進行碼元定時同步的正交頻分復用接收系統及其方法
2023-10-09 00:57:49
專利名稱：進行碼元定時同步的正交頻分復用接收系統及其方法
技術領域：
本發明涉及一種正交頻分復用(OFDM)接收系統，尤其涉及一種用於採用保護間隔改變快速付立葉變換(FFT)窗口周期的OFDM接收系統及其方法。
背景技術：
一般，OFDM發送系統採用快速付立葉變換(FFT)經子載波發送信息，並且在有用碼元前部加上保護間隔，以便降低多徑影響。OFDM接收系統求出所接收到的OFDM信號中保護間隔和有用碼元間隔之間的邊界，並且執行FFT窗口定時同步，以便僅對有用碼元執行FFT。為此，OFDM接收系統採用保護間隔與有用碼元之間的類似性粗略地求出FFT間隔。
圖1是傳統OFDM接收系統中碼元定時同步的概念圖。參照圖1，一個碼元由保護間隔Tg和有用碼元間隔Tu組成。用於控制窗口定時的窗口定時控制器(未示出)採用保護間隔來確定碼元起點，並且將從所確定的碼元起點開始的N個樣本輸入到FFT運算單元(未示出)。這裡，窗口定時控制器將從FFT窗口周期的碼元定時同步點開始的、對應於有用碼元間隔Tu的樣本輸入到FFT運算單元。
但是，當設置FFT窗口周期時，如圖1的(a)所示，在具有導致在一碼元的後部與下一個碼元的一部分之間出現碼元間幹擾(ISI)的多徑的預重疊(pre-ghost)信道環境下，窗口定時控制器不確定正確的碼元起點，如圖1(b)所示。這種ISI引起OFDM接收系統的性能下降。
發明內容
為了解決上述問題，本發明的第一目的是提供一種正交頻分復用(OFDM)接收方法，用於通過採用在有用碼元之前發送的保護間隔改變快速付立葉變換(FFT)窗口周期，來防止在多信道或預重疊信道中出現碼元間幹擾。
本發明的第二目的是提供一種正交頻分復用(OFDM)接收系統，用於執行該OFDM接收方法。
為了實現本發明的第一目的，提供了一種正交頻分復用(OFDM)接收方法，用於對由保護間隔和有用碼元間隔組成的碼元單元的數據發送間隔執行快速付立葉變換(FFT)。該方法包括下列步驟從所接收到的OFDM信號中提取以預定樣本的間隔插入到碼元中的散射導頻；採用所提取出的散射導頻估計碼元定時偏移，並且在數據發送間隔中設置碼元定時同步點；和將在數據發送間隔中預定間隔內的樣本和通過從以碼元定時同步點開始的有用碼元間隔中減去預定長度而得到的間隔中的樣本相加，並且對信道結構執行FFT。
為了實現本發明的第二目的，提供了一種OFDM接收系統，用於對由保護間隔和有用碼元間隔組成的碼元單元的數據發送間隔執行快速付立葉變換(FFT)。該系統包括模/數轉換器，用於將OFDM信號轉換成數字複數樣本；FFT運算裝置，用於對有用碼元間隔執行FFT；散射導頻提取器，用於從自FFT運算裝置輸出的樣本中提取出散射導頻；碼元定時偏移估計器，用於採用由散射導頻提取器提取出的散射導頻來估計碼元定時偏移；和FFT窗口控制器，用於在從模/數轉換器接收到的數據發送間隔中設置碼元定時同步點，將在從碼元定時同步點開始向數據發送間隔前部延伸的預定間隔中的樣本與在通過從以碼元定時同步點開始的有用碼元間隔中減去預定長度而得到的間隔中的樣本相加，並且將相加結果輸入到FFT運算裝置。
附圖簡述通過參照附圖對本發明優選實施例的詳細描述，本發明的上述目的和優點將變得更加清楚，附圖中圖1是傳統正交頻分復用(OFDM)接收系統中碼元定時同步的概念圖；圖2是根據本發明執行碼元定時同步的OFDM接收系統的總體方框圖；圖3是根據本發明在FFT窗口控制器中設置快速付立葉變換(FFT)窗口周期的方法的概念圖；圖4是用於在FFT窗口控制器中重新設置FFT窗口周期並且將重新設置的信息輸入到FFT運算單元的方法的概念圖；圖5是表示根據本發明在OFDM接收系統中的碼元定時同步方法的流程圖；
圖6的圖形表示的是在碼元定時同步中本發明的性能與現有技術的性能之間的比較；和圖7的圖形表示的是根據本發明和現有技術在碼元定時同步和信道均衡之後表現出的碼元差錯率(SER)。
具體實施例方式
下面將參照附圖來描述本發明的實施例。
圖2是根據本發明執行碼元定時同步的正交頻分復用(OFDM)接收系統的總體方框圖。圖2的OFDM接收系統包括模/數轉換器(ADC)210、粗略碼元同步提取器220、快速付立葉變換(FFT)窗口控制器230、FFT運算單元240、散射導頻模式檢測器250、散射導頻提取器260、碼元定時偏移估計器270、和數字鎖相環(DPLL)280。
ADC 210將OFDM信號轉換成其採樣率為9.14MHz的數字複數樣本。
粗略碼元同步提取器220從接收到的數字複數樣本中提取粗略的碼元起點。
FFT窗口控制器230採用由粗略碼元同步提取器220提取出的粗略碼元同步信號來檢測粗略碼元起點，採用由碼元定時偏移估計器270所估計出的偏移值來設置碼元定時同步點，將在從碼元定時同步點開始向數據發送間隔前部延伸的預定間隔中的樣本與在通過從以碼元定時同步點開始的有用碼元間隔中減去預定長度而得到的間隔中的樣本相加，並且將相加結果輸入到FFT運算單元240。
FFT運算單元240對與從FFT窗口控制器230輸出的有用碼元間隔相對應的樣本執行FFT，並且輸出頻域信號。該頻域信號除了包括一般數據之外，還包括包含進行OFDM發送所必需的信息的散射導頻。已以12個樣本為間隔被插入到頻域信號的每個碼元中的散射導頻信號是進行碼元定時同步所必需的。
散射導頻模式檢測器250判定散射導頻的模式，並且基於導頻比普通數據具有更大功率的特性將對應於每個散射導頻模式的子載波的功率之和彼此進行比較，以檢測4個模式中具有最大功率的模式。
散射導頻提取器260採用由散射導頻模式檢測器250檢測到的散射導頻開始模式提取已被插入到碼元中的散射導頻。
碼元定時偏移估計器270採用由散射導頻提取器260提取出的散射導頻來估計由整數部分和小數部分構成的碼元定時偏移。整數部分被施加到FFT窗口控制器230，以執行精密的碼元定時同步，而小數部分被經DPLL 280施加到ADC 210，以控制ADC 210的採樣時鐘信號。
DPLL 280採用從碼元定時偏移估計器260輸出的碼元定時偏移的小數部分，改變ADC 210的採樣時鐘信號的頻率和相位。
圖3是根據本發明在FFT窗口控制器中設置快速付立葉變換(FFT)窗口周期的方法的概念圖。參照圖3的(a)，FFT窗口控制器230採用由碼元定時偏移估計器270估計出的定時碼元偏移，在由保護間隔Tg和有用碼元間隔Tu組成的數據發送間隔中設置碼元定時同步點。接下來，FFT窗口控制器230將在從碼元定時同步點向數據發送間隔前部延伸的預定間隔Tp中的樣本和在通過從以碼元定時同步點開始的有用碼元間隔Tu中減去預定長度而得到的間隔中的樣本相加。這裡，根據信道環境將預定間隔Tp設置成比保護間隔Tg短。
參照圖3的(b)，預定間隔Tp中的樣本對應於通過複製一部分有用碼元間隔Tu而得到的保護間隔，並因此包含於要被快速付立葉變換的樣本中。因此，對一個樣本進行快速付立葉變換，從而防止OFDM接收系統中的碼元間幹擾(ISI)。
圖4是用於在FFT窗口控制器中重新設置FFT窗口周期並且將重新設置的信息輸入到FFT運算單元的方法的概念圖。FFT窗口控制器230將在從在數據發送間隔中設置的碼元定時同步點開始向數據發送間隔前部延伸的預定間隔Tp中的樣本與在通過從以碼元定時同步點開始的有用碼元間隔Tu中減去預定長度而得到的間隔中的樣本相加，並且將相加結果輸入到FFT運算單元240。例如，當數據發送模式為2K時，FFT窗口控制器230將2048個樣本並行輸入到FFT運算單元。
圖5是表示根據本發明在OFDM接收系統中的碼元定時同步方法的流程圖。在步驟510，從OFDM發送系統以碼元為單位接收OFDM信號。
接下來，在步驟520，從所接收到的OFDM信號中提取已被以預定樣本為間隔插入到碼元中的散射導頻。
接著，在步驟530，採用所提取出的散射導頻來估計碼元定時偏移，並且在步驟540，在由保護間隔和有用碼元間隔組成的數據發送間隔中設置碼元定時同步點。
接下來，在步驟550，將在從碼元定時同步點開始向數據發送間隔前部延伸的預定間隔中的樣本與在通過從以碼元定時同步點開始的有用碼元間隔中減去預定長度而得到的間隔中的樣本相加，從而重新設置FFT窗口周期。
圖6的圖形表示的是在碼元定時同步中本發明的性能與現有技術的性能之間的比較。該圖形表示的是在數字視頻廣播地面系統(DVB-T)系統中碼元定時同步之後餘下的碼元定時偏移的均方SAMPLE2(樣本)。測試條件為2K的數據發送模式，1/16的保護間隔長度模式，1000個樣本的初始樣本偏移，200ppm的採樣時鐘頻率偏移，200ppm的初始採樣時鐘相位偏移，和在PLL塊中500ppm的環路帶寬。採用基於DVB-T測試規範的20個信道作為多徑。對於瑞利(Rayleigh)信道和萊斯(Ricean)信道而言，與現有技術相比較，本發明具有較低的剩餘碼元定時偏移的均方SAMPLE2。
圖7的圖形表示的是根據本發明和現有技術在碼元定時同步和信道均衡之後表現出的碼元差錯率(SER)。在與圖6的條件相同的條件下進行測試。對於信道均衡算法，通過在4碼元周期期間採用散射導頻執行線性插值，而執行信道估計和均衡。參照圖7，對於瑞利信道而言，與現有技術相比較，本發明具有較低的SER。
如上所述，根據本發明，即使在多信道(或瑞利信道)或預重疊信道環境下不正確地判定了碼元起點，也可以準確地執行碼元定時同步和信道均衡而無ISI。
本發明不局限於上述實施例，本領域內的普通技術人員應理解的是，可在本發明範圍內進行各種形式和細節上的改變。換言之，本發明能夠應用於歐洲型數字TV、基於IEEE 802.11a的無線LAN、和其他採用OFDM的系統。
本發明可以實現為能夠在計算機中運行的程序。該程序可從計算機中所採用的介質中讀出並由計算機運行。該介質可以是諸如磁存儲介質(例如ROM、軟盤、或硬碟)、光可讀介質(例如CD-ROM或DVD)、或載波(例如通過網際網路傳輸)之類的存儲介質。另外，該程序可以分散地存儲在通過網絡連接的計算機系統中的計算機可讀介質中，並且可以運行。
權利要求
1.一種正交頻分復用(OFDM)接收方法，用於對由保護間隔和有用碼元間隔組成的碼元單元的數據發送間隔執行快速付立葉變換(FFT)，該方法包括下列步驟從所接收到的OFDM信號中提取以預定樣本的間隔插入到碼元中的散射導頻；採用所提取出的散射導頻估計碼元定時偏移，並且在數據發送間隔中設置碼元定時同步點；和將在數據發送間隔中預定間隔內的樣本和通過從以碼元定時同步點開始的有用碼元間隔中減去預定長度而得到的間隔中的樣本相加，並且對相加結果執行FFT。
2.如權利要求1所述的OFDM接收方法，其中，數據發送間隔中的預定間隔從碼元定時同步點開始向數據發送間隔的前部延伸。
3.如權利要求1所述的OFDM接收方法，其中，該數據發送間隔中的預定間隔比保護間隔短。
4.如權利要求1所述的OFDM接收方法，其中，數據發送間隔中的預定間隔根據信道環境而改變。
5.一種正交頻分復用(OFDM)接收系統，用於對由保護間隔和有用碼元間隔組成的碼元單元的數據發送間隔執行快速付立葉變換(FFT)，該系統包括模/數轉換器，用於將OFDM信號轉換成數字複數樣本；FFT運算裝置，用於對有用碼元間隔執行FFT；散射導頻提取器，用於從自FFT運算裝置輸出的樣本中提取出散射導頻；碼元定時偏移估計器，用於採用由散射導頻提取器提取出的散射導頻來估計碼元定時偏移；和FFT窗口控制器，用於在從模/數轉換器接收到的數據發送間隔中設置碼元定時同步點，將在從碼元定時同步點開始向數據發送間隔前部延伸的預定間隔中的樣本與在通過從以碼元定時同步點開始的有用碼元間隔中減去預定長度而得到的間隔中的樣本相加，並且將相加結果輸入到FFT運算裝置。
全文摘要
提供了一種用於採用保護間隔改變快速付立葉變換(FFT)窗口周期的正交頻分復用(OFDM)接收系統及其方法。該方法包括下列步驟從所接收到的OFDM信號中提取以預定樣本的間隔插入到碼元中的散射導頻；採用所提取出的散射導頻估計碼元定時偏移，並且在數據發送間隔中設置碼元定時同步點；和將在數據發送間隔中預定間隔內的樣本和通過從以碼元定時同步點開始的有用碼元間隔中減去預定長度而得到的間隔中的樣本相加，並且對相加結果執行FFT。因此，即使在多信道(或瑞利信道)或預重疊信道環境下不正確地判定了碼元起點，也可以準確地執行碼元定時同步和信道均衡而無ISI。
文檔編號H04L7/08GK1396729SQ0114365
公開日2003年2月12日 申請日期2001年12月17日 優先權日2001年7月11日
發明者金正振, 韓東錫 申請人:三星電子株式會社