Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ PAPR В СИГНАЛЕ ПРЕАМБУЛЫ ЦИФРОВОЙ ШИРОКОВЕЩАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится, в общем, к устройству и способу передачи в цифровой широковещательной системе. Более конкретно, хотя не исключительно, настоящее изобретение относится к устройству и способу для уменьшения отношения пиковой к средней мощности (PAPR) сигнала преамбулы в цифровой широковещательной системе.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Цифровые широковещательные системы являются широковещательными системами, которые используют цифровые технологии передачи, такие как цифровое аудиовещание (DAB), цифровое видеовещание (DVB) и цифровое мультимедийное вещание (DMB).

Среди них система DVB, которая является технологией европейского цифрового широковещания, является стандартом передачи, который поддерживает существующие услуги цифрового широковещания для фиксированных терминалов, а также цифровые мультимедийные услуги для мобильных и переносных терминалов.

В системе DVB можно мультиплексировать основанные на транспортном потоке 2 стандарта экспертной группы по движущимся изображениям (MPEG-2 TS) данные широковещания и одновременно передавать потоки данных на основе Интернет протокола (IP). Дополнительно, в системе DVB несколько услуг можно мультиплексировать в один IP-поток и передавать. После приема данных передаваемого IP-потока пользовательский терминал может демультиплексировать принимаемые данные обратно в отдельные услуги, демодулировать услуги и отображать демодулируемые услуги на экране пользовательского терминала. В этом случае пользовательский терминал запрашивает информацию об услугах различного типа, которые предоставлены в системе DVB, данная подробная информация содержится в каждой из услуг, и т.д.

Система DVB использует схему передачи мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM). Хотя схема передачи OFDM аналогична обычной схеме мультиплексирования с частотным разделением каналов (FDM), схема OFDM отличается от обычных схем передачи тем, что OFDM может достигать оптимальной эффективности передачи во время высокоскоростной передачи данных, поддерживая ортогональность между множеством поднесущих. Кроме того, преимущества эффективности использования высокой частоты и устойчивости против замирания при многолучевом распространении вносят значительный вклад в оптимальную эффективность передачи.

Кроме того, поскольку в схеме передачи OFDM накладываются спектры частот, она эффективно использует частоты, устойчива против выборочного замирания частот, может уменьшать влияние межсимвольных помех (ISI) с помощью использования защитного интервала, предоставляет возможность более просто производить аппаратные эквалайзеры и устойчива по отношению к импульсивным шумам. Таким образом, схема передачи OFDM широко используется для систем связи.

Несмотря на преимущества схемы передачи OFDM, модуляция с несколькими несущими схемы передачи OFDM вызывает высокое отношение пиковой к средней мощности (PAPR). Так как в схеме передачи OFDM данные передают, используя множество несущих, конечный сигнал OFDM имеет значительное изменение по амплитуде, поскольку уровень его амплитуды определяют с помощью суммы уровней амплитуды соответствующих несущих. Когда несущие совпадают по фазе, сигнал OFDM будет иметь очень высокую амплитуду. Этот сигнал с высоким PAPR может выходить за пределы линейного диапазона работы линейного усилителя мощности, и сигнал, который прошел через линейный усилитель мощности, может часто подвергаться искажениям, вызывая уменьшение производительности системы.

Были предложены различные проекты решения проблемы высокого PAPR, возникающего в системе OFDM, и эти проекты включают в себя несколько методик уменьшения PAPR, такие как обрезание сигнала, кодирование, выборочное отображение (SLM), частично передаваемая последовательность (PTS) и инъекция тона (TI).

Схема резервирования тонов (TR), одна из методик уменьшения PAPR, резервирует некоторые тоны в поднесущих, и резервируемые тоны используют для уменьшения PAPR, вместо передачи данных. Приемник не учитывает резервируемые тоны, которые не переносят информационные сигналы, и восстанавливает информационные сигналы только в тонах данных, которые отличаются от резервируемых тонов, таким образом внося вклад в упрощение структуры приемника. Градиентный алгоритм является типичным способом, который уменьшает PAPR с использованием резервируемых в схеме TR тонов. Градиентный алгоритм определяют с помощью применения к схеме TR способа, аналогичного методике обрезания. Градиентный алгоритм используется для создания сигнала (или ядра), имеющего импульсную характеристики, используя резервируемые тоны, которые не переносят информационного сигнала, и для обрезания выходного сигнала блока обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ). Когда сигнал, имеющий импульсную характеристику, складывают с выходным сигналом блока ОБПФ, искажение данных происходит только в резервируемых тонах, а данные в других частотных областях не искажаются, т.е. схема TR отличается от методики обрезания тем, что в ней шум, вызванный обрезанием, влияет только на некоторые из резервируемых поднесущих, не влияя на все поднесущие. Градиентный алгоритм оптимизирует импульсные колебания так, чтобы пик выходного сигнала ОБПФ был уменьшен во временной области. Сигнал, PAPR которого был уменьшен с помощью сложения суммы импульсных колебаний, оптимизированных с помощью градиентного алгоритма, с выходным сигналом блока ОБПФ, передают на приемник. Приемник должен принимать данные только по остальным поднесущим, так как приемник заранее уведомляют о расположении резервируемых тонов.

Фиг.1 иллюстрирует структуру передатчика, к которому применяют общую схему TR.

Обращаясь к Фиг.1, входной сигнал X 105, имеющий N-L точек (где N обозначает размерность ОБПФ), и сигнал C 110 с L резервируемыми тонами (сигнал, состоящий из L резервируемых тонов) вводят в блок 120 резервирования тонов, и блок 120 резервирования тонов резервирует L резервируемых тонов в расположениях поднесущей, ранее согласованных между передатчиком и приемником. L резервируемых тонов не переносят никаких данных и имеют размещенные в них нули (0). Когда сумму параллельных данных X и L резервируемых тонов вводят в блок 130 N-точечного ОБПФ, входная сумма подвергается вычислению ОБПФ в блоке 130 N-точечного ОБПФ, и затем выходной сигнал x во временной области генерируют с помощью блока 140 параллельно-последовательного (P/S) преобразования. Затем, градиентный блок 150 генерирует сигнал c помощью оптимизации импульсного колебания согласно градиентному алгоритму так, чтобы пик выходного сигнала ОБПФ был уменьшен, и складывает сгенерированный сигнал c с выходным сигналом x, который прошел через блок 130 ОБПФ и блок 140 P/Sпреобразования. Выходной сигнал градиентного блока 150 передают на приемник. Градиентный блок 150 вычисляет сигнал c, который складывают с выходным сигналом x так, чтобы PAPR выходного сигнала x был уменьшен, используя импульсное колебание, считанное из памяти 160. Для справки, записанные заглавными буквами X и C на Фиг.1 представляют сигналы в частотной области, которые вводят в блок 130 ОБПФ, в то время как записанные строчными буквами x и c представляют сигналы во временной области, выводимые из блока 130 ОБПФ.

Сигнал c, который складывают с выходным сигналом x для уменьшения PAPR в L резервируемых тонах, определяют следующим образом. L поднесущих резервируют заранее и используют для определения кода C для вычисления сигнала c, и расположение L поднесущих фиксируют с помощью блока 120 резервирования тонов во время начальной передачи, и они остаются неизменными во время передачи данных. Код C представляет сигнал резервируемого тона, и C_k представляет расположения поднесущих резервируемых тонов, как определено в приведенном ниже уравнении (1).

(1)

где k обозначает индекс поднесущей резервируемых тонов в блоке 110 резервирования тонов. Входной сигнал X 105 резервируют в поднесущих в стороне от сигнала C 110 резервируемого тона, как показано в уравнении (2).

(2)

где X_k обозначает расположения тонов данных.

Минимизации PAPR достигают с помощью оптимизации амплитуды L поднесущих. для минимизации PAPR оптимизируют с помощью приведенного ниже уравнения (3) таким образом, что PAPR выходного сигнала x уменьшается. В данном случае соответствует сигналу c.

(3)

где C_n - значение n-го элемента в векторе c во временной области, определенном с помощью ОБПФ-обработки вектора C. Вычисление уравнения (3) выполняют, чтобы найти оптимизированный сигнал для сигнала c. Хотя сложное линейное вычисление выполняют для решения уравнения (3), в фактических реализациях выполняют градиентный алгоритм, который может достигать аналогичной производительности через простые вычисления.

Сигнал c оптимизируют для удаления значения полной амплитуды вектора x (т.е. выходного сигнала). Если предполагают, что x^clip является вектором, в котором выходной сигнал x обрезают до определенного уровня A, то получают уравнение (4).

(4)

где β_i обозначает значение обрезания, m_i обозначает расположение, где вектор обрезают, и δ обозначает импульсную функцию.

Если сигнал c определяют, как уравнение (5), то может быть получено уравнение (6), и значение полной амплитуды символа передачи может быть уменьшено.

(5) (6)

Поэтому сигнал c, складываемый с выходным сигналом x, можно рассматривать как сумму задержанной и масштабированной импульсных функций. Однако в частотной области

имеет ненулевое значение в большинстве частот и искажает значения символов данных в других расположениях, отличающихся от L резервируемых расположений. Таким образом, существует потребность использовать для обрезания колебания, имеющие характеристики импульсной функции, на которые оказывается влияние только в L резервируемых расположениях, но на которые не оказывается влияние в других расположениях в частотной области.

Колебания, имеющие импульсные характеристики, производят следующим образом.

Предполагают, что 1_L представляет вектор, имеющий значение 1 в L резервируемых расположениях и значение 0 в других расположениях, и p определяют как в уравнении (7).

(7)

В уравнении (7) p ₀ = 1 и p ₁ .… p _N-1 имеют очень небольшие значения по сравнению с p ₀. Предполагая, что

указывает значение, определенное с помощью циклического сдвига p на m_i, даже при том, что по отношению к нему выполняют дискретное преобразование Фурье (ДПФ), результирующее значение изменяется только по фазе и имеет значение 0 в других расположениях, кроме L резервируемых расположений в частотной области.

Как описано выше, колебания, имеющие импульсные характеристики, производят таким образом, чтобы амплитуда остальных p _{1 …} p _N-1, кроме p ₀, была низкой, для того, чтобы колебания стали аналогичными идеальным импульсным колебаниям. Поскольку амплитуда p _{1 …} p _N-1 является низкой, изменение амплитуды других сигналов, кроме p ₀ , значительно меньше во время обрезания. Если производят так, что p _{1 ….} p _N-1 имеют высокую амплитуду, то пики других сигналов могут увеличиваться снова в процессе обрезания, таким образом вызывая уменьшение производительности уменьшения PAPR.

Фиг.2 иллюстрирует структуру кадра физического уровня обобщенной системы DVB, использующей OFDM.

Структуру 201 кадра на Фиг.2 можно примерно делить на части 202 и 203 преамбулы и часть 204 полезной нагрузки. Части 202 и 203 преамбулы переносят информацию сигнализации кадра, а часть 204 полезной нагрузки используется для передачи данных.

Преамбула P1 202 используется в приемнике для сканирования начального сигнала кадра. Дополнительно, преамбула P1 202 используется для обнаружения смещения частоты и настройки средней частоты. Затем, преамбула P2 203 используется для предоставления сигнализации уровня 1 (L1) системы DVB. Сигнализация L1 включает в себя такую информацию, как тип передачи, параметры передачи и т.д. системы DVB. Наконец, полезная нагрузка 204 переносит данные услуги, предоставляемые в системе DVB.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая проблема

В системе связи, которая использует схему передачи OFDM и передает кадр, включающий в себя преамбулы, важно уменьшать PAPR для улучшения производительности системы, и проблема высокого PAPR возникает не только в части полезной нагрузки, в которой передают данные, но также и в частях преамбулы, в которых информацию сигнализации передают в кадре физического уровня. Поэтому существует потребность в уменьшения PAPR, что включает в себя уменьшение PAPR в частях преамбулы кадра.

Техническое решение

Настоящее изобретение произведено для решения по меньшей мере указанных выше проблем и/или недостатков и для предоставления по меньшей мере описанных ниже преимуществ. Соответственно, один из аспектов настоящего изобретения предоставляет способ и устройство передачи, которые могут уменьшать PAPR преамбулы в системе OFDM.

Другой аспект настоящего изобретения предоставляет способ и устройство передачи, которые могут уменьшать PAPR преамбулы в цифровой широковещательной системе, которая использует схему передачи OFDM.

Другой аспект настоящего изобретения предоставляет устройство и способ уменьшения PAPR, подходящие для структуры преамбулы в цифровой широковещательной системе.

Другой аспект настоящего изобретения предоставляет устройство и способ передачи для определения расположения резервируемых тонов, используемых для уменьшения PAPR преамбулы в цифровой широковещательной системе.

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения предоставляют способ уменьшения отношения пиковой к средней мощности (PAPR) в цифровой широковещательной системе. Определенные резервируемые тоны используют для передачи сигнала, имеющего импульсную характеристику, в расположениях поднесущих, которые не перекрываются с пилот-сигналом преамбулы в кадре. Сигнал, имеющий импульсную характеристику, передают через резервируемые тоны в период символа, в течение которого передают преамбулу.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения устройство передачи предоставляют для уменьшения отношения пиковой к средней мощности (PAPR) в цифровой широковещательной системе. Блок резервирования тонов определяет резервируемые тоны, используемые для передачи сигнала, имеющего импульсную характеристику, в расположениях поднесущих, которые не перекрываются с пилот-сигналом преамбулы в кадре. Блок передачи передает сигнал, имеющий импульсную характеристику, через резервируемые тоны в период символа, в течение которого передают преамбулу.

В соответствии с другим дополнительным аспектом настоящего изобретения предоставляют устройство передачи для уменьшения отношения пиковой к средней мощности (PAPR) в цифровой широковещательной системе. Блок передачи передает кадр, который включает в себя преамбулу. Память хранит индексы резервируемых тонов, используемых для передачи сигнала, имеющего импульсную характеристику, в расположениях поднесущих, которые не перекрываются с пилот-сигналом преамбулы. Контроллер генерирует сигнал, имеющий импульсную характеристику, согласно индексам резервируемых тонов, и управляет блоком передачи для передачи сигнала, имеющего импульсную характеристику, через резервируемые тоны в период символа, в течение которого передают преамбулу.

ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как очевидно из предшествующего описания, настоящее изобретение может уменьшить PAPR преамбулы, препятствуя преамбуле перекрываться с пилот-сигналом в цифровой широковещательной системе.

Кроме того, настоящее изобретение может предоставлять резервируемые тоны, имеющие хорошую производительность уменьшения PAPR для преамбулы в цифровой широковещательной системе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Указанные выше и другие аспекты, особенности и преимущества конкретных примерных вариантов осуществления настоящего изобретения будут более очевидны из последующего описания при его рассмотрении вместе с сопроводительными чертежами, на которых:

Фиг.1 иллюстрирует структуру передатчика на основе TR;

Фиг.2 иллюстрирует структуру кадра системы DVB;

Фиг.3 иллюстрирует структуру символа OFDM, переносящего преамбулу P2 в системе DVB согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и

Фиг.4 иллюстрирует колебание, имеющее импульсную характеристику, которая определяется с помощью резервируемых тонов в цифровой широковещательной системе согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

По всем чертежам одинаковые позиционные обозначения относятся к одинаковым элементам, особенностям и структурам.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Последующее описание по отношению к сопроводительным чертежам предоставляют для того, чтобы помочь во всестороннем понимании вариантов осуществления настоящего изобретения. Соответственно, данное описание включает в себя различные конкретные подробности, чтобы помочь в этом понимании, но они должны расцениваться как просто примерные. Дополнительно, специалисты должны признать, что различные изменения и модификации описанных вариантов осуществления можно выполнять, не отступая от объема и формы изобретения. Кроме того, описание известных функций и конструкций опущено для ясности и лаконичности.

Термины и слова, используемые в последующем описании и в формуле изобретения, не ограничены словарными значениями, а просто используются изобретателем для предоставления ясного и непротиворечивого понимания изобретения. Специалистам должно быть очевидно, что последующее описание примерных вариантов осуществления настоящего изобретения предоставляют только для иллюстрации, а не с целью ограничения настоящего изобретения, которое определяют с помощью прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.

В последующем описании способ и устройство для уменьшения PAPR преамбулы будут описаны в связи с цифровой широковещательной системой, такой как система DVB, только для удобства. Однако настоящее изобретение можно одинаково применять к любой системе связи, которая использует схему передачи OFDM и передает кадр, имеющий структуру, которая включает в себя преамбулу.

Структура преамбулы, описанная на Фиг.2, является примером структуры преамбулы, к которой можно применять настоящее изобретение, и она не предназначена для ограничения объема настоящего изобретения определенной структурой преамбулы. Например, настоящее изобретение можно применять к любой структуре преамбулы, которая может делиться на одну часть преамбулы или делиться на две или большее количество частей преамбулы.

Как описано выше, существует потребность уменьшения PAPR преамбулы в цифровой широковещательной системе. Для уменьшения PAPR система DVB может резервировать некоторые поднесущие для преамбулы P2 для использования схемы TR среди некоторых методик уменьшения PAPR. Таким образом, резервируемые тоны можно производить в соответствии со структурой преамбулы P2.

В цифровой широковещательной системе, использующей схему TR, резервируемые тоны не должны перекрываются с пилот-сигналом, и их необходимо определять таким образом, чтобы колебания, имеющие импульсные характеристики, которые появляются в результате использования резервируемых тонов, подходили для уменьшения PAPR. Это происходит потому, что расположения резервируемых тонов имеют влияние на производительность PAPR.

Фиг.3 иллюстрирует символ OFDM, переносящий преамбулу P2 в цифровой широковещательной системе согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения.

Обращаясь к Фиг.3, поднесущие для передачи символа OFDM делятся на пилотную часть 301, предназначенную для оценки канала, и часть 302 данных, через которую передают информацию сигнализации. Пилотная часть 301 существует в расположениях, определенных уравнением (8).

(8)

где k обозначает индекс поднесущей, и «mod» представляет операцию по модулю. В соответствии с уравнением (8) пилот-тон располагают в каждой третьей поднесущей в частотной области.

Цифровая широковещательная система, к которой можно применять настоящее изобретение, поддерживает множество режимов быстрого преобразования Фурье (БПФ) (например, 1K, 2K, 4K, 8K, 16K и 32K), и преамбула P2 существует в каждом режиме БПФ. В цифровой широковещательной системе количество символов OFDM, переносящих преамбулу P2, определяют согласно каждому из режимов БПФ, и приведенная ниже таблица 1 иллюстрирует количество символов OFDM для каждого режима БПФ.

Обращаясь к таблице 1, преамбулу P2 передают в течение периода символа 16-OFDM в режиме БПФ 1K и в течение периода символа 1-OFDM в режимах БПФ 16K и 32K.

Схема TR уменьшения PAPR в преамбуле P2 цифровой широковещательной системы может использовать некоторые из поднесущих данных, через которые передают информацию сигнализации. При применении схемы TR важно, как производить резервируемые тоны, так как производительность уменьшения PAPR зависит от резервируемых тонов.

Таким образом, расположения резервируемых тонов в преамбуле P2 203 на Фиг.2 необходимо производить так, чтобы они не перекрывались с пилот-сигналом (или пилот-тонами) для оценки канала, и колебания, которые имеют импульсные характеристики, вызванные резервируемыми тонами, необходимо производить так, чтобы они подходили для уменьшения PAPR. Другими словами, расположения резервируемых тонов необходимо определять в уравнении (7) таким образом, чтобы p1pN-1 имели небольшие значения.

Количество и расположение резервируемых тонов для уменьшения PAPR преамбулы P2, предложенные настоящим изобретением, показаны в таблице 2 и таблице 3. Количество резервируемых тонов отличается в зависимости от размерности БПФ, резервируемые тоны производят так, чтобы они не перекрывались с пилот-сигналом (или пилот-тонами), и колебания, имеющие импульсные характеристики, производят так, чтобы они имели хорошую производительность уменьшения PAPR.

Таблица 2 показывает количество и индексы резервируемых тонов для режимов БПФ 1K, 2K и 4K, и таблица 3 показывает количество и индексы резервируемых тонов для режимов БПФ 8K, 16K и 32K.

Структура на Фиг.1 может использоваться в качестве передатчика, к которому применяют схему TR согласно варианту осуществления настоящего изобретения. В качестве одного из примеров, блок 120 резервирования тонов резервирует резервируемые тоны для передачи сигнала, имеющего импульсную характеристику, в расположениях поднесущих, которые не перекрываются с пилот-сигналом преамбулы в кадре (например, в расположениях поднесущей, ранее согласованных между передатчиком и приемником, как показано в таблице 2 и/или таблице 3 в соответствии с индексами резервируемых тонов для соответствующих режимов БПФ). В качестве другого примера структуры передатчика блок 120 резервирования тонов и градиентный блок 150 можно формировать как контроллер (не показан).

Фиг.4 иллюстрирует колебание, имеющее импульсную характеристику, преамбулы Р2 в цифровой широковещательной системе согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения. Производительность колебания, имеющего импульсную характеристику, может быть представлена с помощью отношения мощности p0 к самой высокой мощности среди мощностей p1 ~ pN-1 в уравнении (7). В данном случае p0 указывает первичный пик, в то время как самую высокую мощность среди остальных мощностей p1 ~ pN-1 называют вторичным пиком, который установлен ниже, чем первичный пик.

Приведенная ниже таблица 4 показывает вторичный пик для произведенных резервируемых тонов в таблице 2 и таблице 3.

Обращаясь к таблице 4, когда расположения резервируемых тонов для режимов БПФ 8K, 16K и 32K устанавливают, как показано в таблице 3, значительно уменьшаются значения вторичных пиков.

Варианты осуществления настоящего изобретения можно также осуществлять как считываемые компьютером коды на считываемом компьютером носителе записи. Считываемые компьютером носители записи включают в себя любое устройство хранения данных, на котором можно сохранять данные, которые могут после этого считываться компьютерной системой. Примеры считываемых компьютером носителей записи включают в себя постоянное запоминающее устройство (ROM), оперативную память (RAM), компакт-диск (CD ROM), магнитные ленты, гибкие диски, оптические устройства хранения данных и несущие колебания (такие как передача данных через Интернет через проводные или беспроводные тракты передачи), но не ограничены ими. Считываемые компьютером носители записи могут также быть распределены по связанным сетью компьютерным системам так, чтобы считываемый компьютером код хранился и исполнялся распределенным образом. Кроме того, функциональные программы, коды и кодовые сегменты для обеспечения настоящего изобретения могут быть легко созданы специалистами-программистами, к которым имеет отношение настоящее изобретение, в пределах объема изобретения.

Хотя изобретение показано и описано в отношении конкретных примерных вариантов его осуществления, специалистам будет понятно, что различные изменения в форме и подробностях могут быть сделаны, не отступая от объема изобретения, который определен посредством прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.