TWI308431B - Apparatus and method for estimating a clipping parameter of an ofdm system - Google Patents

Description

1308431 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明提供一種於一接收器（receiver)估計一相對應發射器 (transmitter)所使用之參數的裝置及方法，尤指一種於一正交分 頻多工（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)接收 器估計一發射器之截波參數的裝置及方法。 【先前技術】 在習知正交分頻多工系統中，由於發射器傳送的是經過逆向 ’ 快速傅利葉轉換(inverse fast Fourier transform，IFFT)處理之後的正 交分頻多工時域訊號，因此往往會有峰值對平均功率比 (peak-to-average power ratio, PAPR)過高的問題，所以，降低正交分 鲁頻多工時域訊號的峰值對平均功率比是一個必須要解決的問題， 一般而言，截波(clipping)是一最簡單且有效的方法。然而，此一 操作往往會對正交分頻多工接收器造成所謂的截波雜訊(dipping noise)，因此，一般來說，在正交分頻多工接收器中必須透過決策 重建（Decision-AidedReconstruction,DAR)演算法或其他演算法 來補償截波雜訊所造成的訊號失真。 1308431 請參閱第1圖，第1圖為習知發射器100的示意圖。發射器 100包含有一訊號映射模組(Signal Mapper) 102、一逆向傅利葉轉換 模組104、一截波模組106、一數位/類比轉換器(digitai-to_anal〇g converter, DAC)l〇8、一功奉放大器(power ampiifier，PA)11〇、以及 一發射天線112。訊號映射模組i〇2係依據一特.定調變機制(例如， 數位電視廣播系統DVB-T可選擇使用下列三種調變機制之一： QPSK、16QAM、64QAM)，將一數位資料Din映射到訊號空間上 籲來產生-映射訊號{Xk}。逆向傅利葉轉換模組1〇4係用來將該映 射訊號{Xk}(其係為-正交分頻多工頻域訊號）轉換為一正交分 頻多工時域訊號{Xn}。截波模組廳係依據一截波閥值（咖_ • threshold)來對該正交分頻多工時域訊號{Xn}執行一習知之截波程 序’以產生-截波正交分頻多工時域訊號W。接著該截波正交分 頻多工時域訊號便經由數位/類比轉換器⑽轉換後再經過功率放 籲大器110放大其訊號之功率。最後，發射天線m便將該截波正 交分頻多工時域訊號傳送出去。 ▲逆向傅利葉轉換她1(Μ所輸出之對應於第η個時間點的正 父分頻多工時域訊號'如下所示： Ν-\ 方程式(1) 訊號，以及N為

N 於方程式⑴巾，Xk_應叙解銳的子載波 子載波個數。 1308431

Jan. 1999，其詳細電路與操作練說明如下。接收器係應用一 决策重建機制，且其包含有—接收天線2〇2、一循環前輕移除暨快 速傅利葉轉換(Remove CP/FFT)模組2〇4、一通道估計（ch_ei estimation)模組2〇5、一頻率等化(frequency叫祕加丨加,FEq)模 組206、複數個逆向傅利葉轉換模組2〇8、21〇、一決策^ 杈組212、一傅利葉轉換模組214以及一重建模組216。接收天線 _係用來接收一正交分頻多工時域訊號（例如第1圖所示之發射器 励敢後輸出的截波正父分頻多玉時域訊號）。循環前輪移除暨快 速傅利葉轉換模組2〇4會移除接收天線2〇2所接收之正交分頻多工 時域訊號㈣循簡滅份(eyelie prefix，CP)後，經蛾速傅利葉 轉換的運算來產生—正交分頻多工頻域訊號{Zk}。通道估計模組 2〇5依據正交分頻多工頻域訊號⑹來估計一通道響應叫，頻率 等化模組206進—步依據估計出的通道響應{Hk}與正交分頻多工 鲁頻域訊號{Zk}來輪出一等化頻域訊號叫，接著，逆向傅利葉轉 換模組2〇8會對等化頻域訊號{Zk}執行逆向傅利葉轉換，以得到一 等化Μ或说號{zn}。如第2圖所示，當頻率等化模組2〇6產生等化 頻域訊號{Zk}時，決賴組犯第—次會接收正交分頻多工頻域訊 號(¾}、以及通道估算模組2〇5所產生的通道響應{咏}，以進行硬 式決策（harddecision)來產生一決策頻域訊號，如下所示 X'k^m\Zk~HkX[ 〇<^λγ_ι 1308431 逆向傅利葉轉換拉組210接著會對決策頻域訊號約執行逆 向傅利葉雛，喊生-料時域碱{χηί。此時，重建模組216 便依據決策時域訊號{χηί及等化時域訊號{ζη}來啟動一重建程 序’而重雜組m所執行㈣建財如下所述： r =卜，丨X:卜， Κ <a^ 。& 1 方程式(3) 於方私式⑶中’ A係-預設數值，由於接收器施並不知道發 射益所用的戴波閥值，所以A，是只能是一猜測的數值，η為時間點 編號。 由以上方程式⑶可知，重建程序運作的機制為：對一時間點 二，若決斜域職低於預設數餅，即以決策時域訊 私來產生-重建的時域訊號;另—方面，約絲時域訊號χ·η 之絕對值小於等於預魏值Α，，即以縣的等鱗域峨ζη來作為" 上述重建的時域訊號Γη。最後，翻葉轉換模組2Η便會將該重建 的_訊號ω執行傅利葉轉換來得到一重建的頻域訊號叫，之 後決策模組212會依據重建的頻域訊號叫做決策（原本依據頻域 訊號{Zk}) ’以得到更準確㈣細域訊號抑，透過上述步驟的 重複執行’接收器200便可利用絲重建的機制來降低決策模組 212的決策錯誤率。 '' 1308431 器的 如上所述，決策重建演算法在處理過程中需要利用… 截波閥值A以便正雜執行’加，對於糾正交分頻多工H 器來說，其並無賴知魏H喊波·A，因此 多工接收H係使預設值A，來作為發射器的截朗值^月顯 地’該預設㈣為-_值，其縣無找全符合實際需求，因 此會造成習知決策重建機制的效能不佳。 【發明内容】 因此本發明的主要目的之一在於提供一種於正交分頻多工接 收„„中估批射ϋ所使用之截波參數（戴波閥值或截波比率）的 裝置及方法，以解決上述問題。 鲁 依縣發”料概®，其係揭露-麵於-正交分頻多 接收器中估δ十-發射器之截波參數的褒置。該裝置包含有一戴 波雜訊制彳論、—除法模組、以及—運算模組。截波雜訊債測 la用來依據正父分頻多卫頻域訊餘對應於-子載波的一子載 決__號的相減絲，得—相對應於該子載波的 截波雜°凡，除法模組用來將正交分頻多主頻域訊號相對應於該 子載波的錢波雜訊的一功率值與該決策頻域撕虎的一功率值相 除付相對應於該子载波的一特徵值；運算模組用來依據一平

It 1308431 均特徵值，彳旱出― 子載波 出戴波參數，其中該平均特徵值為至少 的該特徵值_平均值。 夕卜依據本發明申請專利範圍，其另揭露一種用於—正交分 '夕接收器中估計—發射器之截波參數的方法。該方法包含 f、、^據蝴應於—子舰之—子觀職與-決_域訊號之 目減結果’得—相對應於該子載波之-触雜訊；將相對應於該 子載，之鎖絲訊之—神值與該決策頻域職之—功率值相 二仔相對應於該子载波之一特徵值；以及健一平均特徵值， 截波> 數，其中該平均特徵值為至少-子載波之該特徵值 間之平均值。 …本么騰魏处估計魏器之截波紐的裝置與方法係先 截波雜訊的功率與子載波訊號的功率之間的比值，然後再依 據特定函數關麵執行數值運算來獲得所要喊波參數。此外， —I月估找波翏數職置與方法另可依據特定函數關絲建立 '子 '表ϋ方'。十异出截波雜訊的功率與子載波訊號的功率之間 的比值後，以絲方式來快迷地獲得所要的截波參數。由於本發 估4截波彡數的裝置與方法可動態地侧發射騎制的截波 遠’因此魏时應財發日·計紐參數雜方法所提 1308431 供的正確誠參數錢行_侧(例如絲銳）輯到降低 截波雜訊之影響的目的。 【實施方式】 °月茶閱第3圖’第3圖為本發明截波參數估計裝置560應用 鲁於-正父分頻多工接收器的示意圖。除了截波參數估計裝置 560以外，正父分頻多工接收器$㈣包含有一天線遞、一循環 箣k移除旦決速傅利葉轉換（cp师⑽卿丁）裝置撕、一通道 估計模組505、-頻率等化模組鄕、複數個逆向傅利葉轉換模組 508、5U)、-決策模組512、一傅利葉轉換模組514以及一重建模 、，且5M天線502係用來接收—正交分頻多工時域訊號（例如第】 圖所不之發射益1〇〇最後輸出的截波正交分頻多工時域訊號循 •環前輟移除暨快速傅利葉轉換裳置5〇4會先移除正交分頻多工時 域—虎中正父分頻多工符元的猶環前輟成份，然後再進行快速傅 利葉轉換運算以產生—正交分頻多工頻域峨⑹，其中正交分 頻多工頻域訊號{Zk}係由複數個子載波訊號么所組成， ㈣，2，.·.，叫。通道估計模組5〇5依據正交分頻多工頻域訊號⑹ 來估計-通道響應{Hk}，頻率等化模組並進一步依據估計出 的通迢響應{Hk}與正交分頻多工頻域訊號⑹來輪出—等化頻域 訊號{A}，而決策模組犯便依據通道響應叫與分頻多工頻域 1308431 訊號{Zk}來產生一決策頻域訊號{x，k}，此外，截波參數估計裝置 560係依據正交分頻多工頻域訊號{zk}計算出一截波參數Pcp。最 後’重建模組516便依據決策頻域訊號{X’k}經過逆向傅利葉轉換 模組510產生之一決策時域訊號{、}、等化頻域訊號{Zy經過逆 向傅利葉轉換模組508產生之一等化時域訊號{<}、以及截波參 數Pep來產生一重建的時域訊號{rn}，依據第2圖所示之習知正交 分頻多工接收器2〇〇中決策重建機制的操作可知，第3圖所示之 _決策模組512會不斷地依據通道響應{Hk}、正交分頻多工頻域訊 號{Zk}以及重建的時域訊號⑹經過傅利葉轉換模組$ 14產生之一 重建的頻域訊號{Rk}來調整決策頻域訊號{X，k}，以降低截波雜訊 對決策頻域訊號{X，k}的影響。請注意，於正交分頻多工接收器5〇〇 中，截波參數估計裝置560以外的元件均為業界習知的電路，因 此其相關電路架構與操作原理不另贅述。 本發明截波錄估計裝置可祕交分頻多1接收器5〇 中_-正交分頻多工發射器目前所使用的截波參數^，例如 波閥值（dippingthreshold)或截波比率㈤卯峋咖^因此 相較於前案Fig.2中重建模組m應用一固定值來作為截波閥值 依據本發明經由截波參數估計裝置560的辅助.，重建模組516 { 可具有較佳的效能。請錢第4圖’第4圖為第3圖所干之截、〕 參數估計裝置之-實補的魏方_。錢參數估計裝] 14 p. 訊Dk的功率 p. 此外’截波處理前的功率p 具有如下習知關係： prk = 與截波處理後的功率 :球I2)之間 方程式(9) 與子W卩騎歸以 ' «2 方程式(10) 本發嫩參數估繼_所輪出峨波參 比率或截賴值’端看參計裝置_之正交分頻多工接 收器的設計需求，以第3圖所示之正交分頻多工接收器為例， 由於其係應躲策重建卿，因此，戴波參數料裝置別所輪 出的截波參數Pcp即為截波閥值，以供重建模組516使用。若 交分頻多工接收器需要使用截波比率丫，則運算模組566 +平均特 徵值V和截波比率γ的函數關係為： ν = ι -/2 l~e~r + 今Lerfc(j) 方程式(11) 1308431 570對子載波訊號Z’P執行決策所產生的訊號會傳遞至截波參數估 計裝置560。 相較於習知技術，本發明於接收器上估計發射器之截波參數 的破置與方法係先計算截波雜訊的功率與子載波訊號的功率之間 勺比值，然後再依據特定函數關係而執行數值運算來獲得所要的 • ^波參數。此外’本發明估賴波錄的裝置與方法另可依據特 疋函數關係來建立-對照表，並於計算出截波雜訊的功率與子载 皮ib虎的功率之間的比值後，以查表方式來快速地獲得所要的截 、>數由於本發明估計截波參數的裝置與方法可即時地偵測發 射:所h㈣截波參數’因此接收器可顧本發明估計截波參數 置”方/綺提供的正確參數來執行相關機制（例如決策 建）以達到降低截波雜訊之影響的目的。 、所述僅為本發明之較佳實施例，，凡依本發明申請專利範 圍所做之均等變化與修鄭，皆應屬本發明之涵蓋範圍。 19 .1308431 【圖式簡單說明】 第1圖為習知發射器的示意圖。 弟2圖為習知接收器的示意圖。 第3圖為本發明截波參數估計裝置應用於一正交分頻多工接收 器的示意圖。 第4圖為第3圖所示之截波參數估計裝置之一實施例的功能方 塊圖。 【主要元件符號說明】 100 102 發射器 訊號映射模組 104、208、210、508、510 逆向快速傅利葉轉換模組 106 截波模組 108 110 數位/類比轉換器 —'——--一 功率放大器 112、202、502 天線 200 、 500 正交分頻多工接收 器 204、504 205 ' 505 稱轉換模組 通道估計模組 206、506 212 、 512 頻率等化模組 ^—— 決策模組 20 1308431 214 、 514 傅利葉轉換模組 216'516 重建模組 560 截波參數估計裝置 562 截波雜訊/(貞測模組 564 除法模組 566 運算模組

21

Claims (1)

1. -1308431 十、申請專利範圍： 1. 一種估計一發射器（transmitter)之截波參數之方法，應用於一 正父分頻多工（Orthogonal Frequency Division Multiplexing， OFDM)接收器（receiver)，其中該接收器接收一正交分頻多工 時域訊號’該正交分頻多工時域訊號經轉換可得一正交分頻多 工頻域訊號，並且該正交分頻多工頻域訊號係由複數個子載波 訊號所組成，該方法包含有： ⑻依據相賴H餘之—子倾職與—決賴域訊號之 相減結果，得一相對應於該子載波之一截波雜訊； ⑻將相對應麟子餘之誠波舰之—轉值無決策頻域 訊號之一功率值相除，得一相對應於該子載波之一特徵 值；以及 (0依據-平均特徵值，得出-截波參數，其中該 至少一子載波之該特徵值間之平均值。 ’ 2.如專利申請範，獅述之方法，射崎於該子載波之談 決策頻域訊號係為一已知值。 〇Λ 1 亥子载波之該 如專利申請範圍第1項所述之方法，其令相野於 決策頻域訊號之判斷係依據該子载坡訊號。 22 3.