专利名称：一种分集方法和接收机的制作方法
技术领域：
本发明属于分集系统领域，更具体地，涉及广播信号的移动接收 的分集方法和接收机。
背景技术：
现在的数字电视广播包括地面广播电视，它进一步包括了正交频 分复用接收机以及相似的部分。由于多径效应的存在，可能需要具有 不同接收天线的分集系统。为了得到与家庭里固定环境或者工作环境 中相似的接收质量，分集接收天线可以在移动广播接收系统中使用。 分集接收一般是指空间分集。另外一种方法是使用交叉极化分集，它 可以在移动广播接收系统中处理与受限制空间相关的问题。正如我们看到的，在移动接受系统中使用现在的分集技术的不利 条件是随时间变化的多径衰落。移动接收系统存在不同的多径场强。 多径衰落在无线广播中是由于固定的和非固定的物体所产生的反射 而产生的。多径衰落被证明是随机的幅度和相位调制。在接收端，信 号被多重复制后以有益或有害的形式相加。信号的有害相加可以在信 号能量中产生衰落。精确的相位关系包括星座图的度数，可以从一位 置变化到另一位置，因此，可以使位于第一点的天线接收经过严重破 坏的星座图，而在第二点的天线接收有益的相加信号。分集技术的目的是通过在普通接收机上使用一个以上的天线来 提高接收性能。这些天线可以相距一定的距离，实现空间分离，或有 不同的极化方式。这样，在动态基准上选择最好的天线，提供了一些 可操作的优点，例如自动的或动态的恢复可能的最高信号质量。在数字视频广播(DVB)通常所使用的正交频分复用(OFDM) 中，多径衰落是一个特别的问题。正交频分复用是一种数字调制方法，它将信号分成不同频率的窄带信道。从某些方面来说，正交频分复用 与传统的频分复用相似。不同点在于信号是如何调制和解调的。在一 组符号组成的数据流中，优先级是减小干扰(串扰)。换句话讲，少 数重要的数据放置在性能良好的独立信道中。这样一种典型的多径衰 落环境可能包括一个从发射机到接收机的信号传输，例如一辆车或一 个手持移动站。在这种情况下传输的信号可以直接被接收机所收到， 以及经过被周围环境中的物体例如建筑物或树的反射而被接收到。这 些接收到的不同的信号是不相关的。无论如何，对于一些散射的环境， 空间分集系统是提高无线系统性能的有效方法。信号(至少两个)应 该被分集天线接收，并在接收端切换或者组合到一起。对于移动数字 电视接收机，为了得到可靠接收，几个功能块需要仔细设计，如信号 跟踪、信道估计、信道均衡和前向纠错解码器。但是无论以上这些模 块设计的多好，总有一些情况下接收是不稳定的。提高接收性能的方 法包括使用多天线接收，它通常称为分集系统。在分集系统中，总是存在两个或更多的天线，每个与输入信号或 路径相关，每个路径的输入信号首先独立处理，接着在一个预先确定 的位置，两个或更多处理后的信号合并为一个单一的信息流，并送到下一模块，例如MPEG2解码器。在这个处理过程中，有一些典型的 问题需要回答。例如，在哪一点上，两个或两个以上的独立信号合并？ 此外，为了得到更可靠的接收，这些两个或两个以上的信号如何合 并？所以， 一个基于时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)的、使用 至少两个天线的分集接收系统提供了解决这两个问题的方案。 发明内容本发明特征在于，提供了减少解交织器或前向纠错解码器数目的 分集系统。本发明特征在于，在分集系统中提供了使用减少解交织器或前向本发明特征在于，在分集系统中提供了使用单 一 的解交织器或前 向纠错解码器的接收机。本发明特征在于，在分集系统中提供了使用减少解交织器或前向 纠错解码器数目的正交频分复用接收机。本发明特征在于，在分集系统中提供了使用单 一 的解交织器或前 向纠错解码器的正交频分复用接收机。本发明特征在于，提供了接收机。该接收机包括每条路径都与某一独立的天线相关的多条路径。每条路径包括与特殊信道相关的 信道估计装置；与每一条路径相关的指示信道特性的一组参数。接收 机进一步包括了由多条路径共享的时域解交织器或前向纠错解码器。 至少一个使用了巨大存储器的装置被多条路径所共享。本发明特征在于，在分集通信系统中提供了一种方法。该方法包 括如下步骤提供了每条路径都与某一独立的天线相关的多条路径， 每条路径包括与特殊信道相关的信道估计装置；与每一条路径相关 的指示信道特性的一组参数。提供了由多条路径共享的时域解交织器 或前向纠错解码器。至少一个使用了巨大存储器的装置被多条路径所 共享。本发明提供了一种至少使用两个天线的、基于时域同步正交频分 复用的分集系统解决方案。本发明提供了在哪里把从至少两个天线或两条路径得到的信号 合成单一的信号路径。本发明提供了从来自不同的天线的至少两路信号如何合成的实 际解决方案。本发明不只可以明显地提高移动情况下的接收性能，还可以在接 收性能和实现成本之间取得很好的平衡。
附图中的参考数字指相同或功能相似的基本单元，附图和下面的详细描述一起构成了一个整体，成为说明书的要素，并用于进一步图示各种具体实施例和解释本发明的各种原理与优点。图l为单一路径时域同步正交频分复用接收机的框图。图2是釆用本发明实现的多径时域同步正交频分复用接收机的框图。图3是釆用本发明实现的一个框图。有经验的工程师欣赏的是将图中的基本单元简单明了地表示出 来，是否按比例描绘并不是必要的。例如，为了更好地帮助理解本发 明的具体实施例，可以把图中某些基本单元的尺寸大小相对于其它单 元进行夸大。
具体实施方式
在描述本发明具体实施细节之前，应该注意到的是具体实施例存 在于方法步骤和装置部件的组合之中，它涉及到使用减少解交织器或 前向纠错解码器数目的接收机。因此，在图中用常用符号给出了装置 部件和方法步骤，并详细描述了那些有助于理解本发明具体实施例的 细节，以免对这些细节产生误解，使本领域的普通技术人员容易明白， 并从中收益。在本说明书中，相关的术语，例如第一和第二、顶部和底部，以 及相似的术语，可能会单独使用，以区别不同的实体或处理，并不表 示必须需要或暗示这些实体或处理之间的关系或顺序。术语"包括"、"由….i且成"，或是任何与之相关的其他变形，意指包含非排它的结 果。所以，由一系列基本单元组成的处理、方法、文章或装置不仅仅 包含那些已经指明了的基本单元，也可能包含其它的基本单元，虽然 这些单元没有明确列在或属于上述的处理、方法、文章或装置。被"包 括"所引述的基本单元，在没有更多限制的情况下，不排除在由基本 单元构成的处理、方法、文字或装置中存在另外相同的基本单元。 这里所描述的本发明的具体实施例由一个或多个通常的处理器和唯一的存储程序指令构成，程序指令控制一个或多个处理器，配合 一定的非处理器电路，去实现某些、大部分或者全部的在这里描述的 使用减少解交织器或前向纠错解码器数目的接收机的功能。非处理器 电路可能包括但不限于无线接收机、无线发射机、信号驱动器、时钟 电路、电源电路和用户输入设备。同样的，这些功能可以被解释为实 现减少数量的解交织器或前向纠错解码器的接收机的方法步骤。作为 替换选择，某些或所有功能可以用没有储存程序指令的状态机实现，或者使用 一个或多个专用集成电路(ASIC),在这些ASIC中 一个功能 或一些功能的某种组合作为定制逻辑来实现。当然这两种方法也可以 一起使用。因此，这里描述了实现这些功能的方法和手段。更进一步， 期望普通的技术人员经过努力和许多设计选择后，例如有效的开发时 间、当前的技术和经济方面的考虑，在这里所揭示的概念和原理指 导下，能够容易通过最少的实验得到所述的软件指令和程序。图1描述了典型的单路径时域同步正交频分复用接收机10。信号 下变换为基带信号，并通过解调器12在传输终端(图中未示出)解调 调制后的符号。解调信号输出到信道估计模块14，用于特定信道质量 的估计。随后信号送给相位均衡模块16。相位均衡之后，产生了两种 信号。信号是接收到的相位均衡的信号"S"，估计信道信息的数量 "c"。这样，信号包括相位均衡后的接收信号"S"和估计信道信息 的幅度"c",然后一起经过解交织模块18，来克服深度衰落和突发 错误。在某些情况下，信号进一步送入前向纠错解码器。图一为时域 同步正交频分复用接收机的简单框图。为了更全面的描述接收机，可 以参看美国专利申请号为11/550，316、授予Liu等人、题目为"在时 域同步正交频分复用接收机中在过釆样率的情况下实现频域补偿和 信道道估计的方法和设备，，的专利，专利代理人文档号为LSFFT-018, 它在这里通过引用与全文组成一体。相位均衡有两个输出，S和c， S是经过相位均衡的接收信号，c是估计信道信息的幅度。经过时域解交织，这两个信号被送入前向纠 错解码器。对于更全面的描述前向纠错解码器，可以参看美国专利申
请号为11/677,225、授予Zhong、题目为"在时域同步正交频分复用接 收机中使用同步动态随机存储器实现时域解交织"的专利，专利代理 人文档号为LSFFT-032，在这里通过引用与全文组成一体。此外，美 国专利申请号为11/550,505、授予Zhong、题目为"从符号对数似然率 形成比特对数似然率"的专利，专利代理人文档号为LSFFT-022,在 这里通过引用与全文组成一体。
图2描述了多径的时域同步正交频分复用接收机30。接收机30 包括至少两条路径，路径1和路径2。换句话说，接收机30包括 "i"条路径，这里"i"是从1到n的自然数，而n是大于等于2 的自然数n。在路径1中，第一个信号下变换到基带，并通过解调器 32在传输终端(图中未示出)对调制的信号进行解调。解调信号输 出到信道估计模块34,用于对路径l相关的特殊信道质量进行估计。 随后信号送给相位均衡模块36。在相位均衡之后产生了两种信号。 这些信号是经过相位均衡的接收信号"S1"和估计信道信息的幅度 "cl"，它们都与路径l相关的信道有关。这样，包括相位均衡后的 信号"S1"和估计信道信息的幅度"cl"的信号组合起来，对信噪 比进行优化。此外，"S1"与"cl"的组合进一步与另一个路径或接 收机30的其它路径进行组合。
在路径2，第二个信号下变换为基带信号，并通过解调器38在传 输终端(图中未示出)对调制的信号进行解调。解调信号输出到信道 估计模块40，用于对特殊信道的质量进行估计。随后信号送给相位均 衡模块42。在相位均衡之后产生了两种信号。这些信号是经过相位均 衡的接收信号"S2"和估计信道信息的幅度"c2"。这样，包括相位 均衡后的信号"S2"和估计信道信息的幅度"c2"的信号组合起来优 化信噪比；与相位均衡后的信号"S1"和估计信道信息的幅度"cl"组合起来，优化分集组合器44处的信噪比。值得注意的是，进一步组
合另一条路径，例如路径i或者接收机30的其它路径，在本发明中是 可以预期的。
包括相位均衡后的信号"S"和估计信道信息幅度的信号"c"的 组合信号被组合在一起，来优化信噪比。作为替换选择，在可切换的 分集中，选择一个或其它的至少两个天线，并且其中一个天线保持选 择直到接收的信号强度下降到可接受的限度之下。在某些情况下，信 号进一步送给前向纠错解码器(FEC) 48。
在数字电视系统中，为了得到可靠的接收性能，在移动无线广播 应用中使用时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)接收机，不论系统 设计的多好，仍然有一些情况下接收不稳定，特别是在移动状体下。 图2中所示的一个解决方案是使用多天线，这里是空间上的分离。
图2描述了本发明分集系统中接收机的简单模块框图。至少有两 对(S, c)送到分集组合器。在组合之后，经过组合后的(S， c) 送到时域解交织器。组合器位于相位均衡器和时域交织器之间有两个 原因。第一个是在组合器之前，每一个分支拥有自己的解调器、信道 估计和相位均衡器。每一条路径可以完全考虑每一个天线可能接收完 全不同的信号。第二是，时域解交织需要大约0.91兆字的存储器。这 片存储器的大小在TDS-OFDM接收机中占了很大一部分。通过把来 自两个天线的信号进行组合，组合后的信号可以用和单天线路径接收 机相同的方法进行处理。从另一方面来说，本发明的分集接收机只需 要一组用于时域同步解交织器或前向纠错解码器的存储器。
一个在分集组合器44处组合多条路径的优点是节省存储空间。 因为时域交织器46典型地需要很大的存储器空间来处理。所以，如 果每一条路径都要做单独的解交织，就需要很大的存储器空间。可以 看到，使用单独的或至少最少数量的解交织器，可以节省存储器空间。
图3是得到Si和ci的描述50。首先Si和ci输出到比较器52。经过比较后的Si和ci通过分片器。经过分片的Si和ci输出 到减法器56，与未分片的Si和ci作减法。通过模块58得到差值 的绝对值。随后，就可以得到每一帧的平均60。
接下来描述了 Si和ci的选择过程。初始状态下，预先确定一 个门限值。假设只有两条路径，每一条路径都与相应的Si和ci相 关，例如分别是Sl和cl与S2和c2。如果与第一条路径相关的 噪声nl显著大于第二条路径相关的噪声n2，那么接收机只使用来 自路径2的参数。换句话说，如果111>112+门限值，选择信道2。 从另一方面说，如果与第二条路径相关的噪声n2严重大于与第一条 路径相关的噪声nl，那么接收机只选择来自路径1的参数。换句话 说，如果n2>nl+门限值，选择信道1。
本发明的优点是在时域交织器上节省了存储器。此外，本发明应 用于时域同步正交频分复用系统。
本发明预期使用于时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)通信 系统。以下是时域同步正交频分复用的帧结构。 一帧由插在数据之间 作为保护间隔的伪随机(PN)序列构成。在一组帧中，在一帧之内 帧的位置是顺序的，PN序列安排在正交频分复用的符号之间。值得 注意的是，本发明使用了伪随机序列的专利公开，它在美国专利申请 号为7,072，2S9、授予Yang等人的专利中有具体描述，在这里通过引 用与全文组成一体。
本发明描述了一个分集系统，它使用减少数量的解交织器和前向 纠错解码器，用于天线特性的证明和评估。特别的，本发明更聚焦在 移动广播接收系统，用于移动车辆接收广播信号。
上面结合附图对本发明的具体实施例进行了详细说明，但本发明 并不限制于上述实施例，在不脱离本发明的权利要求的精神和范围情 况下，本领域的普通技术人员可作出各种修改或改变。因此，本说明 书和框图是说明性而非限制性的，同时，所有修改都包含在本发明的范围中。好处、优点、问题的解决方案以及可能产生好处、优点或产 生解决方案再或者变得更明确的解决方案的任何基本单元，都不会作 为任何或全部权利要求中重要的、必需的或者本质的特性或原理来加 以解释。后面的权利要求，包括本申请未定期间的任何改正以及与颁 布的那些权利要求的所有的等同权利，单独地定义了本发明。
在这片文章中使用的术语或短语以及它的变化，除非特殊说明， 可以被解释为开放的相对于封闭的或有限制的。前述的一个例子术 语为"包括"应该被解释为"包括，没有限制"或者相似意思；术语"例 子"是用于提供在讨论的项目中可仿效的实例，而不是其中 一个详尽
的或有限制的列表；形容词例如"常规的"，"传统的"，"一般的"，"标 准的"，和有相近意思的术语不应该被解释为描述的给定时期内的限 制条款或有可能做为给定时期内的条款，而应该是围绕着常规的传统 的一般的或者现在或者将来某一个时刻可用标准的技术。同样的，一 组使用"和"连接的术语不应被理解为需要这个语句里术语的每一个， 除非特殊说明，应该被理解为"和/或者"。同样的， 一组使用"或者" 连接的术语不应被理解为在这个语句里相互排斥其它，除非特殊说 明，应该被理解为"和/或者"。
权利要求
1、一种接收机，其特征在于，包括每一条路径与一个独立天线相关的多条路径，并且每条路径包括与特殊信道相关的信道估计装置；与每一条路径相关的表示信道特性的一组参数；至少有一个装置被多条路径共享；至少有一个使用了大量存储器的装置，所述装置被多条路径所共享。
2、 如权利要求1所述的接收机，其特征在于，所述的一组参数 包含接收信号，其具有相位均衡后的"S"或估计信道信息的幅度"c"， 所述"S"或"c"与特殊的信道和路径相关。
3、 如权利要求1所述的接收机，其特征在于，所述的装置包括 时域解交织器。
4、 如权利要求1所述的接收机，其特征在于，所述的接收机包 括时域同步正交频分复用接收机。
5、 如权利要求1所述的接收机，其特征在于，所述的接收机包 括正交频分复用接收机。
6、 如权利要求1所述的接收机，其特征在于，所述的装置包括 前向纠错解码器。
7、 一种分集方法，其特征在于，所述方法由如下步骤组成 提供了每一条路径与一个独立天线相关的多条路径，所述的每条路径包括与特殊信道相关的信道估计装置；与每一条路径相关的表示信道特性的一组参数；至少有一个装置被多条路径共享；至少有一个使用了大量存储器的装置，所述装置被多条路径所共享。
8、 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的一组参数包 含接收信号，其具有相位均衡后的"S"，或估计信道信息的幅度"C",所述"S"或"c"与特殊的信道和路径相关。
9、 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述装置包括时域 解交织器。
10、 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的接收机包 括时域同步正交频分复用接收机。
11、 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的接收机包 括正交频分复用接收机。
12、 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述装置包括前 向纠错解码器。
全文摘要
本发明涉及广播信号的移动接收的分集方法和接收机，属于分集系统领域。本发明公开了一种接收机包括每一条路径与一个独立天线相关的多条路径；每条路径包括与每条特定信道相关的信道估计装置；每条路径相关的表示信道特性的一组参数。接收机进一步包括由多条路经共享的时域解交织器或前向纠错解码器。这里至少有一个使用了大量存储器的设备被多条路径所共享，从而节省了存储器。本发明还公开了一种分集方法。本发明可以明显地提高移动情况下的接收性能，还可以在接收性能和实现成本之间取得很好的平衡。
文档编号H04L25/03GK101321042SQ20081011135
公开日2008年12月10日 申请日期2008年5月27日 优先权日2007年6月8日
发明者杨海耘, 彦 钟 申请人:清华大学