OFDM分集接收机及其接收OFDM信号的方法

摘要

一种OFDM分集接收机具有多个用于接收经多径传输的OFDM信号的天线，多个用于将在天线端接收的OFDM信号解调为原始信号的解调单元，多个根据多个信道状态信息来估计由该解调单元解调的OFDM信号的多个信道状态信息并且补偿在OFDM信号信道上产生的失真的均衡器，以及一个天线调整单元用于产生控制信号以便根据多个由均衡器估计的信道状态信息来调整天线。该天线调整单元具有一个当一个信道状态信息如果该信道状态信息小于一个预定的阈值被认为是零值时，从均衡器所估计的多个信道状态信息中检测零值的检测单元，一个零值计算单元用于在零值检测单元所检测的零值中计算在相同位置检测的零值数量，以及一个控制器用于产生调整天线的控制信号以便能够将零值计算单元中计算的零值数量最小化。能够获得在合并器中所合并OFDM信号的每一个子载波的高的SNR。

说明书

                      技术领域

本发明涉及一种OFDM(正交频分多路复用)分集接收机系统，特别是涉及一种用于实现最佳信号接收性能的OFDM分集接收机，用于防止当OFDM信号以一种多载波传输方案传输时而引起的传输质量的降低。

                      背景技术

通常，一个用于HDTV(高清晰度电视)的广播系统可大致分为一个图像编码部分和一个调制部分。该图像编码部分将从一个高清晰度图像源获得的大约1Gbyte数据压缩至15～18Mbyte数据。该调制部分将好几Mbyte的数字数据通过一个6～8MHZ带限通道传输到一个接收机。

通常，一个数字HDTV广播方案使用采用VHF(甚高频)/UHF(超高频)波段频道的地面同时广播方案，其中的波段被分配用于传统的电视广播方案。所以，在地面同时广播的情况之下，一种用于HDTV广播系统的调制方法应该满足以下条件：第一，该用于HDTV的调制方法应该具有高的频谱效率，以通过该6～8MHZ带限通道将几十M字节的数字数据传输到一个接收机。第二，该用于HDTV的调制方法应该在HDTV广播中，当由周围建筑物以及设施等等引起多路径衰落时抗衰落。第三，该用于HDTV的调制方法应该抗由于传统模拟电视信号而必然导致的同频干扰。另外，HDTV的数字调制信号应该能够最小化与传统模拟电视接收机之间的干扰。

现有包括QAM(正交幅度调制)和VSBM(残留边带调制)在内的几种调制方法满足上述描述的条件。欧洲已经采用OFDM方案作为下一代HDTV地面广播模式以获得双倍效果即提高单个带宽所传输速度以及防止干扰。

OFDM方案将串行输入的码元序列转换成预定大小的并行数据块并且将该并行数据多路复用到每个不同的子载波频率上。这种OFDM方案使用多载波并且完全不同于通常使用一个载波的方案。多载波彼此之间具有正交性。正交意味着，即任何两个载波的相乘结果为“0”。这种特性成为使用多载波的一个必要条件。OFDM可通过FFT(快速傅立叶变换)以及IFFFT(快速傅立叶逆变换)来实现。这种实现是由FFT的清晰度以及载波之间的正交性而产生的。

另一个方面，OFDM方案具有以上所描述的优点。电视的地面传输方案具有信道特性，即传输质量依赖于信号传输中产生的反射波，同信道干扰以及邻信道干扰，等等。接下来，传输系统的设计条件变得非常困难。但是，OFDM方案是抗多路径的。名义上，OFDM方案可使用多载波以增加码元的传输时间。由于OFDM方案对多路径干扰信号变得相对敏感，这使得性能的降低小于长时间的回声信号。另外，OFDM方案也抗已经存在的信号，那么对于同信道干扰就不再同样有效了。由于这些特性，可建立SFN(单一频率网络)。这里，SFN意味着，即单一广播以一个单一的频率覆盖整个国家。在这种情形下，同信道干扰将降低，那么由于在此情形下它的健壮性，就可以采用OFDM方案。

同时，OFDM信号包括多载波并且每个载波具有很窄的带宽。相应地，由于整个频谱形状几乎呈现为矩形，频率效率将变得相对好些。OFDM方案的另外的优点是，由于OFDM信号的波形与一种白高斯噪声的波形相似，OFDM方案与其他方案相比，包括PAL(逐行倒相制式)或SECAM(SequentialCouleur a Memoire，顺序与存储彩色电视系统)方案，具有更少的干扰。然后，在用于分级传输的OFDM方案中可以将不同的调制方法应用到每一个载波。

同时，OFDM接收机使用一种分集技术用于应对由于多路径引起的衰路现象。该多路径意味着，一个天线接收几个通过空中不同路径传输的信号。如果几个信号经不同路径接收的话，将产生不同的幅度衰减以及相位变化。衰落现象解释了，当接收和合并经历不同幅度衰减和相位变化的信号时，该信号的能量将不同于随时间经过而传输的信号的能量。分集技术意味着接收经历每一不同衰落的几个信号并且将其适当合并以克服衰落现象。

大致上有两种类型的分集技术。他们分别是使用长期拉格朗曼信号(long-term lognormal signals)的宏分集和使用短期瑞利信号(short-termRayleigh signals)的微分集。微分集详细划分为空间，极化，角度，频率以及时间分集。接收信号的合并方法划分为选择性合并，最大比值合并，等增益合并以及反馈合并，等等。

图1是示例一个传统OFDM分集接收机的方框图。为了参考目的，图1所示的OFDM分集接收机包括两个分集天线12，22，分别用于接收经多经传输的OFDM信号。

该OFDM分集接收机包括第一和第二天线12，22，第一和第二解调单元14，24，第一和第二均衡器16，26，合并器32以及FEC(前向纠错器)34。

该第一和第二天线12，22接收以预定接收强度经每一个传输路径传输的OFDM信号。该第一和第二解调单元14，24分别将接收的OFDM信号解调为原始信号。这里，第一和第二解调单元14，24通过把接收信号转换为数字信号以及快速傅立叶变换该数字信号以将接收信号解调为原始信号。该第一和第二均衡器16，26补偿传输过程中在快速傅立叶变换OFDM信号中产生的失真。合并器32将每一个OFDM信号合并，其中信号的失真在第一和第二均衡器16，26中补偿。FEC34使用预先设置在OFDM信号数据中的一个错误检测方案检测错误并纠正该错误。

此外，传统的OFDM分集接收机接着以固定的接收强度以及固定的天线12，22方向接收OFDM信号，传统的OFDM接收机不能实现最佳接收性能。另外，由于传统的OFDM分集接收机以一个固定的接收强度以及固定的天线12，22方向接收OFDM信号，而不考虑传输路径环境的改变，因此它不能稳定接收OFDM信号。就上面描述的方案中接收OFDM信号而言，由于包含在接收OFDM信号中的失真率增长以及然后SNR(信号噪声比率)变得较小的缘故，就很难恢复原始信号。

                      发明内容

相应地，本发明一个目的是提供一种能够经多径更加稳定地接收OFDM信号的OFDM分集接收机。

本发明另一个目的是提供一种能够接收OFDM信号的OFDM分集接收机，其中接收的OFDM信号获得最大的SNR。

为实现第一个目的，根据本发明的一个方面，提供一种包括多个天线的OFDM分集接收机，通过天线接收经多径传输的OFDM信号，包括多个解调单元用于将在天线端接收的OFDM信号解调为原始信号，包括多个均衡器用于根据解调单元解调的OFDM信号估计信道状态信息并根据多个信道状态信息补偿在OFDM信号信道上产生的失真，以及包括一个产生控制信号的天线调整单元用于根据所述均衡器所估计的多个信道状态信息调整该天线。

优选地，天线调整单元包括一个零值检测单元，当在一个信道状态信息小于一个预定的阈值的情况下该信道状态信息被认为是零时，用于从均衡器所估计的多个信道状态信息中检测零值，包括一个零值计数单元用于在零值检测单元检测的零值中计数在相同位置检测到的零值数量，以及包括一个控制器产生控制信号以便调整天线从而可以将零值检测单元中计算的零值数量最小化。

根据本发明的OFDM分集接收机进一步包括一个合并器，通过该合并器将OFDM信号合并，所述OFDM信号在信道上产生的失真在均衡器中得到补偿，还包括一个错误纠正单元用于通过一个预先设置在OFDM信号数据上的错误检测方案来检测错误并且纠正这些错误。

为了实现根据本发明的另一个方面的一个目的，提供一种OFDM分集接收机，其中包括多个天线，通过该天线接收经多径传输的OFDM信号，包括多个功率检测单元用于检测在天线端接收的OFDM信号的最大功率并且响应于该最大功率为调整天线而产生控制信号，包括多个解调单元用于将在天线端接收的OFDM信号解调为原始信号，以及包括多个均衡器用于根据解调单元所解调的OFDM信号估计多个信道状态信息并且根据多个信道状态信息补偿在OFDM信号信道上产生的失真。

优选地，根据本发明的OFDM分集接收机进一步包括一个合并器用于通过此将OFDM信号合并，上述信号在信道上的失真在均衡器中补偿，并且包括一个错误纠正单元用于通过一个预先设置在OFDM信号数据上的错误检测方案检测错误并且纠正这些错误。

本发明的再一个方面，提供了一种接收OFDM信号的方法，包括通过多个天线接收经多径传输的OFDM信号的步骤，将该OFDM信号转换成数字信号并且通过快速傅立叶变换将数字信号解调为原始信号，估计多个信道状态信息，其中所述OFDM信号通过该信道传输，以及补偿该信道上产生的失真并且为了调整天线根据多个信道状态信息而产生控制信号。

优选地，所述产生步骤包括从多个信道状态信息检测零值位置的步骤，其中一个信道状态信息如果该信道状态信息小于一个预定阈值时被认为是一个零值；在所检测的零值中计算在相同位置检测到的零值数量以及为了调整该天线产生控制信号以便将在相同位置检测的零值数量最小化。

本发明用于接收OFDM信号的方法进一步包括将所述OFDM信号合并的步骤，其中在信道上产生的所述信号失真得到补偿，用一个预先在OFDM信号数据上设置的检测方案检测错误并且纠正这些错误。

本发明的再一个方面，提供一种用于接收OFDM信号的方法，包括通过多个天线接收经多径传输的OFDM信号的步骤，检测OFDM信号的最大功率并且响应于最大功率产生控制信号以用于调整该天线，将该OFDM信号转换成数字数据并且通过快速傅立叶变换将该数字信号解调为原始信号以及估计信道上的多个信道状态信息，其中OFDM信号通过该信道传输，并且补偿信道上产生的失真。

本发明的用于接收OFDM信号的方法进一步包括将OFDM信号合并的步骤，其中在信道上产生的所述信号失真得到补偿，用一个预先在OFDM信号数据上设置的检测方案检测错误并且纠正这些错误。

根据本发明，当从在第一和第二天线分别接收的OFDM信号的CSI(信道状态信息)中检测到零值时，为了最小化在相同位置产生的零值数量，通过控制一个第一和第二马达的操作，能够获得合并器所合并OFDM信号的每一个子载波的高的SNR。而且，当接收OFDM信号的功率随着第一和第二天线的接收强度增长而变得大些时，从接收到的OFDM信号恢复原始信号可能变得更容易些。

                          附图说明

通过结合附图详细地描述优选实施例，本发明上述描述的目的和特征能够清楚。

图1示例了一个传统OFDM分集接收机的方框图。

图2示出了根据本发明的OFDM分集接收机的第一优选实施例的方框图。

图3示出了根据本发明的OFDM分集接收机的第二优选实施例的方框图。

图4示出了根据本发明使用OFDM分集接收机的OFDM信号接收方法的一个第一优选实施例的流程图。

图5详细示出了在图4中所示的调整接收强度的步骤流程图。

图6示出了根据本发明使用OFDM分集接收机的OFDM信号接收方法的第二优选实施例的流程图。

                  具体实施方式

本发明的优选实施例现在将参考附图进行描述。

图2是根据本发明的OFDM分集接收机的第一优选实施例的方框图。根据该第一优选实施例的OFDM分集接收机包括两个用于分集使用的天线120，220。

该OFDM分集接收机包括第一和第二天线120，220，第一和第二马达130，230，第一和第二解调单元140，240，第一和第二均衡器150，250，合并器420和FEC 440。

该第一和第二天线120，220分别接收经多径传输的OFDM信号。第一和第二马达130，230根据控制信号调整第一和第二天线120，220的接收强度。这里，根据第一和第二马达130，230对接收强度的调整，接收的OFDM信号呈现出不同的幅度和周期。第一和第二解调单元140，240将每一个在第一和第二天线120，220端接收的具有第一和第二马达130，230调整的接收强度的OFDM信号解调为原始信号。第一和第二解调单元140，240分别将每一个OFDM信号转换成数字信号并接着快速傅立叶变换该数字信号。

第一和第二均衡器150，250补偿在传输过程中在第一和第二解调单元140，240中快速傅立叶变换每一个OFDM信号中产生的失真。第一和第二均衡器150，250在信道上从每一个OFDM信号中检测该CSI C1，C2，每一个OFDM信号通过该信道传输并且使用每一个检测到的CSI C1，C2补偿传输中OFDM信号所产生的失真。

合并器420将每一个OFDM信号合并，其中在传输中产生的信号失真由第一和第二均衡器150，250补偿。合并器420通过补偿零值来补偿由于OFDM信号中的零值而引起的失真，这些零值是在第一和第二天线120，220的任何一个天线端接收的一个OFDM信号中和第一和第二天线120，220的另外一个天线端接收的另外一个OFDM信号中产生的。FEC 440以一种预先在OFDM信号数据中设置的错误检测方案检测错误并且然后纠正这些错误。

根据本发明实施例的该OFDM分集接收机进一步包括第一和第二零值检测单元160，260。接下来，如果CSI C1，C2分别小于阈值，该第一和第二零值检测单元160，260在第一和第二均衡器150，250中将检测到的CSI C1，C2与一个预定的阈值进行比较以确定每一个都为零值。第一和第二零值检测单元160，260从CSI C1，C2中通过将CSI C1，C2分别与该阈值相比较来检测零值位置并且将检测到的零位置信息提供给零值计数单元320。零值计数单元320将第一和第二零值检测单元160，260提供的位置信息N1，N2进行比较，并且计数在相同位置产生的零值数量并将包含在相同位置产生零值数量的零值匹配计算信息M提供给控制器340。为了调整第一和第二天线120，230的接收强度，控制器340通过零值计算单元320提供的零值匹配计算信息M控制第一和第二马达130，230使得在相同位置产生的零值数量最小化。

相应地，通过检测具有在第一和第二天线120，220接收的OFDM信号CSI的零值，以及为了最小化在相同位置产生的零值数量，通过控制第一和第二马达130，230的操作，能够获得合并器420所合并OFDM信号的每一个子载波的高的SNR。

图3示出了根据本发明的OFDM分集接收机的第二优选实施例的方框图。图3与图2中的具有相同参考数字的描述被省略。

本实施例的OFDM分集接收机包括一个第一和第二天线120，220，一个第一和第二马达130，230，一个第一和第二功率检测单元520，540，一个第一和第二解调单元140，240，一个第一和第二均衡器150，250，一个合并器420和FEC 440。

第一和第二天线120，220分别接收经多径传输的OFDM信号。第一和第二马达130，230根据控制信号调整第一和第二天线120，220的接收强度。第一和第二功率检测单元520，540利用在第一和第二天线120，220端接收的OFDM信号的幅度来检测功率。这里，第一和第二功率检测单元520，540检测所检测功率中的最大功率并且控制第一和第二马达130，230的操作以便第一和第二天线120，220的接收强度可获得最大检测功率。接下来，在第一和第二天线120，220端接收的OFDM信号的功率将变大，其中将获得的最大值作为天线接收强度。

第一和第二解调单元140，240将在第一和第二天线120，220接收的具有最大功率的每一个OFDM信号转换成数字信号以及快速傅立叶变换该数字信号。第一和第二均衡器150，250从快速傅立叶变换的OFDM信号中检测CSI并且根据该CSI补偿传输OFDM信号(在传输中)中产生的失真。合并器420将每一个OFDM信号合并，其中在传输信道上产生的上述信号的失真通过第一和第二均衡器150，250来补偿。FEC 440检测在合并器420中合并的OFDM信号数据中的错误并且纠正这些错误。

相应地，当接收的OFDM信号的功率随着第一和第二天线的接收强度增长而变得大些时，从接收的OFDM信号中恢复原始信号可变得较容易些。

图4示出了根据本发明使用OFDM分集接收机的OFDM信号接收方法的一个第一优选实施例的流程图。首先，OFDM接收机分别接收经多径传输的OFDM信号(步骤S120)。第一和第二解调单元140，240将在第一和第二天线120，220接收的每一个OFDM信号转换成数字信号，快速傅立叶变换该数字信号以及然后恢复原始信号。第一和第二均衡器150，250从每一个解调的OFDM信号中估计CSI C1，C2(步骤S160)。第一和第二均衡器150，250也基于估计的CSI C1，C2(步骤S160)来补偿在每一个传输的OFDM信号中(在传输中)的失真。

当第一和第二均衡器150，250所估计的CSI C1，C2小于一个预定的阈值(步骤S180)的情况下，每一个CSI C1，C2被认为是零值时，本实施例的OFDM分集接收机控制第一和第二天线120，220的接收强度以便将在相同位置产生的零值数量最小化。合并器420将每一个OFDM信号合并，其中在传输信道上产生的上述信号的失真通过第一和第二均衡器150，250来补偿(步骤S220)。FEC440从合并器420合并的OFDM信号数据中检测错误并且纠正这些错误(步骤S240)。

相应地，通过调整第一和第二天线120，220的接收强度能够增加合并器420合并的每一个OFDM信号的SNR以便从每一个CSI中检测零位置以及使得相同位置产生的零值数量最小化。

图5详细示出了图4中步骤S180。首先，第一和第二零值检测单元160，260检测零值位置，其中由第一和第二均衡器150，250所估计的每一个CSIC1，C2小于该预定阈值(步骤S182)。第一和第二零值检测单元160，260将零值位置信息N1，N2提供给一个零值计算单元320。该零值计算单元320使用由第一和第二零值检测单元160，260所提供的零值位置信息N1，N2计算相同位置上产生的零值数量(步骤S184)。该零值计数单元320将零值信息M的计数数量提供给控制器340。该控制器340调整第一和第二天线120，220的接收强度以便基于零值计算单元320所提供的零值信息M的数量使得相同位置上的零值数量最小化(步骤S186)。

图6示出了根据本发明使用OFDM分集接收机的OFDM信号接收方法的一个第二优选实施例的流程图。首先，OFDM接收机分别接收经多径传输的OFDM信号(步骤S320)。第一和第二功率检测单元520，540检测在第一和第二天线120，220端接收的OFDM信号的功率。这里，第一和第二功率检测单元520，540检测位于所检测功率中的最大值。接下来，响应于该最大值功率，第一和第二功率检测单元520，540控制第一和第二马达130，230的操作以便调整的第一和第二天线120，220的接收强度。

同时，第一和第二解调单元140，240将在第一和第二天线120，220端接收的每一个OFDM信号转换成数字信号，快速傅立叶变换该信号以及然后恢复该原始信号(步骤S360)。第一和第二均衡器150，250从每一个解调的OFDM信号中估计CSI C1，C2，也基于估计的CSI C1，C2来补偿在每一个传输的OFDM信号中(在传输中)的失真(步骤S380)。合并器420将每一个OFDM信号合并，其中在传输信道上产生的上述信号的失真通过第一和第二均衡器150，250来补偿(步骤S420)。FEC440检测在合并器420中合并的OFDM信号数据中的错误并且纠正这些错误(步骤S440)。

相应地，当接收的OFDM信号的功率随着第一和第二天线的接收强度增长而变得大些时，从接收的OFDM信号中恢复原始信号可变得较容易些。

根据本发明，当检测具有在第一和第二天线端分别接收的OFDM信号CSI的零值时，通过控制第一和第二马达的操作以便使相同位置上的产生的零值数量最小化，能够获得合并器所合并OFDM信号的每一个子载波的高的SNR。

而且，当接收的OFDM信号的功率随着第一和第二天线的接收强度增长而变得大些时，从接收的OFDM信号中恢复原始信号可变得较容易些。

对于本领域的熟练技术人员来说其他的优点和修改将容易获得。所以，具有更宽广方面的本发明并不局限于这里所示出和描述的具体细节，具有代表性的设备，以及示例性的实例。相应地，可能的不同修改都没有偏离附加权利要求书以及它们等同物所定义的普遍创造性思想的精神和范围。