CN101199173A - 具有基于csi的llr度量的ofdm接收机 - Google Patents

Abstract

在数字视频广播的无线通信系统中，接收机装置包括Viterbi解码器。这个Viterbi解码器需要输入似然率的对数。对于衰落信道来说，可以在计算似然率对数的时候考虑衰落强度。在移动环境中，由于接收机的移动，衰落强度发生变化。本发明的接收机装置(1)依据对扰动功率的估计来确定似然率的对数，其中针对每一子载波来单独确定这个扰动功率。因此能够准确地并且以改进了的性能计算似然率的对数。

Description

具有基于CSI的LLR度量的OFDM接收机

本发明涉及一种接收机装置，该接收机装置用于在衰落信道上接收携带数字数据的多载波信号。更具体地说，本发明涉及一种接收机装置，该接收机装置用于接收使用二相移键控、正交相移键控或正交幅度调制(尤其是16正交幅度调制或64正交幅度调制)方式调制的信号，尤其是用于接收数字视频广播的无线通信系统信号。因此，多载波信号被看作使用正交频分复用或多载波调制方式调制的信号。

现有技术文件WO02/067525A2描述了用于将多载波信号从发射机发射到接收机的传输系统。因此，其中的多载波信号包括多个子载波。已知传输系统中的接收机包括均衡器，该均衡器用于根据估计出来的幅度和导数来消除收到的多载波信号中的载波间干扰。因此，噪声被假设为加性高斯白噪声。

WO02/067525A2的传输系统的缺点就是它是一个非常复杂的系统。

本发明的一个目的是提供一种接收机装置，用于接收改进了解码性能的数字调制信号，特别是提供一种降低了复杂程度的接收机装置。

权利要求1所定义的接收机装置达到了上述目的。在它的从属权利要求中提到了本发明的优选方案。

本发明还具有如下优点：能够增强基于正交频分复用的系统对抗多普勒导致的载波间干扰的能力。

因此，纠错解码器能够接受软判决信息，并且能够由Viterbi解码器构建或包括Viterbi解码器。Viterbi解码器可用于地面数字视频广播(DVB-T)。此外，纠错解码器可以用turbo解码器构建或者包括turbo解码器。软判决信息可以是似然率的对数之类。

权利要求2所定义的方案具有以下优点：根据子载波来估计干扰电平，并且将估计出来的干扰电平与噪声总功率一起考虑，为多载波信号子载波的已解调比特确定软判决值，尤其是似然率的对数。因此，接收机能够考虑到时变及依赖于子载波的噪声功率来提高可靠性，尤其是降低比特错误比率。

权利要求3所定义的方案具有以下优点：能够进一步提高软判决值估计尤其是似然率对数估计的准确度。因此，能够进一步提高接收机装置对抗多普勒导致的载波间干扰的可靠性。

根据权利要求4所定义的方案，当活动子载波的平均功率和子载波间距分别为恒定值时，可以将子载波的干扰电平计算为一个恒定值和为该子载波确定的衰落强度的时间导数绝对值平方的乘积。于是，为该子载波确定的衰落强度的时间导数的绝对值平方所乘的这个恒定值是一个分数值，该分数值以活动子载波的平均功率为分子，至少接近十二和子载波间距平方值的乘积为分母。在这种情况下，能够进一步降低接收机装置的计算负担和复杂程度。

根据权利要求5所定义的方案，在频域提供至少一个Wiener滤波器，以确定每一子载波处衰落强度导数的估计。因此，可以通过在后续正交频分复用块中对衰落强度估计进行时间滤波，来得到衰落强度导数的估计。

权利要求7所定义的方案具有以下优点：从衰落强度得到干扰电平，以降低接收机的计算负担和复杂程度。

权利要求8所定义的方案具有以下优点：计算衰落强度导数的简单一阶近似。软判决值计算尤其是似然率对数计算的这一近似对于大多数应用来说已经足够准确，其中，扰动功率在几分贝范围内，并且允许某一程度的定标误差。

根据权利要求9所定义的方案，当平均功率、载波间距和持续时间与保护间隔的和分别恒定时，可以将子载波的干扰电平计算为非负实值常数和一差值平方的乘积，这个差值为时间坐标上这个子载波之后子载波的衰落强度与时间坐标上这个子载波之前子载波的衰落强度之差。于是，时间坐标上这个子载波之后子载波衰落强度与时间坐标上这个子载波之前子载波衰落强度之差的绝对值平方所乘的常数，由一分数值定义，该分数值以活动子载波的平均功率为分子，以至少接近四十八，子载波间距的平方值和多载波信号的持续时间与保护间隔之和的平方值的乘积作为分母。在这种情况下，能够进一步降低计算负担。

权利要求10所定义的方案具有以下优点：每次得到改进了的衰落强度估计。

根据权利要求11所定义的方案，软去映射器单元根据扰动功率计算特定子载波的软判决值，尤其是似然率对数，其中扰动功率依赖于这个子载波。所使用的公式适用于二相移键控。更进一步，这个软判决值也是衰落强度的函数，其中衰落强度依赖于这个特定子载波。因此，扰动功率和衰落强度都随频率和时间变化。

根据权利要求13所定义的方案，在加性高斯白噪声模型上估计全局和恒定噪声功率。要注意，全局噪声功率也可以用其它方法估计。扰动功率是噪声功率和依赖于子载波的干扰电平的函数。因此，扰动功率最好是噪声功率和干扰电平之和，但也可以是噪声功率和干扰电平的加权和，或者是它们的其它函数。

通过下面描述的实施例来阐明本发明的上述及其它方面。

通过参考后面的附图，以及接下来描述的优选实施例，会更容易明白本发明。在这些附图中，类似的部分都使用类似的附图标记。在这些附图中：

图1是用于说明本发明实施例的正交频分复用码元分配图；

图2是本发明第一实施例中接收机装置的方框图；以及

图3是本发明第二实施例中接收机装置的方框图。

图1是一个正交频分复用码元分配图，用以说明图2所示的本发明第一实施例或者图3所示的本发明第二实施例的接收机装置1的工作过程。接收机装置1用于在衰落信道上接收携带数字数据的数字调制信号。本发明中接收机装置1的一个优选应用为数字视频广播系统，尤其是欧洲地面数字视频广播系统，在该系统中采用了具有2k子载波和8k子载波，并且使用正交相移键控、16正交幅度调制或64正交幅度调制这种调制技术的正交频分复用。笼统地说，本发明的接收机装置1可以用于在频率选择性多径信道上接收信号。更加具体地说，本发明的接收机装置1可以用于从基站接收信号的移动车辆(例如汽车或火车)。但是，本发明的接收机装置1也可以用于其它应用或其它数字调制方案。

图1是一个正交频分复用码元分配图，在该图中用实心或空心圆来表示子载波。子载波的每一行沿着频率坐标2排列，子载波的每一列沿着时间坐标3排列。用实心园表示导频子载波，其中这些导频子载波之一以附图标记4来表示。子载波的每一行都属于一个正交频分复用码元。因此，第一列5由每一正交频分复用码元经过快速傅立叶变换之后第一活动子载波的导频子载波组成。此外，最后一列6由快速傅立叶变换后每一正交频分复用码元最后的活动子载波的导频子载波组成。子载波的每一行，即一个正交频分复用码元的子载波，由多个子载波组成，例如，8.000个活动子载波这样的数量级，如同所示行的每一行中三个圆点7所示。在第一列5和最后一列6之间由导频子载波4所表示的导频子载波被分散开。但是这些导频子载波4也可以按照时间坐标3排成一条线，或者以其它方式排列。

用户数据由空心园表示的数据子载波携带，这些空心园之一由附图标记8来表示。因此，由数据子载波8所表示的数据子载波是那些不是导频子载波4的子载波。

图2说明本发明第一实施例的接收机装置1。接收机装置1包括快速傅立叶变换单元10。快速傅立叶变换单元10在输入端11接收通过无线信道发射的多载波信号。快速傅立叶变换单元对收到的信号进行解调，并且在线12上输出收到的码元的矢量。在线12上，将快速傅立叶变换单元10的输出馈送到信道估计单元13和均衡器单元14。信道估计单元13估计导频子载波4所表示的每一导频子载波处的衰落强度。信道估计单元13包含Wiener滤波器15，并且将Wiener滤波器15用于频域，来计算每一种情况下数据子载波8所表示的数据子载波处的衰落强度估计。由子载波4、8表示的每一子载波的衰落强度通过线19输出并馈送到均衡器单元14、软去映射器单元16和干扰电平计算单元17。

均衡器单元14根据在线12上收到的码元的矢量和在线16上收到的码元的衰落强度的矢量确定估计出来的码元的矢量，在线18上将估计出来的码元的这个矢量输出给软去映射器单元16。

例如，均衡器单元14可以将在子载波20处的估计出来的码元的矢量元素计算为一分数值，该分数值由收到的子载波20的码元矢量元素作为分子，由估计出来的子载波20的衰落强度(估计出来的子载波20的衰落强度的矢量元素)作为分母。因此，为图1所示的数据子载波的每一行，也就是每一时间坐标3，确定估计出来的码元矢量。

干扰电平计算单元17也从信道估计单元13接收衰落强度矢量。针对特定时间坐标估计子载波的干扰电平时，干扰电平计算单元17利用衰落强度估计值的至少在前行(时间坐标3)和在后行(时间坐标3)。例如，干扰电平计算单元17根据子载波20之前子载波21处的衰落强度和子载波20之后子载波22处的衰落强度，确定子载波20的干扰电平。更具体地说，干扰电平计算单元17根据在后子载波22处和在前子载波21处衰落强度之差绝对值的平方值，确定干扰电平。使用简单的运算，干扰电平计算单元17计算与子载波20同一行上的子载波的干扰电平。因此，干扰电平计算单元17考虑了信号中活动子载波的信号能量或平均功率。例如，干扰电平计算单元17将子载波20的干扰电平计算为一个分数值，该分数值由活动子载波中的平均功率与在后子载波22处衰落强度和在前子载波21处衰落强度之差的绝对值的乘积作为分子，由64作为分母。接下来，干扰电平计算单元17在线23上将计算出来的每一子载波的干扰电平输出给软去映射器单元16。

接收机装置1包括噪声估计单元25，该单元用于估计在输入端11处收到的信号的噪声功率。因此，噪声估计单元25在线12上接收收到的码元的矢量。噪声估计单元25用于根据加性高斯白噪声模型来估计噪声功率。但是，噪声估计单元25也可以根据其它模型来估计噪声功率，或者噪声估计单元25可以利用简单存储装置来构建，该存储装置中储存接近噪声功率的预置值。噪声估计单元在线26上将噪声功率输出给软去映射器单元16。

软去映射器单元16用于计算由数据子载波8表示的数据子载波每一比特的似然率对数。因此，软去映射器单元16的估计是建立于在线18上收到的估计出来码元的矢量，在线19上收到的扰动估计的功率的矢量，在线26上收到的噪声的功率，以及在线23上收到的干扰电平的矢量这些基础之上的。软去映射器单元16用于将数据子载波20的每一比特的似然率对数计算为一分数，该分数由4，信号能量的平方根值，为子载波20估计出来的衰落强度的绝对值的平方值，以及为子载波20估计出来的码元的乘积为分子，由子载波20的扰动功率估计值为分母。因此，软去映射器单元16根据在线23上收到的子载波20的干扰电平和在线26上收到的全部噪声功率，来计算子载波20的扰动功率。因此，对扰动功率的估计依赖于针对其计算似然率对数的特定子载波。具体地说，将子载波20的扰动功率计算为子载波20的噪声功率和干扰电平之和。相应地计算其它子载波的似然率对数。通过线27向Viterbi解码器28输出由软去映射器单元16确定的似然率对数。Viterbi解码器28确定数字数据的矢量，并在线29上输出这个矢量，以供进一步处理。线29也是接收机装置1的输出端。

应注意的是，似然率对数的上述计算适用于二相移键控，并且为高阶正交幅度调制对这种计算进行了类似的改变。在其它这种调制方案中，通过使用所描述的对扰动功率的估计代替全局因此为常数的噪声功率估计来进行改变。因此，噪声功率被认为依赖于频率，并且将噪声的方差计算为频率的函数。例如，在正交频分复用系统中，公式中恒定的噪声方差由依赖于频率的噪声方差来代替，并且这个依赖于频率的噪声方差至少是在本发明的装置中近似地计算出来的。因此，在用于计算似然率对数之类的已知公式中，由依赖于局部频率的噪声功率代替所述恒定噪声功率，因而本发明可以获得广泛应用。因此，虽然给出的是二相移键控情况的例子，但是可以将本发明扩展应用到合适的所有其它调制系统中。例如，在64正交幅度调制中，可以通过将收到的点到特定比特的最近阈值的距离与适当地选定的因子相乘来计算这个比特的似然率对数。在这个因子中使用噪声方差，并且这个噪声方差被认为依赖于频率。因此，可以根据衰落强度和衰落强度的导数来计算这一噪声方差。从而可以计算衰落强度导数的估计。

另外，应注意对于分支度量的4～5比特量化，可以将似然率对数的量化步长选择为1。

还应注意，与似然率对数相比，也可以将软去映射器单元16用于计算其它软判决值。

图3说明本发明第二实施例的接收机装置1。在本发明的第二实施例中，信道估计单元13在线19上向均衡器14及软去映射器单元16输出一行的子载波的衰落强度矢量。

此外，信道估计单元13在时域中应用另一Wiener滤波器15’，这意味着关于时间坐标3应用Wiener滤波器15’，以确定衰落强度的导数。因此，至少为数据子载波8表示的数据子载波估计导数。所以，例如，为子载波20及与数据子载波20同一行的其它数据子载波估计时间导数，来构建子载波20表示的所述行子载波所有数据子载波的衰落强度导数的矢量。在线35上向干扰电平计算单元17输出这个衰落强度导数的矢量。要注意，与第一实施例不同，第二实施例中接收机装置1的干扰电平计算单元17不接收衰落强度本身的估计的矢量。干扰计算单元17用于根据衰落强度的导数来计算干扰电平。具体地说，干扰电平计算单元17将子载波20的干扰电平计算为一分数值，该分数值由为子载波20估计出来的衰落强度导数绝对值的平方值和信号能量的乘积为分子，由12和子载波间距平方值的乘积为分母。相应地计算在其它子载波处的干扰电平估计。在线23上从干扰电平计算单元17向软去映射器单元16输出干扰电平的估计。

应注意的是，与图2所示第一实施例的接收机装置1相比，图3所示第二实施例的接收机装置1根据子载波20处衰落强度的时间导数为子载波20每一比特的似然率对数提供更准确的计算。在第一实施例的接收机装置1中，根据在后子载波22处的衰落强度和在前子载波21处的衰落强度之差估计衰落强度的导数，因而进一步降低接收机装置1的复杂程度。

应注意的是，例如，干扰电平的计算是针对二相移键控进行的，并且如同上面对本发明中第一实施例的描述一样，还可以将干扰电平的计算用于其它调制方案。

此外，应注意的是，Viterbi解码器28的似然率对数的确定或计算可以用其它装置进行，其中，可分离或合并某些构件，从而在接收机装置1中进行不同顺序或/和次数的算术运算。特别是，代替在均衡器单元14中除以衰落强度，软去映射器单元16可以通过与衰落强度的绝对值相乘，而不是与衰落强度绝对值的平方值相乘，来计算似然率对数。

应注意的是，上述的某些计算方法应理解为是近似计算。因此，某些近似已经包含在内以减少计算负担。例如，由于除以64可以用简单的二进制右移操作来实现，因此可以将数值向上或向下舍入到64。在实际中，将这些计算和数值选择成足够接近确切的计算和数值，以致于能够实现Viterbi解码器的解码操作所需要的准确度。

在上述的实施例中，用复数来表示衰落强度。这种数的绝对值为该数的模。

虽然已经公开了本发明的几个实施例，但是本领域技术人员应该明白，可以进行各种改变和修改，获得本发明的某些优点，而不背离本发明的精神和范围，应该认为对本发明构思的这些修改被后面的权利要求所覆盖，权利要求中的附图标记不应认为是对本发明范围的限制。此外，在说明书和后面的权利要求书中，“包括”的意思不应理解为排除其它要素或步骤。另外，“一”并不排除多个，并且单个处理器或其它单元可以完成权利要求所述的多个构件的功能。

Claims (14)

1.用于在至少一个衰落信道上接收携带数字数据的多载波信号的接收机装置(1)，所述接收机装置包括纠错解码器(28)和软去映射器单元(16)，所述纠错解码器(28)用于根据软判决值确定所述数字数据，所述软去映射器单元(16)至少间接地与所述纠错解码器(28)连接，所述软去映射器单元用于依据对所述信号的扰动功率估计来确定所述数字数据的软判决值，其中所述扰动功率估计是针对所述软判决值中的每一个单独确定的。

2.根据权利要求1所述的接收机装置，其特征在于所述多载波信号包括多个子载波，所述软去映射器单元(16)用于确定所述子载波中每一个的软判决值，并且所述扰动功率估计是根据噪声功率和干扰电平确定的。

3.根据权利要求2所述的接收机装置，其特征在于具有干扰电平计算单元(17)，其中所述干扰电平计算单元用于依据为所述子载波确定的衰落强度导数计算所述子载波的所述干扰电平。

4.根据权利要求3所述的接收机装置，其特征在于所述干扰电平计算单元将所述子载波的所述干扰电平计算为一个分数值，所述分数值由分子和分母组成，所述分子为所述信号的活动子载波中的平均功率与为所述子载波确定的所述衰落强度的所述导数的绝对值的平方值的乘积，所述分母为一个恒定值与子载波间距平方值的乘积，所述恒定值特别地为12。

5.根据权利要求4所述的接收机装置，其特征在于具有包含至少一个Wiener滤波器(15’)的信道估计单元(13)，其中所述信道估计单元的所述Wiener滤波器用于在时域中对从快速傅立叶变换单元(10)输出的已接收信号进行Wiener滤波，以确定对所述衰落强度的所述导数的估计。

6.根据权利要求5所述的接收机装置，其特征在于所述Wiener滤波器(15’)与另一Wiener滤波器(15)相连接，其中所述另一Wiener滤波器(15)用于在频域对从所述快速傅立叶变换单元(10)输出的所述信号进行Wiener滤波，以确定对所述子载波处所述衰落强度的估计，其特征还在于确定出来的所述估计从所述另一Wiener滤波器(15)输出到所述Wiener滤波器(15’)。

7.根据权利要求2所述的接收机装置，其特征在于具有干扰电平计算单元(17)，其中所述干扰电平计算单元用于依据为所述子载波确定的衰落强度计算所述子载波的所述干扰电平。

8.根据权利要求7所述的接收机装置，其特征在于所述干扰电平计算单元(17)根据关于所述子载波的时间坐标(3)在所述子载波(20)后的子载波(22)的衰落强度与关于所述时间坐标(3)在所述子载波(20)前的子载波(21)的衰落强度的差来计算所述子载波(20)的所述干扰电平。

9.根据权利要求8所述的接收机装置，其特征在于所述干扰电平计算单元将所述子载波的所述干扰电平计算为一个分数值，所述分数值由分子和分母组成，所述分子为所述信号的活动子载波中的平均功率和关于所述时间坐标在所述子载波后的子载波的衰落强度与关于所述时间坐标在所述子载波前的子载波的所述衰落强度之差的绝对值的平方值的乘积，所述分母为恒定值、子载波间距的平方值以及所述多载波信号的持续时间与保护间隔之和的平方值的乘积，所述恒定值特别地为48。

10.根据权利要求9所述的接收机装置，其特征在于具有包含至少一个Wiener滤波器(15)的信道估计单元(13)，其中所述信道估计单元的所述Wiener滤波器用于至少在频域对从快速傅立叶变换单元(10)输出的已接收信号进行Wiener滤波，以确定所述子载波处所述衰落强度的估计。

11.根据权利要求2所述的接收机装置，其特征在于所述软去映射器单元用于将所述子载波的所述软判决值计算为以下数值的乘积：一恒定值，所述恒定值特别地为4；活动子载波中平均功率的平方根值；所述子载波处衰落强度绝对值的平方值；从所述接收机装置(1)的均衡器单元(14)输出的估计出来的码元；以及所述扰动功率估计的倒数值。

12.根据权利要求11所述的接收机装置，其特征在于快速傅立叶变换单元(10)的输出是所述均衡器单元的输入，并且所述均衡器单元根据所述快速傅立叶变换单元的所述输出来确定所述估计出来的码元输出。

13.根据权利要求2所述的接收机装置，其特征在于所述软去映射器单元根据所述衰落信道的加性高斯白噪声模型确定对所述噪声功率的估计。

14.根据权利要求2所述的接收机装置，其特征在于所述软去映射器单元用于依据噪声估计计算所述子载波的所述软判决值，其中所述噪声估计是针对所述子载波中的每一个单独估计的。

Images