在ofdm系统中传输有效载荷数据的发射机和方法以及接收有效载荷数据的接收机和方法
【技术领域】
[0001] 本公开内容涉及使用正交频分多路复用（OFDM)符号传输有效载荷数据的发射机 和方法。
【背景技术】
[0002] 存在许多其中数据使用正交频分复用（OFDM)通信的无线电通信系统的示例。已 经布置为根据数字视频广播（DVB)标准操作的系统例如使用OFDM。OFDM通常可以被描述 为提供同时调制的K个窄频带子载波（其中K是整数），每个子载波通信调制的数据符号， 诸如正交幅度调制（QAM)符号或正交相移键控（QPSK)符号。子载波的调制形成在频域中 并且被变换成传输的时域。因为数据符号在子载波上并行通信，所以相同的调制符号可以 在每个子载波上通信延长周期，该延长周期可以长于无线电信道的相干时间。子载波同时 并行调制，使得调制载波组合形成OFDM符号。因此，OFDM符号包括均已使用不同的调制符 号同时调制的多个子载波。在传输期间，通过OFDM符号的循环前缀填充的保护间隔在每个 OFDM符号之前。当存在时，保护间隔将尺寸定为吸收传输的信号的可以由多径传播或者从 不同的地理位置传输相同的信号的其他发射机而引起的任何回波。
[0003] 如上所指出，OFDM符号中的窄带载波K的数量可以根据通信系统的操作要求变 化。保护间隔表示总开销因此为了增加频谱效率可以最小化为OFDM符号持续时间的部分。 对于给定的保护间隔部分，通过增加子载波的数量K可以改进处理增加的多径传播同时保 持给定的频谱效率的能力从而增加 OFDM符号的持续时间。然而，在与恢复使用更少量的子 载波传输的数据相比，接收机可能更难以恢复使用大量的子载波传输的数据意义上，可能 存在稳定性的减小，因为对于固定的传输带宽，增加子载波K的数量还意味着减小每个子 载波的带宽。子载波之间的分隔的减小可以使来自子载波的数据的解调更加困难，例如，在 存在多普勒频移的情况下。就是说虽然更大量的子载波（高阶操作模式）可以提供更大的 频谱效率，对于一些传播条件，通信数据的目标误码率可能需要达到比较少数量的子载波 需要的更高的信噪比。
【发明内容】
[0004] 根据本公开内容的一方面，提供用于使用正交频分多路复用（OFDM)符号传输有 效载荷数据的发射机。发射机包括帧构造器，被配置为接收将要传输的有效载荷数据并在 接收机处接收用于检测和恢复有效载荷数据的信令数据，并且将有效载荷数据和信令数据 形成用于传输的帧。每个帧一部分包括信令数据和另一部分包括有效载荷数据。调制器被 配置为使用用于每个帧的信令数据调制第一 OFDM符号并且使用有效载荷数据调制一个或 多个第二OFDM符号，组合器将第一 OFDM符号与特征序列组合以及传输单元传输第一 OFDM 符号和第二OFDM符号。因此，本技术的实施方式布置为携带信令数据的第一 OFDM符号在 传输之前与特征序列组合。特征序列被配置为允许在接收机处的帧的第一符号的检测并以 比有效载荷数据需要的信噪比更低的信噪比解码信令数据。
[0005] 本公开内容的实施方式可以提供发射机，发射机被布置为使用正交频分复用 (OFDM)符号传输有效载荷数据。发射机包括帧构造器，帧构造器适用于接收将要传输的有 效载荷数据并在接收机处接收用于检测和恢复将要传输的数据的信令数据。帧构造器被配 置为使有效载荷数据和信令数据形成用于传输的帧。调制器被配置为在OFDM符号上调制 有效载荷数据和信令数据，以及传输单元被布置为传输OFDM符号。信令数据被形成为帧 并使用第一 OFDM符号传输并且有效载荷数据形成为一个或多个其他帧并且根据针对用于 OFDM符号的子载波的数量的传输参数，诸如编编码率、调制方案和操作模式使用一个或多 个第二类型OFDM符号传输。用于第二类型OFDM符号的传输参数可以包括在信令数据中。 因此，通过接收机可以首先检测信令数据以恢复有效载荷数据。为了促进第一 OFDM符号的 检测，在挑战性的接收环境中携带信令数据，第一 OFDM符号在传输之前与特征序列组合为 了可以由接收机使用以识别帧内的第一 OFDM符号。
[0006] 本公开内容的实施方式可以提供布置，其中，特征序列与携带例如，信令数据的 OFDM符号组合使得存在接收机能够检测携带信令数据的OFDM符号的改进的似然度。携带 信令数据的OFDM符号将被称为信令OFDM符号并且在一个示例中可以形成传输帧的前导码 部分，在传输帧中，使用其他OFDM符号传输有效载荷数据。
[0007] 根据本公开内容的实施方式获得应用的布置，存在在传输帧中提供"前导码"0FDM 符号的需要，"前导码"〇FDM符号携带信令参数以指示，例如，用于编码并在带有数据的OFDM 符号上调制有效载荷数据的至少一些通信参数，借此，在第一（前导码）OFDM符号内检测信 令数据之后，接收机可以恢复传输参数以从带有数据的OFDM符号检测有效载荷数据。
[0008] 在以下描述中，第一 OFDM符号可以是前导码OFDM符号或者形成为传输帧中的一 个的一部分并且因此可以称为前导码OFDM符号并且因为其被布置为携带信令数据，其可 以称为信令OFDM符号。
[0009] 根据一个实施方式，用于携带信令数据的OFDM符号的子载波的数量可以不同于 用于携带有效载荷数据的OFDM符号的子载波的数量。例如，为了提高恢复信令数据的似然 度，使其在更加挑战性的无线电环境中更稳定地检测，子载波的数量可以小于用于携带有 效载荷数据的OFDM符号。例如，可以要求带有有效载荷数据的OFDM符号具有高的频谱效 率并且因此例如，子载波的数量可以是16k(16384)或者32k(32768)，然而为了提高接收机 可以从信令OFDM符号恢复信令数据的似然度，用于第一信令OFDM符号的子载波的数量可 以是较低的数量，例如，4k(4096)或者8k(8192)。
[0010] 所附权利要求中限定了本公开内容的各个进一步方面和特征。
【附图说明】
[0011] 现将参考附图仅通过示例的方式描述本公开内容的实施方式，附图中相似的部件 设置有相应的参考标号，其中：
[0012] 图1是示出了广播传输网络布置的示意图；
[0013] 图2是示出了用于经由图1的传输网络传输广播数据的示例性传输链的示意性框 图；
[0014] 图3是在包括保护间隔的时域中的OFDM符号的示意图；
[0015] 图4是通过使用OFDM的图1的广播传输网络用于接收数据广播的的典型的接收 机的示意框；
[0016] 图5是用于传输包括有效载荷数据和信令数据的广播数据的传输帧的示意图；
[0017] 图6是示出根据一个实施方式的经由信令或者前导码OFDM符号用于传输信令数 据的发射机的框图；
[0018] 图7是根据一个实施方式的特征序列发生器的示意性框图；
[0019] 图8是在存在二分之一和四分之一编码率的加性高斯白噪声的情况下的相对于 信噪比的误码率的图表；
[0020] 图9是相对于来自根据图8的结果提供可接受性能的调制信令数据的功率的特征 序列回退功率的误码率的图表；
[0021] 图IOa是具有与生成用于单频传输网络的期望的信道延迟扩展匹配的保护间隔 的OFDM符号的示意性表示；图IOb是每个OFDM符号具有不同数量的子载波的OFDM符号的 示意性表示，其中，保护间隔选择作为相关的OFDM符号持续时间的固定部分；以及图IOc是 OFDM符号的示意性表示，其中，每个带有有效载荷数据的OFDM符号具有不同数量的子载波 和不同数量的子载波用于信令OFDM符号，保护间隔选择为具有与有效载荷和信令OFDM符 号匹配的持续时间。
[0022] 图Ila是根据本技术用于从信令OFDM符号检测和恢复信令数据的接收机的示意 性框图，图Ilb是组成图Ila的部分的频率同步检测器的示意性框图，图Ilc是组成图Ilb 的部分的前导码保护间隔相关器的示意性框图，图Ild是组成图Ila的接收机的部分的粗 略频率偏移同步检测器的又一示例的说明性示意性框图，以及图lie是组成图Ild的部分 的差分编码器的说明性示意性框图；
[0023] 图12是组成在图Ila中示出的接收机的部分的前导码检测和解码处理器的一个 示例的示意性框图，前导码检测和解码处理器检测并去除频域中的特征序列；
[0024] 图13是组成在图Ila中示出的接收机的部分的前导码检测和解码处理器的一个 示例的示意性框图，前导码检测和解码处理器检测并去除时域中的特征序列；
[0025] 图14是组成在图13中示出的前导码检测和解码处理器的部分的特征序列去除器 的示例的示意性框图；
[0026] 图15a是与在图7中示出示例性发生器的特征序列匹配的匹配滤波器的示意性框 图，和图15b是组成在图14中示出的接收机的部分的特征序列去除器的示意性框图；
[0027] 图16a是形成在匹配滤波器的输出处的信号的图解表示；图16b是在图16b中示 出的图解表示的放大图，示出了信道脉冲响应的分量；
[0028] 图17是示出了用于检测图Ila的接收机中的粗略频率偏移的电路的示意性框 图；
[0029] 图18是在图17中示出的对于频率偏移-88/Tu的电路的相关输出的图解曲线图；
[0030] 图19提供在具有和不具有添加至二分之一和四分之一编码率的信令OFDM符号的 特征序列的情况下，相对于不同的编码率的信噪比的误码率的图表。
[0031] 图20a和图20b提供针对OdB回波信道的信噪比的误码率的图表，其中，如在图 20c中示出的两个路径各自具有理想的和实际的信道估计。
【具体实施方式】
[0032] 本公开内容的实施方式可以布置为形成用于传输表示包括视频数据和音频数据 的数据的信号的传输网络使得传输网络可以，例如，形成用于将电视信号传输至电视接收 设备的广播网络。在一些示例中，用于接收电视信号的音频/视频的设备可以是其中电视 信号在移动中被接收的移动设备。在其他示例中，可以通过传统的电视接收机接收音频/ 视频数据，该传统的电视接收机可以是固定的并且可以连接至固定天线或者天线。
[0033] 电视接收机可以或者可以不包括用于电视图像的综合显示器并且可以是包括多 个调谐器和解调器的记录设备。一条或多条天线可以嵌入电视接收机设备。连接的或者嵌 入的一条或多条天线可以用于促进不同信号以及电视信号的接收。因此，本公开内容的实 施方式被配置为促进在不同的环境中表示对不同类型的设备的电视节目的音频/视频数 据的接收。
[0034] 如将理解的，在移动的同时使用移动设备接收电视信号可能更加困难，因为无线 电接收条件可能与其输入来自固定天线的传统的电视接收机的那些明显不同。
[0035] 在图1中示出电视广播系统的示例性示图。在图1中，示出广播电视基站1连接 至广播发射机2。广播发射机2在通过广播网络提供的覆盖范围内传输来自基站1的信号。 在图1中示出的电视广播网络作为所谓的单频网络操作，在单频网络中，各个电视广播基 站1传输同时运载音频/视频数据的无线电信号使得这些可以在通过广播网络提供的覆盖 范围内通过电视接收机4以及移动设备6接收。对于在图1中示出的示例，通过广播基站 1传输的信号使用正交频分复用（OFDM)传输，正交频分复用可以提供传输来自各个广播站 2的相同的信号的布置，电视接收机可以使相同的信号组合，即使这些信号从不同的基站1 传输。提供广播基站1的间隔使得通过不同的广播基站1传输的信号之间的传播时间小于 或者基本上不超过在各个OFDM符号的传输之前的保护间隔，然后接收机设备4、6可以使从 不同广播基站1传输的信号组合的方式接收OFDM符号并且从OFDM符号恢复数据。用于以 这种方式采用OFDM的广播网络的标准的示例包括DVB-T、DVB-T2和ISDB-T。
[0036] 在图2中示出用于传输来自音频/视频源的数据的组成电视广播基站1的部分的 发射机的示例性框图。在图2中，音频/视频源20生成表现电视节目的音频/视频数据。 使用通过编码/交织器框22编码的前向纠错对音频/视频数据进行编码，编码/交织器框 22生成前向纠错编码的数据，生成的前向纠错编码的数据然后被馈送至将编码的数据映射 在用于调制OFDM符号的调制符号上的调制单元24。，通过物理层信令单元30生成提供用于 指示如编码和音频/视频数据的调制的格式的物理层信令的单独下臂描述的信令数据，并 且物理层信令数据被编码单元32编码之后如同音频/视频数据一样然后通过调制单元24 被调制。
[0037] 帧构造器26被布置为使使用物理层数据传输的数据形成为帧用于传输。帧包括 具有其中传输物理层信令的前导码的时间划分段和传输通过音频/视频源20生成的音频/ 视频数据的一个或多个数据传输段。符号交织器34可以使形成为符号用于传输的数据在 通过OFDM符号构造器36和OFDM调制器38调制之前交织。OFDM符号构造器36接收通过 导频和嵌入的数据发生器40生成的导频信号并馈送至OFDM符号构造器36用于传输。OFDM 调制器38的输出被传送至插入保护间隔的保护插入单元42并且生成的信号在通过天线48 传输之前被馈送至数字模拟转换器44然后至RF前端46。
[0038] 如同常规布置一样，OFDM被布置为在频域中生成符号，其中，将要传输的数据符号 映射在子载波上，然后使用傅里叶逆变换将子载波转换为时域。因此，在频域中形成将要传 输的数据并且使数据在时域中传输。如在图3中所示，每个时域符号生成有持续时间Tu的 有用部分和持续时间Tg的保护间隔。保护间隔通过复制时域中的符号的有用部分的一部 分生成。通过使突发脉冲的有用部分与保护间隔相关，可以使接收机布置为检测OFDM符号 Tu的有用部分，然后从OFDM符号Tu的有用部分中，通过触发快速傅里叶变换以将时域符号 采样转换为频