專利名稱：正交頻分多路復用器系統(tǒng)接收機的精密fft窗口位置恢復設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及正交頻分多路復用器(orthogonal frequency dirisionMultiplexer)(OFDM))系統(tǒng)，更具體地講，涉及OFDM接收機的精密快速傅里葉變換(FFT)窗口位置恢復設備。
一般地，對于恢復從發(fā)射機發(fā)送的歐洲數字廣播的OFDM信號的接收機應該準確地執(zhí)行時間同步。時間同步包括用于校正信號的并行處理的FFT窗口位置恢復和取樣時鐘恢復，該取樣時鐘恢復用于控制取樣時鐘信號，該取樣時鐘信號是用于取樣一個部分的模/數變換器(ADC)，在該部分中信噪比(SNR)在接收的信號中是最高的。


圖1是表示常規(guī)OFDM系統(tǒng)接收設備結構的方框圖，它包括一個ADC110，用于變換接收的OFDM模擬信號為數字信號，一個符號開始檢測器120，用于檢測從ADC 110輸出的樣值中一個符號的開始，一個FFT窗口控制器130，利用從符號開始檢則器120輸出的符號開始信號產生一個FFT窗口控制信號，和一個FFT 140，用于根據從FFT窗口控制器130產生的FFT窗口控制信號快速傅里葉變換在ADC 110中產生的數據。
OFDM信號的符號包括插在符號之間具有G個樣值長度的一個保護間隔(guard interval)，以便防止N個有效數據樣值之間的干擾，該N個有效數據樣值是反快速傅里葉變換(IFFT)的輸出和在有N個FFT時的符號。即保護間隔復制有效數據部分的后面部分。發(fā)射機(未示出)發(fā)送包括將N個復數值加到IFFT(未示出)輸出的G復數值得到的(G+N)樣值的一個符號。
式1Sj-Σn=-GN-1xm,n=Σn=-G1Σk=0N-1Xmkej2πk(N+n)/N+Σn=0N-1Σk=0N-1Xm,kej2πkn/N]]>式1表示由FFT 140輸出的復數值構成的第m個符號。式中m，k，N和n分別代表符號數，副載波數(索引(index))，有效數據的樣值數，取樣時間。在式1中，第一項
代表一個保護間隔而第二項
代表有效數據。
如圖1所示，接收的OFDM信號由模/數變換器(ADC)110變換為數字數據。在從ADC 110輸出的取樣OFDM信號中，一個符號的開始由符號開始檢測器120進行檢測，以便檢測接收信號的交叉相關值是最高的該位置。第二項在該保護間隔被移去之后順序地被輸入到FFT 140，該保護間隔是式1的第一項。FFT窗口控制器130使用符號開始檢測器120的符號開始信息指定FFT 140的FFT窗口開始位置。在這里，發(fā)送的第一個IFFT(未示出)的值必須輸入到FFT 140的第一個。從IFFT輸出的第N個值必須輸入到FFT 140第N個。在檢索接收機的符號開始之后，從發(fā)射機的IFFT輸出的第一值必須輸入給FFT 140。如上所述符號開始檢測器120檢測在初始階段中該符號的開始。但是，由于接收機的衰落(fading)現象和在該接收機移動時其周圍的影響，符號開始檢測器120不可能正確地估計符號的開始。因此，第N個值或前一符號的第二個值被輸入到FFT 140第一個。因此，一個值可能被加上或移去并且被輸入到FFT端口。當沒有正確地估計符號的開始時，該符號不能正確地被恢復。因此，降低了系統(tǒng)的性能。
本發(fā)明的一個目的是使用OFDM系統(tǒng)中發(fā)送與接收的復數值之間計算的相位偏差值的過零點數提供用于恢復快速傅里葉變換(FFT)窗口的相位差錯的設備。
本發(fā)明的另一個目的是使用OFDM系統(tǒng)中接收的復數值的實部或虛部的幅度過零點數提供用于恢復FFT窗口的相位差錯的設備。
為了達到第一個目的，提供了一種OFDM接收機的精密FFT窗口位置恢復(window position recovery)設備，它使用包括N個有效數據樣值和G個保護間隔的一個符號用于恢復快速傅里葉變換(FFT)窗口位置，該設備包括一個模/數變換器，用于變換OFDM信號為數字復數樣值；一個符號開始檢測器，用于檢測從模/數變換器輸出的數字復數樣值中的該符號的開始部分；一個FFT裝置，根據從該符號開始檢測器檢測的符號開始部分快速傅里葉變換從模/數變換器產生的數字復數樣值；一個相位計算器，用于計算從FFT裝置輸出的復數值和已知發(fā)送的復數值之間的相位偏差；一個過零點計數器，用于計數從該相位計算器產生的相位偏離的過零點數；和一個FFT窗口控制器，用于根據從該符號開始檢測器檢測的符號開始部分來激活FFT裝置的FFT和通過檢測由過零計數器產生的過零點數中樣值單元的其余FFT位置差錯來補償FFT裝置的FFT的樣值誤差。
為了達到第二個目的，提供一個OFDM接收機的精密FFT窗口位置恢復設備，使用包括N個有效數據樣值和G個保護間隔作為一個單元的一個符號用于恢復FFT窗口位置，它包括一個模/數變換器，用于變換OFDM信號為數字的復數樣值；一個符號開始檢測器，用于檢測從該模/數變換器輸出的數字復數樣值中的該符號的開始部分；一個FFT裝置，根據從該符號開始檢測器檢測的符號開始部分快速傅里葉變換從模/數變換器產生的復數數字樣值；一個過零計數器，用于計數從FFT裝置輸出的復數信號幅度的過零點數；和一個FFT窗口控制器，根據從該符號開始檢測器檢測的符號開始部分來激活FFT裝置的FFT和通過檢測由過零點計數器產生的過零點數中樣值單元的其余FFT位置差錯來補償FFT裝置的FFT的樣值差錯。
通過參照附圖詳細地敘述其優(yōu)選實施例，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點更加清楚，其中圖1是表示常規(guī)的OFDM系統(tǒng)接收設備結構的方框圖；和圖2是表示根據本發(fā)明的OFDM系統(tǒng)接收機的精密FFT窗口位置恢復設備的第一實施例的方框圖；圖3是表示根據本發(fā)明的OFDM系統(tǒng)接收機的精密FFT窗口位置恢復設備的第二實施例的方框圖；圖4A至4D是表示根據圖2所示的設備中窗口位置差錯在發(fā)送與接收的復數信號值之間產生相位偏離的曲線圖；圖5A至5D是表示根據圖3所示的設備中的窗口位置差錯在FFT輸出值的實部中產生的變化的曲線圖；和圖6A至6D是表示根據圖3所示的設備中的窗口位置差錯在FFT輸出值的虛部中產生的變化的曲線圖。
下面，參照附圖敘述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖2所示的設備是表示根據本發(fā)明的OFDM系統(tǒng)接收機的精密FFT窗口位置恢復設備的第一實施例。該設備包括一個ADC 220，用于變換接收的OFDM信號為數字的復數樣值；一個符號開始檢測器230，用于檢測在從ADC 220輸出的樣值中的一個符號的開始；一個FFT 250，用于快速傅里葉變換從ADC 220產生的樣值；一個相位計算器260，用于計算從FFT250輸出的復數值與該發(fā)射機及接收機已知的值之間的相位偏離；一個過零計數器270，利用在相位計算器260中計算的相位來計數過零數；和一個FFT窗口控制器240，從符號開始檢測器230檢測的符號開始信號及由過零計數器270產生的過零點數來指定該FFT 250的FFT開始位置。
圖3所示的設備是表示根據本發(fā)明的OFDM系統(tǒng)接收機的精密FFT窗口位置恢復設備的第二實施例。該設備包括一個ADC 330，用于變換接收的OFDM信號為復數數字樣值；一個符號開始檢測器340，用于檢測ADC 330輸出的樣值中的一個符號的開始；一個FFT 360，用于根據從符號開始檢測器340檢測的符號開始信號快速傅里葉變換從ADC 330產生的數據；一個過零計數器350，用于計數FFT 360輸出的幅度的過零點，和一個FFT窗口控制器360，用于從符號開始檢測器340檢測的符號開始信號和由過零計數器370產生的過零點數來指定FFT 360的FFT激活位置區(qū)。
圖4A至4D是表示根據圖2的相位計算器260中計算的窗口位置差錯(e＝0，-1，-2和-3)在發(fā)送與接收的信號值之間產生相位偏離的曲線圖。如圖4A的曲線所示當順序地檢測副載波索引號0至2047時，因為樣值位置差錯不存在，所以沒有產生相位差。圖4B至4D是表示產生了相位差的狀態(tài)的曲線圖，其因為產生了樣值中的差錯(e＝-1，-2和-3)。和X軸代表副載波索引號，而Y軸代表相位偏離的大小。
圖5A至5D是表示根據圖3的窗口位置差錯(e＝0，-1，-2和-3)產生FFT輸出值實部變化的曲線圖。當順序地檢測副載波索引號0至2047時，其幅度沒有改變，如圖5A所示，因為當(1，0)值從該發(fā)射機發(fā)送時不存在樣值位置差錯。圖5B至5D是表示其幅度改變的實部的曲線圖，因為在樣值中產生了差錯(e＝-1，-2和-3)。和X軸代表副載波的索引而Y軸代表圖5A至5D中實部的大小。
圖6A至6D是表示根據圖3的窗口位置差錯產生FFT輸出值的虛部變化的曲線圖。當順序地檢測副載波索引號0至2047時，幅度沒有改變，如圖6A中所示，因為當(1，0)值從發(fā)射機發(fā)送時不存在樣值位置差錯。圖6B至6D是表示幅度變化的虛部的樣值曲線圖，因為樣值中產生了位置差錯。和X軸代表副載波的索引，而Y軸是虛部的大小。
下面敘述本發(fā)明的操作與效果。
如圖2中所示，接收的OFDM信號通過ADC 220變換為復數樣值并且順序地輸入到FFT 250。符號開始檢測器230使用ADC 230輸出的樣值檢測符號的開始，并且將符號開始信號加到FFT窗口控制器240。FFT 250解調由發(fā)送端給FFT的IFFT調制的每個副載波信號和在從符號開始檢測器230所提供的符號開始信號的基礎上，快速傅里葉變換在去掉式1的右側第一項之后順序地輸入的第二項的樣值。相位計算器260計算相對于特定副載波為發(fā)射機及接收機已知的復數信號值與在通過將每個副載波索引(subcarrierindex)中的特定副載波收到之后從FFT 250輸出的復數信號值之間的相位偏離。在這里，已知的復數信號值存儲在特定存儲裝置(未示出)中，如ROM。在符號開始檢測器230的符號開始檢測中產生差錯的情況下，在每個副載波中產生相位偏離，因此降低了接收機的性能。這時，相位偏離的大小根據副載波索引而不同。
式2MAX＝e.2π式3φK=e.2π.kN,K=0,1,...,N-1]]>式2和3代表根據符號開始檢測的差錯最大相位偏離的大小和每個副載波產生的相位偏離的大小。在這里，e代表FFT符號位置恢復差錯的大小，一個單元(unit)是一個樣值，而k代表副載波索引。從式2和3注意到，在具有最高頻率的副載波的復數信號值中產生最大相位偏離，因為當副載波索引較低(頻率較低)時，相對于相同的符號位置恢復差錯，相位偏離度數較小和當頻率變得較高時該相位偏離度數就變得更大。
圖4A至4D表示在發(fā)射機使用每個副載波發(fā)送相同復數值的情況下根據FFT符號位置恢復差錯的相位偏離。相應于每個副載波的復數值的相位偏離示于式4中。
式4φk^=tan-1{Im(Yk·Xk*)/Re(Yk·Xk*)}]]>在式4中，K、X、Y、Re(Yk·Xk*)和1m(Yk·Xk*)和*分別表示副載波號、發(fā)射機及接收機已知的復數值、接收的復數值、復數值的實部與虛部和復數值的共軛值。
根據FFT窗口位置恢復差錯估計的相位偏離k的形狀可通過k過零點數表示。過零計數器270通過檢測該符號的變化來計數相位計算器260中計算的變化的過零點數。過零點數以式5表示。
式5a＝2e-1其中a和e分別表示過零點數和樣值誤差。例如，當發(fā)射機發(fā)送該發(fā)射機及接收機之間已知的復數值而接收機在FFT 250中執(zhí)行快速傅里葉變換而沒有窗口恢復差錯時，在圖4A中不產生相位差，因為在接收的數據與已知數據之間不產生相位偏離。但是，當產生一個樣值誤差(e＝-1)時，如圖4B中所示接收數據與已知數據之間從副載波的索引0至索引2047(0，…，N-1)產生不同的相位偏離。當副載波索引變大時相位偏離的度數就增加。在最大索引2047(N-1)產生大小為360度(2π半徑)的最大相位偏離(360度表示為0度，因為在圖4B中tan-1函數用于式4中。而且，在產生兩個樣值誤差(e＝-2)的情況下，倍數的樣值差錯(e)產生(2e-1)的過零點，如式5中所示，因為在索引N產生的最大相位偏離具有720度的大小，它是360度的兩倍。FFT窗口位置恢復差錯可通過順序地檢測過零計數器270中副載波復數符號的過零點數(a)在樣值單元中進行估計。即，如式5所示，樣值差錯(e)變?yōu)?a+1)/2。FFT窗口控制器240指定從符號開始檢測器230檢測的符號的開始激活了的FFT的位置，通過計算來自過零計數器270產生的過零點數的其余FFT樣值單元的差錯(e)來校正符號的開始，和FFT窗口控制器改變利用校正了的符號的開始激活的FFT的位置。而且，在估計FFT窗口位置差錯的大小之后，FFT窗口控制器240必須確定差錯正負號。即，它必須確定接收機的FFT窗口位置是在正確的FFT窗口時間點前面或后面。例如，圖4B表示在FFT窗口差錯是-1的情況下在各個副載波中產生的相位偏移。在FFT窗口差錯為+1樣值的情況下，在各個副載波中產生的相位偏離相對于偏離為0的X軸是對稱的。因此，通過在從副載波索引0起實現過零點的位置上來檢測正負號是從正(+)到負(-)或從負(-)到正(+)的變化可確定正負號。但是，在系統(tǒng)的初始階段存在有相位偏移情況時該偏移是發(fā)射機與接收機的RF副載波之間的相位差，過零位置被水平地移動，因為該相位偏移加到了相對于FFT窗口位置差錯的相位偏離上。此時，在移動量大的情況下，不能再使用確定該FFT窗口位置差錯符號的方法。但使用以下方法可補充這點。即使如圖4B、4C和4D所示存在有FFT窗口差錯，在副載波索引0和(N-1)中有小的相位偏離。因此，FFT窗口控制器240可通過從圖2的相位計算器260得到的副載波索引0至(N-1)的相位偏離值減去號碼0的相位偏離值來消除相位偏移的影響，由此使用在實現過零的位置時正負號的變化正確地確定FFT窗口位置差錯的正負號。
而且，使用用于估計差錯的一些特定副載波而不用全部載副波能夠改善傳送效率和減少圖2的相位計算器260的負荷。但是，可確定的誤差的范圍反比于所選副載波之間的距離。由于接收機ADC取樣時鐘的相位差錯引起的復數值的擺動和由周圍附加白高斯噪聲引起的噪聲影響，在產生過零的位置中產生小范圍的擺動，因此可產生不希望的過零點。通過使用幅度的最大及最小值的正負號改變來計數該正負號改變的次數能夠估計過零點數。
在圖3中，利用過零計數器370計算從FFT 360輸出的接收復數值的實部或虛部的幅度變化。通過從FFT 360輸出復數信號值的實部或虛部幅度變化選擇實部或虛部的幅度，過零計數器370計數過零點數。通過計算FFT 360輸出的復數值得到的估計相位偏移的過零點數建立式6所示的關系。圖5B、5C、5D、6B、6C和6D中示出實部及虛部的幅度變化。
式6γ＝2e＝a+1式7i＝2e-1＝aγ和i代表在式6及7中FFT360輸出的接收復數值的實部及虛部的過零點數。使用FFT 360輸出的接收值的過零點數而不通過估計由計算發(fā)送的與接收的復數值之間的相位偏離得到的相位偏離值檢測過零點數能夠降低系統(tǒng)的復雜性。FFT窗口控制器350指定從符號開始檢測器340檢測的符號開始部分中激活了的FFT的位置，利用式6和7以過零計數器370產生的過零點數來計算樣值單元的其余FFT位置差錯(e)，控制產生差錯的樣值位置，和執(zhí)行精密位置恢復差錯。
根據本發(fā)明，通過使用在發(fā)送與接收復數值之間計算的相位偏離的過零點數和接收的復數值的實部或虛部的幅度過零點數校正FFT窗口的相位誤差，即使產生FFT窗口位置恢復差錯，也能夠保證系統(tǒng)的可靠性。
權利要求
1.一種OFDM接收機的精密FFT窗口位置恢復設備，它使用了包括N個有效數據樣值和G個保護間隔的一個符號用來恢復快速傅里葉變換(FFT)窗口位置，該設備包括一個模/數變換器，用于變換OFDM信號為數字復數樣值；一個符號開始檢測器，用于檢測該模/數變換器輸出的數字復數樣值中該符號的開始部分；一個FFT裝置，根據從該符號開始檢測器檢測的該符號開始部分快速傅里葉變換從模/數變換器產生的數字復數樣值；一個相位計算器，用于計算從FFT裝置輸出的復數值與已知的發(fā)送的復數值之間的相位偏離；一個過零計數器，用于計數從該相位計算器產生的相位偏離的過零點數；和一個FFT窗口控制器，根據該符號開始檢測器檢測的該符號開始部分用于激活FFT裝置的FFT和通過從該過零計數器產生的過零點數檢測一個樣值單元的其余FFT位置差錯用于補償FFT裝置的FFT的樣值差錯。
2.根據權利要求1的精密FFT窗口位置恢復設備，其中，該相位計算器的相位偏離以tan1{Im(Yk·Xk*)/Re(Yk·Xk*)}計算，其中K，X，Y，Re(Yk·Xk*)和Im(Yk·Xk*)和*分別表示副載波數，該發(fā)射機及接收機已知的發(fā)送復數值，接收的復數值，該復數值的實部和虛部，以及該復數值的共軛。
3.根據權利要求1的精密FFT窗口位置恢復設備，其中，該過零計數器計數通過對副載波號1至N順序檢測的相位偏離的過零點。
4.根據權利要求1的精密FFT窗口位置恢復設備，其中，FFT窗口控制器的樣值差錯為(a+1)/2，其中a是過零點數。
5.根據權利要求1的精密FFT窗口位置恢復設備，其中，該FFT窗口控制器使用在實現過零點的位置中正負號的改變確定FFT窗口位置差錯的正負號。
6.根據權利要求5的精密FFT窗口位置恢復設備，其中，該FFT窗口位置差錯的正負號通過從所有副載波號的相位偏離值減去該副載波號為0的相位偏離值確定。
7.一種OFDM接收機的精密FFT窗口位置恢復設備，它使用了包括N個有效數據樣值和G個保護間隔的一個符號來恢復快速傅里葉變換(FFT)窗口位置，該設備包括一個模/數變換器，用于變換OFDM信號為數字復數信號；一個符號開始檢測器，用于檢測該模/數變換器輸出的數字復數樣值中該符號的開始部分；一個FFT裝置，根據從該符號開始檢測器檢測的該符號開始部分快速傅里葉變換從模/數變換器產生的復數數字樣值；一個過零計數器，用于計數該FFT裝置輸出的復數信號幅度的過零點數；和一個FFT窗口控制器，根據該符號開始檢測器檢測的該符號開始部分用于激活FFT裝置的FFT和通過從該過零計數器產生的過零點數檢測一個樣值單元的其余FFT位置差錯用于補償FFT裝置的FFT的樣值差錯。
8.根據權利要求7的精密FFT窗口位置恢復設備，其中，通過選擇該FFT裝置輸出的復數值的實部或虛部計數過零點得到過零計數器的過零點數。
9.根據權利要求7的精密FFT窗口位置恢復設備，其中，當選擇該實部時該FFT窗口控制器的樣值差錯(e)為(r+1)/2，其中r是該實部幅度的過零點數。
10.根據權利要求7的精密FFT窗口位置恢復設備，其中，當選擇該虛部時該FFT窗口控制器的樣值差錯(e)為(i+1)/2，其中i是該虛部幅度的過零點數。
全文摘要
一種OFDM系統(tǒng)接收機的精密快速傅里葉變換窗口位置恢復設備,特別是一種使用在發(fā)送的及接收的復數值之間計算的相位偏離值的過零點數用來恢復FFT窗口的相位差錯的設備,其包括一模/數變換器;一符號開始檢測器,一FFT裝置;一相位計算器;一過零計數器;一FFT窗口控制器,根據符號開始檢測器檢測的該符號開始部分,用于激活FFT裝置的FFT和通過從該過零計數器產生的過零點數檢測一個樣置單元的其余FFT位置差錯,用于補償FFT裝置的FFT的樣值差錯。
文檔編號H04J11/00GK1194517SQ98104218
公開日1998年9月30日 申請日期1998年1月8日 優(yōu)先權日1997年1月10日
發(fā)明者金東奎, 都尚鉉, 崔炯辰, 李命煥 申請人:三星電子株式會社