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TW201445939A - 正交分頻多工（ｏｆｄｍ）編碼設備及方法 - Google Patents

正交分頻多工（ｏｆｄｍ）編碼設備及方法 Download PDF

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TW201445939A
TW201445939A TW103102123A TW103102123A TW201445939A TW 201445939 A TW201445939 A TW 201445939A TW 103102123 A TW103102123 A TW 103102123A TW 103102123 A TW103102123 A TW 103102123A TW 201445939 A TW201445939 A TW 201445939A
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TW
Taiwan
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ofdm
signal
filter
symbols
transfer function
Prior art date
Application number
TW103102123A
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English (en)
Inventor
joerg Robert
Jan Zoellner
Philipp Hasse
Lothar Stadelmeier
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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Abstract

揭示一種正交分頻多工(OFDM)編碼設備(10，10’)，用以編碼OFDM符號成為OFDM信號，包含：預失真單元(12)，其使OFDM符號預失真成為預失真之OFDM符號，該等OFDM符號包含有效負載資料且各係承載於多重OFDM子載波上；OFDM產生器(14)，其OFDM調變該等預失真之OFDM符號而自該等預失真之OFDM符號產生OFDM信號；以及濾波器(16，16’)，其濾波該OFDM信號以獲得濾波之OFDM信號，該濾波器係組構以藉施加濾波轉移函數至該OFDM信號，而在該OFDM信號之信號帶寬外側的頻帶中衰減該OFDM信號的頻譜。該預失真單元(12)係組構以施加對應該濾波轉移函數之倒數的預失真轉移函數至該等OFDM符號。

Description

正交分頻多工(OFDM)編碼設備及方法
本發明有關正交分頻多工(OFDM)編碼設備及對應的正交分頻多工(OFDM)編碼方法，用以編碼OFDM符號成為OFDM信號。進一步地，本發明有關傳輸設備及對應的傳輸方法。仍進一步地，本發明有關電腦程式及非暫態之電腦可讀取媒體。
諸如依據ATSC 3.0、DVB-T2、DOCSIS 3.1、或DVB二代電纜傳輸標準(DVB-C2；例如，敘述於ETSI EN 302769 V1.1.1(2010-04)中)之系統的許多不同系統使用OFDM(正交分頻多工)，以供有效負載資料的傳輸之用。雖然OFDM具有許多優點，但其具有缺點在於，所生成的OFDM信號(在頻域中)具有在頻譜邊緣處之稍高的肩部。習知地，濾波係在OFDM產生之後施加，以降低對鄰近頻道上之效應。對於部署需要非常高的信雜比且因此，高的信號位準之高QAM調變的OFDM系統而言(例如，使用直至4096-QAM之DVB-C2)，此係特別重要。 然而，在OFDM產生後所施加之過多的濾波器將以若干方式減低OFDM信號的信號品質。濾波器的脈衝回應將引入符號間的干擾且將消耗一部分之可用的保護間隔。在具備保護間隔1/128之DVB-C2的情況中，總保護間隔僅係32個取樣，其並不允許長的濾波器。再者，濾波器的通帶漣波(在頻域中)將使OFDM子載波劣化。
在此所提供的“背景”說明係用以概括呈現本發明之文本為目的。目前所指名為發明人之在此背景段落中所敘述的範圍，以及不可在申請專利時限定為先前技藝之該說明的觀點之作業不應被明白地或暗指地容許當做相對本發明之先前技藝。
本發明之目的在於提供OFDM編碼設備及對應的OFDM編碼方法，用以編碼OFDM符號成為OFDM信號，其無需習知所使用之長的濾波器以供OFDM信號的濾波之用。本發明之進一步的目的在於提供傳輸設備及對應的傳輸方法，以及用以實施該OFDM編碼方法之對應的電腦程式，及用以實施該OFDM編碼方法之非暫態之電腦可讀取記錄媒體。
依據一觀點，提供有一種正交分頻多工(OFDM)編碼設備，用以編碼OFDM符號成為OFDM信號，包含：預失真單元，其使OFDM符號預失真成為預失真之OFDM符號，該等OFDM符號包含有效負載資料且各係承 載於多重OFDM子載波上，OFDM產生器，其藉OFDM調變該等預失真之OFDM符號而自該等預失真之OFDM符號產生OFDM信號，以及濾波器，其濾波該OFDM信號以獲得濾波之OFDM信號，該濾波器係組構以藉施加濾波轉移函數至該OFDM信號，而在該OFDM信號之信號帶寬的頻帶中衰減該OFDM信號的頻譜，其中該預失真單元係組構以施加對應該濾波轉移函數之倒數的預失真轉移函數至該等OFDM符號。
依據進一步之觀點，提供有一種傳輸設備，包含：訊框建立器，用以建立包含該等OFDM符號的訊框，如申請專利範圍第1項之OFDM編碼設備，用以編碼該等OFDM符號成為OFDM信號，以及傳送器，用以傳送該OFDM信號。
依據仍進一步之觀點，一種電腦程式包含程式裝置，用以當該電腦程式被執行於電腦之上時，致使電腦執行本文中所揭示之方法的該等步驟，以及一種非暫態之電腦可讀取記錄媒體，其儲存電腦程式產品於其中，當藉由處理器而予以執行時，致使本文中所揭示之方法被執行。
較佳實施例係界定於申請專利範圍依附項中。應予以瞭解的是，所主張專利之方法、所主張專利之電腦程式、及所主張專利之電腦可讀取記錄媒體具有與所主張專利之OFDM編碼設備及與申請專利範圍依附項中所界定者相似 及/或相同的較佳實施例。
本發明之該等觀點的其中一者在於使OFDM符號(在頻域中)在由OFDM產生器所處理以獲得OFDM信號(在時域中)之前預失真，該OFDM信號被接著濾波以降低肩部(帶外發射)。該濾波器無需具有平坦特徵於通帶(將由接收設備所接收之有效信號帶寬)內，以致可使用具有比習知所使用之濾波器更少係數之較小的濾波器。無論如何，在通帶內之平坦特徵係結合該預失真而被獲得。因此，可使用更簡單的、更短的，且因此，更廉價的濾波器，而較佳的頻率特徵仍係藉由所提出之解決方法而予以最終地獲得。尤其，可使用具備較少抽頭之濾波器(亦即，具有較低的且較短的脈衝回應)，因為所生成的頻率傾斜係由於子載波特定振幅改變而被降低。進一步地，將“消耗”極小部分的保護間隔。
將予以瞭解的是，上述概括說明及下文詳細說明僅係代表性的，且並未限制本發明。
1‧‧‧傳輸設備
10、10’‧‧‧OFDM編碼設備
12‧‧‧預失真單元
14‧‧‧OFDM產生器
16、16’‧‧‧濾波器
20‧‧‧訊框建立器
30‧‧‧傳送器
170、171‧‧‧加權單元
181‧‧‧延遲單元
P0‧‧‧原始信號路徑
P1、……、Pn‧‧‧回波抽頭
S10、S12、S14‧‧‧步驟
當連同附圖一起考慮時，本發明之更完整的理解及其許多伴隨的優點將藉由參考下文詳細說明而被立即獲得，因為其變成被更加瞭解，其中：第1圖顯示依據本發明之OFDM編碼設備的示意圖；第2圖顯示依據本發明之OFDM頻道的種種信號之功 率頻譜密度的圖式；第3圖顯示依據本發明之兩個OFDM頻道的種種信號之功率頻譜密度的圖式；第4圖顯示依據本發明之OFDM編碼設備的另一實施例之示意圖；第5圖顯示依據本發明之傳輸設備的圖式，以及第6圖顯示依據本發明之OFDM編碼方法的流程圖。
現請參閱圖式，其中在若干視圖中之相同的參考符號指明相同或對應的部件，第1圖顯示依據本發明之OFDM編碼設備10的示意圖。其包含預失真單元12，預失真單元12使OFDM符號預失真成為預失真之OFDM符號(在頻域中)，該等OFDM符號包含有效負載資料(以及，潛在地諸如信令資料及導頻信號之其他資料)，且各係承載於多重OFDM子載波上。OFDM編碼設備進一步包含OFDM產生器14，其藉OFDM調變該等預失真之OFDM符號而自該等預失真之OFDM符號產生OFDM信號(在時域中)，該OFDM產生器14大致地對應諸如例如，已知自依據DVB-T2或DVB-C2標準之傳送器的習知OFDM產生器14。仍進一步地，OFDM編碼設備10包含濾波器16，其濾波該OFDM信號以獲得濾波之OFDM信號。
依據本發明，濾波器16係組構以藉施加濾波轉移函數至該OFDM信號，而在該OFDM信號之信號帶寬外側 的頻帶中衰減OFDM信號的頻譜。因而，該預失真單元12係組構以施加對應該濾波轉移函數之倒數的預失真轉移函數至該等OFDM符號。
濾波器14係在OFDM產生(通常包含IDFT)之後施加，以降低肩部(所產生之OFDM信號的)。雖然如此，但此濾波器14無需具有平坦特徵於通道內，而導致僅需少許濾波係數以供濾波器之所需的脈衝回應之用。實例係顯示於第2圖中。第2A圖顯示無任何濾波之原始OFDM信號的功率頻譜密度。第2B圖顯示濾波之OFDM信號的功率頻譜密度。此曲線不再具有平坦特徵於信號帶寬BW之內，其係由於濾波器14之低數目的濾波係數而予以造成，亦即，因為相較於習知之OFDM編碼設備，濾波器14通常係更小(亦即，具有較少的濾波係數)。無論如何，在第2B圖中所描繪的濾波之OFDM信號顯示出帶外發射(亦即，在信號帶寬BW外側的頻譜中)的良好衰減。
為了要在信號帶寬BW中獲得平坦特徵，預失真(較佳地，線性的)係依據本發明而被使用。線性之用語意指在線性非時變(LTI)系統方面的預失真。更精確地，所執行的預失真較佳地僅相依於所施加的濾波器，且可藉由與恆定因子(每載波)之乘法而使恢復原狀。預失真單元12的預失真補償濾波器16的選擇性。特別地，此係藉由個別的OFDM子載波(在頻域中)，尤其各OFDM子載波，與在各自的子載波頻率處之濾波器16轉移函數的倒 數之乘法而予以達到。所需之係數的分析計算係藉濾波器之脈衝回應而相當簡單。第2C圖顯示與第2B圖中所示曲線所施加的濾波器16相同之濾波器的功率頻譜密度，但具備上述之預失真。在信號帶寬BW中，第2C圖中所示之曲線與未濾波之曲線(第2A圖中所示)理想地重疊，但在該頻譜的其他部分中，仍顯示高的衰減。第2D圖顯示預失真(但未濾波)的OFDM頻譜，以供比較之用。
第3圖顯示具有兩個鄰接的DVB-C2 4K頻道之DVB-C頻道(信號寬度8MHz)頻譜密度的種種曲線。第3A圖顯示無任何濾波之原始DVB-C2信號的功率頻譜密度。第3B圖顯示在低通濾波後且具有如所提出之方法中的在前預失真(亦稱作預等化)之DVB-C2信號的功率頻譜密度。在第3圖中所示之曲線顯示出最佳的性能，亦即，在DVB-C頻道之信號帶寬內的最低功率。
第4圖顯示依據本發明之OFDM編碼裝置10’的另一實施例。其包含如下文將予以解說之任意長度的因果非對稱式橫向濾波器16’之特殊實施例。通常，該濾波器16’可係任意長度的，亦即，可具有原始信號路徑P0及n個回波抽頭P1、P2、……、Pn。更通常地，該濾波器亦可係取代非對稱式之因果對稱式。
以下公式顯示使用單抽頭橫向濾波器16’，亦即，具有原始信號路徑P0及單一回波抽頭P1之上述濾波的應用。濾波器16’之輸入信號s(t)係以加權係數a0予以加權 於加權單元170中，且以第一抽頭回波予以累積，該第一抽頭回波係以延遲t0被延遲於延遲單元181中，且以加權係數a1被加權於加權單元171中。延遲t0係特定於橫向濾波器16’之轉移函數的生成形狀，其通常係餘弦成形用於單抽頭回波。該轉移函數的零交叉可藉延遲值而予以調整。加權係數a0及a1係引入以供完全性之用(因為在單抽頭(0dB)回波的情況中，其並非全然必要的，其中a1=a0)。
公式係藉引入的對稱延遲偏移而予以進一步轉換，以顯示出在頻域中如何獲得餘弦成形的轉移函數。
其中a1=a0。
橫向濾波器16’之生成的輸出信號g(t)可被轉換成為頻域，以獲得轉移函數H(f)。其係時域延遲之結果的相位項可被結合至餘弦函數及共同的相位項之內
然後，可將轉移函數H(f)倒置成為H-1(f)，以獲得OFDM頻域信號必須藉其而被校正(相乘)的函數，以施加預失真
該等公式使用以下符號：s(t)：至橫向濾波器的時域輸入信號
g(t)：橫向濾波器的輸出信號
t0：第一回波抽頭的時間延遲
a0、a1：非延遲信號及第一回波抽頭的加權常數
H(f)：橫向濾波器的轉移函數
H-1(f)：橫向濾波器的反轉移函數。
第5圖顯示依據本發明之傳輸設備1的示意圖。傳輸設備1包含用以建立包含該等OFDM符號之訊框的訊框建立器20，如依據本發明所提供之用以編碼該等OFDM符號成為OFDM信號的OFDM編碼設備10、10’，以及用以傳送該OFDM信號的傳送器30。
第6圖顯示依據本發明之OFDM編碼方法的流程圖。該OFDM編碼方法包含以下步驟。在第一步驟S10中，OFDM符號係預失真成為預失真之OFDM符號，該等OFDM符號包含有效負載資料且各係承載於多重OFDM子載波上。在第二步驟S12中，OFDM信號係藉OFDM調變該等預失真之OFDM符號而由該等預失真之OFDM符號所產生。在第三步驟S14中，該OFDM信號係藉施加濾波轉移函數至該OFDM信號，而在該OFDM信號之信號帶寬外側的頻帶中衰減OFDM信號的頻譜，以予以濾波，而獲得濾波之OFDM信號。預失真S10之該步驟係組構 以施加對應該濾波轉移函數之倒數的預失真轉移函數至該等OFDM符號。
明顯地，本發明之許許多多的修正例及變化例可依據上述之教示。因此，應瞭解的是，在附錄申請專利範圍的範疇內，本發明可在如本文中所特別敘述之外予以實施。
特別地，雖然該預失真單元12係較佳地組構以施加線性預失真於該等OFDM符號上，但非線性預失真亦可被施加。較佳地，預失真單元12係藉由乘法器而予以實施。
較佳地，濾波器16、16’係n抽頭濾波器，而n係小於5，特別地，係小於3的整數，其中該n抽頭濾波器的至少一路徑包含延遲單元及/或加權單元。
在申請專利範圍中，“包含”之文字並未排除其他的元件或步驟，且不定冠詞“一”並不排除複數個。單一元件或其他單元可實行該等申請專利範圍中所敘述之若干項目的功能。不過，若干方法係以互相不同之依附項予以敘述的事實並非指出該等方法的結合無法被使用以獲益。
就目前而言，雖然本發明之實施例已被敘述為至少部分地藉由軟體所控制的資料處理設備而予以實施，但將理解的是，承載該軟體之諸如光碟、磁碟、半導體記憶體、或其類似物的非暫態之機器可讀取媒體亦可被視為表示本發明之實施例。進一步地，該軟體亦可以以諸如經由網際網路或其他的有線或無線電信系統之其他方式，予以分佈。
本發明之裝置、設備、及系統的元件可藉由對應之硬體及/或軟體元件，例如，專用的電路，而予以實施。電路係包含習知電路元件之電子組件、包含應用特定積體電路之積體電路、標準積體電路、應用特定標準產品、及可場編程閘陣列的結構性組合。進一步地，電路包含中央處理單元、圖形處理單元、及可依據軟體碼予以編程或組構之微處理器。電路並不包含純軟體，雖然電路包含執行軟體之上述硬體。
在申請專利範圍中之任何參考記號不應被闡釋為限制該範疇。
10‧‧‧OFDM編碼設備
12‧‧‧預失真
14‧‧‧OFDM(IFFT)
16‧‧‧濾波器

Claims (15)

  1. 一種正交分頻多工(OFDM)編碼設備(10，10’)，用以編碼OFDM符號成為OFDM信號，包含：預失真單元(12)，其使OFDM符號預失真成為預失真之OFDM符號，該等OFDM符號包含有效負載資料且各係承載於多重OFDM子載波上，OFDM產生器(14)，其藉OFDM調變該等預失真之OFDM符號而自該等預失真之OFDM符號產生OFDM信號，以及濾波器(16，16’)，其濾波該OFDM信號以獲得濾波之OFDM信號，該濾波器係組構以藉施加濾波轉移函數至該OFDM信號，而在該OFDM信號之信號帶寬外側的頻帶中衰減該OFDM信號的頻譜，其中該預失真單元(12)係組構以施加對應該濾波轉移函數之倒數的預失真轉移函數至該等OFDM符號。
  2. 如申請專利範圍第1項之OFDM編碼設備，其中該預失真單元(12)係組構以施加線性預失真於該等OFDM符號上。
  3. 如申請專利範圍第1項之OFDM編碼設備，其中該預失真單元(12)係組構以在個別的OFDM子載波之頻率處，以該濾波轉移函數之該倒數分別相乘各OFDM子載波。
  4. 如申請專利範圍第1項之OFDM編碼設備，其中該濾波器(16’)係n抽頭濾波器，而n係小於 5，特別地，係小於3之整數。
  5. 如申請專利範圍第4項之OFDM編碼設備，其中該n抽頭濾波器的至少一路徑包含延遲單元。
  6. 如申請專利範圍第4項之OFDM編碼設備，其中該n抽頭濾波器的至少一路徑包含加權單元。
  7. 如申請專利範圍第1項之OFDM編碼設備，其中該濾波器(16’)係單抽頭橫向濾波器。
  8. 如申請專利範圍第7項之OFDM編碼設備，其中原始信號路徑及第一回波抽頭包含加權單元，以及其中該第一回波抽頭包含延遲單元。
  9. 如申請專利範圍第8項之OFDM編碼設備，其中該濾波轉移函數係，而a0係用以加權該原始信號路徑中之原始OFDM信號及該第一回波抽頭的加權係數，t0係該第一回波抽頭的時間延遲係數，以及f係頻率。
  10. 如申請專利範圍第8項之OFDM編碼設備，其中該預失真轉移函數係，而a0係用以加權該原始信號路徑中之原始OFDM信號及該第一回波抽頭的加權係數，t0係該第一回波抽頭的時間延遲係數，以及f係頻率。
  11. 一種正交分頻多工(OFDM)編碼方法，用以編碼OFDM符號成為OFDM信號，包含：使OFDM符號預失真成為預失真之OFDM符號，該 等OFDM符號包含有效負載資料且各係承載於多重OFDM子載波上，藉OFDM調變該等預失真之OFDM符號而自該等預失真之OFDM符號產生OFDM信號，以及藉施加濾波轉移函數至該OFDM信號，而在該OFDM信號之信號帶寬外側的頻帶中衰減該OFDM信號的頻譜，以濾波該OFDM信號，而獲得濾波之OFDM信號，其中該預失真係組構以施加對應該濾波轉移函數之倒數的預失真轉移函數至該等OFDM符號。
  12. 一種傳輸設備，包含：訊框建立器，用以建立包含正交分頻多工(OFDM)符號的訊框，如申請專利範圍第1項之OFDM編碼設備，用以編碼該等OFDM符號成為OFDM信號，以及傳送器，用以傳送該OFDM信號。
  13. 一種傳輸方法，包含：建立訊框，該等訊框包含正交分頻多工(OFDM)符號，如申請專利範圍第11項之OFDM編碼方法，用以編碼該等OFDM符號成為OFDM信號，以及傳送該OFDM信號。
  14. 一種電腦程式，包含程式碼裝置，用以當該電腦程式被執行於電腦之上時，致使電腦執行如申請專利範圍第11項之方法的該等步驟。
  15. 一種非暫態之電腦可讀取記錄媒體，其儲存電腦程式產品於其中，當藉由處理器而予以執行時，致使如申請專利範圍第11項之方法被執行。
TW103102123A 2013-02-15 2014-01-21 正交分頻多工（ｏｆｄｍ）編碼設備及方法 TW201445939A (zh)

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