CN1288864C

CN1288864C - 正交频分复用发射机及在该发射机中设定公知序列的方法

Info

Publication number: CN1288864C
Application number: CNB021432848A
Authority: CN
Inventors: 金正振
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2022-09-25
Also published as: CN1466289A; KR20030095664A

Abstract

提出了一种正交频分复用(OFDM)发射机及用于在OFDM发射机中设定公知序列(KS)的方法。所述OFDM发射机包括：前向纠错(FEC)编码单元，对其输入信号进行编码，以校正数据传输中发生的在接收机处的误码；N-点逆离散傅里叶变换(N-IDFT)单元，通过对编码数据逆离散傅里叶变换而对其进行调制，N点调制后的编码数据称为一个OFDM码元；保护间隔(GI)插入单元，在OFDM码元之间插入GI；KS插入单元，在具有GI的OFDM码元之前插入长度T的KS，T通过公式T＝N/k得到，T和k是整数，T是导频的数目或者KS的长度，而k是频域中导频之间的副载波间隔数目；脉冲整形滤波单元，对插入了KS的OFDM码元脉冲整形滤波；射频上变频单元，将脉冲整形后的OFDM码元上变频为射频信号。

Description

正交频分复用发射机及在该发射机中设定公知序列的方法

技术领域

本发明涉及正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)发射机及在该OFDM发射机中设定一个公知序列(known sequence，KS)的方法，更具体地讲，涉及到一种具有用于提高接收质量的OFDM帧结构的OFDM发射机及其相应的用于在该发射机中设定公知序列(KS)的方法。

背景技术

高清晰度电视(HDTV)广播系统一般可被大致分为图像编码单元和图像调制单元。图像编码单元将来自高清晰度图像源的大约1Gbps的输入数字数据压缩至15-18Mbps的数据。图像调制单元通过大约6-8MHz的有限带宽信道向接收方发送该几十Mbps的数字数据。HDTV应用使用分配给电视广播的甚高频/超高频(VHF/UHF)的地面同时广播方法。HDTV广播系统使用的调制方法考虑到地面同时广播环境，需要满足以下条件。

首先，HDTV广播系统使用的调制方法需要高的频谱效率，以通过6-8MHz的有限带宽信道发送该几十Mbps的数字数据。第二，由于建筑物或一定结构经常发生多径衰落，HDTV广播系统使用的调制方法应当足以抗衰落。第三，HDTV广播系统使用的调制方法应当足以抗拒由于模拟电视信号而经常发生的同信道内干扰。第四以及最后，HDTV广播系统中的调制信号应当能够使模拟电视接收机中的干扰达到最小。

作为一种可以提供如增加传输速度以及防止干扰的优点的调制方法，正交频分复用(OFDM)方法已经在欧洲被采纳，用于下一代HDTV地面广播的方法。

OFDM系统在预定的单元块内，将串行输入的码元序列变换为并行数据，然后将该并行码元复接进不同的副载波频率内。与现有的使用单独副载波的调制方法不同，OFDM使用多个副载波。这些副载波彼此正交。通过该“正交性”，两个副载波相乘将为零值(0)，这是使用这些副载波的必要条件之一。该OFDM系统通过快速傅里叶变换(FFT)和简单地通过副载波间的正交性和快速傅里叶变换(FFT)的定义得到的快速傅里叶逆变换(IFFT)实现。

同时，OFDM系统的优点如下：

作为具有传输质量主要依赖于信号传输过程中的反射波和同信道干扰以及邻信道干扰的信道特性的电视地面传输方法，传输系统的设计要求是非常复杂的。然而，OFDM在多径环境中是功能强大的。换句话说，因为OFDM系统使用多个载波，码元传输时间可被加长。因此，该系统相对来讲受干扰信号的影响较小，因此尽管引起较长时间的回波信号，而信号质量恶化却较小。OFDM系统对于现存信号也是强大的，因此，同信道干扰的影响较小。由于这些特性，可以建立单频网络(SFN)。这里，“SFN”意味着单个广播用单个频率引导国内广播的情况。尽管当信道内的干扰增加时，因为OFDM系统在这样的环境中是功能强大的，信道内的干扰在可接受的范围内。如上所述，通过使用单频网络，可以有效地使用有限的频率资源。

同时，OFDM信号由多载波组成，每个载波具有相对较小的带宽。因为整个频谱被以正方形定义，频率效率充分好于信号载波。OFDM系统的另一个优点是，由于OFDM信号的波形与高斯白噪声是相同的，与如逐行倒相(PAL)、顺序彩色与存储(SECAM)等的广播业务的其它形式相比，OFDM信号具有较小的干扰。因为OFDM系统可以对于每个载波可变地使用调制，可以实现分级传输。

通常，在发送OFDM信号之前，时分同步的OFDM发射机在沿时间轴形成的OFDM码元之前插入保护间隔GI，以抑制信号间干扰，并且也在GI之前插入为同步信息的公知序列。这里，该命名为伪随机噪声(PN)的公知序列被提供用于接收方的同步和信道估算。该PN序列长度为2^m-1(m＝整数)。例如，相应于有效OFDM码元的长度，该PN序列长度是255或511。对于该PN序列，接收方仅执行时域均衡，结果不能够确保在接收方的高质量均衡和同步。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种具有改进的OFDM帧结构的OFDM发射机及其相应的发射方法，用于通过设置为发送和接收双方均认可的同步信息的伪随机噪声(PN)序列的长度，在接收方改进均衡和频率同步的质量。在下文中，该PN序列将被称为公知序列(KS)。

为了实现以上的目的，根据本发明的一个方面，提供了一种正交频分复用(OFDM)发射机，该发射机包括：一个前向纠错(FEC)编码单元，用于对其输入信号进行编码，以校正数据传输中发生的在接收机处的误码；一个N-点逆离散傅里叶变换(N-IDFT)单元，用于通过对所述编码的数据进行逆离散傅里叶变换而对所述编码的数据进行调制，该N点调制后的编码数据被定义为一个OFDM码元；一个保护间隔(GI)插入单元，用于在OFDM码元之间插入一个用于抑制干扰的保护间隔(GI)；一个公知序列(KS)插入单元，用于在所述具有GI的OFDM码元之前插入一个具有一定长度T的公知序列(KS)，其中，所述一定长度T是通过数学公式T＝N/k得到的，其中T和k是整数，T是导频的数目或者公知序列(KS)的长度，而k是频域中导频之间的副载波间隔数目；一个脉冲整形滤波单元，用于对插入了公知序列(KS)的OFDM码元进行脉冲整形滤波；以及一个射频(RF)上变频单元，用于将脉冲整形后的OFDM码元上变频为射频信号。

所述KS插入单元在所述具有GI的OFDM码元之前插入两个具有所述长度T的公知序列(KS)。

按照本发明的另一个方面，提供了一种用于在正交频分复用(OFDM)发射机中设定一个公知序列(KS)的方法，该方法包括以下步骤：对其输入信号进行编码，以校正数据传输中发生的在接收机处的误码；通过对所述编码的数据进行逆离散傅里叶变换而对所述编码的数据进行调制，该N点调制后的编码数据被定义为一个OFDM码元；在OFDM码元之间插入一个用于抑制干扰的保护间隔(GI)；在所述具有GI的OFDM码元之前插入一个具有一定长度T的公知序列(KS)，其中，所述一定长度T是通过数学公式T＝N/k得到的，其中T和k是整数，T是导频的数目或者公知序列(KS)的长度，而k是频域中导频之间的副载波间隔数目；对插入了公知序列(KS)的OFDM码元进行脉冲整形滤波；以及，将脉冲整形后的OFDM码元上变频为射频信号。

在所述插入公知序列(KS)的步骤中，在所述具有GI的OFDM码元之前插入两个具有所述长度T的公知序列(KS)。

依据本发明，接收端可以检测到频域中的每k个副载波接收的公知序列(KS)的频谱，因此，通过与发送的公知序列(KS)的频谱进行比较，接收端可以对每k个副载波估算信道失真。因此，提高了接收方的信道均衡质量。

附图说明

通过参考附图，描述本发明的优选实施例，本发明的上述目的和特性将更明显，其中：

图1是依据本发明的OFDM发射机的示意方框图；

图2A示出了图1的OFDM的帧结构；

图2B是用于解释在图1的KS插入单元600内被插入的公知序列(KS)的长度T的图；

图2C示出了图2B所示将长度设置为T的公知序列(KS)的频谱；

图3是OFDM帧结构的图，示出了依据本发明的另一优选实施例的被图1的KS插入单元600插入的公知序列(KS)；以及

图4是流程图，示出了对OFDM发射机设置公知序列(KS)长度的方法。

具体实施方式

在下文中，将参考附图更详细地描述本发明的优选实施例。

如图1所示，本发明的OFDM发射机包括一个前向纠错(FEC)单元100、一个N-点逆离散傅里叶变换(N-IDFT)单元300、一个保护间隔(GI)插入单元500、一个公知序列(KS)插入单元600、一个脉冲整形滤波单元700以及一个射频(RF)上变频单元800。

前向纠错(FEC)单元100对输入数据进行编码，以校正数据传输过程中发生的在接收机处的误码。

N-IDFT单元300通过对所述编码的数据进行N-点逆离散傅里叶变换而对所述编码的数据进行调制。更具体地讲，编码后的数据被转换为对应各个副载波的相位和带宽的单个复数，并被分配给频谱中的相应副载波。然后，该复数数据被逆离散傅里叶变换到时域。作为结果，将N-点调制后的编码数据作为一个OFDM码元输出。例如，对N-IDFT单元300的输入点N可以是3780或4096。

GI插入单元500在从所述N-IDFT单元300所输出的OFDM码元之间插入用于抑制码元间干扰的保护间隔(GI)。该GI是从OFDM码元的后端复制到OFDM码元的前端的一定数量的抽样数据。

公知序列(KS)插入单元600在所述具有GI的OFDM信号之前插入一定长度T的公知序列(KS)。该公知序列(KS)例如是由发送机和接收机均认可的同步信息，用于接收机方的同步和信道估算。

公知序列(KS)插入单元600可以在具有GI的OFDM信号之前插入一个或两个具有长度T的公知序列(KS)。

接着，脉冲整形滤波单元700对插入了KS的OFDM码元进行脉冲整形滤波。在整形滤波之后，该OFDM码元信号被RF上变频单元800上变频为射频信号，然后被发射到信道。

以下，将详细描述依据本发明的优选实施例的，用于设定由KS插入单元600所插入的公知序列(KS)的长度的方法。

如图2A所示，OFDM信号包括在有效OFDM码元的前端提供的保护间隔(GI)和公知序列(KS)。

图2B和图2C示出了依据有效实施例的公知序列(KS)的长度设置方法。公知序列(KS)的长度T和对N-IDFT单元300的N点输入之间的关系由下面的公式1表达：

[公式1]

T = \frac{N}{k}

(T、k＝整数)

其中，“N”是副载波的数目，并且是N-IDFT单元300的输入点数目；

“T”是导频的数目或者公知序列(KS)的长度；

“k”是频域中导频之间的副载波间隔数目。

用被设置为有效OFDM码元的长度N的1/k(k＝整数)的公知序列(KS)的长度T，如图2C所示，接收端可以检测到在每k个副载波内接收的公知序列(KS)的频谱。然后通过与发送的公知序列(KS)的频谱的比较，可以估算每k个副载波内的信道失真特性，取得与像欧洲数字TV传输标准即在一定顺序的副载波内重复插入导频信号的数字视频地面广播(DVB-T)的系统相同效果。

该接收公知序列(KS)的频谱特性也可以在一定顺序的每个副载波内被检测到，而不需要设置公知序列(KS)的长度T为有效OFDM码元的长度N的1/k(k＝整数)。但是需要在傅里叶变换后进行如内插和抽选的处理，其结果不如设置公知序列(KS)的长度T为有效OFDM码元的长度N的1/k(k＝整数)这种方法精确。

因此，由于通过将有效OFDM码元的长度N设置为公知序列(KS)的长度的整数k倍，确保了正确检测到信道的失真特性，所以改进了均衡质量。

依据第二实施例，如图3所示可以提供两个相同的公知序列(KS)。在这个实施例中也应用公式1。换句话说，第一实施例的两个公知序列(KS)被用在第二实施例中。

在第二实施例中，接收端可以检测到频域中的每k个副载波内接收的公知序列(KS)的频谱。然后通过与发送的公知序列(KS)的频谱进行比较，对频域中的每k个副载波估算其信道失真特性。与使用一个公知序列(KS)的第一实施例相比，第二实施例具有这样一个优点，即它可以消除相邻码元的影响。

信道失真特性可被估算得更加精确，另外通过使用公知序列(KS)中的相位变换，能够进行载波的频偏补偿。

图4是依据本发明的优选实施例的一个流程图，示出用于插入具有一定长度T的公知序列(KS)的方法，用于改进在OFDM接收机的接收端的信道均衡质量。

首先，FEC单元1OO编码输入数据以校正在数据传输过程中发生的在接收机处的误码(步骤S10)。然后，纠错编码后的数据被输入到N-IDFT单元300。

N-IDFT单元300通过对编码的数据进行逆离散傅里叶变换而对编码的数据进行调制，然后，输出调制后的N抽样数据(步骤S30)。更具体地讲，编码后的数据被转换为对应各个副载波的相位和带宽的单个复数，并被分配给频谱中的相应副载波。然后，该复数数据被逆离散傅里叶变换到时域。作为结果，将N-点调制后的编码数据作为一个OFDM码元输出。例如，对N-IDFT单元300的输入点N可以是3780或4096。

然后，在从所述N-IDFT单元300所输出的OFDM码元之间插入用于抑制码元间干扰的保护频带(步骤S50)。

KS插入单元600在具有GI的OFDM码元之前插入一定长度T的公知序列(KS)，该公知序列(KS)例如为发送机和接收机均认可的同步信息，用于接收机方的同步和信道估算(S60)。

可以由KS插入单元600将具有满足公式1的长度T的一个或两个公知序列(KS)插入到OFDM信号之前。

接着，脉冲整形滤波单元700对插入了KS的OFDM码元信号进行脉冲整形滤波。在整形滤波之后，该OFDM码元信号被RF上变频单元800上变频为射频信号，然后被发射到信道(步骤S70)。

因此，接收端可以检测到频域中每k个副载波接收的公知序列(KS)的频谱，因此，通过与发送的公知序列(KS)的频谱进行比较，可以对频域中的每k个副载波估算其信道失真特性。通过使用两个公知序列(KS)，也可以消除相邻码元的影响。

依据本发明，具有满足以下公式的长度T的公知序列(KS)被插入到有效OFDM码元之前。

T = \frac{N}{k}

(T、k＝整数，N＝对IDFT单元的输入点)

接收端可以检测到频域中每k个副载波接收的公知序列(KS)的频谱，因此，通过与发送的公知序列(KS)的频谱进行比较，可以对频域中的每k个副载波估算其信道失真特性。因此提高了接收端的信道均衡质量。

尽管已经描述了本发明的优选实施例，本领域的技术人员应当理解，不应将本发明限于所描述的优选实施例，在本发明所附权利要求中所定义的精神和范围内，可以进行各种改变和修改。

Claims

1.一种正交频分复用发射机，包括：

一个前向纠错编码单元，用于对其输入信号进行编码，以校正数据传输中发生的在接收机处的误码；

一个N-点逆离散傅里叶变换单元，用于通过对所述编码的数据进行逆离散傅里叶变换而对所述编码的数据进行调制，该N点调制后的编码数据被定义为一个正交频分复用码元；

一个保护间隔插入单元，用于在正交频分复用码元之间插入一个用于抑制干扰的保护间隔；

一个公知序列插入单元，用于在所述具有保护间隔的正交频分复用码元之前插入一个具有一定长度T的公知序列，其中，所述一定长度T是通过数学公式T＝N/k得到的，其中T和k是整数，T是导频的数目或者公知序列的长度，而k是频域中导频之间的副载波间隔数目；

一个脉冲整形滤波单元，用于对插入了公知序列的正交频分复用码元进行脉冲整形滤波；以及

一个射频上变频单元，用于将脉冲整形后的正交频分复用码元上变频为射频信号。

2.如权利要求1所述的正交频分复用发射机，其中，所述公知序列插入单元在所述具有保护间隔的正交频分复用码元之前插入两个具有所述长度T的公知序列。

3.一种用于在正交频分复用发射机中设定一个公知序列的方法，该方法包括以下步骤：

对其输入信号进行编码，以校正数据传输中发生的在接收机处的误码；

通过对所述编码的数据进行逆离散傅里叶变换而对所述编码的数据进行调制，该N点调制后的编码数据被定义为一个正交频分复用码元；

在正交频分复用码元之间插入一个用于抑制干扰的保护间隔；

在所述具有保护间隔的正交频分复用码元之前插入一个具有一定长度T的公知序列，其中，所述一定长度T是通过数学公式T＝N/k得到的，其中T和k是整数，T是导频的数目或者公知序列的长度，而k是频域中导频之间的副载波间隔数目；

对插入了公知序列的正交频分复用码元进行脉冲整形滤波；以及

将脉冲整形后的正交频分复用码元上变频为射频信号。

4.如权利要求3所述的方法，其中，在所述插入公知序列的步骤中，在所述具有保护间隔的正交频分复用码元之前插入两个具有所述长度T的公知序列。