专利名称：一种用于正交频分多路复用系统接收器的快速傅里叶变换窗口位置还原装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一个正交频分多路复用(OFDM)系统，更具体地说，本发明涉及一种在OFDM接收器中的快速傅里叶变换(FFT)窗口位置还原装置。
图1是显示一个普通OFDM系统接收器的结构的方块图，和图2则是图1中的符号起始检测器120的方块图。首先，当FFT的抽样点数为N时，OFDM信号的一个符号包括从快速傅里叶逆变换器(IFFT)输出的供发射用的N个有效数据样本和一个插在符号之间以防止符号间的相互干扰、具有G个样本长度的保护区间。也就是说，发射器(图中未画出)复制一个有效片段的末端部分，然后，将复制结果附加在由快速傅里叶逆变换器(IFFT图中未画出)输出的N个复值上，并依次发射总共由(G+N)个样本组成的符号。Si=Σn=-(iN-1Xj,n=Σn=-(i-1Σk=0N-1Xj,kej2π(N+n)/N+Σn=0N-1Σk=0N-1Xj,kej2πkn/N......(1)]]>这里，j表示符号序号，k是载波索引(carrier index)(序号)，N是有效数据样本数，n表示取样次数，和X(·)和x(·)分别表示输入到IFFT中的输入复值和从IFFT中输出的输出复值。方程1显示了由从快速傅里叶变换器(FFT)140输出的复值组成的第j个符号。在方程1的右边，第一项是保护区间部分，第二项是有效数据部分。
如图1所示，模拟／数字转换器(ADC)110取样接收的OFDM信号并将取样的OFDM信号转换成数字数据。符号起始检测器120从ADC 110输出的取样OFDM数据中检测一个符号的起始部分。FFT窗口控制器130利用符号起始检测器120检测到的符号起始部分指定一个时间点以启动FFT 140。这里，从发射器的IFFT(图中未画出)的第一端输出的值必须输入到接收器的FFT 140的第一端之中，从IFFT的第N端输出的值必须输入到FFT 140的第N端之中。但是，由衰落现象，或接收器的移动所带来的环境效应等可能难以估算出精确的符号起始部分，使得符号起始检测器120误判符号起始部分。在现有技术中，这个符号起始部分是通过寻找接收信号之间的关联值的极大位置或通过寻找接收信号之间的差值的绝对值的极小位置来检测的。然而，这两种方法都需要接收信号之间的关联值，从而使系统结构复杂化。另一种可选的方法是，符号起始部分可以通过使用输入信号的2位量化来检测。由于使用的是2位量化，这种系统结构简单。但是，当存在被称为载波频率同步故障的频率偏差时，会发生输入信号的相位旋转，从而改变有效片段末端部分和保护区间的相位。因此，不能找到具有最大关联值的位置和符号起始位置还原难以实现。
为了达到上面的目的，本发明提供了一种在用来接收由N个有效数据样本和G个保护间隔组成的OFDM符号并还原FFT窗口位置的正交频分多路复用(OFDM)系统接收器中的快速傅里叶变换(FFT)窗口位置还原装置，该装置包括用来将接收的OFDM信号转换成数字复样本的模拟／数字转换器(ADC)；用来量化ADC输出的相邻数字复样本之间的相位差并检测相对于量化值具有极大关联值的位置作为符号起始位置的符号起始检测器；和用来利用符号起始检测器检测的符号起始信息启动FFT的FFT窗口控制器。
图3是图2中的相位差检测器的方块图；图4是被量化成3位的输入信号的相位的构像图；图5是图2中的相关器的方块图；和图6是进行FFT窗口位置检索的原理图。
优选实施例参考图2，在根据本发明的OFDM系统接收器中的FFT窗口位置还原装置由一个模拟／数字转换器(ADC)210、一个起始位置检测器220、一个FFT窗口位置控制器230和一个快速傅里叶变换器(FFT)240组成。这里，起始位置检测器220包括一个相位差检测器222、一个相关器224、一个滑动窗口加法器226和一个极大值位置检测器228。
如图2所示，ADC 210对输入的OFDM信号取样并将其转换成如方程2所表示的数字数据Y(k)=Y(t)，t=kT……(2)这里，Y(k)是经取样的复信号，Y(t)是接收的OFDM信号，k为0、1、2、…，和T是额定取样周期。
符号起始检测器220量化ADC 210输出的数字复样本之间的相位差，并检测相对于量化值具有极大关联值的位置作为符号起始部分。
也就是说，相位差检测器222接收ADC 210输出的复信号Y(k)并检测相邻样本之间(即，在第k个样本和第(k-1)个样本之间)的相位差。
图3是图2中的相位差检测器的方块图，它包括一个量化器310、一个延迟器320、一个相位差运算器330和一个调整器340。如图3所示，量化器310将复信号Y(k)的相位转换成3位的量化数据C(k)。这里，2位量化并不适用于差的噪声环境，而大于3位的量化增加了存储数据的容量和运算量，因此，选择3位量化是最合适的。如图4所示，量化器310将接收的复信号Y(k)的相位分割成八个具有不同值的区域，这些值可以用3位来表示，例如，第i个、第(i+1)个和第(i+2)个信号的相位被分别量化成Q1、Q2和Q3。这些量化值Q0、Q1、Q2、Q3、Q4…分别用方程3所示的0、1、2、3、4、…来表示{Q0，Q1，Q2，Q3，Q4，Q5，Q6，Q7}={0，1，2，3，4，5，6，7}……(3)量化器310输出一个输入复信号的相位位置所属的区域的典型值，如方程4所示
c(k)=Q[Y(k)]，k=1、……2N+G……(4)这里Q[Y(k)]是一个用来以取样的输入复信号Y(k)作为自变量，输出量化的样本值c(k)的函数。这里，当存在频率偏差时，在保护区间中的复信号的相位不再与在后有效片段中的复信号的相位相一致，这样使得使用量化器310输出的量化值而不发生变化变得不可能，因此，为了降低频率偏差的影响，在相邻样本c(k)和c(k-1)之间的相位差通过应用一种差分编码处理来获得。由相位差运算器330对量化器310输出的样本值c(k)和经延迟器320延迟一个样本间隔的样本值c(k-1)进行运算以输出如方程5所表示的相位差数据d(k)。此外，通过对3位量化值进行运算，相位差数据d(k)具有如下面方程5所表示的15个数值d(k)=c(k)-c(k-1)……(5)调整器340将相位差数据d(k)调整为只沿同一个方向的相变值。为了便于关联值的计算，下面方程6是用来将相位差数据值调整为只沿同一个方向相变的值d(k)＜0d(k)=d(k)+8d(k)≥0d(k)=d(k) ……(6)举例来说，当c(k)为0、c(k+1)为4、c(k+2)为1和c(k+3)为6时，则d(k＋1)为4，d(k+2)为-3和d(k+3)为-5。这里，(-)号表示相位沿着顺时针方向改变，(+)号表示相位沿着逆时针方向改变，因此，方程6表示了只沿着同一个方向的相变。
下一步，为了获得保护区间(G)和后有效片段之间的关联值，相关器224计算调整器340输出的相位差数据d(k)和延迟N个样本后的相位差数据之间的关联值。
图5是图2中的相关器224的方块图。关联运算器520获得相位差数据d(k)和经延迟器510延迟了N个样本后的相位差数据d(k-N)之间的关联性。也就是说，如图6所示，第一块BLOCK1是一个存储着从任意位置(0)，开始直到一个符号长度(N+G)结束的数值，第二块BLOCK2则是一个存储着从时间点(N)开始直到一个符号长度(2N+G)结束的数值。延迟器510将第一块BLOCK1中的保护区间(G)从它的存储位置延迟N个样本的长度，从而使它与第二块BLOCK2中的具有与保护区间(G)相同数据的后有效数据片段(G′)处在同一位置上。在第一块BLOCK1和第二块BLOCK2之间的关联中，由于片段G和G′含有相同的数据，它们之间的关联是最紧密的。由于剩余片段含有任意的数据，它们之间几乎不相关联。有关3位置化值的关联值的查用表用来简化相关器224的结构。也就是说，在查用表(表1)中，加权值随着作为输入值的相位差数据d(k)和d(k-N)之间的值的不同而发生变化。例如，当第k个信号是Q0和第(k-N)个信号也是Q0时，给出一个任意的关联值2，当第k个信号是Q0而第(k-N)个信号是Q4时，给出一个最小的关联值-2。
滑动窗口加法器226将在保护区间(G)之内的从相关器224输出的所有关联值相加。在窗口以一个样本为单位从起始时间点0移动到时间点N的同时，滑动窗口加法器226进行加法运算。如图6所示，滑动窗口加法器226的输出值在符号起始时间点i上达到极大值。极大值位置检测器228认为这个任意的时间点是一个极大值点并栓测这个时间点作为符号起始点。由此，极大值位置检测器228从相加的关联值中检测出极大值并将这个检测到的极大值设定为FFT窗口移动值。
FFT窗口位置控制器230利用极大值位置检测器228所检测的极大值的位置信息指定包括一个符号起始位置在内的、FFT 240开始进行快速傅里叶变换(FFT)的位置。FFT 240根据FFT窗口位置控制器230产生的FFT窗口位置控制信号快速傅里叶变换ADC 210产生的数据。(表11) 工业上的可应用性根据上面所述的本发明的内容，通过使用相邻样本之间的相位差可以减少频率偏差的影响，从而提高了系统的可靠性。此外，位运算可以通过使用3位量化来进行，从而简化了系统。
根据本发明的傅里叶变换窗口位置还原装置可以应用在正交频分多路复用系统之中。
权利要求
1．一种在正交频分多路复用(OFDM)系统接收器中的快速傅里叶变换(FFT)窗口位置还原装置，所述正交频分多路复用(OFDM)系统接收由N个有效数据样本和G个保护间隔组成的OFDM符号并还原FFT窗口位置，所述装置包括模拟／数字转换器(ADC)210，将接收的OFDM信号转换成数字复样本；符号起始检测器220，量化ADC输出的数字复样本之间的相位差并检测相对于所量化值具有极大关联值的位置作为符号起始位置；和FFT窗口控制器230，利用符号起始检测器所检测的符号起始信息启动FFT。
2．如权利要求1所述的OFDM系统接收器中的FFT窗口位置还原装置，其中符号起始检测器包括相位差检测器222，量化ADC输出的数字复样本的相位并检测依次相邻样本之间的相位差；相关器224，计算相位差检测器输出的相位差与经过N个样本间隔延迟的相位差之间的关联值；滑动窗口加法器226，在关联值每次变动一个样本的同时将在保护区间时间间隔之内的从相关器输出的所有关联值相加；和极大值位置检测器228，从滑动窗口加法器的输出值中检测一个极大值。
3．如权利要求2所述的OFDM系统接收器中的FFT窗口位置还原装置，其中所述相关器包括一张查用表520，用来提供与两个样本值的差值成比例的不同加权值。
4．如权利要求2所述的OFDM系统接收器中的FFT窗口位置还原装置，其中所述相位差检测器包括量化器310，量化ADC输出的数字复样本的相位；相位差运算器330，对量化器输出的样本中依次相邻样本之间的相位差进行运算；和调整器340，将相位差检测器输出的相位差调整为单向电平。
5．如权利要求4所述的OFDM系统接收器中的FFT窗口位置还原装置，其中所述相位差运算器包括延迟器320，将量化器输出的量化值c(k)延迟一个样本间隔；和相位差运算器330，将c(k)与延迟了一个样本间隔的量化值c(k-1)相加。
6．如权利要求4所述的OFDM系统接收器中的FFT窗口位置还原装置，其中量化器是一个3位的量化器。
7．如权利要求4所述的OFDM系统接收器中的FFT窗口位置还原装置，其中相位差是调整器根据如下方法进行调整的d(k)＜0d(k)=d(k)+8d(k)≥0d(k)=d(k)
全文摘要
本发明提供了一种在正交频分多路复用(OFDM)接收器中的快速博里叶变换(FFT)窗口位置还原装置。在这种用来接收由N个有效数据样本和G个保护间隔组成的OFDM符号并还原FFT窗口位置的OFDM系统接收器中的FFT窗口位置还原装置中;该装置包括将接收的OFDM信号转换成数字复样本的模拟/数字转换器(ADC)(210)量化ADC输出的相邻数字复样本之间的相位差并检测相对于量化值具有极大关联值的位置作为符号起始位置的符号起始检测器,和利用符号起始检测器所检测的符号起始信息启动FFT的FFT窗口控制器。通过使用相邻样本之间的相位差减少了频率偏差的影响;从而提高了系统的可靠性。此外,位运算可以通过使用3位量化来进行,从而简化了系统结构。
文档编号H04L27/26GK1279850SQ98810279
公开日2001年1月10日 申请日期1998年8月31日 优先权日1997年8月30日
发明者朴召罗, 金东奎, 崔炯辰 申请人:三星电子株式会社