专利名称：Ofdm接收的制作方法
技术领域：
本发明涉及正交频分复用(OFDM)接收机、OFDM接收机的跟踪回路以及OFDM接收方法。
背景技术：
正交频分复用(OFDM)是当今在现代通信系统中最广泛使用的技术。OFDM不仅提 供宽带高效的信息传输方式，而且在无线通信的多路衰减方面也非常有效。在OFDM中通过 以下方式来实现这一点将主数据流分成低速率并行流，每个并行流占用其自己的子信道 带宽而不干扰其他并行流；以及插入保护间隔以吸收任何信道频散。OFDM在以下方面也已 经非常有吸引力提供为其子载波选择数字调制技术的灵活性，以在给定信道条件下实现 功率_带宽权衡，从而允许自适应调制。由于上述特征，OFDM也同样可以应用在窄带无线系统中，如，世界数字广播 (DRM)、数字音频广播(DAB)和诸如WiMax、地面数字视频广播(DVB-T)。在广播系统中，OFDM 提供了单频网络(SFN)的关键优点，从而节约大量带宽。OFDM的性能对载波频率和采样时钟偏移非常敏感，非常依赖于同步算法的可靠性 和质量。因此，希望将这些同步算法开发为具有最优性能。为了同步和均衡，DRM系统提供了参考导频载波(或单元，如在其标准中称作的)。 图1示出了导频鲁棒性模型B的导频单元和数据单元的分布。增益参考单元散布在连续的 不同频率位置(图中具有黑点的对角线)。散布的参考导频用于信道估计，而频率参考导频 可以用于频率同步。如从图1可以看到的这些频率导频在频域具有固定位置(图中具有黑 点的列)，它们的位置与鲁棒性模型和信道带宽无关。这些导频还在增益方面有所提高(与 数据单元相比)，并且选择这些导频的相位以提供连续音调。OFDM系统中的频率偏移具有两个效果；首先，OFDM系统中的频率偏移使FFT解调 器输出处的数据符号衰减并旋转；其次，OFDM系统中的频率偏移破坏OFDM载波的正交性， 从而导致信道间干扰(ICI)。频率偏移引起的ICI所导致的SNR劣化已被研究并在图2中 被给出。可以看出，频率偏移需要小于载波间隔的1%，以便使劣化在25dB的输入SNR下小 于 0. 5dB。这种情况尤其在以消费者为主的应用中对于频率同步算法有非常严格的要求，其 中，载波频率和时钟频率可以不仅具有大的偏移，还由于更廉价的模拟前端而具有更大的 波动。M. Speth ^ Λ IS ^J "Optimum Receiver Design for Wireless Broad-Band Systems Using OFDM-Part 1/11”的文献.IEEE Trans. Com.，Vol. C0M-47 (11)，1668-1677， 1999 和 IEEE Trans. Com.，Vol. COM-49 (4)，571-578，2001 中已经描述了 OFDM 系统的频率 同步。Speth等人针对OFDM系统的频率同步而研究的算法属于预FFT类别和后FFT类别。 预FFT算法用于粗略估计。后FFT算法用于精细跟踪。预FFT算法是时域的并且基于周期 前缀，而后FFT算法在频域。基于时域保护间隔的算法的性能一般并不足够。为此，这些算法仅用于粗略估计。预FFT同步和后FFT同步之间的切换基于某种形式的统计信息，所述 统计信息可能由于偶尔的错误切换判定而导致突发错误。如果信道变化和RF前端相位噪声没有引起快速的频率变化，则这种布置是适用 的。通常，例如在固定无限访问中情况也是如此。然而，在具有廉价RF前端和较差移动性 的移动无线应用中，这种布置不允许补偿快速的频率变化(与RF振荡器的PPM和相位噪声 有关)。这是因为，如Speth等人提出的OFDM接收机结构中所示的，后FFT频率估计用在长 反馈回路中以实现补偿。V. Fisher^Ai 7th International OFDM-fforkshop (InOffo ‘ 02), Hamburg, 2002 公开的题为"Frequency Synchronization Strategy for a PC-based DRM Receiver，，的 文献中已经描述了使用导频，利用谱估计和校正技术来获取频率。然而，这些导频在预FFT 阶段尚未用于精细频率跟踪。在 U. Mengali 等人 的题为 Synchronization Techniques for Digital Receivers. Plenum Press,1997, pages 391-395 的书中以及 L. Erup 等人的题为 “Interpolation in Digital Modems-Part II:Implementation and Performance. IEEE Transaction on Communications, Vol. COM-41 (6)，998-1008· 1993” 的文献中已经描述了 单载波系统中的频率误差检测方法。可以根据信道中的中心信号强度与频段两侧的边带中 信号强度之差的乘积，来估计频段的频率误差。然而，这种类型的检测器尚未被推荐用于 OFDM信号的频率同步。除了需要具有最佳性能的同步算法以外，还希望同时需要最小的计算量以使便携 式应用的功率需求最小化。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有最佳性能同时具有最小计算量的同步过程。提供了一种方法，包括-对在连续时刻接收到的OFDM信号的输入采样进行采样；-计算时刻块处的输入采样的傅里叶变换；-使用块中时刻的连续的输入采样，在每一个新的输入采样处计算滑动傅里叶变 换，以提取导频音；-根据滑动傅里叶变换的结果来检测频率误差信号；-在频率同步反馈回路中反馈检测到的频率误差信号。传统上用于OFDM接收的块的傅里叶变换仅在已处理块中所有输入采样之后产生 傅里叶频率分量。可以使用DFT (数字傅里叶变换)或FFT (快速傅里叶变换)。滑动傅里 叶变换在每个新输入采样处产生的结果比连续地使用块中连续时刻的新输入采样的块的 傅里叶变换早。这使得可以以比块持续时间快的时标来估计快速频率估计。频率误差检测 结果用于使频率与用于快速频率跟踪的反馈回路同步。可以使用频率误差检测器，即，基于 来自滑动DFT的采样来估计输入OFDM信号的载波频率的任何变化。在实施例中，将采样与复正弦信号相乘以在块的傅里叶变换之前旋转数据信号。 可以使用通过近似而得到的实质上正弦信号。例如，可以使用泰勒级数近似。在反馈回路 中适配正弦信号以跟踪采样的频率变化。还可以通过使用滑动傅里叶变换的频率同步来同步采样时钟，以跟踪采样频率偏移。反馈回路可以用于控制重新采样器和采样时钟调节器。在OFDM信号中可以将滑动傅里叶变换调谐到导频音。例如可以使用DRM信号的 导频音。在实施例中，使用频率误差检测器，频率误差检测器计算针对中心频率“k”在连续 时刻“η”的滑动傅里叶变换与中心频率两侧频率的滑动傅里叶变换之差的乘积。在实施例 中，中心频率和中心频率两侧的频率可以位于频率“k/N”、“(k-l)/N”和“(k+l)/N”处，其 中，N是滑动傅里叶变换的窗尺寸。对于不同时刻“η”的该计算结果可以用于控制用于旋 转采样的实质上的复正弦信号。可以使用多组中心和相邻频率，每组针对不同的导频音。例如可以使用其中的两 组或三组。针对不同组的频率误差检测结果之和可以用于频率同步。这在频率选择性衰减 信道的情况下提高了性能。可以通过对输入采样连续应用梳状滤波器和谐振器来实现滑动傅里叶变换。使用 多个频率的滑动傅里叶变换时，单个梳状滤波器操作的输出可以用作所有频率的谐振器的 输入。在实施例中，梳状滤波器被配置为计算当前采样与延迟了多个采样周期N的采样之 差，其中N限定了滑动傅里叶变换滤波器的窗尺寸。这产生了在与窗口尺寸N成反比的基 频的整数倍处具有零值的频率响应函数。在实施例中，可以使用反馈回路来实现频率的谐 振器，其中，在对输出施加相移因子exp(j*2*pi*k*n/N)之后将谐振器的输出与输入信号 相加(这里，k/N是谐振频率，η是施加了因子的采样时刻的数目)。这产生了在相移因子 所限定的频率处具有极点的频率响应函数。使极点与梳状滤波器的零值之一一致，以产生 消除该零值的总频率响应。在实施例中，根据第一和第二频率极点的滑动傅里叶变换的抽取输出来估计采样 计时误差，通过将第一频率的滑动傅里叶变换的复共轭与第二频率的滑动傅里叶变换的复 共轭相乘来实现这一操作。可以计算乘积的反正切以根据乘积来确定相位值。在得到反正 切之前，可以求和以降低噪声的效应。在实施例中，反馈回路被配置为仅使用相隔M个采样 的所选抽取时刻的乘积，其中，M与第一频率和第二频率之差成反比。这样，不需要更复杂 的计算来补偿结果对频率的相依性。可以使用可编程计算机(例如，信号处理器)来实现计算，所述可编程计算机被编 程为执行所需的计算。可以以承载程序指令的计算机程序产品(例如，在半导体存储器、磁 盘或光盘上的调制数据信号)的形式来提供程序。同步技术的实施例简化了接收机架构，从而无需切换。仅一个算法就足够了。该 实施例的简化接收机结构显著减小了计算量(不需要同时运行两个不同的算法)，从而更 适于低功率便携式应用。
使用以下附图，通过描述示例实施例，本发明的这些和其他有利方面将变得显而 易见图1示出了 DRM(模型B)中的参考导频分布。图2示出了频率偏移和OFDM劣化。
图3示出了滑动DFT滤波器。
图4示出了 SDFT响应函数。
图5示出了频率检测器S曲线。图6示出了来自DRM系统的SDFT滤波器和FED。图7示出了 DRM AFC回路。图8示出了 SDFT AFC回路响应。图9示出了 OFDM接收机结构。图10示出了简化的接收机结构。图11示出了 DRM信号的STD S曲线。图12示出了 SDFT采样计时检测器。图13示出了采样时钟频率跟踪回路。图14示出了采样时钟频率跟踪回路响应。
具体实施例方式图9示出了现有技术的OFDM接收机结构，包括内部接收机和外部接收机。内部 接收机包括具有模数转换器的模拟前端、采样时钟调节器/抽取器、乘法器模块、信道滤波 器、预FFT估计器、保护去除器、FFT模块、后FFT估计器、信道均衡器、预-后开关以及相位 因子施加器。模拟前端经由采样时钟调节器/抽取器耦合至乘法器模块的第一输入。乘法 器模块的输出相继地经由信道滤波器、保护间隔去除器、FFT模块和信道均衡器耦合至外部 接收机。预FFT估计器和后FFT估计器的输入分别耦合至信道滤波器_保护去除器之间的 连接以及FFT模块-信道均衡器之间的连接。后FFT估计器的输出耦合至信道均衡器的控 制输入。预_后开关的输入耦合至预FFT估计器和后FFT估计器的输出，预-后开关的输 出耦合至采样时钟调节器/抽取器的控制输入和乘法器模块的第二输入，其中经由相位因 子施加器耦合至乘法器模块的第二输入。因此，实现了一阶和二阶回路。图10示出了简化的OFMD接收机结构，所述OFDM接收机结构包括内部接收机和外 部接收机。内部接收机包括具有模数转换器的模拟前端、采样时钟调节器/抽取器、乘法器 模块、保护去除器、FFT模块、信道均衡器、滑动数字傅里叶变换(SDFT)估计器、相位因子施 加器和信道估计器。模拟前端经由采样时钟调节器/抽取器耦合至乘法器模块的第一输 入。乘法器模块的输出相继地经由保护去除器、FFT模块和信道均衡器耦合至外部接收机。 FFT模块的输出耦合至信道均衡器的第一输入。信道估计器的输入耦合至FFT模块的输出， 信道估计器的输出耦合至信道均衡器的第二输入。SDFT估计器的输入耦合至乘法器模块的 输出，SDFT估计器的输出耦合至采样时钟调节器/抽取器的控制输入和乘法器模块的第二 输入，其中经由相位因子施加器耦合至乘法器模块的第二输入。因此，创建了一阶和二阶回 路，以控制采样时钟频率和采样计时。在操作中，模拟前端将接收到的模拟信号转换成数字信号。采样时钟调节器/抽 取器对信号进行采样，或可选地对信号进行重新采样和/或抽取采样，从而选择最优采样 时刻处的采样。乘法器模块将得到的采样与复相位矢量相乘。保护去除器将FFT窗置于保 护间隔内。FFT模块在连续的FFT窗中对输入OFDM信号进行解调。信道均衡器对变换后的 信号中的信道幅度/相位变化进行均衡。SDFT估计器用于对来自乘法器模块的信号中的导频音进行跟踪。使用滑动傅里叶 变换滤波器算法(即，根据所选频率的先前变换值以及输入时域信号值，递归地计算所选频率的变换值的滤波器)来提取导频信号。该算法高效地提取导频。SDFT估计器在每个新 的输入采样处在所选频率下提供输入信号的频率分量。这与FFT不同，FFT计算采样块的 频率分量。SDFT估计器使用滑动傅里叶变换滤波器算法的结果来检测频率误差，并使用检测 到的频率误差来计算由乘法器模块施加到输入信号的相位因子。此外，SDFT估计器控制采 样时钟调节器/抽取器，以跟踪采样时钟频率变化。以示例的方式，将描述对世界数字广播(DRM)的应用，然而该算法可以用在具有 导频符号的任何正交频分复用(OFDM)无线系统中。世界数字广播(DRM)是30MHz以下的HF频带的数字广播标准。该DRM是带宽最 高达到20KHz的窄带系统，以替换已有的AM模拟传输。DRM系统支持高达72Kbit/s的高数 据速率，以提供语音和数据流。较高的数据速率将在HF频带中提供近FM质量声，HF频带 由于其衰减和多路效应而臭名昭著。DRM提供多种鲁棒性模型，以对抗HF频谱内不同频带 的无线电波传播条件。表1中概括了 DRM OFDM参数。表IDRM系统参数
权利要求
一种对接收到的OFDM信号进行解调的方法，所述方法包括对在连续时刻接收到的OFDM信号的输入采样进行采样；计算时刻块处的输入采样的傅里叶变换；使用块中时刻处的连续的输入采样，在每一个新的输入采样处计算滑动傅里叶变换，以提取导频音；根据滑动傅里叶变换的结果来检测频率误差信号；在频率同步反馈回路中反馈检测到的频率误差信号。
2.根据权利要求1所述的方法，包括针对第一频率、第二频率和第三频率从输入采样 计算滑动傅里叶变换，第一频率位于第二频率和第三频率之间，所述检测包括计算第一频 率的滑动傅里叶变换与第二频率和第三频率的滑动傅里叶变换之差的乘积。
3.根据权利要求1所述的方法，包括针对多组频率从输入采样计算滑动傅里叶变换， 每组包括中心频率以及中心频率两侧的频率，所述检测包括针对每个相应的组计算组中中 心频率的滑动傅里叶变换与组中中心频率两侧频率的滑动傅里叶变换之差的乘积；对各个 组的乘积求和；以及在反馈回路中使用求和结果。
4.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的方法，其中，在使用输入采样来计算 块中时刻的采样的傅里叶变换和滑动傅里叶变换信号之前，将输入采样与实质上正弦相位 因子信号相乘；频率同步反馈回路用于通过调节实质上正弦相位因子信号来跟踪导频音。
5.根据前述权利要求中的任一项权利要求所述的方法，其中，频率同步反馈回路用于 跟踪采样时钟频率变化。
6.一种OFDM接收机，包括傅里叶变换模块，被配置为计算在连续时刻块接收到的OFDM信号的输入采样的傅里 叶变换；调谐到导频音的滑动傅里叶变换模块，被配置为使用所述块中时刻的输入采样在每个 新的输入采样处计算滑动傅里叶变换；频率误差检测器，具有与滑动傅里叶变换模块的输出耦合的输入；频率同步反馈回路，具有与频率误差检测器的输出耦合的输入。
7.根据权利要求6所述的OFDM接收机，其中，滑动傅里叶变换模块包括梳状滤波器和 谐振器滤波器，所述谐振器滤波器具有与梳状滤波器的输出耦合的输入。
8.根据权利要求6所述的OFDM接收机，其中，滑动傅里叶变换模块被配置为针对第一 频率、第二频率和第三频率计算滑动傅里叶变换，第一频率位于第二频率和第三频率之间， 频率误差检测器被配置为计算第一频率的滑动傅里叶变换与第二频率和第三频率的滑动 傅里叶变换之差的乘积。
9.根据权利要求6所述的OFDM接收机，其中，滑动傅里叶变换模块包括梳状滤波器和 分别在第一频率、第二频率和第三频率下谐振的第一谐振器滤波器、第二谐振器滤波器和 第三谐振器滤波器，每个谐振器滤波器具有与梳状滤波器的输出耦合的输入。
10.根据权利要求9所述的OFDM接收机，其中，第一谐振器、第二谐振器和第三谐振器 具有在梳状滤波器的连续零频率处的谐振频率。
11.根据权利要求6所述的OFDM接收机，其中，滑动傅里叶变换模块被配置为针对多组 频率从输入采样计算滑动傅里叶变换，每组包括中心频率以及中心频率连侧的频率，所述检测包括针对每个相应的组计算针对组中中心频率的滑动傅里叶变换与组中中心频率两 侧频率的滑动傅里叶变换之差的乘积，以及对各个组的乘积求和。
12.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的OFDM接收机，包括乘法器模块，被配 置为在输入采样被用于计算块中时刻的输入采样的傅里叶变换和滑动傅里叶变换信号之 前，将输入采样与实质上正弦相位因子信号相乘；频率同步反馈回路用于通过调节实质上 正弦相位因子信号来跟踪导频音。
13.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的OFDM接收机，其中，频率控制反馈回 路被配置为跟踪采样时钟频率变化。
14.根据前述权利要求中任一项权利要求所述的OFDM接收机，其中，滑动傅里叶变换 模块被配置为计算第一频率和第二频率的滑动傅里叶变换，频率误差检测器包括乘法器模 块，乘法器模块被配置为计算滑动傅里叶变换模块针对第一频率的每个输出与滑动傅里叶 变换模块针对第二频率的输出的复共轭的乘积，所述乘积用于控制对采样时钟频率变化的 足艮S宗。
15.一种计算机程序产品，包括用于可编程信号处理器的程序指令，所述程序指令在由 可编程信号处理器来执行时，使可编程信号处理器执行根据权利要求1所述的方法。
全文摘要
通过对连续时刻的OFDM信号进行采样并计算时刻块的采样的傅里叶变换来解调接收到的OFDM信号。此外，在每一个新的输入采样处计算滑动傅里叶变换来提取导频音。根据滑动傅里叶变换的结果，检测频率误差信号。在频率同步反馈回路中反馈该信号。频率同步反馈回路可以用于通过调节相位校正信号来跟踪导频音或跟踪采样时钟频率变化。
文档编号H04L27/26GK101997813SQ201010261018
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月23日 优先权日2009年8月24日
发明者贾米勒·艾哈迈德 申请人:Nxp股份有限公司