分集接收机选择参数的方法和系统的制作方法

专利名称：分集接收机选择参数的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明属于分集系统领域，更具体地，涉及基于时域同步正交频 分复用技术的分集接收机的选择参数方法和系统。
背景技术：
现在的数字电视广播包括地面广播电视，它进一步包括正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)接收机或者诸如此类的部分。由于多径效应的存在，可能需要具有不同接收天 线的分集系统。为了得到与家庭里固定环境或者工作环境中相似的接 收质量，分集接收天线可以在移动广播接收系统中使用。分集接收一 般是指空间分集。另外一种方法是使用交叉极化分集，它可以在移动 广播接收系统中处理与受限制空间相关的问题。正如我们看到的，在移动接受系统中使用现在的分集技术的不利 条件是随时间变化的多径衰落。移动接收系统存在不同的多径场强。 多径衰落在无线广播中是由于固定的和非固定的物体所产生的反射 而产生的。多径衰落被证明是随机的幅度和相位调制。在接收端，信 号被多重复制后以有益或有害的形式相加。信号的有害相加可以在信 号能量中产生衰落。精确的相位关系包括星座图的度数，可以从一位 置变化到另一位置，因此，可以使位于第一点的天线接收经过严重破 坏的星座图，而在第二点的天线接收有益的相加信号。分集技术的目 的是通过在普通接收机上使用一个以上的天线来提高接收性能。这些 天线可以相距一定的距离，实现空间分离，或有不同的极化方式。这 样，在动态基准上选择最好的天线，提供了一些可操作的优点，例如 自动的或动态的恢复可能的最高信号质量。。在数字视频广播(DVB)通常所使用的正交频分复用(OFDM)中，多径衰落是一个特别的问题。正交频分复用是一种数字调制方法, 它将信号分成不同频率的窄带信道。从某些方面来说，正交频分复用 与传统的频分复用相似。不同点在于信号是如何调制和解调的。在一 组符号组成的数据流中，优先级是减小干扰(串扰)。换句话讲，少 数重要的数据放置在性能良好的独立信道中。这样一种典型的多径衰 落环境可能包括一个从发射机到接收机的信号传输，例如一辆车或一 个手持移动站。在这种情况下传输的信号可以直接被接收机所收到， 以及经过被周围环境中的物体例如建筑物或树的反射而被接收到。这 些接收到的不同的信号是不相关的。无论如何，对于一些散射的环境， 空间分集系统是提高无线系统性能的有效方法。信号(至少两个)应 该被分集天线接收，并在接收端切换或者组合到一起。对于移动数字 电视接收机，为了得到可靠接收，几个功能块需要仔细设计，如信号 跟踪、信道估计、信道均衡和前向纠错解码器。但是无论以上这些模 块设计的多好，总有一些情况下接收是不稳定的。提高接收性能的方 法包括使用多天线接收，它通常称为分集系统。在分集系统中，总是 存在两个或更多的天线，每个与输入信号或路径相关，每个路径的输 入信号首先独立处理，接着在一个预先确定的位置，两个或更多处理 后的信号合并为一个单一的信息流，并送到下一模块，例如MPEG2 解码器。在这个处理过程中，有一些典型的问题有待解决。例如，两 个或两个以上的独立信号在哪一点上合并，此外，为了得到更可靠的 接收，这些两个或两个以上的信号应如何合并，目前，这些问题都还 没有解决。对于其它申请的交叉引用普通代理人的下面的申请和现在的申请是相关的，并在全文中在这里通过引用组成一体美国专利申请号为11/550,316、授予Liu等人的、名称为"在时 域同步正交频分复用接收机中在过釆样率情况下对于频域补偿和信道估计的方法和设备"的专利，专利代理人文档号为LSFFT-018。 美国专利申请号为11/677,225、授予Zhong等人的、名称为"在时域同步正交频分复用接收机中使用同步动态随机存储器实现时域解交织"的专利，专利代理人文档号为LSFFT-032。美国专利申请号为11/550,505、授予Zhong等人的、名称为"从符号对数似然率构成比特对数似然率的方法"的专利，专利代理人文档号为LSFFT-022,它在这里通过引用与全文组成一体。发明内容本发明要解决的问题是提供一个釆用根据不同路径条件分集接 收机选择参数的方法和分集系统，解决了两个或两个以上的独立信号 合并的问题。为达到上述目的，本发明提供了一种分集接收机选择参数的方 法，包括以下步骤提供一个多条路径，它的每条路径都和一个单独 天线的相关，每一个路径又包含与该信道相关的一组参数；从所有的 成组参数中选出一组该信道的参数。其中，这个方法进一步还包含提供一个被多条路径共享的解交织 器或前向纠错解码器的步骤。其中，该方法中所述的选出 一组参数的步骤包括使用来自单个信 道的参数进行选择。其中，该方法中所述的选出一组参数的步骤包括使用最大联合 比，它使用来自多个信道的参数。其中，该方法中所述的选出一组参数的步骤包含使用信号幅度。其中，该方法中所述的选出一组参数的步骤包含使用噪声幅度。其中，该方法中所述的选出一组参数的步骤包含使用信号幅度和 噪声幅度。其中，该方法中所述的一组参数包含第i个信道的噪声，i为小 于等于所述多条路径的路径个数的正整数。其中，该方法中所述的一组参数包含第i个信道的相位均衡信 号Si, i为小于等于所述多条路径的路径个数的正整数。其中，该方法中所述的一组参数包含第i个信道的估计信道信 息的数量Ci, i为小于等于所述多条路径的路径个数的正整数。其中，该方法中所述的 一组参数包含预定时间段内的第i个信道 的相位均衡信号Si， i为小于等于所述多条路径的路径个数的正整数。其中，该方法中所述的 一组组参数包含在预定时间段内的第i个 信道的估计信道信息的数量Ci， i为小于等于所述多条路径的路径个数 的正整数。本发明还提供了 一种分集接收机的分集系统，所述分集系统包括至少两个天线，用于提供多条路径，其中每条路径与一个单独的天线相关，每条路径包含与该信道相关的一组参数；分集组合器，用于从所有的成组参数中选出一组与该信道相关的 参数。本发明提供了来自至少两个天线或路径的信号在哪里被合并成 一个信号路径的问题的解决方案。本发明提供了一个如何把来自至少两个天线的信号合并的实际解 决方法。本发明不仅仅显著地改进在移动状态下的接收，同样可以在性能 和实行成本上作到很好的权衡。


附图中的参考数字指相同或功能相似的基本单元，附图和下面的 详细描述一起构成了一个整体，成为说明书的要素，并用于进一步图 示各种具体实施例和解释本发明的各种原理与优点。图l为单一路径时域同步正交频分复用接收机的框图； 图2是釆用本发明实现的多径时域同步正交频分复用接收机的框图；图3是符合本发明实施例的选择参数的举例； 图4是符合本发明实施例的流程图； 图4A是符合本发明实施例的图示。有经验的工程师欣赏的是将图中的基本单元简单明了地表示出 来，是否按比例描绘并不是必要的。例如，为了更好地帮助理解本发 明的具体实施例，可以把图中某些基本单元的尺寸大小相对于其它单 元进行夸大。
具体实施方式
在描述本发明的详细的具体实现之前，首先要说的是具体的实现 是要和由选择的各种路径的条件的参数决定的具体方法步骤和元器 件的组合相结合的。因此，在图中用常用符号给出了装置部件和方法 步骤，并详细描述了那些有助于理解本发明具体实施例的细节，以免 对这些细节产生误解，使本领域的普通技术人员容易明白，并从中收 益。在本说明书中，相关的术语，例如第一和第二、顶部和底部，以 及相似的术语，可能会单独使用，以区别不同的实体或处理，并不表 示必须需要或暗示这些实体或处理之间的关系或顺序。术语"包括"、 "由.....组成"，或是任何与之相关的其他变形，意指包含非排它的结 果。所以，由一系列基本单元组成的处理、方法、文章或装置不仅仅 包含那些已经指明了的基本单元，也可能包含其它的基本单元，虽然 这些单元没有明确列在或属于上述的处理、方法、文章或装置。被"包 括"所引述的基本单元，在没有更多限制的情况下，不排除在由基本 单元构成的处理、方法、文字或装置中存在另外相同的基本单元。这里所描述的本发明的具体实施例由一个或多个通常的处理器 和唯一的存储程序指令构成，程序指令控制一个或多个处理器，配合 一定的非处理器电路，去实现某些、大部分或者全部的在这里描述的使用根据多路径的条件选择参数的功能。非处理器电路可能包括但不 限于无线接收机、无线发射机、信号驱动器、时钟电路、电源电路和 用户输入设备。同样的，这些功能可以被解释为实现根据多路径条件 选择参数的方法。作为替换选择，某些或所有功能可以用没有储存程 序指令的状态机实现，或者使用一个或多个专用集成电路(ASIC)， 在这些ASIC中一个功能或一些功能的某种组合作为定制逻辑来实 现。当然这两种方法也可以一起使用。因此，这里描述了实现这些功 能的方法和手段。更进一步，期望普通的技术人员经过努力和许多设 计选择后，例如有效的开发时间、当前的技术和经济方面的考虑，在 这里所揭示的概念和原理指导下，能够容易通过最少的实验得到所述 的软件指令和程序。图i描述了典型的单路径时域同步正交频分复用接收机io。信号下变换为基带信号，并通过解调器12在传输终端(图中未示出)解调调制后的符号。为了对特定信道质量的估计，解调信号输出到信道估计模块14。随后信号送给相位均衡模块16。在相位均衡之后，产生了 两种信号。信号是接收到的相位均衡的信号"S",估计信道信息的 数量"c"。这样，信号包括相位均衡的信号"S"和均衡信道信息的 数量"c",然后一起经过时域界交织器18，来克服深度衰落和突发 错误。在某些情况下，信号进一步进入前向纠错解码器20。图l为时 域同步正交频分复用接收机的简单的框图。为了更全面地描述接收 机，可以参看美国专利申请号为11/550,316、授予Liu等人的、名称 为"在时域同步正交频分复用接收机中在过釆样率的情况下实现频域 补偿和信道道估计的方法和设备"的专利，专利代理人的文档号为 LSFFT-018,它在这里通过引用与全文组成一体。相位均衡有两个输出，S和c, S是经过相位均衡的接收信号， c是估计信道信息的数量。经过时域解交织，这两个信号被送入前向 纠错解码器20。为了更深入地了解前向纠错解码器20，可以参看美国专利申请号为11/677,225、授予Zhong等人的、名称为"在时域同步正
交频分复用接收机中使用同步动态随机存储器实现时域解交织"的 专利，专利代理人的文档号为LSFFT-032，它在这里通过引用与全文 组成一体。此外，美国专利申请号为11/550，505、授予Zhong等人的、 名称为"从符号对数似然率形成比特对数似然率"的专利，专利代理 人的文档号为LSFFT-022，它在这里通过引用与全文组成一体。
图2描述了多径的时域同步正交频分复用接收机30。接收机30包 括至少两条路径，路径1和路径2。换句话说，接收机30包括"i"条 路径，这里"i"表示大于等于2的自然数。在路径l中，第一个信 号被下变换到基带，并通过解调器32在传输终端(图中未示出)对调 制的信号进行解调制。为了对与路径l相关的特定信道质量进行估计, 解调信号输出到信道估计模块34。然后信号送给相位均衡模块36。在 相位均衡之后产生了两种信号。这些信号是接收到的经过相位均衡的 信号"S1"和估计信道信息的数量"cl"，它们都与路径l相关的信 道有关。这样，包括相位均衡信号"S1"和估计信道信息的数量"cl"
的信号被组合起来，对信噪比进行优化。此外，"sr与"ci"的组合
进一步与其它路径或接收机30的其它路径进行组合。
在路径2，第二个信号下变换为基带信号，并通过解调器38在传 输终端(图中未示出)对调制的信号进行解调制。为了对特定信道的 质量进行估计，解调制信号输出到信道估计模块40。随后信号送给相 位均衡模块42。在相位均衡之后产生了两种信号。这些信号是接收到 的经过相位均衡的信号"S2"和估计信道信息的数量"c2"。这样， 包括相位均衡信号"S2"和估计信道信息的数量"c2"的信号组合起 来优化信噪比；与相位均衡信号"S1"和估计信道信息的数量"cl" 组合起来，优化分集组合器44处的信噪比。值得注意的是进一步组合 另一条路径，例如路径1或者接收机30的另一条路径，在本发明中是 可以预期的。包括相位均衡信号"S"和估计信道信息的数量信号"C"的组合信 号被组合在一起，来优化信噪比，组合信号是时域解交织器46解交织 的。作为替换选择，在可切换的分集中，选择一个或其它的至少两个 天线，并且其中一个天线保持选择，直到接收的信号强度下降到可接 受的限度以下。在某些情况下，信号进一步送给前向纠错解码器
(FEC) 48。
在数字电视系统中，为了得到可靠的接收性能，在移动无线广播 应用中使用时域同步正交频分复用接收机，不论系统设计的多好，仍 然有一些情况下接收不稳定，特别是在移动的情况下。图2中所示的 一个解决方案是使用多天线，这里是空间上的分离。
图2描述了本发明中的分集系统中接收机的简单模块框图。至少 两对(S,c)被送到分集组合器。在组合之后，经过组合后的(S,c)被 送到时域解交织器。组合器位于相位均衡器和时域交织器之间有两个 原因。第一个是在组合器之前，每一个分支拥有自己的解调器、信道 估计和相位均衡器。每一条路径可以完全考虑每一个天线可能接收完 全不同的信号。第二是，时域解交织需要大约0.91兆字的存储器。这 片存储器的大小在时域同步正交频分复用接收机中占了很大一部分。 通过把来自两个天线的信号进行组合，组合后的信号可以用和单天线 路径接收机相同的方法进行处理。从另一方面来说，本发明的分集接 收机只需要一组用于时域同步解交织器或前向纠错解码器的存储器。
一个在分集组合器处组合多条路径的优点是节省存储空间，因为 时域交织器46典型地需要很大的存储器空间来处理。所以，如果每一 条路径都要做单独的解交织，就需要很大的存储器空间。可以看到， 使用单独的或至少最少的数量的解交织器，可以节省存储器空间。
图3是得到与第i条路径相应的相位均衡信号Si和估计信道信息的 数量ci的描述50。 S沐d输出到比较器52。经过比较后的Si和ci通过分 片器54。经过分片的Si和d输出到减法器56,与未分片的Si和ci作减法。通过获取绝对值模块58得到差值的绝对值。随后，就可以得到每帧平
均值60。
接下来描述了Si和ci的选择过程。初始状态下，预先设定一个门
限值。这里假设只有两条路径，每一条路径都与相应的相位均衡信号
和估计信道信息的数量相关，例如第一条路径的相位均衡信号S1和 估计信道信息的数量cl与第二条路径的相位均衡信号S2和估计信道 信息的数量c2相互独立。如果与第一条路径相关的噪声nl显著大于与 第二条路径相关的噪声n2,那么接收机只使用来自路径2的参数。换 句话说，如果nl〉n2+门限值，选择信道2。从另一方面说，如果与第 二条路径相关的噪声n2显著大于与第一条路径相关的噪声nl，那么接 收机只选择来自路径l的参数。换句话说，如果n2〉nl+门限值，选择 信道l。
然而，如果nl和n2—样或者两个信道的噪声等级一样，那么两个 信道的参数选择取决于相位均衡信号S和估计信道信息的数量c值的 判决。用于求得S和c的方法包括最大联合比(Maximum Ratio Combining, MRC )。下面列出了四种方法。 MRC的公式描述如下 以两个通道为例 <formula>formula see original document page 12</formula>这里S是结合信号或者结果信号。ri是第i个信道的信噪比(Signal Noise Ration, SNR)。 S是接收到的、经过相位均衡的第i个信道信号。
方法一简单地选择。在一个信号帧中，例如具有3780个符号 的时域正交频分复用信号TDS-OFDM信号帧，在其上定义Si和Ci。换 句话说，S"i)定义在0《K3780上；而且c"i)定义在(K i<3780上。同 样地，S2(i)定义在(KK3780上;而且C2(i)定义在0《i《3780上。如果
Ci(i)远大于C2(i)，那么把S"i)赋给S(i)。另一方面，如果C2远大于d，那么就把S2(i)赋给S(i)。
方法二到方法四，使用了MRC。
方法二使用了信号的幅度，并且起主要作用
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这里
d(i)是第i段信道信息i的幅度；
C2(i)是第i段信道信息2的幅度；
c(i)是平均的、估计的幅度； S"i)是第i段信道l的经过相位均衡的接收信号； S"i)是第i段信道2的经过相位均衡的接收信号； S(i)是第i段的经过相位均衡的接收信号； 方法三使用了信号的噪声幅度，并且起主要作用。
<formula>formula see original document page 13</formula>
这里
ni是第i个信道的估计噪声； c(i)是估计的幅度；
S"i)是第i段信道l的幅度或稍后确定的幅度; S2(i)是第i段信道2的幅度或稍后确定的幅度; S(i)是获得或者计算得出的幅度。方法四使用了信号的幅度和信号的噪声幅度，并起主要作用
<formula>formula see original document page 14</formula>这里
ni为第i个信道的估计燥声；
d(i)是第i段信道信息l的幅度； C2(i)是第汲信道信息2的幅度； c(i)是平均的、估计的幅度； S"i)是第i段信道l的幅度或稍后确定的幅度； S2(i)是第i段信道2的幅度或稍后确定的幅度； S(i)是获得或者计算得出的幅度。 图4是关于本发明实施例分集接收机选择参数的流程图70,提 供了一个参数选择的方法。这个方法由以下的步骤组成提供了多条 路径，其中的每一条路径与一个独立天线相关，每条路径包含一个特 定信道的一组参数(步骤72)。参数包括第i个信道的噪声。它们包 括第i个信道的相位均衡信号Si和估计信道信息的数量Ci。更多的说, 它们由第i个信道的预定时间段内，例如一个帧的一个符号的Si和 Ci组成。这个方法进一步包括从特定信道的每个参数集合中得到所需 参数(步骤74)。这个方法还包括提供一个多条路径共享的解交织器 (步骤76)。同样的，单一的前向纠错FEC的解码器也用在这里，具 有一样的优点。图4A是图4中步骤74所派生的框图80。这个步骤可能包含使用简 单的选择，它只使用来自单个信道的参数82。另外的，这个步骤包含 使用最大联合比MRC，它使用多路信道的参数84。 MRC可以包含使 用信道的幅度86; MRC可以包含使用噪声的幅度88; MRC可以使用 信号的幅度和信号的噪声幅度90。本发明优化了解交织的位置从而节省了存储空间。另外，本发明 的优点是使用了MRC,基于MRC来决定不同情况下的相位补偿的Si 和q。此外，本发明应用于时域正交频分复用TDS-OFDM系统中。本发明预期使用时域同步正交频分复用TDS-OFDM通信系统。以 下是时域同步正交频分复用的帧结构。 一帧由作为插在数据之间作为 保护间隔的伪随机序列PN构成。在一组帧中，在一帧之内帧的位置 是顺序的，PN序列安排在正交频分复用的符号之间。值得注意的是， 本发明使用了伪随机序列的专利公开，它在美国专利申请号为 7,072,289、授予Yang等人的专利中有具体描述，在这里通过引用与 全文组成一体。本发明描述了一个分集系统，它使用减少数量的解交织器和前向 纠错解码器，用于天线特性的证明和评估。特别的，本发明更聚焦在 移动广播接收系统，用于移动车辆接收广播信号。上面结合附图对本发明的具体实施例进行了详细说明，但本发明 并不限制于上述实施例，在不脱离本发明的权利要求的精神和范围情 况下，本领域的普通技术人员可作出各种修改或改变。因此，本说明 书和框图是说明性而非限制性的，同时，所有修改都包含在本发明的 范围中。好处、优点、问题的解决方案以及可能产生好处、优点或产 生解决方案再或者变得更明确的解决方案的任何基本单元，都不会作 为任何或全部权利要求中重要的、必需的或者本质的特性或原理来加 以解释。后面的权利要求，包括本申请未定期间的任何改正以及与颁 布的那些权利要求的所有的等同权利，单独地定义了本发明。在这篇文章中使用的术语或短语以及它的变化，除非特殊说明， 可以被解释为开放的相对于封闭的或有限制的。前述的一个例子术 语为"包括"应该被解释为"包括，没有限制"或者相似意思；术语"例 子"是用于提供在讨论的项目中可仿效的实例，而不是其中 一个详尽的或有限制的列表；形容词例如"常规的"，"传统的"，"一般的"，"标准的"，和有相近意思的术语不应该被解释为描述的给定时期内的限 制条款或有可能作为给定时期内的条款，而应该是围绕着常规的传统 的一般的或者现在或者将来某一个时刻可用标准的技术。同样的，一 组使用"和"连接的术语不应被理解为需要这个语句里术语的每一个， 除非特珠说明，应该被理解为"和/或者"。同样的， 一组使用"或者" 连接的术语不应被理解为在这个语句里相互排斥其它，除非特殊说 明，应该被理解为"和/或者"。
权利要求
1、分集接收机选择参数的方法，其特征在于，该方法由以下步骤组成提供多条路径，每条路径与一个单独的天线相关，每条路径包含与该信道相关的一组参数；从所有的成组参数中选出一组与该信道相关的参数。
2、 如权利要求1所述的分集接收机选择参数的方法，其特征在 于，该方法进一步包含提供多条路径共享的时域解交织器的步骤。
3、 如权利要求1所述的分集接收机选择参数的方法，其特征在 于，所述的选出 一组参数的步骤包括使用来自单个信道的参数进行选 择。
4、 如权利要求1所述的分集接收机选择参数的方法，其特征在 于，所述的选出一组参数的步骤包括使用最大联合比，所述最大联合 化使用来自多个信道的参数。
5、 如权利要求4所述的分集接收机选择参数的方法，其特征在 于，所述的选出一组参数的步骤包含使用信号幅度。
6、 如权利要求4所述的分集接收机选择参数的方法，其特征在 于，所述的选出一组参数的步骤包含使用噪声幅度。
7、 如权利要求4所述的分集接收机选择参数的方法，其特征在 于，所述的选出一组参数的步骤包含使用信号幅度和噪声幅度。
8、 如权利要求1所述的分集接收机选择参数的方法，其特征在 于，所述的一组参数包含第i个信道的噪声，i为小于等于所述多条 路径的路径个数的正整数。
9、 如权利要求1所述的分集接收机选择参数的方法，其特征在 于，所述的一组参数包含第i个信道的相位均衡信号Si， i为小于等 于所述多条路径的路径个数的正整数。
10、 如权利要求l所述的分集接收机选择参数的方法，其特征在于，所述的一组参数包含第i个信道的估计信道信息的数量Ci, i为 小于等于所述多条路径的路径个数的正整数。
11、 如权利要求l所述的分集接收机选择参数的方法，其特征在 于，所述的一组参数包含预定时间段内的第i个信道的相位均衡信号 Si， i为小于等于所述多条路径的路径个数的正整数。
12、 如权利要求l所述的分集接收机选择参数的方法，其特征在于，所述的一组组参数包含在预定时间段内的第i个信道的估计信道 信息的数量Ci, i为小于等于所述多条路径的路径个数的正整数。
13、 如权利要求l所述的分集接收机选择参数的方法，其特征在于，该方法进一步包括提供多条路径共享的前向纠错解码器的步骤。
14、 分集接收机选择参数的分集系统，其特征在于，所述分集系 统包括至少两个天线，用于提供多条路径，其中每条路径与一个单独的 天线相关，每条路径包含与该信道相关的一组参数；分集组合器，用于从所有的成组参数中选出 一组与该信道相关的 参数。
全文摘要
本发明涉及基于时域同步正交频分复用技术的分集接收机选择参数的方法和系统，属于分集系统领域，本发明提供的分集接收机选择参数的方法包括以下步骤提供多个路径，每个路径和一个独立的天线相关，并且每个路径包含与该信道相关的一组参数；从所有的成组参数中选出一组参数，这个方法进一步包含提供多个路径共享的解交织器或前向纠错解码器的步骤。本发明节省了存储空间，在移动接收下，能获得更好的性能。
文档编号H04L25/03GK101321041SQ20081011135
公开日2008年12月10日 申请日期2008年5月27日 优先权日2007年6月8日
发明者杨海耘, 彦 钟 申请人:清华大学