專利名稱：Tds-ofdm接收機中頻域判決反饋均衡器的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于通信技術領域，更確切地說，本發(fā)明涉及時域同步 正交頻分復用(TDS-OFDM, Time Domain Synchronous-Orthogonal Frequency Division Multiplexing)接收機中頻域判決反饋均衡器的方 法和裝置。
背景技術：
正交頻分復用(OFDM)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大量數據信號的頻分復 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，
并且通過降低數據率去除符號間干擾。隨著信道數目的增加，總的 數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立葉變換，把信息變換到時間域 進行傳輸。
在OFDM中采用偽噪聲(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/或結束定時的方法。每個信號幀都 有一個偽隨機(PN) 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。
我們知道作為保護間隔的PN序列可用于信道頻域估計。然而 由于各種原因，這個估計可能不是準確的。比如傳輸后由于信道延 時，這個估計變得不精確。由于信道延遲，保護間隔可能包含來自先前幀或包的符號或凈荷信息。同樣的，保護間隔中的信息部分可 能延遲到預定的凈荷區(qū)里。因此，需要自校正的反饋環(huán)路。所以， 要求進一步通過反饋環(huán)路的方法提高信道估計的性能。

發(fā)明內容
提供了使用保護間隔的信道估計，并且它的衍生物作為后續(xù)幀 估計的基礎。
提供了使用至少 一個保護間隔的判決反饋信道估計。
提供了具有保護間隔的信道估計，包括偽噪聲(PN, Pseudo-Noise) 和使用接收到的PN序列。
提供了使用接收到的作為保護間隔的PN序列的信道估計，并 且它的衍生物作為后續(xù)幀估計的基礎。
提供了使用接收到的作為保護間隔的PN序列的信道估計，和 判決反饋。


附圖中的參考數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l是符合本發(fā)明具體實施例的接收機示意圖2是簡化的接收機示意圖3是以前的信號關系示意圖4是本發(fā)明的反饋環(huán)路框圖的示意圖5是本發(fā)明信號星座圖的示意圖6是本發(fā)明的曲線圖7是本發(fā)明的一系列幀示意圖。
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，它涉及到基于判決反饋的信道特性 估計。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，并從中收益。
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，去實現某些、大部分或全部的所述的基于 判決反饋的信道特性估計。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基于判決反饋的信道 特性估計的方法步驟。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，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。當然，這兩種 方法也可以組合使用，因此，這里描述了實現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)。
如圖1所示，描述了以TDS-OFDM為基礎的低密度奇偶校驗 (LDPC, Low Density Parity Check)系統(tǒng)接收機10。換句話說， 圖1是以框圖來說明基于TDS-OFDM的LDPC接收機10的功能模 塊圖。這里的解調遵循TDS-OFDM調制原理。誤碼糾錯機制基于 LDPC。接收機10的首要目的是在有噪聲系統(tǒng)中的信號檢測，發(fā)射 機發(fā)送波形的有限集合，而接收機用信號處理技術再生發(fā)射機發(fā)送 的離散信號的有限集合。
圖I中的方框圖闡述了接收機IO的信號及關鍵的處理步驟。這 里假設接收機10的輸入信號12是下變換的數字信號，輸出信號14是 運動圖像專家組標準(MPEG-2)格式的傳送流。更具體的說，射頻 (RF， Radio Frequency)調諧器18接收RF輸入信號16,并且將其下 變換到低中頻或零中頻信號12,作為模擬信號或數字信號(通過可 選的模數轉換器20)提供給接收機10。成形模塊49將信號調整，以 便進一步的處理。在接收機10中，中頻信號轉換到基帶信號22。然后，根據
TDS-OFDM調制方案中低密度奇偶校驗(LDPC， Low-density Parity Check)的參數完成時域同步正交頻分復用(TDS-OFDM)解調。信道 估計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IO的輸出信號14是包括了有效數據、同步信 號、時鐘信號的并行或串行MPEG-2傳送流。接收機10的配置參數 可以自動探測或者自動編程控制或者手動設置。接收機IO主要的配 置參數包括(1)子載波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)和64QAM; (2)前向糾錯碼率0.4、 0.6 和0.8; (3)保護間隔420或945個符號；(4)時域解交織模 式0、 240或720個符號；(5)控制幀探測；和(6)信道帶寬 6、 7或8MHz。
下面描述接收機10中各功能塊。
自動增益控制(AGC, Automatic Gain Control)模塊30將輸入
的數字化信號強度與參考進行比較，把得到的差值進行濾波，濾波 器值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 通過模數轉換器20釆樣，產生的信號中心頻率位于更低的中頻IF 上。例如，使用30.4 MHz釆樣頻率對36MHz中頻信號釆樣，得到 的信號的中心頻率是5.6MHz。中頻到基帶模塊22把這個更低的中 頻信號轉換為基帶復數信號。模數轉換器20使用固定采樣率。使用 模塊22中的內插器完成從這個固定采樣率到OFDM釆樣率的轉 換。時鐘恢復模塊33計算時鐘誤差，并對誤差濾波后驅動數字控制 振蕩器(NCO , Numerically Controlled Oscillator )(圖中未示 出)，NCO控制釆樣率轉換內插器中的釆樣定時校正。
輸入信號12可能有頻率偏移。自動頻率控制模塊34計算頻率
偏移，并調整中頻到基帶的參考中頻頻率。為了提高捕獲范圍和跟
蹤性能，頻率控制由兩個步驟完成的粗調和細調。因為發(fā)射信號 是由平方根升余弦濾波器成形，所以接收信號要進行相同的處理。 眾所周知，在TDS-OFDM系統(tǒng)中離散傅立葉逆變換(IDFT, Inverse Discrete Fourier Transform)符號之前包括一個PN序歹'J。 通 過把本地產生的PN序列和輸入信號做相關運算，很容易找到相關 峰(由此就可以確定幀頭)及頻率偏置和時間誤差等同步信息。信 道時域響應基于已經獲得的信號相關。頻率響應由時域響應經過快 速傅立葉變換(FFT， Fast Fourier Transform)變換得到。
在TDS-OFDM系統(tǒng)中，PN序列取代了傳統(tǒng)的循環(huán)前綴填充。 這樣就需要刪除PN序列，并恢復被信道擴展的OFDM符號。模塊 36恢復了傳統(tǒng)的OFDM符號，它使用了一個抽頭的均衡器。FFT模 塊38實現了 3780點的FFT。對基于信道頻率響應的FFT 38變換數 據進行信道均衡40。去旋轉后的數據和信道狀態(tài)信息送給 前向糾錯(FEC， Forward Error Correction),做進一步處理。
在TDS-OFDM接收機10中，時域解交織器28用于提高對脈沖 噪聲的抵抗性。時域解交織器28是卷積解交織器，它需要B*(B-l)*M/2大小的存儲器，這里B是交織寬度，M是交織深度。對于 TDS-OFDM接收機10的具體實施例，有兩種時域解交織模式，模 式l， B=52， M=240;模式2, B=52， M=720。
對于解碼來說，LDPC解碼器42是軟判決迭代解碼器，例如， 由發(fā)射機提供的準循環(huán)低密度奇偶校驗碼(QC-LDPC， Quasi-Cyclic Low Density Parity Check)(圖中未示出)。LDPC解碼器42 配置為3種不同的QC一LDPC碼率(即碼率0.4、碼率0.6和碼率
0.8),三種碼率共享相同的硬件電路。當迭代過程達到了規(guī)定的最 大迭代次數(完迭代)時，或當在錯誤檢測和錯誤糾正處理中沒有 了誤碼(部分迭代)時，迭代過程就會結束。
TDS-OFDM調牽(j/解調制系統(tǒng)是基于多種調制方案(QPSK、 16QAM、 64QAM)和多種編碼碼率(0.4、 0.6和0.8)的多碼率系 統(tǒng)，期中QPSK (Quad Phase Shift Keying)代表四相移鍵控，QAM (Quadrature Amplitude Modulation ) 代表正交幅度調制。 博斯-喬赫里-霍克文黑姆碼(BCH， Bose, Chaudhuri & Hocquenghem Type of Code )解碼器46是按比特輸出。根據不同的 調制方案和編碼碼率，速率轉換模塊把BCH解碼器46的比特輸出 組合為字節(jié)(byte)，同時調整字節(jié)輸出時鐘的速率，使接收機10 的MPEG-2包輸出在整個解調制/解碼過程中保持均勻的分配。
解碼器46用來進行BCH (762， 752)碼解碼。此BCH碼是 BCH (1023， 1013)碼的截短二進制BCH碼，其生成多項式為 x10+x3+l。
因為發(fā)射機中的數據在BCH編碼器(圖中未示出)之前已經使 用偽隨機序列(PN， Pseudo-Random)進行了隨機化，所以，由 LDPC/BCH解碼器46產生的糾錯數據必須要去隨機化。PN序列的
生成多項式為1+ 4+ 5,其初始條件為100101010000000。解擾器 48會在每個信號幀時復位到初始狀態(tài)。另外，解擾器48會一直自由 運行，直到下一次復位。最低的8位要和輸入字節(jié)流作異或運算。
下面描述數據流通過解調器不同模塊的情況。接收的RF信息 16由數字地面調諧器18進行處理，調諧器選擇需要解調信號的帶寬 及頻率，并把信號16下變換到基帶或低中頻信號。然后下變換得到 的信息12通過模數轉換器20變換到數字域?；鶐盘柦涍^釆樣率轉換器50的處理后轉換為符號。保護間隔
中的PN信息與本地產生的PN序列作相關運算，得到時域沖擊響 應。時域沖擊響應的FFT變換提供了信道響應的估計。相關器26還 用于時鐘恢復33、頻率估計和接收信號的校正。提取接收數據中的 OFDM符號，并通過3780點的FFT變換38，得到了頻域里的符號 信息。使用前面所得到的信道估計信息，對OFDM符號進行均衡處 理，然后送到前向糾錯(FEC, Forward Error Correction)解碼器。
在前向糾錯(FEC, Forward Error Correction )解碼器部分，時 域解交織模塊28實現了傳輸符號序列的去卷積交織，接著把這3780 個點的塊送到內碼LDPC解碼器42。 LDPC解碼器42和BCH解碼器46 以串聯工作方式接收精確的3780個符號，去掉36個傳輸參數信令 (TPS, Transmission Parameter Signaling)符號后，處理剩下的3744 個符號，并恢復發(fā)射的傳輸流信息。速率轉換器44調整輸出數據速 率，解擾器48重建發(fā)射的碼流信息。連接到接收機10的外部存儲器 52為這部分預先設定的功能或需求提供了存儲空間。
參考圖2，描述了一個接收機，它是圖l所示接收機的簡化版 本。成形模塊49送給相關模塊26，相關模塊26的輸出送給信道估 計模塊24,其輸出是信道響應H,連到信道均衡模塊40。成形模塊 49的輸出也送給OFDM符號恢復模塊36,其輸出是傳輸符號的時域 值。傳輸符號y經過傅立葉變換模塊38，得到變換后的頻域值Y， 它用于信道均衡模塊40。
參考圖3，描述了以前的信道估計方法。已知的信道頻率響應H 除變換的符號Y，即Y/H,得到固定的信道估計。例如，在TDS-OFDM系統(tǒng)中，接收到的頻域符號Y (頻域變換后)除以信道頻率 響應H，完成信道均衡。然而，信道頻率響應H可能并不總是代表
當前真實的頻率響應。典型的信道頻率響應H是通過已知的保護間
隔進行估計，例如PN序列。換言之，信道頻率響應H是由至少一
個已知的保護間隔進行估計。由于在傳輸后產生的信道延遲，這種 估計是不準確的。由于信道延遲，保護間隔中可能包含來自先前幀 或包的符號或凈荷信息。同樣的，保護間隔中的信息部分可能延遲 到預定的凈荷區(qū)里。因此，需要自校正的反饋環(huán)路。
參考圖4，描述了反饋環(huán)路的方框圖60,它提高了現有信道響 應。如上所述，均衡器需要進一步提高。本發(fā)明提出了一種基于判 決反饋的均衡。因此，H的初始值如下獲得。假設y是接收到的符 號，Y是y的FFT, Hi是信道頻率響應(初始估計61)。符號星座 分片器62的判決基于Y/H。換言之，分片器62按著Y/H做出操
作。因此，新的信道估計從下式獲得 H產Y/slice(Y/H) (1)
通過H！的逆FFT (IFFT, Inverse FFT ) 64處理，截斷和閾值 模塊66到信道需要的長度，并且由截斷和閾值模塊66限定噪聲底 板，然后通過FFT模塊68頻率變換到H2,獲得了信道Hn的新的估 計。這個新估計用于下一幀，因此，稱為判決反饋。
參考圖5,描述了信號星座映射圖70。如圖所示，在理想或好 的條件下，例如加性高斯白噪聲(AWGN)信道模型，點72將有良 好的表現。然而在實際中，點72通常擴散到AWGN點72的鄰近區(qū) 域74。因此，可以通過施畫水平和垂直線76，定義一系列的矩形， 完成星座映射。落在矩形內的點將給予AWGN點所代表的值或矩形 內所有點的均值，因此，得到了一組固定的、簡化的數值，用于后 面的計算。
參考圖6，描述了本發(fā)明的示意圖。注意，只有保護間隔長度L 用于本發(fā)明的計算。更進一步，注意噪聲電平N,它是由截斷和閾 值模塊66的噪聲消除函數處理的。
參考圖7，描述了一系列幀。類似地，僅使用包含在保護間隔長
度L中的信息，如Gm、 Ga2等。
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。
提供了適用于裝置中的接收符號和信道頻率響應的均衡方法。 方法包括步驟基于信號星座圖，使用分片器把信道頻率響應劃 界，得到分片的信道頻率響應；接收到的符號除以分片的信道頻率 響應，像除法器，除法器的商作為后面接收到的符號的參考點。
提供了適用于接收符號和信道頻率響應的均衡裝置。裝置包括 一個分片器，它基于信號星座圖把信道頻率響應劃界，得到分片的 信道頻率響應； 一個除法器，它把接收到的符號除以分片的信道頻 率響應，除法器的商作為后面接收到的符號的參考點。
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
1.一種適用于接收符號和信道頻率響應的均衡裝置，其特征在于，該裝置包括一個分片器，它基于信號星座圖把信道頻率響應劃界，得到分片的信道頻率響應；一個除法器，它把接收到的符號除以分片的信道頻率響應，除法器的商作為后面接收到的符號的參考點。
2. 如權利要求1所述的適用于接收符號和信道頻率響應的均衡 裝置，其特征在于，進一步包括截斷器，它把分片的信息進一步限制到和符號之間保護區(qū)域相關的特定時間周期。
3. 如權利要求2所述的適用于接收符號和信道頻率響應的均衡 裝置，其特征在于，所述保護區(qū)域是PN序列。
4. 如權利要求1所述的適用于接收符號和信道頻率響應的均衡 裝置，其特征在于，進一步包括一個閾值限制器，用于限制噪聲。
5. 如權利要求1所述的適用于接收符號和信道頻率響應的均衡 裝置，其特征在于，進一步包括一個傅立葉逆變換器，它把商變換 到時域，用于截斷到預定得信道長度和設置限制噪聲的門限。
6. 如權利要求1所述的適用于接收符號和信道頻率響應的均衡 裝置，其特征在于，所述預定信道長度約為L。
7. 如權利要求1所述的適用于接收符號和信道頻率響應的均衡 裝置，其特征在于，進一步包括一個傅立葉變換器，用于把反變換 的接收符號變換回頻域。
8. —種在適用于接收符號和信道頻率響應的均衡裝置中使用的 方法，其特征在于，該方法包括如下步驟 使用一個分片器，它基于信號星座圖把信道頻率響應劃界，得 到分片的信道頻率響應；和把接收到的符號除以分片的信道頻率響應，除法器的商作 為后面接收到的符號的參考點。
9. 如權利要求8所述的在適用于接收符號和信道頻率響應的均 衡裝置中使用的方法，其特征在于，進一步包括了截斷分片信息到 和符號之間保護區(qū)域相關的特定時間周期。
10. 如權利要求9所述的在適用于接收符號和信道頻率響應的均 衡裝置中使用的方法，其特征在于，所述保護區(qū)域是PN序列。
11. 如權利要求8所述的在適用于接收符號和信道頻率響應的均 衡裝置中使用的方法，其特征在于，進一步包括提供了一個閾值限 制器，用于限制噪聲。
12. 如權利要求8所述的在適用于接收符號和信道頻率響應的均 衡裝置中使用的方法，其特征在于，進一步包括提供一個傅立葉逆 變換器，它把商變換到時域，用于截斷到預定得信道長度和設置限 制噪聲的門限。
13. 如權利要求8所述的在適用于接收符號和信道頻率響應的均 衡裝置中使用的方法，其特征在于，所述預定信道長度約為L。
14. 如權利要求8所述的在適用于接收符號和信道頻率響應的均 衡裝置中使用的方法，其特征在于，進一步包括提供了一個傅立葉 變換器，用于把反變換的接收符號變換回頻域。
全文摘要
本發(fā)明涉及TDS-OFDM接收機中頻域判決反饋均衡器的方法和裝置，屬于通信技術領域。提供了用于接收符號和信道頻率響應的均衡裝置。裝置包括一個分片器，它基于信號星座圖把信道頻率響應劃界，得到分片的信道頻率響應；一個除法器，它把接收到的符號除以分片的信道頻率響應，除法器的商作為后面接收到的符號的參考點。
文檔編號H04L25/03GK101345730SQ200710130008
公開日2009年1月14日 申請日期2007年7月23日 優(yōu)先權日2007年7月23日
發(fā)明者勤 劉 申請人:清華大學