CN101120515B - 估计调幅通信信号的增益偏差的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种估计调幅通信信号的增益偏差的方法和装置。处理调幅通信信号的方法包括以下步骤:将基于将根据与所述通信信号相关联地接收的基准信号而得知或确定的值关联到所述通信信号与所述基准信号之间的增益偏差来确定所述增益偏差,所述基准信号例如是导频信号。例如,在无线通信接收器的至少一个实施方式中,一个或更多个处理电路被构造成基于估计通信符号的平均量和信噪比来计算所述增益偏差。可以利用根据所述基准信号计算出的软组合权重来估计接收通信符号,可以按同样的方式估计信噪比。利用这样确定的增益偏差,可以对所述估计通信符号进行合适的缩放用于后续处理,例如,用于恢复通信信号数据的对数似然比处理。
Description
技术领域
本发明总体上涉及通信信号处理,具体涉及对调幅通信信号的处理。
背景技术
典型无线通信系统中使用的通信信号一般通过对它们的频率、或相位、或振幅、或这些参数的某些组合的时变调制来传送信息。例如,宽带码分多址(W-CDMA)标准限定了高速下行链路信道,过去将其称为高速下行链路分组接入(HSDPA)信道,而最近将其称为高速下行链路共享信道(HS-DSCH)。HS-DSCH上的传输根据所需的数据速率而使用正交相移键控(QPSK)或者16进制正交振幅调制(16QAM)。
在接收器处,turbo解码通常至少用于对根据16QAM格式调制的通信符号进行解码。由于turbo解码依赖于具有准确的“软”符号信息,因此接收调幅通信符号带来了巨大的信号处理挑战。更具体地说,接收器通常必须具有针对接收通信信号的振幅基准,使得可以恰当地参考所接收到的通信信号的振幅来进行符号检测和软信息确定。
可以通过向接收器发送附加信息来获得接收通信信号的振幅基准,但是该方法所需的附加信令开销表现出这种方案的缺点之一。用于确定所述通信信号的振幅基准的其他方法包括相对复杂的计算,并且/或者包括与通信信号和导频信号有关的假设值或模拟值。在第一种情况下,保持合理准确的振幅基准给接收器的信号处理单元带来了巨大的计算开销。在第二种情况下,由接收器计算出的振幅基准与假设值或模拟值的准确性或适当性一样。
当然,上述挑战不限于基于WCDMA的通信网络或16QAM信号格式。例如,在基于CDMA2000的系统的情况下,至少对于由CDMA2000空中接口标准所限定的特定信令格式,可能出现类似的挑战。更普遍地说,所有适合于对具有较高阶振幅调制格式的信号进行解调、或者适合于需要软值信息来进行准确的符号解码的高数据速率应用的接收器均需要确定准确的振幅基准的能力。
发明内容
在本发明的至少一个实施方式中,诸如移动台或其他类型的便携式终端的无线通信接收器基于将通信信号与接收基准信号之间的增益偏差关联到根据该基准信号而得知或计算出的值来实现一种处理调幅通信信号的方法。例如,所述基准信号可以是以恒定功率传输的导频信号。因此,在一个方面中,一种处理通信信号的方法包括以下步骤:基于估计通信符号的平均量和根据基准信号而确定的第一信噪比来计算所述通信信号与所述基准信号之间的增益偏差。然后,可以基于所述增益偏差对所述估计通信符号进行缩放以获得用于后续处理的经缩放的估计通信符号。以这种方式进行的缩放“校正”了估计通信符号的软值信息,因此提高了后续解码性能。
根据上述方法或其变型,可以通过利用根据所述基准信号而确定的软组合权重对所述通信信号的解扩值进行组合来产生所述估计通信符号。更具体地说,产生所述估计通信符号的步骤可以包括以下步骤:根据所述基准信号确定信道估计和噪声相关;作为所述噪声相关和所述信道估计的函数来产生所述软组合权重;以及利用所述软组合权重对在所述基准信号的一个或更多个符号个数上所取的通信信号的解扩值进行组合以获得所述估计通信符号。注意在无线通信接收器的RAKE接收器实施方式中,用于组合权重确定的信道估计和噪声相关的确定表示针对这里所教示的在计算上有效的增益偏差确定方法而采用的正在进行的信号处理操作。
在这些方法的一个实施方式中,将所述增益偏差与根据所述基准信号(例如,导频信号)而得知的值或可从所述基准信号导出的值相关联的步骤包括以下步骤:将所述估计通信符号的所述平均量和根据所述基准信号而确定的所述第一信噪比与所述增益偏差相关联。更具体地说,所述接收器被构造成将未知增益偏差表示为一差值除以所述第一信噪比的平方所得商的平方根,所述差值被计算为所述估计通信符号的所述平均量减去所述第一信噪比。该计算表达式利用了根据基准信号计算出的用于对通信信号的解扩值进行RAKE组合以获得估计通信符号的软组合权重,还利用了可以对基准信号进行的信噪比计算。
因此,无线通信接收器的一个或更多个实施方式包括一个或更多个处理电路,所述一个或更多个处理电路被构造成:基于估计通信符号的平均量和根据基准信号而确定的第一信噪比来计算通信信号与所述基准信号之间的增益偏差;并且基于所述增益偏差对所述估计通信符号进行缩放以获得用于后续处理的经缩放的估计通信符号。同样的处理电路可以被构造成基于根据所述基准信号而确定的软组合权重来产生所述通信信号的所述估计通信符号,或者可以将这些处理电路与被构造成提供用于缩放的估计通信符号的电路相关联。
作为非限制性示例,可以在RAKE接收器电路与解码电路之间的信号处理路径中设置增益补偿电路。所述RAKE接收器电路可以被构造成产生所述基准信号和所述通信信号的解扩值,并使用所述基准信号的所述解扩值来估计信道、产生软组合权重、并进行初始信噪比计算。然后,可以使用所述软组合权重来估计接收通信信道符号,然后,所述增益补偿电路利用所述软组合权重和所述初始信噪比估计来计算所述基准信号与所述通信信号之间的增益偏差。
尽管这种方法和装置不限于W-CDMA实施方式,但是基准信号可以包括W-CDMA导频信号并且通信信号可以包括采用16QAM格式或者某种其他调幅格式传输的HS-DSCH信号。同样,在至少一个实施方式中,无线通信接收器包括移动台,该移动台包括被构造成根据上述方法或其变型来实现增益偏差计算的硬件和/或软件(例如,存储在存储器中的程序指令)。
当然应当理解,本发明不限于上述特征和优点。事实上,本领域技术人员在阅读以下详细论述并观看附图时将认识到其他特征和优点。
附图说明
图1是被构造成计算调幅通信信号和与该通信信号相关联地接收到的基准信号之间的增益偏差的无线通信接收器的一个实施方式的框图。
图2是用于图1的无线通信接收器中的包括RAKE接收器处理单元的接收器电路的一个实施方式的框图。
图3是可以由增益补偿电路实现的增益偏差计算的一个实施方式的逻辑流程图。
图4是例如可以由图1的无线通信接收器实现的包括增益补偿计算的整体接收信号处理的一个实施方式的逻辑流程图。
具体实施方式
图1是被构造成计算经调幅的接收通信信号与以恒定功率传输的接收基准信号之间的增益偏差的无线通信接收器10的实施方式的框图。如这里所使用的,术语“通信信号”广义上是指传送控制数据、用户数据等的任意调制信息信号。作为非限制性示例,接收器10实际上可以包含既包括接收器功能又包括发送器功能的便携式通信设备,并且可以根据其预期用途而提供附加用户接口功能。
例如,在一个实施方式中,无线通信接收器10包括被构造成用于基于W-CDMA标准的无线通信网络中的移动台或者其他类型的便携式通信设备或手持设备。因此,在无线通信接收器10处接收到的基准信号可以包括以恒定功率传输的公共导频信道(C-PICH)信号,在无线通信接收器10处接收到的通信信号可以包括以相对于C-PICH可变的增益偏差传输的HS-DSCH信号。在至少一个实施方式中,该基准信号携带根据16QAM格式调制的通信符号。
考虑这些实施例,所例示的无线通信接收器10的实施方式包括:发送/接收天线组件12、开关(和/或双工器)单元14、接收器电路16、发送器电路18、系统控制器22、一个或更多个输入/输出(I/O)接口电路24、麦克风26、扬声器28、键盘30和显示屏32。接收器电路16可以包括模拟电路和数字电路的混合,并且在至少一个实施方式中包括基带数字信号处理电路。类似的是,发送器电路18可以包括模拟电路和数字电路的混合,并且在至少一个实施方式中包括基带数字信号处理电路。
系统控制器22可以包括微处理器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或其他数字逻辑电路,并且可以分别与接收器电路16的基带处理电路和发送器电路18的基带处理电路分开地实现该系统控制器22,或者可以与这些电路结合起来。在任一情况下,应该理解,无线通信接收器10通常包括用于存储默认参数、规定信息以及用于系统控制、信号处理等的程序指令的一个或更多个存储器件。
图2提供了接收器电路16的一个实施方式的更详细的框图,其中,接收器电路16包括接收器前端40、通信信号解扩器电路42、基准信号解扩器电路44、信道估计电路46、组合权重生成器48、组合电路50、增益补偿电路52以及解码电路54。并非所例示的处理单元的所有操作细节都与理解由增益补偿电路52所执行的增益补偿密切相关,但是这对于快速地步过接收器电路的整体信号处理操作可能是有帮助的。
在至少一个实施方式中,接收作为具有独立编码信道分量的复合CDMA信号的基准信号和通信信号。根据需要,通常由接收器前端电路40对该复合信号进行滤波和放大,并将其转换成数字采样流。将这些数字采样作为输入分别提供给通信信号解扩电路42和基准信号解扩电路44。
基准信号解扩电路44包括通常可以与接收复合信号的一个或更多个多路延迟分量对准的一个或更多个相关器。通过使用基准信号的Walsh码(例如,导频信道码),解扩电路44输出基准信号的解扩值,信道估计电路46利用该解扩值来产生传播信道的估计,并且组合权重生成器48利用该解扩值来生成软组合权重。
接收器电路16可以被构造成作为“广义”RAKE接收器(G-RAKE)进行操作。更具体地说,组合权重生成器48可以被构造成根据G-RAKE接收器处理进行操作,其中,软组合权重的生成考虑了解扩电路42的各个相关器之间的噪声互相关,使得这些软组合权重作为RAKE组合操作的一部分影响干扰抑制。在另一实施方式中,组合权重生成器48被构造成根据“RAKE+”(RAKE“加”)接收器处理进行操作,其中,软组合权重的生成考虑了噪声功率统计(即,与解扩电路42中的相关器组相对应的噪声相关矩阵的对角元素)。关于RAKE接收器中的干扰抑制和噪声抑制的更详细的背景信息,可以参见Wang等人于1999年6月25日提交的09/344899号美国专利申请和Bottomley于1998年10月2日提交的09/165647号美国专利申请。
组合电路50利用由组合权重生成器48生成的软组合权重对由解扩电路42的相关器输出的通信信号的解扩值进行组合,并且输出包括在通信信号中接收到的通信符号的估计的RAKE组合采样值。因此,解扩电路42和44、信道估计器46、组合权重生成器48和组合电路50共同用作包括较大的接收器电路16的一部分的RAKE接收器电路。应当理解,在接收器电路16中可以存在附加单元,例如延迟搜索器电路、指状组件布置(finger placement)电路等,为了清楚起见而没有示出这些单元。
通常以相对于基准信号可变的增益偏差传输通信信号。因此,由于根据基准信号而不是通信信号来确定软组合权重,因此如果不正确地缩放估计通信符号,则包含在估计通信符号中的软值信息是不正确的。当用于传输通信信号的时变增益偏差对于无线通信接收器10通常是未知的时,增益补偿电路52被构造成计算该增益偏差的动态估计,并基于估计的增益偏差对从(RAKE)组合电路50输出的估计通信符号进行缩放。
图3概括地例示了增益补偿电路52的一个或更多个实施方式的处理流程逻辑。在操作中,增益补偿电路52对作为根据基准信号而确定的“第一”信噪比(SNR)和估计通信符号的平均量的函数的、基准信号与通信信号之间的增益偏差的估计进行计算(步骤100)。利用这样估计出的增益偏差,继续对估计通信符号进行缩放以获得经缩放的估计通信符号,然后将经缩放的估计通信符号提供给后续信号处理(例如,用于恢复其编码信息位的解码)(步骤102)。
下面将详述以上增益偏差估计处理,该增益偏差估计处理表现出比较直接的关联计算集,相对于针对对接收通信信号的RAKE处理所执行的计算而言,不带来特别大的附加开销。可能更有利的是,该估计处理不依赖于与基准信号和通信信号有关的“默认”参数或假设参数。实际上,这些计算取决于根据基准信号直接或间接产生的值。
图4例示了接收器电路16的全部接收信号处理细节,其中,对接收通信信号的处理包括根据基准信号产生信道估计hREF、根据基准信号产生软组合权重wREF、以及根据基准信号产生第一信噪比(SNR)γREF(步骤110)。在详细描述这些初始处理操作时,应当理解,可以根据本领域技术人员所知的任意数量的不同方法来执行信道估计。
可以基于以下通式计算软组合权重wREF,
wREF=R-1hREF,
其中,矩阵R包括噪声相关矩阵(用于带干扰抑制和噪声抑制的G-RAKE处理),或者包括噪声功率的对角矩阵(用于带噪声抑制的RAKE+处理)。本领域技术人员可以参见前面指出的Wang和Bottomley的公开申请中的G-RAKE处理的实施例,或者可以根据需要或期望而采用其他权重生成方法。
最后,可以根据以下表达式由接收器电路16完成对基准信号的SNR的计算,
其中,变量“g”表示未知的、要由增益补偿电路52确定的、基准信号与通信信号之间的增益偏差。应当理解,这里可以预期其他SNR和/或SINR计算。
与上述处理操作中的一个或更多个处理操作同时,或者在这些操作之后,接收器电路16在一个或更多个基准符号(例如,在无线通信接收器10的W-CDMA或CDMA2000实施方式中的一个或更多个导频符号)时段上计算通信符号中接收到的通信符号的估计(步骤112)。作为非限制性示例,可以产生作为软组合权重和信道估计(二者均在正在进行的基础上根据基准信号确定)的函数的估计通信符号。如下给出一个这种表达式,
其中,wREF=R-1hREF,n表示干扰和噪声,矢量y表示接收通信信号的解扩值,s是发送通信符号。
为了对包含在估计通信符号中的软值信息进行合适的缩放,增益补偿电路52基于将增益偏差与估计通信符号的平均量和基准信号SNRγREF相关联来产生增益偏差的估计(步骤114)。在一个实施方式中,关联这些值包括基于如下给出的表达式来估计增益偏差g,
其中,N表示按通信符号个数测量的方便的平均间隔。理想的是,N与多普勒频率有关,但是也可以为了实现的效率而固定其值。
其中,n表示计算间隔(例如,一个基准信号符号时段),并且其中将平滑因子λ限定为由0≤λ≤1给出的范围内的数字。
继续进行对第二SNR值的计算,该第二SNR值是针对通信信号确定的,而不是如首先计算的SNR那样针对基准信号确定的(步骤118)。如下给出通信信号SNR计算的一个示例,
γTRAFFIC=g2γREF,
可以由增益补偿电路52或由接收器电路16内的另一单元实现通信信号SNR计算。(注意,在对估计通信符号的解码中不使用通信信号SNR的接收器电路16的实施方式中,可以跳过该步骤)。
不管这种细节如何,增益补偿电路52均利用计算出的增益偏差g来产生经缩放的估计通信符号(步骤120)。尽管增益补偿电路52可以被构造成实现各种增益缩放函数,但是在至少一个实施方式中,增益补偿电路52通过根据以下表达式对估计通信符号进行标准化来输出经缩放的估计通信符号
然后可以将经缩放的估计通信符号提供给解码电路54,由此通过对包含在经缩放的估计通信符号中的软值信息进行合适的缩放来提高解码电路54的性能(步骤122)。在解码电路54的turbo解码器实现中,基于对数似然比(LLR)处理(其也可以利用在步骤118中计算出的通信信号SNR)对经缩放的估计通信符号进行解码,以获得通信信号数据(即,包含在传输的通信信号中的原始信息位)。作为非限制性示例,如下给出用于确定第j位bj的表达式,
其中,si表示在用于通信信号的调制星座中限定的调制符号之一。
当然,本领域技术人员应当理解,上述解码实施例表示作为非限制性实施方式的在无线通信接收器10中实施的通信信号解码。事实上,本发明不限于具体的解码实施方式,或者信道估计、软组合权重生成等的具体方法。概括地说,本发明包括一种基于将(经调幅的)通信信号与基准信号之间的增益偏差与根据基准信号而得知的值或从基准信号导出的值相关联(例如,通过将增益偏差表达为估计通信符号的平均量和基准信号SNR的函数)来计算该增益偏差的方法和装置。因此,本发明不受上述细节以及附图的限制。本发明仅受以下权利要求及其合法等同物的限制。
Claims (21)
1.一种在无线通信接收器处处理调幅通信信号的方法,该方法包括以下步骤:
将所述通信信号与同所述通信信号相关联地接收的基准信号之间的增益偏差计算为一差值除以第一信噪比的平方所得商的平方根,所述第一信噪比根据所述基准信号而确定,以及所述差值被计算为用估计通信符号的平均量减去所述第一信噪比;以及
基于所述增益偏差与所述第一信噪比的比值,对所述估计通信符号进行标准化,以获得用于后续处理的经标准化的估计通信符号。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,通过利用软组合权重对所述通信信号的解扩值进行组合,来产生所述通信信号的所述估计通信符号。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,基于以下步骤产生所述通信信号的所述估计通信符号:
根据所述基准信号确定信道估计和噪声相关;
作为所述噪声相关和所述信道估计的函数而产生软组合权重;以及
利用所述软组合权重来对在所述基准信号的一个或更多个符号时段上所取的通信信号的解扩值进行组合,以获得所述估计通信符号。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,作为软组合权重和根据所述基准信号而确定的信道估计的函数来计算所述第一信噪比。
5.根据权利要求1所述的方法,该方法还包括以下步骤:
在计算出所述增益偏差之后,且在对所述估计通信符号进行标准化之前,对所述增益偏差进行平滑。
6.根据权利要求1所述的方法,该方法还包括以下步骤:
基于以下步骤来处理所述经标准化的估计通信符号,以获得通信信号数据:
作为所述增益偏差和所述第一信噪比的函数对所述通信信号的第二信噪比进行计算,并且
至少部分地基于所述第二信噪比对所述经标准化的估计通信符号进行解码。
7.根据权利要求6所述的方法,其中,所述至少部分地基于所述第二信噪比对所述经标准化的估计通信符号进行解码的步骤包括以下步骤:
作为所述第二信噪比的函数计算在所述经标准化的估计通信符号中编码的信息位的对数似然比。
8.根据权利要求1所述的方法,该方法还包括以下步骤:
基于对所述经标准化的估计通信符号进行对数似然处理,来对所述经标准化的估计通信符号进行处理,以获得通信信号数据。
9.根据权利要求1所述的方法,其中,基于广义RAKE组合权重产生所述估计通信符号,并且作为所述广义RAKE组合权重和根据所述基准信号而确定的信道估计的函数,来计算所述第一信噪比。
10.一种被构造成处理调幅通信信号的无线通信接收器,所述无线通信接收器包括:
组合电路(50),被构造成产生所述通信信号的估计通信符号;以及
增益补偿电路(52),被构造成
将所述通信信号与同所述通信信号相关联地接收的基准信号之间的增益偏差计算为一差值除以第一信噪比的平方所得商的平方根,所述第一信噪比根据所述基准信号而确定,以及所述差值被计算为用估计通信符号的平均量减去所述第一信噪比;以及
基于所述增益偏差与所述第一信噪比的比值,对所述估计通信符号进行标准化,以获得用于后续处理的经标准化的估计通信符号。
11.根据权利要求10所述的无线通信接收器,所述无线通信接收器还包括:
通信信号解扩电路(42),被构造成输出所述通信信号的解扩值;以及
组合权重生成器(48),被构造成产生软组合权重,
其中所述组合电路(50)被构造成通过利用所述软组合权重对所述通信信号的解扩值进行组合来产生所述通信信号的所述估计通信符号。
12.根据权利要求10所述的无线通信接收器,所述无线通信接收器还包括:
通信信号解扩电路(42),被构造成输出所述通信信号的解扩值;
信道估计电路(46),被构造成根据所述基准信号确定信道估计和噪声相关;以及
组合权重生成器(48),被构造成作为所述信道估计和所述噪声相关的函数而产生软组合权重,
其中所述组合电路(50)被构造成通过利用所述软组合权重对在所述基准信号的一个或更多个符号时段上所取的通信信号的解扩值进行组合,来产生所述通信信号的所述估计通信符号。
13.根据权利要求10所述的无线通信接收器,其中,所述增益补偿电路(52)被构造成:作为软组合权重和根据所述基准信号而确定的信道估计的函数,来计算所述第一信噪比。
14.根据权利要求10所述的无线通信接收器,其中,所述增益补偿电路(52)被构造成:对所述增益偏差进行平滑。
15.根据权利要求10所述的无线通信接收器,其中,所述增益补偿电路(52)被构造成:作为所述增益偏差和所述第一信噪比的函数来计算第二信噪比,以及
所述无线通信接收器还包括:解码电路(54),被构造成至少部分地基于所述第二信噪比对所述经标准化的估计通信符号进行解码。
16.根据权利要求13所述的无线通信接收器,所述无线通信接收器还包括:
被构造成作为所述增益偏差和所述第一信噪比的函数来计算第二信噪比的单元;以及
解码电路(54),被构造成至少部分地基于所述第二信噪比对所述经标准化的估计通信符号进行解码。
17.根据权利要求16所述的无线通信接收器,其中,所述解码电路(54)被构造成:通过作为所述第二信噪比的函数计算由所述经标准化的估计通信符号编码的信息位的对数似然比,来对所述经标准化的估计通信符号进行解码。
18.根据权利要求10所述的无线通信接收器,所述无线通信接收器还包括:
解码电路(54),被构造成基于对所述经标准化的估计通信符号进行对数似然处理,从所述经标准化的估计通信符号中获得信息位。
19.根据权利要求10所述的无线通信接收器,其中,所述无线通信接收器是噪声消除RAKE接收器电路,在该噪声消除RAKE接收器电路中,所述组合电路(50)被构造成基于根据软组合权重对所述通信信号的解扩值进行组合来输出所述估计通信符号,以及所述增益补偿电路(52)被构造成对由所述组合电路(50)输出的所述估计通信符号进行补偿。
20.根据权利要求10所述的无线通信接收器,其中,所述无线通信接收器是干扰消除RAKE接收器电路,在该干扰消除RAKE接收器电路中,所述组合电路(50)被构造成基于根据软组合权重对所述通信信号的解扩值进行组合来输出所述估计通信符号,并且所述增益补偿电路(52)被构造成对由所述组合电路(50)输出的所述估计通信符号进行补偿。
21.根据权利要求11或12所述的无线通信接收器,其中,所述组合权重生成器(48)被构造成根据广义RAKE接收器处理进行操作,其中所述软组合权重的生成考虑了所述通信信号解扩电路(42)的各个相关器之间的噪声互相关。
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