專利名稱:用于ofdm信號的fft載波頻率偏移估計的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于接收OFDM信號的接收器。本發(fā)明還涉及一種用于接收OFDM信號的移動臺、子組件、芯片組、計算機程序和這種裝置的用途。
背景技術：
多載波信號無線電技術如正交頻分復用(OFDM)無線電技術一般用于通過各種頻率來發(fā)送大量數(shù)據(jù)。OFDM可以用于數(shù)字廣播系統(tǒng)如DVB系統(tǒng)中。在多載波信號系統(tǒng)如廣播(廣播本身在電視和無線電方面具有悠久歷史，甚至作為數(shù)字化廣播也是如此)方面的環(huán)境和情形已經(jīng)明顯地產(chǎn)生了一種在原先設計多載波信號技術時所不曾有的情形中評價此技術的需求。這種情形的例子可以是移動接收。因此，OFDM無線電技術正在面臨突顯的移動性挑戰(zhàn)。
RF業(yè)界中的問題例子可能是頻率偏移。當接收這樣的信號時，載波中心頻率可能相對于正常的信道柵有所偏移。該偏移可能多達0.5MHz。已知的方式、接收器、接收器芯片或者設備只能夠同步到具有有限最大偏移的信號中。通常，此最大偏移約為130kHz。因此，必須針對每個信道利用數(shù)個偏移來執(zhí)行信道搜索。
這樣的已知同步和信道搜索/調(diào)試可以基于下述方式。在信道搜索期間，RF解調(diào)器利用約125kHz的步長在標稱載波頻率上掃描。因此，利用四個步長(fc-0.375MHz，fc-0.125MHz，fc+0.125MHz，fc+0.375MHz)即可覆蓋整個可能的范圍。
這是非常耗時的已知解決方案。特別地，針對給定頻率偏移的每次信道搜索可能花費多達數(shù)秒的時間。因此，同步對于移動接收而言過于耗時。

發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的在于提供一種用以減少所需同步時間的接收器、移動臺、子組件、芯片組和計算機程序。此目的通過根據(jù)權利要求
1的接收器來實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的更多方面，還提供了根據(jù)權利要求
17的移動臺、根據(jù)權利要求
18的子組件、根據(jù)權利要求
19的芯片組和根據(jù)權利要求
22的計算機程序。另外，提供了這種裝置的用途和數(shù)據(jù)系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，經(jīng)FFT變換的接收OFDM信號的頻譜形狀可以適于指示可能的載波頻率偏移。因此無需已知的掃描過程。由于該掃描過程花費大量時間，所以本發(fā)明實現(xiàn)了接收時間的顯著節(jié)省。另外，接收器可以更直接地調(diào)試到所需頻率/信道。
本發(fā)明的又一實施例公開了一種用于接收OFDM無線電信號的接收器。針對接收的信號執(zhí)行FFT變換。通過在接收器中利用現(xiàn)有FFT，例如僅用一個2k FFT即可導出粗略的載波頻率偏移估計。例如保護頻帶的位置這樣的OFDM信號頻譜形狀可適用于并且被處理用于確定載波偏移。
在再一實施例中，估計器(或者所謂的萬能(one-shot)FFT模塊，或者也可供選擇地稱作萬能支路或者載波頻率估計器)輸出可相當直接地獲得的粗略頻率偏移估計。這允許將接收器的RF調(diào)制器直接調(diào)試到+/-125kHz的采集范圍中。因此無需掃描，這就節(jié)省了接收器中信號接收處理的大量時間。
本發(fā)明的更多實施例在從屬權利要求
中詳細地說明。
現(xiàn)在將參照附圖僅通過例子來描述本發(fā)明，在附圖中圖1根據(jù)本發(fā)明的一些更多實施例對于示出了FFT信號保護頻帶的沒有頻率偏移的示例性頻譜方案進行了描繪，
圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例的具有萬能FFT的接收器的簡化局部方塊圖，以及圖3描繪了根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例的萬能模塊的功能方塊圖。
具體實施方式本發(fā)明的更多實施例涉及OFDM無線電信號接收，尤其涉及在接收器的啟動期間的信道搜索。該OFDM信號和其它實施例可應用于DVB-T/H系統(tǒng)(例如地面、無線、手持或者移動DVB系統(tǒng))中。
正如簡短地提到的，圖1根據(jù)本發(fā)明的一些其它實施例對于示出了FFT(快速傅立葉變換)信號保護頻帶(102)的沒有頻率偏移的頻譜方案(100)進行了描繪。根據(jù)一些其它實施例的一種算法是基于對保護頻帶(102)進行檢測的。保護頻帶(102)在圖1中清楚地示出。該FFT覆蓋了從-4.6到4.6MHz的完全FFT范圍(101)。因此可以檢測到通常位于從-4.2到-3.8MHz和3.8到4.2MHz的保護頻帶(102)。頻譜形狀可以在圖1中顯著地示出，例如在接收器過濾(103)中示出。
在各種其它實施例中在確定載波偏移時的滑動窗口功率求和通過在32個子載波之上使用滑動窗口功率求和(SWPS)，可以導出當前信道的功率分布(profile)SWPSn=Σm=-uu-1|fn+m|2,]]>其中n∈N|{u≤n≤(2048-u)}和u＝16。
N在公式中表示所有自然數(shù)。在本例中，n的第一個值是16，其中該求和從f0一直到f31執(zhí)行。n的下一個值是17，使得下一求和從f1一直到f32執(zhí)行等等。最后一個是2032(2048-u)。由此可以計算2017(SWPS)。應當注意并不需要為所有2017個輪次執(zhí)行該計算。因而，這一特征對于各種實施例而言不是必須的。在各種其它實施例中描述這些較短的輪次和較快的計算。
在原理上，如果子載波的關聯(lián)SWPS在總功率(P)的某一百分比(p)以下，則假設該子載波屬于保護頻帶(102)，其中
P=Σm=02047|fm|2.]]>然而，為了允許高效的實施和較短的處理時間，基于計算SWPSn所需要的那些載波來計算參考功率(Pref，n)Pref,n=Σm=0nSWPSmn]]>以及如果SWPSn≤p*Pref，n則SWPSn∈保護頻帶。P的值可以變化。通常p≈0.5。
后續(xù)的處理通過在某一數(shù)目的連續(xù)子載波(通常≈200)之內(nèi)檢驗所有子載波滿足這一標準來高效地對錯誤的檢測進行過濾。保護頻帶(102)的下角由這些200個連續(xù)子載波中的第一個子載波來給定。
本發(fā)明的又一實施例可以無論實際傳輸模式如何都對使用單個2kFFT的萬能FFT進行應用。
已經(jīng)結(jié)合2k模式描述了各種實施例。例如有時候甚至于無論實際傳送模式如何(2k，4k，8k)都使用單個2k FFT。應當注意，從頻率的觀點看在4k模式中組合了兩個載波。另外，在8k模式中可以分別組合四個載波。因此通過組合載波可以應用4k和8k模式。在4k和8k模式中可以忽略一些載波，而著重關注符合2k模式的載波。例如，在4k和8k模式中任何附加載波(例如在2k模式的載波之間的位置)的信息被部分地折合(collapse)到2k載波中。2k模式的FFT足夠準確，而窗口功率求和也優(yōu)選地使用32個子載波。
各種偏移校正其它實施例有利地提供了在±130kHz之內(nèi)實現(xiàn)的準確度。通過相應地校正載波頻率，其余的載波頻率偏移有利地位于在FFT之后的載波頻率同步的范圍之內(nèi)。
支持更多實施例的容限雖然公式在一些其它實施例中可能表明應當針對所有2048個載波進行計算，例如針對整個信道進行計算，但是計算過程可以中斷并且找到載波偏差估計。在已經(jīng)計算出FFT中載波位置的足夠的結(jié)果時，這些結(jié)果可以表明找到了保護頻帶(102)。因此，載波偏移是可確定的。由于與滑動窗口功率求和(SWPSn)的計算相并行地執(zhí)行參考功率(Pref，n)的計算，所以二者對于載波0到2047而言，可以在計算出(Pref，n)和(SWPSn)的所有值之前檢測到保護頻帶。這一點之所以可能，是因為并非所有載波對于該計算都是必要的，即對于(Pref，n)和(SWPSn)，只有載波0至n是必要的。
參照圖2的另一實施例，描繪了具有萬能FFT的接收器(200)的簡化局部方塊圖。接收器(200)包括用于OFDM射頻信號接收的天線。前端(201)在接收器(200)中位于天線之后用于在接收器(200)中開始射頻接收。接收器(200)也具有用于針對接收的OFDM信號執(zhí)行FFT變換的FFT模塊(202)。應當注意，F(xiàn)FT模塊(202)在數(shù)字OFDM接收器中是標準模塊。例如，通常針對RF信號總是執(zhí)行FFT變換。因此應用已有FFT變換的結(jié)果是有益的。另外，接收器(200)包括所謂的萬能模塊(203)。正如所討論的，作為選擇，萬能模塊(203)可以稱作萬能支路，據(jù)此描繪了整個萬能回路。另外，在不將本發(fā)明的范圍限于圖2例子的情況下，該萬能模塊也可以稱作用于估計載波偏移的估計器。
回到圖2，萬能模塊(203)獲得FFT模塊(202)的FFT。萬能模塊(203)由此直接地進行粗略的頻率偏移估計。這可以允許將接收器直接調(diào)試到所需頻率/信道。萬能模塊(203)的輸出是第一信道的中心頻率，其中該第一信道的下降沿(在頻帶中的)被進行了檢測。一般而言，萬能模塊(203)控制或者適于控制對中心頻率的調(diào)試?；谠撝行念l率，接收器可以相應地校正載波頻率。由此其余的載波頻率偏移可以位于在FFT之后的載波頻率同步的范圍之內(nèi)。
接收器中的萬能支路一般而言，萬能模塊(203)或者載波偏移估計器可以不是接收器的正常數(shù)據(jù)路徑中的一部分。例如可以將它考慮為該邏輯的附加部分，即運行一次以便確定可能的載波頻率偏移。
控制萬能模塊(203)或者載波偏移估計器(或者諸如此類)可以是獨立模式。例如，如果信道方案未知，則可能需要單獨地啟動萬能模塊(203)。該軟件、該邏輯等獲得結(jié)果，調(diào)試前端(201)的中心頻率，并且開始正常接收，即補償載波偏移。該邏輯可以對運行萬能支路或者正常接收具有完全控制。然而，也有可能使得萬能模塊(203)成為在接收時的默認選項。例如，信號總是被萬能模塊(203)檢驗。
參照圖3，示出了根據(jù)本發(fā)明又一實施例的萬能模塊的功能方塊圖(300)。圖3的例子描繪了組合的模塊和過程圖。以‘a(chǎn)’和‘b’標記對各種模塊的輸入，而以‘c’標記這些模塊的輸出。在載波頻率估計器中的FFT信號處理始于I和Q支路處理。
在步驟(301)中為信號確定|I|2+|Q|2值。這些值在本實施中對應著用于(SWPSn)的公式的值|fn+m|2。方塊(302)圖示了Fifo緩沖器。從基本意義上說，用于每個子載波的值被逐個地輸入到Fifo。Fifo例如可以保持用于32個子載波的值。在步驟(303)中確定窗口和。添加一個子載波即下一子載波和減去(subcontract)‘最舊的’子載波，計算針對每個n的窗口和。例如，窗口和可以代表針對n變量而對(SWPSn)的確定。在步驟(304)中確定總和。從窗口和中導出總和。例如，Pref，n可以是總和的一個例子，該總和在步驟(308)中除以計數(shù)n從而給定了值‘總和/n’＝Pref，n/n。在步驟(305)中對窗口和進行縮放?？s放因子在本例中是1/p。在步驟(309)中將縮放后的窗口和與除以n后的‘總和’做比較。如果縮放后的窗口和小于‘總和/n’，則表示載波n屬于保護頻帶。如果縮放后的窗口和較大，則表示子載波n不屬于保護頻帶。在步驟(309)與步驟(310)之間的循環(huán)‘cnt’中計算窗口和小于‘總和/n’的數(shù)目，而且該數(shù)目在步驟(310)中用作輸入。這一累計的計數(shù)值表示屬于保護頻帶的子載波的數(shù)目。在步驟(310)中，最后估計頻率偏差。偏移因子(306)是子載波間隔。頻率偏移(307)是子載波間隔(306)的n倍。該頻率偏移對于實際的子載波可能有效，對于實際的子載波來說窗口和縮放的可靠閾值數(shù)目比與這一載波的指數(shù)相除后的總和更小。與偏移因子相乘后的子載波數(shù)目可以給定相對于FFT范圍的起始而言的頻率偏移。
調(diào)試頻率的靈活性調(diào)試頻率可以有利地通過該邏輯進行限定。它可以因國家而不同以便即使在啟動階段仍然允許用于中心頻率的適當?shù)牡谝怀跏贾怠?br> 用于鎖定到信號的各種方案各種其它實施例描述了用于鎖定到信號的不同方案。應當注意，在某些情況下接收器沒有載波偏移校正能力也可以工作。然而，例如如果“標準的”過程失敗等，則無論如何都顯然需要這樣的能力。
(A)信道和傳輸參數(shù)已知。因此不需要掃描。
(B)信道已知但是傳輸參數(shù)未知。在這一實施例中，不需要實際的掃描。然而，接收器檢驗不同的參數(shù)直至收到足夠低的誤碼率為止。
在沒有足夠準確地滿足信道中心頻率的情況下，這兩個模式可以包括備用解決方案。例如，數(shù)字基帶接收器能夠在小范圍(500Hz)內(nèi)對信道進行移位。然而，這一過程在某些情況下可能非常耗費時間。
(C)如果有望存在新的頻帶方案，則載波頻率估計器或者萬能支路可以用來檢測信道偏移。此后可以有利地在無需利用耗費時間的中心頻率數(shù)字移位的情況下啟動上述兩個方案之一以便鎖定到專用信道。
如果與(A)或者(B)有關的實施例沒有獲得適當?shù)幕蛘咚Ｍ慕邮?，則萬能支路或者載波偏移檢測過程可以有助于接收器找到該偏移。因此，可以相應地校正所接收的信號。
其它實施本發(fā)明的各種其它實施例可以在許多DVB-T/H接收器中實施。在一些實施例中這可以例如通過ASIC來完成。例如根據(jù)其它實施例的用于接收OFDM信號的芯片組可以是一個或多個ASIC芯片。然而，應當注意相似的原理也可以用于軟件實施。
衍生和范圍雖然以上描述包含許多細節(jié)，但是提供這些細節(jié)僅僅是為了說明本發(fā)明而不應當理解為對本發(fā)明的范圍的限制。因此對于本領域技術人員是明顯的在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以在本發(fā)明的裝置和過程中做出各種修改和變形。
權利要求
1.一種用于接收包括保護頻帶的OFDM信號的接收器，所述接收器包括用于獲得所述OFDM信號的FFT變換的裝置，其特征在于，所述接收器還包括估計器，用于針對所述OFDM信號估計載波頻率偏移，使得所述OFDM信號的可檢測頻譜形狀適于指示所述載波頻率偏移。
2.根據(jù)權利要求
1所述的接收器，其中所述OFDM信號的所述可檢測頻譜形狀是基于所述保護頻帶中的一個或多個保護頻帶在所述FFT變換之內(nèi)的位置。
3.根據(jù)權利要求
1所述的接收器，其中所述FFT變換適于覆蓋一個范圍，使得所述估計器適于檢測所述一個或多個保護頻帶在所述FFT變換之內(nèi)的定位中的所述位置，以便估計所述載波頻率偏移。
4.根據(jù)權利要求
3所述的接收器，其中所述范圍是預定的，以及在所述范圍之內(nèi)的所述定位是預定的。
5.根據(jù)權利要求
1所述的接收器，其中所述估計器包括用于針對一個或多個子載波確定所述OFDM信號的功率分布，使得如果所述功率分布在所述信號的總功率的某一百分比以下時子載波與所述保護頻帶相關聯(lián)的裝置。
6.根據(jù)權利要求
5所述的接收器，其中所述裝置包括滑動窗口功率求和(SWPS)。
7.根據(jù)權利要求
6所述的接收器，其中所述滑動窗口功率求和適于基于以下公式來計算SWPSn=Σm=-uu-1|fn+m|2,]]>其中n∈N|{u≤n≤(2048-u)}和u＝16。
8.根據(jù)權利要求
5所述的接收器，其中所述信號的所述總功率適于基于以下公式來計算P=Σm=02047|fm|2.]]>
9.根據(jù)權利要求
5所述的接收器，其中所述載波頻率偏移估計器還包括用于為功率分布已確定的所述OFDM信號的后續(xù)處理確定參考功率以便對錯誤的檢測進行過濾的裝置。
10.根據(jù)權利要求
9所述的接收器，其中所述估計器適于應用所述參考功率以取代所述總功率。
11.根據(jù)權利要求
9所述的接收器，其中如果所述功率分布在所述參考功率以下則所述子載波與所述保護頻帶相關聯(lián)。
12.根據(jù)權利要求
11所述的接收器，其中所述參考功率適于以某一因子進行縮放。
13.根據(jù)權利要求
9所述的接收器，其中所述參考功率適于基于以下公式來計算Pref,n=Σm=0nSWPSmn.]]>
14.根據(jù)權利要求
1所述的接收器，其中所述估計器被配置用以基于所估計的所述載波頻率偏移來建立用于調(diào)試所述FFT變換的中心頻率的反饋回路。
15.根據(jù)權利要求
1所述的接收器，其中所述估計器適于利用僅一個2k模式FFT變換來估計所述可檢測載波頻率偏移。
16.根據(jù)權利要求
1所述的接收器，其中所述載波頻率偏移估計器適于在所述OFDM信號的信道被檢測到具有低于閾值的質(zhì)量時被啟動。
17.一種用于接收包括保護頻帶的OFDM信號的移動臺，所述移動臺包括用于獲得所述OFDM信號的FFT變換的裝置，其特征在于，所述移動臺還包括用于針對所述OFDM信號估計載波頻率偏移使得在所述FFT變換中包括所述保護頻帶的可檢測頻譜形狀適于指示所述載波頻率偏移的裝置。
18.一種用于接收包括保護頻帶的OFDM信號的子組件，所述子組件包括用于獲得所述OFDM信號的FFT變換的裝置，其特征在于，所述移動臺還包括用于針對所述OFDM信號估計載波頻率偏移使得在所述FFT變換中包括所述保護頻帶的可檢測頻譜形狀適于指示所述載波頻率偏移的裝置。
19.一種用于接收包括保護頻帶的OFDM信號的芯片組，所述芯片組包括用于獲得所述OFDM信號的FFT變換的裝置，其特征在于，所述移動臺還包括用于針對所述OFDM信號估計載波頻率偏移使得在所述FFT變換中包括所述保護頻帶的可檢測頻譜形狀適于指示所述載波頻率偏移的裝置。
20.一種用于接收包括保護頻帶的OFDM信號的方法，所述方法包括獲得所述OFDM信號的FFT變換，其特征在于，所述方法還包括針對所述OFDM信號估計載波頻率偏移，使得在所述FFT變換中包括所述保護頻帶的可檢測頻譜形狀適于指示所述載波頻率偏移。
21.一種數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，包括用于執(zhí)行根據(jù)權利要求
20所述的方法中的步驟的裝置。
22.一種包括計算機程序代碼裝置的計算機程序，所述計算機程序代碼裝置適于在所述程序運行于計算機上時執(zhí)行根據(jù)權利要求
20所述的方法中的步驟。
23.根據(jù)權利要求
22所述的計算機程序，實施于計算機可讀介質(zhì)上。
24.一種計算機可讀介質(zhì)，包括適于在運行于計算機上時實現(xiàn)根據(jù)權利要求
20所述的方法的程序代碼。
25.一種載波介質(zhì)，承載根據(jù)權利要求
22所述的計算機可執(zhí)行程序。
專利摘要
公開了一種用于檢測載波頻率偏移的OFDM信號接收器。當在接收器中處理該信號的FFT變換時，估計器利用FFT變換的頻譜形狀來估計載波頻率偏移。
文檔編號H04J1/00GK1993954SQ20048004364
公開日2007年7月4日 申請日期2004年6月28日
發(fā)明者路德維西·施沃雷爾, 安德烈·考夫曼 申請人:諾基亞公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan