下一世代無線行動接取技術---子計畫四：同步、通道估計與內接收機設計(I)

Abstract

德籍學者麥爾（H. Meyr）將通訊接收機分為內部接收機與外部接收機兩大 部。內部接收機負責將接數的信號處理成一同步且失真最少的數位序列以便外部 接收機能正確的偵測出傳送的信號序列。在一典型的通訊環境中，內部接收機主 要得完成同步與通道估測並利用上兩項結果透過適當的信號處理，將調整後的數 位序列送到外部接收機做進一步處理。這邊所謂的同步，至少包含了載波（頻率 及相位）、符元（時序）與框（frame）的同步。較複雜的通訊系統如CDMA 系統 另外還包括了亂碼或跳頻碼的同步及複徑(multipath)環境中的路徑偵測、選擇與追 蹤。通道估測則涵蓋了增益控制(gain control)，信雜比與信號干擾比之估計、通道 的時域脈衝響應或頻域響應之估測、追蹤與等化。一般而言，一個無線接收機之 內部接收機的複雜度，耗電量大約佔整個接收機的60%至75%之間。為了簡化內 部接收機的運算，通常傳送信號會有個碼框(frame)的架構，每個碼框的前段放置 一些導引符元(pilot symbols)以及跟信號型態相關的資訊如編碼率、調變方式、以 及碼框長度等，這一段通稱為頭端(header)。後段才放置要傳送的數據。以IEEE 802.11a 的碼框結構為例，我們可以看到導引符元所組成的前奏(preamble)可用來 完成碼框偵測、增益控制、頻移粗調與微調、符元同步與通道估測等內部接收機 動作。由於這些導引符元已知，我們便無須費力去同時估測，大大簡化前述的這 些運算。 本子計劃的目的便在於配合其他子計劃所提出之信號型態（調變、編碼、展 頻、等技術）、載波數目、適應性法則與接取(access)方法來從事多天線無線寬頻系 統的內部接收機之設計。當然，我們瞭解，同步與通道估測等動作事實上是互相 關聯的。而內外接收機的劃分也不是那截然分明。以增益控制為例，在信號解調 前、後的估計方法、準確度要求不同，在中頻或基頻的方法與目的也不太一樣。 其功能、作用也隨著接收架構而有所變異。又如遞迴式的合併通道估計與解碼 (iterated joint channel estimation and decoding)及渦輪式偵測(turbo detection)都已超 越了這種內、外之分。以下茲分別簡述未來三年的研究重點。 .. 第一年-多通道多載波(MIMO-OFDM)系統之載波回復與碼框同步粗調 多通道多載波系統的載波回復，尤其是頻率估計的正確性對系統性能優劣扮 演相當重要的角色。同樣地，碼框同步的好壞也會嚴重地影響接收機性能。以往 最常使用的方式是利用保護區間(guard interval)循環前置(cyclic prefix)的性質來完 成頻移及碼框的同步，完全忽略這個區間可能的複徑或多用戶多天線干擾。其他 較複雜的方法也往往忽視通道衰退(fading)的效應。除了將這些實際的因素列入考 量之外，我們將針對多通道多載波系統提出低複雜度的盲蔽式(blind)及半盲蔽式 （有用到少部分的pilot symbols）合併頻率與符元（即碼框）同步的演算法則。