具有动态功率调整的多载波接收机以及相关调整方法

摘要

本发明是关于一种具有动态功率调整的多载波接收机与其动态功率调整方法，上述接收机包含：解调器，接收多载波信号，其中多载波信号包含多个子载波；信道估测器，估测每一子载波的信道特性；载波间相互干扰检测器，估测载波间相互干扰；系统性能检测器，检测系统性能；载波间相互干扰消除器，从解调的多载波信号减去上述估测的载波间相互干扰；决定电路，当载波间相互干扰超出载波间相互干扰阈值并且系统性能小于系统性能阈值时，开启载波间相互干扰消除器；以及均衡器，依据估测的信道特性来均衡解调的多载波信号。本发明提供的具有动态功率调整的多载波接收机与动态调整其功率消耗的方法，可有效地降低接收机的平均功率消耗。

说明书

技术领域

本发明涉及接收多载波(multi-carrier)信号，特别涉及到具有动态功率调整的多载波接收机以及动态调整多载波接收机的功率消耗的方法。

背景技术

多载波调制方法，例如正交频分复用(orthogonal frequency divisionmultiplexing，以下简称为OFDM)，现已得到普遍使用。OFDM是一种在20世纪70年代设计、使用多个不同的子载波来并行传输多个符号的调制方法。OFDM系统通过k个复数正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)符号X_k来形成其符号，每一子载波具有频率$>f_k=\frac{k}{T_u},$>其中T_u是子载波符号周期。每一OFDM子载波在频域显示$>\sin c\left(x\right)=\frac{\sin \left(x\right)}{x}$>频谱。通过在频域将2N+1子载波相互间隔每一子载波sinc(x)频谱的初始峰值(primary peak)与其他任一子载波的零值相重合。从而，尽管子载波的频谱重叠，子载波依然相互正交。OFDM作为一种能够处理在无线环境中发生的信道损坏(channel impairment)的高度有效的频谱传输架构而众所周知。OFDM的基本出发点是将可用频谱分割成多个子信道(子载波)。通过设置所有的子载波窄频带，使子载波经历几乎平坦的衰落，从而简化均衡。

然而移动接收依然是OFDM系统相关的问题。移动接收机将经历多普勒频移(Doppler shift)，其将损害每一子载波之间的正交，从而降低系统性能。在此情况下，由于来自一个子载波的信号分量与来自其他子载波(通常为相邻子载波)的信号分量相互干扰，载波间相互干扰(inter-carrier interference，以下简称为ICI)发生。移动的接收机也遇到时变信道(time-varying channel)的问题。时变信道也限制了系统的性能。通常，使用ICI消除器来补偿ICI，并且使用附加的具有前向纠错(forward error correction)能力的长交错器(long interleaver)来增进系统性能。举例来说，手持式数码视频播放(Digital Video BroadcastHand-held，以下简称为DVB-H)中具体说明了使用多重协议封装-前向纠错(multiprotocol encapsulation forward error correction，以下简称为MPE-FEC)来提供交错与纠错的附加层，从而在移动环境中提供更加稳定的信号。

尽管ICI消除器与MPE-FEC可增进系统的性能，可此两个特征也消耗较多的功率。由于手持装置通常具有有限的电源，系统设计者必须要在系统性能与功率消耗之间折衷。

发明内容

本发明为了同时满足OFDM系统中移动接收机的系统性能与功率消耗的要求，提供了一种具有动态功率调整的多载波接收机与动态调整多载波接收机的功率消耗的方法。

本发明所披露的一种具有动态功率调整的多载波接收机，上述接收机包含：解调器，接收多载波信号，其中多载波信号包含多个子载波；信道估测器，估测每一子载波的信道特性；载波间相互干扰检测器，估测载波间相互干扰；系统性能检测器，检测系统性能；载波间相互干扰消除器，从解调的多载波信号减去上述估测的载波间相互干扰；决定电路，当估测的载波间相互干扰超出载波间相互干扰阈值并且系统性能小于系统性能阈值时，开启载波间相互干扰消除器；以及均衡器，依据估测的信道特性来均衡解调的多载波信号。

本发明另一实施方式提供一种动态调整多载波接收机的功率消耗的方法，包含：解调多载波信号，其中多载波信号包含多个子载波；依据解调的多载波信号，估测每一子载波的信道特性；从解调的多载波信号估测一载波间相互干扰；检测系统性能；当上述估测的载波间相互干扰超出载波间相互干扰阈值并且系统性能小于系统性能阈值时，从解调的多载波信号减去上述估测的载波间相互干扰；以及依据估测的信道特性来均衡上述解调的多载波信号，并且依据均衡的多载波信号来更新系统性能。

本发明提供的具有动态功率调整的多载波接收机与动态调整多载波接收机的功率消耗的方法，通过选择性地开启载波间相互干扰消除器，可有效地降低接收机的平均功率消耗。

附图说明

图1是具有动态功率调整的多载波接收机的简要示意图。

图2是DVB-H传输机的简要示意图。

图3绘示了一个MPE-FEC矩阵。

图4是应用数据表的布局。

图5a是具有动态功率调整的OFDM接收机的另一实施方式的简要示意图。

图5b是图5a所示的接收机的FEC的实施方式的举例说明。

图6是依据本发明的实施方式的动态调整接收多载波的功率消耗的方法的流程图。

具体实施方式

以下是根据多个图式对本发明的较佳实施方式进行详细描述，本领域技术人员阅读后应可明确了解本发明的目的。

图1是具有动态功率调整的多载波接收机的简要示意图。多载波接收机10包含解调器(demodulator)102、ICI检测器(ICI detector)104、系统性能检测器(system performance detector)106、决定电路108、ICI消除器110、信道估测器(channel estimator)112以及均衡器(equalizer)114。多载波信号，可为OFDM信号或者多载波码分多址(Multi-carrier Code Division Multiple Access，以下简称为MC-CDMA)信号，由解调器102接收。解调器102可通过快速傅立叶转换(Fast Fourier Transform，FFT)来实现。解调后的多载波信号输入至ICI消除器110、ICI检测器104以及信道估测器112。信道估测器112估测每一子载波的信道特性，例如每一子载波的振幅与时间导数(time-derivative)。系统性能检测器106检测系统性能。在一些实施方式中，系统性能可为信噪比(signal-to-noise ratio，以下简称为SNR)或者误码率(bit error rate，以下简称为BER)。ICI检测器104检测ICI(例如ICI强度)。ICI与系统性能一同发送至决定电路108。仅仅当ICI超过ICI阈值并且系统性能小于系统性能阈值时，决定电路108开启ICI消除器110。换言之，当ICI小于ICI阈值或者系统性能大于系统性能阈值时，ICI消除器110被关闭。ICI消除器110，当开启时，从解调的多载波信号中减去估测的ICI。得到的信号被输入至均衡器114来正常均衡信号。均衡器114的操作依赖于信道估测器112提供的估测的信道特性。均衡器114的输出被输入至系统性能检测器106。在本发明一些实施方式中，ICI检测器104是速度估测器，多普勒频率估测器、信道时变估测器、ICI消除量估测器、或者任何其他相似的监测ICI的估测器。系统性能检测器106可为SNR估测器、BER估测器或者其他用来报告接收机的质量的估测器。

在本发明的一个实施方式中，为了在移动信道中增加多普勒频移的容忍性，均衡器114的输出更提供给一个前向纠错(forward error correction，以下简称为FEC)器。举例来说，DVB-H具体说明了使用MPE-FEC来提供一个交错与纠错的附加层，从而在移动环境中提供更加稳定的信号。图2是DVB-H传输机的简要示意图。DVB-H传输机包含IP封装器(IP-encapsulator)202、里德所罗门(Reed-Solomon，图式与以下说明书中简称为RS)编码器2011、外交错器(outerinterleaver)2012、卷积编码器(convolutional encoder)2013、内交错器(innerinterleaver)2014、映射器(mapper)2015、OFDM调制器2016、数字至模拟转换器(digital-to-analog converter，在图示与下文中简称为D/A)2017、以及射频前端(radio frequency front end)2018。内交错器2014以及外交错器2012尽力使错误随机分布，从而接收机内的RS编码器与卷积编码器，例如维特比(Viterbi)编码器，可最大程度地使用随机错误。IP封装器202包含时间分片模块(timing-slicing module)206以及MPE-FEC204。时间分片模块206提供弹性周期并且可用于DVB-H服务。时间分片周期可高至500ms，低至50ms。MPE-FEC204提供附加的前向纠错功能，从而允许接收机在特别困难接收条件下工作。MPE-FEC帧设置为具有255列(column)与弹性数量行(row)的矩阵。图3绘示了一个MPE-FEC矩阵。依据传输条件，行的数量可从1变化至1024。矩阵中的每一位置是一信息字节(information byte)。MPE-FEC帧的左侧，包含最左侧的191列，专署于IP数据报(IP datagram)与可能的填入数据(padding)，其称为应用数据表(Application data table)。MPE-FEC帧的右侧，包含最右侧的64列，专署于FEC码的校验信息(parity information)，并称为RS数据表，其包含RS数据与删减的RS数据列。图4是应用数据表的布局。如上所述在191列与可变数量个行的矩阵中包含IP数据报与填入数据。应用数据表中的每一字节位置的地址在1-191倍的行编号的范围中。同样地，在图3所示的RS数据表中的每一字节位置的地址在1-64倍的行编号的范围中。通过加上自IP数据报计算出来的校验信息，以及在分别的MPE-FEC段(section)发送该校验信息，即使在较差的接收条件下，也可输出无错误(error-free)IP数据报(在MPE-FEC编码后)。每一MPE-FEC段包含由报头(header)与循环冗余校验(cyclic redundancy check，CRC)-32消耗的16字节。通过在MPE-FEC封包报头使用循环冗余校验，如果循环冗余校验失败，以旗标(flag)表示MPE-FEC封包内容不可靠。依据DVB-H标准，时间分片是在DVB-H系统中强制使用，而MPE-FEC为可选择的使用。MPE-FEC标准与非MPE-FEC适应接收机反向兼容(backward compatible)。

图5a是具有动态功率调整的OFDM接收机的另一实施方式的简要示意图。此举例说明的OFDM接收机包含解调器531、ICI检测器532、决定电路533、系统性能检测器534、信道估测器535、ICI消除器536、均衡器537以及FEC50。图5b是FEC50的实施方式的举例说明。在图5b中，FEC50包含解映射器(de-mapper)502、内解交错器(inner deinterleaver)504、卷积译码器506、外解交错器(outer deinterleaver)508、RS译码器510、解扰器(descrambler)512、传输流解复用器(transport stream de-multiplexer)514、以及IP封装器516。IP封装器516包含时间分片模块518以及MPE-FEC模块520。在图5b所示的区块中，仅仅MPE-FEC模块520可选择性地开启。当接收到MPE-FEC突发(burst)时，IP封装器516需要以其存储器来缓冲数据，用来在时间间隔中使用。对于每一接收到的属于应用数据表或者RS数据表的段，IP封装器516在段报头中查找段内的MPE-FEC帧的开始地址，然后将MPE-FEC帧设置在各自表中的正确位置。上述程序完成之后，所有接收到的突发可依据循环冗余校验-32的校验和而标出“可靠”或者“不可靠”。由于可省略MPE-FEC，IP封装器516决定是否所有的MPE-FEC突发被标出“可靠”。如果是，MPE-FEC模块520依旧保持关闭从而节省电源。否则，MPE-FEC模块开启。MPE-FEC模块520，如果开启，可在255字节码字中校正64个错误字节。如果在一行中有少于64的不可靠字节，MPE-FEC模块520可校正所有的错误。如果在一行中有多于64个不可靠字节，MPE-FEC模块520将不能作任何校正，从而通常不纠错而输出字节错误。

由于MPE-FEC模块以及ICI消除器消耗功率，选择性地开启MPE-FEC模块以及ICI消除器可有效地降低功率消耗。这将减少接收机的平均功率消耗。整个多载波接收机能够负荷弱ICI，因此当ICI微弱时不需要打开ICI消除器。

图6是依据本发明的实施方式的动态调整接收多载波的功率消耗的方法的流程图。该方法包含以下步骤：

步骤S601：解调多载波信号；

步骤S602：估测信道特性；

步骤S603：估测ICI；

步骤S604：检测系统性能；

步骤S605：比较ICI、系统性能与其各自的阈值；

步骤S606：减去ICI；

步骤S607：均衡解调的多载波信号，更新系统性能；

步骤S608：MPE-FEC突发是否“可靠”；

步骤S609：RS译码所有的MPE-FEC突发。

在步骤S601中以解调多载波信号开始，其中多载波信号包含多个子载波。多载波信号可为OFDM信号或者MC-CDMA信号。在步骤S602中，依据解调的多载波信号，来估测每一子载波的信道特性。在步骤S603中，依据解调的多载波信号估测ICI(例如ICI强度)。在步骤S604中，检测系统性能。在本发明的一些实施方式中，系统性能是SNR或者BER。在步骤S605中，ICI与ICI阈值相比较，并且系统性能与系统性能阈值相比较。在步骤S606中，如果ICI超出ICI阈值并且系统性能低于系统性能阈值，从解调的多载波信号中减去接收到的多载波信号所包含的估测的ICI。在步骤S607，解调的多载波信号依据估测的信道特性而均衡，其中均衡的多载波信号用来更新系统性能。如果在步骤S605中，ICI低于ICI阈值或者系统性能超出系统性能阈值，方法直接执行至步骤S607。在本发明的实施方式中，ICI是速度、多普勒频率、信道时变或者其他类似。

在一些实施方式中，均衡多载波信号包含255个MPE-FEC突发。MPE-FEC突发在步骤S608中被检查。每一突发被标记“可靠”或者“不可靠”。如果多于一个突发被标记“不可靠”，所有255个MPE-FEC突发在步骤S609中被RS译码。如果所有的MPE-FEC突发标记为“可靠”，省略RS译码。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。