专利名称：地面广播数字视频接收器中产生通道状态信息的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种产生通道状态信息的方法及其装置，特别是有关于一种地面广播数字视频(DVB-T，Digital Video Broadcast Terrestrial)接收器中产生通道状态信息的方法及其装置。
背景技术：
于一使用正交分频多任务(OFDM，Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)调变系统的地面发射数字视频广播发射器及接收器中，通道状态信息(CSI，Channel State Information)是用以增加每一副载波的可靠度，以减少经通道译码后的位错误率(BER，Bit Error Rate)。相关业界也已为揭示此对频率选择性衰减通道及许多产生通道状态信息的方法具有相当重要性。一般而言，是以各副载波的通道频率响应信号值或信号噪声比值(SNR，Signal toNoise Ratio)为基础以定义此些通道状态信息。当影响通道的噪声为一加成性白高斯噪声(AWGN，Additive White Gaussian Noise)或于一静态通道时，前者能显现良好的效能。然而对于一实际上传输正交分频多任务信号的具有同频道干扰(Co-Channel Interference)的通道，其并未能发挥良好的效能。例如，某些已存在的模拟电视频道可能会与地面发射数字视频广播的通道混杂而产生同频道干扰。于此情况下，使用通道频率响应信号值便可能因此些对副载波的严重干扰，而形成不可靠的通道状态信息。而若使用暂存平均各副载波信号噪声比的通道状态信息产生方法则能解决此同频道干扰的问题。然而，此方法具有两个缺点，一、不精确的信号噪声比估测于加成性白高斯噪声环境中，会导致额外的效能降低。二、暂存平均的信号噪声比于一动态通道中，无法迅速地反应通道的变动。
请参阅图1，是绘示于地面发射数字视频广播系统中，包含散布性导波以及数据载波帧(Frame)的部分。地面发射数字视频广播系统的发射器依据调变方式例如二维相移键控(QPSK，Quadrature Phase Shift Keying)、十六符正交调幅(16-QAM，Quadrature Amplitude Modulation)、六十四符正交调幅(64-QAM)等，以产生同相(In-phase)部分及正交部分(Quadrature)数据信号。依据地面发射数字视频广播系统帧架构将对应至二元相移键控星座图(BPSKconstellation)的所述的导波信号及传输参数信令(TPS，TransmissionParameter Signalling)信号插入后，所有副载波的同相及正交部分信号将被变换为时域的正交分频多任务符元。每一符元均由若干有效载波所构成，且有效载波是依据运算模式而决定。即如图1所示8K模式具有6817个有效载波；4K模式具有3409个有效载波；2K模式则具有1705个有效载波。于该图所揭示以黑点表示散布性导波，白点表示数据载波，前述有关调变、有效载波数、以及运算模式等是遵守欧洲电信标准机构的规范。
请参阅图2，是揭示一现有使用每一副载波的通道频率响应信号值计算通道状态信息的方法，其中c(k)为通道频率响应信号值，k为代表各副载波的索引编号。该方法直接一平方通道频率响应信号值作为其对应的通道状态信息，以为随后的正交分频多任务符元的译码。该方法是根基于一所有副载波所包含噪声相等的假设，也即所有副载波包含的噪声具有相同的功率。因此，通过此计算方法，具有较大通道频率响应的副载波会得出较大的通道状态信息。然而，因频道重复利用导致无法避免且不可预期的同频道干扰将导致该噪声相等的假设不正确。此外，该同频道干扰量取决于实体环境的空间中通道如何被重复利用的情形，因此，确有需要一于此实体环境中能正确估计通道状态信息的方法。
请参阅图3，是揭示另一现有使用每一副载波值信号噪声比值的平均，以计算通道状态信息的方法。该方法能解决前述因同频道干扰引起无法正确估计通道状态信息的问题。其中e(k)为误差信号，k为代表各副载波的索引编号。图6A及图6B所示，误差信号e(k)是定义为于其等化后与所有星座图点间的最小差距值。以暂时平均(利用无限脉冲响应滤波器(IIR)对此些正交分频多任务符元作递归平均)直接计算而得出此些误差信号的平均误差(MSE，Mean squareError)，并取该平均误差的倒数作为之后正交分频多任务符元译码的通道状态信息。此方法能减缓同频道干扰或其它类型的干扰，例如邻频干扰。然而，此方法的缺点为于动态通道中效能不佳，于一动态通道中，一副载波的信号噪声比值会随着时间改变，该现有方法仅导出平均的信号噪声比值而未将时间变化纳入其考虑。
前述如图2或图3所示产生通道状态信息的现有方法，均如众所周知般地撷取每一副载波的散布性导波并计算其同相及正交部分信号，以产生通道状态信息。第k个副载波的通道状态信息是以csi(k)表示，其用以为稍后的通道译码器产生软位。如前所述，图2所示的现有方法，是利用通道脉冲响应信号产生通道状态信息，而图3所示的现有方法则利用暂时平均的信号噪声比值以产生撷取自正交分频多任务符元每一副载波的通道状态信息。因此，前述任一现有方法均仅限于特定环境方能具有良好的效能，例如加成性白高斯噪声环境(白色噪声)或具有同频道干扰的静态通道(彩色噪声)环境。惟考虑因应真实环境的多变性，确有发展一即便于具有加成性白高斯噪声或同频道干扰的静态通道或动态通道，均能具有良好效能的产生通道状态信息的方法及其装置。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种产生通道状态信息的方法及其装置，于具有加成性白高斯噪声或同频道干扰的静态通道或动态通道中，均能具有良好的效能。
本发明的另一目的在于提供一种于一地面发射数字视频广播接收器中产生通道状态信息的方法及其装置，能有效对抗加成性白高斯噪声及同频道干扰。并且，本发明的方法具有当系统遭遇通道脉冲响应导致严重的传播延迟时，仍能于初始化时快速收敛的优点。
依据本发明的上述目的，本发明提供一种于一地面发射数字视频广播接收器中产生通道状态信息的方法，该方法包含下列步骤取得复数副载波其一的误差信号值及通道响应信号值；平均所有副载波的所述的误差信号值；计算该通道响应信号值与所有副载波所述的误差信号值的平均的比例；以及依据该比例，以产生该副载波的通道状态信息。
本发明的方法具有当系统遭遇通道脉冲响应导致严重的传播延迟时，仍能于初始化时快速收敛的优点。
本发明的方法于平均的步骤前，还包含一将每一误差信号值平方的步骤，并取该比例平方根的步骤，以产生该通道状态信息。并且，于平均步骤中为减少所需的存储器，本发明可将复数连续副载波误差信号视为相同。再者，也可利用无限脉冲响过滤器累加复数连续副载波误差信号，再更新储存于该存储器中，并且，本发明可于储存至存储器前，于动态范围内取所述的副载波误差信号的平方根以减少于该存储器内占有位。
具体而言，于平均步骤前，还包含一结合所述的副载波的误差信号值及通道响应信号值的步骤，此步骤将误差信号自通道响应信号隔离。因此，本发明于加成性白高斯噪声、同频道干扰及动态环境中，均能具有良好的效能。
依据本发明于一地面发射数字视频广播接收器中产生通道状态信息的装置包含一计算单元，一平均单元以及一通道状态信息产生单元。计算单元接收误差信号及通道响应信号，以取得此些副载波分别的误差信号值及通道响应信号值。平均单元平均所有此些副载波的此些误差信号值。通道状态信息产生单元计算通道响应信号值与所有此些副载波误差信号值的平均的比例，为此些副载波的其一产生通道状态信息，以为随后的错误修正译码器。因此，能得到为随后使正交分频多任务符元正确译码的具有高可靠度的通道状态信息。
必然地，本发明提供一于具有加成性白高斯噪声或同频道干扰的通道，均具有良好效能的通道状态信息产生方法及其装置。并且，本发明的方法及装置于静态通道或动态通道环境中，仍然具有良好的效能。
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，配合所附图式，作详细说明如下图1为绘示于地面发射数字视频广播系统中，包含散布性导波以及数据载波的传送帧(Frame)。
图2为揭示依据一现有技术的计算方法，其使用每一副载波的通道频率响应信号值的平方作为通道状态信息。
图3为揭示依据另一现有技术的计算方法，其使用每一副载波值信号噪声比值的暂时平均作为通道状态信息。
图4为绘示依据本发明的一实施例中，地面发射数字视频广播接收器部分的方块图。
图5为绘示依据本发明的另一实施例中，地面发射数字视频广播接收器部分的另一方块图。
图6A为绘示一16-QAM信号传播通过一无噪声环境后等化的结果。
图6B为绘示一16-QAM信号传播通过一具有噪声环境后等化的结果，所述的等化后的信号包含一定义为误差信号e(k)的噪声导致成分。
图7A至图7D为绘示依据本发明四个产生通道状态信息的较佳实施例。
图8A及图8B为绘示依据本发明为减少所需存储器容量的产生通道状态信息方法的两个变化实施例。
图9为绘示依据本发明为减少存储器的所需位数量的另一变化实施例。
图10为绘示简化计算一复数绝对值的实施范例。
附图标号402同步单元 404快速傅立叶变换单元406共相位误差单元408通道估计单元
410均衡器 412反映射器414通道状态信息产生装置 414a误差信号计算单元416符元反交错器702a计算单元 702b计算单元702c计算单元 702d计算单元704a平均单元 704b平均单元704c平均单元 704d平均单元706a通道状态信息产生单元 706b通道状态信息产生单元706c通道状态信息产生单元 706d通道状态信息产生单元802分离器 804比较器806多任务器具体实施方式
请参考图4，为绘示依据本发明的一实施例中，地面发射数字视频广播接收器部分的方块图。此地面发射数字视频广播接收器至少包含一通道估计单元408，一均衡器410，一反映射器(demapper)412以及一包含误差信号计算单元414a的通道状态信息产生装置414。首先，同步单元402执行时域及频域同步并移除正交分频多任务符元的保护区间(Guard-Interval)，然后传送处理过的正交分频多任务符元至快速傅立叶变换单元404以将该符元自时域变换为频域。共相位误差单元(CPE，Common Phase Error)406则用以补偿相位噪声。通道估计单元408，依据一副载波导波信息估计一通道响应信号c(k)，同时也传送原始信号d(k)及通道响应信号c(k)至均衡器410，原始信号d(k)是直接通过通道估计单元408而未作任何修正的信号。均衡器410基于估计的通道响应信号c(k)，产生一副载波等化信号p(k)，例如等化信号p(k)可单纯由c(k)除d(k)而得的。误差信号计算单元414a则依据等化信号p(k)，产生该副载波的误差信号e(k)，如图6B(后详述)所示，误差信号e(k)可定义为自向量p(k)至所有星座图点间的最小距离向量。有关等化信号p(k)与误差信号e(k)间的关系可由下列式1表示，如前所述等化信号p(k)可定义为c(k)除d(k)p(k)=d(k)c(k)]]>(式1)等化信号p(k)与误差信号e(k)均为具有实部及虚部的距离向量，其中实部以索引编号“x”，虚部以索引编号“y”乘以一系数“j”表示。等化信号p(k)与误差信号e(k)可由下列式2及式3表示p(k)＝px(k)+j*py(k)(式2)e(k)＝ex(k)+j*ey(k)(式3)误差信号e(k)绝对值的定义为自向量p(k)至所有星座图点gi间的最小距离。而分别计算误差信号e(k)绝对值的方法可由下列式4及式5表示|ex(k)|=mini|px(k)-gi|]]>(式4)|ey(k)|=mini|py(k)-gi|]]>(式5)而计算为欧几里得坐标的星座图中误差信号e(k)绝对值的方法则可由下列式6及式7表示|e(k)|2=|ex(k)|2+|ey(k)|2]]>(式6)|e(k)|=|ex(k)|2+|ey(k)|2]]>(式7)反映射器412根据星座图反映自均衡器410的等化信号p(k)并产生而后乘以相对应副载波通道状态信息的软位。通道状态信息产生装置414耦接至通道估计单元408及均衡器410，接收通道响应信号c(k)并产生该副载波的误差信号e(k)，之后，进行计算产生通道状态信息，以为随后的错误修正译码。
通道状态信息产生装置包含一误差信号计算单元，一计算单元，一平均单元以及一通道状态信息产生单元。计算单元自误差信号计算单元接收误差信号e(k)及自均衡器410接收通道响应信号c(k)，以计算所述的副载波分别的误差信号e(k)及通道响应信号c(k)(于后详述)。平均单元平均误差信号e(k)及通道响应信号c(k)。通道状态信息产生单元计算该通道响应信号c(k)与所有所述的副载波误差信号e(k)的平均的比例，为该副载波产生该通道状态信息csi(k)。
请参考图5，是绘示依据本发明的另一实施例中，地面发射数字视频广播接收器部分的另一方块图。图5与图4中绘示的方块图不同之处在于增加符元反交错器(Symbol De-interleaver)416。符元反交错器416接收副载波的等化信号及通道状态信息以于反映射器412反映等化信号前，为正交分频多任务符元实施反交错。
副载波的通道状态信息是用以修正，当反映射器412将16-QAM等化信号进行反映射而成为代表图6A及图6B所示星座图的4个位的4个软信号时，地面发射数字视频广播接收器所接收正交分频多任务符元的该副载波的误差。请参考以图6A及图6B更进一步的说明。图6A是绘示一16-QAM信号传播通过一无噪声环境后等化的结果。理论上，此16-QAM信号传播通过一无噪声通道后，等化信号会如图6A所示精确地依照星座图的定义被反映射。然而传播通过一具有加成性白色高斯噪声或同频道干扰等的通道后，在接受器中，等化信号必然如图6B所示地包含噪声(误差)成份在内。误差信号e(k)定义为自所述的等化信号到最近星座图点的向量。
请参考图7A至图7D，是绘示依据本发明四个产生通道状态信息的较佳实施例。
首先，请参考图7A，说明其产生通道状态信息的方法如下如前所述，产生通道状态信息的装置包含一计算单元702a，一平均单元704a以及一通道状态信息产生单元706a。计算单元702a自均衡器接收误差信号e(k)及通道响应信号c(k)，以取得所述的副载波分别的误差信号e(k)的值及通道响应信号c(k)的值。计算单元702a平方误差信号e(k)的值。同时，计算单元702a亦平方通道响应信号c(k)的值以取得计算结果b(k)。计算单元702a将误差信号e(k)值的平方乘以通道响应信号c(k)值的平方以取得其副载波的计算结果α1(k)。接着，平均单元704a利用位于其内的以符元为基础的无限脉冲响应平均单元平均每一副载波的α1(k)，以取得计算结果a(k)。接着，通道状态信息产生单元706a计算a(k)与b(k)的比例。最后，为正交分频多任务符元的分别的副载波，产生b(k)/a(k)作为通道状态资讯csi(k)。
如图7A所示的方法将误差信号自通道响应信号c(k)隔离。就一动态通道环境而言，计算结果b(k)会随着时间快速改变。然而，a(k)的变动却较缓慢。如图7A所示的方法及装置通过将快速变动的部份与缓慢变动的部份隔离以为瞬间的通道状态信息提供较佳的估计。因此，本发明的方法于具有彩色噪声或白噪声的动态通道环境中，仍能确保良好的效能。
请参考图7B图，是绘示依据图7A所示的实施例所揭示的方法及装置的一变化实施例。
于本方法中，计算单元702b于相乘的步骤前省略平方的步骤以取得副载波的计算结果α2(k)，但通道状态信息产生单元706b将比例b(k)/a(k)平方，以产生通道状态资讯csi(k)。此揭示方法变化的优点在于减少于平均单元704a或704b的存储器内所需的占有位。
请参考图7C，相较于图7A所示的方法，其中计算单元702c省略相乘的步骤，因此平均步骤(以平均单元704c的无限脉冲响应平均单元平均)的计算结果a(k)仅包含误差信号e(k)的计算结果α3(k)，而平方通道响应信号c(k)值的计算结果b(k)则维持不变。并且，通道状态信息产生单元706c取比例b(k)/a(k)的平方根，以产生通道状态资讯csi(k)。相较于前述两方法，本方法虽于具有彩色噪声通道环境中，仅能发挥稍低的效能。然而其具有于具有长时间通道脉冲响应的环境中，在初始化阶段快速收敛的优点。必须快速初始化的理由在于在计算通道状态信息的过程当中，会加重通道脉冲的成份，而必须于本质上估计通道脉冲具有较小的延迟。
请参考图7D，是绘示简化图7C所示方法的一方法。于图7D所示的方法中，于平均步骤(以平均单元704d的无限脉冲响应平均单元平均)前，计算单元702d省略平方误差信号e(k)值及平方通道响应信号c(k)值的步骤。如同图7C所示的计算结果α3(k)，平均步骤的计算结果a(k)仅包含误差信号e(k)的计算结果α4(k)。此外，通道状态信息产生单元706d省略取比例b(k)/a(k)平方根的步骤，以产生通道状态资讯csi(k)。如同图7B所示的方法，相较于图7C的方法，能减少于平均单元704c或704d存储器内的存储器位宽(memory bit-width)。
请参考图8A，是绘示依据本发明为减少所需存储器容量的产生通道状态信息方法的一变化实施例。如图7A至图7D中揭示，可将为复数连续副载波储存的值视为相同，以于该平均步骤中减少无限脉冲响应平均单元的存储器容量。
原本，无限脉冲响应平均单元的存储器拥有专为分别的副载波所准备的储存单位，k为代表各副载波的索引编号。而通过连续N个副载波具有相同噪声信号变化(误差信号)的假设，便能减少存储器容量。亦即，就此些副载波而言，便能使用相同的储存单位。此外，可依据此系数N控制减少的存储器容量。例如当N＝2时，就副载波2k与副载波2k+1而言，当储存αi(k)与αi(k+1)，或自存储器取得平均的αi(k)与αi(k+1)，便使用相同的记忆地址(相同的储存单位)。
请参考图8B，是绘示依据本发明为减少所需存储器容量的产生通道状态信息方法的另一变化实施例。此实施例不仅具有减少所需存储器容量的优点，还具有一减少于该平均步骤中存取存储器次数的优点。于此实施例中，平均单元首先累加N个复数连续副载波噪声信号变化，再更新顷印(Dump)于存储器中，便能减少于平均步骤中存取存储器的次数。例如如N＝2，便累加副载波2k与副载波2k+1的噪声信号变化值，再储存至相同的记忆地址(相同的储存单位)。
请参考图9，是绘示依据本发明为减少存储器的所需位数量的另一变化实施例。此实施例的平均步骤中，储存噪声信号变化值至存储器前，取所述的副载波噪声信号变化值的平方根，而自该存储器存取时，将所述的误差信号平方根平方。此方法减少于存储器内占有的位，也就减少了所需存储器的容量。
请参考图10，是绘示简化的实施范例，以取得一复数W的值，亦即，计算其绝对值Z。该实施方法详述如下
通道状态信息产生装置414的计算单元702包含一分离器802，一比较器804以及一多任务器806。分离器802分离副载波误差信号e(k)值及通道响应信号c(k)值的实部“Re”及虚部“Im”，而取得该实部及该虚部分别的绝对值。比较器804决定该实部绝对值及该虚部绝对值的相对大小。接着，多任务器806将实部绝对值及该虚部绝对值的较小者“Min”乘以一加权系数δ，并将实部绝对值及虚部绝对值的较大者“Max”与乘以加权系数δ后的较小者“Min”相加，以获得该误差信号及该通道响应信号的近似值。
总之，本发明提供一种产生通道状态信息的方法及其装置，于具有加成性白高斯噪声或同频道干扰的静态通道或动态通道中，均能具有良好的效能，且在地面发射数字视频广播接收器操作中，于长时间通道脉冲响应的环境下，初始化阶段其仍具有快速收敛的优点。
虽然本发明已用较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种为具有复数副载波的正交分频多任务符元产生通道状态信息的方法，其特征是，该方法包含下列步骤取得所述的副载波其一的一误差信号值及一通道响应信号值；平均所有所述的副载波的误差信号值；计算所述的通道响应信号值与所有所述的副载波误差信号值的平均的比例；以及依据所述的比例产生所述的副载波的通道状态信息。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是，在取得所述的副载波其一的误差信号值及通道响应信号值的步骤前，还包含一计算所述的副载波误差信号值的步骤。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述的比例是将所述的通道响应信号值除以所述的副载波误差信号值的平均。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是，在平均的步骤前，还包含一将每一误差信号值平方的步骤。
5.如权利要求4所述的方法，其特征是，该方法还包含一取所述的比例平方根的步骤，以产生所述的通道状态信息。
6.如权利要求1所述的方法，其特征是，取得所述的误差信号值及所述的通道响应信号值的步骤，还包含下列步骤分离所述的副载波误差信号值及通道响应信号值的实部及虚部；取得所述的实部及虚部分别的绝对值；决定所述的实部绝对值及所述的虚部绝对值的相对大小，并将该较小者乘以一加权系数；以及将所述的较大者与乘以所述的加权系数后的较小者相加，以获得所述的误差信号及通道响应信号的近似值。
7.如权利要求1所述的方法，其特征是，将复数连续副载波误差信号视为相同，以减少于平均步骤中存取一存储器的次数及于该存储器内占有的位。
8.如权利要求1所述的方法，其特征是，该方法还包含一累加复数连续副载波误差信号，再更新储存于一存储器中的步骤，以减少于平均步骤中存取存储器的次数。
9.如权利要求1所述的方法，其特征是，该方法还包含一储存于存储器前，取所述的副载波误差信号的平方根以减少于该存储器内占有位的步骤，及一自该存储器存取时，将误差信号平方根平方的步骤。
10.一种为具有复数副载波的正交分频多任务符元产生通道状态信息的方法，其特征是，该方法包含下列步骤取得所述的副载波其一的一误差信号值及一通道响应信号值；结合所述的副载波的误差信号值及通道响应信号值；平均所述的副载波前述结合步骤中的结果；计算所述的通道响应信号值与所述的结合步骤中所述的结果的比例；以及依据该比例，以产生所述的副载波的通道状态信息。
11.一种地面发射数字视频广播接收器，其特征是，该接收器包含一通道估计单元，依据一副载波导波信息估计一通道响应信号；一均衡器，基于估计的通道响应信号，产生一副载波等化信号并产生一副载波误差信号；一通道状态信息产生装置，耦接至所述的通道估计单元及均衡器，分别接收所述的通道响应信号与所述的副载波等化信号，以产生一具有复数副载波的正交分频多任务符元的通道状态信息，所述的装置还包含一误差信号计算单元，依据所述的副载波等化信号，计算接收自所述的均衡器的副载波误差信号；一计算单元，接收所述的误差信号及通道响应信号，以取得所述的副载波分别的误差信号值及通道响应信号值；一平均单元，平均所有所述的副载波的误差信号值；以及一通道状态信息产生单元，计算所述的通道响应信号值与所有所述的副载波误差信号值的平均的比例，为副载波的其一产生所述的通道状态信息。
全文摘要
一种地面发射数字视频广播接收器中产生通道状态信息的方法及其装置。本发明的方法包含以下步骤取得一副载波的误差信号值及通道响应信号值；结合每一副载波误差信号值及通道响应信号值；平均所有副载波的误差信号值；计算通道响应信号值与所有误差信号值平均的比例；以及依据一正交分频多任务符元的该副载波的前述比例产生通道状态信息。本发明的方法对于对抗具有加成性白高斯噪声的通道或同频道干扰的通道均具有良好的效能，并且于接受器初始化时提供一快速的收敛以减缓其通道脉冲响应。
文档编号H04J11/00GK101022444SQ20071007915
公开日2007年8月22日 申请日期2007年2月14日 优先权日2006年2月15日
发明者杨顺安 申请人:联发科技股份有限公司