CN1161121A - 码处理改善的传输系统 - Google Patents

Abstract

在OFDM传输中，同时使用FFT解调所有载波。为避免多路传播引起的码间干扰的有害影响，确定传输介质的脉冲响应，并相应地适应FFT窗。根据本发明，使用了脉冲响应的重心而不是脉冲响应的最具特征的值。具有强衰落对FFT窗选择的影响较小的优点，使性能改善。

Description

码处理改善的传输系统

本发明涉及一类包括发射机的传输系统，该发射机用于将数字码通过传输介质传输给接收机，该接收机包括用于估计传输介质的脉冲响应的装置，还包括依赖于传输介质的脉冲响应、在预定的处理期间内处理接收信号的处理装置。

本发明还涉及在这种传输系统中使用的接收机。

从F.范德拉、N.菲利浦和R.欧·杜伯林在《EBU技术评论》(1993年冬，第25-35页)上的论文《数字视频广播系统信道解码的通用及专用设计》可知根据前序部分的传输系统。在通过无线信道的数字码传输中，要经受一些传输损伤。第一种损伤称为多路传输，它是由将信号从发射机通过一条直接通路和/或由楼房及其它建筑物反射导致的一条或多条非直接通路传输到接收机引起的。在数字传输系统中，多路传输引起码间干扰，导致接收的数字码出错概率提高。多路传输引起的进一步损伤是频率选择性衰落。这意味着会发生衰落，衰落发生与否在相当程度上取决于要传输的信号。所述损伤的有害影响随着码率的提高而变得越加明显。

通过使用多载波信号，可使上述易受损性得到重要改善。多载波信号包括多个载波，用要传输的数字码对至少多个载波的一部分进行调制。将具有第一码率的码序列分成具有N个第二码率的并行序列，其中，第二码率比第一码率慢N倍。在N个载波上调制所述码的上述N个序列。在接收机中解调N个载波，确定接收码的值。可将该N个接收的码序列组合成一个输出码序列。由于每一码序列的传输率减少，多路传播引起的码间干扰的影响也相应地减小。

尽管本发明是对多载波传输而提出的，但本发明的范围并不局限于此。完全有可能将本发明应用于单载波传输系统。

为减少多路传输效应，在预处理期间对接收信号进行了处理，预处理期间可比所述码期间短。通常把码期间和处理期间的差叫做保护带。选择处理期间的位置，以便使接收信号不包括多路传播导致的随后发生的码所产生的部分。如果所谓延迟扩展比保护间隔小，就总可以找到在其中不存在码间干扰的处理期间的位置。为了能够正确地定位该处理期间，要确定传输介质的脉冲响应。观察到，处理期间可能不比码期间短。这会产生码间干扰。通过以合适的方式相对于码期间选择处理期间的位置，有可能使所述码间干扰最小。

本发明的一个目的是提供一类根据前序部分的、以可靠的方式确定处理期间相对于码期间的位置的传输系统。

因此，根据本发明的传输系统的特征在于，接收机包括依赖于代表传输媒体的脉冲响应的辅助信号的中间位置、确定处理期间相对于码持续期间的位置的装置。

通过从代表脉冲响应的辅助信号的中间位置求取处理期间的位置，得到了正确的位置。如果脉冲响应在某一参考瞬间附近是对称的，处理期间就可以定位在码期间的中间。这样，码期间与处理期间的交叠等于半个保护区G的大小。该脉冲响应的中间位置就与所述参考瞬间相等。如果脉冲响应的后驱波比前驱波大，则中间位置将移到某一更迟的瞬间。较大的后驱波使码期间起始处的码间干扰增加。通过将处理期间移到某一较迟的瞬间，使得码间干扰在码期间的起始处不再对传输质量产生有害影响。

如果脉冲响应的前驱波比后驱波大，则中间位置将移到某一更早的瞬间。较大的前驱波使码期间结束处的码间干扰增加。通过将处理期间移到某一较早的瞬间，使得码间干扰在码期间的起始处不再对传输质量产生有害影响。另一个优点是，强衰落对同步的影响大大降低。脉冲响应的中间位置例如可以是脉冲响应的“重心”或脉冲响应最具特征的采样的平均位置等。

本发明的一个实施方案的特征在于，配置用于定位处理期间的装置，以便不依赖于其位置、相对于辅助信号的中间位置对辅助信号部分加权。

通过强调辅助信号远离中间位置的部分，远离辅助信号中间位置的部分使处理期间位置得到可靠校正。因为这些远离部分、尤其当其处于距辅助信号的中间位置大于G/2处时带来大量码间干扰，故需要可靠校正。

本发明的另一实施方案的特征在于，用于定位处理期间的装置包括压缩装置，得到持续期比传输介质的脉冲响应小的辅助信号。

假如是带有大的延迟扩展的瑞利衰落信道，辅助信号的中间位置就能够在大的范围内快速改变。通过压缩辅助信号，减少了中间位置改变的范围。这使得可以对处理窗的位置进行更平滑地控制。

参考附图更具体地解释本发明，其中：

图1是能够应用本发明的传输系统；

图2是根据本发明的处理期间定位装置；

图3是根据本发明的选择处理窗的示意图；

图4是强调辅助函数的远离部分的一种方法示意图；

图5是减少辅助函数的持续期间的一种方法示意图；

图6是计算重心的改变时使用的函数F(k)。

在根据图1的传输系统中，向发射机4施加要传输的数字码。发射机4的输出与发射天线6相连。

接收天线10与接收机8的第一输入相连。在接收机8中，输入连接到RF单元12。本机振荡器28的一个输出与RF单元12的第二输入相连。RF单元10的输出与解调器14的输入相连。解调器14的输出与处理装置(这里是FFT处理器16)的输入相连。FFT处理器的输出与解码器18、同步处理器22的第一输入及用于估计传输介质的脉冲响应的装置30相连。装置30的输出与同步处理器22的第二输入相连。同步处理器22的第一输出与FFT处理器16的定位装置24的一个输入相连。同步处理器22的第二输出与时基单元26的控制输出相连，同步处理器22的第三输出与本机振荡器28的一个控制输入相连。同步处理器22、定位装置24和时基24的组合构成了用于确定处理期间相对于码期间的位置的装置。在解码器18的输出处，可以得到要传输的信号。

可以应用本发明的典型传输系统是上述论文中说明的数字视频广播系统(DAB)。假定图1的发射机2产生包括多个载波的信号。通常将这类信号称作正交频分复用(OFDM)信号。位于发射机的输入端的数字码转换成N个并行码组。将所述N个并行码组编码，将时间和频率交错以得到N个编码交错码组。每一个这类码在多个载波中的一个上调制。用反傅里叶变换进行调制。将该反傅里叶变换的输出上变频到期望的载波频率，随后进行放大。

放大接收机6接收的OFDM信号，并由RF单元10将其转换成IF信号。为进行该转换，向RF单元10提供由本机振荡器12发生的本机振荡器信号。由解调器14解调RF单元10的输出信号。解调器14在同相分量和正交分量中提供输出信号。为得到在多个载波上调制的数字码，将解调器14的输出逐组施加到FFT处理器16。为使码间干扰效应最小，FFT处理器16接收来自定位装置24的限定处理期间相对于码期间的位置的信号。该信号利用同步处理器22从脉冲响应得到，脉冲响应由估计传输介质脉冲响应的估计装置30确定。设置估计装置30，以便从FFT处理器16的输出信号推算传输介质的脉冲响应。为确定传输介质的脉冲响应，在OFDM帧的起始处传输了参考码S。可将该码S视为包括N个复成分的向量。可将FFT处理器16的输出信号r视为向量序列，每个向量包括N个复成分。OFDM帧的起始处由所谓的空码标记，空码包括传输信号的幅值接近于零的期间。可使用该空码进行接收信号中参考码位置的第一估测。通过计算下式(1)可得到脉冲响应。

          h(k)＝FFT^-1{r·s^*}            (1)

在(1)中，r·s^*为向量r和向量S的共轭复数的逐个分量的积。

同步处理器22也提供控制本机振荡器28的频率校正信号以减少接收机的频率失调。观察到，也可用在RF单元12和解码器18间的信号通道中的例如CORDIC处理器等相位旋转器进行频率校正。同步处理器还提供用于调整时基26以便使该时基与发射机的时基同步的控制信号。

在FFT处理器16的输出处可得到编码的交错码。用解调器18对这些码进行解交错和解码，以得到重新构建的数字码。

为了从信道脉冲响应得到第一辅助信号并确定该辅助信号的第一中间位置，在同步处理器22中，将第二输入连接到用于确定辅助信号的中间位置的第一装置32的输入。该装置32的一个输出连接到比较器34的一个输入。比较器34的一个输出连接到滤波器36的一个输入。滤波器36的一个输出是同步处理器22的第一输出，用于定位FFT处理器16的处理期间。

为从信道脉冲响应得到第二辅助信号并确定该辅助信号的第二中间位置，同步处理器22的第二输入也连接到用于确定辅助信号的中间位置的第二装置38的一个输入。该装置38的一个输出连接到比较器40的一个输入。比较器40的一个输出连接到滤波器42的一个输入。滤波器42的一个输出是同步处理器22的第二输出，用于控制接收机的数字时基。

频率检错器4 4的输出与滤波器46的一个输入相连。滤波器46的输出是同步处理器22的第三输出，用于控制本机振荡器28。

装置32和38从脉冲响应得到第一和第二辅助信号并计算所述辅助信号的中间位置。辅助信号例如可通过诸如计算脉冲响应的绝对值或平方值得到。该中间位置的一种适当量度是该辅助信号的重心位置。如果可将辅助信号写作重心的时间离散信号P(k)，则有： $G=\frac{\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}k\·P\left(k\right)}{\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}P\left(k\right)}----\left(2\right)$

在比较器34和40，将装置32和38计算的辅助信号中间位置的实际位置与所述中间位置的期望值进行比较。

通过在比较器34中将该第一中间位置与第一期望参考位置比较，可由滤波器36确定一控制值。滤波器36的输出可通过位置控制装置24以使所述中间位置向比较器34的参考位置移动的方式、在码期间内改变FFT处理器16的处理期间的位置。在一典型应用中，处理窗的位置定义为相对于时基26产生的参考信号的偏移。通常，位置控制的范围限于码期间或保护期间。它可对信道脉冲响应的快速改变起作用。长时间大的偏移说明数字时基未对准。滤波器36是高通滤波器，以便对脉冲响应的快速变化快速起反应，并抑制在长时间的偏移上进行任何操作，这种偏移必须用时基26处理。

通过在比较器40中将所述第二中间位置与第二期望参考位置比较，能够在滤波器42中计算控制值，滤波器40的控制输出可用于以使所述中间位置向比较器40的参考位置移动的方式调整数字时基26。可通过控制数字时钟振荡器和/或时基中的分时器来调整时基。在典型应用中，滤波器46是低通滤波器，控制输出用来补偿数字时钟振荡器的公差，使时基对接收帧保持锁定。

能够通过只调整时基来改变处理窗相对于接收码的位置。在这种情况下，定位装置24相对于时基参考的偏移应为固定值。

频率检错器26得到接收机的频率失调的测量。该测量用于校正本机振荡器的频率。

在图3中，图表50、52、54分别表示通过一些路径延迟t1、t2、t3后到达接收机的OFDM码。接收到的OFDM信号是图表50、52、54所示信号的组合。图表56示出了除当前接收的OFDM码外、其余OFDM码不起作用的合适的处理期间。图表58示出了从脉冲响应推得的辅助函数，脉冲响应在图3所示的处理期间由式(1)求取。辅助函数重心的一个理想位置GP位于距图表58所示处理期间起始点GL/2处，其中GL表示保护区的长度。通过使用式(2)计算重心并将它与理想值GP比较，可以容易地得到用于调整处理期间和/或数字时基的校正信号。

图4中的图表60示出了具有远离中间位置的部分的辅助信号。按实际的时间顺序画出了早期回波，这与图3的图表58不同，那里是按在FFT处理器16的输出缓存器中存储的顺序绘制辅助信号的。在图表62中示出了具有远离部分的辅助信号。利用该信号，修正的辅助信号强调了远离部分。可以通过对早期回波的所有值相加得到值Pee、将值Pee乘以增益因数Ke、再将这样得到的值置于k＝N/2-G/2处来进行。对滞后回波，通过对所述延迟回波的所有值相加得到值P_1e、将值P_1e乘以增益因数K₁、再将这样得到的值置于K＝N/2＋G/2处来进行。在图表62中示出了修正的辅助信号。观察到，存在着得到修正的辅助信号的其他方式，例如将辅助函数值乘以随离开中间位置的距离变大而增大的因数。

在图5的图表64中，重新绘制了根据图4图表62的修正辅助信号，但期间G又细分为组E3、E2、E1、M、L1、L2和L3。通过组合第一组中的组E1、E2和E3及第二组中的组L1、L2和L3，得到了持续期间减少的、进一步修正的辅助信号。图5的图表66示出了这种组合方式。从该图表可知，进一步修正的辅助信号的持续期间减少。

辅助信号的修正对强调脉冲响应的某一部分或解除对脉冲响应的某一部分的强调是有用的。它还可用于减少G值上的抖动，以免例如在传输介质中产生大的延迟扩展等。通常，辅助信号的修正可用函数F(k)表示，可用函数F(k)按下式计算修正的重心Gm： $G_m=\frac{\underset{k=-N/2}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}F\left(k\right)\·P\left(k\right)}{\underset{k=-N/2}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}P\left(k\right)}----\left(3\right)$ 为方便起见，使k的范围在0处对称。在图6中示出了一些函数F(k)。图6的图表a示出了不修正辅助函数的、用于计算重心的F(k)。这等效于式(2)。图表b示出了进行图5图表66所示修正的函数F(k)。显然，还可以定义其他类型的F(k)。

Claims (10)

1.一种包括发射机的传输系统，该发射机用于通过传输介质将数字码传输给接收机，该接收机包括用于估计传输介质脉冲响应的装置，还包括依赖于传输介质的脉冲响应、在预处理期间处理接收信号的处理装置，其特征在于：接收机包括依赖于代表传输介质脉冲响应的辅助信号的中间位置、确定处理期间相对于码持续期间的位置的装置。

2.根据权利要求1的传输系统，其特征在于：配置用于定位处理期间的装置，以便不依赖于其位置、相对于辅助信号的中间位置对辅助信号部分加权。

3.根据权利要求2的传输系统，其特征在于：配置用于定位处理期间的装置，强调以中间位置为中心的、预定间隔之外的辅助信号部分。

4.根据权利1至3中之一的传输系统，其特征在于：配置发射机，以便根据多载波调制方案传输数字码。

5.根据权利要求1至4中之一的传输系统，其特征在于：用于定位处理期间的装置包括压缩装置，用于得到持续期间小于传输介质的脉冲响应的辅助信号。

6.一种接收机，用于接收通过传输介质传输的数字码，该接收机包括用于估计传输介质的脉冲响应的装置，还包括依赖于传输介质的脉冲响应、在预处理期间内处理接收信号的处理装置，其特征在于：该接收机包括依赖于代表传输介质的脉冲响应的辅助信号的中间位置、确定处理期间相对于码持续期间的位置的装置。

7.根据权利要求6的接收机，其特征在于：配置用于定位处理期间的装置，依赖于其相对于辅助信号的中间位置的位置，对辅助信号部分加权。

8.根据权利要求7的接收机，其特征在于：配置用于定位处理期间的装置，强调处于以中间位置为中心的、预定间隔之外的辅助信号部分。

9.根据权利要求8的接收机，其特征在于：配置接收机，根据多载波调制方案接收调制的信号。

10.根据权利要求5至9中之一的接收机，其特征在于：用于定位处理期间的装置包括压缩装置，用于得到其持续期间比传输介质的脉冲响应短的辅助信号。

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