CN100518159C - 时域同步正交频分复用接收机及其信号处理方法 - Google Patents

时域同步正交频分复用接收机及其信号处理方法 Download PDF

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Abstract

一种使用隐藏在频域中的导频信号来能够处理信号的TDS-OFDM接收机及其信号处理方法。该多载波接收机包括：傅立叶变换单元，用于将时域信号变换成频域信号；导频检测单元，用于检测隐藏在频域信号中的导频信号；偏移/信道估计单元，用于估计频率偏移、时间偏移和信道状态；偏移补偿单元，用于补偿估计出的频率偏移和时间偏移；和均衡器，用于基于估计出的信道状态来均衡频域信号。

Description

时域同步正交频分复用接收机及其信号处理方法
技术领域
本发明一般地涉及一种数字广播***，并且特别涉及一种使用在频域中的子载波中隐藏的导频信号来能够提高接收性能的时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)接收机及其信号处理方法。
背景技术
正交频分复用(OFDM)是多载波调制方法中的一种，其在多径或移动环境中具有良好的性能。
OFDM***通过使用在载波之间具有正交性的多载波来提高频率的利用。OFDM***在有线和无线通信中使用多载波，并且适合高数据率的传输。如果在具有多径衰落的无线通信信道中，用单载波***来传输其码元的持续时间是短的高速数据，则加重了码元间干扰，并且显著地增加了接收端的复杂性。
当多载波***扩大每个子载波的码元持续时间为子载波的数目时，该***能够维持数据传输率，并且因此抗多径能力强。
在OFDM***中，在载波之间具有正交性的多载波被用来提高频率的利用，并且发射端和接收端分别调制/解调该多载波，这带来了与离散傅立叶逆变换(IDFT)和离散傅立叶变换(DFT)相同的效果。因此，能够通过使用离散傅立叶逆变换(IDFT)和离散傅立叶变换(DFT)高速地执行调制和解调。
TDS-OFDM***将同步信息如伪噪声(PN)序列***到时域中。具体地讲，TDS-OFDM***使用时域中的同步信号来获得时域和频域的同步，并且执行信道均衡。然而，TDS-OFDM***具有关于有限的接收***和性能恶化的缺点。
本申请人已经在韩国专利中请第10-2002-59363号上公开了题目为“具有加入到频域中的导频信号的多载波传输***及其信号处理方法，Multi-carriert ransmission system having pilot signal added infrequency domain and signal processing method thereof”的专利，其中将导频信号加入到用于传输的时域OFDM信号中。
图1是显示在韩国专利申请第10-2002-59363号公开的传输***的方框图。
如在图1中所示，传输***包括将导频信号加入到时域OFDM信号中的导频***单元220。参考图2，导频***单元220用与I信号和Q信号相同的1个码元时间分别将很低功率的I导频信号PI和Q导频信号PQ加到I信号和Q信号。用预定数目的I导频信号的功率的积累变成比I信号的平均功率大的方法来设置I导频信号的功率PI。可以周与相同的I导频信号的功率的设置方法来设置Q导频信号的功率PQ。当导频信号Hidden_Pilot PI和PQ被加入到作为OFDM信号的I和Q信号中时，如在图3中所示形成信号。映射数据和导频信号Hidden_Pilot PI和PQ被加载到个IDFT点子载波中的每一个。
通过IDFT单元230，具有导频信号Hidden_Pilot PI和PQ的OFDM信号被调制为时域中的OFDM信号。调制后的时域中的OFDM信号经过保护间隔***单元240、同步信息***单元250和整形滤波器单元260传输到无线信道环境。
因此，需求接收***来处理隐藏在频域中的子载波中的导频信号Hidden_Pilot PI和PQ。
发明内容
为了满足以上的需求，本发明的目的在于提供一种用于通过使用在频域中的子载波中的隐藏导频信号来获得同步和执行信道均衡的TDS-OFDM接收机及其信号处理方法。
TDS-OFDM接收机包括：傅立叶变换单元，用于将时域信号变换成频域信号；导频检测单元，用于检测隐藏在频域信号中的导频信号；偏移/信道估计单元，用于估计频率偏移、时间偏移和信道状态；偏移补偿单元，用于补偿估计出的频率偏移和时间偏移；和均衡器，用于基于估计出的信道状态来均衡频域信号。
导频检测单元基于频域信号和参考导频信号之间的相关值来检测隐藏的导频信号。该隐藏的导频信号是伪噪声(PN)序列。
一种多载波接收机的信号处理方法包括：将时域信号变换成频域信号；检测隐藏在频域信号中的导频信号；估计频率偏移、时间偏移和信道状态；补偿估计出的频率偏移和时间偏移；和基于估计出的信道状态来均衡频域信号。
基于频域信号和参考导频信号之间的相关值来执行检测导频信号。
因此，通过使用隐藏在频域中的导频信号更高准确度地估计频率偏移、时间偏移和多径，从而与一般的接收机相比提高了接收性能。
附图说明
结合附图阅读下面详细的描述，本发明的上述目的、其他特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是显示传统的多载波发射机的方框图；
图2是显示在频域中的数据信号和加入的导频信号的示图；
图3是显示在频域中的具有导频信号的数据信号的示图；
图4是显示根据本发明某实施例的多载波接收机的方框图；
图5是显示根据本发明某实施例的多载波接收机的信号处理方法的流程图；和
图6是显示根据本发明某实施例的接收到的信号和参考导频信号之间的相关的示图。
具体实施方式
参考附图来详细说明本发明。
图4是显示多载波接收机中的时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)接收机的框图，其使用隐藏在频域中的子载波中的导频信号来处理信号。
TDS-OFDM接收机包括：无线电频率(RF)单元411、偏移补偿单元413、用于可靠性补偿的漂移重发(SRRC)滤波器414、同步信号/保护间隔检测单元415、偏移估计单元417、同步信号/保护间隔移除单元419、傅立叶变换单元421、导频检测单元431、偏移/信道估计单元433、均衡器435和前向纠错(FEC)单元437。
RF单元411将接收到的信号变换成基带信号。
偏移补偿单元413基于估计出的频率偏移和时间偏移来补偿关于接收到的信号的偏移。
SRRC滤波器414与使用在发射端的滤波器相同，并且对接收到的信号的脉冲整形。
同步信号/保护间隔检测单元415检测***的保护间隔(GI)，以防止邻近码元和包括在接收到的信号中的作为同步信号的伪噪声(PN)序列之间的干扰。
偏移估计单元417基于检测出的同步信号来估计频率偏移和时间偏移。
同步信号/保护间隔移除单元419移除检测出的同步信号和GI。
傅立叶变换单元421将从其中移除同步信号和GI的接收到的信号傅立叶变换成频域中的信号。
导频检测单元431基于在频域中的信号和对接收端是已知的参考导频信号之间的相关性来检测隐藏在子载波中的导频信号PI和PQ。
作为一般导频信号的PN序列的相关性具有如下特性：相同的PN序列之间的相关值具有峰值，并且不同的PN序列之间的相关值是“0”。使用PN序列的相关特性，能够检测出隐藏在频域子载波中的导频信号PI和PQ。
偏移/信道估计单元433基于在导频检测单元431检测出的相关性来重新估计频率偏移和时间偏移，并且向偏移补偿单元413提供重新估计出的频率偏移和时间偏移。该偏移/信道估计单元433还基于相关值来估计信道状态，并且给均衡器435提供信道状态信息。
均衡器435基于提供的信道状态信息来移除接收到的信号中的多径干扰。
FEC单元437通过为均衡后的数据信号设置的错误检测***来检测错误，并且纠正检测出的错误。
图5是显示根据本发明某实施例的TDS-OFDM接收机的信号处理方法的流程图。参考图5和图6详细地描述该信号处理方法，其中使用隐藏在频域子载波中的导频信号来提高接收性能。
偏移单元417使用PN序列来估计频率偏移和时间偏移，该PN序列是在时域中的同步信号并且包括在接收到的信号中。在步骤S511中，该偏移补偿单元417补偿估计出的频率偏移和时间偏移。
在步骤S513中，傅立叶变换单元421将从其中移除同步信号和GI的接收到的信号傅立叶变换成频域信号。
在步骤S521中，导频检测单元431通过频域信号和参考导频信号之间的相关性来检测隐藏在子载波中的导频信号PI和PQ。
图6显示了包括在频域中的第一子载波中的导频信号PI和PQ的接收到的信号。参考图6，第一子载波具有由分别将I导频信号和Q信号加到I和Q信号而产生的信号I+PI和Q+PQ。
导频检测单元431获得第一子载波中的信号I+PI和Q+PQ和参考导频信号RPI和RPQ之间的相关性。参考导频信号RPI和RPQ是第一子载波中的导频信号。
如果隐藏在接收到的信号中的导频信号PI和PQ与参考导频信号RPI和RPQ相同，则根据PN序列的相关特性该相关值变成峰值。如果导频信号PI和PQ与参考导频信号RPI和RPQ不相同，则根据PN序列的相关特性该相关值变成“0”。
例如，该峰值的存在表示隐藏在第一子载波中的导频信号PI和PQ与参考导频信号RPI和RPQ相同。因此，通过从第一子载波中移除参考导频信号RPI和RPQ，仅仅保留数据信号I和Q。
如上所述，使用PN序列的相关特性能够检测出隐藏在从第一到N(N表示子载波的数目)子载波中的导频信号Hidden_Pilot PI和PQ。
在步骤S523中，偏移/信道估计单元433基于相关值来重新估计频率偏移和时间偏移，并且也估计信道状态。
如果作为相关值的峰值不存在于第一子载波但来自第二子载波，则偏移/信道估计单元433估计该频率偏移作为相应于第一子载波和第二子载波之间的间隔的频率偏移。偏移/信道估计单元433另外通过相关值的相位分量的改变来估计时间偏移和信道状态。
在步骤S525中，偏移补偿单元413使用重新估计出的频率偏移和时间偏移，以补偿由时域同步信号没有补偿的剩余的频率偏移和时间偏移。
在步骤S527中，均衡器435均衡从其中移除导频信号的数据信号I和Q。
在步骤S529中，FEC单元437检测和纠正在均衡后的数据信号中的错误。
因此，使用时域同步信号和频域导频信号来估计频率偏移、时间偏移和信道状态，所以提高了接收性能。
根据本发明的某实施例，通过使用隐藏在频域中的导频信号来更高准确度地估计频率偏移、时间偏移和多径，所以与一般的接收机相比提高了接收性能。
尽管显示和描述了本发明的一些实施例，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的原则和精神和由所附权利要求及其等效所限定的范围的情况下，可以在本实施例中做出改变。

Claims (4)

1、一种通过用傅立叶变换将时域信号变换成为频域信号来处理信号的多载波接收机，其中包括：
傅立叶变换单元，用于将时域信号变换成频域信号；
导频检测单元，用于基于频域信号和参考导频信号之间的相关值来检测隐藏在频域信号中的导频信号；
偏移/信道估计单元，用于估计频率偏移、时间偏移和信道状态；
偏移补偿单元，用于补偿估计出的频率偏移和时间偏移；和
均衡器，用于基于估计出的信道状态来均衡频域信号。
2、如权利要求1所述的接收机，其中，隐藏的导频信号是伪噪声(PN)序列。
3、一种通过用傅立叶变换将时域信号变换成为频域信号的多载波接收机的信号处理方法，其中包括：
将时域信号变换成频域信号；
基于频域信号和参考导频信号之间的相关值来检测隐藏在频域信号中的导频信号；
估计频率偏移、时间偏移和信道状态；
补偿估计出的频率偏移和时间偏移；和
基于估计出的信道状态来均衡频域信号。
4、如权利要求3所述的方法，其中，隐藏的导频信号是伪噪声(PN)序列。
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