傳輸路徑響應估計器的制作方法

文檔序號：7756229閱讀：151來源：國知局

專利名稱：傳輸路徑響應估計器的制作方法
技術領域：
本發明涉及對頻域上的傳輸路徑響應進行估計的傳輸路徑響應估計器，尤其涉及在具有如下幀結構的無線系統的接收機中使用的傳輸路徑響應估計器，上述幀結構為周期性插入了對代碼序列進行了循環擴展的指定的已知模式信號的結構。
背景技術：
一般而言，在使用無線的通信/廣播系統中，從發送站/廣播站發送的無線信號在到達接收機的期間，由于地形或地面物體等而反射、散射、繞射，經過了上述多個路徑的多個電波相互合成，由此信號波形有時發生失真。該現象一般被稱為多路徑(multi path)。另外，在發生了該多路徑時，發送信號所經過的路徑被稱為多路徑傳輸路徑。因此，在接收機中，進行以下處理(均衡處理)，即從波形失真的接收信號中，提取出從發送站/廣播站發送的無線信號的原波形。均衡處理大多通過數字信號處理來進行，重要的是高精度地估計從多路徑傳輸路徑接收的失真成分。一般而言，在多路徑傳輸路徑中發生的失真成分是以脈沖為輸入信號時的濾波器響應，能夠使用在時間域表現各路徑的傳播延遲、強度衰減、相位旋轉的傳輸路徑脈沖響應 (延遲分布)，或在頻域表現強度、相位的頻率特性的傳輸路徑頻率響應來表現。因此，接收機中的信號失真的均衡處理的精度很大程度上依賴于這些傳輸路徑響應的估計精度。以往，作為無線系統的接收機的傳輸路徑響應估計器，已知以下結構，S卩求出接收信號與作為已知信號序列的參照信號之間的復時間相關，計算將其在時間序列上排列的結果，作為延遲分布(例如參照佐藤拓朗《CDMA技術的基礎到應用》，株式會社U 7 9
(例如第1章1. 11節))。但是，在以往的傳輸路徑響應估計器中，關于具有將對PN序列進行了循環擴展的唯一字(unique word)作為參照信號(已知模式信號)插入的幀結構的接收信號，存在以下問題，即由于在延遲分布中產生模擬峰值(稱為映象路徑)，因此無法僅識別實際到來的路徑，傳輸路徑響應的估計精度顯著惡化。為了避免檢測出映象路徑，提出了一種不在時間域求相關、而在頻域估計傳輸路徑響應的傳輸路徑響應估計器(例如，參照日本特開2005-51404號公報、日本特開 2005-223698 號公艮、J. Wang，etc. ,"Iterative padding subtraction of the PN sequence for the TDS-OFDM over broadcast channel (廣播信道上 TDS-OFDM 中 PN 序列的迭代填充相減),，，IEEE Trans. Consumer Electronics, vol. 51，no. 4，pp. 1148—1152， November 2005.,以及 F. Yang, etc. , "Novel channel estimation method based on PN sequence reconstruction forChinese DTTB system(中國 DTTB系統中基于PN序列重建的新的信道估計方法)，” IEEE Trans. Consumer Electronics, vol. 54, no. 4，pp. 1583—1589， November 2008)。另外，日本特開2005-51404號公報公開了以下技術，即通過在發送信號之中包含功率小的頻率成分，來減少所產生的對傳輸路徑估計值的不良影響，實現傳輸路徑特性的估計精度的提高。日本特開2005-223698號公報公開了以下技術，S卩在使用時間域上是功率一定的序列、但頻率特性不一定的控制信號的無線通信系統的傳輸路徑特性估計裝置中，實現傳輸路徑特性估計值的精度提高。在上述頻域的傳輸路徑響應估計器中，能夠忽略映象路徑的存在而實現頻域上的均衡。但是，在唯一字的序列長度較長的情況、或多路徑所造成的延遲時間較長的情況下，將FFT窗設定為從先行波的唯一字開頭包括到最大延遲波的唯一字的末尾，因此，需要 FFT尺寸大的FFT及IFFT，存在電路規模及處理延遲量顯著增大的問題。例如，在J. Wang， etc. ,"Iterative padding subtraction of the PN sequence for the TDS-OFDM over broadcast channel (廣播信道上TDS-OFDM中PN序列的迭代填充相減)，” IEEE Trans. Consumer Electronics, vol.51, no.4, pp. 1148-1152, November 2005.,以及 F. Yang, etc. , "Novel channel estimation method based on PN sequence reconstruction for Chinese DTTB system(中國DTTB系統中基于PN序列重建的新的信道估計方法)，” IEEE Trans. Consumer Electronics, vol. 54, no. 4, pp. 1583-1589, November 2008 中，對于最大 945符號的唯一字，采用了 2048點的FFT和IFFT。另外，如果FFT尺寸這么大，則在FFT窗之中，唯一字前后的數據信號混雜進來并發生干涉，因此存在傳輸路徑響應的估計精度惡化的問題。這樣，針對這種情況，在J. Wang， etc. ,"Iterative padding subtraction of the PN sequence for the TDS-OFDM over broadcast channel, ”IEEE Trans. Consumer Electronics, vol. 51, no. 4, pp.1148-1152, November 2005.,以及 F. Yang, etc. , "Novel channel estimation method based on PN sequence reconstruction for Chinese DTTB system, ”IEEE Trans. Consumer Electronics, vol. 54,no. 4,pp. 1583-1589，November 2008 中，引入了干涉復制生成以及用于將其減去的反復取消處理，造成了電路規模的進一步增大。進而，存在以下問題，即如果將FFT尺寸預先設定得較大，則在實際上多路徑的延遲時間較短時，電路的耗電也很大。

發明內容
本發明的一個方式提供一種傳輸路徑響應估計器，用于無線系統的接收機，該無線系統的接收機對連續或間斷配置了以下結構的幀的信號進行接收，該結構為周期性插入了對指定的代碼序列進行了循環擴展的已知模式信號的結構，該傳輸路徑響應估計器的特征在于，具備延遲時間估計部，估計接收信號的延遲時間；FFT參數決定部，根據由上述延遲時間估計部估計的延遲時間，決定FFT窗位置和FFT尺寸；第一 FFT部，根據由上述FFT參數決定部決定的FFT窗位置和FFT尺寸，將上述接收信號變換至頻域；
第二 FFT部，按照由上述FFT參數決定部決定的FFT尺寸，將上述已知模式信號變換至頻域；傳輸路徑響應計算部，進行將上述第一 FFT部的FFT輸出除以第二 FFT部的FFT 輸出的除法運算處理；以及IFFT部，對于上述傳輸路徑響應計算部的輸出，按照由上述FFT參數決定部決定的FFT尺寸進行IFFT ；上述延遲時間估計部根據上述IFFT部的輸出來估計延遲時間。本發明的其他方式提供一種傳輸路徑響應估計器，用于無線系統的接收機，該無線系統的接收機對連續或間斷配置了以下結構的幀的信號進行接收，該結構為周期性插入了對指定的代碼序列進行了循環擴展的已知模式信號的結構，該傳輸路徑響應估計器的特征在于，具備先行波位置檢測部，檢測接收信號的先行波的位置；延遲時間估計部，估計上述接收信號的延遲時間；切換部，選擇由上述先行波位置檢測部檢測的先行波位置、或由上述延遲時間估計部估計的延遲時間之中的一方；FFT參數決定部，根據上述切換部的輸出，決定FFT窗位置和FFT尺寸；第一 FFT部，根據由上述FFT參數決定部決定的FFT窗位置和FFT尺寸，將上述接收信號變換至頻域；第二 FFT部，按照由上述FFT參數決定部決定的FFT尺寸，將上述已知模式信號變換至頻域；傳輸路徑響應計算部，進行將上述第一 FFT部的FFT輸出除以第二 FFT部的FFT 輸出的除法運算處理；以及IFFT部，對于上述傳輸路徑響應計算部的輸出，按照由上述FFT參數決定部決定的FFT尺寸進行IFFT ；上述延遲時間估計部根據上述IFFT部的輸出來估計延遲時間。

圖1是將本發明的實施方式所使用的頻域上的傳輸路徑響應與時間域上的傳輸路徑響應進行對比說明的圖。圖2是表示在時間域上的傳輸路徑響應的估計時、對于多路徑合成波進行與已知模式之間的相關檢測的結果的圖。圖3是表示本發明的第一實施方式所涉及的傳輸路徑響應估計器的結構的模塊圖。圖4是說明中華人民共和國的地面數字廣播所使用的傳輸路徑響應估計方式的圖。圖5及圖6是將本發明的第一實施方式中的FFT窗位置及FFT尺寸與現有例進行對比說明的圖，圖5是說明式(7)的τ ≤(M-N)T的情況下的FFT窗位置及FFT尺寸的設定方法的圖。圖6是說明式⑶的τ > (M-N) T的情況下的FFT窗位置及FFT尺寸的設定方法的圖。圖7及圖8是將本發明的第一實施方式中的FFT窗位置及FFT尺寸中的FFT窗位置設定的其他例子與現有例進行對比說明的圖，圖7是說明式(9)的τ ( (M-N)T的情況下的FFT窗位置及FFT尺寸的設定方法的圖。圖8是說明式(10)的τ > (M-N)T的情況下的FFT窗位置及FFT尺寸的設定方法的圖。圖9是表示本發明的第二實施方式所涉及的傳輸路徑響應估計器的結構的模塊圖。圖10是將先行波位置和最大延遲時間表示在延遲分布上的圖。圖IlA及圖IlB是將先行波與主波的關系表示在延遲分布上的圖，圖IlA是表示先行波與主波不同的情況的圖，圖IlB是表示先行波與主波一致的情況的圖。圖12是說明以往的傳輸路徑響應估計器的結構的模塊圖。圖13是說明以往的傳輸路徑響應估計器的相關器的結構的模塊圖。圖14是概略說明具有循環擴展的唯一字的幀結構的圖。
具體實施例方式以下，參照

本發明的實施方式。圖12表示現有例的傳輸路徑響應估計器的模塊圖。表示時間域上的傳輸路徑響應估計器。圖13表示圖12中的相關器。在圖12中，傳輸路徑響應估計器900具備相關器901，檢測接收信號與已知的參照信號的相關；以及延遲分布估計器902，根據相關器901的輸出來估計延遲分布。佐藤拓朗《CDMA技術的基礎到應用》，株式會社'J 7，“‘(例如第1章1. 11節) 所示的以往的傳輸路徑響應估計器，將接收信號設為r(t)，將參照信號設為c(t)，將τ作為延遲時間，此時將如下所示的式(1)的結果存放在存儲器中，排列為時間序列，并作為延遲分布輸出。(式1)
權利要求
一種傳輸路徑響應估計器，用于無線系統的接收機，該無線系統的接收機對連續或間斷地配置了以下結構的幀的信號進行接收，該結構為周期性地插入了對指定的代碼序列進行了循環擴展的已知模式信號的結構，該傳輸路徑響應估計器的特征在于，具備延遲時間估計部，估計接收信號的延遲時間；FFT參數決定部，根據由上述延遲時間估計部估計的延遲時間，決定FFT窗位置和FFT尺寸；第一FFT部，按照由上述FFT參數決定部決定的FFT窗位置和FFT尺寸，將上述接收信號變換至頻域；第二FFT部，以由上述FFT參數決定部決定的FFT尺寸，將上述已知模式信號變換至頻域；傳輸路徑響應計算部，進行將上述第一FFT部的FFT輸出除以上述第二FFT部的FFT輸出的除法運算處理；以及IFFT部，對于上述傳輸路徑響應計算部的輸出，按照由上述FFT參數決定部決定的FFT尺寸，進行IFFT；上述延遲時間估計部根據上述IFFT部的輸出，估計延遲時間。
2.一種傳輸路徑響應估計器，用于無線系統的接收機，該無線系統的接收機對連續或間斷地配置了以下結構的幀的信號進行接收，該結構為周期性地插入了對指定的代碼序列進行了循環擴展的已知模式信號的結構，該傳輸路徑響應估計器的特征在于，具備先行波位置檢測部，檢測接收信號的先行波的位置；延遲時間估計部，估計上述接收信號的延遲時間；切換部，選擇由上述先行波位置檢測部檢測出的先行波位置或由上述延遲時間估計部估計的延遲時間中的一方；FFT參數決定部，根據上述切換部的輸出，決定FFT窗位置和FFT尺寸；第一 FFT部，根據由上述FFT參數決定部決定的FFT窗位置和FFT尺寸，將上述接收信號變換至頻域；第二 FFT部，按照由上述FFT參數決定部決定的FFT尺寸，將上述已知模式信號變換至頻域；傳輸路徑響應計算部，進行將上述第一 FFT部的FFT輸出除以上述第二 FFT部的FFT 輸出的除法運算處理；以及IFFT部，對于上述傳輸路徑響應計算部的輸出，按照由上述FFT參數決定部決定的FFT 尺寸，進行IFFT ；上述延遲時間估計部根據上述IFFT部的輸出，估計延遲時間。
3.如權利要求1記載的傳輸路徑響應估計器，其特征在于，上述傳輸路徑響應計算部通過最小二乘誤差算法來計算傳輸路徑響應。
4.如權利要求1記載的傳輸路徑響應估計器，其特征在于，上述FFT參數決定部根據由上述延遲時間估計部估計的延遲時間，對預先決定的規定的FFT尺寸和比上述FFT尺寸小的FFT尺寸進行切換。
5.如權利要求1記載的傳輸路徑響應估計器，其特征在于，上述第一 FFT部、第二 FFT部以及上述IFFT部的FFT尺寸按照由上述FFT參數決定部決定的FFT尺寸可變。
6.如權利要求1記載的傳輸路徑響應估計器，其特征在于，上述延遲時間估計部在作為上述IFFT部的輸出而得到的延遲分布中，搜索具有最大功率的路徑，將相對于該路徑的最大功率成為規定的衰減等級以上的等級的路徑識別為延遲波，并測定它們的延遲時間。
7.如權利要求1記載的傳輸路徑響應估計器，其特征在于，上述延遲時間是被識別為延遲波的多個延遲波中的最晚的延遲波的最大延遲時間。
8.如權利要求1記載的傳輸路徑響應估計器，其特征在于，上述FFT參數決定部在最初的步驟中，將上述第一 FFT部、第二 FFT部以及上述IFFT 部中的FFT以及IFFT的尺寸固定為作為多路徑延遲時間能夠設想到的最大的尺寸，上述第一 FFT部、第二 FFT部以及上述IFFT部按照該固定的FFT尺寸進行FFT以及IFFT，上述延遲時間估計部根據由上述IFFT部得到的傳輸路徑響應，求出最大延遲時間τ，上述FFT參數決定部為了能夠根據表示上述最大延遲時間τ與PN序列長度N及已知模式信號長度M 的關系的規定算式、來估計正確的傳輸路徑響應，在下一步驟中，使上述第一 FFT部及第二 FFT部以及IFFT部的FFT尺寸按照上述最大延遲時間τ可變。
9.如權利要求1記載的傳輸路徑響應估計器，其特征在于，在將先行波位置設為P，將已知模式信號長度設為Μ，將上述FFT尺寸設為K時，上述 FFT窗位置被設定為由算式Ρ+Μ-Κ表示的時間位置。
10.如權利要求1記載的傳輸路徑響應估計器，其特征在于，上述FFT窗位置被設定為具有規定的閾值以上的功率的最晚的延遲波的延遲時刻。
11.如權利要求1記載的傳輸路徑響應估計器，其特征在于，在將上述已知模式信號的已知模式信號長度設為Μ，上述已知模式信號中的上述指定的代碼序列為PN序列且將該PN序列長度設為N，將多路徑延遲波的最大延遲時間設為τ，將1個符號時間設為Τ，將上述FFT尺寸設為K時，在最大延遲時間τ為相當于上述PN序列的循環擴展部分的時間即(M-N)T以下的情況下，上述FFT尺寸K被設定為PN序列長度的N點以上且已知模式信號長度的M點以下，以包括先行波以及所有延遲波的PN序列或使PN序列循環擴展的信號序列。
12.如權利要求1記載的傳輸路徑響應估計器，其特征在于，在將上述已知模式信號的已知模式信號長度設為Μ，上述已知模式信號中的上述指定的代碼序列為PN序列且將該PN序列長度設為N，將多路徑延遲波的最大延遲時間設為τ，將1個符號時間設為Τ，將上述FFT尺寸設為K時，在最大延遲時間τ比相當于上述PN序列的循環擴展部分的時間即(M-N)T大的情況下，上述FFT尺寸K被設定為比相當于循環擴展部分的點數(M-N)大的尺寸。
13.如權利要求2記載的傳輸路徑響應估計器，其特征在于，上述先行波位置檢測部在時間域上持續進行已知模式信號與接收信號的復相關處理，將存在表示相關結果的相關值的峰值的位置決定為先行波位置。
14.如權利要求13記載的傳輸路徑響應估計器，其特征在于，上述先行波位置檢測部在先行波位置對于每個幀搖擺的情況下，對已知模式信號與多個幀之間的相關結果進行平均。
15.如權利要求13記載的傳輸路徑響應估計器，其特征在于，上述先行波位置檢測部在先行波位置對于每個幀搖擺的情況下，進行設置規定的條件來使峰值檢測位置在幀之間同步的同步保護。
16.如權利要求2記載的傳輸路徑響應估計器，其特征在于，上述先行波位置檢測部持續求取已知模式信號和接收信號中循環擴展的部分的對即前置代碼與PN序列的末尾區域的對、或后置代碼與PN序列的開頭區域的對的相關，并將相關值最大的位置決定為先行波位置。
17.如權利要求2記載的傳輸路徑響應估計器，其特征在于，上述先行波位置檢測部求取至少包括PN序列長度N的已知模式信號與接收信號的相關，并對于表示該相關結果的相關值的功率值進行閾值判斷，該閾值判斷是將小于閾值的波不看作是先行波的判斷。
18.如權利要求2記載的傳輸路徑響應估計器，其特征在于，上述先行波位置檢測部在最初的步驟中，將上述第一 FFT部、第二 FFT部以及上述IFFT 部中的FFT以及IFFT的尺寸固定為作為多路徑延遲時間能夠設想到的最大的尺寸，將由上述先行波位置檢測部檢測的先行波位置作為FFT窗位置的開頭，暫時估計傳輸路徑響應，上述延遲時間估計部利用得到的傳輸路徑響應，由上述延遲時間估計部求出最大延遲時間 τ，上述切換部在從上述最初的步驟向下一步驟轉移時，將電路輸出從上述先行波位置檢測部切換至上述延遲時間估計部，并提供給上述FFT參數決定部，上述FFT參數決定部根據上述最大延遲時間τ與PN序列長度N及已知模式信號長度M的關系，在上述下一步驟中，使上述第一 FFT部、第二 FFT部以及上述IFFT部中的FFT及IFFT的尺寸根據最大延遲時間τ可變，從而估計正確的傳輸路徑響應。
19.如權利要求2記載的傳輸路徑響應估計器，其特征在于，上述切換部具備切換上述先行波位置檢測部的輸出與上述延時時間估計部的輸出的開關；以及控制部，在從最初的步驟向上述下一步驟轉移時的定時進行切換上述開關的控制，該切換部在從上述最初的步驟向上述下一步驟轉移時，將電路輸出從上述先行波位置檢測部切換至上述延遲時間估計部。
20.如權利要求2記載的傳輸路徑響應估計器，其特征在于，在傳輸路徑的延遲范圍較大的環境下，前幀的信號延遲到后續幀的已知模式信號部分而混入的量大、并且進行相關檢測的相關器的輸出的峰值精度減弱的情況下，利用對前幀的延遲分布進行了估計的結果、以及對前幀的數據部即幀主體的解調結果進行重新調制的信號，生成混入到下一幀中的延遲信號的復制信號，并在下一幀中在估計延遲分布之前減去該延遲信號的復制信號，由此防止傳輸路徑響應估計的精度劣化。
全文摘要
本發明提供一種傳輸路徑響應估計器，具備延遲時間估計部，估計接收信號的延遲時間；FFT參數決定部，根據估計的延遲時間，決定FFT窗位置和FFT尺寸；第一FFT部，根據決定的FFT窗位置和FFT尺寸，將接收信號變換至頻域；第二FFT部，按照決定的FFT尺寸，將已知模式信號變換至頻域；傳輸路徑響應計算部，進行將第一FFT部的FFT輸出除以第二FFT部的FFT輸出的除法運算處理；以及IFFT部，對于傳輸路徑響應計算部的輸出，按照決定的FFT尺寸，進行IFFT；延遲時間估計部根據IFFT部的輸出來估計延遲時間。
文檔編號H04L25/02GK101989972SQ20101024687
公開日2011年3月23日申請日期2010年8月4日優先權日2009年8月4日
發明者古川達久, 松岡秀浩, 相澤雅己申請人:株式會社東芝

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