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CN1396729A - 进行码元定时同步的正交频分复用接收系统及其方法 - Google Patents

进行码元定时同步的正交频分复用接收系统及其方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于采用保护间隔改变快速付立叶变换(FFT)窗口周期的正交频分复用(OFDM)接收系统及其方法。该方法包括下列步骤：从所接收到的OFDM信号中提取以预定样本的间隔插入到码元中的散射导频；采用所提取出的散射导频估计码元定时偏移，并且在数据发送间隔中设置码元定时同步点；和将在数据发送间隔中预定间隔内的样本和通过从以码元定时同步点开始的有用码元间隔中减去预定长度而得到的间隔中的样本相加，并且对相加结果执行FFT。因此，即使在多信道(或瑞利信道)或预重叠信道环境下不正确地判定了码元起点，也可以准确地执行码元定时同步和信道均衡而无ISI。

Description

进行码元定时同步的正交频分复用接收系统及其方法
                          技术领域
本发明涉及一种正交频分复用(OFDM)接收系统，尤其涉及一种用于采用保护间隔改变快速付立叶变换(FFT)窗口周期的OFDM接收系统及其方法。
                          背景技术
一般，OFDM发送系统采用快速付立叶变换(FFT)经子载波发送信息，并且在有用码元前部加上保护间隔，以便降低多径影响。OFDM接收系统求出所接收到的OFDM信号中保护间隔和有用码元间隔之间的边界，并且执行FFT窗口定时同步，以便仅对有用码元执行FFT。为此，OFDM接收系统采用保护间隔与有用码元之间的类似性粗略地求出FFT间隔。
图1是传统OFDM接收系统中码元定时同步的概念图。参照图1，一个码元由保护间隔Tg和有用码元间隔Tu组成。用于控制窗口定时的窗口定时控制器(未示出)采用保护间隔来确定码元起点，并且将从所确定的码元起点开始的N个样本输入到FFT运算单元(未示出)。这里，窗口定时控制器将从FFT窗口周期的码元定时同步点开始的、对应于有用码元间隔Tu的样本输入到FFT运算单元。
但是，当设置FFT窗口周期时，如图1的(a)所示，在具有导致在一码元的后部与下一个码元的一部分之间出现码元间干扰(ISI)的多径的预重叠(pre-ghost)信道环境下，窗口定时控制器不确定正确的码元起点，如图1(b)所示。这种ISI引起OFDM接收系统的性能下降。
                          发明内容
为了解决上述问题，本发明的第一目的是提供一种正交频分复用(OFDM)接收方法，用于通过采用在有用码元之前发送的保护间隔改变快速付立叶变换(FFT)窗口周期，来防止在多信道或预重叠信道中出现码元间干扰。
本发明的第二目的是提供一种正交频分复用(OFDM)接收系统，用于执行该OFDM接收方法。
为了实现本发明的第一目的，提供了一种正交频分复用(OFDM)接收方法，用于对由保护间隔和有用码元间隔组成的码元单元的数据发送间隔执行快速付立叶变换(FFT)。该方法包括下列步骤：从所接收到的OFDM信号中提取以预定样本的间隔插入到码元中的散射导频；采用所提取出的散射导频估计码元定时偏移，并且在数据发送间隔中设置码元定时同步点；和将在数据发送间隔中预定间隔内的样本和通过从以码元定时同步点开始的有用码元间隔中减去预定长度而得到的间隔中的样本相加，并且对信道结构执行FFT。
为了实现本发明的第二目的，提供了一种OFDM接收系统，用于对由保护间隔和有用码元间隔组成的码元单元的数据发送间隔执行快速付立叶变换(FFT)。该系统包括：模/数转换器，用于将OFDM信号转换成数字复数样本；FFT运算装置，用于对有用码元间隔执行FFT；散射导频提取器，用于从自FFT运算装置输出的样本中提取出散射导频；码元定时偏移估计器，用于采用由散射导频提取器提取出的散射导频来估计码元定时偏移；和FFT窗口控制器，用于在从模/数转换器接收到的数据发送间隔中设置码元定时同步点，将在从码元定时同步点开始向数据发送间隔前部延伸的预定间隔中的样本与在通过从以码元定时同步点开始的有用码元间隔中减去预定长度而得到的间隔中的样本相加，并且将相加结果输入到FFT运算装置。
                          附图简述
通过参照附图对本发明优选实施例的详细描述，本发明的上述目的和优点将变得更加清楚，附图中：
图1是传统正交频分复用(OFDM)接收系统中码元定时同步的概念图；
图2是根据本发明执行码元定时同步的OFDM接收系统的总体方框图；
图3是根据本发明在FFT窗口控制器中设置快速付立叶变换(FFT)窗口周期的方法的概念图；
图4是用于在FFT窗口控制器中重新设置FFT窗口周期并且将重新设置的信息输入到FFT运算单元的方法的概念图；
图5是表示根据本发明在OFDM接收系统中的码元定时同步方法的流程图；
图6的图形表示的是在码元定时同步中本发明的性能与现有技术的性能之间的比较；和
图7的图形表示的是根据本发明和现有技术在码元定时同步和信道均衡之后表现出的码元差错率(SER)。
                          具体实施方式
下面将参照附图来描述本发明的实施例。
图2是根据本发明执行码元定时同步的正交频分复用(OFDM)接收系统的总体方框图。图2的OFDM接收系统包括模/数转换器(ADC)210、粗略码元同步提取器220、快速付立叶变换(FFT)窗口控制器230、FFT运算单元240、散射导频模式检测器250、散射导频提取器260、码元定时偏移估计器270、和数字锁相环(DPLL)280。
ADC 210将OFDM信号转换成其采样率为9.14MHz的数字复数样本。
粗略码元同步提取器220从接收到的数字复数样本中提取粗略的码元起点。
FFT窗口控制器230采用由粗略码元同步提取器220提取出的粗略码元同步信号来检测粗略码元起点，采用由码元定时偏移估计器270所估计出的偏移值来设置码元定时同步点，将在从码元定时同步点开始向数据发送间隔前部延伸的预定间隔中的样本与在通过从以码元定时同步点开始的有用码元间隔中减去预定长度而得到的间隔中的样本相加，并且将相加结果输入到FFT运算单元240。
FFT运算单元240对与从FFT窗口控制器230输出的有用码元间隔相对应的样本执行FFT，并且输出频域信号。该频域信号除了包括一般数据之外，还包括包含进行OFDM发送所必需的信息的散射导频。已以12个样本为间隔被插入到频域信号的每个码元中的散射导频信号是进行码元定时同步所必需的。
散射导频模式检测器250判定散射导频的模式，并且基于导频比普通数据具有更大功率的特性将对应于每个散射导频模式的子载波的功率之和彼此进行比较，以检测4个模式中具有最大功率的模式。
散射导频提取器260采用由散射导频模式检测器250检测到的散射导频开始模式提取已被插入到码元中的散射导频。
码元定时偏移估计器270采用由散射导频提取器260提取出的散射导频来估计由整数部分和小数部分构成的码元定时偏移。整数部分被施加到FFT窗口控制器230，以执行精密的码元定时同步，而小数部分被经DPLL 280施加到ADC 210，以控制ADC 210的采样时钟信号。
DPLL 280采用从码元定时偏移估计器260输出的码元定时偏移的小数部分，改变ADC 210的采样时钟信号的频率和相位。
图3是根据本发明在FFT窗口控制器中设置快速付立叶变换(FFT)窗口周期的方法的概念图。参照图3的(a)，FFT窗口控制器230采用由码元定时偏移估计器270估计出的定时码元偏移，在由保护间隔Tg和有用码元间隔Tu组成的数据发送间隔中设置码元定时同步点。接下来，FFT窗口控制器230将在从码元定时同步点向数据发送间隔前部延伸的预定间隔Tp中的样本和在通过从以码元定时同步点开始的有用码元间隔Tu中减去预定长度而得到的间隔中的样本相加。这里，根据信道环境将预定间隔Tp设置成比保护间隔Tg短。
参照图3的(b)，预定间隔Tp中的样本对应于通过复制一部分有用码元间隔Tu而得到的保护间隔，并因此包含于要被快速付立叶变换的样本中。因此，对一个样本进行快速付立叶变换，从而防止OFDM接收系统中的码元间干扰(ISI)。
图4是用于在FFT窗口控制器中重新设置FFT窗口周期并且将重新设置的信息输入到FFT运算单元的方法的概念图。FFT窗口控制器230将在从在数据发送间隔中设置的码元定时同步点开始向数据发送间隔前部延伸的预定间隔Tp中的样本与在通过从以码元定时同步点开始的有用码元间隔Tu中减去预定长度而得到的间隔中的样本相加，并且将相加结果输入到FFT运算单元240。例如，当数据发送模式为2K时，FFT窗口控制器230将2048个样本并行输入到FFT运算单元。
图5是表示根据本发明在OFDM接收系统中的码元定时同步方法的流程图。在步骤510，从OFDM发送系统以码元为单位接收OFDM信号。
接下来，在步骤520，从所接收到的OFDM信号中提取已被以预定样本为间隔插入到码元中的散射导频。
接着，在步骤530，采用所提取出的散射导频来估计码元定时偏移，并且在步骤540，在由保护间隔和有用码元间隔组成的数据发送间隔中设置码元定时同步点。
接下来，在步骤550，将在从码元定时同步点开始向数据发送间隔前部延伸的预定间隔中的样本与在通过从以码元定时同步点开始的有用码元间隔中减去预定长度而得到的间隔中的样本相加，从而重新设置FFT窗口周期。
图6的图形表示的是在码元定时同步中本发明的性能与现有技术的性能之间的比较。该图形表示的是在数字视频广播地面系统(DVB-T)系统中码元定时同步之后余下的码元定时偏移的均方SAMPLE2(样本)。测试条件为：2K的数据发送模式，1/16的保护间隔长度模式，1000个样本的初始样本偏移，200ppm的采样时钟频率偏移，200ppm的初始采样时钟相位偏移，和在PLL块中500ppm的环路带宽。采用基于DVB-T测试规范的20个信道作为多径。对于瑞利(Rayleigh)信道和莱斯(Ricean)信道而言，与现有技术相比较，本发明具有较低的剩余码元定时偏移的均方SAMPLE2。
图7的图形表示的是根据本发明和现有技术在码元定时同步和信道均衡之后表现出的码元差错率(SER)。在与图6的条件相同的条件下进行测试。对于信道均衡算法，通过在4码元周期期间采用散射导频执行线性插值，而执行信道估计和均衡。参照图7，对于瑞利信道而言，与现有技术相比较，本发明具有较低的SER。
如上所述，根据本发明，即使在多信道(或瑞利信道)或预重叠信道环境下不正确地判定了码元起点，也可以准确地执行码元定时同步和信道均衡而无ISI。
本发明不局限于上述实施例，本领域内的普通技术人员应理解的是，可在本发明范围内进行各种形式和细节上的改变。换言之，本发明能够应用于欧洲型数字TV、基于IEEE 802.11a的无线LAN、和其他采用OFDM的系统。
本发明可以实现为能够在计算机中运行的程序。该程序可从计算机中所采用的介质中读出并由计算机运行。该介质可以是诸如磁存储介质(例如ROM、软盘、或硬盘)、光可读介质(例如CD-ROM或DVD)、或载波(例如通过因特网传输)之类的存储介质。另外，该程序可以分散地存储在通过网络连接的计算机系统中的计算机可读介质中，并且可以运行。

Claims (5)

1、一种正交频分复用(OFDM)接收方法，用于对由保护间隔和有用码元间隔组成的码元单元的数据发送间隔执行快速付立叶变换(FFT)，该方法包括下列步骤：
从所接收到的OFDM信号中提取以预定样本的间隔插入到码元中的散射导频；
采用所提取出的散射导频估计码元定时偏移，并且在数据发送间隔中设置码元定时同步点；和
将在数据发送间隔中预定间隔内的样本和通过从以码元定时同步点开始的有用码元间隔中减去预定长度而得到的间隔中的样本相加，并且对相加结果执行FFT。
2、如权利要求1所述的OFDM接收方法，其中，数据发送间隔中的预定间隔从码元定时同步点开始向数据发送间隔的前部延伸。
3、如权利要求1所述的OFDM接收方法，其中，该数据发送间隔中的预定间隔比保护间隔短。
4、如权利要求1所述的OFDM接收方法，其中，数据发送间隔中的预定间隔根据信道环境而改变。
5、一种正交频分复用(OFDM)接收系统，用于对由保护间隔和有用码元间隔组成的码元单元的数据发送间隔执行快速付立叶变换(FFT)，该系统包括：
模/数转换器，用于将OFDM信号转换成数字复数样本；
FFT运算装置，用于对有用码元间隔执行FFT；
散射导频提取器，用于从自FFT运算装置输出的样本中提取出散射导频；
码元定时偏移估计器，用于采用由散射导频提取器提取出的散射导频来估计码元定时偏移；和
FFT窗口控制器，用于在从模/数转换器接收到的数据发送间隔中设置码元定时同步点，将在从码元定时同步点开始向数据发送间隔前部延伸的预定间隔中的样本与在通过从以码元定时同步点开始的有用码元间隔中减去预定长度而得到的间隔中的样本相加，并且将相加结果输入到FFT运算装置。
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