[发明专利]通过正交频分复用传输数字信号

说明书

发明领域

本发明一般涉及通过正交频分复用(OFDM)传输信号。特别是，本发明涉及在传输数字信号时用到的OFDM装置和系统。

相关技术描述

正交频分复用(OFDM)是用于广播高速率数字信号(例如，高清晰度电视)信号的技术。在OFDM系统中，将单个高速率数据流分成几个并行低速率子流，同时每个子流用于调制各个副载波频率。

将在OFDM系统中用到的调制技术称为正交调幅(QAM)，它同时调制载波频率的相位和幅度。在QAM调制中，根据多个数据位生成复数QAM码元，其中每个码元包括实数项和虚数项，而且每个码元表示多个数据位，根据上述数据位生成每个码元。以可用复数平面图解表示的模式，一起发送多个QAM位。一般而言，将该模式称为“星座图”。通过运用QAM调制，OFDM系统可以提高它的效率。    

碰巧当广播信号时，它可以通过多条路径传播到接收机。例如，来自单个发射机的信号可以沿着直线到接收机，而且也可被物体发射回以沿着不同路径传播到接收机。此外，碰巧当系统运用所谓“蜂窝状”广播技术以增加频谱效率时，可通过多个发射机来广播要被接收的信号。于是，沿着多个路径把相同信号发送到接收机。无论人为(即，通过从多个接收机广播相同信号所引起的)还是自然的(即，由回波引起)，都将这种信号的并行传播称为“多路径”。容易理解，虽然蜂窝状数字广播在频谱利用方面是有效的，必须作出一些规定以有效地考虑到多路径。

幸运的是，在出现多路径的情况下(如上所述，当运用蜂窝状广播技术时，必然会出现上述情况)，运用QAM调制的OFDM系统比起只用单个载波频率的QAM调制技术更加有效。特别是，在单个载波QAM系统中，必须用到复数均衡器来均衡具有如主路径一样强的回波的信道，而这样的均衡很难执行。相反，在OFDM系统中，通过简单地将适当长度的保护间隔(guard interval)插在每个码元的开始部分，可以不需要复数均衡器。因此，当预期存在多路径条件时，运用QAM调制的OFDM系统是较佳的。

特别参照当前OFDM系统来理解为什么本发明是十分有用的和所需的，在当前系统中，对要广播的数据流编码两次，第一次由Reed-Solomon编码器编码，然后用格型编码方案。应注意，本发明同样可用于只有一次编码的系统。在典型的格型编码方案中，由卷积编码器对数据流进行编码，然后将连续位组合成位组，它将变成QAM码元。几个位在一组中，其中由整数“m”来限定每组中的位数(于是，将每组称为具有“m-元”维)。一般，“m”的值是4、5、6或7，虽然它可以更多或更少。

在将位组成多位码元之后，交错码元。“交错”意味着按顺序重新排列码元流，从而使由信道衰减所引起的可能误差随机化。为了便于说明，假设发送五个字。如果，在发送非交错信号期间，发生临时信道干扰。在这些情况下，在信道干扰减弱之前可以遗失整个字，而且如果说不是不可能的话，知道由遗失的字所传达的信息是很困难的。

相反，如果在发送和信道干扰发生之前，顺序重新排列五个字的字母(即，“交错”)，那么几个字母有可能会遗失，可能是每个字中有一个字母会遗失。一旦对重新排列的字母进行解码，虽然有几个字会遗失字母，但还是会出现所有五个字。应理解，在这些情况下，对于数字解码器而言基本全部恢复数据相对较容易。在交错m-元码元之后，通过运用上述QAM原理将码元映射在复数码元上、多路复用成它们各自副载波信道并发送。

然而，如上所述，运用上述格型编码方案的当前OFDM系统在出现一些OFDM副载波严重衰减的多路径条件的情况下，会呈现性能缺陷，其中在OFDM系统中在交错之前已将数据位组成码元。如进一步所述的那样，在出现由多路径条件所引起的副载波衰减的情况下，可以提高OFDM系统的性能。如下所述，通过在接收机处执行软判决以确定接收到的数据值，可以进一步提高这种OFDM系统的性能。

发明概述

因此本发明的目的在于，提供用于在出现多路径条件下复数高速率数字数据的系统。本发明还旨于提供用于运用OFDM原理的复数高速率数字数据的系统，它在多路径条件下出现副载波衰减的情况下比较有效地执行。本发明还旨于提供用于接收高速率数字数据的系统，它允许对逐个子信道进行软判决以确定数据值。本发明还旨于提供用于复数高速率数字数据的系统，易于使用并在制造和实施方面成本较低。

在一个方面，本发明提供正交频分多路复用(OFDM)信号发射机，其中在将位分组成多位码元之前通过内部交错器处理数据位。