一種用于正交頻分復用ofdm信道估計的接收機及其估計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于正交頻分復用OFDM信道估計的接收機，包括：模數(shù)（A/D）轉換器，用于提供輸入信號；幀檢測器，用于檢測輸入信號幀的起始位置；快速傅里葉變換（FFT）模塊，用于對前導碼元執(zhí)行N/M點的快速傅里葉變換，得到信道頻率響應估計；信道估計（CHEST）模塊，用于前導碼元進行內插，并輸出內插信道頻率響應估計；均衡器（EQU），用于均衡幀頭碼元和所述快速傅里葉變換（FFT）模塊的數(shù)據(jù)碼元；解調器（DEMOD），用于提取接收到的信息并輸出攜帶有原始信息的數(shù)據(jù)比特流。采用上述技術方案后，可減少信道估計過程中由于相位差過大造成的內插值幅度的失真。
【專利說明】一種用于正交頻分復用OFDM信道估計的接收機及其估計方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及信道估計設備，尤其涉及一種用于正交頻分復用OFDM信道估計的接收機及其估計方法。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有技術常用的基于前導碼元做初始信道估計的方法中，對相位的估計均不考慮信號起始點誤差所導致的相位變化(或者認為可以忽略)，因為在不需要做信道內插的通信系統(tǒng)中這個誤差會在后續(xù)的信道均衡中消除。但在需要做信道內插的系統(tǒng)中，這個相位差會使得內插后的信道估計性能急劇惡化，因此不能將其忽略。
[0003]由于對于該誤差的忽略，現(xiàn)有技術中通常會導致信道頻率響應的性能惡化，對于該問題，本領域技術人員采用的是反饋濾波器的結構，屬于閉環(huán)系統(tǒng)，需要對濾波器環(huán)路參數(shù)做仔細調整，得以在性能和穩(wěn)定性之間做取舍。
[0004]因此，急需一種信道估計的方法及設備，可減少由于相位差過大造成的內插值幅度的失真。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種用于正交頻分復用OFDM信道估計的接收機，可減少由于相位差過大造成的內插值幅度的失真。
[0006]本發(fā)明公開了一種用于正交頻分復用OFDM信道估計的接收機，包括:模數(shù)(A/D)轉換器，用于提供輸入信號；幀檢測器，用于檢測所述輸入信號幀的到來及所述輸入信號幀的起始位置；快速傅里葉變換(FFT)模塊，用于根據(jù)接收到的信號，對前導碼元執(zhí)行N/M點的快速傅里葉變換，得到信道頻率響應估計；信道估計(CHEST)模塊，用于根據(jù)所述信道頻率響應估計對所述前導碼元進行內插，并輸出所述內插信道頻率響應估計；均衡器(EQU)，用于根據(jù)所述內插信道頻率響應估計來均衡幀頭碼元和所述快速傅里葉變換(FFT)模塊的數(shù)據(jù)碼元；解調器(DEM0D)，用于提取接收到的信息并輸出攜帶有原始信息的數(shù)據(jù)比特流。
[0007]優(yōu)選地，所述信道估計(CHEST)模塊包括:幀檢測模塊(DETECTOR)，所述幀檢測模塊(DETECTOR)先于所述信道頻率響應估計的內插X[M]，對所述信號幀的起始位置的起始點誤差“ Λ ”作估計。
[0008]優(yōu)選地，所述信道估計(CHEST )模塊還包括相位偏移發(fā)生器(Phase rampgenerators)，所述幀檢測模塊(DETECTOR)計算所述起始點誤差“ Λ ”后，所述相位偏移發(fā)
生器(Phase ramp generators)通過以Δ為自變量的指數(shù)函數(shù)來得到相位偏移函數(shù)。
[0009]優(yōu)選地，所述信道估計(CHEST)模塊還包括延遲(DELAY)模塊，用于對所述相位偏移函數(shù)補償由所述起始點誤差“ Λ ”所引起的延遲。[0010]優(yōu)選地，所述信道估計(CHEST)模塊計算N/M點的信道頻率響應X[m]，所述相位偏移發(fā)生器(Phase ramp generators)根據(jù)所述起始點誤差“ Δ ”計算N/M個相位值并乘以所述信道頻率響應X[m]得到乘積，對所述乘積做N點內插得到第一信道頻率響應。
[0011]優(yōu)選地,所述相位偏移發(fā)生器(Phase ramp generators)對所述N/M個相位值取
共軛并內插至N個值得到N個相位值'并對所述N個相位值乘以第一信道頻率響應，以得到最終信道頻率響應估計值。
[0012]本發(fā)明還公開了一種正交頻分復用OFDM信道估計的方法，包括以下步驟:步驟A:檢測輸入信號幀的到來及所述輸入信號幀的起始位置；步驟B:根據(jù)接收到的信號，對前導碼元執(zhí)行Ν/Μ點的快速傅里葉變換，得到信道頻率響應估計；步驟C:根據(jù)所述信道頻率響應估計對所述前導碼元進行內插，并輸出所述內插信道頻率響應估計；步驟D:根據(jù)所述內插信道頻率響應估計來均衡幀頭碼元和所述快速傅里葉變換(FFT)模塊的數(shù)據(jù)碼元；步驟Ε:根據(jù)接收到的信息并輸出攜帶有原始信息的數(shù)據(jù)比特流。
[0013]優(yōu)選地，所述步驟C從所述信道頻率響應估計對所述前導碼元進行內插至輸出所述內插信道頻率響應估計的步驟間還包括以下步驟:步驟Cl:對所述信道頻率響應估計的內插Χ[Μ]前，對所述信號幀的起始位置的起始點誤差“ △ ”作估計；步驟C2:計算Ν/Μ點的
信道頻率響應X[m];步驟C3:根據(jù)所述起始點誤差“ Λ ”計算N/M個相位值;步驟C4:將所述Ν/Μ個相位值乘以X[m]得到乘積，將所述乘積做N點內插得到第一信道頻率響應；步驟C5:對所述N/M個相位值e-n令取共軛并內插至N個值得到N個相位值;步驟C6:將所述N個相位值乘以所述第一信道頻率響應，得到最終信道頻率響應估計值。
[0014]采用上述技術方案后，基于只提供信道部分信息的前導碼元執(zhí)行插值處理的估計方法，利用前導碼元提供的信道抽樣子集來恢復OFDM碼元完整的信道頻率響應，使得內插對陣起始點檢測誤差不再敏感，提高了基于前導碼元的信道估計值的穩(wěn)定度和精確度，減少了內插過程中內插值幅度的失真的概率。
[0015]同時，以上方法中濾波器的設置屬于開環(huán)結構，由于開關結構的實現(xiàn)復雜度小于閉環(huán)結構，不存在穩(wěn)定性問題，現(xiàn)有技術人員無需為了提高穩(wěn)定性而降低該家庭網(wǎng)絡通信系統(tǒng)的接收機的性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為使用正交頻分復用(OFDM)通信系統(tǒng)的幀結構的示意圖；
[0017] 圖2為線性內插示意圖；
[0018]圖3為OFDM接收機的系統(tǒng)框圖；
[0019]圖4為OFDM接收機的不同狀態(tài)轉換示意圖；
[0020]圖5為OFDM接收機的信道響應內插電路電路圖；
【具體實施方式】[0021]以下結合附圖與具體實施例進一步闡述本發(fā)明的優(yōu)點。
[0022]參閱圖1，圖1為使用正交頻分復用(OFDM)通信系統(tǒng)的幀結構的示意圖。正交頻分復用信號的幀結構包含一個或多個前導碼元，一個或多個正交頻分復用幀頭碼元及一個或多個正交頻分復用的數(shù)據(jù)碼元信號。OFDM接收機使用幀結構的前導碼元來檢測和估計幀起始位置，并向OFDM內接收機提供信道估計的訓練序列。前導碼元使用一預定義的信號至OFDM接收機，該預定義信號能簡化信道頻率響應的估計。OFDM幀頭碼元包含補充信號，該補充信號定義了如何對幀結構中的所述數(shù)據(jù)碼元進行編碼。所述OFDM信號的數(shù)據(jù)碼元包括了正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
[0023]參閱圖2，為兩個復數(shù)X[MJ和X[Mq+1]的線性內插示意圖，示出了幅度失真是如何形成的。兩個復數(shù)矢量X[MJ和XtMfl]間的一 M個分布于這兩點間弦上的插值點。這M個分布在弦上的插值點將影響這些線性插值點的幅度的精確度。精確度受影響程度取決于兩線性插值點形成的弧所對應的圓心角，即這兩線性插值點的相位差。于是，估計的幀起始點的遞增角度為Φ DvJ-Φ [HiJ=Z3IMA/N。正確的做法是沿著這兩個復數(shù)矢量之間的圓弧上產(chǎn)生M個點，這些點的幅度將更加精確。
[0024]參閱圖3，為OFDM接收機的系統(tǒng)框圖。該OFDM接收機的系統(tǒng)框圖包括模數(shù)(A/D)轉換器、幀檢測器、快速傅里葉變換(FFT)模塊、均衡器(EQU)、信道估計(CHEST)模塊及解調器(DEM0D)。模數(shù)(A/D)轉換器向OFDM接收機提供輸入信號。幀檢測器檢測信號幀的到來和其起始位置。自起始位置開始，幀檢測器將信號分割為FFT塊，并將分割的信號發(fā)送至FFT模塊。FFT模塊接收到分割的信號后，對前導碼元執(zhí)行N/M點的快速傅里葉變換，來得到子載波頻率索引為m=0，I, 2，…，N/M的信道沖擊響應的估計。之所以采用N/M點的快速傅里葉變換，是因為前導碼元的定義中只用了 N/M個等間距的子載波。這M個頻率對應與幀頭碼元和數(shù)據(jù)OFDM碼元中間的頻率索引N=0，M-1，2M-1，…，N-M+1。因此，這兩個子載波集合的關系是一個采樣率為M的信道頻率響應函數(shù)。前導碼元的快速傅里葉變換為信道估計(CHEST)模塊提供一 M個點的信道頻率響應功能。
[0025]信道估計(CHEST)模塊對前導碼元進行內插后，可得到一 N個點的內插信道頻率響應估計。均衡器使用該N個點的內插信道頻率響應估計來均衡幀頭碼元和FFT模塊的數(shù)據(jù)碼元。均衡器提供均衡后的塊至解調器。解調器提取接收到的信息并輸出攜帶有原始信息的數(shù)據(jù)比特流。
[0026]參閱圖4，為OFDM接收機的不同狀態(tài)轉換示意圖。如圖所示，OFDM接收機的不同狀態(tài)可為狀態(tài)A、狀態(tài)B、狀態(tài)C，分別描述了在每一狀態(tài)下，OFDM接收機的不同工作狀態(tài)。所述狀態(tài)A，為OFDM接收機偵聽接收到的信號并檢測信號幀的到來和其起始位置。所述狀態(tài)B，為信號幀被檢測到并且其起始位置確定后，采用前導碼元來初始化信道估計值。所述狀態(tài)C，為對由幀頭碼元和OFDM數(shù)據(jù)碼元信號構成的幀進行均衡及解調，并輸出信息比特流。
[0027]在狀態(tài)A下，OFDM接收機的幀檢測器偵聽數(shù)模(A/D)轉換器的輸入信號直到一個完整的幀被偵聽到。一旦幀被檢測到，該幀的起始點被幀檢測器估計完畢后，OFDM接收機將跳轉到狀態(tài)B。 在狀態(tài)B下，OFDM接收機在前導碼元上使用N/M點的快速傅里葉變換來得到信道頻率響應的估計值。由于前導碼元傳輸時只使用N個可用子載波的M個子載波，信道估計(CHEST)模塊根據(jù)信道頻率響應進行內插，并將該內插信道頻率響應傳送至均衡器。此時，OFDM接收機進入狀態(tài)C來解調接收到的幀頭碼元和數(shù)據(jù)碼元。在狀態(tài)C下，OFDM信號所有在前導碼元之后的信號被分割為OFDM塊，循環(huán)前綴被去除并對分割為N點的數(shù)據(jù)塊進行快速傅里葉變換。所得到的頻域信號將被均衡及解調。經(jīng)過解調后，得到的數(shù)據(jù)是一串攜帶有原始信息的數(shù)據(jù)比特流。
[0028] 參閱圖5，為OFDM接收機的信道響應內插電路電路圖。OFDM接收機的信道估計(CHEST)模塊于狀態(tài)B時為激活狀態(tài)，并進行信道頻率響應的估計。信道估計(CHEST)模塊中的幀檢測模塊(DETECTOR)先于信道頻率響應的內插X[M]，對起始點誤差“ Λ ”作估計。估計過程中，為了確定起始點誤差，幀檢測模塊計算Χ[Μ]的相位并將其除以Μ。一旦得到起始點誤差“ Δ ”后,相位偏移發(fā)生器(Phase ramp generators)通過以Δ為自變量的指數(shù)函
數(shù)/~手.1來得到相位偏移函數(shù)，信道估計(CHEST)模塊計算N/M點的信道頻率響應X[m]，
相位偏移發(fā)生器(Phase ramp generators)根據(jù)起始點誤差“ Δ ”計算N/M個相位值并乘以信道頻率響應X[m]得到乘積，對乘積做N點內插得到第一信道頻率響應。相位偏移發(fā)生器在信道頻率響應被內插前消除了相位差，并在信道頻率響應上重新插入內插相位偏移。延遲模塊“DELAY”用來補償由誤差“ Λ ”所引起的延遲。
[0029]信道估計(CHEST)模塊的結果信號將被進行倍率為M的內插，得到所有的n=0, 1，…，N-1的第一內插信道頻率響應估計(不包含相位)。信道估計(CHEST)模塊使用多項式內插算法來執(zhí)行內插，相位偏移發(fā)生器(Phase ramp generators)對N/M個相位值
取共軛并內插至N個值得到N個相位值，并對N個相位值乘以第一信道頻率響應，以
得到最終信道頻率響應估計值。
[0030]采用上述技術方案后，基于只提供信道部分信息的前導碼元執(zhí)行插值處理的估計方法，利用前導碼元提供的信道抽樣子集來恢復OFDM碼元完整的信道頻率響應，使得內插對陣起始點檢測誤差不再敏感，提高了基于前導碼元的信道估計值的穩(wěn)定度和精確度，減少了內插過程中內插值幅度的失真的概率。
[0031]同時，以上方法中濾波器的設置屬于開環(huán)結構，由于開關結構的實現(xiàn)復雜度小于閉環(huán)結構，不存在穩(wěn)定性問題，現(xiàn)有技術人員無需為了提高穩(wěn)定性而降低該家庭網(wǎng)絡通信系統(tǒng)的接收機的性能。
[0032]應當注意的是，本發(fā)明的實施例有較佳的實施性，且并非對本發(fā)明作任何形式的限制，任何熟悉該領域的技術人員可能利用上述揭示的技術內容變更或修飾為等同的有效實施例，但凡未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何修改或等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍內。
【權利要求】
1.一種用于正交頻分復用OFDM信道估計的接收機，其特征在于: 包括: 模數(shù)(A/D)轉換器，用于轉換輸入信號； 幀檢測器，用于檢測所述輸入信號幀的到來及所述輸入信號幀的起始位置；快速傅里葉變換(FFT)模塊，用于根據(jù)接收到的信號，對前導碼元執(zhí)行N/M點的快速傅里葉變換，得到信道頻率響應估計； 信道估計(CHEST )模塊，用于根據(jù)所述信道頻率響應估計對所述前導碼元進行內插，并輸出所述內插信道頻率響應估計； 均衡器(EQU)，用于根據(jù)所述內插信道頻率響應估計來均衡幀頭碼元和所述快速傅里葉變換(FFT)模塊的數(shù)據(jù)碼元； 解調器(DEM0D)，用于提取接收到的信息并輸出攜帶有原始信息的數(shù)據(jù)比特流。
2.如權利要求1所述的接收機，其特征在于: 所述信道估計(CHEST)模塊包括:幀檢測模塊(DETECTOR)，所述幀檢測模塊(DETECTOR)先于所述信道頻率響應估計X[M]，對所述信號幀的起始位置的起始點誤差“Λ，，作估計。
3.如權利要求2所述的接收機，其特征在于: 所述信道估計(CHEST)模塊還包括相位偏移發(fā)生器(Phase ramp generators),所述幀檢測模塊(DETECTOR)計算所述起始點誤差“ Λ ”后，所述相位偏移發(fā)生器(Phase rampgenerators)通過以Λ為自變量的指數(shù)函數(shù)^~1^來得到相位偏移函數(shù)。
4.如權利要求3所述的接收機，其特征在于: 所述信道估計(CHEST)模塊還包括延遲(DELAY)模塊，用于對所述相位偏移函數(shù)補償由所述起始點誤差“ Λ ”所引起的延遲。
5.如權利要求4所述的接收機，其特征在于: 所述信道估計(CHEST)模塊計算N/M點的信道頻率響應X[m]，所述相位偏移發(fā)生器(Phase ramp generators)根據(jù)所述始點誤差“ Δ ”計算N/M個相位值并乘以所述信道頻率響應X[m]得到乘積，對所述乘積做N點內插得到第一信道頻率響應。
6.如權利要求5所述的接收機，其特征在于: 所述相位偏移發(fā)生器(Phase ramp generators)對所述N/M個相位值取共軛并內插至N個值得到N個相位值/2+，并對所述N個相位值乘以第一信道頻率響應，以得到最終信道頻率響應估計值。
7.一種正交頻分復用OFDM信道估計的方法，其特征在于: 包括以下步驟: 步驟A:檢測輸入信號幀的到來及所述輸入信號幀的起始位置； 步驟B:根據(jù)接收到的信號，對前導碼元執(zhí)行N/M點的快速傅里葉變換，得到信道頻率響應估計； 步驟C:根據(jù)所述信道頻率響應估計對所述前導碼元進行內插，并輸出所述內插信道頻率響應估計；步驟D:根據(jù)所述內插信道頻率響應估計來均衡幀頭碼元和所述快速傅里葉變換(FFT)模塊的數(shù)據(jù)碼元； 步驟E:根據(jù)接收到的信息并輸出攜帶有原始信息的數(shù)據(jù)比特流。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于: 所述步驟C從所述信道頻率響應估計對所述前導碼元進行內插至輸出所述內插信道頻率響應估計的步驟間還包括以下步驟: 步驟Cl:對所述信道頻率響應估計的內插X[M]前，對所述信號幀的起始位置的起始點誤差“ Λ”作估計； 步驟C2:計算Ν/Μ點的信道頻率響應X [m]； 步驟C3:根據(jù)所述起始點誤差“ Λ ”計算Ν/Μ個相位值
【文檔編號】H04L25/02GK103986678SQ201310423194
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權日:2013年2月11日
【發(fā)明者】阿爾韋托·希門尼斯·菲爾茨特羅姆, 亞歷杭德羅·馬特奧斯·奧特斯, 鄧運松 申請人:芯迪半導體科技（上海）有限公司