收到的 經過相關的PN序列的不確切性。非處理器電路可能包括但不限于無線接收機、 無線發(fā)射機、信號驅動器、時鐘電路、電源電路和用戶輸入設備。同樣的，這 些功能可以解釋為完成上述信道估計的方法步驟。作為替換選擇，某些或所有 功能可以用沒有儲存程序指令的狀態(tài)機實現(xiàn)，或者使用一個或多個專用集成電
路(ASIC, Application Specific Integrated Circuit )，在這些ASIC中 一個功能或
一些功能的某種組合作為定制邏輯來實現(xiàn)。當然，這兩種方法也可以組合使用。 因此，這里描述了實現(xiàn)這些功能的方法和手段。更進一步，期望普通的技術人 員經過努力和許多設計選擇后，例如有效的開發(fā)時間、當前的技術和經濟方面 的考慮，在這里所揭示的概念和原理指導下，能夠容易通過最少的實驗得到所 述的軟件指令、程序和集成電路(IC， Integrated Circuit )。
參見圖1,圖中闡明了基于低密度奇偶校驗(LDPC, Low Density ParityCheck )碼的TDS-OFDM通信系統(tǒng)接收機10。換而言之，圖1闡明了基于LDPC 的TDS-OFDM接收機10功能模塊的結構圖。在這里解調依據TDS-OFDM調 制方案的原則。糾錯編碼方案基于LDPC。接收機IO的基本目標是從受噪聲干 擾的系統(tǒng)中，決定發(fā)射機發(fā)送的是何種波形的有限集，并經過某種信號處理技 術重新生成發(fā)射機發(fā)送的離散消息的有限集。
圖1的結構圖闡明了接收機10的信號和關鍵的處理步驟。假定接收機10 的輸入信號12是經過下變換的數(shù)字信號。接收機IO的輸出信號14是運動圖像 專家組標準-2(MPEG-2)的傳送流。更確切的說，射頻調諧器18接收射頻(RF， Radio Frequency)輸入信號16，并將RF輸入信號轉換為低中頻或零中頻信號 12。低中頻或零中頻信號12以模擬信號或數(shù)字信號(通過一個可選的模數(shù)轉換 器20)的形式提供給接收機IO。
在接收機10中，中頻信號被轉換到基帶信號22。接著時域同步正交頻分 復用(TDS-OFDM )解調器根據基于低密度奇偶校驗(LDPC， Low Density Parity Check)碼的TDS-OFDM調制方案的參數(shù)進行解調。信道估計模塊24和相關 模塊26的輸出送到時域解交織器28，然后送到前向糾錯模塊。接收機10的輸 出信號14是并行或者串行的MPEG-2傳送流，包括有效信號、同步和時鐘信 號。接收機10的配置參數(shù)可以檢測并自動編程，或是手動設置。接收機10可 配置的主要參數(shù)有(l)子載波調制方式正交相移鍵控(QPSK, QuadPhase Shift Keying), 16正交幅度調(QAM, Quadrature Amplitude Modulation), 64QAM; ( 2 )前向纟1)錯(FEC, Forward Error Correction)碼率0.4, 0.6， 0.8; (3)保護間隔420或者945個符號；(4)時域解交織模式0， 240或者720 個符號；(5)控制幀檢測；(6)信號帶寬6， 7或8MHz。
接收機10的功能模塊描述如下。
自動增益控制(AGC, Automatic Gain Control)模塊30將輸入的數(shù)字化的 信號強度和一個參考進行比較。差值經過濾波，濾波值32用于控制調諧器18 的放大增益。調諧器提供的模擬信號12經過模數(shù)轉換器(ADC, Analog-to-Digital Converter) 20的采樣。采樣以后的信號以 一個較低的中頻為中心。例如，用30.4MHz對一個36MHz的中頻信號進行采樣會得到 一個以5.6MHz為中心的信 號。中頻到基帶模塊22將較低的中頻信號轉換到基帶的復信號。ADC20使用 固定的采樣率。從這個固定的采樣率轉換到OFDM的采樣率是用插值的方式在 模塊22中完成的。定時恢復模塊33計算定時誤差并誤差濾波來驅動一個數(shù)控 震蕩器(圖中未示出)，數(shù)控震蕩器控制采樣定時的校正值，這個值用于進行采 樣率轉換的插值器。
在輸入信號12中可能存在頻率偏差。自動頻率控制模塊34計算這個偏差， 并調整中頻到基帶轉換時所用的中頻參考頻率。為了改進捕獲的范圍和跟蹤信 能，頻率控制分兩級完成粗調和細調。由于發(fā)送信號經過了根方升余弦濾波， 接收信號也會經過同樣的處理。眾所周知，TDS-OFDM系統(tǒng)的信號包括一個 PN序列和跟隨的離散傅立葉逆變換(IDFT ， Inverse Discrete Fourier Transform) 符號。將本地生成的PN和輸入的信號進行相關，很容易找到相關峰(這樣就 可以確定幀開始的時刻)和其它同步信息，例如頻率偏差和定時誤差。信道的 時域響應是基于之前得到的信號相關信息。時域響應經過快速傅立葉變換 (FFT, Fast Fourier Transform )就得到頻域的響應。
在TDS-OFDM中，PN序列取代了傳統(tǒng)的循環(huán)前綴。因此有必要移除PN 序列并且恢復經過信道擴展的OFDM符號。模塊36恢復傳統(tǒng)的常規(guī)的OFDM 符號，可以使用一個抽頭的均衡器完成均衡。FFT模塊38進行3780點的FFT。 根據信道的頻域響應，經過FFT模塊38變換的數(shù)據在信道均衡器40里進行操 作。解旋轉以后的信號和信道的狀態(tài)信息發(fā)送到FEC進行進一步的處理。
在TDS-OFDM接收機10中，時域解交織器10用來增加抗干擾的能力。 時域解交織器28是一個巻積解交織器，需要大小為B* (B-l ) *M/2的存儲器， 其中B是分支的數(shù)量，M是深度。在本文的TDS-OFDM接收機10的實現(xiàn)方式 中，有兩種時域解交織模式，模式l, B=52、 M=240;模式2， B=52， M=720。
對于解碼器來說，LDPC解碼器42是一個軟判決的迭代解碼器，例如，發(fā) 射機(未示出)提供的準循環(huán)低密度奇偶校驗(QC-LDPC， Quasi-Cyclic Low Density Parity Check)碼。通過共享同樣的硬件，可以配置LDPC解碼器42解三種不同的碼率(也就是，0.4碼率，0.6碼率和0.8碼率)的QC-LDPC碼。如 果達到了最大迭代次數(shù)(全迭代)，或者在誤碼檢測和校正過程中發(fā)現(xiàn)已經沒有 誤碼(部分迭代)，迭代過程就會終止。
基于不同調制方式(四相移鍵控(QPSK, Quad Phase Shift Keying )、 16 正交幅度調制(QAM, Quadrature Amplitude Modulation), 64QAM)和不同編 碼速率(0.4, 0.6, 0.8)， TDS-OFDM調制/解調系統(tǒng)是一個多速率的系統(tǒng)，這 里QPSK (Quad Phase Shift Keying)指正交相移鍵控，QAM (Quadrature Amplitude Modulation)指正交幅度調制。博斯-喬赫里-霍克文黑姆碼(BCH， Bose ， Chaudhuri & Hocquenghem Type of Code )解碼器的輸出是逐比特的。根 據不同的調制方式和編碼速率，率轉換模塊將BCH解碼輸出的比特合并為字 節(jié)，并且調整字節(jié)輸出時鐘的速率，使得接收機10輸出的MPEG-2包在整個 解調/解碼過程中均勻的分布。
BCH解碼器46用于解BCH (762, 752)碼，這個碼是由二進制BCH碼 (1023， 1013)截短而得，生成多項式為x1Q+x3+l。
由于發(fā)射機中的數(shù)據在BCH編碼(未示出)以前經過了 PN序列的擾碼， 經過LDPC/BCH解碼器46校正誤碼以后的數(shù)據必須要進行解擾。PN序列由多 項式l+x"+x"生成，初始狀態(tài)為100101010000000。解擾器48在每一信號幀都 會被復位到初始狀態(tài)。其它時刻，解擾器48將自由運行直至再次復位。低8 位比特將于輸入信號進行異或運算。
經過解調器不同模塊的數(shù)據流描述如下。
數(shù)字地面調諧器18處理接收到的射頻信息16，調諧器選擇將要解調的頻 帶并將信號16下變換到基帶或低中頻。經過下變換的信息12經過模數(shù)轉換器 20變換到數(shù)字域。
經過采樣率轉換器50處理以后的基帶信號轉換為符號表示。在保護間隔里 的PN信息被提取出來，并和一個本地的PN發(fā)生器作相關，來得到時域沖擊響 應。時域沖擊響應經過FFT運算得到估計的信道響應。相關器26也被用于定 時恢復32和對接收信號的頻域估計校正。接收信號中的OFDM符號信息被提取出來送到3780點FFT模塊38，得到頻域的符號信息。用先前得到的信道估 計，OFDM符號完成均衡并送到FEC解碼器。
在FEC解碼器中，時域解交織模塊28完成發(fā)送符號序列的解卷積，并將 3780的模塊送到內碼LDPC解碼器42。 LDPC解碼器42與BCH解碼器46串 行級聯(lián)，從3780個符號中移除36個傳輸參數(shù)信令(TPS, Transmission Parameter Signaling)符號并處理余下的3744個符號來恢復發(fā)送的傳輸流信息。率轉換器 44調整輸出數(shù)據的速率，解擾器48重建發(fā)送的流信息。 一個外部的存儲器52 與接收機10相耦合，提供預定的或按需的存儲空間。
相關模塊26和傅立葉變換模塊38可以合并起來改進信道估計24,這些都 顯示在圖2、圖2A中。參見圖2和圖2A,提出了一種改進的相關方法60。 一 開始，接收到的包含PN信號的Rx62,包括伴隨的由信道特征引起的多個延時 衰減和干擾，與原本的PN64—起送到相關器66中，其中Rx62是接收到的過 采樣的數(shù)據。接收到的包含PN信號的Rx 62和原本的PN 64 —起在相關器66 中在時域上進行相關(如圖2A所示)。相關的結果經過傅立葉變換器68轉換 到頻域上。傅立葉變換器是一個數(shù)字變換，如快速傅立葉變換(FFT)。由于采 樣率轉換，變換后的相關信號需要在插值和截斷模塊70中進行，以得到用于均 衡的符號信道響應，然后在確定補償模塊72中確定所需的補償值。
可以看到，頻域上的插值截斷圖反映了恢復的PN序列的不確切性，注意 圖2A中的深坑71。根據這個結果，可以產生相應得相關PN序列的校正因子。 見圖2A的最后一幅圖，注意用來校正最大頻率邊沿的尖峰73。
在TDS-OFDM通信系統(tǒng)中，時域PN序列被作為保護間隔插入在相鄰的凈 荷之間，凈荷可能是IDFT塊。當收到時域PN序列后，PN序列是由信道特征 引起的多個延時和衰減的總和以及伴隨的干擾。因此，需要將接收的信號和一 個原本的或者本地生成的PN (例如保護間隔(GI， Guard Interval ) 420時的 PN255， GI945時的PN 511 )在過采樣的條件下進行相關，產生過采樣的信道 響應。用例如FFT68的變換器，相關信息被變換到頻域。然而，頻域均衡需 要符號的信道響應。這通過對過采樣的信道頻域響應進行插值來實現(xiàn)，例如，線性插值。
即使沒有多徑，這一插值的信道在最大頻率邊沿時性能也有限。因此，本 發(fā)明考慮了 一種補償方法來對抗這一缺點。
參見圖3，流程圖80描述了本發(fā)明的一個例子。步驟82,接收信號Rx傳 送給后續(xù)的相關；步驟84，原本PN和Rx—起傳送給后續(xù)的相關；步驟86， 相關器對PN和接收信號進行相關運算；步驟8S,相關以后的結果經過傅立葉 變換到頻域，傅立葉變換一般是數(shù)字變換，例如快速傅立葉變換(FFT);步驟 90，變換的結果經過插值和截斷來反映變換結果在最大頻率邊沿的有限性能； 步驟92，確定對最大頻率邊沿的補償，用來作校正。
應當注意，本發(fā)明所使用的PN序列，公開于美國專利號為7,072,289、授 予楊林等人的專利，涉及的申請在此合并為一體，作為參考。
在TDS-OFDM接收機中，提出了一種利用過釆樣進行信道估計來完成頻 域的方法和設備。該方法和設備包括一個對第一個信號和第二個信號進行相關 操作的相關器， 一個將相關以后的信號變換到頻域的變換器，以及一個插值器 和截斷模塊，將變換以后的信號進行插值和截斷，為以后的使用作參考。
上面結合附圖對本發(fā)明的具體實施例進行了詳細說明，但本發(fā)明并不限制 于上述實施例，在不脫離本發(fā)明的權利要求的精神和范圍情況下，本領域的普 通技術人員可作出各種修改或改變。因此，本說明書和框圖是說明性而非限制 性的，同時，所有修改都包含在本發(fā)明的范圍中。好處、優(yōu)點、問題的解決方 案以及可能產生好處、優(yōu)點或產生解決方案或者變得更明確的解決方案的任何 基本單元，都不會作為任何或全部權利要求中重要的、必需的或者本質的特性 或原理來加以解釋。后面的權利要求，包括本申請未定期間的任何改正以及與 頒布的那些權利要求的所有的等同權利，單獨地定義了本發(fā)明。
權利要求
1.一種在TDS-OFDM接收機中利用過采樣進行信道估計完成頻域補償?shù)脑O備，其特征在于，該設備由如下構成一個將第一個信號和第二個信號進行相關運算的相關器；一個將相關以后的信號變換到頻域的變換器；一個插值器和截斷模塊，將變換以后的信號進行插值和截斷，經過變換、插值和截斷以后的信號為以后的使用作參考。
2. 如權利要求1所述的在TDS-OFDM接收機中利用過釆樣進行信道估計 完成頻域補償?shù)脑O備，其特征在于，該裝置進一步包括一個用參考的逆作為補 償因子的補償模塊。
3. 如權利要求1所述的在TDS-OFDM接收機中利用過采樣進行信道估計 完成頻域補償?shù)脑O備，其特征在于，所述第一個信號是接收到的、含有不確切 性的偽噪聲序列。
4. 如權利要求1所述的在TDS-OFDM接收機中利用過釆樣進行信道估計 完成頻域補償?shù)脑O備，其特征在于，所述第二個信號是接收機本地生成的一個 本地偽噪聲序列。
5. 如權利要求1所述的在TDS-OFDM接收機中利用過采樣進行信道估計 完成頻域補償?shù)脑O備，其特征在于，所述偽噪聲序列用作發(fā)送凈荷之間的保護 間隔。
6. —種在TDS-OFDM接收機中利用過釆樣進行信道估計完成頻域,卜償?shù)?方法，其特征在于，該方法由如下步驟構成將第一個信號和第二個信號進行相關運算；將相關以后的信號變換到頻域；將變換以后的信號進行插值和截斷，經過變換、插值和截斷以后的信號為 以后的使用作參考。
7. 如權利要求6所述的在TDS-OFDM接收機中利用過采樣進行信道估計完成頻域補償?shù)姆椒?，其特征在于，該方法進一步包括用參考的逆作為補償因 子。
8. 如權利要求6所述的在TDS-OFDM接收機中利用過釆樣進行信道估計 完成頻域補償?shù)姆椒?，其特征在于，所述的第一個信號是接收到的、含有不確 切性的偽噪聲序列。
9. 如權利要求6所述的在TDS-OFDM接收機中利用過釆樣進行信道估計 完成頻域補償?shù)姆椒?，其特征在于，所述的第二個信號是接收機本地生成的一 個本地偽噪聲序列。
10. 如權利要求6所述的在TDS-OFDM接收機中利用過采樣進行信道估 計完成頻域補償?shù)姆椒ǎ涮卣髟谟?，所述的偽噪聲序列用作發(fā)送凈荷之間的 保護間隔。
全文摘要
本發(fā)明涉及在TDS-OFDM接收機中利用過采樣率進行信道估計來完成頻域補償?shù)姆椒ê驮O備，屬于通信技術領域。該方法和設備包括一個對第一個信號和第二個信號進行相關操作的相關器，一個將相關以后的信號變換到頻域的變換器，以及一個插值器和截斷模塊，將變換以后的信號進行插值和截斷，為以后的使用作參考。
文檔編號H04L27/26GK101286967SQ200710130010
公開日2008年10月15日 申請日期2007年7月23日 優(yōu)先權日2006年10月17日
發(fā)明者勤 劉 申請人:北京凌訊華業(yè)科技有限公司