专利名称：副载波重定位和保护间隔插入的多载波传输系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种多载波传输系统，并具体涉及利用正交频分复用(OFDM)的多载波传输系统和方法。
背景技术：
一般来说，OFDM是一种多载波调制，包括利用M阵列正交调幅(M-QAM)将要发送的数据转换为复用码元(complex symbol)，通过串并转换将该复用码元序列转换为多个并行复用码元，对所述多个并行复用码元取矩形脉冲，并用多个副载波调制所述矩形脉冲形状的码元。在OFDM中，典型设置副载波之间的频率间隔，使得该经副载波调制的并行矩形脉冲形状的信号彼此正交。
当不使用OFDM通过无线衰落信道发送M-QAM调制信号、且由多径时延导致的信道时延扩展大于调制信号的码元周期时，可导致码元间干扰(ISI)，并很难在接收机正确恢复信号。因此，可采用均衡器来补偿随机时延扩展。然而，该均衡器的配置可能很复杂，而且由于接收机的输入噪声，该传输性能可能大大退化。
相反，由于OFDM允许每一并行方波信号的码元周期大大长于该信道时延扩展，所以可降低ISI。另外，因为可将该保护间隔设置得长于OFDM中的时延扩展，所以可基本上去除ISI，并且可保持副载波彼此正交，从而降低信道之间的干扰。因此，由于OFDM在通过无线衰落信道的数据传输中有效，所以现在采用其作为欧洲地面(TERRESTRIAL)数字电视和音频广播系统的标准传输方法。另外，在利用例如数字用户环路系统或电力线通信系统的有线信道的数据传输系统中频繁使用OFDM，以降低由于多径反射而引起的传输性能退化。
图1示出了利用OFDM的数据传输系统的发送部分。参考图1，该利用OFDM的数据传输系统的发送部分10包括编码器11、副载波重定位单元12、逆快速傅里叶变换(IFFT)单元13、保护间隔插入器14、低通滤波器15和数模变换器16。该编码器11以M-QAM、移相键控(PSK)和差分PSK(DPSK)的形式将要发送的数据编码为与副载波对应的编码码元。该编码器11可利用许多方法以执行包括卷积编码、分组编码、透平(turbo)编码等的信道编码。该副载波重定位单元12重定位与编码器11提供的各副载波信道对应的码元，使其适合于该IFFT单元13(出于本说明的目的，将与各副载波信道对应的码元称为“副载波”)。该IFFT单元13基于抽样定理在频域变换码元。该保护间隔插入器14在该IFFT单元13输出的每一帧中插入保护间隔，以去除ISI。该低通滤波器15去除从该保护间隔插入器14输出的信号中包含的噪声分量。该数模变换器16将该低通滤波器15输出的数字信号变换为模拟信号。将经数模变换器16变换的模拟信号通过有线或无线信道发送。
图2示出了利用OFDM的数据传输系统的接收部分。该接收部分20可包括模数变换器21、低通滤波器22、保护间隔去除器23、快速傅里叶变换(FFT)单元24、副载波重定位单元25和解码器26。该模数变换器21将通过有线或无线信道接收的模拟信号转换为数字信号。该保护间隔去除器23从通过低通滤波器22供给的信号中去除保护间隔。该FFT单元24在时域变换从该保护间隔去除器23输出的信号。该副载波重定位单元25重定位从该FFT单元24输出的频域中的副载波的线性排列，以使其适于该解码器26。该解码器26包括去交织器和维特比(Viterbi)解码器。
如图1和2所示，发送部分10和接收部分20中包含的部件彼此互补工作。所以，可做出关于发送部分10的下列说明，而省略接收部分20的说明。
将参考图3描述副载波重定位单元12的配置和操作。参考图3，该副载波重定位单元12重定位该编码器11提供的副载波的线性排列，并将该重定位的副载波提供给IFFT单元13。
在该说明书中，假设IFFT单元13和FFT单元24的维数都为X64。然而，IFFT单元13和FFT单元24的尺寸可能变化，并且每一变化的部件依赖于它们各自的尺寸。另外，所述数据发送系统遵循802.11a无线LAN标准。在下列说明中，将参考和列举IEEE802.11a无线LAN标准中公开的内容。
该编码器11顺序输出与角频率0到π对应的副载波x0-x31，和与角频率π到2π对应的副载波x32-x63。本领域普通技术人员应明白，IFFT13可顺序接收与角频率π到2π(即角频率-π到0)对应的副载波x32-x63，和与角频率0到π对应的副载波x0-x31。该副载波重定位单元12将编码器11输出的副载波x0-x63的线性排列重定位为如上所述的新线性排列(x32-x63，x0-x31)。
图4示出了副载波重定位单元12的内部电路配置，图5示出了副载波重定位单元12的操作的定时图。参考图4，该副载波重定位单元12包括控制器C1、存储器M1和M2、和多路复用器U1。从编码器11向副载波重定位单元12顺序提供与角频率0到π对应的副载波x0-x31，和与角频率π到2π(即角频率-π到0)对应的副载波x32-x63。当编码器11提供副载波x0-x31时，该控制器C1控制副载波x0-x31以在存储器M1中存储。随后，当编码器11提供副载波x32-x63时，该控制器C1控制副载波x32-x63以通过多路复用器U1输出。当输出所有副载波x32-x63时，控制器C1控制读出存储器M1中存储的副载波x0-x31，并通过多路复用器U1输出。
如果当通过多路复用器U1输出副载波x0-x31时，从编码器11提供属于下一帧的所述副载波x0-x31，则控制器C1控制副载波x0-x31以存储在存储器M2中。随后，当从编码器11提供副载波x32-x63时，该控制器C1控制副载波x32-x63，以通过多路复用器U1输出。当输出所有副载波x32-x63时，控制器C1控制读出存储器M2中存储的副载波x0-x31，并通过多路复用器U1输出。该副载波重定位单元12重定位从该编码器11提供的副载波的线性排列，以使其适于该IFFT单元13，并输出如上所述副载波的重定位的线性排列。
然而，如上所述，传统副载波重定位单元12可能需要两个存储器M1和M2。当一帧的副载波的数目为N且在每个时钟周期从该副载波重定位单元12输出一个副载波时，由于该副载波重定位单元12可能发生N/2的时延。
图6示出了图1所示的保护间隔插入器14的操作。参考图6，该保护间隔插入器14将最后16个副载波x48-x63拷贝到该帧的前面，并配置包括80个副载波x48-x63和x0-x63的新帧。
图7是示出了保护间隔插入器14的内部电路配置的方框图。图8是示出保护间隔插入器14的操作的定时图。参考图7，该保护间隔插入器14包括控制器C2、存储器M3和M4，和多路复用器U2。该控制器C2控制该64个副载波x0-x63以存储在存储器件M3中。如果从IFFT单元13输出的副载波的索引为48或更高，则控制器C2控制从IFFT单元13输出的副载波以存储在存储器M3中，并另外输出到低通滤波器15。当从IFFT单元13输出的所有副载波x48-x63通过多路复用器U2输出时，该控制器C2控制读出存储器M3中存储的副载波x0-x63并通过多路复用器U2输出。所以，该保护间隔插入器14输出副载波x48、x49、...x63、x0、x1、...x63作为重新配置的帧。
如果当通过多路复用器U2输出存储器M3中存储的副载波x0-x63时，从IFFT单元13输入属于下一帧的副载波x0-x63，则控制器C2将输入的副载波x0-x63存储在存储器M4中。在存储器M3中存储的所有副载波x0-x63被读出并通过多路复用器U2输出之后，控制器C2控制从IFFT单元13输入的下一帧的副载波x48-x63，以通过多路复用器U2输出。如果通过多路复用器U2输出副载波x63，则控制器C2控制存储器M4中存储的副载波x0-x63。在存储器M3中存储的所有副载波x0-x63被读出并通过多路复用器U2输出之后，控制器C2控制下一帧的副载波x48-x63以通过多路复用器U2输出。当通过多路复用器U2输出副载波x63时，控制器C2控制存储器M4中存储的副载波x0-x63被读出并通过多路复用器U2输出。
如上所述，传统保护间隔插入器14可通过利用两个存储器M3和M4将一个保护间隔插入一帧的前面而降低ISI。然而，假设一帧中副载波的数目和属于保护间隔的副载波的数目分别为N和G，在每个时钟周期从该副载波重定位单元12输出一个副载波，则传统保护间隔插入器14可引入N-G时钟周期的时延。上述副载波重定位单元12的时延和由于保护间隔插入器14的时延的总和可为N/2+(N-G)。所以，发送部分10和接收部分20的总时延可为N/2+(N-G)+N/2＝2N-G。这样的时延可恶化整个通信系统的传输效率。
发明内容
因此，本发明提出了一种多载波传输系统，可基本消除由于现有技术的限制和缺点导致的一个或多个问题。
本发明的特定实施例在于多载波传输系统。该多载波传输系统可包括(a)编码器，用于将长度N的数据序列转换为与各副载波对应的编码码元；(b)第一(或时间)移位器，用于重新安排编码码元以定义保护间隔长度G；(c)逆快速傅里叶变换(IFFT)单元，用于对重新安排的码元进行逆快速傅里叶变换；(d)第二(或频率)移位器，用于处理变换后的码元，以产生频移来补偿由IFFT单元产生的频移；和(e)保护间隔插入器，用于根据保护间隔长度用处理后的码元来交织码元复制品。
在特定实施例中，该第一(或时间)移位器包括(a)移相器，用于偏移所编码码元的角频率；(b)计数器，响应于时钟信号而增加计数值；和(c)多路复用器，响应于该计数值而输出编码码元和移相后的码元。
在特定实施例中，第一(或时间)移位器中包含的移相器根据方程式x(n-i)↔X(k)e-j2πkiN]]>将编码码元乘以一个乘数，其中i是按照N的保护间隔的长度。例如，在保护间隔长度G为N/4的一些实施例中，该第一(或时间)移位器包括三个移相器。该第一移相器根据上述方程式将特定编码码元的角频率偏移-90°；第二偏移-180°，第三偏移90°。在保护间隔长度G为N/2的其他实施例中，该第一(或时间)移位器仅包括一个移相器，用于根据上述方程式，将特定编码码元的角频率偏移180°。
在本发明的其他实施例中，第二(或频率)移位器包括(a)乘法器，用于根据方程式x(n)e-j2πmnN↔X(k-m)]]>相乘变换后的码元，其中m＝N/2；(b)计数器，用于响应于时钟信号而增加计数值；和(c)多路复用器，响应于该计数值而输出变换后的码元和相乘后的码元。
在其他实施例中，该保护间隔插入器包括(a)控制器，用于确定从第二(或频率)移位器输出的码元是否与保护间隔相对应；(b)移位寄存器，用于存储由控制器确定的与保护间隔对应的码元；和(c)多路复用器，用于输出从第二(或频率)移位器输出的码元和移位寄存器中存储的码元。
本发明的其他实施例提出了一种发送多载波信号的方法。该方法可包括(a)将长度N的数据序列转换为与各副载波对应的编码码元；(b)重新安排编码码元以定义保护间隔长度G；(c)对重新安排的编码码元执行逆快速傅里叶变换；(d)处理变换后的码元，以产生频移来补偿由逆快速傅里叶变换产生的频移；和(e)根据保护间隔长度用处理后的码元来交织码元复制品。
在特定实施例中，重新安排编码码元以定义保护间隔长度G包括(a)接收编码码元；(b)确定与所接收码元的每一个相关的索引；和(c)基于与每一码元相关的索引而移位一些所接收码元的角频率。
在其他实施例中，重新安排编码码元以定义保护间隔长度G包括移位编码码元以将与保护间隔对应的最后G个码元定位到数据序列的前部。
在本发明的其他实施例中，处理变换后的码元以产生频移包括(a)接收变换后的码元；(b)确定与所接收码元的每一个相关的索引；和(c)根据方程式x(n)e-j2πmnN↔X(k-m)]]>而将某些接收码元乘以-1，其中k是码元的索引，m是N/2。
在某些实施例中，根据保护间隔长度用处理后的码元来交织码元复制品包括(a)接收处理后的码元；(b)确定是否处理后的码元的每一个都对应于该保护间隔；(c)在移位寄存器中存储该保护间隔；(d)输出处理后的码元；和(e)在输出处理码元的后面输出在移位寄存器中存储的保护间隔码元。
本发明的其他实施例提出了多载波接收系统和接收多载波信号的方法。该多载波接收系统可包括(a)保护间隔去除器，用于去除接收信号中包括的保护间隔；(b)移位器，用于处理剩余码元以产生频移；(c)快速傅里叶变换(FFT)单元，用于对处理后的码元进行快速傅里叶变换；和(d)解码器，用于解调变换后的码元，并对解调后的码元执行信道解码。
根据本发明的某些实施例的接收多载波信号的方法包括(a)去除接收信号中包含的保护间隔；(b)处理剩余码元以产生频移；(c)对处理后的码元进行快速傅里叶变换；(d)解调变换后的码元；和(e)对解调后的码元执行信道解码。
该申请中合并了附图，和本发明的示例实施例一起构成说明书的一部分，用于更全面理解本发明、解释本发明的原理。在附图中图1示出了利用OFDM的数据传输系统的发送部分；图2示出了利用OFDM的数据传输系统的接收部分；图3是图1所示副载波重定位单元的方框图；图4是图1所示副载波重定位单元的方框图；图5是示出副载波重定位单元的操作的定时图；图6图示了图1所示的保护间隔插入器的操作；图7是示出保护间隔插入器的内部电路配置的方框图；图8是示出保护间隔插入器的操作的定时图；图9是根据本发明实施例的利用OFDM的数据传输系统的发送部分的方框图；图10是示出图9所示的发送部分的例子的流程图；图11是根据本发明实施例的利用OFDM的数据传输系统的接收部分的方框图；图12是示出图9所示的接收部分的示例操作的流程图；
图13A和13B是要输入到IFFT单元的信号的频谱；图14是移频器的方框图；图15是示出移频器的示例操作的流程图；图16A和16B是图9所示的时间移位器的实施例；图17是示出图16A所示的时间移位器的示例操作的流程图；图18是图9所示保护间隔插入器的方框图；图19是图18所示保护间隔插入器的定时图；和图20是示出根据本发明实施例的保护间隔插入器的示例操作的流程图。
具体实施例方式
下面将参考附图更全面描述本发明，其中示出了本发明的实施例。然而，本发明可以不同形式实现，并不应解释为受限于所述实施例。相反，提出这些实施例是为了使得本公开更全面彻底，并将本发明的范围完全通知本领域普通技术人员。相同附图标记表示相同元件。
还应理解，当指出一个元件与另一个元件“连接”或“耦合”时，可与另一元件直接连接或耦合，或可以出现中间(intervening)元件。相反，当指出一个元件与另一个元件“直接连接”或“直接耦合”时，不存在中间元件。
图9是根据本发明一些实施例的利用OFDM的数据传输系统的发送部分的方框图。图10是示出了图9所示发送部分100的示例操作的流程图。参考图9，该发送部分100包括编码器110、时间移位器120、逆快速傅里叶变换(IFFT)单元130、移频器140、保护间隔插入器150、低通滤波器160和数模变换器170。
参考图10，在方块S300中，该编码器110将要发送的数据转换为M-QAM、移相键控(PSK)、差分PSK等形式的与副载波对应的编码数据。该编码器110可使用包括卷积编码、分组编码、透平(turbo)编码等的任何不同编码。
在块S310，该时间移位器120重定位从该编码器提供的副载波码元的序列。在块S320，该IFFT单元130基于抽样定理在频域变换从该时间移位器120输出的副载波信号。
在块S330，该移频器140对IFFT单元130输出的时域的信号进行计算。根据该计算，能获得与改变输入到IFFT130的副载波码元的序列相同的效果。
在块S340，该保护间隔插入器150在移频器140输出的各帧的末尾插入各保护间隔。因此，G(小于N的整数值)个保护间隔被插入到移频器140输出的N个副载波码元的前面。
在块S350，该低通滤波器160去除通过保护间隔插入器150输出的信号中包含的噪声分量。在块S360，该数模变换器170将低通滤波器160输出的数字信号变换为模拟信号。在块S370，将通过数模变换器170变换的模拟信号通过有线或无线信道发送。
图11是根据本发明实施例的利用OFDM的数据传输系统的接收部分的方框图。图12是示出接收部分的示例操作的流程图。参考图11，该接收部分200包括模数变换器210、低通滤波器220、保护间隔插入器230、移频器240、快速傅里叶变换(FFT)单元250、和解码器260。
参考图12，在块S400，接收部分200通过无线或有线信道接收模拟信号。在块S410，模数变换器210将通过有线或无线信道接收的模拟信号变换为数字信号。在块S420，低通滤波器220去除所接收信号中包含的噪声分量。在块S430，该保护间隔去除器230从通过低通滤波器220提供的信号中去除保护间隔。在块S440，该移频器240在时域重定位从保护间隔去除器230输出的信号。在块S450，该FFT单元250在时域变换从该移频器240输出的信号。在块S460，该解码器260解调所接收信号并执行信道解码。该解码器260包括去交织器和维特比(Viterbi)解码器。
参考图9，下面将描述发送部分100的移频器140的配置和操作。为了方便起见，假设从编码器110输出的副载波码元被直接输入IFFT单元130，而无需经过时间移位器120。后面将详细描述时间移位器120。
x(n) X(k) (1)如表达式(1)所述，当通过傅里叶变换将时域的函数x(n)变换为频域的函数X(k)时，这对函数称为傅里叶对。在表达式(1)中，x(n)是以预定间隔相对于时间t采样模拟信号x(t)而获得的采样值的第n个值。X(k)是与X(f)的第k个频率对应的值，其中X(f)是关于x(t)的频率f的频谱。该双向箭头象征傅里叶变换。这里，n和k分别是时域和频域的索引(indices)。
x(n-i)↔X(k)e-j2πkiN------(2)]]>x(n)e-j2πmnN↔X(k-m)-------(3)]]>表达式(2)和(3)分别表示时移和频移的特性。
从表达式(2)可知，在时域将信号x(n)移位i个采样等同于在频域将相位相对于角频率旋转 可替换地，如表达式(3)所述，在频域将信号X(k)移位m等同于在时域将信号x(n)的每一采样的相位旋转 在本发明中，可利用表达式(2)和(3)的原理来改变从IFFT单元130输出的数据序列。
为了描述改变从IFFT单元130输出的数据序列的方法，图13A和13B示出了要输入到IFFT单元130的信号的示例频谱。首先，参考图13A，从-π到π的角频率对应于从x32到x63和从x0到x31的副载波。另外，从频谱可知，虚图像位于2π的整数倍。
传统副载波重定位单元12改变从编码器11提供的数据序列x0-x63，以生成新的数据序列x32-x63，x0-x31。换言之，将对应于从0到2π的角频率的数据序列x0-x63改变为对应于从-π到π的角频率的新数据序列x32-x63，x0-x31。
在本发明中，将从编码器110输出且对应于从0到2π的角频率的数据序列x0-x63本身输入到IFFT单元130。然后，通过在时域改变从IFFT单元130输出的数据序列，可获得对数据序列x32-x63，x0-x31执行IFFT的相同效果。图13B中示出了对应于从0到2π的角频率的数据序列x0-x63的频谱。
输入与从0到2π的角频率对应的数据序列x0-x63等同于将与从-π到π的角频率对应的数据序列x32-x63，x0-x31移位N/2(该实施例中，N＝64)采样。替换表达式(3)中的m＝N/2可得到下列方程式ej2πmn/N＝ejπn，并且这可通过将ejπn乘以IFFT单元130的输出值而获得。
s(n)=x(n)ej2πmnN=x(n)ejπn=x(n)(ejπ)n=(-1)nx(n)---(4)]]>换言之，通过将IFFT单元130输出的数据序列的第奇数个数据x1，x3，x5，...乘以-1，并将IFFT单元130输出的数据序列的第偶数个数据x0，x2，x4，...乘以+1，可获得该结果。
图14是示出了移频器140的内部构造的方框图。参考图14，该移频器140包括乘法器141、多路复用器142和1比特计数器143。该乘法器141将IFFT 130输出的数据乘以-1。该1比特计数器143响应于时钟信号CLK输出0，1，0，1，...交替的计数值。该多路复用器142响应于计数器143的计数值而输出从IFFT单元130输出的数据码元和从IFFT单元130输出、已乘以-1的数据码元之一。所以，从IFFT单元130输出的数据序列的第奇数个数据被乘以-1并输出，而从IFFT单元130输出的数据序列的第偶数个数据被原样输出。
图15示出了移频器140的示例操作。在块S331，该移频器140接收从该IFFT单元130输出的数据。在块S332，该移频器140确定所接收数据的索引(index)k。
在块S334，该移频器140将与奇数索引对应的接收数据，即2i+1的索引，其中i＝0，1，2，...，(N-1)/4，乘以-1并作为重定位数据输出。与偶数索引对应的接收数据，即2i的索引，前进到块S333，其中输出接收数据本身作为重定位数据，即该数据不乘以-1。在块S335，当确定已接收了所有数据序列时，该移频器140终止重定位。否则其返回块S331。
如上所述，该移频器140在时域对IFFT单元130输出的数据序列执行相乘。结果是，获得与对对应于从-π到π的角频率的数据序列x32-x63，x0-x31进行IFFT计算相同的效果。
现在描述发送部分的保护间隔插入函数。将上述表达式(3)应用于本发明的保护间隔插入函数。本发明的移位器120将从编码器110输出的数据序列x0-x63改变为新数据序列x48-x63，x0-x47并输出该新数据序列。为了完成这些，该时间移位器120将编码器110输出的数据乘以 例如，当该副载波数据序列长度N是保护间隔数据序列长度G的两倍时，乘到该副载波的乘数(multiplier)如表达式(5)所示。当该副载波数据序列长度N是保护间隔数据序列长度G的四倍时，乘到该副载波的乘数如表达式(6)所示。
e-j2πkN2N=e-jπk=(-1)n={-1,1}-----(5)]]>e-j2πkN4N=e-jπk2=(-1)n={-1,-j,j,1}-------(6)]]>在表达式(5)获得的乘数{-1，1}意味着将作为复数数据的副载波的相位旋转{180°，0°}。在表达式(6)获得的乘数{-1，-j，j，1}意味着将副载波的相位旋转{-180°，-90°，90°，0°}。表达式(7)示出了符合保护间隔插入长度G的乘数。
图16A和16B示出了图9所示时间移位器120的实施例，用于分别定义N/4和N/2的保护间隔长度G。参考图16A，该时间移位器12a包括乘法器121a、122a和123a，多路复用器124a，和2比特计数器125a。
发送部分100通过I-信道和Q-信道发送副载波码元，从而发送信号可在接收部分200被精确解调。所以，编码器110输出包括I-信道副载波WI和Q-信道副载波WQ的副载波W(WI，WQ)。该乘法器121a将从编码器110输出的副载波W(WI，WQ)的码元乘以-j。该乘法器122a将从编码器110输出的副载波W(WI，WQ)的码元乘以-1。该乘法器123a将从编码器110输出的副载波W(WI，WQ)乘以j。该2比特计数器125a响应于时钟信号CLK按0，1，2，3，0，1，2，3，...的顺序改变该计数值。该多路复用器124a响应于计数器125a的计数值而输出从编码器110输入的副载波W(WI，WQ)之一的码元和从乘法器121a、122a和123a输出的副载波的码元作为时移信号Z(ZI，ZQ)。
根据时间移位器120a，从编码器110输出的第0、4、8、12...个副载波码元通过多路复用器124a被原样输出。从编码器110输出的第1、5、9、13...个副载波码元在乘法器121a被乘以-j。从编码器110输出的第2、6、10、14...个副载波码元在乘法器122a被乘以-1。从编码器110输出的第3、7、11、15...个副载波在乘法器123a被乘以j。因此，从IFFT单元130输出的时域的数据序列为x48-x63，x0-x47。
图17是示出了图16A所示时间移位器120a的操作流程的流程图。参考图17，在块311，该时间移位器120a从编码器110接收副载波码元。在块S312，该时间移位器120a确定所接收副载波的索引k。作为该检查的结果，如果所接收副载波的索引k是4的倍数，即4i(i＝0，1，2，3，...，(N-1)/4)，则控制进到块S313，并输出所接收副载波本身作为移相副载波。如果该检查的结果是所接收副载波的索引k是4i+1，则控制进到块S314，将所接收副载波乘以-j并作为移相副载波输出。如果该检查的结果是所接收副载波的索引k是4i+2，则控制进到块S315，将所接收副载波乘以-1并作为移相副载波输出。如果该检查的结果是所接收副载波的索引k是4i+3，则控制进到块S316，将所接收副载波乘以j并作为移相副载波输出。在块S317，该时间移位器120a确定是否已接收了一帧的所有副载波的码元。如果已接收了一帧的所有副载波的码元，则时间移位器120a停止操作。否则，控制返回块311。
在其他实施例中，如图16B所示，用于创建N/2的保护间隔长度G的时间移位器120b包括乘法器121b和122b，多路复用器123b和124b，以及2比特计数器125b。该乘法器121b将编码器110提供的I-信道副载波WI的码元乘以-1。该乘法器122b将编码器110提供的Q-信道副载波WQ的码元乘以-1。该2比特计数器125b响应于时钟信号CLK按0，1，2，3，0，1，2，3，...的顺序改变该计数值。该多路复用器123b响应于计数器125a的计数值而输出I-信道副载波WI、Q-信道副载波WQ、乘以-1的I-信道副载波WI和乘以-1的Q-信道副载波WQ之一作为I-信道副载波ZI。该多路复用器124b响应于计数器125a的计数值而输出Q-信道副载波WQ、乘以-1的I-信道副载波WI、乘以-1的Q-信道副载波WQ和I-信道副载波WI之一作为Q-信道副载波ZQ。
根据时间移位器120b，从编码器110输出的第0、2、4、6...个副载波通过多路复用器123b和124b被原样输出。从编码器110输出的第1、3、5、7...个副载波被乘以-1并通过多路复用器123b和124b被输出。因此，从IFFT单元130输出的时域的数据序列为x32-x63，x0-x31。
图18是图9所示保护间隔插入器150的实施例的方框图。图19是图18所示保护间隔插入器150的定时图。参考图18，该保护间隔插入器150包括移位寄存器151、多路复用器152和控制器153。如上所述，基于时间移位器120执行的重定位，而从移频器140输入到保护间隔插入器150的副载波序列为x48-x63，x0-x47(假设G＝N/4)。当其为x48-x63(即保护间隔数据)时，该控制器153控制从移频器140输出的、将存储在移位寄存器151中的数据。该移位寄存器151响应于控制器153提供的控制信号和时钟信号CLK，而将移频器140提供的数据移位1并存储它。同时，在将数据存储到移位寄存器151的同时，控制器153控制从移频器140输出的数据x48-x63，以通过多路复用器152输出。当移频器140提供的数据为x0-x47时，控制器153控制从移频器140提供的数据不存储在移位寄存器151中，而通过多路复用器152输出。然而，在通过多路复用器152输出数据x47之后，控制器153控制移位寄存器151中存储的数据x48-x63，以通过多路复用器152一个接一个地顺序输出。
结果，在一些实施例中，由于时间移位器120和保护间隔插入器150，从保护间隔插入器150输出的一帧的数据为x47-x63，x0-x63。
如果该副载波数据序列长度N是保护间隔数据序列长度G的整数倍(例如2倍或4倍)，则时间移位器120的电路结构不太复杂。否则，时间移位器120的电路结构可能很复杂。为了解决这个问题，例如如果0≤G≤N/4，则时间移位器120利用表达式6改变该副载波序列。该保护间隔插入器150在移位寄存器151中存储N/4-G个数据，并输出N/4-G个数据之后输入的数据。该保护间隔插入器150读取并输出移位寄存器151中存储的数据。作为另一个例子，如果N/4≤G≤N/2，则时间移位器120利用表达式5改变该副载波序列。该保护间隔插入器150在移位寄存器151中存储N/2-G个数据，并输出N/2-G个数据之后输入的数据。该保护间隔插入器150读取并输出移位寄存器151中存储的数据。根据这些方法，即使副载波数据序列长度N不是保护间隔数据序列长度G的整数倍，仍可保持该复杂性。
图20是示出了根据本发明实施例的保护间隔插入器150的示例操作的流程图。参考图20，在块341，该保护间隔插入器150接收从移频器140输出的数据。在块S342，确定所接收数据是否属于该保护间隔。作为确定结果，如果所接收数据属于该保护间隔，则控制进行到块S344，并将所接收的保护间隔数据存储到移位寄存器151中。然后在块S343输出该保护间隔数据的复制品。如果所接收的数据不属于该保护间隔，则控制直接进行到块S343，输出所接收的数据。
在块S345，该保护间隔插入器150确定是否已接收了所有数据序列。如果是，则控制进行到块S346。否则，控制返回块S341。在块S346，该保护间隔插入器150读取并输出移位寄存器151中存储的数据。
同时，在接收部分200，该保护间隔去除器230去除附于从信道接收且通过模数转换器210和低通滤波器220输出的一帧的前面的保护间隔x47-x63。另外，由移频器将从保护间隔去除器230输出的副载波序列重定位到x0-x63中。
根据上述本发明的一些实施例的多载波传输系统可减少重定位副载波和插入保护间隔所需的时间。例如，根据图1所示的现有技术，重定位副载波和插入保护间隔所需的时间可为2N-G个时钟周期。然而，根据本发明的一些实施例，该延迟时间几乎为零。因此，减少多载波传输系统的发送部分和接收部分的数据处理时间可增强整个通信系统的传输效率。另外，本发明的多载波传输系统具有相对简单的电路结构。例如，传统副载波重定位单元需要存储N/2个副载波的存储器，但本发明的移频器不需要任何存储器。传统保护间隔插入器需要存储N-G个副载波的两个存储器，但本发明的保护间隔插入器只需要一个16比特移位寄存器。
已利用示例实施例描述了本发明。然而，应理解本发明的范围不限于该说明书所公开的实施例。而且，本领域普通技术人员应明白可对本发明作出各种修改和变形。因此，本发明意欲覆盖所附权利要求及其等效的范围内的本发明的各种修改和变形。
根据本发明，多载波传输系统可减少数据处理时间。结果，可增强整个通信系统的传输效率。另外，本发明的数据传输系统利用相对简单的元件执行副载波重定位功能和保护间隔插入功能。所以，降低了数据传输系统的价格，并减小了电路面积。
相关申请本申请要求2002年11月7日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请号2002-68872的优先权，其公开的内容在这里全部引用，以供参考。
权利要求
1.一种多载波发送系统，包括编码器，用于将数据序列转换为与各副载波对应的编码码元；第一移位器，用于重新安排编码码元以定义保护间隔长度；逆快速傅里叶变换(IFFT)单元，用于对重新安排的编码码元进行逆快速傅里叶变换；第二移位器，用于处理变换后的码元，以产生频移来补偿由该IFFT单元产生的频移；和保护间隔插入器，用于根据保护间隔长度，用处理后的码元来交织码元复制品。
2.根据权利要求1的多载波发送系统，其中该第一移位器包括多个移相器，用于偏移至少一个编码码元的角频率；计数器，响应于时钟信号而增加计数值；和多路复用器，响应于该计数值而输出编码码元和移相后的码元之一。
3.根据权利要求2的多载波发送系统，其中多个移相器的每一个包括乘法器，用于根据方程式x(n-i)↔X(k)e-j2πkiN]]>将编码码元相乘，其中N是数据序列的长度，i是按照N的保护间隔的长度。
4.根据权利要求1的多载波发送系统，其中该保护间隔长度为数据序列长度的1/4，并且其中该第一移位器包括第一移相器，将至少一个编码码元的角频率偏移-90°；第二移相器，将至少一个编码码元的角频率偏移-180°；第三移相器，将至少一个编码码元的角频率偏移90°；计数器，响应于时钟信号而增加计数值；和多路复用器，响应于该计数值而输出编码码元和从该第一、第二和第三移相器输出的移相后的码元之一。
5.根据权利要求4的多载波发送系统，其中该第一、第二和第三移相器的每一个包括乘法器，用于根据方程式x(n-i)↔X(k)e-j2πkiN]]>将编码码元相乘，其中N是数据序列的长度，i是N/4。
6.根据权利要求1的多载波发送系统，其中该保护间隔长度为数据序列长度的1/2，并且其中该第一移位器包括第一移相器，将至少一个编码码元的角频率偏移180°；计数器，响应于时钟信号而增加计数值；和多路复用器，响应于该计数值而输出编码码元和移相后的码元之一。
7.根据权利要求6的多载波发送系统，其中该第一移相器包括乘法器，用于根据方程式x(n-i)↔X(k)e-j2πkiN]]>将编码器输出的多个码元相乘，其中N是该数据序列的长度，i是N/2。
8.根据权利要求1的多载波发送系统，其中该第二移位器包括乘法器，用于根据方程式x(n)e-j2πmnN↔X(k-m)]]>而相乘变换后的码元，其中N是该数据序列的长度且m是N/2；计数器，用于响应于时钟信号而增加计数值；和多路复用器，用于响应于该计数值而输出变换后的码元和相乘后的码元之一。
9.根据权利要求1的多载波发送系统，其中该保护间隔插入器包括控制器，用于确定从第二移位器输出的码元是否与保护间隔相对应；移位寄存器，用于存储由控制器确定的与保护间隔对应的码元；和多路复用器，用于输出从第二移位器输出的码元和移位寄存器中存储的码元。
10.一种发送多载波信号的方法，该方法包括将数据序列转换为与各副载波对应的编码码元；重新安排编码码元以定义保护间隔长度；对重新安排的编码码元执行逆快速傅里叶变换；处理变换后的码元，以产生频移来补偿由逆快速傅里叶变换产生的频移；和根据保护间隔长度，用处理后的码元来交织码元复制品。
11.根据权利要求10的发送多载波信号的方法，其中将数据序列转换为编码码元的步骤还包括将即将发送的数据转换为串行排列的多个码元；将串行排列的多个码元转换为并行排列的多个码元；对并行排列的多个码元取矩形脉冲；和用多个副载波调制多个矩形脉冲形状的码元。
12.根据权利要求10的发送多载波信号的方法，其中重新安排编码码元以定义保护间隔长度的步骤包括接收编码码元；确定与所接收码元的每一个相关的索引；基于与每一码元相关的索引而移位至少一个所接收码元的角频率。
13.根据权利要求12的发送多载波信号的方法，其中根据方程式x(n-i)↔X(k)e-j2πkiN]]>而执行移位至少一个所接收信号的角频率，其中N是数据序列的长度，k是码元的索引，i是按照N的保护间隔的长度。
14.根据权利要求10的发送多载波信号的方法，其中该数据序列的长度为N(正整数)，并且其中该保护间隔长度为G(小于N的正整数)。
15.根据权利要求14的发送多载波信号的方法，其中该保护间隔对应于该数据序列的最后G个码元。
16.根据权利要求15的发送多载波信号的方法，其中该第一移位器移位编码码元，以将与保护间隔对应的最后G个码元定位在该数据序列的前部。
17.根据权利要求14的发送多载波信号的方法，其中G是N的1/4，并且其中重新安排编码码元以定义保护间隔长度的步骤包括接收编码码元；确定与所接收码元的每一个相关的索引；根据方程式x(n-i)↔X(k)e-j2πkiN]]>而移位至少一个所接收码元的角频率，其中k为码元的索引，i为N/4。
18.根据权利要求14的发送多载波信号的方法，其中G是N的1/2，并且其中重新安排编码码元以定义保护间隔长度的步骤包括接收编码码元；确定与所接收码元的每一个相关的索引；根据方程式x(n-i)↔X(k)e-j2πkiN]]>而移位至少一个所接收码元的角频率，其中k为码元的索引，i为N/2。
19.根据权利要求10的发送多载波信号的方法，其中处理变换后的码元以产生频移的步骤包括接收变换后的码元；确定与所接收码元的每一个相关的索引；和根据方程式x(n)e-j2πmnN↔X(k-m)]]>而将某些接收码元乘以-1，其中N是该数据序列的长度，k是码元的索引，m是N/2。
20.根据权利要求10的发送多载波信号的方法，其中根据保护间隔长度用处理后的码元来交织码元复制品的步骤包括接收处理后的码元；确定是否处理后的码元的每一个都符合该保护间隔；在移位寄存器中存储所述保护间隔码元；输出不符合保护间隔的处理后的码元和保护间隔码元的复制品；和在输出码元的后面输出移位寄存器中存储的保护间隔码元。
21.一种多载波接收系统，包括保护间隔去除器，用于去除接收信号中包括的保护间隔；移位器，用于处理剩余码元以产生频移；快速傅里叶变换(FFT)单元，用于对处理后的码元进行快速傅里叶变换；和解码器，用于解调变换后的码元，并对解调后的码元执行信道解码。
22.根据权利要求21的多载波接收系统，其中该移位器包括乘法器，用于根据方程式x(n)e-j2πmnN↔X(k-m)]]>而相乘从该保护间隔去除器输出的码元，其中N是该数据序列的长度，m是N/2；计数器，用于响应于时钟信号而增加计数值；和多路复用器，用于响应于计数值而输出来自该保护间隔去除器的码元和相乘后的码元。
23.一种接收多载波信号的方法，该方法包括去除接收信号中包含的保护间隔；处理剩余码元以产生频移；对处理后的码元进行快速傅里叶变换；解调变换后的码元；和对解调后的码元执行信道解码。
24.根据权利要求23的接收多载波信号的方法，其中处理码元以产生频移的步骤包括接收来自保护间隔去除器的码元；确定与所接收码元的每一个相关的索引；和根据方程式x(n)e-j2πmnN↔X(k-m)]]>而将某些接收码元乘以-1，其中N是该数据序列的长度，k是码元的索引，m是N/2。
全文摘要
本发明提供了一种多载波传输系统，包括编码器，用于将数据序列转换为与各副载波对应的编码码元；第一移位器，用于重新安排编码码元以定义保护间隔长度；逆快速傅里叶变换(IFFT)单元，用于对重新安排的编码码元进行逆快速傅里叶变换；第二移位器，用于处理变换后的码元，以产生频移来补偿由该IFFT单元产生的频移；和保护间隔插入器，用于根据该保护间隔长度、用处理后的码元来交织码元复制品。为了减少数据处理时间，本发明的数据发送系统利用相对简单的元件执行副载波重定位功能和保护间隔插入功能。结果，可增强整个通信系统的传输效率。
文档编号H04J1/05GK1499754SQ20031011481
公开日2004年5月26日 申请日期2003年11月7日 优先权日2002年11月7日
发明者朴埈铉, 金东奎, 朴 铉 申请人:三星电子株式会社