专利名称：：估计正交分频多任务系统的截波参数的装置及方法
技术领域：
：本发明涉及一种于一接收器(receiver)估计一相对应发射器(transmitter)所使用的参数的装置及方法，尤指一种于一正交分频多任务(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)接收器估计一发射器的截波参数的装置及方法。
背景技术：
：在公知正交分频多任务系统中，由于发射器传送的是经过逆向快速傅利叶转换(inversefastFouriertransform，IFFT)处理的后的正交分频多任务时域信号，因此往往会有峰值对平均功率比(peak-to-averagepowerratio，PAPR)过高的问题，所以，降低正交分频多任务时域信号的峰值对平均功率比是一个必须要解决的问题，一般而言，截波(clipping)是一最简单且有效的方法。然而，此一操作往往会对正交分频多任务接收器造成所谓的截波噪声(clippingnoise)，因此，一般来说，在正交分频多任务接收器中必须通过决策重建(Decision-AidedReconstruction，DAR)算法或其它算法来补偿截波噪声所造成的信号失真。请参阅图1，图1为公知发射器100的示意图。发射器100包含有一信号映像模块(SignalMapper)102、一逆向傅利叶转换模块104、一截波模块106、一数字/模拟转换器(digital-to-analogconverter，DAC)108、一功率放大器(poweramplifier，PA)110、以及一发射天线112。信号映像模块102是依据一特定调变机制(例如，数字电视广播系统DVB-T可选择使用下列三种调变机制之一QPSK、16QAM、64QAM)，将一数字资料Din映像到信号空间上来产生一映像信号{Xk}。逆向傅利叶转换模块104是用来将该映像信号{Xk}(其为一正交分频多任务频域信号)转换为一正交分频多任务时域信号{xn}。截波模块106是依据一截波阀值(clippingthreshold)来对该正交分频多任务时域信号{xn}执行一公知的截波程序，以产生一截波正交分频多任务时域信号{yn}。接着该截波正交分频多任务时域信号便经由数字/模拟转换器108转换后再经过功率放大器110放大其信号的功率。最后，发射天线112便将该截波正交分频多任务时域信号传送出去。逆向傅利叶转换模块104所输出的对应于第n个时间点的正交分频多任务时域信号xn如下所示xn=1NΣk=0N-1Xkexp{j2πnkN},0≤n≤N-1]]>方程式(1)于方程式(1)中，Xk为对应第k个子载波的子载波信号，以及N为子载波个数。如前所述，截波模块106是依据一截波阀值来执行截波程序，而截波程序的运作如下所示yn=xn,|xn|≤A,A·earg(xn),|xn|>A,]]>方程式(2)于方程式(2)中，其中A即为截波阀值，xn为相对于第n个时间点的正交分频多任务时域信号，arg(xn)为xn的相位，yn为对应于正交分频多任务时域信号xn的截波正交分频多任务时域信号。通常，一个时域信号{xn}受到截波的影响程度会用一截波比率(clippingratio)来代表，其定义为χ=Aσ]]>其中，σ＝(var(xn))1/2为信号{xn}的均方根值(rootmeansquare)。由方程式(2)可知，截波程序运作的机制为若某一取样点上的振幅大于截波阀值A，即以截波阀值A为其新的振幅且保留其原始相位；另一方面，若取样点上的振幅不大于截波阀值A，则不做任何处理。换句话说，截波阀值A是用来定义发射器100本身的功率放大器110所能忍受的最大输入信号振幅。图2为公知正交分频多任务接收器200的示意图，请参考论文D.Kim，G.L.Stuber，″ClippingnoisemitigationforOFDMbydecision-aidedreconstruction，″IEEECommun.Lett.，vol.3，pp.4-6，Jan.1999，其详细电路与操作原理说明如下。接收器200是应用一决策重建机制，且其包含有一接收天线202、一循环前辍移除暨快速傅利叶转换(RemoveCP/FFT)模块204、一信道估计(channelestimation)模块205、一频率等化(frequencyequalization，FEQ)模块206、多个逆向傅利叶转换模块208、210、一决策(Decision)模块212、一傅利叶转换模块214以及一重建模块216。接收天线202是用来接收一正交分频多任务时域信号(例如图1所示的发射器100最后输出的截波正交分频多任务时域信号)。循环前辍移除暨快速傅利叶转换模块204会移除接收天线202所接收的正交分频多任务时域信号中的循环前辍成份(cyclicprefix，CP)后，经由快速傅利叶转换的运算来产生一正交分频多任务频域信号{Zk}。信道估计模块205依据正交分频多任务频域信号{Zk}来估计一信道响应{Hk}，频率等化模块206进一步依据估计出的信道响应{Hk}与正交分频多任务频域信号{Zk}来输出一等化频域信号{Z′k}，接着，逆向傅利叶转换模块208会对等化频域信号{Z′k}执行逆向傅利叶转换，以得到一等化时域信号{z′n}。如图2所示，当频率等化模块206产生等化频域信号{Z′k}时，决策模块212第一次会接收正交分频多任务频域信号{Zk}、以及信道估算模块205所产生的信道响应{Hk}，以进行硬式决策(harddecision)来产生一决策频域信号{X′k}，如下所示Xk′=min{X}|Zk-HkX|,0≤k≤N-1]]>逆向傅利叶转换模块210接着会对决策频域信号{X′k}执行逆向傅利叶转换，以产生一决策时域信号{x′n}。此时，重建模块216便依据决策时域信号{X′n}及等化时域信号{z′n}来激活一重建程序，而重建模块216所执行的重建程序如下所述rn=xn′,|xn′|>A′zn′,|xn′|≤A′0≤n≤N-1]]>方程式(3)于方程式(3)中，A’是一预设数值，由于接收器200并不知道发射器所用的截波阀值，所以A’是只能是一猜测的数值，n为时间点编号。由以上方程序(3)可知，重建程序运作的机制为对一时间点n，若决策时域信号x′n的绝对值大于预设数值A’，即以决策时域信号x′n来产生一重建的时域信号{rn}；另一方面，若决策时域信号x′n的绝对值小于等于预设数值A’，即以原本的等化时域信号z′n来作为上述重建的时域信号rn。最后，傅利叶转换模块214便会将该重建的时域信号{rn}执行傅利叶转换来得到一重建的频域信号{Rk}，之后决策模块212会依据重建的频域信号{Rk}做决策(原本依据频域信号{Zk})，以得到更准确的决策频域信号{X′k}，通过上述步骤的重复执行，接收器200便可利用决策重建的机制来降低决策模块212的决策错误率。如上所述，决策重建算法在处理过程中需要利用发射器的截波阀值A以便正确地执行，然而，对于公知正交分频多任务接收器来说，其并无法得知发射器的截波阀值A，因此公知正交分频多任务接收器是使用某一默认值A’来作为发射器的截波阀值，明显地，该默认值为一猜测值，其根本无法完全符合实际需求，因此会造成公知决策重建机制的效能不佳。
发明内容本发明的主要目的之一在于提供一种于正交分频多任务接收器中估计发射器所使用的截波参数(截波阀值或截波比率)的装置及方法。依据本发明权利要求范围，其揭露一种用于一正交分频多任务接收器中估计一发射器的截波参数的装置。该装置包含有一截波噪声检测模块、一除法模块、以及一运算模块。截波噪声检测模块用来依据正交分频多任务频域信号相对应于一子载波的一子载波信号与一决策频域信号的相减结果，得一相对应于子载波的一截波噪声；除法模块用来将正交分频多任务频域信号相对应于子载波的截波噪声的一功率值与决策频域信号的一功率值相除，得一相对应于子载波的一特征值；运算模块用来依据一平均特征值，得出一截波参数，其中平均特征值为至少一子载波的特征值间的平均值。此外，依据本发明权利要求范围，其另揭露一种用于一正交分频多任务接收器中估计一发射器的截波参数的方法。该方法包含有依据相对应于一子载波的一子载波信号与一决策频域信号的相减结果，得一相对应于子载波的一截波噪声；将相对应于子载波的截波噪声的一功率值与决策频域信号的一功率值相除，得一相对应于子载波的一特征值；以及依据一平均特征值，得出一截波参数，其中平均特征值为至少一子载波的特征值间的平均值。本发明于接收器上估计发射器的截波参数的装置与方法是先计算截波噪声的功率与子载波信号的功率之间的比值，然后再依据特定函数关系而执行数值运算来获得所要的截波参数。此外，本发明估计截波参数的装置与方法另可依据特定函数关系来建立一对照表，并于计算出截波噪声的功率与子载波信号的功率之间的比值后，以查表方式来快速地获得所要的截波参数。由于本发明估计截波参数的装置与方法可动态地检测发射器所采用的截波参数，因此接收器可应用本发明估计截波参数的装置与方法所提供的正确截波参数来执行相关机制(例如决策重建)以达到降低截波噪声的影响的目的。图1为公知发射器的示意图。图2为公知接收器的示意图。图3为本发明截波参数估计装置应用于一正交分频多任务接收器的示意图。图4为图3所示的截波参数估计装置的一实施例的功能方块图。100发射器102信号映像模块104、208、210、508、510逆向快速傅利叶转换模块106截波模块108数字/模拟转换器110功率放大器112、202、502天线200、500正交分频多任务接收器204、504循环前辍移除暨快速傅利叶转换模块205、505信道估计模块206、506频率等化模块212、512决策模块214、514傅利叶转换模块216、516重建模块560截波参数估计装置562截波噪声检测模块564除法模块566运算模块具体实施方式请参阅图3，图3为本发明截波参数估计装置560应用于一正交分频多任务接收器500的示意图。除了截波参数估计装置560以外，正交分频多任务接收器500另包含有一天线502、一循环前辍移除暨快速傅利叶转换(CPremoval/FFT)装置504、一信道估计模块505、一频率等化模块506、多个逆向傅利叶转换模块508、510、一决策模块512、一傅利叶转换模块514以及一重建模块516。天线502是用来接收一正交分频多任务时域信号(例如图1所示的发射器100最后输出的截波正交分频多任务时域信号)。循环前辍移除暨快速傅利叶转换装置504会先移除正交分频多任务时域信号中正交分频多任务符元的循环前辍成份，然后再进行快速傅利叶转换运算以产生一正交分频多任务频域信号{Zk}，其中正交分频多任务频域信号{Zk}是由多个子载波信号Zk所组成，k＝0，1，2，...，N-1。信道估计模块505依据正交分频多任务频域信号{Zk}来估计一信道响应{Hk}，频率等化模块506并进一步依据估计出的信道响应{Hk}与正交分频多任务频域信号{Zk}来输出一等化频域信号{Z′k}，而决策模块512便依据信道响应{Hk}与分频多任务频域信号{Zk}来产生一决策频域信号{X′k}，此外，截波参数估计装置560是依据正交分频多任务频域信号{Zk}计算出一截波参数Pcp。最后，重建模块516便依据决策频域信号{X′k}经过逆向傅利叶转换模块510产生的一决策时域信号{x′n}、等化频域信号{Z′k}经过逆向傅利叶转换模块508产生的一等化时域信号{z′n}、以及截波参数Pcp来产生一重建的时域信号{rn}，依据图2所示的公知正交分频多任务接收器200中决策重建机制的操作可知，图3所示的决策模块512会不断地依据信道响应{Hk}、正交分频多任务频域信号{Zk}以及重建的时域信号{rn}经过傅利叶转换模块514产生的一重建的频域信号{Rk}来调整决策频域信号{X′k}，以降低截波噪声对决策频域信号{X′k}的影响。请注意，于正交分频多任务接收器500中，截波参数估计装置560以外的组件均为业界公知的电路，因此其相关电路架构与操作原理不另赘述。本发明截波参数估计装置560可于正交分频多任务接收器500中检测一正交分频多任务发射器目前所使用的截波参数Pcp，例如截波阀值(clippingthreshold)或截波比率(clippingratio)。因此，相较于前案图2中重建模块216应用一固定值来作为截波阀值，依据本发明经由截波参数估计装置560的辅助，重建模块516便可具有较佳的效能。请参阅图4，图4为图3所示的截波参数估计装置560的一实施例的功能方块图。截波参数估计装置560包含有一截波噪声检测模块562、一除法模块564以及一运算模块566。本实施例中，截波噪声检测模块562是用来处理对应多个传送已知资料的子载波信号{Z′p，p∈I}，其中I是这些传送已知资料的子载波信号的标号集合，也就是I为{0，1，2，...，N-1}的子集合，{Z′p，p∈I}为{Z’k，k＝0，1，2，...，N-1}的子集合。本最佳实施例中，截波参数估计装置560是应用于正交分频多任务通讯系统，所以上述子载波信号{Z’p}为正交分频多任务通讯系统中的引导信号(pilotsignal)，例如ScatteredPilot、ContinualPilot或TPSpilot。由于子载波信号{Z’p}是传送已知资料，因此截波参数估计装置560便可根据子载波信号{Z’p}与相对应的决策频域信号，其为已知资料，记为{Xp}之间的差量来计算出所接收到的截波噪声{Z’p-Xp}。除法模块564会将所接收到的截波噪声{Z’p-Xp}的相对应功率值{E(|Z’p-Xp|2)}与决策频域信号{Xp}的相对应功率值{E(|Xp|2)}相除以产生特征值{Cp}。最后，运算模块566便将特征值{Cp}取平均以得到一平均特征值V，请注意，平均特征值V为至少一特征值的平均值。接着，依据平均特征值V来算出所要的截波参数Pcp。截波参数估计装置560的操作原理说明如下。若不考虑信道噪声的影响，则一正交分频多任务发射器对第k个子载波信号Xk执行截波处理后所输出子载波信号Yk可表示为Yk＝α·Xk+Dk，k＝0，1，2，...，N-1方程式(4)其中，Dk为第k个子载波信号Xk所遭受到的截波噪声。于方程式(4)中，α为与截波处理有关的参数，依据公知理论，参数α与截波比率具有如下的关系α=1-e-χ2+πχ2erfc(χ)]]>其中，erfc(·)为一余误差函数。经由方程式(4)可以得知子载波信号Yk的功率PYk为PYk=α2·PXk+PDk,k=0,1,2,...,N-1]]>方程式(5)所以，经过传输信道后，正交分频多任务接收器500而言，经过天线502、循环前辍移除暨快速傅利叶转换装置504的处理后，其所接收到的正交分频多任务频域信号{Zk}是由多个子载波信号Zk所组成，子载波信号Zk为Zk＝Hk·Yk＝Hk(α·Xk+Dk)，k＝0，1，2，...，N-1方程式(6)经过等化后得到，Zk′=Zkα·Hk=Xk+Dkα,k=0,1,2,...,N-1]]>方程式(7)于方程式(7)中，{Hk}为对应所有子载波信号的信道响应。此外，经由方程式(7)可以得知子载波信号Z’k的功率PZ′k为PZk′=E(|Zk′|2)=PXk+PDkα2]]>方程式(8)于方程式(8)中，PXk=E(|Xk|2)]]>为子载波信号Xk的功率，而PDk=E(|Dk|2)]]>为第k个子载波所遭受的截波噪声Dk的功率。此外，截波处理前的功率PXk与截波处理后的功率PYk=E(|Yk|2)]]>之间具有如下公知关系PYk=(1-e-γ2)PXk,k=0,1,2,···,N-1]]>方程式(9)经由方程式(5)、(9)可求出所接收到的截波噪声{Z’k-Xk}的功率与子载波信号{Xk}的功率之间的比值(即为特征值Ck)为Ck=E(|Zk′-Xk|2)E(|Xk|2)=PZk′-PXkPXk=1-e-γ2-α2α2]]>方程式(10)本发明截波参数估计装置560所输出的截波参数Pcp可为截波比率或截波阀值，依截波参数估计装置560的正交分频多任务接收器的设计需求而定，以图3所示的正交分频多任务接收器500为例，由于其是应用决策重建机制，因此，截波参数估计装置560所输出的截波参数Pcp即为截波阀值，以供重建模块516使用。若一正交分频多任务接收器需要使用截波比率γ，则运算模块566中平均特征值V和截波比率γ的函数关系为V=1-e-γ2-(1-e-γ2+πγ2erfc(γ))2]]>方程式(11)为了提升截波参数估计装置560的操作效能，可依据方程式(11)所定义的函数关系于截波参数估计装置560预先设置一对照表(look-uptable)，因此，便可经由平均特征值V与该对照表来快速地找出所要的截波比率γ。若一正交分频多任务接收器需要使用截波阀值A，则运算模块566中平均特征值V和截波阀值A的函数关系为V=1-e-(APavg)2-(1-e-(APs)2+π(APavg)2erfc(APavg))2]]>方程式(12)同样地，为了提升截波参数估计装置560的操作效能，可依据方程式(12)所定义的函数关系于截波参数估计装置560预先设置一对照表，因此，便可经由平均特征值V与该对照表来快速地找出所要的截波阀值A。请注意，上述实施例中，截波参数估计装置560是应用引导信号来计算截波参数以取得最佳效能，然而子载波信号{Z′p，p∈I}并未限制为引导信号才可，亦即，若子载波信号{Z’p}中一子载波信号Z’p非传送已知资料，则截波参数估计装置560于计算相对应的所接收到的截波噪声时，其所使用的决策频域信号X′p为子载波信号Z’p经由一决策过程所产生，例如，图3所示的决策模块512对子载波信号Z’p执行决策所产生的信号会传递至截波参数估计装置560。相较于公知技术，本发明于接收器上估计发射器的截波参数的装置与方法是先计算截波噪声的功率与子载波信号的功率之间的比值，然后再依据特定函数关系而执行数值运算来获得所要的截波参数。此外，本发明估计截波参数的装置与方法另可依据特定函数关系来建立一对照表，并于计算出截波噪声的功率与子载波信号的功率之间的比值后，以查表方式来快速地获得所要的截波参数。由于本发明估计截波参数的装置与方法可实时地检测发射器所采用的截波参数，因此接收器可应用本发明估计截波参数的装置与方法所提供的正确截波参数来执行相关机制(例如决策重建)以达到降低截波噪声的影响的目的。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。权利要求1.一种估计正交分频多任务系统的截波参数的方法，应用于一正交分频多任务接收器，其中该接收器接收一正交分频多任务时域信号，该正交分频多任务时域信号经转换可得一正交分频多任务频域信号，并且该正交分频多任务频域信号是由多个子载波信号所组成，其特征在于，该方法包含有(a)依据相对应于一子载波的一子载波信号与一决策频域信号的相减结果，得一相对应于子载波的一截波噪声；(b)将相对应于子载波的截波噪声的一功率值与决策频域信号的一功率值相除，得一相对应于子载波的一特征值；以及(c)依据一平均特征值，得出一截波参数，其中该平均特征值为至少一子载波的特征值间的平均值。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的相对于子载波的决策频域信号为一已知值。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的相对于子载波的决策频域信号的判断是依据子载波信号。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的截波参数为一截波比率，该截波比率是依据平均特征值与截波比率的一预定的函数关系求得。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的截波比率是依据平均特征值经查表方式求得。6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的步骤(c)中，平均特征值V与截波比率γ的函数关系为V=1-e-γ2-(1-e-γ2+πγ2erfc(γ))2]]>其中，erfc(·)为一余误差函数。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的截波参数为一截波阀值。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的截波阀值是依据平均特征值经查表方式求得。9.一种估计正交分频多任务系统的截波参数的装置，应用于一正交分频多任务接收器，其中该接收器接收一正交分频多任务时域信号，该正交分频多任务时域信号经转换可得一正交分频多任务频域信号，并且该正交分频多任务频域信号是由多个子载波信号所组成，其特征在于，该装置包含有一截波噪声检测模块，用来依据相对应于一子载波的一子载波信号与一决策频域信号的相减结果，得一相对应于子载波的一截波噪声；一除法模块，耦接于截波噪声检测模块，用来将相对应于子载波的截波噪声的一功率值与决策频域信号的一功率值相除，得一相对应于子载波的一特征值；以及一运算模块，耦接于除法模块，用来依据一平均特征值，得出一截波参数，其中平均特征值为至少一子载波的特征值间的平均值。10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的相对于子载波的决策频域信号为一已知值。11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的相对于子载波的决策频域信号的判断是依据子载波信号。12.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的截波参数为一截波比率，该截波比率是依据平均特征值与截波比率的一预定的函数关系求得。13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述的截波比率是依据平均特征值经查表方式求得。14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述的平均特征值V与截波比率γ的函数关系为V=1-e-γ2-(1-e-γ2+πγ2erfc(γ))2]]>其中，erfc(·)为一余误差函数。15.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的截波参数为一截波阀值。16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述的截波阀值是依据平均特征值经查表方式求得。全文摘要一种估计正交分频多任务系统的截波参数的装置与方法，其是应用于一正交分频多任务接收器。该装置包含有一截波噪声检测模块，用来计算一接收截波噪声；一除法模块，耦接于截波噪声检测模块，用来计算一特征值；以及一运算模块，耦接于除法模块，用来产生截波参数。文档编号H04L25/02GK1832465SQ20051005340公开日2006年9月13日申请日期2005年3月7日优先权日2005年3月7日发明者吴文榕,林钧陶申请人:联发科技股份有限公司