專利名稱：Ofdm信號解調方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及通訊領域，尤其涉及一種正交頻分復用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing, OFDM)信號解調方法和裝置。
背景技術：
為了能夠提供統一高速的多媒體傳輸服務，寬帶無線接入系統首先需要采用性能 良好的對抗頻率選擇性衰落的技術。OFDM技術由于能夠很好的緩解頻率選擇性衰落帶來的 惡劣影響，因而受到廣大研究者的重視，很早就作為各種新型無線標準的首選關鍵物理傳 輸技術，并開始標準化和產業化的研究。移動多媒體廣播是OFDM技術的應用的一個重要方面。相對蜂窩移動通信系統的 組網方式而言，移動多媒體廣播系統常常采用單頻組網方式。單頻網終端接收機所處的工 作環境十分特殊，其工作環境大致可以分為兩類，一類是通常的小時延多徑衰落環境，另一 類則是大時延的雙強徑無線環境。為了有效對抗大時延多徑環境對移動多媒體廣播的OFDM 系統的不利影響，通常需要在廣播信號的物理層幀結構中加入較長的循環前綴。循環前綴 是有效信號的重復，用以保證接收OFDM信號子載波間的正交性，通常接收機會將循環前綴 丟棄造成發送信號功率浪費。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是接收信號中的有用信息循環前綴被丟棄，沒有利用 來提升OFDM接收機解調性能等問題，提出了一種解決該問題的OFDM信號解調方法和裝置。本發明OFDM信號解調方法，包括以下步驟將接收信號的OFDM符號起始位置和預先得出的OFDM信號解調裝置的定時偏差估 計值相加，得到OFDM符號的窗口偏移值；將該窗口偏移值與信道時延擴展相加，得到合并的前綴起始位置，并計算從前綴 起始位置起所述計算合并后的OFDM信號值，對所述合并后的OFDM信號值進行快速傅立葉 變換，得到頻域數據子載波信號；計算頻域原始信道估計值，根據信道估計補償指示值，在對OFDM符號的原始信道 估計值相位修正的基礎上進行信道估計，并根據信道估計的結果對所述頻域數據子載波信 號進行均衡和檢測。在上述方法中，還包括將OFDM符號起始位置和所述定時偏差估計值的累加結果對比，如果發生了整數 樣點的定時偏差，輸出此整數樣點偏差為所述信道估計補償指示值。在上述方法中，還包括計算OFDM同步符號的頻域信道響應，再對所述頻域信道響應做FFT，得到變換域 的信道響應，將所述變換域的信道響應分成至少二分段，分別估計每分段信號的功率，再計 算每分段信號功率與總功率的比值，將所述比值依次與預先設置的檢測門限相比較，當有
4比值大于檢測門限時，該比值對應的分段為所述信道時延擴展。在上述方法中，還包括根據OFDM信號解調裝置接收到的OFDM信號不同子載波間相位變化關系，計算得 到該OFDM信號解調裝置的定時偏差估計值。在上述方法中，所述相位修正的修正值為exp{j2 π kt。/N}，其中，k表示OFDM符號 的子載波的編號，to表示信道估計補償指示值，N表示OFDM符號的子載波數。本發明OFDM信號解調裝置，包括FFT窗口控制模塊，前綴合并模塊，FFT計算模塊， 信道估計模塊和均衡檢測模塊，其中，快速傅立葉變換窗口控制模塊，用于將OFDM符號起始位置和OFDM信號解調裝置 的定時偏差估計值相加，得到OFDM符號的窗口偏移值；前綴合并模塊，用于將信道時延擴展和該窗口偏移值相加，得到合并的前綴起始 位置，并計算從前綴起始位置起所述計算合并后的OFDM信號值；快速傅立葉變換計算模塊，用于對所述合并后的OFDM信號值進行快速傅立葉變 換，得到頻域數據子載波信號；信道估計模塊，用于計算頻域原始信道估計值，根據信道估計補償指示值，在對 OFDM符號的原始信道估計值相位修正的基礎上進行信道估計；均衡檢測模塊，用于根據信道估計的結果對所述頻域數據子載波信號進行均衡和 檢測。在上述裝置中，所述快速傅立葉變換窗口控制模塊還用于，將OFDM符號起始位置 和所述定時偏差估計值的累加結果對比，如果發生了整數樣點的定時偏差，輸出此整數樣 點偏差為所述信道估計補償指示值。在上述裝置中，還包括信道識別模塊，該信道識別模塊計算OFDM同步符號的頻域 信道響應，再對所述頻域信道響應做FFT，得到變換域的信道響應，將所述變換域的信道響 應分成至少二分段，分別估計每分段信號的功率，再計算每分段信號功率與總功率的比值， 將所述比值依次與預先設置的檢測門限相比較，當有比值大于檢測門限時，該比值對應的 分段為所述信道時延擴展。在上述裝置中，還包括定時同步模塊，該定時同步模塊用于搜索OFDM信號的時隙 起始位置，以供所述FFT窗口控制模塊確定當前OFDM符號起始位置。在上述裝置中，還包括定時偏差估計模塊，該定時偏差估計模塊用于計算OFDM信 號解調裝置的定時偏差估計值。與現有技術相比較，采用本發明OFDM信號解調方法和裝置，實時地估計和調整定 時偏差，低復雜度地實現采樣偏差校正，同時還可以充分利用OFDM幀中的有用信息，最大 程度地提升OFDM信號解調裝置的性能。
圖1是本發明OFDM信號解調方法流程示意圖；圖2是本發明OFDM信號解調裝置模塊示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明OFDM信號解調方法和裝置進行說明。請參閱圖1，其是本發明OFDM信號解調方法流程示意圖。本發明OFDM信號解調方法包括以下步驟步驟Si、信道識別模塊計算信道時延擴展；上述步驟Sl具體包括以下步驟首先，計算頻域的信道響應；假設OFDM信號解調裝置接收到的時域同步符號為SynC(0:Ns-l)，其中，Ns表示同 步符號的長度。信道識別模塊將Sync (0:Ns-I)做FFT變換，變換到頻域，得到頻域同步符 號FreqSync (0 Ns_l)，再由頻域同步符號FreqSync (0 Ns_l)經過計算得到同步符號的頻域 信道響應 SyncCIR(0:Ns-I)。任取 Ns 中的 M 點數據，設為 Scir = SyncCIR(a a+M_l)。其次，計算變換域的信道響應；對Scir = SyncCIR(a:a+M-l)做M點的FFT，可以得到其頻譜數據，即變換域的信 道響應 Fcir = FFT(Scir)。接著，進行時延擴展分類估計；將變換域的信道響應分成若干段，分別估計每段信號的功率。計算各段信號功率 與總功率的比例關系，并根據預先設置的檢測門限，檢測和估計信道的時延擴展。比如，計算頻域信道響應SyncCIR(0 2047)，其中，Ns = 2048，并取M = 512點數據 Scir = SyncCIRd 512)，計算Fcir = FFT(Scir)。再分四段來統計功率，計算得到四個功 率P0、P1、P2和P3，如下所示PO = power {Fcir (0:7), Fcir (384:511)} = 20,Pl = power {Fcir (0:7), Fcir (496:511)} =16，P2 = power {Fcir (0:7), Fcir (480:511)} =17，P3 = power {Fcir (0:7), Fcir (448:511)} =18。再由該四個功率P0、PI、P2和P3計算功率之間的比值rl = Pl/PO = 0. 8，r2 = P2/P0 = 0. 85，r3 = P3/P0 = 0. 9，另外，假設檢測門限 thl = th2 = th3 = 0. 75 和四個分 段 D1 = 64，D2 = 128，D3 = 256，D4 = 512，按照如下判別方法如果rl > thl，則信道時延擴展為D1 ；否則，如下所述如果r2 > th2，則信道時延擴展為D2,否則，再如下所述如果r3 > th3，則信道時延擴展為D3，否則，信道時延擴展為D4。由上述判斷，可得信道時延擴展為d。= D1 = 64。步驟S2、定時偏差估計模塊計算OFDM信號解調裝置的定時偏差估計值；定時偏差估計模塊通過分析OFDM信號不同子載波間相位變化關系，解析OFDM信 號解調裝置的定時偏差程度。由于OFDM信號解調裝置的采樣鐘偏差造成的OFDM信號子載 波相移，隨子載波編號的變化呈線性變化，因而可利用多個子載波，多個OFDM符號估計采 樣鐘偏差；此外，由于OFDM信號解調裝置的定時同步模塊輸出的定時誤差造成OFDM信號子 載波相移，是一個固定值不隨子載波變化而變化，因而可以利用多個子載波，多個OFDM符 號得到定時偏差估計值。假設估計出的采樣鐘偏差為lOppm，定時偏差估計值為0。步驟S3、FFT窗口控制模塊計算OFDM符號的窗口偏移值和信道估計補償指示值；
上述步驟S3具體包括以下步驟首先，計算符號的位置偏移；根據定時同步模塊搜索到OFDM信號的時隙起始位置，確定當前OFDM符號起始位 置為dt，結合定時偏差估計模塊計算得到的定時偏差估計值，獲取定時偏差值doffset，計算 當前OFDM符號的窗口偏移值為dd = dt+d0ffseto其次，計算信道估計補償指示值；考慮到通常情況下，OFDM信號解調裝置對不同OFDM符號上獲得的信道估計值，需 要在時域進行濾波操作，為了避免FFT計算窗口調整對信道估計的不良影響，必須對時域 濾波時的原始信道估計值進行相位補償，信道估計補償指示值為、=d0ffseto假設在理想定時同步情況下，當前OFDM符號起始位置為dt = 100000，再由采樣鐘 偏差為lOppm，定時偏差估計值為0，可得d。ffset = IOppmX 100000+0 = 1，則當前OFDM符號 的位置偏移為dd = 100001。信道估計補償指示值為t0 = d。ffset = 1。步驟S4、前綴合并模塊將所述信道時延擴展和所述窗口偏移值相加，得到合并的 前綴起始位置，計算從前綴起始位置起所述計算合并后的信號值；上述步驟S4具體包括以下步驟首先，計算合并的前綴起始位置；根據信道識別模塊提供的無線信道時延擴展估計d。和FFT窗口控制模塊提供的 窗口偏移值dd，計算合并的前綴起始位置d = dd+d。。其次，計算合并后的信號值；假設FFT的長度為N，循環前綴的長度為N。p，合并后的當前FFT輸入信號為ζ (η)， 合并前的輸入信號為χ (η)，則信號ζ (η)可通過如下方式計算得到ζ (η) =x (dd+n)，η = 0，1，...，N-Ncp+dc_l ；ζ (η) = [χ (dd+n) +χ (dd+n_N) ] /2，η = N_Ncp+dc，· · .，N_1 ；另外，假設無線信道時延擴展d。= 64，FFT窗口偏移值為dd= 100001，合并的前 綴位置為d = dd-Ncp+dc = 99553。因而，合并后的信號ζ (η)可以表示為ζ (η) = χ(100001+η)，η = 0，1，· · ·，3647 ；ζ (η) = [χ (100001+η) +χ (95905+η) ] /2，η = 3648，· · ·，4095 ；步驟S5、FFT計算模塊對所述合并后的信號值進行FFT計算，得到頻域數據子載波 信號；FFT計算模塊將信號ζ (η)從時域變換到頻域，完成信號頻譜特征的解析。比如，對 合并后的ζ(η)計算4096點的FFT，得到頻域數據子載波信號Y(η) =FFT(z(n))0步驟S6、信道估計 塊計算頻域原始信道估計值，根據所述FFT窗口控制模塊計 算得到的信道估計補償指示值，對OFDM符號的原始信道估計值補償相位，再對補償后的結 果在時域和/或頻域進行濾波；上述步驟S6具體包括以下步驟首先，進行原始信道估計；利用同步符號或OFDM符號中導頻，在LS準則或匪SE準則下，也可直接利用單抽 頭均衡方式，計算頻域原始信道估計值。其次，進行時域濾波；
對原始信道估計值在每一子載波上進行低通濾波，假設時域濾波采用前后共5個 OFDM符號的FIR濾波結構，根據FFT窗口控制模塊輸出的信道估計補償指示，對OFDM符號 中心的原始信道估計值之前，即當前OFDM符號之前的2個OFDM符號的原始信號估計值進 行相位修正，在子載波k上補償的相位的修正值均為exp {j2 π kt0/N}，其中，k表示OFDM符號 的子載波的編號，t0表示信道估計補償指示值，且、=d。ffsrt，N表示OFDM符號的子載波數。接著，進行頻域差值濾波；對經過時域濾波后的信道估計值在頻域進行插值濾波，得到當前OFDM符號的最 終信道估計值應。進行頻域差值濾波這一步驟為可選的。步驟S7、均衡檢測模塊接收濾波結果，并根據所述濾波結果對所述FFT計算模塊 計算得到的頻域數據子載波信號進行均衡和檢測，消除無線信道對接收信號的影響。根據當前OFDM符號的最終信道估計應,對經過FFT計算模塊計算后的頻域數 據子載波信號Y(n)進行均衡和檢測，消除無線信道對接收到的OFDM信號的影響后，便可得 到OFDM各子載波上所傳送符號的估計,再傳送至糾錯譯碼模塊進行后續處理。采用本發明所述方法，在其它條件相同的情況下，可以有效地降低;的誤符號 率，提高的質量改善OFDM信號解調裝置的性能。利用物理層信號的結構特點，估計無 線信道的時延特征(即信道時延擴展)和定時偏差值，通過對接收信號的信道時延擴展和 定時偏差值的調整，既充分利用OFDM符號的時域信號保護信息提升OFDM信號解調裝置的 解調性能，又以很低的實現復雜度大大降低了 OFDM信號解調裝置對定時偏差的敏感程度。請參閱圖2，其是本發明OFDM信號解調裝置模塊示意圖。本發明OFDM信號解調裝置包括頻偏估計模塊、頻偏校正模塊、信道識別模塊、定 時偏差估計模塊、定時同步模塊、FFT窗口控制模塊、前綴合并模塊、FFT計算模塊、信道估 計模塊、均衡檢測模塊和糾錯譯碼模塊。頻偏估計模塊，用于估計接收信號的頻率偏差。頻偏校正模塊，用于接收頻偏估計模塊估計得到的頻率偏差，通過相位旋轉，消除 接收信號的頻率偏差。信道識別模塊，用于計算信道時延擴展。具體地，信道識別模塊計算OFDM同步符 號的頻域信道響應，再對所述頻域信道響應做FFT，得到變換域的信道響應，將所述變換域 的信道響應分成至少二分段，分別估計每分段信號的功率，再計算每分段信號功率與總功 率的比值，將所述比值依次與預先設置的檢測門限相比較，當有比值大于檢測門限時，該比 值對應的分段為所述信道時延擴展。定時偏差估計模塊，用于計算OFDM信號解調裝置的定時偏差。定時同步模塊，用于搜索OFDM信號的時隙起始位置。FFT窗口控制模塊，用于計算窗口偏移值和信道估計補償指示值。具體地，FFT窗 口控制模塊將OFDM符號起始位置和OFDM信號解調裝置的定時偏差估計值的累加結果對 比，如果發生了整數樣點的定時偏差，輸出此整數樣點偏差為所述信道估計補償指示值，另 夕卜，將OFDM符號起始位置和定時偏差估計值相力口，得到OFDM符號的窗口偏移值。前綴合并模塊，用于將信道識別模塊計算得出的信道時延擴展和FFT窗口控制模 塊計算得出的窗口偏移值相加，得到合并的前綴起始位置，計算從前綴起始位置起所述計
8算合并后的信號值。FFT計算模塊，用于對前綴合并模塊合并后的信號值進行FFT計算，得到頻域數據 子載波信號。信道估計模塊，用于計算頻域原始信道估計值，根據所述FFT窗口控制模塊計算 得到的信道估計補償指示值，在對OFDM符號的原始信道估計值相位修正的基礎上進行信 道估計，即對OFDM符號的原始信道估計值進行相位修正，再對修正后的結果在時域和/或 頻域進行濾波。均衡檢測模塊，用于根據信道估計的結果對所述頻域數據子載波信號進行均衡和 檢測。具體地，均衡檢測模塊接收信道估計模塊的濾波結果，并根據該濾波結果對所述FFT 計算模塊計算得到的頻域數據子載波信號進行均衡和檢測，消除無線信道對接收信號的影 響。糾錯譯碼模塊，用于對均衡檢測模塊傳送的信號進行糾錯和譯碼處理。與現有技術相比較，采用本發明OFDM信號解調方法和裝置，可在使用低精度晶振 的情況下，實時地估計和調整定時偏差，低復雜度地實現采樣偏差校正，同時還可以充分利 用OFDM幀中的有用信息，最大程度地提升OFDM信號解調裝置的性能。以上僅為本發明的優選實施案例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術 人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
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權利要求
一種OFDM信號解調方法，其特征在于，包括以下步驟將接收信號的OFDM符號起始位置和預先得出的OFDM信號解調裝置的定時偏差估計值相加，得到OFDM符號的窗口偏移值；將該窗口偏移值與信道時延擴展相加，得到合并的前綴起始位置，并計算從前綴起始位置起所述計算合并后的OFDM信號值，對所述合并后的OFDM信號值進行快速傅立葉變換，得到頻域數據子載波信號；計算頻域原始信道估計值，根據信道估計補償指示值，在對OFDM符號的原始信道估計值相位修正的基礎上進行信道估計，并根據信道估計的結果對所述頻域數據子載波信號進行均衡和檢測。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括將OFDM符號起始位置和所述定時偏差估計值的累加結果對比，如果發生了整數樣點 的定時偏差，輸出此整數樣點偏差為所述信道估計補償指示值。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括計算OFDM同步符號的頻域信道響應，再對所述頻域信道響應做快速傅立葉變換，得到 變換域的信道響應，將所述變換域的信道響應分成至少二分段，分別估計每分段信號的功 率，再計算每分段信號功率與總功率的比值，將所述比值依次與預先設置的檢測門限相比 較，當有比值大于檢測門限時，該比值對應的分段為所述信道時延擴展。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括根據OFDM信號解調裝置接收到的OFDM信號不同子載波間相位變化關系，計算得到該 OFDM信號解調裝置的定時偏差估計值。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述相位修正的修正值為exp{j2π kt0/ N}，其中，k表示OFDM符號的子載波的編號，t0表示信道估計補償指示值，N表示OFDM符號 的子載波數。
6.一種OFDM信號解調裝置，其特征在于，包括快速傅立葉變換窗口控制模塊，前綴合 并模塊，FFT計算模塊，信道估計模塊和均衡檢測模塊，其中，快速傅立葉變換窗口控制模塊，用于將OFDM符號起始位置和OFDM信號解調裝置的定 時偏差估計值相加，得到OFDM符號的窗口偏移值；前綴合并模塊，用于將信道時延擴展和該窗口偏移值相加，得到合并的前綴起始位置， 并計算從前綴起始位置起所述計算合并后的OFDM信號值；快速傅立葉變換計算模塊，用于對所述合并后的OFDM信號值進行快速傅立葉變換，得 到頻域數據子載波信號；信道估計模塊，用于計算頻域原始信道估計值，根據信道估計補償指示值，在對OFDM 符號的原始信道估計值相位修正的基礎上進行信道估計；均衡檢測模塊，用于根據信道估計的結果對所述頻域數據子載波信號進行均衡和檢測。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述快速傅立葉變換窗口控制模塊還用 于，將OFDM符號起始位置和所述定時偏差估計值的累加結果對比，如果發生了整數樣點的 定時偏差，輸出此整數樣點偏差為所述信道估計補償指示值。
8.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，還包括信道識別模塊，該信道識別模塊計算OFDM同步符號的頻域信道響應，再對所述頻域信道響應做快速傅立葉變換，得到變換域 的信道響應，將所述變換域的信道響應分成至少二分段，分別估計每分段信號的功率，再計 算每分段信號功率與總功率的比值，將所述比值依次與預先設置的檢測門限相比較，當有 比值大于檢測門限時，該比值對應的分段為所述信道時延擴展。
9.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，還包括定時同步模塊，該定時同步模塊用 于搜索OFDM信號的時隙起始位置，以供所述快速傅立葉變換窗口控制模塊確定當前OFDM 符號起始位置。
10.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，還包括定時偏差估計模塊，該定時偏差 估計模塊用于計算OFDM信號解調裝置的定時偏差估計值。
全文摘要
本發明公開了一種OFDM信號解調方法和裝置。該方法包括將接收信號的OFDM符號起始位置和預先得出的OFDM信號解調裝置的定時偏差估計值相加，得到OFDM符號的窗口偏移值；將該窗口偏移值與信道時延擴展相加，得到合并的前綴起始位置，并計算從前綴起始位置起計算合并后的OFDM信號值，對合并后的OFDM信號值進行快速傅立葉變換，得到頻域數據子載波信號；計算頻域原始信道估計值，根據信道估計補償指示值，在對OFDM符號的原始信道估計值相位修正的基礎上進行信道估計，并根據信道估計的結果對頻域數據子載波信號進行均衡和檢測。本發明利用接收信號中的循環前綴，提升OFDM信號解調裝置的解調性能。
文檔編號H04J11/00GK101924723SQ200910108008
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月9日 優先權日2009年6月9日
發明者曹南山, 李強, 邱寧 申請人:中興通訊股份有限公司