信道估测装置以及其移动信道估测方法与流程

本发明与正交分频复用系统的接收端相关，并且尤其与正交分频复用系统中用于进行信道估测的技术相关。

背景技术：

随着通信技术的进步，数字影像广播的发展渐趋成熟。数字电视广播(digitalvideobroadcasting,dvb)标准以及其相关的广播标准，例如dvb-t、dvb-t2等，是目前在欧洲与亚洲地区最主流的数字影像广播标准。这些数字电视广播标准皆采用正交分频复用(orthogonalfrequency-divisionmultiplexing,ofdm)调变技术，其具有抗噪声、抗干扰、抗电波传播衰落等优点。

如本发明技术领域中具有通常知识者所知，ofdm信号中的引导符元(pilot)会以特定频率间隔被安插在部分副载波上，而接收端须将这些带有已知数据的引导符元撷取出来，做为评估信道效应的依据。频域频率响应h(k)的估测，是将各引导符元所在的副载波处对其引导符元的频域传送值与频域接收值施行一演算而得。频域上的传送值和接收值的关系为：y(k)＝h(k)x(k)+nk，其中y(k)为接受器收到的信号，x(k)为传送器传送的信号，h(k)为频域频率响应，nk代表噪声。由于副载波传送引导符元的数据x(k)为已知，因此利用上述已知的引导副载波传送的数据x(k)可得出h(k)(噪声项忽略)。图1呈现一现行数字电视广播接收端的信道估测装置100的概略功能方块图，包含反快速傅立叶变换(ifft)器110、滤波器120、平滑化处理器130、快速傅立叶变换(fft)器140以及内插电路150。在一段时间内，反快速傅立叶变换器110持续接收上述频域频率响应h(k)以执行反快速傅立叶变换，产出时域信道脉冲响应h(n)，n代表不同符元在时间轴上的位置。通常会计算对应不同时段的多个h(n)，供后续使用。在不具时变性的信道中，引导副载波对应的时域信道脉冲响应呈现固定态样且仅在具有引导副载波的位置具有脉冲响应值，因此滤波器120撷取时域信道脉冲响应h(n)中有非零值的部分。平滑化处理器130对多个时域信道脉冲响应h(n)进行后运算，一般来说可能为一平均值。之后，快速傅立叶变换(fft)器140再对平均过的时域信道脉冲响应进行快速傅立叶变换以转换为对应该些引导副载波的频域频率响应。接着，内插电路150采用内插法算出其他副载波(非引导副载波)上的频域频率响应值，以估测出最后的频域频率响应。

然而，若接收端所处信道处于移动状态而且随着时间改变，仅采用上述的方式来进行时域频道脉冲响应估计，会产生很多问题。正交分频复用系统对于进行同步时因载波频偏以及取样频偏造成的影响很敏感；当接收端处于高速移动的环境下时，随着时间改变的信道脉冲响相对的在频域上产生都卜勒现象(dopplereffect)的波形，于是，具都卜勒波形的多个子载波在多重路径传输的环境之下，产生极大的载波间干扰(intercarrierinterference，ici)。图2呈现一随着时间而改变的信道脉冲响应示意图，由此图可见信道脉冲响应于t＝0以及t＝1有着很大的变化，无法准确估算哪些脉冲信号才是真正的频道脉冲响应。因此，目前存在一种需求，于随着时间改变的信道，能有效地排除具都卜勒现象的载波间干扰的信道，以及找出一稳定的信道脉冲响应。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出一种包含新的信道估测装置以及新的移动信道估测的方法。

根据本发明的一实施例为一种信道估测装置，包含滤波器、频率响应计算电路以及移动估计电路。频率响应计算电路根据该多个引导副载波上的多个频率响应值进行计算，以得到所有副载波上的多个平滑后频率响应。移动估计电路将对应于第n符元以及对应于第n-m符元的多个平滑后频率响应值分别进行计算以得到两组计算结果，并以该两组计算结果为依据与一门槛值进行比较，以得到至少一比较结果，据以判定该信道是否处于一移动状态。

根据本发明的另一具体实施例的信道估测装置，包含第一信道估测电路、第二信道估测电路以及复用器。第一信道估测电路提供第一组频率响应值、第二信道估测电路提供第二组频率响应值以及移动信道旗标。复用器包含第一输入端、第二输入端分别接收第一组频率响应值以及第二组频率响应值，复用器更包含一输出端以及一使能端，使能端接收该移动信道旗标作为输入，据以决定输出端的输出。

根据本发明的另一实施例为一种移动信道估测方法，包含:每隔m个符元判断与频率响应相关的一相除结果是否大于一门槛值；若相除结果大于门槛值则将一移动状态次数加一；检查移动状态次数是否已经大于一移动上限值，若是，将移动信道旗标设为逻辑一。

关于本发明的优点与精神可以藉由以下发明详述及所附附图得到进一步的了解。

附图说明

图1显示一现行信道估测装置的功能方块图；

图2显示一随时间变化的信道脉冲响应示意图；

图3a显示本发明的一实施例中的信道估测装置的功能方块图；

图3b显示本发明的一实施例中的频率响应计算电路的功能方块图；

图3c显示本发明的一实施例中的移动估计电路的功能方块图；

图4显示本发明的另一实施例中的信道估测装置的功能方块图；以及

图5显示本发明的一实施例中的移动信道估计方法的流程图。

附图标记

100信道估测装置

110反快速傅立叶变换器

120滤波器

130平滑化处理器

140快速傅立叶变换器

150内插电路

200信道估测装置

202滤波器

204频率响应计算电路

2041频域内插电路

2043平滑产生器

206移动估计电路

2061平方加总电路

2063比较电路

2065缓存器

rd门槛值

400信道估测装置

410第一信道估测电路

4103时域内插电路

4105平滑产生器

420第二信道估测电路

4203频域内插电路

4205平滑产生器

4207移动估计电路

430复用器

en使能端

h1第一组频率响应值

h2第二组频率响应值

501～513流程步骤

具体实施方式

须说明的是，本发明的附图包含呈现多种彼此关联的功能性模块的功能方块图。该等附图并非细部电路图，且其中的连接线仅用以表示信号流。功能性元件及/或程序间的多种互动关系不一定要透过直接的电性连结始能达成。此外，个别元件的功能不一定要如附图中绘示的方式分配，且分布式的区块不一定要以分布式的电子元件实现。

根据本发明的一实施例为一种信道估测装置200，适用于ofdm系统的接收端，接收一待估测信号，其简化的功能方块图绘示于图3a。实务上，该电路可被整合在各种需要进行信道估测的无线接收装置中，例如但不限于数字电视广播接收装置。如图3a所示，信道估测装置200包含一滤波器202、一频率响应计算电路204以及一移动估计电路206，简述如下。首先由滤波器202将数据中所欲撷取的部分保留下来(例如将保护区间的部分滤除)。简单来说，滤波器202的设计为使得被保留下来的数据大部分对应于引导副载波上的频率响应值。频率响应计算电路204将对应于这些引导副载波位置上的频率响应值进行计算，以产生一组完整的频率响应值。此组频率响应值会输入至移动估计电路206中进行移动估计。

进一步来说，如图3b所示，频道响应计算电路204包含一频域内插电路2041以及一平滑产生器2043。上述的频率响应值亦会经过平滑产生器2043进行时域上的平滑化，容后详述。假设经由滤波器202处理后的频率响应为h1(n,k)(n和k代表第n个符元的第k个副载波)，有关k的数值，由于滤波器202的输出值只有对应于已知引导副载波上的值，所以实际上此时k仅对应于多个引导副载波的位置，例如为0、3、6、9、12等。频域内插电路2041接收频率响应h1(n,k)之后依照已知的引导副载波位置、这些位置上的频率响应值以及其他多个数据副载波的位置，采用一内插方法计算出这些数据副载波上的频率响应值。引导副载波与数据副载波的总个数与傅立叶变换在频域上取样的个数有关，可例如为8192(8192个副载波)，然不限于此，个数可能另例如为2的10次方(1024)或2的12次方(4068)等。上述频域内插方式为本发明技术领域中具有通常知识者所知，可例如但不限于，依照某两个引导副载波位置与某一数据副载波位置的相隔长度，以及该两引导副载波上的频率响应值，以权重的计算方式找出该数据副载波上对应的频率响应值。频域内插电路2041完成频域内插后，输出的频率响应为h2(n,k)，k的范围为0～n，n的数值等于引导副载波与数据副载波的总个数减一(-1)。接着，针对第n符元，平滑产生器2043将不同时间h2(n-1,k)、h2(n,k)、h2(n+1,k)(分别是第n-1、n、n+1符元，k的范围0～n)这三组频率响应值进行平均(或加权平均)，以得到平均频率响应做为第n符元的频率响应。平滑产生器2043对每个符元都进行上述的运算，用来将这些频率响应进行运算以得到平滑后、噪声成分影响较小的频率响应。然而，平滑产生器可能采取对应于更多符元的频率响应进行平均来取得平均频率响应本发明的范畴不被限制于此。平均频率响应被提供至移动估计电路206进行一系列的运算以得到一估计结果，并据以判定目前信道是否处于移动状态。以下将对移动估计电路206的实施例进行详细说明。

请见图3c，根据本发明的一实施例的移动估计电路206包括平方加总电路2061、比较电路2063以及缓存器2065。平方加总电路2061将对于相同的符元(相同n值)的频率响应h2(n,k)(k的范围为0～n)分别进行平方后累加，以得到一加总结果详细来说，平方加总电路2061每隔m个符元，对当下符元的多个频率响应值分别进行计算(平方后累加)以得到至少两组计算结果，并且这些计算结果皆储存于缓存器2065中，其中m为大于或等于1的正整数，例如为3。以第n符元的加总结果举例来说，在第n符元之前的第n-m符元的加总结果较早即被平方加总电路2061计算出来且被暂存在缓存器2065中。因此，若当下平方加总电路2061得出的传送至比较电路2063，则比较电路2063会向缓存器2065取得并将两者进行比较。详细来说，比较电路2063将以及进行相除以得到相除结果并且与一门槛值rd进行比较。一范例是比较电路2063将和门槛值rd相比，并且将和门槛值rd相比，若此两次比较结果指出有任一相除结果大于该门槛值rd，则判定该信道处于移动状态。另一种范例是比较电路2063先判断其中一个相除结果是否大于门槛值rd，若第一次的比较结果已指出该相除结果大于门槛值rd，则第二次的比较结果省略不做。简而言之，上述范例比较的是于不同时间点上频率响应的相异程度(以比值代表)，若其相异程度大于门槛值，则表示频率响应随时间有剧烈变化，因此推断信道处于移动状态。此外，如本发明技术领域中具有通常知识者所知，比较电路2063可包含例如但不限于一缓存器供储存门槛值rd、一除法电路(或乘法电路)、一比较器等等元件，其细节不赘述。

理论上，移动估计电路206进行一次比较之后即可决定信道为移动的；然而，实际上，移动估计电路206的整套判断流程较佳执行多次以确保结果的真实性。也就是说，移动估计电路206多次计算每两符元的频率响应相关的两组计算结果，并且执行多次相除结果是否大于门槛值rd的判断流程，若连续判断相除结果大于该门槛值的次数超过一移动上限值(次数)，则决定该信道为移动信道。相对的，若连续判断相除结果小于该门槛值的次数超过一非移动上限值，则决定该信道为非移动(稳态)信道。后面段落将对此等判断流程以详细的实施例搭配图5进行解说。

根据本发明的另一具体实施例为一种信道估测装置400，其功能方块图如图4所示，其中包含一第一信道估测电路410、一第二信道估测电路420、一复用器(multiplexer)430以及一平滑产生器440。第一信道估测电路410和第二信道估测电路420两者分别用于不同状况下的信道进行信道估测，第一信道估测电路410于稳态信道下进行信道估测，而第二信道估测电路420对移动信道进行信道估测且持续判断该信道是否为移动信道。详细来说，第一信道估测电路410包含时域内插电路4103以及平滑产生器4105。第二信道估测电路420包含频域内插电路4203、平滑产生器4205以及移动估计电路4207，这些元件的功能与图3b中的信道估测装置200中的对应元件相同，在此亦不做赘述。复用器430包含第一输入端以及第二输入端，分别接收第一信道估测电路410的第一组频率响应值h1以及第二信道估测电路420的第二组频率响应值h2，复用器430更包含一使能端en以及一输出端，第二信道估测电路420中的移动估计电路4207输出一移动信道旗标(代表信道是否为移动信道的评估结果)作为复用器430使能端en的输入，复用器430的输出端依照使能端en的状态而输出第一组频率响应值h1或第二组频率响应值h2。此外，复用器430的输出端的输出回授至移动估计电路4207。以下说明信道估测装置400的运作方式。首先，由于系统在初始状态下无法预知信道的状况，本实施例的信道估测装置400预设一开始由第一信道估测电路410对信道进行信道估测，此时复用器430的使能端en的值被预设为逻辑0，因此其输出端选择输出来自第一信道估测电路410的第一组频率响应值h1。同时，第一组频率响应值h1被回授至移动估计电路4207进行计算，若移动估计电路4207所得到的判断结果指出该信道为非移动信道，移动信道旗标为逻辑0，则复用器430的使能端en保持为逻辑0，复用器430的输出端继续输出第一信道估测电路410的频率响应值h1。若移动估计电路4205的判断结果判定该信道为移动信道，则移动信道旗标被改变设为逻辑1，复用器430的使能端en因此被改为逻辑1，复用器430的输出端的输出将由第一信道估测电路410的第一组频率响应值h1转变由第二信道估测电路430提供的第二组频率响应值h2。类似的，此时频率响应值h2被提供至移动估计电路4207进行计算，若所得到的判断结果指出该信道为移动信道，则移动信道旗标仍为逻辑1，复用器430的使能端en继续保持为逻辑1，因此复用器430继续输出第二信道估测电路420的第二组频率响应值h2；若其所得到的判断结果指出该信道为非移动信道，则移动信道旗标被改变为逻辑0，使得复用器的使能端en被设为逻辑0，因此复用器430改为输出第一信道估测电路410的第一组频率响应值h1。平滑产生器4105对第一信道估测电路410的频率响应值进行频域上的平滑化以得到输出的第一组平率响应值h1(意即h1已经是平均后的频率响应值)，而平滑产生器4205对第二信道估测电路420的频率响应值进行时域上的平滑化，其与图3b中的平滑产生器2043作用雷同，在此不多做赘述。

值得注意的是，本发明上述实施例的第一信道估测电路410与第二信道估测电路420的差异在于，由于采用第一信道估测电路410的前提是信道处于稳态，理论上时间上相近的频率响应的变化不大，因此第一信道估测电路410接收到引导副载波的频率响应值之后，即输入至时域内插电路4103，于时域上进行内插以取得其他时间的频率响应值，之后再于频域上进行平滑化(平滑产生器4105)。而第二信道估测电路420则是于信道处于非稳态(移动状态)的状况下进行信道估测，时间上相近的频率响应的变化可能很剧烈，所以第二信道估测电路410接收到引导副载波的频率响应值之后，首先至频域内插电路4203取得其他数据副载波上的频率响应值，再于时域上进行平滑化(平滑产生器4205)。

根据本发明的一实施例为一种移动信道估计方法，其流程图绘示于图5。首先，步骤501设定初始状态，包括将移动信道旗标设为逻辑零(0)、检测周期次数设为零(0)、移动状态次数设为零(0)以及非移动状态次数设为零(0)。接着，开始进行第一次移动检测，步骤502将检测周期的次数加1，并于步骤503判断当前检测周期的次数是否已经达到预设的间隔。在此实施例中，一检测周期的长度等于一个符元的长度，因此若预设的间隔是m个符元的长度，即是判断当前检测周期的次数是否等于m。若步骤503的判断结果为否，则回到步骤502继续将检测周期加1，若步骤503的判断结果为是，则继续至步骤504。步骤504判断与频率响应值相关的相除结果是否大于一门槛值(请对照至图3c的实施例内容，在此不重复叙述)，若判断结果为相除结果大于该门槛值，则进行步骤505，将移动状态次数加1；若判断结果为相除结果小于该门槛值，则进行步骤506，将移动状态次数归零。也就是说，若相除结果大于门槛值则表示前后两次得到的频率响应差异甚大，信道可能处于移动状态(移动状态次数加1)；若相除结果小于门槛值则表示前后两次得到的频率响应相趋近，而需要重新判断信道的状态(移动状态次数归零)。此外，步骤506之后接着步骤513进行检查移动信道旗标是否已是逻辑零(0)，若判断为否，则将回到步骤508，保持移动信道旗标为逻辑1并进行下一检测周期；若判断移动信道旗标已经是逻辑零(0)，则将回到初始状态重新开始流程。步骤505之后接着进行步骤507，检查移动状态次数是否已经大于移动上限值，若判断结果为否，则回到步骤502继续下一次检测周期；若判断结果为是，代表的是检测为移动状态的次数已经可判定此信道是移动信道，因此进入步骤508：移动状态次数被归零，移动信道旗标被设为逻辑1，并且开始检测周期(检测周期加1)，进入第二阶段的检测。第二阶段检测于步骤509开始，首先判断检测周期的次数是否等于m，若步骤509的判断结果为否，则回到步骤508继续将检测周期加1，若判断结果为是，则继续至步骤510，判断上述的相除结果是否小于上述门槛值。若步骤510的判断结果为否，则进行步骤506，将非移动状态次数归零，若判断结果为是，则进行步骤511，将非移动状态次数加1。也就是说，若相除结果小于门槛值则表示前后两次得到的频率响应趋近，信道可能处于非移动状态(非移动状态次数加1)，若相除结果并未小于门槛值则表示前后两次得到的频率响应差异甚大，则将需要重新开始判断信道的状态(非移动状态次数归零)。此外，如同上述，步骤506之后接着步骤513进行判断移动信道旗标是否已是逻辑零，若判断为否，则将回到步骤508，保持移动信道旗标为逻辑1并进行下一检测周期；若判断移动信道旗标已经是逻辑零，则将回到初始状态重新开始流程。步骤511之后进行步骤512，检查非移动状态次数是否大于一非移动上限值，若判断结果为否，则回到步骤508继续下一检测周期；若判断结果为是，则代表非移动状态次数已经累积达到可判定该信道为非移动信道，因此将非移动状态次数归零、移动信道旗标归为逻辑零并回到初始状态，重新开始流程。

本发明所属技术领域中具有通常知识者可理解，先前在介绍信道估测装置200、400时描述的各种操作变化亦可应用至图5中的移动信道估计方法，其细节不再赘述。

藉由以上实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求书的范畴内。本发明所属技术领域中具有通常知识者可理解，另有多种电路组态和元件可在不背离本发明精神的情况下实现本发明的概念。此外，本揭露书中的数学表示式是用以说明与本发明的实施例相关的原理和逻辑，除非有特别指明的情况，否则不对本发明的范畴构成限制。本发明所属技术领域中具有通常知识者可理解，有多种技术可实现该等数学式所对应的物理表现形式。