СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОЦЕНКИ КАНАЛА, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ СХЕМУ ЛИНЕЙНОЙ ИНТЕРПОЛЯЦИИ В СИСТЕМЕ МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЯ С ОРТОГОНАЛЬНЫМ ЧАСТОТНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ СИГНАЛОВ, И ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ ИХ ПРИЕМНИК
CHANNEL ESTIMATION METHOD AND DEVICE USING LINEAR INTERPOLATION SCHEME IN ORTHOGONAL FREQUENCY-DIVISION MULTIPLEXING SYSTEM, AND RECEIVER USING SAID METHOD AND DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу оценки канала и устройству оценки канала в системе беспроводной связи с использованием множества несущих и более конкретно к способу оценки канала и устройству оценки канала в системе мультиплексирования с ортогональным частотным разделением сигналов (OFDM, МОЧР) и к использующему этот способ приемнику.
Уровень техники
В настоящее время в условиях развития промышленности связи и повышения требований со стороны пользователей в отношении услуг пакетной передачи данных повышается потребность в системе передачи данных, позволяющей эффективно предоставлять услугу высокоскоростной пакетной передачи данных. Поскольку существующие сети передачи данных были разработаны в основном с целью предоставления голосовых услуг, они имеют недостаток, состоящий в том, что их полосы передачи данных относительно малы, и тарифы их использования являются дорогостоящими. Для решения этого недостатка были быстро проведены исследования возможности использования схемы OFDM, которая представляет собой схему беспроводного доступа для обеспечения расширенной полосы пропускания.
Схема OFDM представляет собой схему передачи с множеством несущих, в которой последовательный входной поток символов преобразуют в параллельные сигналы. Преобразованные параллельные сигналы модулируют с использованием множества ортогональных поднесущих и передают модулированные сигналы. Схема OFDM получила широкое распространение в технологиях цифровой передачи данных, в которых требуется обеспечить высокоскоростную передачу данных, в таких, как технология широкополосного беспроводного Интернет, технология цифрового радиовещания (DAB, ЦРВ), технология беспроводных локальных вычислительных сетей (WLAN, БЛВС) и т.д.
Оценка канала, по которому передают радиосигнал в системе OFDM, включает в себя способ оценки на основе пилот-сигнала, способ использования данных, декодированных в схеме, направленной на принятие решения, и способ использования схемы слепого детектирования для оценки канала без знания данных. Обычно если предположить, что используется когерентная демодуляция в системе беспроводной связи, передающий конец передает пилот-сигналы для оценки канала, и принимающий конец для выполнения когерентной демодуляции выполняет оценку канала на основе принятых пилот-сигналов.
Ниже будет сделана ссылка на то, как можно организовать пилот-сигналы в схеме передачи обычной системы OFDM со ссылкой на фиг.1A-1C. В обычной системе OFDM схема компоновки пилот-сигнала может быть классифицирована на схему компоновки пилот-сигнала блочного типа, схему компоновки пилот-сигнала типа гребенки и схему компоновки пилот-сигнала типа решетки, в соответствии с тем, расположены ли пилот-сигналы вдоль оси частот, вдоль оси времени или вдоль обеих осей. На фиг.1A иллюстрируется схема компоновки пилот-сигнала блочного типа, на фиг.1B иллюстрируется схема компоновки пилот-сигнала гребенчатого типа и на фиг.1C иллюстрируется схема компоновки пилот-сигнала типа "решетка".
На фиг.1A-1C по оси абсцисс представлено время, по оси ординат представлена частота, и каждый затушеванный участок P1 представляет собой пилот-сигнал.
В схеме компоновки пилот-сигнала блочного типа, иллюстрируемой на фиг.1A, пилот-сигналы расположены в определенных символах OFDM вдоль оси времени соответственно и скомпонованы на всех поднесущих символов OFDM, когда их просматривают вдоль оси частот. Эта схема требует проведения интерполяции по оси времени для оценки каналов, которые влияют на сигналы данных. В схеме компоновки пилот-сигнала гребенчатого типа, которая представлена на фиг.1B, пилот-сигналы равномерно распределены по соответствующим символам OFDM и скомпонованы на одной и той же поднесущей в каждом временном интервале. В этой схеме требуется проведение интерполяции по оси частот для оценки каналов, влияющих на сигналы данных. В схеме компоновки пилот-сигнала типа "решетка", которая представлена на фиг.1C, пилот-сигналы регулярно скомпонованы как вдоль оси времени, так и вдоль оси частот. Такая схема требует проведения интерполяции как по оси времени, так и по оси частот для оценки каналов, которые пригодны для переменной среды канала и влияют на сигналы данных.
Ниже приведено описание того, как выполняется оценка канала, например, для фрейма DVB-H, когда пилот-сигналы скомпонованы в соответствии с фиксированным правилом как по оси времени, так и по оси частот. В фрейме DVB-H, представленном на фиг.2, пилот-сигналы скомпонованы с использованием комбинации схемы компоновки пилот-сигнала гребенчатого типа и схемы компоновки пилот-сигнала типа "решетка". Такая комбинированная схема требует проведения интерполяции как по оси времени, так и по оси частот для оценки канала, который пригоден для переменной среды канала и влияет на сигналы данных.
В этом отношении, когда промежутки между пилот-сигналами по оси времени сравнивают с промежутками по оси частот, обычная методика интерполяции начинается с оси, на которой промежутки между пилот-сигналами уже. Таким образом, интерполяцию проводят сначала на оси, где промежутки между пилот-сигналами уже, и затем проводят на оси, на которой промежутки между пилот-сигналами шире. Поскольку известная информация канала возникает, когда проводят интерполяцию на оси, где промежутки между пилотными сигналами шире, интервал интерполяции уменьшается по сравнению с промежутком между пилот-сигналами. Другими словами, когда интерполяцию вначале выполняют на оси, где промежутки между пилотными сигналами уже, информацию канала для некоторых частей данных получают в результате интерполяции. Эта информация канала может соответствовать тем же положениям данных, если рассматривать по оси, где промежутки между пилотными сигналами шире, и, таким образом, участки пилот-сигнала и некоторые участки данных становятся известными в момент, когда выполняют интерполяцию по оси, где промежутки между пилотными сигналами шире. Таким образом, фактический интервал интерполяции уменьшается по сравнению с промежутком между пилот-сигналами.
На фиг.3 показана последовательность операций интерполяции для оценки канала в обычной системе OFDM. Если предположить, что система OFDM представляет собой систему DVB-H, имеющую структуру фрейма, показанную на фиг.2, промежутки между пилот-сигналами по оси времени составляют 4 символа, как обозначено номером "301" ссылочной позиции, и промежутки между пилот-сигналами по оси частот составляют 12 символов, как обозначено номером "303" ссылочной позиции. В соответствии с этим интерполяцию, обозначенную стрелкой ①, выполняют вначале по оси времени, и затем интерполяцию, обозначенную стрелкой ②, выполняют по оси частот. Таким образом, для проведения интерполяций ① и ② должна быть предусмотрена, по меньшей мере, информация о пилот-сигналах для интерполяции по оси времени. Кроме того, поскольку интерполяцию по оси частот выполняют, используя значения, полученные в результате интерполяции по оси времени, эти полученные в результате значения также должны быть сохранены в запоминающем устройстве. Таким образом, для выполнения интерполяции, описанной со ссылкой на фиг.3, требуется емкость запоминающего устройства, составляющая, например, (5 × количество положений пилот-сигналов × формат данных). Здесь положение пилот-сигналов включает не только положение пилот-сигнала одного символа OFDM, но и все положения рассеянных пилот-сигналов, которые циклически повторяются.
Более конкретно в описанном выше запоминающем устройстве требуется емкость запоминающего устройства, в пять раз превышающая количество положений пилот-сигналов, умноженная на форматы данных, при этом цифра "5" обозначает информацию канала для 2 участков пилот-сигналов, которые расположены последовательно, когда пилот-сигналы повторяют через каждые 4 символа по оси времени, и каналы из 3 участков данных, которые получают с помощью интерполяции, используя информацию канала для 2 участков пилот-сигнала. Количество положений пилот-сигналов обозначает количество положений пилот-сигналов, включающих в себя все положения пилот-сигналов четырех символов OFDM, соответствующих четырем повторениям цикла, и формат данных обозначает количество битов, требуемое для предоставления информации одного канала.
В методике интерполяции, описанной выше, поскольку данные символов OFDM, соответствующие промежуткам между пилот-сигналами, должны быть сохранены, требуется большая емкость запоминающего устройства для выполнения интерполяции по оси, по которой промежутки между пилот-сигналами малы. Таким образом, на фиг.3 промежутки между пилот-сигналами, составляющие 4 символа по оси времени, являются относительно небольшим, но требуется емкость запоминающего устройства, которая позволяет сохранить, по меньшей мере, 5 символов.
Кроме того, обычная методика интерполяции ограничена в отношении обеспечения рабочих характеристик в беспроводной среде, в которой терминал движется с высокой скоростью. Таким образом, рабочие характеристики терминала ухудшаются, поскольку интервал интерполяции по оси времени фиксирован, несмотря на увеличенное изменение затухания по оси времени по мере увеличения скорости, с которой движется приемник. Кроме того, например, структура фрейма, показанная на фиг.2, требует, чтобы информация пилот-сигналов была размещена с промежутком, по меньшей мере, 4 символа OFDM для выполнения интерполяции по оси времени, и должна использовать информацию пилот-сигнала, по меньшей мере, для 8 символов OFDM для формирования известных значений канала с регулярными положениями по оси частот. Таким образом, количество символов OFDM, влияющих на интерполяцию по оси частот, составляет 8 или больше, что не является более узким по сравнению с когерентным временем, по мере того как скорость передачи становится все выше и выше.
В соответствии с этим способ оценки канала в обычной системе OFDM имеет проблему, состоящую в том, что рабочие характеристики приемника ухудшаются, поскольку интервал интерполяции по оси времени фиксирован, и требуется большая емкость запоминающего устройства для выполнения интерполяции по оси частот. Следовательно, существует потребность в решении этой проблемы.
Раскрытие изобретения
В соответствии с этим настоящее изобретение было выполнено с целью решения описанных выше проблем, возникающих в обычных системах, и аспект настоящего изобретения направлен на предоставление способа оценки канала и устройства оценки канала с использованием схемы линейной интерполяции в системе OFDM и приемника, в котором она используется.
Дополнительный аспект настоящего изобретения направлен на предоставление способа оценки канала и устройства оценки канала, пригодных для работы в беспроводной среде, в которых приемник движется с высокой скоростью в системе OFDM, и использующего этот же способ приемника.
Дополнительный аспект настоящего изобретения направлен на предоставление способа оценки канала и устройства оценки канала, которые позволяют свести к минимуму емкость запоминающего устройства, требуемую для приемника в системе OFDM, и использующего этот же способ приемника.
В соответствии с описанными выше аспектами настоящего изобретения предложен способ оценки канала в приемнике системы OFDM, этот способ оценки канала включает в себя этапы, на которых принимают и сохраняют символы, и выполняют оценку каналов поднесущих, выделенных для пилот-сигнала, по которым передают пилот-символы, то есть пилотных каналов, когда принимают пилот-символы; когда выполняют оценку двух пилотных каналов на первой поднесущей, выделенной для пилот-сигнала, в системе показателей оценки канала, выполняют поиск пилотного канала, оценку которого производят в пределах интервала времени, в течение которого были переданы два пилот-сигнала, перенесенных первой поднесущей, выделенной для пилот-сигнала, среди пилотных каналов, оценку которых выполняют по второй поднесущей, выделенной для пилот-сигнала, расположенной рядом с первым каналом, выделенным для пилот-сигнала; и выполняют оценку каналов, по которым передают символы данных, включенных в треугольник, сформированный тремя оцененными пилотными каналами в системе показателей оценки канала.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложен способ оценки канала в приемнике системы OFDM, этот способ оценки канала включает в себя этапы, на которых принимают и сохраняют символы, и выполняют оценку каналов поднесущих, выделенных для пилот-сигнала, по которым передают пилот-символы, то есть пилотных каналов, когда принимают пилотные символы; в момент времени, когда принимают один пилот-сигнал, передаваемый по поднесущей, выделенной для пилот-сигнала, и выполняют оценку пилотного канала поднесущей, выделенной для пилот-сигнала, выполняют поиск пилотных каналов для двух других пилот-сигналов, которые соединены с одним пилот-сигналом для формирования минимального треугольника в системе показателей оценки канала, среди пилот-сигналов, ранее перенесенных другими поднесущими, выделенными для пилот-сигнала; и выполняют оценку каналов, переносящих символы данных, включенных в треугольник, сформированный тремя оцененными пилотными каналами в системе показателей оценки канала.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предложено устройство оценки канала, предусмотренное в приемнике системы OFDM, устройство оценки канала включает в себя блок оценки пилотного канала, предназначенный для приема и сохранения символов, и оценки каналов поднесущих, выделенных для пилот-сигнала, которые переносят пилот-символы, то есть пилотных каналов, когда принимают пилот-символы; и линейный интерполятор, который когда выполняет оценку двух пилотных каналов на первой поднесущей, выделенной для пилот-сигнала, в системе показателей оценки канала, выполняет поиск пилотного канала, оценку которого производят в пределах интервала времени, в течение которого были переданы два пилот-сигнала, переносимых первой поднесущей, выделенной для пилот-сигнала, среди пилотных каналов, оценку которых выполняют из второй поднесущей, выделенной для пилот-сигнала, расположенной рядом с первым каналом, выделенным для пилот-сигнала, и выполняет оценку каналов, переносящих символы данных, включенных в треугольник, сформированный тремя оцененными пилотными каналами в системе показателей оценки канала.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предложено устройство оценки канала, в котором предусмотрен приемник системы OFDM, причем устройство оценки канала включает в себя блок оценки пилотного канала, предназначенный для приема и сохранения символов и выполняющий оценку каналов поднесущих, выделенных для пилот-сигнала, по которым передают пилот-символы, то есть пилотных каналов, когда принимают пилот-символы; и линейный интерполятор, который в момент времени, когда принимают один пилот-сигнал, переносимый поднесущей, выделенной для пилот-сигнала, и выполняют оценку пилотного канала поднесущей, выделенной для пилот-сигнала, выполняет поиск пилотных каналов для двух других пилот-сигналов, которые соединены с одним пилот-сигналом для формирования минимального треугольника в системе показателей оценки канала, среди пилот-сигналов, ранее перенесенных другими поднесущими, выделенными для пилот-сигнала, и выполняет оценку каналов, по которым передают символы данных, включенных в треугольник, сформированный тремя оцененными пилотными каналами в системе показателей оценки канала.
В соответствии с еще одним другим аспектом настоящего изобретения предложено устройство приемника системы OFDM, причем устройство приемника включает в себя RF (РЧ, радиочастотный) конец, предназначенный для приема и обработки радиосигналов; быстрый преобразователь Фурье, предназначенный для преобразования радиосигналов в сигналы в области частот; блок оценки пилотного канала, предназначенный для оценки каналов поднесущих, выделенных для пилот-сигнала, по которым передают пилот-сигналы, то есть пилотных каналов, когда пилот-сигналы детектируют из радиосигналов; линейный интерполятор, который когда выполняет оценку двух пилотных каналов на первой поднесущей, выделенной для пилот-сигнала, в системе показателей оценки канала, выполняет поиск пилотного канала, который оценивают в интервале времени, в течение которого были переданы два пилот-сигнала, переносимых первой поднесущей, выделенной для пилот-сигнала, среди пилотных каналов, оценку которых выполняют из второй поднесущей, выделенной для пилот-сигнала, расположенной рядом с первым каналом, выделенным для пилот-сигнала, и оценивает каналы, которым передают символы данных, включенные в треугольник, сформированный тремя оцененными пилотными каналами в системе показателей оценки канала; компенсатор канала, предназначенный для компенсации сигналов оцененных каналов, используя информацию канала, выводимую из линейного интерполятора; и декодер, предназначенный для декодирования принятых сигналов оцененных каналов в исходные сигналы.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предусмотрено устройство приемника системы OFDM, это устройство приемника включает в себя RF конец, предназначенный для приема и обработки радиосигналов; быстрый преобразователь Фурье, предназначенный для преобразования радиосигналов в сигналы в области частот; блок оценки пилотного канала, предназначенный для оценки каналов поднесущих, выделенных для пилот-сигнала, по которым передают пилот-сигналы, то есть пилотных каналов, когда пилот-сигналы детектируют из радиосигналов; линейный интерполятор, который, в момент времени, когда принимают один пилот-сигнал, переносимый поднесущей, выделенной для пилот-сигнала, и оценивают пилотный канал поднесущей, выделенной для пилот-сигнала, выполняет поиск пилотных каналов для двух других пилот-сигналов, которые соединены с одним пилот-сигналом, для формирования минимального треугольника в системе показателей оценки канала, среди пилот-сигналов, ранее переданных по другим поднесущим, выделенным для пилот-сигнала, и оценивает каналы, по которым передают символы данных, включенные в треугольник, сформированный тремя оцененными пилотными каналами в системе показателей оценки канала; компенсатор канала, предназначенный для компенсации сигналов оцененных каналов, используя информацию канала, выводимую из линейного интерполятора; и декодер, предназначенный для декодирования принятых сигналов оцененных каналов в исходные сигналы.
Краткое описание чертежей
Описанные выше и другие цели, свойства и преимущества настоящего изобретения будут более понятны из следующего подробного описания изобретения, которое следует рассматривать совместно с приложенными чертежами, на которых:
на фиг.1A-1C иллюстрируются возможные компоновки пилот-сигналов в фрейме передачи системы OFDM;
на фиг.2 иллюстрируется схема компоновки пилот-сигналов в общем фрейме DVB-H;
на фиг.3 иллюстрируется последовательность операций интерполяции для оценки канала в обычной системе OFDM;
на фиг.4 показана блок-схема, иллюстрирующая структуру приемника, который проводит линейную интерполяцию для оценки канала в системе OFDM в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.5 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая способ оценки канала в системе OFDM в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.6 показана схема, иллюстрирующая способ линейной интерполяции в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения;
на фиг.7 показана схема, иллюстрирующая способ линейной интерполяции в соответствии с другим вариантом воплощения настоящего изобретения;
на фиг.8 показана схема, иллюстрирующая структуру запоминающего устройства, предусмотренного в линейном интерполяторе в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.9 показана схема, иллюстрирующая, как состояние запоминающего устройства, в котором сохраняют информацию канала, изменяется в соответствии со временем, когда применяют способ линейной интерполяции в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг.10 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая способ линейной интерполяции, применяемой для оценки канала в соответствии с настоящим изобретением; и
на фиг.11 показан график, иллюстрирующий результат теста рабочих характеристик приемника при оценке канала в соответствии с настоящим изобретением.
Осуществление изобретения
Ниже будут описаны предпочтительные варианты воплощения настоящего изобретения со ссылкой на приложенные чертежи. В следующем описании одинаковые элементы будут обозначены одинаковыми номерами ссылочных позиций, хотя они показаны на разных чертежах. Кроме того, в следующем описании только части, необходимые для понимания работы настоящего изобретения, будут описаны, и подробное описание известных функций и конфигураций, внедренных в них, не будет приведено, чтобы не делать предмет настоящего изобретения непонятным.
На фиг.4 показана блок-схема, иллюстрирующая структуру приемника, который выполняет линейную интерполяцию для оценки канала в системе OFDM в соответствии с настоящим изобретением. Приемник OFDM на фиг.4 включает в себя известные элементы, такие как аналого-цифровой преобразователь (ADC, АЦП) 403, предназначенный для преобразования аналоговых сигналов, принимаемых через антенну 401, в цифровые сигналы, приемный (Rx, Пр) фильтр 405, предназначенный для выделения и фильтрации только сигналов обслуживаемого диапазона из принимаемых сигналов, и быстрый преобразователь 407 Фурье (FFT, БПФ), предназначенный для преобразования сигналов, принимаемых в области времени, в сигналы в области частоты.
Приемник на фиг.4 дополнительно включает в себя блок 409a оценки пилотного канала, предназначенный для оценки каналов (например, пилотных каналов) пилот-сигналов среди преобразованных принятых сигналов, линейный интерполятор 409b для выполнения линейной интерполяции, как описано ниже (и называемой диагональной интерполяцией), которая позволяет выполнять одновременную интерполяцию по оси времени и оси частот, используя информацию об оцененных пилотных каналах для оценки каналов сигналов передачи данных в соответствии с настоящим изобретением, компенсатор 411 канала для компенсации сигналов оцениваемых каналов, используя информацию интерполяции, выводимую из линейного интерполятора 409b, и декодер 413 для декодирования принятых компенсированных сигналов каналов в исходные сигналы. Здесь блок 409a оценки пилотного канала и линейный интерполятор 409b составляют блок 409 оценки канала в соответствии с настоящим изобретением, и в линейном интерполяторе 409b предусмотрено запоминающее устройство (не показано) для оцениваемых значений канала и значений последовательного приращения, требуемых для оценки следующих значений канала.
На фиг.5 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая способ оценки канала в системе OFDM в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.5 операции, включенные в блок, обозначенный номером "R1" ссылочной позиции, выполняют в блоке 409 оценки канала по фиг.4.
Вначале на этапе 501 приемник принимает радиосигналы через антенну 401 и передает эти радиосигналы в ADC 403. На этапе 503 ADC выполняет квантование принятых аналоговых сигналов, преобразуя их в цифровые сигналы, и выводит цифровые сигналы в Rx фильтр 405. На этапе 505 Rx фильтр 405 фильтрует сигналы в заданном диапазоне обслуживания из принимаемых сигналов и выводит отфильтрованные сигналы. На этапе 507 FFT 407 выполняет операцию демодуляции для преобразования сигналов в области времени, выводимых из Rx фильтра 405, в сигналы в области частот. На этапе 509 блок 409a оценки пилотного канала определяет, детектируются ли пилот-сигналы среди сигналов, выводимых из FFT 407. Когда блок 409a оценки пилотного канала детектирует пилот-сигналы, он выполняет оценку пилотных каналов на этапе 511. На этапе 513 линейный интерполятор 409b проводит диагональную интерполяцию в соответствии с настоящим изобретением, которая позволяет выполнить одновременную интерполяцию по оси времени и по оси частот, используя информацию об оцениваемых пилотных каналах, выполняя таким образом оценку каналов сигналов данных.
На этапе 515 компенсатор 411 канала выполняет компенсацию каналов принимаемых сигналов, используя оцениваемые каналы. Наконец, на этапе 517 декодер 413 декодирует принятые сигналы, каналы которых были компенсированы в исходные сигналы. Если на этапе 509 пилот-сигналы не детектируются среди сигналов, выводимых из FFT 407, операции на этапах 511 и 513 исключают, и способ оценки канала переходит на этап 515 для выполнения только операции компенсации канала.
Ниже будет подробно описан способ линейной интерполяции, выполняемой блоком 409 оценки канала в соответствии с настоящим изобретением, со ссылкой на фиг.6-10.
Здесь измерение оценки канала, как представлено на фиг.6 и 7, используют для описания способа оценки канала. Измерение оценки канала выполняют в ортогональной системе координат, с промежутками по времени передачи символов, показанными на оси ординат, и при этом частота поднесущей обозначена на оси абсцисс. Индексы времени для обозначения соответствующих промежутков обозначены на оси ординат системы показателей оценки канала, и индексы частоты для идентификации соответствующих поднесущих обозначены на оси абсцисс системы показателей оценки канала. В системе показателей оценки канала пилот-сигналы расположены через каждые две или больше поднесущих среди последовательных поднесущих вдоль оси абсцисс. На фиг.6 и 7 пилот-сигналы расположены через каждые три поднесущие, и каждые из таких поднесущих, на которых расположены пилот-сигналы, будут называться поднесущими, выделенными для пилот-сигнала. Кроме того, здесь схема для размещения пилот-сигналов над поднесущими, выделенными для пилот-сигнала, принимает схему компоновки пилот-сигнала типа "решетка", в которой пилот-сигналы смещены друг от друга вдоль оси времени на один или больше интервалов между двумя соседними поднесущими выделения пилот-сигналов. На фиг.6 иллюстрируется способ линейной интерполяции в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения, в котором кружки P1 черного цвета обозначают пилот-сигналы. Операции, показанные на фиг.6, выполняют с помощью линейного интерполятора 409b. Схема интерполяции, показанная на фиг.6, отличается тем, что интерполяцию по оси времени, интерполяцию по оси частоты и диагональную интерполяцию, позволяющую выполнять одновременную интерполяцию по оси времени и по оси частот, выполняют при оценке канала. На фиг.6 номерами ①, ② и ③ ссылочных позиций обозначены последовательности операций интерполяции, и здесь снова не имеет значения, будет ли изменен порядок ① и ②.
Как показано на фиг.6, два пилот-сигнала последовательно принимают через интервалы 4 символа по поднесущей, выделенной для пилот-сигнала, имеющей индекс частоты 3. В момент времени, когда принимают второй пилот-сигнал, блок 409 оценки канала выполняет поиск пилот-сигнала, переносимого поднесущей, выделенной для пилот-сигнала, расположенной рядом с поднесущей, выделенной для пилот-сигнала, которая соответствует индексу 3 частоты, среди пилот-сигналов, принятых в течение интервала времени, в ходе которого были приняты два принятых пилот-сигнала, для быстрой оценки каналов уже принятых символов данных. Таким образом, как показано на фиг.6, выполняют поиск пилот-сигналов, имеющих индекс (6, 3) (что означает индекс (ось частот, ось времени)). Затем, как показано на фиг.6, формируют треугольник путем соединения пилот-символов, выбранных в системе показателей оценки канала, то есть пилот-символов, имеющих индексы (3, 6), (3, 2) и (6, 3). Другими словами, в настоящем изобретении предложен способ оценки каналов путем быстрой интерполяции данных, включенных в треугольник.
Прежде всего оценивают каналы данных, существующие на соединительных линиях, которые соединяют три пилот-сигнала в системе показателей оценки канала, используя информацию оценки линейной интерполяции канала для этих трех пилот-сигналов. На фиг.6 поскольку символы данных отсутствуют на соединительной линии, которая соединяет индексы (3, 2) и (6, 3), соответствующие пилот-сигналам, проводят интерполяцию ① для оценки каналов символов данных, существующих на соединительной линии, которая соединяет пилот-сигналы, соответствующие индексам (3, 2) и (3, 6), и интерполяцию ② для оценки каналов символов данных, существующих на соединительной линии, которая соединяет пилот-сигналы, соответствующие индексам (3, 6) и (6, 3). Если значения оценки канала символов данных, то есть значения оцененных каналов данных получают, используя интерполяцию ① и интерполяцию ②, значение канала каждого из символов данных, находящегося в треугольнике, можно оценить, используя интерполяцию по оси частот, применяя оцененные значения канала данных, которая обозначена номером ③ ссылочной позиции на фиг.6.
На фиг.7 иллюстрируется способ линейной интерполяции в соответствии с другим вариантом воплощения настоящего изобретения, в котором кружками P1 черного цвета обозначены пилот-сигналы. Операции, показанные на фиг.7, проводят с помощью линейного интерполятора 409b. Схема интерполяции, показанная на фиг.7, отличается тем, что интерполяцию по оси частот и диагональную интерполяцию, позволяющую одновременно интерполировать по осям времени и частот, проводят при оценке канала. На фиг.7 номерами ①, ② и ③ ссылочной позиции обозначена последовательность операций интерполяции. Следует отметить, что здесь не имеет значения, будет ли изменен порядок ① и ②.
Как показано на фиг.7, в момент времени, когда принимают пилот-сигнал, соответствующий индексу (5, 4) в системе показателей оценки канала, блок 409 оценки канала работает следующим образом. Блок 409 оценки канала выполняет поиск информации об оценке канала для двух пилот-сигналов, которые соединены с пилот-сигналом, имеющим индекс (5, 4), для формирования треугольника с минимальной площадью, среди других пилот-сигналов, ранее перенесенных поднесущими, выделенными для пилот-сигнала, отличающимися от поднесущей, выделенной для пилот-сигнала, соответствующей индексу 5 частоты. Таким образом выполняют поиск пилот-сигналов, соответствующих индексам (8, 1) и (11, 2), показанным на фиг.7. Затем, как показано на фиг.7, формируют треугольник путем соединения трех пилот-сигналов, выбранных в системе показателей оценки канала. Прежде всего оценивают каналы данных, существующие на линиях соединения, которые соединяют эти три пилот-сигнала, в системе показателей оценки канала, используя информацию оценки линейной интерполяции канала для этих трех пилот-сигналов. На фиг.7, поскольку на соединительной линии, которая соединяет два пилот-сигнала, соответствующих индексам (8, 1) и (11, 2), символы данных отсутствуют, проводят интерполяцию ① для оценки каналов символов данных, существующих на соединительной линии, которая соединяет пилот-сигналы, соответствующие индексам (5, 4) и (8, 1), и интерполяцию ② для оценки канала символов данных, существующих на соединительной линии, которая соединяет пилот-сигналы, соответствующие индексам (5, 4) и (11, 2). Если получают оцениваемые значения канала символов данных, то есть оцениваемые значения канала данных, используя интерполяцию ① и интерполяцию ②, значение канала каждого из символов данных, находящихся внутри треугольника, можно оценивать путем интерполяции по оси частот, используя значения оцениваемого канала данных, которые обозначены номером ③ ссылочной позиции на фиг.7. Оценку канала для остальных треугольников, представленных на фиг.7, также выполняют аналогичным образом. В то же время для воплощения линейного интерполятора, который выполняет операции интерполяции, такие, как показаны на фиг.6 и 7, в линейном интерполяторе может быть предусмотрено запоминающее устройство, предназначенное для сохранения рассчитанных значений канала, и запоминающее устройство для значений последовательных приращений, требуемых для расчета следующих значений канала, как показано на фиг.8.
На фиг.8 иллюстрируется структура запоминающего устройства, предусмотренного в линейном интерполяторе в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения, и структура запоминающего устройства по фиг.8 соответствует примеру применения способа линейной интерполяции по фиг.6.
y
На фиг.8 запоминающее устройство, в котором сохранены рассчитанные (оцененные) значения канала, называются запоминающим устройством 830, и запоминающее устройство, в котором сохранены значения последовательного приращения расчета (оценки), называются ∆ запоминающим устройством 810.
Процедура оценки канала с использованием запоминающих устройств 810, 830, иллюстрируемая на фиг.8, вкратце может быть представлена пунктами (1)-(4), приведенными ниже. В пункте (2) y штрих (y') обозначает текущую обновленную информацию:
(1) Выполняют оценку каналов поднесущих, переносящих пилот-сигналы.
y
(2) Рассчитанные значения канала обновляют в запоминающем устройстве 830 в соответствии со следующими уравнениями (1-a)-(1-c):
y
y
+
0
0
0
'=∆, (сохранены в положениях, соответствующих значениям, кратным 3)
----------------------------------(1-a),
y
'=y
+
,
1
2
1
∆(сохранены в положениях, соответствующих остатку 1 при делении на 3)
----------------------------------(1-b),
Y
=y
2
3
2
'+∆, (сохранены в положениях, соответствующих остатку 2 при делении на 3)
----------------------------------(1-c).
0
1
2
0
,
1
2
0
1
2
3
0
1
2
0
1
2
0
1
2
y
y
y
y
, y
, y
и
y
y
y
y
', y
'
y
'
y
, y
y
В уравнениях (1-a)-(1-c) ∆, ∆ и ∆ обозначают значения последовательного приращения, '' и ' представляют текущую обновленную информацию канала, и  y обозначают ранее сохраненную информацию канала, и все они представлены на фиг.6. Здесь положения, соответствующие значениям, кратным 3, означают положения поднесущих, к которым прикреплены индексы, соответствующие значениям, кратным 3, среди поднесущих от 0 до N-1. Таким образом, на фиг.6, оцененное значение канала поднесущей, соответствующей индексу 3, сохраняют в положении  запоминающего устройства, и оцененное значение канала поднесущей, соответствующее индексу 4, сохраняют в положении  запоминающего устройства и оцененное значение канала поднесущей, соответствующей индексу 5, сохраняют в положении запоминающего устройства. В следующей точке времени информация, сохраненная в и , становится предыдущей информацией  и , и используются для расчета следующих значений канала в Уравнениях (1-a)-(1-c).
0
0
0
0
0
y
y
',
y
,
Уравнение (1-a) обновляет значения канала символов, переносимых поднесущей, соответствующей индексу 3, в соответствии с интерполяцией ① по фиг.6. ∆представляет значения последовательного приращения символов данных между пилот-символами, соответствующими индексам (3, 2) и (3, 6), и все значения приращения между символами данных являются идентичными. Значения канала в соответствии с интерполяцией символов данных, соответствующих индексам (3, 3), (3, 4) и (3, 5), последовательно обновляют в положении запоминающего устройства, где был предварительно сохранен пилот-символ, соответствующий индексу (3, 2). Например, когда y обновляется значением канала символа данных, которое соответствует индексу (3, 4), значение канала символа данных, соответствующего индексу (3, 3), которое ранее было равно  теперь становится и значение канала символа данных, соответствующего индексу (3, 4), который рассчитан по уравнению (1-a), обновляют в запоминающем устройстве.
y
y
y
y
y
y
.
y
y
′
y
2
1
3
0
3
2
1
2
2
Уравнения (1-b) и (1-c) обновляют значения канала данных, интерполированные на соединительной линии между пилот-символами, соответствующими индексам (3, 6) и (6, 3), в соответствии с интерполяцией ② по фиг.6. Таким образом, значение канала данных положения  запоминающего устройства для сохранения значения канала поднесущей, соответствующей индексу 5 частоты, обновляют вначале с помощью уравнения (1-c), и затем значение канала данных положения  запоминающего устройства для сохранения значения канала поднесущей, соответствующей индексу 4 частоты, обновляют с помощью уравнения (1-b). В результате этого в точке времени, представленной на фиг.8, заполняют положение 836 в запоминающем устройстве, и положение 835 в запоминающем устройстве является пустым и будет заполнено позже. Переменная , включенная в уравнение (1-c), представляет собой переменную для ввода значения канала поднесущей, соответствующей индексу 6, и может изменяться до величины , когда будут интерполировать данные по другому треугольнику, который формируют, используя два пилот-сигнала, переносимых поднесущей с индексом 6. Символ данных, сохраненный в положении  по уравнению (1-c), соответствует индексу (6, 3), и значение канала символа данных, соответствующего индексу (5, 4), обновляют в положение  в запоминающем устройствеЗатем значение канала символа данных, соответствующее индексу (4, 5), обновляют в положении запоминающего устройства в соответствии с (b). При этом, значение , которое в текущий момент обновляют с помощью уравнения (1-c), используют как ранее обновленное значение  по уравнению (1-b). Описанный выше примерный вариант воплощения был представлен на основе структуры пилот-сигнала системы DVB-H по фиг.2 только для удобства пояснения. Таким образом, процедура оценки канала настоящего изобретения не ограничивается системой DVB-H.
(3) Рассчитанные значения последовательного приращения обновляют в ∆ запоминающем устройстве 810, в соответствии со следующими уравнениями (1d)-(1-f):
0
0
0
(chEst
y
(d) ∆=-)/4, (положение пилот-символа для текущего символа OFDM)
-----------------------------(1-d),
1
0
3
3
(chEst
-(y
+
(e) ∆=∆))/3, (положение пилот-символа для текущего символа OFDM + 1)
-----------------------------(1-e),
1
0
3
3
(chEst
-(y
(f) ∆=+∆))/3, (положение пилот-символа для текущего символа OFDM + 2)
-----------------------------(1-f).
chEst
0
0
1
3
3
В уравнениях (1-d)-(1-f), обозначает положение пилот-символа для текущего символа OFDM, ∆ обозначает значение последовательного приращения для интерполяции по оси времени, ∆ и ∆ обозначают значения приращения для диагональной интерполяции, и ∆ обозначает значение приращения вдоль оси времени для поднесущей, соответствующей положению пилот-сигнала для текущего символа OFDM + 3. Как упомянуто выше, его пример представлен на фиг.6.
chEst
chEst
,
y
0
0
0
3
3
3
0
1
2
1
2
Как показано на фиг.6, уравнение (1-d) используют для расчета значения последовательного приращения между соответствующими символами путем оценки значения разности между пилот-символом (3, 6), который соответствует , и пилот-символом (3, 2), который соответствует y, и путем деления значения разности на 4, в соответствии с количеством символов, существующих на соединительной линии, которая соединяет эти два пилот-символа. Уравнения (1-e) и (1-f) имеют то же значение, рассчитанное путем оценки значения разности между пилот-символом (3, 6), который соответствует и пилот-символом (6, 3), который соответствует y, и путем деления значения разности на 3, в соответствии с количеством символов, присутствующих на соединительной линии, соединяющей эти два пилот-символа. В уравнении (1-e) и (1-f) член, выраженный (y+∆), представляет собой пилот-символ, соответствующий индексу (6, 3). Другими словами, уравнение (1-d) представляет собой часть для расчета значения последовательного приращения для интерполяции по оси времени, и уравнение (1-e) и уравнение (1-f) представляют собой части для расчета приращения значения для диагональной интерполяции, которая позволяет выполнять одновременную интерполяцию по оси времени и по оси частот. Поясняя упомянутые выше операции, соответствующие уравнению (1-d)-уравнению (l-f), линейный интерполятор рассчитывает ∆в положении текущего символа OFDM (операция (1-d)) и рассчитывает ∆ и ∆ в положении поднесущей, которая расположена на расстоянии от него на один индекс или на два индекса (операции (1-e) и (1-f)). Значение канала запоминающего устройства 830 и значение приращения Δ запоминающего устройства 810, сохраненное в положении поднесущей, которая отнесена на расстояние 3 индекса, используют для расчетов ∆ и ∆, как упомянуто выше.
(4) Интерполяцию по оси частот выполняют, используя y запоминающее устройство 830.
В y запоминающем устройстве 830 секции, используемые для интерполяции по оси частот, представляют собой секции, соответствующие значениям, кратным 3, секцию, соответствующую положению пилот-символов «текущий символ OFDM плюс четыре» поднесущей, и секцию, соответствующую положению пилот-символа «текущий символ OFDM плюс восемь» этой поднесущей. После этого, если приемник по фиг.4 заканчивает упомянутые выше операции (1)-(4), он выполняет компенсацию канала, используя значение, полученное в результате интерполяции по оси частот.
Этапы 901-915 на фиг.9 иллюстрируют, как состояние запоминающего устройства, сохраняющего информацию канала, изменяется в соответствии со временем, когда применяют способ линейной интерполяции по фиг.6. На фиг.9 этап 901 представляет процедуру оценки канала для 0-го символа OFDM. После оценки пилотного канала, используя пилот-символ для 0-го символа OFDM, выполняют операции уравнений (1-a)-(1-f). В это время поскольку исходное состояние запоминающего устройства равно 0, все секции y запоминающего устройства заполнены 0, и в ∆ запоминающем устройстве хранятся значения, рассчитанные по значению оценки пилотного канала. Этап 903 представляет процедуру оценки канала для 1-го символа OFDM. Операции по уравнениям (1-a)-(1-f) выполняют, используя оценку пилотного канала 1-го символа OFDM. В это время поскольку некоторые секции ∆ запоминающего устройства заполнены данными, информацию y запоминающего устройства и ∆ запоминающего устройства обновляют, используя эти данные, и оценку информации канала выполняют для текущего символа. Такую процедуру повторяют до тех пор, пока не будет получена информация канала последнего символа OFDM.
На фиг.10 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая способ линейной интерполяции, применяемый для оценки канала в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.10 операции, включенные в блок, обозначенный номером R2 ссылочной позиции, выполняют в линейном интерполяторе 409b, который показан на фиг.4. Операции, обозначенные как R2, подробно иллюстрируют этап 513 выполнения диагональной интерполяции для оценки каналов данных по фиг.5.
Вначале на этапе 1001 принимают радиосигналы, и FFT 407 выполняет операцию демодуляции для преобразования сигналов в области времени в сигналы в области частот. На этапе 1003 блок 409a оценки пилотного канала определяет, детектирует ли он пилот-сигналы среди сигналов, выводимых из FFT 407. Когда блок 409a оценки пилотного канала детектирует пилот-сигналы, он оценивает пилотные каналы на этапе 1005.
На этапах 1007 и 1009 линейный интерполятор 409b обновляет информацию y запоминающего устройства и ∆ запоминающего устройства, используя оценку информации пилотного канала, например, как описано со ссылкой на фиг.8. На этапе 1011 линейный интерполятор 409b выполняет диагональную интерполяцию в соответствии с настоящим изобретением, которая позволяет выполнять одновременную интерполяцию по осям времени и частот, используя обновленную информацию запоминающего устройства, и выполнять интерполяцию по оси частот, для оценки каналов, соответствующих данным. На этапе 1013 компенсатор 411 канала выполняет компенсацию принятых сигналов для каналов, используя оценки каналов. Наконец, на этапе 1015 декодер 413 декодирует принятые сигналы, каналы которых будут компенсированы, получая исходные сигналы. Если на этапе 1003 пилот-сигналы не детектируются среди сигналов, выводимых из FFT 407, операции, выполняемые на этапах 1005 и 1011, пропускают, и способ линейной интерполяции переходит на этап 1013 для выполнения только операции компенсации канала.
Когда, как обычно, отдельно выполняют интерполяцию по оси времени и по оси частот, требуется емкость запоминающего устройства, в пять раз большая, чем количество точек времени положения пилот-сигналов в формате данных. Однако когда используют двумерную диагональную интерполяцию в соответствии с изобретением, которое позволяет выполнять одновременную интерполяцию по оси времени и оси частот, требуется емкость запоминающего устройства, которая только в два раза больше, чем количество положений пилот-сигнала и моментов времени положений диагональной интерполяции в формате данных. Таким образом, если используют способ линейной интерполяции в соответствии с изобретением, становится возможным использовать меньшую емкость запоминающего устройства при оценке канала по сравнению с обычным способом интерполяции.
Как можно видеть из результата моделирования, показанного на фиг.11, способ оценки канала в соответствии с изобретением улучшает рабочие характеристики приемника в среде высокоскоростной беспроводной передачи данных. На фиг.11 номером (A) ссылочной позиции обозначена полученная в результате кривая, когда применяют способ оценки канала, используя двумерную диагональную интерполяцию в соответствии с изобретением, и номером (B) ссылочной позиции обозначена полученная в результате кривая, когда применяют обычный способ оценки канала, в котором интерполяцию по оси времени и интерполяцию по оси частот выполняют раздельно. На фиг.11 можно отметить, что C/N (Н/Ш - отношение уровень несущей - шум) составляет 13 дБ, скорость, при которой можно получить то же значение BER (ЧОБ - частота ошибки бита), составляет 93 Гц в случае схемы оценки канала, предложенной в соответствии с настоящим изобретением, в то время как при использовании обычной схемы оценки канала она составляет 88 Гц.
Как описано выше, в соответствии с настоящим изобретением емкость запоминающего устройства, требуемая для приемника, может быть уменьшена, используя способ оценки канала, в котором одновременно выполняют интерполяцию по оси времени и интерполяцию по оси частот.
Кроме того, настоящее изобретение позволяет предусмотреть схему оценки канала, которая дополнительно улучшает рабочую характеристику приемника в беспроводной среде, в которой приемник движется с высокой скоростью.
Хотя изобретению было представлено и описано со ссылкой на определенные его примерные варианты воплощения, для специалиста в данной области техники будет понятно, что различные изменения по форме и деталям могут быть выполнены в нем без выхода за пределы сущности и объема изобретения, которые определены приложенной формулой изобретения.