CN1297089C - 基于ofdm的广播系统中频率跳变的连续导频的数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于载波跟踪的导频设计方法，它包容了OPDM通信中采用规则的和非规则的导频图样的优点。在预定义的时间窗(如一个OFDM超帧)内采用规则的导频结构，因此可以使用对应这种结构的强效的载波跟踪理论。通过在不同时间窗内改变导频的频率位置(跳频)，该设计提供了对持续衰落的抵抗能力，因此极大地改善了OFDM调制中频率跟踪的坚韧性。

Description

基于OFDM的广播系统中频率跳变的连续导频的数据传输方法

技术领域

本发明涉及在基于OFDM的广播系统中利用连续导频的数据传输方法，由其是涉及利用频率跳变的连续导频的数据传输方法。

背景技术

由于在宽带通信中的地位使然，正交频分复用(OFDM)已经成为下一代数字广播网络的关键技术，OFDM调制解调器的最大优点之一是能利用频域并行的子载波传输宽带信号，对于宽带无线这种频率选择性(由于主信号和回波信号相互抵消造成)的多径信道来说这种能力特别重要。从理论上来说，OFDM被认为是目前可实现的很接近于信息理论中“water-filling”的解决方案。

由于调制和解调不得不在频域进行，OFDM对载波频率偏移特别敏感。在多数基于OFDM的广播网络中(如DVB)，连续导频和分散导频按时频栅格结构插入以辅助信号接收。所谓的连续导频占用了许多不同OFDM块的某些确定的子载波，它们对于解调过程中频率跟踪、相位噪声校正和可能有的定时时钟恢复至关重要。

然而，等间距连续导频有一个严重的问题将使其不适用于无线应用。这是因为，地面广播的基本性能限定因素之一是多径衰落(频率选择性)，它以频谱中的深衰落形式呈现。这种情况发生时，衰落谷底附近的子载波将不可用，参看图1所示。由于多径衰落的本质的原因(多径信号在频域中的叠加效应)，多数频率选择性衰落显示了确定的特性，导致规则间隔的衰落谷底。当这些谷底图样和等间隔连续导频的图样正好匹配时，由于载波频率信息的损失，整个OFDM通信将被破坏。对于衰落图样长时间内保持不变的情况下的固定应用来说，这种现象特别严重。为了减轻上述问题的影响，DVB-T系统提出使用非规则的或者随机间隔的连续导频，通过随机化选择导频子载波间隔，使大量导频落入衰落谷底的机会降低，以改善接收可靠性。但是降低了系统频谱使用的效率。

发明内容

本发明的目的在于在不降低系统频谱使用效率前提下，降低导频落入衰落谷底的可能性，改善接收的可靠性。

根据本发明的第一方面的基于OFDM的通信网的利用连续导频的数据传输方法，其特征在于包括步骤，在预定义时间窗内传输采用规则图样的连续导频；基于规则图样的连续导频使用结构性的频率跟踪理论可靠地跟踪载波频率；从一个时间窗转到另一个时间窗时，使连续导频图样发生变化；采用频率跳变的导频图样，避免多径引起的频率选择性衰落。

根据本发明的第二方面的基于OFDM的通信网的利用连续导频的数据传输方法，其特征在是在预定义时间窗内传输采用的规则图样为等间距的。

根据本发明的第三方面的基于OFDM的通信网的利用连续导频的数据传输方法，其特征是从一个时间窗转到另一个时间窗时，连续导频图样发生的变化为该连续导频图样被设计为随机的，以便消除持续深衰落的机会。

根据本发明的第四方面的基于OFDM的通信网的利用连续导频的数据传输方法，其特征是所述的时间窗为一个OFDM超帧。

附图说明

图1是频率选择性衰落信道及其对OFDM影响示意图；

图2是规则和不规则连续导频的示意图；

图3是跳频连续导频图样的示意图；

图4是本发明的一个实施例，显示连续载波数量和分布位置。

具体实施方式

通常考虑两种连续导频用于基于OFDM的广播网络，如图2所示。

1.规则连续导频或者等间距连续导频，特点是导频子载波的间隔是相等的。等间距连续导频的优点主要是两点：

a.实现简单，由于其规则的结构，容易将数据填入数据子载波上，在解调前易于提取导频；

b.对于多数信道来说，性能更好，等间距连续导频的固有结构使其产生了可利用的确定信息和统计信息。可以采用更有效的频率估计理论来增强频率跟踪、相位噪声校正或定时恢复性能。

2.跳频导频，该方法建议的连续导频包容了等间隔导频和随机间隔导频的优点。为了这个目的，连续导频被设计为在不同的超帧间跳变以进一步改善系统对抗长多径回波的坚韧性。

图3是跳频连续导频图样。如图3所示，连续导频在同一个超帧(预定义期间)内仍然是等间隔的，在下一个超帧内则跳到另一种分布图样。跳频图样被设计为随机的以便消除持续深衰落的机会。这样设计导致可以采用利用同一超帧中的固定结构的信息的先进的载波频率跟踪、相位噪声校正、定时恢复理论。这些理论包括例如基于累积统计的方法和基于子间距的频率估计的方法。同时，可以完全地避免造成接收性能下降的持续深衰落。

图4为表示本发明一个实施例的示意图，显示连续载波数量和它们的分布位置的跳变图样。如图3和图4所示，本发明的一种实施例是用于8MHz带宽的系统中时，总共8MHz带宽被分成4096个子载波。其中的2×488个(按从左到右顺序标识为v₁…v₉₇₆)标识为虚拟子载波(不携带实际信息)，它们提供了相邻频谱之间的保护频带。在所使用的3120个子载波(从左至右顺序标识为d₁…d₃₁₂₀)中，65个子载波被标识为连续导频，它们之间的间距为48个子载波。

第一个超帧中，导频的位置是d₁、d₄₉、d₉₇…d₃₀₇₃，对于第i个超帧，导频的位置是d_1+j、d_49+j、d_97+j…d_3073+j，其中j＝mod(i，48)-1。换句话说，所有的导频在下一个超帧来临时，将跳变一个子载波的位置。经过48个超帧以后，图样将恢复为d₁、d₄₉、d₉₇…d₃₀₇₃重复下去。

另外的一种实现是，当下一个超帧来临时，所有导频右移X个子载波位置(X＞1)。

对于上述实现方式，超帧可以选择为128ms。

另一种选择是使超帧长度为1秒。

所使用的频率估计理论是将y_p1(k)、y_p2(k)、y_pL(k)标识为接收机得到的第k个OFDM符号的L个归一化(关于原始导频符号)导频信号。K为一个超帧中总的OFDM符号数。

一种实现方法是，载波频率e^jkθ通过平均连续导频符号间的差别来估值，特别是：

$\widehat{\mathrm{\θ}}=\underset{k=1}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\∠(y_{p_i}(k+1)/y_{p_i}\left(k\right))/(K-1)/L.$

另一种实现中，载波频率通过对接收到的信号补偿一个频率估计值进行。需要选择的是可以最佳地恢复原始导频的频率估计值。例如，通过搜索 $\widehat{\mathrm{\θ}}={\mathrm{\θ}}_{\min },$ 、θ_min+Δθ、θ_min+2Δθ…θ_max的 的最小值得到频率估计值，其中，Δθ是与载波频率捕捉范围和分辨率有关的预定义值。定义一个N×1的矢量， $\stackrel{\→}{x}\left(k\right)={(y_1\left(k\right),y_2\left(k\right),...,y_N\left(k\right))}^T\×e^{-\mathrm{jk}(N+M)\widehat{\mathrm{\θ}}},$ 其中N是OFDM符号的IFFT变换点数(例如4096)，M是循环长度。

$Q\left(\widehat{\mathrm{\θ}}\right)=\underset{k=1}{\overset{K-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\right|{\stackrel{\→}{w}}_{p_i}^H\mathrm{diag}(1,e^{-j\widehat{\mathrm{\θ}}},...,e^{-j(N-1)\widehat{\mathrm{\θ}}})(\stackrel{\→}{x}\left(k\right)-\stackrel{\→}{x}(k+1))\left|\right|}^2.$

其中， 是对应于p_l导频的N×1 FFT矢量，H表示矩阵转置运算。所有实现中，载波估值都基于当前超帧和前一超帧以自适应的方式不断更新。

Claims (6)

1.一种基于OFDM的通信网的利用连续导频的数据传输方法，其特征在于包括步骤：

在预定义时间窗内传输采用规则图样的连续导频；

从一个时间窗转到另一个时间窗时，使规则的连续导频图样的位置发生随机变化；

基于规则图样的连续导频对载波频率进行可靠跟踪；

采用频率跳变的导频图样，避免多径引起的频率选择性衰落。

2.如权利要求1的基于OFDM的通信网的利用连续导频的数据传输方法，其特征在于：

在预定义时间窗内传输采用的规则图样为等间距的。

3.如权利要求1的基于OFDM的通信网的利用连续导频的数据传输方法，其特征在于：从一个时间窗转到另一个时间窗时，连续导频图样发生的变化为该连续导频图样被设计为右移X个子载波位置，以便消除持续深衰落的机会，其中X＞1。

4.如权利要求1，2或3任一个的基于OFDM的通信网的利用连续导频的数据传输方法，其特征在于：所述的时间窗为一个OFDM超帧。

5.如权利要求4的基于OFDM的通信网的利用连续导频的数据传输方法，其特征在于：所述的超帧选择为128ms。

6.如权利要求4的基于OFDM的通信网的利用连续导频的数据传输方法，其特征在于：所述的超帧选择为1秒。

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