CN100477536C - 检测具有未知信号特征的消息的方法和装置 - Google Patents

Abstract

当在接收机端预先不知道某些信号特征(例如传输格式、速率)时检测接收序列的技术。在一种方法中，发送的消息的序列经接收，且对应许多发送消息的未知信号特征的假设，对许多经假设的消息的每个计算度量值。该度量值的计算基于推导的MAP度量以大致最大化经接收序列和假设消息间的联合后验概率。有最大度量值的经假设消息被选为发射消息。MAP度量的特定形式取决于用于将消息映射为对应序列的特定信令方案，且可能用于在W-CDMA系统内盲传输格式检测(BTFD)和IS-95 CDMA系统内的盲速率检测。

Description

检测具有未知信号特征的消息的方法和装置

相关申请的前后参照

该申请受益于美国临时专利申请号60264619，于2001年1月26提交，以及60265551，于2001年1月31日提交。

背景

领域

本发明一般涉及数据通信，更特定涉及当预先不知道消息的一个或多个信号特征而检测接收消息的技术。该技术可能用于W-CDMA系统内的盲传输格式检测(BTFD)以及IS-95 CDMA系统的盲速率检测。

背景

无线通信系统广泛用于提供不同类型的通信诸如声音、分组数据等等。这些系统可能基于码分多址(CDMA)、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)或一些其他多址技术。CDMA系统有优于其他系统的一定优势，包括增加系统容量。

为增强灵活性和更好利用可用的系统容量，一些通信系统使用支持许多不同速率或传输格式的信令方案发射数据。例如，在IS-95 CDMA系统，数据可能以四种可能的速率中任何一个传输(即全、半、四分之一以及八分之一速率)，基于要发射的数据量为每帧选择速率。特别是，数据可能在活动语音期间使用全速率发送而无声期间(即停顿)用八分之一发送。在W-CDMA系统中，数据可能使用许多支持的传输格式中的一种发射，这还是取决于发射的数据量。

为最小化杂项开销，不发送指明特定帧使用的特定速率或传输格式的信令。在该种情况下，接收机需要实现每个接收帧的“盲检测”以恢复被发送的数据。由于每个帧一般在有噪声的情况下被接收，可能会影响确定用于帧的可能速率或传输格式的能力。

由此可见，在技术领域内需要能准确检测接收帧的技术，其中预先未知帧的一个或多个信令特征(例如，速率或传输格式)。

概述

本发明的各个方面提供当对应接收序列的消息的某些信令特征(例如，传输格式，速率)预先在接收机端未知的情况下的检测接收序列的技术。该技术可能用于不同通信系统，其中消息可能使用支持多个可能传输格式、速率或其他参数种的一种的信令方案而被发送。在一方面，“MAP(最大后验)度量”被提供评估用于接收序列的不同假设。该MAP度量为了基于接收序列最大化某已被发送特定消息的后验概率，包括消息格式和内容。MAP度量的特定形式取决于用于将消息映射到对应序列的信令方案。用于W-CDMA系统的盲传输格式检测(BTFD)和IS-95 CDMA系统内的盲速率检测的MAP度量描述如下。

本发明的特定实施例提供对消息解码的方法，其中预先不知道消息的至少一个信令特征(例如传输格式、速率)。根据该方法，接收用于发射消息的序列，且对应对发射消息的未知信令特征而为被假设的许多消息中的每个计算度量值。基于以大致最大化被接收序列和被假设消息间的联合后验概率的而导出的度量计算该度量值。有最佳度量值的被假设消息然后被选择为发射消息。该度量一般基于用于将发射消息映射到序列的信令方案之上而经推导。

本发明还提供其他方法和装置(例如接收单元)以实现本发明的不同方面、实施例以及特征，如以下详述。

附图简述

通过下面提出的结合附图的详细描述，本发明的特征、性质和优点将变得更加明显，附图中相同的码元具有相同的标识，其中：

图1说明了用于W-CDMA系统的下行链路的信令方案；

图2A和2B是根据W-CDMA标准分别在基站和用户终端处对于下行链路数据传输的信号处理的图表；

图3根据本发明实施例在发射机处的消息的处理和在接收机处检测接收到的序列以恢复发射消息的图表；

图4是解调器实施例的框图，它用于用导频对接收到的数据码元解调以提供接收序列；以及

图5说明了由IS-95 CDMA标准定义的信令方案。

详细描述

根据本发明的一方面，MAP度量用来评估接收序列的不同假设。该度量用于基于接收序列最大化被发送的特定消息的后验概率。MAP的特定形式取决于用于将消息映射到对应序列的特定信令方案。为简明起见，MAP度量首先被推导并应用于W-CDMA系统内的盲传输格式检测，此后被推导和应用于IS-95CDMA系统的盲速率检测。

W-CDMA内的盲传输格式检测(BTFD)

图1说明了用于W-CDMA系统的下行链路的信令方案。传输源产生有二进制码元以及带有可变长度n_m的消息m，其中n_m∈{n₁，n₂，..n_M}，M是可能消息长度的总数，以及n_M是最大消息长度。每个消息m包括要从源传输的数据并可能是M种可能长度种的任一种。

消息m然后用二进制码元被映射到码字c并有可变长度n_c，其中n_c∈{f(n₁)，f(n₁)，...，f(n_M)}且f()是消息长度n_m的的单调函数。因此，在特定消息m和码字c间、在特定消息长度n_m和对应码字长度n_c有一对一映射。且函数f()可能与用于将消息编码以生成对应码字的(例如卷积或Turbo)码的码率相关。为简单起见，最大码字长度f(n_M)，对应最大消息长度n_M，记做N_C。

码字c此后映射到实值序列x并有固定长度N_C，如由使用在W-CDMA系统内的信令方案定义的。序列x可表达为：

$\underset{\‾}{x}=[x_1,x_2,...,x_{N_C}],$

x_i∈{+V，-V}   对于i≤n_c，及

x_i＝0          对于n_c＜i≤N_C    公式(1)

其中，+V和-V可以是任何互补实值。如在公式(1)中所示，序列x包括码字c内的n_c二进制码元中每个的实值(+V或-V)，其他则为零值(0)。另外，在序列x内的零加在序列的尾部。对那些对应x_i为零的码元位置，没有信号能量在信道上传输。

序列x然后在通信链路(例如有独立且等分布的零均值与σ²方差(即n～i.i.d.N(0，σ²))的加性白高斯噪声(AWGN)信道)上发送.该接收序列y在通过通信信道发送后可表示为：

y＝x+n    公式(2)

其中n为信道噪声。如在公式(2)中所示在接收序列y和对应发射序列x间、码字c和生成消息m间有一对一映射关系。然而，由于有信道噪声n，消息m使用哪种传输格式(即消息m的实际长度n_m)并不明显。

在另一方面，MAP度量用于检测接收序列y以确定对应的发射消息m。MAP度量基于接收序列y最大化已发送的特定消息m的联合后验概率P(m，y)。MAP度量可以用于计算接收序列y和已为序列y生成的M个被假设消息m中的每一个。有最佳度量值的被假设消息m然后被选为发射消息。

在一实施例中，用于检测序列y的MAP度量可表示为：

P(m，y)      ＝P(m)P(y|m)

lnP(m，y)    ＝lnP(m)+lnP(y|m)

MAP度量(m，y)＝度量1+度量2    公式(3)

公式(3)的第一个等式指明，联合后验概率P(m，y)等于发送的消息m的概率P(m)乘以消息m被发送条件下的接收序列

的概率P(y|m)。对第一等式取自然对数log(ln)将MAP度量分解为两个“子度量”的和(即度量1和2)。这些子度量的每个都分别在下面有推导。

可如下计算度量2：

$=\ln P(\underset{\‾}{n}=\underset{\‾}{y}-\underset{\‾}{x}|\underset{\‾}{x})$

$=\ln \left[\frac{1}{{\left({2\mathrm{\π\σ}}^2\right)}^{N_C/2}}\exp (-\frac{{|\underset{\‾}{y}-\underset{\‾}{x}|}^2}{{2\mathrm{\σ}}^2})\right]$

$=\left[\ln \frac{1}{{\left({2\mathrm{\π\σ}}^2\right)}^{N_C/2}}\right]-\left[\frac{{|\underset{\‾}{y}-\underset{\‾}{x}|}^2}{{2\mathrm{\σ}}^2}\right]$

公式(4)

公式(4)的第二个等式是给定发射序列x接收到信道噪声n的概率的替代。公式(4)的第三个等式基于AWGN信道的统计分析，这是技术领域已知的。在公式(4)中，最后等式的第一加项是不由消息m决定的常量。该项对于所有要经衡量的被评估的假设消息均相同，因此可被忽略。由此度量2被简化为：

$=-\frac{1}{{2\mathrm{\σ}}^2}\underset{i=1}{\overset{N_C}{\mathrm{\Σ}}}{(y_i-x_i)}^2$ y_i和x_i是y和x元素

$=-\frac{1}{{2\mathrm{\σ}}^2}[\underset{i=1}{\overset{n_c}{\mathrm{\Σ}}}{(y_i-x_i)}^2+\underset{i=n_c+1}{\overset{N_C}{\mathrm{\Σ}}}{(y_i-x_i)}^2]$

$=-\frac{1}{{2\mathrm{\σ}}^2}[\underset{i=1}{\overset{n_c}{\mathrm{\Σ}}}({y_i}^2-{2y}_i{x}_i+{x_i}^2)+\underset{i=n_c+1}{\overset{N_C}{\mathrm{\Σ}}}{y_i}^2]$

$=-\frac{1}{{2\mathrm{\σ}}^2}[\underset{i=1}{\overset{n_c}{\mathrm{\Σ}}}(-{2y}_i{x}_i+{x_i}^2)+\underset{i=1}{\overset{N_C}{\mathrm{\Σ}}}{y_i}^2]$

公式(5)

公式(5)的第三个等式将和分解为两部分，第一部分复盖1到n_c而第二部分复盖n_c+1到N_C，其中n_c为对应要评估的某特定被假设消息m码字c的长度。如在公式(1)中所示，由于对n_c＜i≤N_C，x_i＝0，第三个等式内的第二个和简化为第四等式内示出的第二个和。第五等式的项仅仅通过简单地重新安排和组合第四等式的项。

在公式(5)中，最后一个等式的第二加项是在最大消息长度N_C上的接收序列功率之和，且不取决于被假设的消息m。同样，由于该项对于所有要经被评估的被假设消息均相同，因此可被忽略。由此度量2进一步被简化为：

$=-\frac{1}{{2\mathrm{\σ}}^2}(\underset{i=1}{\overset{n_c}{\mathrm{\Σ}}}-{2y}_i{x}_i+\underset{i=1}{\overset{n_c}{\mathrm{\Σ}}}{V}^2)$

$=\left(\frac{1}{{\mathrm{\σ}}^2}\underset{i=1}{\overset{n_c}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{y}_i\right)-\left(\frac{n_c{V}^2}{{2\mathrm{\σ}}^2}\right)$

公式(6)

在公式(6)中，值得注意的是，最后等式的第一项与码字长度n_c的维特比解码器的能量度量成正比，且第二项与码字长度n_c成正比。

公式(3)内的度量1是消息m的源概率，可表示为：

度量1＝lnP(m)

为了简便，假设发射消息m的长度n_m从等概率(即P(n_m)＝1/M)的组{n₁，n₂，...，n_M}中选出，且发射消息m内的每比特以等概率被选择(即P(m_i)＝1/2for 1≤i≤n_m)。在该情况下，特定发射消息m的概率P(m)可表示为：

$P\left(m\right)=\frac{1}{M}\·\frac{1}{2^{n_m}}$

公式(7)

对源概率分布的假设是为简便之故，但如果已知MAP度量使用的特定应用中的附加信息(例如当在适应性多速率(AMR)帧上实现BTFD)，则可改进。但一般而言，不假设任何已知的应用。

度量1可表达为：

度量1＝-ln(M)-n_mln(2)    公式(8)

由于公式(8)的第一项为常量且不取决于消息m，它可被忽略。度量1可被简化表达为：

度量1＝-n_mln(2)          公式(9)

公式(3)内的完整的MAP度量可以基于公式(6)和(9)推导的度量1和度量2表示。忽略加性常量，完整的MAP度量可表示为：

公式(10)

对每个接收序列y，MAP度量可能为发射消息m的每个假设的传输格式而计算(即对应M个可能的消息长度对M个假设消息m中的每个计算一次)。有最大MAP度量值的假设消息m然后被选为发射消息。

假设源的消息长度和码元为等概率分布，用公式(10)给出的MAP度量检测消息m最大化了接收序列y的后验概率。对产生一个特定已知长度的消息m的源，公式(10)内的第二和第三项可被忽略，MAP度量简化为维特比解码器度量，这已知为最大化具有同等长度的码字的后验概率。因此，公式(10)内的MAP度量是维特比解码器度量的一般情况，且可能用于不等长码字且基于公式(1)示出的特定信令方案和图1。如图1示出，对该信令方案，固定长度N_C的发射序列基于变长n_c的码字c接着(即填补)(N_C-n_c)个零生成。

图2A是根据W-CDMA标准的下行链路数据传输的基站处的信号处理。W-CDMA的上信令层支持许多“传输”信道的进发传输，每个传输信道能为某特定通信携带数据(例如，声音、图像、数据等等)。提供给每个传输信道的数据是以模块提供给相应的传输信道处理部分210，这些模块称为传输模块。

在传输信道处理部分210内，每个传输模块用于计算模块212内的循环冗余校验(CRC)比特。CRC比特附在传输模块上，且在用户终端用于误差检测。许多CRC编码模块然后按序号在模块214内串连起来。如果连接后总比特数大于码模块的最大值，则比特被分为许多(等大小)的码模块。每个码模块在模块216内用特定的编码方案进行编码(例如卷积码、Turbo码)或完全不经编码以生成经编码的比特。

在模块218内，根据较高信令层分配的速率匹配属性对经编码的比特进行速率比配。在上行链路上，比特经重复或截断(即删除)使得要发射的比特数匹配可用比特位置数。在下行链路上，在模块220内未用的比特位置用不连续传输(DTX)比特填充。DTX比特指明何时关闭传输以及DTX比特实际未发送。

比特然后在模块222内根据特定交织方案进行交织以提供时间分集。根据W-CDMA标准，实现交织的时间间隔可以从一组可能的时间间隔中选择(即10msec、20msec、40msec或80msec)。当选择的交织间隔比10msec长时，在模块224内，间隔内的比特经分段且映射到相继的传输信道无线电帧上。每个传输信道无线电帧对应(10msec)无线电帧时段的传输。

所有活动传输信道处理部分210的无线电帧然后在模块232内按序列号多路复用成为经编码的复合传输信道(CCTrCH)。在模块234内，DTX比特可能被插到多路复用的无线电帧内使得要传输的比特数与用于数据传输的“物理”信道上的可用比特位置数匹配。在模块236内，如果使用多于一个物理信道，则比特在物理信道之间被分段。在模块238，对每个物理信道内的每个无线电帧时段内的比特然后被交织以提供附加时间分集。在模块240，经交织的物理信道无线电帧然后经映射到它们相应的物理信道。每个物理信道可能用于发射特定类型的数据。相继的信号处理以产生已调制信号以合适到用户终端的传输是技术领域内已知的技术，在此不作描述。

图2B是根据W-CDMA标准的下行链路数据传输在用户终端处的信号处理的图表。图2B示出的信号处理与图2A的示出互补。初始时，已调制的信号经接收、调节、数字化然后被处理以提供给用于数据传输的每个物理信道码元。每个码元有特定的分辨率(例如4比特)并对应一发射比特。在模块252内，每个物理信道的每个无线电帧时段码元被解交织。在模块254内串接来自所有物理信道来的经解交织的码元。从第一DTX插入来的码元形成了使接收序列y为固定长度N_C的填充比特。每个传输信道的无线电帧然后提供给相应的传输信道处理部分260。

在传输信道处理部分260内，在模块262中传输信道无线电帧被串接成“话务”。每个话务包括一个或多个传输信道无线电帧并对应在发射机单元处的被选择的交织间隔。在模块264内每个话务的码元被解交织，非发射码元在模块266内去掉。在模块268，反速率匹配(或解速率匹配)然后被实施以积累重复码元并对截除码元插入“擦除”。在模块270内，话务内的每个经编码模块然后被解码，然后在模块272经解码模块串接起来并分段成为相应传输模块。在模块274内每个传输模块使用CRC比特检验差错。

图3根据本发明的实施例，象征性说明从发射机(例如基站)到接收机(例如用户终端)的消息m的处理和传输，以及在接收机端接收序列y的检测以恢复发射消息m。图2A和图2B的一些信号处理(例如，交织、速率匹配、分段、多路传输等等)在图3内为简便之故略去。

长度n_m的源消息m(即传输信道信息比特)由编码器310接收，该编码器(1)将特定长度的CRC加到源消息m，(2)将(零值)尾比特加到消息m和CRC以产生格式化的消息，(3)使用特定卷积码和编码率对格式化消息编码，以及(4)基于特定速率匹配参数，重复或删除零或更多的经编码比特以产生长度n_c的速率匹配码字。从源消息m到码字c的映射由从W-CDMA系统支持的可能格式中为该消息选出的特定物理信道格式而确定。编码器310象征性地实现由图2A的部分210实现的处理。

码字c然后使用公式(1)的映射由信号映射元件314映射到实序列x。信号映射元件314象征性地实现图2A中示出的从模块232到240的处理，包括DTX指示在序列x内有效插入(N_C-n_c)个零的第二插入。序列x具有n_c的数据长度(在对应码字c内的n_c个编码比特)以及总长度N_C(对应用于发送消息m的物理信道帧的大小)。序列x然后在AWGN信道上(n～i.i.d.N(0，σ²))发射到用户终端。对W-CDMA系统，导频连同序列x经发射并为接收机使用以实现相干解调和信道估计。

在用户终端，经接收的导频和数据码元被解调器320解调以提供有N_C长度的接收序列y。N_C个“软”码元的接收序列y然后提供给解调器324以及信号和噪声估计器326。

解码器324实现与编码器310互补的处理(即解速率匹配、卷积解码以及CRC校验)。解码器324在接收序列y上实现与编码器实现的速率匹配互补的解速率匹配，并提供码元序列以实现卷积解码。特别是，解码器324对截除编码比特插入删除并积累被重复编码的比特。卷积解码可能用维特比解码器实现，它基于长度n_c的假设(即对应要发射消息m的M中可能长度的M种假设)试图对接收序列y解码。对每种假设，解码器324提供维特比解码度量，可由以下公式(14)示出的来表示。解码器324进一步接收从MAP度量计算器328(例如

)来的控制信号，该信号指明M个假设中的哪个是最好的。解码器324然后提供对应最佳假设的解码消息

信号和噪声估计器326估计信号大小V以及接收序列y的噪声方差σ²。估计器326然后将这些估计提供给MAP度量计算器328，它使用这些估计以为每个假设推导MAP度量。对V和σ²的估计可能如下述推导。

公式(10)示出的MAP度量的变量(复制如下)与W-CDMA系统内的参数以以下方式相关：

其中

n_c是对正被估计的传输格式假设m在码字c内的比特数(在发射机端速率匹配之后)；

x_i是基于公式(3)码字c的比特映射到实值{+V，-V，0}产生的序列(在速率匹配之后)，并且也是在没有噪声情况下(即n＝0)提供给解码器324的软码元序列；

y_i是提供给解码器324的接收的软码元序列；且n_m是被评估的传输格式的长度。

在接收端，由于这些是随机参数，参数V和σ²的值被估计。这些参数可能基于从前向功率控制(FPC)机制推导出的信息而被估计，该机制是调整下行链路数据传输的发射功率的，使得达到性能的特定要求，在一目标信噪加干扰比(SNR)(即设置点)上接收该发射功率。

图4是解调器320实施例的框图，它用于用导频对接收到的数据码元解调以提供接收序列y。在W-CDMA系统的下行链路中，导频连同数据一起被发射以帮助接收机解调发射信号。接受的导频码元(能量为E_p)提供给解调器320内的导频处理器412a，且被接收的数据码元(能量为E_s)加上信道噪声(每码元方差为N_t)提供给数据处理器412b。每个处理器412处理相应的接收码元以提供处理后码元。处理可能包括，例如自动增益控制(AGC)、缩放比例、滤波等。接收导频码元的有效增益可以表达为(α_p)^1/2接收数据码元的有效增益可表达为(α_s)^1/2。

相干解调器416然后用经处理的导频码元接收并相干解调经处理的数据码元以提供接收序列y。相干解调为技术领域内已知技术在此不作描述。解调器324还接收序列y并提供对应为发射消息m假设的不同传输模式的假设的码字c。解码器324还进行图3中信号映射元件314的互补功能，从接收序列y中移去(N_C-n_c)个零以提供码字c。信噪估计器326还接收序列y并提供参数V和σ²的估计。

在一实施例中，V的估计

和σ²的估计可以表达为：

$\hat{V}=\sqrt{{\mathrm{\α}}_s{\hat{E}}_s}\sqrt{{\mathrm{\α}}_p{\hat{E}}_p}$ 及

               公式(11)

${\widehat{\mathrm{\σ}}}^2={\mathrm{\α}}_s{\hat{N}}_t{\mathrm{\α}}_p{\hat{E}}_p$

公式(12)

其中

是提供给解码器324的每个码元的信号分量的估计能量；

是提供给解码器324的每个码元导频分量的估计能量；以及

是提供给解码器324的每个码元估计噪声方差。

在公式(11)和(12)内引入缩放因子α_s和α_p以使得E_s、E_p和N_t与一般常规一致(即每码元信号能量E_s，每码元导频能量E_p以及每码元噪声方差N_t，所有参考接收机的输入)。要注意的是公式(11)和(12)的公式并不一定需要应用于数据码元、噪声以及导频的缩放因子α_s和α_p的显式了解。而只需要在解码器324(已包括缩放因子α_s和α_p)输入端接收的序列y的分量

和

分量的估计。

一种可能噪声和信号估计器326的实现如下。V的估计可能通过在特定时间间隔上(以去掉有零均值的噪声分量)对接收序列y取平均而推导得到。σ²的估计可以由对接收序列y的能量变化取平均而推导的。

使用公式(11)和(12)示出的V和σ²估计，公式(10)示出的MAP度量可表示为：

$=\left(\frac{1}{{\mathrm{\σ}}^2}\underset{i=1}{\overset{n_c}{\mathrm{\Σ}}}{(\±1)}_i{\mathrm{Vy}}_i\right)-\left(\frac{n_c{V}^2}{{2\mathrm{\σ}}^2}\right)-n_m\ln \left(2\right)$

$\≈\left(\frac{1}{{\widehat{\mathrm{\σ}}}^2}\underset{i=1}{\overset{n_c}{\mathrm{\Σ}}}{(\±1)}_i\hat{V}\frac{y_i^{\′}}{\mathrm{\β}}\right)-\left(\frac{n_c{\hat{V}}^2}{2{\widehat{\mathrm{\σ}}}^2}\right)-n_m\ln \left(2\right)$

$\≈\left(\frac{\hat{V}}{\mathrm{\β}{\widehat{\mathrm{\σ}}}^2}\underset{i=1}{\overset{n_c}{\mathrm{\Σ}}}{(\±1)}_i{y}_i^{\′}\right)-\left(\frac{n_c{\hat{V}}^2}{2{\widehat{\mathrm{\σ}}}^2}\right)-n_m\ln \left(2\right)$

$\≈\frac{\left(\sqrt{{\mathrm{\α}}_s{\hat{E}}_s{\mathrm{\α}}_p{\hat{E}}_p}\right)}{\mathrm{\β}\left({\mathrm{\α}}_s{\hat{N}}_t{\mathrm{\α}}_p{\hat{E}}_p\right)}{E}_{\mathrm{VD}}\left(n_c\right)-\frac{n_c{\left(\sqrt{{\mathrm{\α}}_s{\hat{E}}_s{\mathrm{\α}}_p{\hat{E}}_p}\right)}^2}{{2\mathrm{\α}}_s{\hat{N}}_t{\mathrm{\α}}_p{\hat{E}}_p}-n_m\ln \left(2\right)$

公式(13)

其中β是用于解码前为由维特比解码器接收的码元使用的缩放因子，E_VD(n_c)是维特比解码器对假设的长度n_c的码字计算的能量。维特比解码器能量E_VD(n_c)可表示为：

$E_{\mathrm{VD}}\left(n_c\right)=\underset{i=1}{\overset{n_c}{\mathrm{\Σ}}}{(\±1)}_i{y}_i^{\′}$

公式(14)

其中(±1)_i是对应为某特定格式假设的被解码消息的最大似然估计的编码比特的序列(即码字)

解码器324提供了经缩放的速率匹配序列y′并实现解速率匹配和卷积解码(速率匹配(即重复或删除)可视作另一种编码)。解码器324还接受被估计的假设格式的指示。解码器324内的维特比解码器然后基于假设的格式对序列y解码并提供最有可能以该被假设格式发送的消息m(即最大似然序列)。解码器324还为每个被假设的格式提供维特比解码器能量E_VD(n_c)，这可由以下推导，(1)重新对经解码序列m编码以为所假设的格式产生已编码比特的重新编码序列(±1)_i，以及(2)在所假设的长度n_c上将解码序列(±1)_i与接收序列y相关。然而，维特比解码器能量E_VD(n_c)，还可能是维特比解码过程的副产品且不需要对已解码消息m重新编码而计算的。

如在公式(10)和(13)内所示，每个经假设传输格式的MAP度量(即长度n_m的消息m以及相应的长度n_c的码字c)取决于许多变量包括(1)维特比解码器能量E_VD(n_c)(2)信号估计

(3)噪声方差估计

以及(4)假设的消息和码字长度n_m和n_c。这些项(除了噪声方差)取决于特定被评估的传输格式假设。然而，为简明之便，公式(10)内的不同变量可以近似，这是在本发明范围之内。例如，最大信号估计

可能用于所有假设的传输格式。

公式(10)代表公式(1)和图1示出的信令方案的MAP度量的一般形式。该MAP度量可能用于W-CDMA系统。图3和图4还示出在W-CDMA系统内用MAP度量以实现盲传输格式检测的特定实现。可以考虑其他在本发明范围内的实现。

IS-95 CDMA内的盲速率检测

图5说明了由IS-95 CDMA标准定义的信令方案。传输源产生具有二进制码元的消息m并有变长度n_m，其中n_m∈{n₁，n₂，...，n_M}，M为可能消息长度的总数，n_M是最大信息长度。与每个消息相关的是速率参数R，可取1、1/2、1/4或1/8。

消息m随后被映射到带二进制码元和有固定长度N_C的码字c。码字c因此被映射到实值的序列x并且也具有固定长度N_C使得：

$\underset{\‾}{x}=[x_1,x_2,...,x_{N_C}]$ ，及

$x_i\∈\{+\sqrt{R}V,-\sqrt{R}V\}$

                       公式(15)

其中R是速率参数而V是实值。如在公式(15)中所示，序列x包括码字c内的N_C个二进制信号的每个的实值，该实值由速率R的方根缩放。在低速率(即1/2、1/4和1/8)码字c内的码元发送1/R次，且尺度比例

用于获得在积累(1/R)重复码元后在接收机端每码元有近似类似能量。

序列x然后在AWGN信道上(n～i.i.d.N(0，σ²))发送。通过通信信道传输后的接收序列可表示为：

y＝x+n

用MAP度量以检测接收序列y以确定对应的发射消息m。该MAP度量基于接收序列y最大化已发送的特定消息m的联合后验概率P(m，y)。该MAP度量可能表示为如公式(3)所示且可能分解为度量1和2。

度量2可如公式(4)示出计算。在公式(4)中，最后等式的第一加项是不由消息m决定的常量。该项对于所有要被评估的假设消息均相同，因此可被忽略。由此度量2经简化为：

$=-\frac{1}{{2\mathrm{\σ}}^2}\underset{i=1}{\overset{N_C}{\mathrm{\Σ}}}{(y_i-x_i)}^2$ y_i和x_i是y和x元素

$=-\frac{1}{2{\mathrm{\σ}}^2}\left[\underset{i=1}{\overset{N_C}{\mathrm{\Σ}}}({y_i}^2-{2y}_i{x}_i+{x_i}^2)\right]$

$=-\frac{1}{{2\mathrm{\σ}}^2}\underset{i=1}{\overset{N_C}{\mathrm{\Σ}}}{y_i}^2-\frac{1}{{2\mathrm{\σ}}^2}\underset{i=1}{\overset{N_C}{\mathrm{\Σ}}}(-{2y}_i{x}_i+{x_i}^2)$

公式(16)

在公式(16)中，最后一个等式的第一加项不取决于消息m。因此可被忽略。由此度量2进一步经简化为：

$=-\frac{1}{{2\mathrm{\σ}}^2}(\underset{i=1}{\overset{N_C}{\mathrm{\Σ}}}-{2y}_i{x}_i+\underset{i=1}{\overset{N_C}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{RV}}^2)$

$=\left(\frac{1}{{\mathrm{\σ}}^2}\underset{i=1}{\overset{N_C}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{y}_i\right)-\left(\frac{N_C{\mathrm{RV}}^2}{{2\mathrm{\σ}}^2}\right)$

公式(17)

在公式(17)中，值得注意的是，最后等式的第一项与维特比解码器的能量度量成正比。该项对不同的经假设速率R将不同，这是由于在假设间的编码类型(当重复被视作一种形式的编码时)是不同的。且第二项与速率R成正比。

度量1，是消息m的自然对数，可如公式(3)表示。为了简便，假设发射消息m的长度n_m从等概率(即P(n_m)＝1/M)的组{n₁，n₂，...，n_M}中选出，且发射消息m内的每比特按等概率选择(即P(m_i)＝1/2 for 1≤i≤n_m)。在该情况下，特定发射消息m的概率P(m)可表示为公式(7)所示。如果对使用度量MAP的特定应用中的附加信息已知，则可改进源概率分布的假设。但一般而言，不假设任何已知的应用。

度量1可被表示为如公式(8)所示，且可如公式(9)所示出被简化，这是因为项ln(M)为常量且不取决于消息m。

公式(3)内的为盲速率检测的完整MAP度量可以基于公式(17)和(9)推导被表示。忽略加性常量，完整的MAP度量可表示为：

公式(18)

对每个接收序列y，MAP度量可能为发射消息m的每个假设速率而计算(即四个可能速率的每个进行一次计算)。带最大MAP度量值的假设消息m被选为发射消息。用公式(18)给出的MAP度量检测消息m最大化了接收信号y的后验概率，假设在源的可能速率R和码元上为等概率分布。

为实现公式(21)中所示的盲速率检测的MAP度量，第一项如上所述可由维特比解码器确定。第二项取决于假设的速率R、对应全速率帧的信号幅度V，以及噪声方差σ²。信号幅度V以及噪声方差σ²可如上述类似地被估计。

接收机的元件，诸如图3和图4示出的，可以用一个或多个数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、处理器、微处理器、控制器、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件、或其他电子元件或用于执行这里所述功能而被设计的器件的任意组合。在此描述的一些功能和处理还可以用在处理器上执行的软件实现。本发明的一些方面还可以用软件和硬件的组合实现。例如，MAP的计算、信号幅度V和噪声方差σ²的估计以及其他功能，可能基于在处理器上执行的程序代码来实现(可能还用于实现图3的MAP度量计算器)。

标题在此作参考用以方便某些部分的定位。标题不是为了限制本发明在此描述的概念，这些概念可能在整个申请的其他部分均有应用。

上述优选实施例的描述使本领域的技术人员能制造或使用本发明。这些实施例的各种修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的，这里定义的一般原理可以被应用于其它实施例中而不使用创造能力。因此，本发明并不限于这里示出的实施例，而要符合与这里揭示的原理和新颖特征一致的最宽泛的范围。

Claims (26)

1.一种使对盲传输格式检测BTFD的不等长和不等后验概率的消息进行解码的误差概率最小的方法，其特征在于，它包括：

接收预选传输格式特征的输入流；

计算所述输入流的每种可能的传输格式的度量，包括所述预选传输格式；以及

根据经计算的度量中最佳的一个确定预选的传输格式，

其中，所述度量为下述函数：

$\frac{\left(\sqrt{{\mathrm{\α}}_s{\hat{E}}_s{\mathrm{\α}}_p{\hat{E}}_p}\right)}{\mathrm{\β}\left({\mathrm{\α}}_s{\hat{N}}_t{\mathrm{\α}}_p{\hat{E}}_p\right)}{E}_{\mathrm{VD}}\left(n_c\right)-\frac{n_c{\left(\sqrt{{\mathrm{\α}}_s{\hat{E}}_s{\mathrm{\α}}_p{\hat{E}}_p}\right)}^2}{2{\mathrm{\α}}_s{\hat{N}}_t{\mathrm{\α}}_p{\hat{E}}_p}-n_m\ln \left(2\right)$

其中，

是所述输入流内每个码元的信号分量的估计能量，

是所述输入流内每个码元的导频分量的估计能量，

是所述输入流内每个码元估计噪声方差，

β是由维特比解码器使用的缩放因子，

n_m是对应考虑的传输格式的消息长度，

n_c是对应考虑的传输格式的码字长度，

E_VD(n_c)是经假设的长度n_c的码字由维特比解码器计算的能量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述BTFD在CDMA系统内。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述CDMA系统为WCDMA系统。

4.一种对消息进行解码的方法，其中，所述消息的至少一个信号特征不是先验已知的，其特征在于，该方法包括：

接收发送的消息的序列；

计算多个假设消息中每一个的度量值，所述多个假设消息对应于所述发送的消息的至少一个未知信号特征的多个假设；以及

选择具有最佳度量值的假设消息作为所述发送的消息，

其中，所述度量表达式为：

其中，

m是被评估的假设消息，

x_i是对应于被评估的假设消息的所发送序列的值，

y_i是所接收的序列的值，

n_m是被评估的假设消息长度，

n_c是对应于被评估的假设消息的码字长度，

V是对应于所接收序列的发送序列的幅度，以及

σ²是所接收序列经发射的信道内的噪声方差。

5.一种对消息进行解码的方法，其中，所述消息的至少一个信号特征不是先验已知的，其特征在于，该方法包括：

接收发送的消息的序列；

计算多个假设消息中每一个的度量值，所述多个假设消息对应于所述发送的消息的至少一个未知信号特征的多个假设；以及

选择具有最佳度量值的假设消息作为所述发送的消息，

其中，所述度量表述为：

其中，

m是被评估的假设消息，

x_i是对应于被评估的假设消息的所发送序列的值，

y_i是所接收的序列的值，

n_m是被评估的假设消息的长度，

N_c是对应于被评估的假设消息的码字长度，

R是速率参数，

V是对应于所接收序列的发送序列的幅度，以及

σ²是所接收序列经发射的信道内的噪声方差。

6.一种对消息进行解码的方法，其中，所述消息的至少一个信号特征不是先验已知的，其特征在于，该方法包括：

接收发送的消息的序列；

计算多个假设消息中每一个的度量值，所述多个假设消息对应于所述发送的消息的至少一个未知信号特征的多个假设；以及

选择具有最佳度量值的假设消息作为所述发送的消息，

其中，所述度量表述为：

度量＝f₁(E_VD)-f₂(E_C)-f₃(n_m)

其中，

E_VD是通过将所接收序列与对被评估的假设消息进行重新编码后生成的序列进行相关而导出的能量，

E_C是与对应于所接收序列的发送序列有关的能量，

n_m是被评估的假设消息的长度，以及

f₁()、f₂()和f₃()代表括号内变元的函数。

7.一种对消息进行解码的方法，其中，所述消息的至少一个信号特征不是先验已知的，其特征在于，该方法包括：

接收发送的消息的序列；

计算对应于所述发送的消息的至少一个未知信号特征的多个假设的多个假设消息中每一个的度量值；以及

选择具有最佳度量值的假设消息作为所述发送的消息，

其中，至少一个未知信号特征涉及所述发送的消息的传输格式，并且

其中，所述度量包括第一项，它代表通过将所接收序列与对应于被评估的假设消息的序列进行相关而导出的能量。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一项由用于对每个假设消息进行解码的维特比解码器导出。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述度量包括一个第二项，它具有用于每个未知信号特征的变量。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述未知信号特征包括对应于被评估的假设消息的码序列的长度。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述未知信号特征包括用于被评估的假设消息的速率。

12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述度量包括一个第三项，它具有对应于被评估的假设消息的长度的变量。

13.一种无线通信系统内的接收机单元，其特征在于，它包括：

解调器，用以接收和处理输入采样以导出接收的码元序列，并进一步根据所接收序列且对应于从所接收序列恢复的发送消息的至少一个未知信令特征的多个假设，导出和提供多个假设序列；

解码器，耦合到解调器，并用以对每个假设序列进行解码，以提供相应的解码消息；以及

度量计算器，它与所述解调器和解码器耦合，并用来计算每个假设序列的度量值，其中，所述度量值是根据从通过将所接收序列与对被评估的假设消息进行重新编码后生成的序列进行相关而导出的能量推导出的度量计算的，并进一步选择与一最佳度量值相关的解码消息，作为所述发送消息，

其中，所述解调器包括：

导频处理器，用以接收和处理所述输入采样，以提供导频码元，

数据处理器，用以接收和处理所述输入采样，以提供数据码元，

相干解调器，它与导频和数据处理器耦合，并用于采用所述导频码元对所述数据码元进行相干解调，以提供所接收的码元序列。

14.如权利要求13所述的接收机，其特征在于，所述解码器为维特比解码器。

15.一种无线通信系统内的接收机单元，其特征在于，它包括：

解调器，用以接收和处理输入采样以导出接收的码元序列，并进一步根据所接收序列且对应于从所接收序列恢复的发送消息的至少一个未知信令特征的多个假设，导出和提供多个假设序列；

解码器，耦合到解调器，并用以对每个假设序列进行解码，以提供相应的解码消息；以及

度量计算器，它与所述解调器和解码器耦合，并用来计算每个假设序列的度量值，其中，所述度量值是根据从通过将所接收序列与对被评估的假设消息进行重新编码后生成的序列进行相关而导出的能量推导出的度量计算的，并进一步选择与一最佳度量值相关的解码消息，作为所述发送消息，

还包括：

信号和噪声估计器，它与所述解调器耦合，并用以估计对应于所接收序列的发送序列内的码元的信号幅度，并进一步估计所接收序列内的噪声方差。

16.如权利要求15所述的接收机单元，其特征在于，所述解码器为维特比解码器。

17.一种用于无线通信系统中的设备，其特征在于，该设备包括：

接收机，用于接收发送的消息的序列；

度量计算器，用于计算多个假设消息中每一个的度量值，所述多个假设消息对应于所述发送的消息的至少一个未知信号特征的多个假设，其中，所述度量值是通过将所接收序列与对被评估的假设消息进行重新编码后生成的序列进行相关而导出的能量的函数；

所述设备还配置为选择具有最佳度量值的假设消息作为所述发送的消息。

18.如权利要求17所述的设备，其特征在于，所述度量值中的所述能量还由所接收序列经发射的信道内的噪声方差的反函数加权。

19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述度量值还是与对应于所接收序列的发送序列有关的能量的函数。

20.如权利要求19所述的设备，其特征在于，所述度量值还是被评估的假设消息的长度的函数。

21.如权利要求17所述的设备，其特征在于，所述度量值中的所述能量是从用于对每个假设消息进行解码的维特比解码器推导出的。

22.一种在无线通信系统中对消息进行解码的方法，其特征在于，该方法包括：

接收发送的消息的序列；

计算多个假设消息中每一个的度量值，所述多个假设消息对应于所述发送的消息的至少一个未知信号特征的多个假设，其中，所述度量值是通过将所接收序列与对被评估的假设消息进行重新编码后生成的序列进行相关而导出的能量的函数；以及

选择具有最佳度量值的假设消息作为所述发送的消息。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述度量值中的所述能量还由所接收序列经发射的信道内的噪声方差的反函数加权。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述度量值还是与对应于所接收序列的发送序列有关的能量的函数。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述度量值还是被评估的假设消息的长度的函数。

26.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述度量值中的所述能量是从用于对每个假设消息进行解码的维特比解码器推导出的。

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