CN103986678B

CN103986678B - 一种用于正交频分复用ofdm信道估计的接收机及其估计方法

Info

Publication number: CN103986678B
Application number: CN201310423194.1A
Authority: CN
Inventors: 阿尔韦托·希门尼斯·菲尔茨特罗姆; 亚历杭德罗·马特奥斯·奥特斯; 邓运松
Original assignee: Core Semiconductor Technology (shanghai) Co Ltd
Current assignee: Core Semiconductor Technology (shanghai) Co Ltd
Priority date: 2013-02-11
Filing date: 2013-09-16
Publication date: 2017-12-26
Anticipated expiration: 2033-09-16
Also published as: CN203492047U; CN103986678A

Abstract

本发明公开了一种用于正交频分复用OFDM信道估计的接收机，包括：模数（A/D）转换器，用于提供输入信号；帧检测器，用于检测输入信号帧的起始位置；快速傅里叶变换（FFT）模块，用于对前导码元执行N/M点的快速傅里叶变换，得到信道频率响应估计；信道估计（CHEST）模块，用于前导码元进行内插，并输出内插信道频率响应估计；均衡器（EQU），用于均衡帧头码元和所述快速傅里叶变换（FFT）模块的数据码元；解调器（DEMOD），用于提取接收到的信息并输出携带有原始信息的数据比特流。采用上述技术方案后，可减少信道估计过程中由于相位差过大造成的内插值幅度的失真。

Description

一种用于正交频分复用OFDM信道估计的接收机及其估计方法

技术领域

本发明涉及信道估计设备，尤其涉及一种用于正交频分复用OFDM信道估计的接收机及其估计方法。

背景技术

现有技术常用的基于前导码元做初始信道估计的方法中，对相位的估计均不考虑信号起始点误差所导致的相位变化（或者认为可以忽略），因为在不需要做信道内插的通信***中这个误差会在后续的信道均衡中消除。但在需要做信道内插的***中，这个相位差会使得内插后的信道估计性能急剧恶化，因此不能将其忽略。

由于对于该误差的忽略，现有技术中通常会导致信道频率响应的性能恶化，对于该问题，本领域技术人员采用的是反馈滤波器的结构，属于闭环***，需要对滤波器环路参数做仔细调整，得以在性能和稳定性之间做取舍。

因此，急需一种信道估计的方法及设备，可减少由于相位差过大造成的内插值幅度的失真。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于正交频分复用OFDM信道估计的接收机，可减少由于相位差过大造成的内插值幅度的失真。

本发明公开了一种用于正交频分复用OFDM信道估计的接收机，包括：模数（A/D）转换器，用于提供输入信号；帧检测器，用于检测所述输入信号帧的到来及所述输入信号帧的起始位置；快速傅里叶变换（FFT）模块，用于根据接收到的信号，对前导码元执行N/M点的快速傅里叶变换，得到信道频率响应估计；信道估计（CHEST）模块，用于根据所述信道频率响应估计对所述前导码元进行内插，并输出所述内插信道频率响应估计；均衡器（EQU），用于根据所述内插信道频率响应估计来均衡帧头码元和所述快速傅里叶变换（FFT）模块的数据码元；解调器（DEMOD），用于提取接收到的信息并输出携带有原始信息的数据比特流。

优选地，所述信道估计（CHEST）模块包括：帧检测模块（DETECTOR），所述帧检测模块（DETECTOR）先于所述信道频率响应估计的内插X[M]，对所述信号帧的起始位置的起始点误差“Δ”作估计。

优选地，所述信道估计（CHEST）模块还包括相位偏移发生器（Phase rampgenerators），所述帧检测模块（DETECTOR）计算所述起始点误差“Δ”后，所述相位偏移发生器（Phase ramp generators）通过以Δ为自变量的指数函数来得到相位偏移函数。

优选地，所述信道估计（CHEST）模块还包括延迟（DELAY）模块，用于对所述相位偏移函数补偿由所述起始点误差“Δ”所引起的延迟。

优选地，所述信道估计（CHEST）模块计算N/M点的信道频率响应X[m]，所述相位偏移发生器（Phase ramp generators）根据所述起始点误差“Δ”计算N/M个相位值并乘以所述信道频率响应X[m]得到乘积，对所述乘积做N点内插得到第一信道频率响应。

优选地，所述相位偏移发生器（Phase ramp generators）对所述N/M个相位值取共轭并内插至N个值得到N个相位值并对所述N个相位值乘以第一信道频率响应，以得到最终信道频率响应估计值。

本发明还公开了一种正交频分复用OFDM信道估计的方法，包括以下步骤：步骤A：检测输入信号帧的到来及所述输入信号帧的起始位置；步骤B：根据接收到的信号，对前导码元执行N/M点的快速傅里叶变换，得到信道频率响应估计；步骤C：根据所述信道频率响应估计对所述前导码元进行内插，并输出所述内插信道频率响应估计；步骤D:根据所述内插信道频率响应估计来均衡帧头码元和所述快速傅里叶变换（FFT）模块的数据码元；步骤E:根据接收到的信息并输出携带有原始信息的数据比特流。

优选地，所述步骤C从所述信道频率响应估计对所述前导码元进行内插至输出所述内插信道频率响应估计的步骤间还包括以下步骤：步骤C1:对所述信道频率响应估计的内插X[M]前，对所述信号帧的起始位置的起始点误差“Δ”作估计；步骤C2:计算N/M点的信道频率响应X[m]；步骤C3:根据所述起始点误差“Δ”计算N/M个相位值步骤C4:将所述N/M个相位值乘以X[m]得到乘积，将所述乘积做N点内插得到第一信道频率响应；步骤C5：对所述N/M个相位值取共轭并内插至N个值得到N个相位值步骤C6:将所述N个相位值乘以所述第一信道频率响应，得到最终信道频率响应估计值。

采用上述技术方案后，基于只提供信道部分信息的前导码元执行插值处理的估计方法，利用前导码元提供的信道抽样子集来恢复OFDM码元完整的信道频率响应，使得内插对阵起始点检测误差不再敏感，提高了基于前导码元的信道估计值的稳定度和精确度，减少了内插过程中内插值幅度的失真的概率。

同时，以上方法中滤波器的设置属于开环结构，由于开关结构的实现复杂度小于闭环结构，不存在稳定性问题，现有技术人员无需为了提高稳定性而降低该家庭网络通信***的接收机的性能。

附图说明

图1为使用正交频分复用（OFDM）通信***的帧结构的示意图；

图2为线性内插示意图；

图3为OFDM接收机的***框图；

图4为OFDM接收机的不同状态转换示意图；

图5为OFDM接收机的信道响应内插电路电路图；

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

参阅图1，图1为使用正交频分复用（OFDM）通信***的帧结构的示意图。正交频分复用信号的帧结构包含一个或多个前导码元，一个或多个正交频分复用帧头码元及一个或多个正交频分复用的数据码元信号。OFDM接收机使用帧结构的前导码元来检测和估计帧起始位置，并向OFDM内接收机提供信道估计的训练序列。前导码元使用一预定义的信号至OFDM接收机，该预定义信号能简化信道频率响应的估计。OFDM帧头码元包含补充信号，该补充信号定义了如何对帧结构中的所述数据码元进行编码。所述OFDM信号的数据码元包括了正在传输的数据。

参阅图2，为两个复数X[M₀]和X[M₀+1]的线性内插示意图，示出了幅度失真是如何形成的。两个复数矢量X[M₀]和X[M₀+1]间的一M个分布于这两点间弦上的插值点。这M个分布在弦上的插值点将影响这些线性插值点的幅度的精确度。精确度受影响程度取决于两线性插值点形成的弧所对应的圆心角，即这两线性插值点的相位差。于是，估计的帧起始点的递增角度为φ[m₀₊₁]-φ[m₀]=2πMΔ/N。正确的做法是沿着这两个复数矢量之间的圆弧上产生M个点，这些点的幅度将更加精确。

参阅图3，为OFDM接收机的***框图。该OFDM接收机的***框图包括模数（A/D）转换器、帧检测器、快速傅里叶变换（FFT）模块、均衡器（EQU）、信道估计（CHEST）模块及解调器（DEMOD）。模数（A/D）转换器向OFDM接收机提供输入信号。帧检测器检测信号帧的到来和其起始位置。自起始位置开始，帧检测器将信号分割为FFT块，并将分割的信号发送至FFT模块。FFT模块接收到分割的信号后，对前导码元执行N/M点的快速傅里叶变换，来得到子载波频率索引为m=0,1,2，…，N/M的信道冲击响应的估计。之所以采用N/M点的快速傅里叶变换，是因为前导码元的定义中只用了N/M个等间距的子载波。这M个频率对应与帧头码元和数据OFDM码元中间的频率索引N=0，M-1，2M-1，…，N-M+1。因此，这两个子载波集合的关系是一个采样率为M的信道频率响应函数。前导码元的快速傅里叶变换为信道估计（CHEST）模块提供一M个点的信道频率响应功能。

信道估计（CHEST）模块对前导码元进行内插后，可得到一N个点的内插信道频率响应估计。均衡器使用该N个点的内插信道频率响应估计来均衡帧头码元和FFT模块的数据码元。均衡器提供均衡后的块至解调器。解调器提取接收到的信息并输出携带有原始信息的数据比特流。

参阅图4，为OFDM接收机的不同状态转换示意图。如图所示，OFDM接收机的不同状态可为状态A、状态B、状态C，分别描述了在每一状态下，OFDM接收机的不同工作状态。所述状态A，为OFDM接收机侦听接收到的信号并检测信号帧的到来和其起始位置。所述状态B，为信号帧被检测到并且其起始位置确定后，采用前导码元来初始化信道估计值。所述状态C，为对由帧头码元和OFDM数据码元信号构成的帧进行均衡及解调，并输出信息比特流。

在状态A下，OFDM接收机的帧检测器侦听数模（A/D）转换器的输入信号直到一个完整的帧被侦听到。一旦帧被检测到，该帧的起始点被帧检测器估计完毕后，OFDM接收机将跳转到状态B。在状态B下，OFDM接收机在前导码元上使用N/M点的快速傅里叶变换来得到信道频率响应的估计值。由于前导码元传输时只使用N个可用子载波的M个子载波，信道估计（CHEST）模块根据信道频率响应进行内插，并将该内插信道频率响应传送至均衡器。此时，OFDM接收机进入状态C来解调接收到的帧头码元和数据码元。在状态C下，OFDM信号所有在前导码元之后的信号被分割为OFDM块，循环前缀被去除并对分割为N点的数据块进行快速傅里叶变换。所得到的频域信号将被均衡及解调。经过解调后，得到的数据是一串携带有原始信息的数据比特流。

参阅图5，为OFDM接收机的信道响应内插电路电路图。OFDM接收机的信道估计（CHEST）模块于状态B时为激活状态，并进行信道频率响应的估计。信道估计（CHEST）模块中的帧检测模块（DETECTOR）先于信道频率响应的内插X[M]，对起始点误差“Δ”作估计。估计过程中，为了确定起始点误差，帧检测模块计算X[M]的相位并将其除以M。一旦得到起始点误差“Δ”后，相位偏移发生器（Phase ramp generators）通过以Δ为自变量的指数函数来得到相位偏移函数，信道估计（CHEST）模块计算N/M点的信道频率响应X[m]，相位偏移发生器（Phase ramp generators）根据起始点误差“Δ”计算N/M个相位值并乘以信道频率响应X[m]得到乘积，对乘积做N点内插得到第一信道频率响应。相位偏移发生器在信道频率响应被内插前消除了相位差，并在信道频率响应上重新***内插相位偏移。延迟模块“DELAY”用来补偿由误差“Δ”所引起的延迟。

信道估计（CHEST）模块的结果信号将被进行倍率为M的内插，得到所有的n=0,1，…，N-1的第一内插信道频率响应估计（不包含相位）。信道估计（CHEST）模块使用多项式内插算法来执行内插，相位偏移发生器（Phase ramp generators）对N/M个相位值取共轭并内插至N个值得到N个相位值并对N个相位值乘以第一信道频率响应，以得到最终信道频率响应估计值。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种用于正交频分复用OFDM信道估计的接收机，其特征在于：

包括：

模数(A/D)转换器，用于转换输入信号；

帧检测器，用于检测所述经过模数转换器处理之后的输入信号帧的到来及所述输入信号帧的起始位置；

快速傅里叶变换(FFT)模块，用于根据接收到的经过模数转换器处理过的信号，对前导码元执行N/M点的快速傅里叶变换，得到信道频率响应估计；信道估计(CHEST)模块，用于根据所述信道频率响应估计对所述前导码元进行内插，并输出所述内插信道频率响应估计；

均衡器(EQU)，用于根据所述内插信道频率响应估计来均衡帧头码元和经所述快速傅里叶变换(FFT)模块处理之后的数据码元；

解调器(DEMOD)，用于提取经所述均衡器处理过的帧头码元和数据码元中的的信息并输出携带有原始信息的数据比特流,其中

所述N为内插信道频率响应估计的点数，M为内插倍率。

2.如权利要求1所述的接收机，其特征在于：

所述信道估计(CHEST)模块包括：帧检测模块(DETECTOR)，所述帧检测模块(DETECTOR)先于所述信道频率响应估计的内插X[M]，对所述经过模数转换器处理之后的输入信号帧的起始位置的起始点误差“Δ”作估计。

3.如权利要求2所述的接收机，其特征在于：

所述信道估计(CHEST)模块还包括相位偏移发生器(Phase ramp generators)，所述帧检测模块(DETECTOR)计算所述起始点误差“Δ”后，所述相位偏移发生器(Phase rampgenerators)通过以Δ为自变量的指数函数来得到相位偏移函数。

4.如权利要求3所述的接收机，其特征在于：

所述信道估计(CHEST)模块还包括延迟(DELAY)模块，用于对所述相位偏移函数补偿由所述起始点误差“Δ”所引起的延迟。

5.如权利要求4所述的接收机，其特征在于：

所述信道估计(CHEST)模块计算N/M点的信道频率响应估计X[m]，所述相位偏移发生器(Phase ramp generators)根据所述始点误差“Δ”计算N/M个相位值并乘以所述N/M点的信道频率响应估计X[m]得到乘积，对所述乘积做N点内插得到第一信道频率响应。

6.如权利要求5所述的接收机，其特征在于：

所述相位偏移发生器(Phase ramp generators)对所述N/M个相位值取共轭并内插至N个值得到N个相位值并对所述N个相位值乘以第一信道频率响应，以得到内插信道频率响应估计值，作为最终的信道频率响应估计值。

7.一种正交频分复用OFDM信道估计的方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤A：检测经过模数转换器处理之后的输入信号帧的到来及所述输入信号帧的起始位置；

步骤B：根据接收到的经过模数转换器处理之后的信号，对前导码元执行N/M点的快速傅里叶变换，得到信道频率响应估计；

步骤C：根据所述信道频率响应估计对所述前导码元进行内插，并输出所述内插信道频率响应估计；

步骤D:根据所述内插信道频率响应估计来均衡帧头码元和经所述快速傅里叶变换(FFT)模块处理之后的数据码元；

步骤E:提取经所述均衡器处理过的帧头码元和数据码元中的信息并输出携带有原始信息的数据比特流,其中

所述N为内插信道频率响应估计的点数，M为倍率。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：

所述步骤C从所述信道频率响应估计对所述前导码元进行内插至输出所述内插信道频率响应估计的过程还包括以下步骤：

步骤C1:对所述信道频率响应估计的内插X[M]前，对所述经过模数转换器处理之后的输入信号帧的起始位置的起始点误差“Δ”作估计；

步骤C2:计算N/M点的信道频率响应估计X[m]；

步骤C3:根据所述起始点误差“Δ”计算N/M个相位值

步骤C4:将所述N/M个相位值乘以X[m]得到乘积，将所述乘积做N点内插得到第一信道频率响应；

步骤C5：对所述N/M个相位值取共轭并内插至N个值得到N个相位值

步骤C6:将所述N个相位值乘以所述第一信道频率响应，得到内插信道频率响应估计值，作为最终的信道频率响应估计值。