在ofdm系統中傳輸有效載荷數據的發射機和方法以及接收有效載荷數據的接收機和方法
【技術領域】
[0001] 本公開內容涉及使用正交頻分多路復用（OFDM)符號傳輸有效載荷數據的發射機 和方法。
【背景技術】
[0002] 存在許多其中數據使用正交頻分復用（OFDM)通信的無線電通信系統的示例。已 經布置為根據數字視頻廣播（DVB)標準操作的系統例如使用OFDM。OFDM通常可以被描述 為提供同時調制的K個窄頻帶子載波（其中K是整數），每個子載波通信調制的數據符號， 諸如正交幅度調制（QAM)符號或正交相移鍵控（QPSK)符號。子載波的調制形成在頻域中 并且被變換成傳輸的時域。因為數據符號在子載波上并行通信，所以相同的調制符號可以 在每個子載波上通信延長周期，該延長周期可以長于無線電信道的相干時間。子載波同時 并行調制，使得調制載波組合形成OFDM符號。因此，OFDM符號包括均已使用不同的調制符 號同時調制的多個子載波。在傳輸期間，通過OFDM符號的循環前綴填充的保護間隔在每個 OFDM符號之前。當存在時，保護間隔將尺寸定為吸收傳輸的信號的可以由多徑傳播或者從 不同的地理位置傳輸相同的信號的其他發射機而引起的任何回波。
[0003] 如上所指出，OFDM符號中的窄帶載波K的數量可以根據通信系統的操作要求變 化。保護間隔表示總開銷因此為了增加頻譜效率可以最小化為OFDM符號持續時間的部分。 對于給定的保護間隔部分，通過增加子載波的數量K可以改進處理增加的多徑傳播同時保 持給定的頻譜效率的能力從而增加 OFDM符號的持續時間。然而，在與恢復使用更少量的子 載波傳輸的數據相比，接收機可能更難以恢復使用大量的子載波傳輸的數據意義上，可能 存在穩定性的減小，因為對于固定的傳輸帶寬，增加子載波K的數量還意味著減小每個子 載波的帶寬。子載波之間的分隔的減小可以使來自子載波的數據的解調更加困難，例如，在 存在多普勒頻移的情況下。就是說雖然更大量的子載波（高階操作模式）可以提供更大的 頻譜效率，對于一些傳播條件，通信數據的目標誤碼率可能需要達到比較少數量的子載波 需要的更高的信噪比。
【發明內容】
[0004] 根據本公開內容的一方面，提供用于使用正交頻分多路復用（OFDM)符號傳輸有 效載荷數據的發射機。發射機包括幀構造器，被配置為接收將要傳輸的有效載荷數據并在 接收機處接收用于檢測和恢復有效載荷數據的信令數據，并且將有效載荷數據和信令數據 形成用于傳輸的幀。每個幀一部分包括信令數據和另一部分包括有效載荷數據。調制器被 配置為使用用于每個幀的信令數據調制第一 OFDM符號并且使用有效載荷數據調制一個或 多個第二OFDM符號，組合器將第一 OFDM符號與特征序列組合以及傳輸單元傳輸第一 OFDM 符號和第二OFDM符號。因此，本技術的實施方式布置為攜帶信令數據的第一 OFDM符號在 傳輸之前與特征序列組合。特征序列被配置為允許在接收機處的幀的第一符號的檢測并以 比有效載荷數據需要的信噪比更低的信噪比解碼信令數據。
[0005] 本公開內容的實施方式可以提供發射機，發射機被布置為使用正交頻分復用 (OFDM)符號傳輸有效載荷數據。發射機包括幀構造器，幀構造器適用于接收將要傳輸的有 效載荷數據并在接收機處接收用于檢測和恢復將要傳輸的數據的信令數據。幀構造器被配 置為使有效載荷數據和信令數據形成用于傳輸的幀。調制器被配置為在OFDM符號上調制 有效載荷數據和信令數據，以及傳輸單元被布置為傳輸OFDM符號。信令數據被形成為幀 并使用第一 OFDM符號傳輸并且有效載荷數據形成為一個或多個其他幀并且根據針對用于 OFDM符號的子載波的數量的傳輸參數，諸如編編碼率、調制方案和操作模式使用一個或多 個第二類型OFDM符號傳輸。用于第二類型OFDM符號的傳輸參數可以包括在信令數據中。 因此，通過接收機可以首先檢測信令數據以恢復有效載荷數據。為了促進第一 OFDM符號的 檢測，在挑戰性的接收環境中攜帶信令數據，第一 OFDM符號在傳輸之前與特征序列組合為 了可以由接收機使用以識別幀內的第一 OFDM符號。
[0006] 本公開內容的實施方式可以提供布置，其中，特征序列與攜帶例如，信令數據的 OFDM符號組合使得存在接收機能夠檢測攜帶信令數據的OFDM符號的改進的似然度。攜帶 信令數據的OFDM符號將被稱為信令OFDM符號并且在一個示例中可以形成傳輸幀的前導碼 部分，在傳輸幀中，使用其他OFDM符號傳輸有效載荷數據。
[0007] 根據本公開內容的實施方式獲得應用的布置，存在在傳輸幀中提供"前導碼"0FDM 符號的需要，"前導碼"〇FDM符號攜帶信令參數以指示，例如，用于編碼并在帶有數據的OFDM 符號上調制有效載荷數據的至少一些通信參數，借此，在第一（前導碼）OFDM符號內檢測信 令數據之后，接收機可以恢復傳輸參數以從帶有數據的OFDM符號檢測有效載荷數據。
[0008] 在以下描述中，第一 OFDM符號可以是前導碼OFDM符號或者形成為傳輸幀中的一 個的一部分并且因此可以稱為前導碼OFDM符號并且因為其被布置為攜帶信令數據，其可 以稱為信令OFDM符號。
[0009] 根據一個實施方式，用于攜帶信令數據的OFDM符號的子載波的數量可以不同于 用于攜帶有效載荷數據的OFDM符號的子載波的數量。例如，為了提高恢復信令數據的似然 度，使其在更加挑戰性的無線電環境中更穩定地檢測，子載波的數量可以小于用于攜帶有 效載荷數據的OFDM符號。例如，可以要求帶有有效載荷數據的OFDM符號具有高的頻譜效 率并且因此例如，子載波的數量可以是16k(16384)或者32k(32768)，然而為了提高接收機 可以從信令OFDM符號恢復信令數據的似然度，用于第一信令OFDM符號的子載波的數量可 以是較低的數量，例如，4k(4096)或者8k(8192)。
[0010] 所附權利要求中限定了本公開內容的各個進一步方面和特征。
【附圖說明】
[0011] 現將參考附圖僅通過示例的方式描述本公開內容的實施方式，附圖中相似的部件 設置有相應的參考標號，其中：
[0012] 圖1是示出了廣播傳輸網絡布置的示意圖；
[0013] 圖2是示出了用于經由圖1的傳輸網絡傳輸廣播數據的示例性傳輸鏈的示意性框 圖；
[0014] 圖3是在包括保護間隔的時域中的OFDM符號的示意圖；
[0015] 圖4是通過使用OFDM的圖1的廣播傳輸網絡用于接收數據廣播的的典型的接收 機的示意框；
[0016] 圖5是用于傳輸包括有效載荷數據和信令數據的廣播數據的傳輸幀的示意圖；
[0017] 圖6是示出根據一個實施方式的經由信令或者前導碼OFDM符號用于傳輸信令數 據的發射機的框圖；
[0018] 圖7是根據一個實施方式的特征序列發生器的示意性框圖；
[0019] 圖8是在存在二分之一和四分之一編碼率的加性高斯白噪聲的情況下的相對于 信噪比的誤碼率的圖表；
[0020] 圖9是相對于來自根據圖8的結果提供可接受性能的調制信令數據的功率的特征 序列回退功率的誤碼率的圖表；
[0021] 圖IOa是具有與生成用于單頻傳輸網絡的期望的信道延遲擴展匹配的保護間隔 的OFDM符號的示意性表示；圖IOb是每個OFDM符號具有不同數量的子載波的OFDM符號的 示意性表示，其中，保護間隔選擇作為相關的OFDM符號持續時間的固定部分；以及圖IOc是 OFDM符號的示意性表示，其中，每個帶有有效載荷數據的OFDM符號具有不同數量的子載波 和不同數量的子載波用于信令OFDM符號，保護間隔選擇為具有與有效載荷和信令OFDM符 號匹配的持續時間。
[0022] 圖Ila是根據本技術用于從信令OFDM符號檢測和恢復信令數據的接收機的示意 性框圖，圖Ilb是組成圖Ila的部分的頻率同步檢測器的示意性框圖，圖Ilc是組成圖Ilb 的部分的前導碼保護間隔相關器的示意性框圖，圖Ild是組成圖Ila的接收機的部分的粗 略頻率偏移同步檢測器的又一示例的說明性示意性框圖，以及圖lie是組成圖Ild的部分 的差分編碼器的說明性示意性框圖；
[0023] 圖12是組成在圖Ila中示出的接收機的部分的前導碼檢測和解碼處理器的一個 示例的示意性框圖，前導碼檢測和解碼處理器檢測并去除頻域中的特征序列；
[0024] 圖13是組成在圖Ila中示出的接收機的部分的前導碼檢測和解碼處理器的一個 示例的示意性框圖，前導碼檢測和解碼處理器檢測并去除時域中的特征序列；
[0025] 圖14是組成在圖13中示出的前導碼檢測和解碼處理器的部分的特征序列去除器 的示例的示意性框圖；
[0026] 圖15a是與在圖7中示出示例性發生器的特征序列匹配的匹配濾波器的示意性框 圖，和圖15b是組成在圖14中示出的接收機的部分的特征序列去除器的示意性框圖；
[0027] 圖16a是形成在匹配濾波器的輸出處的信號的圖解表示；圖16b是在圖16b中示 出的圖解表示的放大圖，示出了信道脈沖響應的分量；
[0028] 圖17是示出了用于檢測圖Ila的接收機中的粗略頻率偏移的電路的示意性框 圖；
[0029] 圖18是在圖17中示出的對于頻率偏移-88/Tu的電路的相關輸出的圖解曲線圖；
[0030] 圖19提供在具有和不具有添加至二分之一和四分之一編碼率的信令OFDM符號的 特征序列的情況下，相對于不同的編碼率的信噪比的誤碼率的圖表。
[0031] 圖20a和圖20b提供針對OdB回波信道的信噪比的誤碼率的圖表，其中，如在圖 20c中示出的兩個路徑各自具有理想的和實際的信道估計。
【具體實施方式】
[0032] 本公開內容的實施方式可以布置為形成用于傳輸表示包括視頻數據和音頻數據 的數據的信號的傳輸網絡使得傳輸網絡可以，例如，形成用于將電視信號傳輸至電視接收 設備的廣播網絡。在一些示例中，用于接收電視信號的音頻/視頻的設備可以是其中電視 信號在移動中被接收的移動設備。在其他示例中，可以通過傳統的電視接收機接收音頻/ 視頻數據，該傳統的電視接收機可以是固定的并且可以連接至固定天線或者天線。
[0033] 電視接收機可以或者可以不包括用于電視圖像的綜合顯示器并且可以是包括多 個調諧器和解調器的記錄設備。一條或多條天線可以嵌入電視接收機設備。連接的或者嵌 入的一條或多條天線可以用于促進不同信號以及電視信號的接收。因此，本公開內容的實 施方式被配置為促進在不同的環境中表示對不同類型的設備的電視節目的音頻/視頻數 據的接收。
[0034] 如將理解的，在移動的同時使用移動設備接收電視信號可能更加困難，因為無線 電接收條件可能與其輸入來自固定天線的傳統的電視接收機的那些明顯不同。
[0035] 在圖1中示出電視廣播系統的示例性示圖。在圖1中，示出廣播電視基站1連接 至廣播發射機2。廣播發射機2在通過廣播網絡提供的覆蓋范圍內傳輸來自基站1的信號。 在圖1中示出的電視廣播網絡作為所謂的單頻網絡操作，在單頻網絡中，各個電視廣播基 站1傳輸同時運載音頻/視頻數據的無線電信號使得這些可以在通過廣播網絡提供的覆蓋 范圍內通過電視接收機4以及移動設備6接收。對于在圖1中示出的示例，通過廣播基站 1傳輸的信號使用正交頻分復用（OFDM)傳輸，正交頻分復用可以提供傳輸來自各個廣播站 2的相同的信號的布置，電視接收機可以使相同的信號組合，即使這些信號從不同的基站1 傳輸。提供廣播基站1的間隔使得通過不同的廣播基站1傳輸的信號之間的傳播時間小于 或者基本上不超過在各個OFDM符號的傳輸之前的保護間隔，然后接收機設備4、6可以使從 不同廣播基站1傳輸的信號組合的方式接收OFDM符號并且從OFDM符號恢復數據。用于以 這種方式采用OFDM的廣播網絡的標準的示例包括DVB-T、DVB-T2和ISDB-T。
[0036] 在圖2中示出用于傳輸來自音頻/視頻源的數據的組成電視廣播基站1的部分的 發射機的示例性框圖。在圖2中，音頻/視頻源20生成表現電視節目的音頻/視頻數據。 使用通過編碼/交織器框22編碼的前向糾錯對音頻/視頻數據進行編碼，編碼/交織器框 22生成前向糾錯編碼的數據，生成的前向糾錯編碼的數據然后被饋送至將編碼的數據映射 在用于調制OFDM符號的調制符號上的調制單元24。，通過物理層信令單元30生成提供用于 指示如編碼和音頻/視頻數據的調制的格式的物理層信令的單獨下臂描述的信令數據，并 且物理層信令數據被編碼單元32編碼之后如同音頻/視頻數據一樣然后通過調制單元24 被調制。
[0037] 幀構造器26被布置為使使用物理層數據傳輸的數據形成為幀用于傳輸。幀包括 具有其中傳輸物理層信令的前導碼的時間劃分段和傳輸通過音頻/視頻源20生成的音頻/ 視頻數據的一個或多個數據傳輸段。符號交織器34可以使形成為符號用于傳輸的數據在 通過OFDM符號構造器36和OFDM調制器38調制之前交織。OFDM符號構造器36接收通過 導頻和嵌入的數據發生器40生成的導頻信號并饋送至OFDM符號構造器36用于傳輸。OFDM 調制器38的輸出被傳送至插入保護間隔的保護插入單元42并且生成的信號在通過天線48 傳輸之前被饋送至數字模擬轉換器44然后至RF前端46。
[0038] 如同常規布置一樣，OFDM被布置為在頻域中生成符號，其中，將要傳輸的數據符號 映射在子載波上，然后使用傅里葉逆變換將子載波轉換為時域。因此，在頻域中形成將要傳 輸的數據并且使數據在時域中傳輸。如在圖3中所示，每個時域符號生成有持續時間Tu的 有用部分和持續時間Tg的保護間隔。保護間隔通過復制時域中的符號的有用部分的一部 分生成。通過使突發脈沖的有用部分與保護間隔相關，可以使接收機布置為檢測OFDM符號 Tu的有用部分，然后從OFDM符號Tu的有用部分中，通過觸發快速傅里葉變換以將時域符號 采樣轉換為頻