CN1466292A - 将导频插入正交频分复用信号的正交频分复用发射机/方法 - Google Patents

Abstract

一种OFDM发射机包括：FEC单元，编码输入的数据，以纠正传输期间在接收机发生的错误；导频插入单元，向有效数据中插入至少两个导频数据；IDFT单元，调制具有导频数据的编码数据并定义为OFDM码元；保护间隔(GI)插入单元，向OFDM码元插入GI以抑制码元间干扰；伪噪声序列插入单元，向OFDM码元插入PN序列和导频信号，导频信号对应于插入OFDM码元的导频数据；脉冲整形滤波单元，对OFDM码元滤波；和RF单元，将OFDM信号上变换为RF信号并向信道发送。在此，至少两个连续相位的导频信号插入到OFDM码元频谱和整个的PN序列中，接收一方可容易地获得同步。

Description

将导频插入正交频分复用信号的正交频分复用发射机/方法

技术领域

本发明一般涉及一种正交频分复用(OFDM)发射机，更具体而言涉及用于改进接收效率的OFDM发射机。

背景技术

一般而言，高清晰度电视(HDTV)的广播系统可以被大致划分为图像编码单元和图像调制单元。图像编码单元将从高清晰度的图像源输入的大约1Gbps的数字数据压缩为15～18Mbps的数据。所述图像调制单元通过大约6～8MHz的一个限带信道向接收端发送几十Mbps的数字数据。HDTV使用地面同时广播方法，这个方法使用被分配用于电视广播的甚高频/超高频(VHF/UHF)。考虑到地面同时广播环境，用于HDTV的广播系统的调制方法被要求满足下列条件。

首先，用于HDTV广播系统的调制要求高的频谱频率，以通过大约6～8MHz的一个有限的带频道向接收端发送几十Mbps的数字数据。其次，HDTV的广播系统的调制方法应当可以经受衰落，因为经常发生由于建筑物或某些结构的多径衰落。第三，HDTV的广播系统的调制方法应当可以经受在同一信道内的干扰，所述干扰由于模拟电视信号而总是发生。第四和最后，在HDTV的广播系统中的调制的信号应当能够最小化在模拟电视的接收机中的干扰。

作为一种能够提供诸如提高传输速度和防止干扰的优点的调制方法，正交频分复用(OFDM)方法已经在欧洲被接受用于HDTV的下一代地面广播方法。

OFDM系统将串行输入的码元序列转换为预定的块为单位的并行数据，并随后将并行的码元复用为不同的子载波频率。不象使用单一载波的现有的调制方法那样，OFDM系统使用多载波。所述多载波中具有正交性。通过“正交性”，两个子载波的相乘将产生0值，这是使用子载波的必要条件之一。OFDM系统通过快速傅里叶变换(FFT)和逆快速傅里叶变换(IFFT)来实现，它们是通过在子载波之间的正交性和快速傅里叶变换(FFT)的定义而简单地获得的。

同时，OFDM的优点如下：

由于电视地面传输方法具有信道特性，按照它传输质量严重依赖于在信号传输期间的反射波，并依赖于在同一信道和相邻信道中的干扰，因此对于传输系统的设计的要求是非常复杂的。但是，OFDM在多径环境中很强。换句话说，由于OFDM系统使用各种载波，因此可以延长码元传输时间。因此，系统变得对于干扰信号较为抗扰，因此即使对于发生了较长时间的回波信号也具有更小的质量恶化。OFDM系统也对现有的信号很强，因此对于同一信道中的干扰具有较小的影响。由于这样的特点，可以建立一个单一频率网络(SFN)。在此，“SFN”表示这样一种情况，其中单一的广播以单一的频率来进行全国的广播。即使当在一个频道中的干扰增加的时候，它也在可接受的范围，因为OFDM系统在这样的系统中很强。如上所述，通过使用单一频率网络，可以有效地使用有限数量的频率资源。

同时，OFDM信号包括多载波，每个具有较小的带宽。由于在正方形中定义了整个的频谱，实质上频率效率好于单一载波。OFDM系统的另一个优点是，由于OFDM信号的波形与白高斯噪声相同，因此与诸如逐行倒相制(PAL)、顺序与存储彩色电视系统(SECAM)等的其他形式的广播业务相比，它具有较小的干扰。由于OFDM系统可以对于每个载波可变地使用调制方式，因此使能了分层传输。

图1是传统的OFDM发射机的方框图。输入的数据被快速傅里叶变换(FFT)单元10编码，以便接收端可以检测到错误来纠正。编码的数据被串行/并行转换器20转换为并行数据，并输入到逆离散快速傅里叶变换(IDFT)单元30。通过IDFT单元30，数据被转换为时间域中的抽样数据。IDFT单元30输出在频率域中的并行数据的N作为在时间域中的抽样数据的N。

保护间隔(GI)插入单元40在N个抽样数据的基础上，即一个OFDM码元的基础上插入。GI是从一般包括N个抽样数据的OFDM码元的一部分复制的抽样数据。GI通常被插入到OFDM码元的前面。

伪噪声(PN)序列插入单元50在插入GI的OFDM码元前面插入PN序列，用于接收端同步和估计信道。

OFDM码元随后被滤波单元60滤波，被RF单元70处理为一个射频(RF)信号，并通过一个通信信道被发送到接收机。

如上所述，通过在OFDM码元中插入作为同步信息的PN序列，可以在OFDM接收机在离散傅立叶变换(DFT)之前获得同步信号。问题是，当PN序列被长时间使用的时候，传输到OFDM接收机的数据量减少，导致数据传输的减少。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种正交频分复用(OFDM)发射机，它插入至少两个导频信号以便接收端可以容易地获得同步。

为了实现上述目的，按照本发明的一种正交频分复用(OFDM)发射机包括：一FEC单元，用于编码输入的数据，以便纠正在传输期间在接收机发生的错误；一导频插入单元，用于向有效数据中插入至少两个导频数据；一逆离散傅立叶变换(IDFT)单元，用于调制具有导频数据的编码数据，被调制的编码的数据被定义为OFDM码元；一保护间隔插入单元，用于向OFDM码元插入GI，以便抑制在OFDM码元之间的码元间干扰(ISI)；一伪噪声(PN)序列插入单元，用于向OFDM码元插入PN序列和导频信号，所述导频信号对应于插入在OFDM码元中的导频数据；一脉冲整形滤波单元，用于对OFDM码元滤波；和一个RF单元，用于将OFDM信号上变换为RF信号，并向信道发送RF信号。

当导频数据的数量是偶数的时候，所述导频插入单元与OFDM码元频谱的中心相对称地在OFDM码元的左右插入导频数据。当导频数据的数量是奇数的时候，所述导频插入单元在OFDM码元频谱的中心以及与中心相对称地在OFDM码元频谱的左右插入导频数据。

当例如插入两个导频数据的时候，在插入导频信号后从所述PN序列插入单元输出的信号被表示为：

P(n)+cos2πf_pt

其中，P(n)是PN序列，f_p是导频信号的频率。

当插入三个导频数据的时候，在插入导频信号后从所述PN序列插入单元输出的信号被表示为：

P(n)+cos2πf_pt+d

其中，P(n)是PN序列，f_p是导频信号的频率，d是常数。

按照本发明的OFDM发射机还包括：一个导频发生器，用于产生至少两个导频信号；和一个加法器，用于将所述导频信号加入到所述PN序列。所述导频发生器包括一个多路复用器。另外，所述导频发生器包括模4计数器。而且，OFDM发射机包括一个第二加法器，用于向PN序列加入一个DC导频音。

上述目的也可以通过用于在按照本发明的正交频分多路复用(OFDM)发射机中插入导频信号的方法来实现，包括步骤：编码输入的数据，用于纠正在传输期间发生的在接收机的错误；向有效数据插入至少两个导频数据；调制具有导频数据的编码的数据，被调制的编码数据被定义为OFDM码元；向所述OFDM码元插入GI，用于抑制在OFDM码元之间的码元间干扰(ISI)；向OFDM码元插入PN序列和一个导频信号，所述导频信号对应于插入在OFDM码元中的所述导频数据；对OFDM码元滤波；将OFDM码元上变换为RF信号并向信道发送RF信号。

当例如插入两个导频数据的时候，在插入导频信号后从所述PN序列插入单元输出的信号被表示为：

P(n)+cos2πf_pt

其中，P(n)是PN序列，f_p是导频信号的频率。

当插入三个导频数据的时候，在插入导频信号后从所述PN序列插入单元输出的信号被表示为：

P(n)+cos2πf_pt+d

其中，P(n)是PN序列，f_p是导频信号的频率，d是常数。

由于至少两个连续相位的导频信号被插入到OFDM码元频谱和整个的PN序列中，接收端可以更容易地获得同步。

附图说明

通过参照附图详细说明本发明的优选实施例，本发明的上述目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是传统的OFDM发射机的原理方框图；

图2是按照本发明的一个优选实施例的OFDM发射机的原理方框图；

图3是示出其中通过图2的导频插入单元200在有效数据内定位两个导频数据的结构的图；

图4A和4B是示出在频率域中具有插入的导频信号的PN序列的频谱的图。

图5A和5B是示出用于图4A和4B所示的导频信号插入目的的导频发生器500和PN序列插入单元600的结构的图。

图6是示出在由图2的OFDM发射机进行的脉冲整形后的信号的频谱的图；和

图7是示出用于插入至少两个导频信号的图2的OFDM发射机的方法的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图来更详细地说明本发明的优选实施例。

图2是示出按照本发明的一个优选实施例的OFDM发射机的方框图。

OFDM发射机包括前向纠错(FEC)单元100、导频插入单元200、N逆离散傅立叶变换(N-IDFT)单元300，保护间隔(GI)插入单元400、导频发生器500、伪噪声(PN)序列插入单元600、脉冲整形滤波器单元700、射频(RF)单元600。

FEC单元100编码输入的数据，用于纠正在数据传输期间可能发生的错误。

在FEC后，导频插入单元200在并行数据中插入至少两个导频数据P’，以便接收端可以更容易地获得同步。如果导频数据P’的数量是例如奇数，则可以在有效数据的中心定位一个导频数据，而在与导频数据P’的中心相对称地在有效数据的左右定位其他导频数据P’。如果导频数据P’的数量是偶数，则导频数据P’被插入在与中心相对称的有效数据的左右。

N-IDFT单元300执行IDFT，即调制具有导频数据的编码数据，调制的编码数据被限定到OFDM码元。

GI插入单元400在N抽样数据的基础上向OFDM码元插入GI，以便抑制在码元之间的干扰。GI是从包括N个抽样数据的OFDM码元的尾部的一定数量的抽样数据复制到OFDM码元的前端的数据。

导频发生器500产生至少两个导频信号。PN序列插入单元600在插入GI的OFDM信号中插入用于在接收端同步和信道估计的PN序列，以及在接收端用于容易地同步的导频信号P。最好，导频信号P被按数目准备，以对应于由导频插入单元200插入的导频数据P’的数量。

脉冲整形滤波器单元700对OFDM信号滤波，被滤波的OFDM信号被RF单元800处理为RF信号，并随后发送到信道。

下面参照图4A到5B说明在PN序列插入单元600的在PN序列P(n)插入导频信号P的处理。

PN序列P(n)是随机的的二进制信号。在导频信号P是f_p的情况下，导频音具有值cos2πf_pt。如果偶数数量的导频信号P——例如是2——被插入PN序列P(n)，则导频信号P的频率f_p变成±1.89MHz，它是对应于7.56MHz符号率中的频率的四分之一的频率值。

如图5A所示的在PN序列P(n)中插入两个导频信号P由下面的表达式1表示，其中导频发生器的结构具有多路复用器M和计数器C和加法器A：

[表达式1]

P(n)+cos2πf_pt(f_p是导频信号的频率)

当奇数数量的导频信号——即3——被如图4B所示插入的时候，三个导频信号被插入，以便一个导频信号P被插入到中心点‘0’，而另外两个导频信号被插入到±1.89MHz的频率f_p，如同在插入两个导频信号P的情况。在此，当频率f_p是‘0’的时候，导频信号P变成一个常数，即‘1’。

也就是说，如图5B所示，通过在图5A的结构中加入常数d，两个导频信号P被对称插入，而一个导频信号P被插入在中心。在PN序列中插入3个导频信号P由下面的表达式2表示：

[表达式2]

P(n)+cos2πf_pt+d(f_p是导频信号的频率，d是常数)

插入到OFDM码元中的这样的导频信号P使得接收一方能够获得同步，如同同步信息那样。

即使当PN序列的长度——即，2^N-1——是255或511的时候，由于它具有完整的循环，因此导频信号P被插入到OFDM码元中，并且仍然保持相位的连续。

对于插入导频信号的PN序列，图6的波形被脉冲整形滤波单元700整形。

通过在OFDM码元和整个PN序列中插入连续相位的导频信号P，可以获得接收同步。

图7是一个流程图，用于说明按照本发明的优选实施例的一种方法，该方法用于由OFDM发射机在OFDM码元和PN序列中插入导频信号P。

对于在数据传输期间会发生的错误的纠正，FEC单元100编码数据(步骤S10)，将纠错编码的数据转换为并行数据，并输出产生的数据(步骤S20)。

下面，为了在接收端容易地获取同步，插入单元200在一个有效数据中插入至少两个导频数据P’(步骤S30)。例如，如果导频数据P’的数量是奇数，则奇数数量的导频数据P’被插入到有效数据的中心，以及与中心对称的左右。如果导频数据P’的数量是偶数，则导频数据P’被插入到与中心对称的有效数据的中央部分。

然后执行IDFT，调制具有导频数据的编码数据，调制的编码数据被定义为OFDM码元(步骤S40)。

下面，GI被插入到OFDM码元，用于抑制在OFDM码元之间的ISI(步骤S50)。

其后，PN序列插入单元500在插入GI的OFDM信号中插入用于在接收端同步和信道估计的PN序列、以及用于在接收端容易地获得同步的导频信号P(步骤S60)。优选的是，导频信号P的数量对应于在步骤S30插入的导频数据P’的数量。

OFDM信号随后被滤波和上变换为RF信号，并被发送到接收信道。

由于在OFDM码元和整个PN序列中插入连续相位的导频信号P，因此接收端可以更容易地获得同步。

按照本发明，在OFDM码元和整个PN序列中插入连续相位的导频信号P。作为结果，接收端可以更容易地获得同步。

虽然已经说明了本发明的优选实施例，本领域的技术人员可以理解，本发明不限于所述的优选实施例，在所附的权利要求中限定的本发明的精神和范围内可以作出各种改进和改变。

Claims (14)

1.一种正交频分复用(OFDM)发射机包括：

一FEC单元，用于编码输入的数据，以便纠正在传输期间在接收机发生的错误；

一导频插入单元，用于向有效数据中插入至少两个导频数据；

一逆离散傅立叶变换(IDFT)单元，用于调制具有导频数据的编码数据，被调制的编码的数据被定义为OFDM码元；

一保护间隔插入单元，用于向OFDM码元插入GI，以便抑制在OFDM码元之间的码元间干扰(ISI)；

一伪噪声(PN)序列插入单元，用于向OFDM码元插入PN序列和导频信号，所述导频信号对应于插入在OFDM码元中的导频数据；

一脉冲整形滤波单元，用于对OFDM码元滤波；和

一个RF单元，用于将OFDM信号上变换为RF信号，并向信道发送RF信号。

2.如权利要求1所述的OFDM发射机，其中当导频数据的数量是偶数的时候，所述导频插入单元与OFDM码元频谱的中心相对称地在OFDM码元的左右插入导频数据。

3.如权利要求1所述的OFDM发射机，其中当导频数据的数量是奇数的时候，所述导频插入单元在OFDM码元频谱的中心以及与中心相对称地在OFDM码元频谱的左右插入导频数据。

4.如权利要求1所述的OFDM发射机，其中当插入两个导频数据的时候，在插入导频信号后从所述PN序列插入单元输出的信号被表示为： $P\left(n\right)+\sqrt{2a}\·\cos 2\mathrm{\π}{f}_{p}t$

其中，P(n)是PN序列，a是常数，f_p是导频信号的频率。

5.如权利要求1所述的OFDM发射机，其中当插入三个导频数据的时候，在插入导频信号后从所述PN序列插入单元输出的信号被表示为： $P\left(n\right)+\sqrt{2a}\·\cos 2\mathrm{\π}{f}_{p}t+a$

其中，P(n)是PN序列，f_p是导频信号的频率，a是常数。

6.如权利要求1所述的OFDM发射机，还包括：

一个导频发生器，用于产生至少两个导频信号；和

一个加法器，用于将所述导频信号加入到所述PN序列。

7.如权利要求6所述的OFDM发射机，其中所述导频发生器包括一个多路复用器。

8.如权利要求7所述的OFDM发射机，其中所述导频发生器包括模4计数器。

9.权利要求7的OFDM发射机，其中它还包括一个第二加法器，用于向PN序列加入一个DC导频音。

10.一种用于在正交频分多路复用(OFDM)发射机中插入导频信号的方法，包括步骤：

编码输入的数据，用于纠正在传输期间发生的在接收机的错误；

向有效数据插入至少两个导频数据；

调制具有导频数据的编码的数据，被调制的编码数据定义为OFDM码元；

向OFDM码元插入GI，用于抑制OFDM码元之间的码元间干扰(ISI)；

向OFDM码元插入PN序列和一个导频信号，所述导频信号对应于插入在OFDM码元中的所述导频数据；

对OFDM码元滤波；

将OFDM码元上变换为RF信号并向信道发送RF信号。

11.权利要求10的方法，其中当导频数据的数量是偶数的时候，导频数据插入步骤相对于OFDM码元频谱的中心在OFDM码元频谱的左右对称地插入导频数据。

12.权利要求10的方法，其中当导频数据的数量是奇数的时候，导频数据插入步骤在OFDM码元频谱的中心插入导频数据，并相对于中心在OFDM码元频谱的左右对称地插入导频数据。

13.权利要求10的方法，其中当插入两个导频数据的时候，在插入导频信号后从所述PN序列插入单元输出的信号被表示为： $P\left(n\right)+\sqrt{2a}\·\cos 2\mathrm{\π}{f}_{p}t$

其中，P(n)是PN序列，a是常数，f_p是导频信号的频率。

14.权利要求10的方法，其中当插入三个导频数据的时候，在插入导频信号后从所述PN序列插入单元输出的信号被表示为： $P\left(n\right)+\sqrt{2a}\·\cos 2{\mathrm{\πf}}_{p}t+a$

其中，P(n)是PN序列，f_p是导频信号的频率，a是常数。

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