專利名稱：基于ldpc碼的tds-ofdm通信系統(tǒng)接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及基于低密度奇偶校 驗(yàn)(LDPC, Low-density Parity Check)碼的時域同步正交頻分復(fù)用 (TDS-OFDM， Time Domain Synchronous-Orthogonal Frequency Division Multiplexing)通信系統(tǒng)接收機(jī)。
背景技術(shù)：
互聯(lián)網(wǎng)信號傳輸不同于數(shù)字電視信號傳輸，但都面臨著不斷提 出地各種挑戰(zhàn)?；ヂ?lián)網(wǎng)信號傳輸面臨的問題是消息的可靠廣播和多 播，為信號發(fā)射機(jī)和接收提供移動性，以及信息傳輸速率("速 度")的限制。數(shù)字電視信號傳輸面臨的問題是提供互動系統(tǒng)，提 供點(diǎn)對點(diǎn)信息傳輸能力和移動接收。數(shù)字電視信號傳輸系統(tǒng)從某種 意義上來講應(yīng)該是高效的，因?yàn)槊總€發(fā)送的幀當(dāng)中，凈荷或數(shù)據(jù)部 分在整個幀里面占據(jù)了很大比例。同時，這樣的通信系統(tǒng)應(yīng)該能夠 確認(rèn)和補(bǔ)償輸信道的變化特性，包括但不局限于，每一幀在傳輸時 的延時。
正交頻分復(fù)用 (OFDM , Orthogonal frequency-division multiplexing )調(diào)制方案已經(jīng)是公知的技術(shù)。OFDM有時也稱為離散 多音調(diào)制(DMT, Discrete Multitone Modulation ),它是基于頻分
復(fù)用(FDM, Frequency-division Multiplexing )思想進(jìn)行傳輸?shù)膹?fù)數(shù)
調(diào)制技術(shù)，每個頻率通道應(yīng)用較簡單的調(diào)制方式。在OFDM中， FDM的頻率和調(diào)制相互之間是正交的，這樣就可以基本消除信道間 的干擾。常規(guī)的OFDM傳輸需要在OFDM數(shù)據(jù)幀之間有一個保護(hù)間 隔，來隔離所發(fā)送的OFDM幀，實(shí)現(xiàn)保護(hù)。在考慮多徑影響的情況 下，必須使用保護(hù)間隔。保護(hù)間隔包括零填充或OFDM數(shù)據(jù)的循環(huán) 前綴。保護(hù)間隔是指在OFDM數(shù)據(jù)幀之間的一個時間段，有效的保 護(hù)數(shù)據(jù)，以防數(shù)據(jù)受到頻域中的子載波間干擾和時域中的幀間干 擾。
授予楊林等人的美國專利號為7,072,289的專利，描述了時域同 步OFDM調(diào)制原理(TDS-OFSM, Time-Domain Synchronous)。在 TDS-OFDM調(diào)制中，數(shù)據(jù)幀之間的保護(hù)間隔內(nèi)插入偽隨機(jī)(PN, Pseudo-Noise )序列，實(shí)現(xiàn)同步和信道估計等。TDS-OFDM調(diào)制與 傳統(tǒng)的OFDM或編碼OFDM調(diào)制不同，TDS-OFDM調(diào)制方案在保 護(hù)間隔中沒有循環(huán)重復(fù)的OFDM數(shù)據(jù)，而是使用PN序列，允許接 收機(jī)完成快速同步、快速幀和定時恢復(fù)、和準(zhǔn)確的信道估計來恢復(fù) 傳輸信息，沒有損失額外的頻譜資源。在一個應(yīng)用中，TDS-OFDM 調(diào)制方案利用3780個符號實(shí)現(xiàn)一個固定3780點(diǎn)的快速傅立葉變換 (FFT， Fast Fourier Transform )，固定大小的FFT對于TDS-OFDM 調(diào)制方案是非常有用的。 一般來說，TDS-OFDM調(diào)制方案使用大小 為2D的整數(shù)倍的FFT, FFT的大小不必是固定的。
在通信信遒中，糾錯和信道編碼方案用于減小傳輸錯誤。低密 度奇偶校驗(yàn)(LDPC， Low-Density Parity Check)碼是一種糾錯碼， 用于在噪聲傳輸信遒中傳輸信息時進(jìn)行前向糾錯(FEC, Forward Error Correction ) 。 LDPC碼可以看作是具有二進(jìn)制奇偶檢驗(yàn)矩陣的碼，奇偶校驗(yàn)矩陣元素的值幾乎全部為零。然而，LDPC碼和其他糾 錯碼一樣，都不能保證理想傳輸，但損失信息的概率卻可以降到所需的程度。LDPC碼是第一種能使數(shù)據(jù)傳輸速率接近理論最大值(香農(nóng)極限)的編碼方案。發(fā)現(xiàn)之初，在大多數(shù)情況下，由于實(shí)現(xiàn)算法和編碼過程中計算量非常大，LDPC碼無法實(shí)際應(yīng)用，所以沒有得到 廣泛使用；然而，自從LDPC碼被重新發(fā)現(xiàn)后，已廣泛應(yīng)用于通信 系統(tǒng)中。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，基于LDPC碼的TDS-OFDM的接收 機(jī)，用于接收和解調(diào)射頻(RF， Radio Frequency)調(diào)制信號，此RF 信號經(jīng)過時域同步正交頻分復(fù)用(TDS-OFDM)調(diào)制和低密度奇偶 校驗(yàn)(LDPC)碼編碼。在此接收機(jī)中，RF信號經(jīng)過下變頻，產(chǎn)生 中頻(IF, Intermediate Frequency )信號，包括同步模塊、均衡模 塊、OFDM解調(diào)模塊和FEC解碼模塊。同步模塊接收數(shù)字IF信 號，并由數(shù)字IF信號生成基帶信號。在同步模塊中，接收到的RF 信號幀中的PN序列與本地產(chǎn)生的PN序列做相關(guān)運(yùn)算，PN相關(guān)值 用于完成載波恢復(fù)、定時恢復(fù)和信道估計參數(shù)。均衡模塊完成信道 估計和信道均衡。OFDM解調(diào)模塊完成基帶信號解調(diào)，恢復(fù)RF信 號幀中的OFDM符號，并且將OFDM符號轉(zhuǎn)換到頻域。前向糾錯(FEC)解碼器模塊包含一個基于低密度奇偶校驗(yàn)(LDPC)碼的 LDPC解碼器，用于OFDM符號解碼，生成可表示RF信號數(shù)據(jù)內(nèi) 容的數(shù)字輸出信號。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，用于LDPC編碼的、TDS-OFDM調(diào) 制的RF信號的解調(diào)方法包括接收RF信號下變頻生成的數(shù)字中頻(IF, Intermediate Frequency)信號；將數(shù)字IF信號轉(zhuǎn)換為基帶信
號；使用RF信號幀中的PN序列實(shí)現(xiàn)基帶信號同步；生成用于載波 恢復(fù)、定時恢復(fù)和信道估計的信號；進(jìn)行信道估計；從基帶信號恢 復(fù)OFDM符號；進(jìn)行基帶信號均衡；進(jìn)行OFDM符號的FEC解 碼，F(xiàn)EC解碼包含基于LDPC碼的OFDM符號解碼；和生成可以表 示RF信號數(shù)據(jù)內(nèi)容的數(shù)字輸出信號。


下文中的具體描述和附圖幫助更好地理解本發(fā)明。
圖1是符合本發(fā)明一個具體實(shí)施例的基于LDPC碼的TDS-OFDM接收機(jī)的框圖2是符合本發(fā)明一個具體實(shí)施例的TDS-OFDM信號幀的幀格
式示意圖3是符合本發(fā)明一個具體實(shí)施例的基于LDPC碼的TDS-
OFDM接收機(jī)的功能模塊原理性框圖4A是符合本發(fā)明一個具體實(shí)施例的、接收到的RF信號流經(jīng)
基于LDPC碼的TDS-OFDM接收機(jī)的流程圖4B是符合本發(fā)明一個具體實(shí)施例的、接收到的RF信號流經(jīng)
基于LDPC碼的TDS-OFDM接收機(jī)的流程圖5(a)是保護(hù)間隔為PN420的信號幀的幀結(jié)構(gòu)；
圖5(b)是保護(hù)間隔為PN595的信號幀的幀結(jié)構(gòu)；
圖5(c)是保護(hù)間隔為PN945的信號幀的幀結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的原理，基于LDPC碼的TDS-OFDM通信系統(tǒng)接收 機(jī)包含同步模塊、OFDM解調(diào)器和LDPC解碼器，其中，接收信號 的同步基于在信號幀的保護(hù)間隔中插入的PN序列。接收機(jī)接收經(jīng)
過LDPC編碼和TDS-OFDM調(diào)制的輸入RF信號，并且對接收到的 RF信號進(jìn)行TDS-OFDM解調(diào)，恢復(fù)OFDM符號。最后，進(jìn)行 LDPC前向糾錯，從接收到的RF信號中恢復(fù)運(yùn)動圖像專家組標(biāo)準(zhǔn) (MPEG-2)傳送流。MPEG-2傳送流包含有效數(shù)據(jù)、同步和時鐘 信號。在本發(fā)明中，基于LDPC碼的TDS-OFDM接收機(jī)可以工作于 單頻網(wǎng)或多頻網(wǎng)模式。
基于LDPC碼的TDS-OFDM通信系統(tǒng)和傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)相比， 提供了許多優(yōu)點(diǎn)，并且特別是將其應(yīng)用于數(shù)字廣播系統(tǒng)，增強(qiáng)電視 接收能力，優(yōu)勢顯著。在本發(fā)明中，基于LDPC碼的TDS-OFDM通 信系統(tǒng)的一個顯著特征是在每個信號幀中，MPEG-2傳送流數(shù)據(jù) 包的數(shù)量是預(yù)先確定的整數(shù)(例如2、 3、 4、 6、 8、 9、 12)。對 于傳統(tǒng)的OFDM調(diào)制系統(tǒng)，在任何情況下，每個信號幀數(shù)據(jù)包的數(shù) 量通常是不能確定的。
在本描述中，TDS-OFDM通信系統(tǒng)是指利用TDS-OFDM調(diào)制 方案的通信系統(tǒng)，在前述的授予楊林等人、美國專利號為 7，072，289、名稱為"在OFDM通信系統(tǒng)中填充偽隨機(jī)序列"的專利 中已描述，在這里此項(xiàng)專利合并為一體作為參考。在TDS-OFDM調(diào) 制中，在數(shù)據(jù)塊的保護(hù)間隔中使用PN序列，其中PN序列滿足選擇 的正交性和封閉性。也就是說，每個數(shù)據(jù)幀之間的保護(hù)間隔是一組 給定長度的PN序列。PN序列用于定時恢復(fù)、載波頻率恢復(fù)、信道 估計和同步。PN序列使TDS-OFDM通信系統(tǒng)的接收機(jī)完成快速同
步運(yùn)算、快速楨和定時恢復(fù)、和準(zhǔn)確信道估計。
此外，在本描述中，基于LFDPC碼的前向糾錯通過使用一組 LDPC碼實(shí)現(xiàn)，LDPC碼的特性能與TDS-OFDM通信系統(tǒng)一致，并 且應(yīng)用于TDS-OFDM通信系統(tǒng)中優(yōu)勢顯著。在一個具體實(shí)施例中，
本發(fā)明的基于LDPC碼的TDS-OFDM接收機(jī)接收RF信號，此RP 信號基于TDS-OFDM傳輸方案而發(fā)射，在授予D. Venkatachalam等 人、申請?jiān)黄跒?007年3月26曰、美國專利申請?zhí)枮?1/691,102、 名稱為"基于LDPC碼的TDS-OFDM通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)"的專利中已 描述，在這里此項(xiàng)專利合并為一體以作參考。更特別地，TDS-OFDM傳輸方案使用3780個符號，并且LDPC碼的參數(shù)也調(diào)到 3780個符號上，與TDS-OFDM —致。在本發(fā)明的TDS-OFDM通信 系統(tǒng)中，基于LDPC碼的前向糾錯使信道優(yōu)異的糾錯特性接近香農(nóng) 極限。
在一個具體實(shí)施例中，本發(fā)明的基于LDPC碼的TDS-OFDM接 收機(jī)，配置為準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼解碼，在授予陳蕾、申請?jiān)黄跒?007 年3月13日、美國專利號為11/685,539、名稱為"基于LDPC碼的 TDS-OFDM通信系統(tǒng)中的多碼率LDPC碼"的專利中已經(jīng)描述，在 這里此項(xiàng)專利合并為一體以作參考。在專利號為11/685,539的專利 申請中，已描述了三個碼率為0.4、 0.6和0.8的準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼和與 其相關(guān)的奇偶校驗(yàn)矩陣。專利號為11/685,539的專利申請中的三個 LDPC碼，應(yīng)用于本發(fā)明的基于LDPC碼的TDS-OFDM通信系統(tǒng)， 具有優(yōu)異的糾錯特性，接近香農(nóng)極限。
圖1是符合本發(fā)明一個具體實(shí)施例的基于LDPC碼的TDS-OFDM 接收機(jī)的框圖。 參見圖l，基于LDPC碼的TDS-OFDM接收 機(jī)10("接收機(jī)10")接收來自天線12的輸入RF信號，并且生成 MPEG-2傳送流作為輸出信號，接收機(jī)10的主要功能是從噪聲系統(tǒng) 中確定發(fā)射信息，它是由發(fā)射機(jī)發(fā)送的一組有限波形，使用信號處 理技術(shù)，恢復(fù)發(fā)射機(jī)發(fā)送的一組有限離散信號。
在本具體實(shí)施例中，輸入RF信號由RF高頻頭14接收，轉(zhuǎn)換 成低中頻或零中頻信號。在一個具體實(shí)施例中，使用數(shù)字地面高頻 頭接收輸入RF信號，并選擇頻率帶寬，通過接收機(jī)IO進(jìn)行解調(diào)。 高頻頭14輸出的低中頻或零中頻信號，以模擬或數(shù)字信號的形式輸 入到接收機(jī)10,例如， 一個可選的模數(shù)轉(zhuǎn)換器60可以連接到高頻 頭14上，將下變頻IF信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，不需其他數(shù)字化處 理，直接輸入到接收機(jī)10。在本具體實(shí)施例中，如圖l所示，接收 機(jī)IO提供一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器16,將高頻頭14輸入的模擬IF信號轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信號。
在一個具體實(shí)施例中，基于LDPC碼的TDS-OFDM接收機(jī)10 可以用單片集成電路(IC， Integrated Circuit)實(shí)現(xiàn)，高頻頭14置于 接收機(jī)10的IC的外部；在其他具體實(shí)施例中，基于LDPC碼的 TDS-OFDM接收機(jī)將高頻頭電路并入同一個IC中。在本發(fā)明的實(shí) 際應(yīng)用中，接收機(jī)10的集成度并不重要。
在本發(fā)明中，基于LDPC碼的TDS-OFDM接收機(jī)10主要包含 四個功能模塊同步模塊18、均衡模塊20、 OFDM解調(diào)模塊22和 LDPC FEC解碼模塊24。在接收機(jī)10中，同步模塊18對信號幀保 護(hù)間隔中插入的PN序列進(jìn)行處理，并且進(jìn)行自動頻率控制(AFC， Auto Frequency Control)、載波恢復(fù)確定載波頻率、定時恢復(fù)確定 輸入信號的時序。同步模塊18還實(shí)現(xiàn)幀同步(FSYNC， Frame Synchronization)，確定輸入信號每個信號幀的起始位置和每個信號 幀的ID號，以便確定在TDS-OFDM調(diào)制中使用的、與每個信號幀 相關(guān)的PN序列。均衡模塊20完成信道估計和信道均衡。對于 OFDM調(diào)制，信道均衡器通常是一個除法器或單個乘法器。
OFDM解調(diào)器22通過提取符號和將信號轉(zhuǎn)換為頻域，對輸入信 號進(jìn)行解調(diào)處理。接著，LDPCFEC解碼器24基于編碼數(shù)據(jù)信息使 用的LDPC碼，對接收信號進(jìn)行前向糾錯處理。在本具體實(shí)施例 中，LDPCFEC解碼器24對接收信號進(jìn)行解碼，與上述，539專利申 請中描述的準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼一致。最后，接收機(jī)10生成可以表示接 收RF信號的MPEG-2傳送流作為輸出信號。
首先描述輸入數(shù)據(jù)信號的結(jié)構(gòu)，基于LDPC碼的TDS-OFDM傳 輸方案的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號組成一系列分層的幀，圖2描述了符合本發(fā) 明一個具體實(shí)施例的TDS-OFDM信號幀的幀結(jié)構(gòu)。參考圖2， TDS-OFDM信號幀包含3780個符號的數(shù)據(jù)幀，其前面插入長度可變的保 護(hù)間隔。數(shù)據(jù)幀由用于攜帶數(shù)據(jù)凈荷的3744個符號和用于傳送傳輸 參數(shù)信號(TPS, Transmission Parameter Signaling )的36個符號組 成。TPS符號攜帶的信息用于接收機(jī)的解調(diào)器自動適應(yīng)輸入傳輸參 數(shù)，比如FEC內(nèi)碼率和時域交織長度。
在一個具體實(shí)施例中，保護(hù)間隔的長度可能是幀長度(3780 個符號)除以9 (420符號)，如圖5 (a)所示；幀長度除以4 (945符號)，如圖5(c)所示；保護(hù)間隔長度也可能是595個符 號，如圖5 (b)所示。
現(xiàn)在具體描述本發(fā)明基于LDPC碼的TDS-OFDM接收機(jī)的結(jié) 構(gòu)，圖3是符合本發(fā)明一個具體實(shí)施例的基于LDPC碼的TDS-OFDM 接收機(jī)功能模塊的原理性框圖。 參照圖3，基于LDPC碼的 TDS-OFDM接收機(jī)100 (下文稱為"接收機(jī)100")包含同步、均 衡、LDPC FEC解碼和OFDM解調(diào)功能模塊，其中按著基于LDPC 碼的TDS-OFDM傳說方案的參數(shù)實(shí)現(xiàn)TDS-OFDM同步和解調(diào)。
接收機(jī)100的配置參數(shù)可以自動檢測、或自動編程、或手動設(shè)
置。接收機(jī)100的主要配置參數(shù)包括(1)子載波調(diào)制模式四相 移鍵控(QPSK, Quad Phase Shift Keying) 、16正交幅度調(diào)制 (QAM, Quadrature Amplitude Modulation ) , 64QAM; ( 2 ) FEC 碼率0.4、 0.6和0.8; (3)保護(hù)間隔420、 595或945個符號； (4)時域解交織模式0、 240或720個符號；(5)控制幀檢測； (6)信道帶寬6、 7或8MHz。接收機(jī)100的輸出信號是并行或串 行MPEG-2傳送流，包括有效數(shù)據(jù)、同步和時鐘信號。
如圖3所示，天線12接收的輸入RF信號連接到高頻頭14，下 變換為低中頻或零中頻信號。在本具體實(shí)施例中，模擬低中頻或零 中頻信號送給接收機(jī)100，由接收機(jī)100內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC , Analog-to-Digital Converter) 102釆樣和數(shù)字化。在其它具 體實(shí)施例中，在接收機(jī)100外部提供一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將下變換IF 信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，接收機(jī)100接收數(shù)字低中頻或零中頻，如圖 1中的虛線部分ADC60所示，在這種情況下，不需要使用ADC 102，數(shù)字IF信號直接連接到接收機(jī)100的相應(yīng)模塊。
在基于LDPC碼的TDS-OFDM接收機(jī)100中，數(shù)字化的IF信 號送給自動增益控制(AGC ， Automatic Gain Control)模塊104和 IF到基帶轉(zhuǎn)換(IF-to-Baseband conversion)模塊106。 AGC模塊 104將數(shù)字化的IF信號強(qiáng)度與參考值做比較，對差值進(jìn)行濾波，濾 波后的比較結(jié)果反饋給高頻頭14，用來控制IF信號的增益。更具體 地，濾出后的比較結(jié)果用于控制高頻頭M中放大器的增益。
在IF到基帶轉(zhuǎn)換模塊106中，ADC 102輸出的數(shù)字IF信號被 轉(zhuǎn)換成基帶信號。當(dāng)模擬IF信號經(jīng)ADC 102釆樣后，數(shù)字信號的中 心頻率位于較低的中頻(IF),例如，用30.4MHz的頻率采樣
36MHz的IF信號，釆樣結(jié)果信號的中心頻率為5.6MHz。 IF到基帶 轉(zhuǎn)換模塊106將數(shù)字低中頻信號轉(zhuǎn)換為基帶頻域的復(fù)數(shù)信號。
然后將基帶頻域信號提供給采樣率轉(zhuǎn)換器108。當(dāng)模擬IF信號 由ADC 102數(shù)字化時，模數(shù)轉(zhuǎn)換器使用固定的采樣率。采樣率轉(zhuǎn)換 器108將使用固定釆樣率ADC輸出的信號轉(zhuǎn)換為OFDM采樣率。 在一個具體實(shí)施例中，釆樣率轉(zhuǎn)換器108包含一個內(nèi)插器，實(shí)現(xiàn)采 樣率轉(zhuǎn)換。
釆樣率轉(zhuǎn)換器108從定時恢復(fù)模塊IIO接收工作參數(shù)，定時恢 復(fù)模塊IIO基于TDS-OFDM調(diào)制原理進(jìn)行處理，其中，數(shù)據(jù)幀保護(hù) 間隔中插入的PN序列用于提供定時恢復(fù)信息。定時恢復(fù)模塊IIO從 PN序列相關(guān)模塊116接收輸入信號，計算定時誤差，并將誤差濾波 后驅(qū)動數(shù)控振蕩器(NCO, Numerically Controlled Oscillator)， NCO控制用于釆樣率轉(zhuǎn)換器108的內(nèi)插器中的采樣定時校正。
根據(jù)本發(fā)明的基于LDPC碼的TDS-OFDM傳輸方案，發(fā)射的信 號幀經(jīng)過平方根升余弦(SRRC , Square Root Raised Cosine )濾波 器濾波，因此，接收信號在成形模塊112中也要經(jīng)過同樣功能的濾 波器，成形模塊112使用平方根升余弦濾波器對轉(zhuǎn)換信號進(jìn)行濾 波。
成形模塊112的輸出信號輸入自動頻率控制(AFC, Automatic Frequency Control)模塊114。輸入RF信號可能發(fā)生頻偏，AFC模 塊114計算頻偏值，并校準(zhǔn)IF到基帶轉(zhuǎn)換模塊106的中頻到基帶參 考頻率。在一個具體實(shí)施例中，為改善捕捉范圍和跟蹤性能，AFC 模塊114的頻率控制分為兩個階段完成粗調(diào)和細(xì)調(diào)。
成形模塊112的輸出信號連接PN序列相關(guān)模塊116， PN序列 相關(guān)模塊116基于TDS-OFDM調(diào)制原理，數(shù)據(jù)楨的保護(hù)間隔中插入
PN序列。相關(guān)模塊116實(shí)現(xiàn)幀同步，確定每個信號幀的ID號。根 據(jù)信號幀的ID號，可以確定與每個信號幀對應(yīng)的PN序列，然后， 輸入PN序列與本地產(chǎn)生的PN序列做相關(guān)，得到相關(guān)峰，指示每個 信號幀的起始位置和其它同步信息，比如頻偏和定時誤差值。接收 到的定時誤差信息輸入到定時恢復(fù)模塊110，而頻偏信息輸入到 AFC模塊114，用來幫助處理輸入的IF信號，如上文所述。
到目前為止，接收機(jī)100已經(jīng)完成同步功能和均衡功能。信號 輸入到信道估計模塊118，基于PN序列相關(guān)器116得到的信號相 關(guān)，估計信道時域響應(yīng)。對時域響應(yīng)進(jìn)行快速傅立葉變換(FFT， Fast Fourier Transform )，得到信道頻率響應(yīng)。在本具體實(shí)施例中， TDS-OFDM調(diào)制方案利用3780個符號表示3780點(diǎn)大小的固定 FFT;在其他具體實(shí)施例中，TDS-OFDM調(diào)制方案可以使用大小為 2"的整數(shù)倍的FFT, FFT的大小可變。
經(jīng)過信道估計模塊118,恢復(fù)并保存信號中的OFDM符號。在 TDS-OFDM調(diào)制中，保護(hù)間隔中的PN序列取代傳統(tǒng)的循環(huán)前綴。 OFDM符號恢復(fù)模塊120將PN序列從保護(hù)間隔中移去，并且恢復(fù) 信道擴(kuò)展的OFDM符號。OFDM符號恢復(fù)模塊120重建常規(guī)的 OFDM符號，它使用一個抽頭均衡。
OFDM符號恢復(fù)后輸入到FFT模塊122,完成快速傅立葉變 換。在本具體實(shí)施例中，F(xiàn)FT模塊122實(shí)現(xiàn)3780點(diǎn)的FFT。 OFDM 解調(diào)器可以工作于多載波或單載波模式在多載波模式中，恢復(fù)的 符號數(shù)據(jù)屬于時域信號，將此符號數(shù)據(jù)輸入FFT模塊122，經(jīng)過 FFT變換，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的頻域信號；相反，在單載波中，恢復(fù)的符 號可以直接認(rèn)為是頻域數(shù)據(jù)。因此，如果選擇單載波模式，則不經(jīng) 過FFT操作。
接著，信道均衡模塊124基于信道頻域響應(yīng)處理FFT變換輸出 的數(shù)據(jù)。將去旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)和信道狀態(tài)信息送給前向糾錯模塊，做進(jìn)一 步處理。將信道均衡模塊的輸出信息送給時域解交織模塊126。在 接收機(jī)100中，時域解交織模塊126用于提高抵抗脈沖噪聲的能 力。時域解交織模塊126是一個巻積解交織器，它需要一個存儲空 間為B*(B-l)*M/2的存儲器，其中B為交織寬度，M為交織深度。 在本具體實(shí)施例中，時域解交織模塊126工作于兩種模式模式 1, B=52， M=240;模式2, B=52， M=720。在本具體實(shí)施例中，為 時域解交織126提供片上存儲器65;在其它具體實(shí)施例中，接收機(jī) 100可以使用外部存儲器66。
經(jīng)過時域解交織后，符號提供給前向糾錯模塊。首先，進(jìn)行內(nèi) 碼FEC，內(nèi)碼FEC是LDPC解碼器128,它屬于軟判決迭代解碼 器，用于發(fā)射機(jī)提供的準(zhǔn)循環(huán)低密度奇偶校驗(yàn)(QC-LDPC， Quasi-Cyclic Low Density Parity Check)碼解碼。在本具體實(shí)施例中，QC-LDPC碼的LDPC解碼器128可設(shè)置為三種不同的碼率(碼率0.4、 碼率0.6和碼率0.8)進(jìn)行解碼，它們使用相同的電路。當(dāng)?shù)^程 達(dá)到最大指定迭代次數(shù)時，迭代過程停止，稱為全迭代；或者在錯 誤檢測和糾正過程中，當(dāng)沒有檢測到錯誤時，迭代過程結(jié)束，稱為 部分迭代。
然后，數(shù)據(jù)傳送到外部FEC,即博斯-喬赫里-霍克文黑姆碼 (BCH, Bose, Chaudhuri & Hocquenghem Type of Code )解碼器 130。 BCH解碼器130是BCH (762, 752)碼，它是BCH ( 1023，
1013)碼的縮短二進(jìn)制BCH碼，生成多項(xiàng)式為l + X10 + X3。
在本具體實(shí)施例中，TDS-OFDM通信系統(tǒng)是基于多種調(diào)制模式 (QPSK、 16QAM和64QAM)和多種碼率(0.4、 0.6和0.8 )的多速率系統(tǒng)，其中QPSK代表四相移鍵控(Quad Phase Shift Keying ) , QAM代表正交幅度調(diào)制(Quadrature Amplitude Modulation) 。 BCH解碼器130的輸出是按比特輸出的數(shù)據(jù)信號， 根據(jù)不同調(diào)制方式和碼率，碼率轉(zhuǎn)換模塊132將BCH解碼器130輸 出的比特組合成字節(jié)，并且調(diào)整字節(jié)輸出時鐘的速率，使在整個解 調(diào)過程中，接收機(jī)100的MPEG-2輸出數(shù)據(jù)包均勻分布。
最后，在TDS-OFDM傳輸方案中，由于發(fā)射機(jī)中的數(shù)據(jù)在 BCH編碼之前，使用偽隨機(jī)(PN)序列進(jìn)行了隨機(jī)化處理。因此， 經(jīng)LDPC/BCH解碼器128/130糾錯的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過反隨機(jī)化或解擾 處理。解擾器134使用PN序列進(jìn)行去擾處理，PN序列生成多項(xiàng)式 為l + x14+x15，其初始條件為100101010000000。對于每個信號幀， 解擾器134都將復(fù)位到初始條件，否則，解擾器將自由運(yùn)轉(zhuǎn)，直到 再次復(fù)位。PN序列的最低8比特與輸入的字節(jié)碼流進(jìn)行異或運(yùn)算。
參照流程圖4A和4B,數(shù)據(jù)流經(jīng)基于LDPC碼的TDS-OFDM 接收機(jī)100的過程描述如下。參照圖4A，基于LDPC碼的TDS-OFDM 解調(diào)方法 300從接收下變換IF信號開始(步驟302),下變 換IF信號表示用LDPC編碼和TDS-OFDM調(diào)制的RF信號。例如， RF信號通過高頻頭接收，選擇解調(diào)所需帶寬，將IF信號下變換， 轉(zhuǎn)換為基帶信號或低IF信號。下變換輸出的IF信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號(步驟304)。模數(shù)轉(zhuǎn)換可以是解調(diào)方法300的一部 分；也可以在其它地方完成ADC，然后將數(shù)字化的IF信號輸入給 解調(diào)方法300。接著數(shù)字化的IF信號轉(zhuǎn)換到基帶信號(步驟 306) 。 IF到基帶轉(zhuǎn)換使用從自動頻率控制處理得到的頻偏數(shù)據(jù)307 進(jìn)行搡作。
基帶信號送給釆樣率轉(zhuǎn)換(步驟308) 。 PN序列相關(guān)處理(步 驟312)生成定時誤差數(shù)據(jù)309,反饋到采樣率轉(zhuǎn)換步驟，采樣率轉(zhuǎn) 換模塊利用此數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。經(jīng)過采樣率轉(zhuǎn)換，信號使用平方根升 余弦濾波器成形(步驟310)，接著信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的符號。
然后在步驟312中，提取信號幀中插入的PN序列信息，并與本 地產(chǎn)生的PN序列做相關(guān)運(yùn)算，確定時域脈沖響應(yīng)。時域脈沖響應(yīng) 的FFT給出估計的信道響應(yīng)(步驟314) 。 PN序列相關(guān)運(yùn)算還用于 定時恢復(fù)，生成定時誤差數(shù)據(jù)309;和頻率估計，生成頻偏數(shù)據(jù) 307。定時誤差和頻偏數(shù)據(jù)用于對接收信號進(jìn)行校正處理。
提取接收數(shù)據(jù)中的OFDM符號信息(步驟316)。參照圖4B, 在多載波模式中，OFDM符號經(jīng)過3780點(diǎn)的FFT (步驟318)，轉(zhuǎn) 換為頻域信息。利用步驟314得到的信道估計信息，對OFDM符號 進(jìn)行均衡處理(步驟320)，接著進(jìn)行解調(diào)處理。
當(dāng)選擇多載波模式時，符號進(jìn)行FFT處理(步驟318)。在本 具體實(shí)施例中，F(xiàn)FT為3780點(diǎn)的FFT,將時域信息轉(zhuǎn)換為頻域信 號。在某些應(yīng)用中，選擇單載波模式，如圖4B所示，不經(jīng)過FFT 處理(步驟318)。
符號經(jīng)過均衡處理后(步驟320)，進(jìn)行時域解交織處理(步 驟322),把傳輸符號序列進(jìn)行反卷積運(yùn)算。符號序列的3780點(diǎn)的 塊送入內(nèi)碼FEC解碼器，進(jìn)行LDPC解碼(步驟324) 。 LDPC解 碼基于發(fā)射信號編碼使用的各種碼率(步驟325 )的LDPC碼，接 著符號序列送給外部FEC解碼器進(jìn)行BCH解碼(步驟326)。 LDPC和BCH解碼處理采用串聯(lián)方式工作，接收精確的3780個符 號，去掉36個TPS符號，處理剩余的3744個符號。LDPC和BCH 解碼處理從符號序列中恢復(fù)發(fā)射傳輸流信息，接著進(jìn)行碼率轉(zhuǎn)換
(步驟328 )，調(diào)整輸出碼率。最后，對傳輸流信息進(jìn)行解擾處理
(步驟330)，重建發(fā)射的MPEG-2傳送流信息(步驟332)。
上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但本發(fā) 明并不限制于上述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求的精神和范 圍情況下，可作出各種修改或改變。例如，在本具體實(shí)施例中，接 收機(jī)生成MPEG-2傳送流作為輸出信號，對于MPEG-2傳送流的使 用，僅是舉例說明?；贚DPC碼的TDS-OFDM接收機(jī)可以生成數(shù) 字輸出信號，包括視頻、音頻和用戶需求的各種數(shù)據(jù)格式。附加的 權(quán)利要求定義了本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種基于LDPC碼的TDS-OFDM接收機(jī)，用于接收和解調(diào)TDS-OFDM調(diào)制，和低密度奇偶校驗(yàn)碼編碼的RF信號，把射頻RF信號轉(zhuǎn)換為中頻IF信號，其特征在于，接收機(jī)由以下幾部分組成同步模塊，接收可以表示IF信號的數(shù)字IF信號，并由數(shù)字IF信號生成基帶信號，同步模塊將接收到RF信號的信號幀中插入的PN序列與本地產(chǎn)生的PN序列做相關(guān)運(yùn)算，PN相關(guān)信號用于載波恢復(fù)、定時恢復(fù)和信道參數(shù)估計；均衡模塊，實(shí)現(xiàn)信道估計和信道均衡；OFDM解調(diào)模塊，實(shí)現(xiàn)解調(diào)基帶信號，OFDM解調(diào)模塊從RF信號幀中恢復(fù)OFDM符號，并將OFDM符號轉(zhuǎn)換為頻域；以及FEC解碼器模塊，由LDPC解碼器組成，實(shí)現(xiàn)基于LDPC碼的OFDM符號的解碼，生成可以表示RF信號內(nèi)容的數(shù)字輸出信號。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM接收機(jī)， 其特征在于，所述IF信號包含模擬IF信號，進(jìn)一步，接收機(jī)包含將 模擬IF信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字IF信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM接收機(jī)， 其特征在于，所述RF信號下變換為IF信號，并且數(shù)字化為數(shù)字IF 信號，送給接收機(jī)的同步模塊。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM接收機(jī)， 其特征在于，所述同步模塊包含自動頻率控制模塊，用于從PN序列相關(guān)運(yùn)算中接收信號，生成頻偏值；IF到基帶轉(zhuǎn)換模塊，用于接收數(shù)字IF信號，并將其轉(zhuǎn)換為基帶 信號，IF到基帶轉(zhuǎn)換模塊接收頻偏值； 定時恢復(fù)模塊，用于從PN序列相關(guān)運(yùn)算中接收信號，并計算 定時誤差值；釆樣率轉(zhuǎn)換器，用于接收定時誤差，并基于定時誤差轉(zhuǎn)換基帶信號的釆樣率；成形模塊，對基帶信號進(jìn)行濾波處理； PN序列相關(guān)器，用于執(zhí)行PN序列相關(guān)運(yùn)算。
5. 如權(quán)利要求4所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM接收機(jī)， 其特征在于，所述成形模塊使用SRRC,濾波器對基帶信號進(jìn)行濾 波處理。
6. 如權(quán)利要求1所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM接收機(jī)， 其特征在于，所述均衡模塊和OFDM解調(diào)模塊包括信道估計模塊，接收PN序列相關(guān)運(yùn)算的信號，估計信道時域 響應(yīng)，和通過時域響應(yīng)的快速傅立葉變換計算信道頻域響應(yīng)；OFDM符號恢復(fù)模塊，從信號幀的保護(hù)間隔中移去PN序列， 恢復(fù)OFDM符號；FFT模塊，對OFDM符號進(jìn)行FFT處理，轉(zhuǎn)換為頻域信號；信道均衡模塊，基于信道的頻域響應(yīng)，對OFDM符號進(jìn)行均衡 處理。
7. 如權(quán)利要求6所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM接收機(jī)， 其特征在于，所述RF信號包含多載波RF信號。
8. 如權(quán)利要求6所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM接收機(jī)， 其特征在于，所述FFT模塊使用固定大小、3780點(diǎn)FFT的運(yùn)算。
9. 如權(quán)利要求6所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM接收機(jī)， 其特征在于，所述RF信號包含單載波RF信號，跳過FFT處理模 塊，恢復(fù)后的OFDM符號直接送給信道均衡模塊。
10. 如權(quán)利要求1所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM接收機(jī)， 其特征在于，所述FEC模塊包含LDPC解碼器，基于RF信號使用的LDPC編碼，解OFDM符號；BCH解碼器，基于RF信號使用的BCH編碼，解OFDM符號。
11. 如權(quán)利要求10所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM接收 機(jī)，其特征在于，所述LDPC碼包含一個準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼，它選自 一組碼率可變的準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼，碼率可為0.4、 0.6和0.8。
12. 如權(quán)利要求11所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM接收 機(jī)，其特征在于，所述一組準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼包含碼率為0.4的(7493, 3048) QC-LDPC碼、碼率為0.6的(7494, 4572 ) QC-LDPC碼和碼率為0.8的(7493, 6096) QC-LDPC碼。
13. 如權(quán)利要求10所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM接收 機(jī)，其特征在于，進(jìn)一步包括一個時域解交織模塊，在FEC解碼器 之前，進(jìn)行卷積運(yùn)算解交織。
14. 如權(quán)利要求1所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM接收機(jī)， 其特征在于，進(jìn)一步包括-.碼率轉(zhuǎn)換模塊，將FEC解碼器輸出的比特組合成字節(jié)，并且調(diào) 整字節(jié)輸出時鐘的速度，使輸出字節(jié)均勻地分布；解擾器，使用偽隨機(jī)PN序列對輸入數(shù)據(jù)流進(jìn)行解擾處理，生 成可以代表RF信號數(shù)據(jù)內(nèi)容的數(shù)字輸出信號。
15. 如權(quán)利要求1所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM接收機(jī)， 其特征在于，所述輸出數(shù)字信號由MPEG-2傳送流組成。
16. —種基于LDPC碼的TDS-OFDM調(diào)制的RF信號的解調(diào)方 法，其特征在于，由以下幾部分組成接收由RF信號下變換得到的數(shù)字IF信號； 將數(shù)字IF信號轉(zhuǎn)換為基帶信號；使用RF信號幀中的PN序列對基帶信號進(jìn)行同步運(yùn)算； 生成信號，用于載波恢復(fù)、定時恢復(fù)和信道估計； 使用用于信道估計的信號進(jìn)行信道估計； 從基帶信號中恢復(fù)OFDM符號；對基帶信號進(jìn)行均衡處理；對OFDM符號進(jìn)行FEC解碼，F(xiàn)EC解碼包含對基于LDPC碼的 OFDM符號解碼；生成可以代表RF信號數(shù)據(jù)內(nèi)容的數(shù)字輸出信號。
17. 如權(quán)利要求16所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM調(diào)制的 RF信號的解調(diào)方法，其特征在于，所述對基帶信號進(jìn)行同步運(yùn)算， 由以下幾部分組成接收RF信號幀中PN序列與本地產(chǎn)生的PN序列做相關(guān)運(yùn)算， PN序列相關(guān)信號用于確定頻偏、定時誤差和信道估計參數(shù)； 使用頻偏數(shù)據(jù)將數(shù)字IF信號轉(zhuǎn)換為基帶信號； 使用定時誤差數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換基帶信號采樣率； 使用濾波器對轉(zhuǎn)換后的基帶信號進(jìn)行濾波處理。
18. 如權(quán)利要求17所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM調(diào)制的 RF信號的解調(diào)方法，其特征在于，所述對轉(zhuǎn)換后的基帶信號進(jìn)行濾 波處理包含使用SRRC濾波器對基帶信號進(jìn)行濾波處理。
19. 如權(quán)利要求16所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM調(diào)制的 RF信號的解調(diào)方法，其特征在于，所述LDPC編碼的TDS-OFDM 調(diào)制的RF信號包括在均衡處理之前對OFDM符號進(jìn)行快速傅立葉 變換。
20. 如權(quán)利要求19所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM調(diào)制的 RF信號的解調(diào)方法，其特征在于，所述在均衡處理之前，對OFDM 符號執(zhí)行快速傅立葉變換包含在均衡處理之前，對OFDM符號使用 固定大小的、3780點(diǎn)的快速傅立葉變換。
21. 如權(quán)利要求16所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM調(diào)制的 RF信號的解調(diào)方法，其特征在于，所述對OFDM符號執(zhí)行FEC解 碼由以下幾部分組成基于LDPC碼對OFDM符號進(jìn)行解碼； 基于BCH碼對OFDM符號進(jìn)行解碼。
22. 如權(quán)利要求21所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM調(diào)制的 RF信號的解調(diào)方法，其特征在于，所述LDPC碼包含一個準(zhǔn)循環(huán) LDPC碼，選自一組碼率可變的準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼，碼率可為0.4、 0.6 和0.8。
23. 如權(quán)利要求22所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM調(diào)制的 RF信號的解調(diào)方法，其特征在于，所述一組準(zhǔn)循環(huán)LDPC碼包含碼 率為0.4的(7493， 3048 ) QC-LDPC碼、碼率為0.6的(7494， 4572) QC-LDPC碼和碼率為0.8的(7493， 6096) QC-LDPC碼。
24. 如權(quán)利要求16所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM調(diào)制的 RP信號的解調(diào)方法，其特征在于，所述的LDPC編碼的、TDS-OFDM調(diào)制的RF信號由單載波RF信號組成。
25. 如權(quán)利要求16所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM調(diào)制的 RF信號的解調(diào)方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將FEC解碼器輸出的比特組合成字節(jié)，對已解碼的OFDM符號 進(jìn)行碼率轉(zhuǎn)換，并且調(diào)整字節(jié)輸出時鐘的速度，使輸出字節(jié)均勻地 分布；使用偽隨機(jī)PN序列對輸入數(shù)據(jù)流進(jìn)行解擾處理，生成可以代 表RF信號數(shù)據(jù)內(nèi)容的數(shù)字輸出信號。
26. 如權(quán)利要求16所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM調(diào)制的 RF信號的解調(diào)方法，其特征在于，所述輸出信號由MPEG-2傳送流 組成。
27. 如權(quán)利要求16所述的基于LDPC碼的TDS-OFDM調(diào)制的RF信號的解調(diào)方法，其特征在于，在OFDM符號進(jìn)行FEC解碼之 前，先進(jìn)行時域解交織處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于LDPC碼的TDS-OFDM通信系統(tǒng)接收機(jī)，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。該接收機(jī)對LDPC編碼的、TDS-OFDM調(diào)制的、下變換到IF信號的RF信號進(jìn)行解調(diào)，包括同步、均衡、OFDM解調(diào)和FEC解碼模塊。同步模塊從數(shù)字IF信號中生成基帶信號，接收RF信號的信號幀中PN序列與本地產(chǎn)生的PN序列做相關(guān)運(yùn)算，相關(guān)信號用于載波恢復(fù)、定時恢復(fù)和信道參數(shù)估計。均衡模塊完成信道估計和信道均衡。OFDM模塊對基帶信號進(jìn)行解調(diào)處理，恢復(fù)OFDM符號，并轉(zhuǎn)換為頻域。FEC解碼模塊包含LDPC解碼器，基于LDPC碼對OFDM符號進(jìn)行解碼，生成可以代表RF信號數(shù)據(jù)內(nèi)容的數(shù)字輸出信號。
文檔編號H04L27/26GK101202729SQ20071013000
公開日2008年6月18日 申請日期2007年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月25日
發(fā)明者丹尼斯·溫卡塔察勒姆, 林 楊 申請人:北京凌訊華業(yè)科技有限公司