CN1053534C - 在确定信号可用性中减轻失真效应的方法和装置 - Google Patents

Abstract

当以下列方式确定信号可用性时，一个接收机(202)可以降低失真的效应；一旦接收到一个信号(201)，接收机(202)就将它分离为需要分量、不需要分量和失真分量，需要分量包括通常被发送的信号，而不需要分量包括干扰和噪声。当分离出失真分量后，可减轻根据所需要分量与不需要分量之比来确定所接收信号的可用性过程中的失真效应。

Description

在确定信号可用性中减轻失真效应的方法和装置

本发明涉及通信系统，特别涉及一种具有在地理上重复使用通信资源的通信系统。

在本技术领域中，在地理上重复使用通信资源的通信系统是公知的。这些系统在一个地理区域内分配一组预定的通信资源并在一个或多个地理区域内重复使用相同组的通信资源。这种重用技术可使由几个较小地理区域构成的一个大地理区域内提供通信服务所需的通信资源数量最小来改善通信的容量。

最普通的两种在地理上重用通信资源的通信系统是蜂窝通信系统和集群移动通信系统。在这两种通信系统中，当一个通信单元请求通信服务时，通信资源的分配就开始了。一个资源控制器根据资源的可用性和信号的可用性，把通信资源例如一个频率通道或一个时隙分配给该通信单元。在该通信单元与另一通信单元之间或在该通信单元与一个属于公共业务电话网的用户之间的通信诸如谈话或传真传输就发生在该通信资源上。该通信持续直至结束或发生业务中断。一旦通信结束，上述资源控制器就检索该通信资源，以使该通信资源可用于另一通信。

识别一个可接受通信资源的重要参数是信号可用性。在一个无线通信系统中，通信资源典型地是占据预定带宽的射频(RF)信道。当信息信号在RF频道(通信资源)上被发送时，不想要的频道影响诸如干扰、噪声、和发射机与接收机的失真在发送和接收期间改变了信息信号。鉴此，由通信单元或一个基站中的接收机接收的信息信号因受到干扰频道和失真的影响而恶化。通过确定出在可用通信资源上干扰和噪声的标志，可以选择最可靠的通信资源用来通信。这个标志被称作信号可用性。

在地理上重用的通信系统中，信号可用性典型地由出现在RF频道上的同频道干扰的数量所限制。当接收机接收到来自相邻通信单元或基站在与所需RF频道相同的频道上发送的不想要的信息信号时，同频道干扰就会发生。对于根据所需信号(C)与同频道干扰(I)和噪声(N)的和数之比来确定信号可用性的一种方法的详细描述请参见共同未决美国专利申请(题目是“确定信号可用性的方法和设备”，它已转让给莫托罗拉公司并具有与本申请相同的申请日和申请人的案卷号CM01662H)。虽然这种技术提供了许多优点，但是它未曾讲述过由于发射机和接收机失真对于确定的信号可用性的影响造成动态区域限制的技术问题。

失真效应有几种原因，但具有一个共同的结果，它们通常限制最大可达到的信号可用性指示(C/(I+N))。失真效应和载波对干扰加噪声之比的分母中的干扰项相加产生一个信号可用性的新指示C/(I+N+D)，其中D表示由发射机和接收机二者产生的失真效应。典型地，同频道干扰大于失真效应；这样，失真效应可以被忽略，而信号可用性的指示能够通过评价载波对干扰加噪声之比来获得。当同频道干扰变小时，失真效应影响信号可用性指示，并且防止了实际信号可用性和载波对干扰加噪声之比之间的线性相关。因此，无需知道失真的效应，由于失真效应的影响，通过评价载波对干扰加噪声之比确定的精确信号可用性的范围被限制在一个最大值内。在对数表示中，由于现有技术的固有失真，最大可测载波对干扰加噪声之比典型地小于25dB。然而，某些频率重用通信系统要求最大信号可用性指示超过用于最佳系统运行的30dB。在这些宽的动态范围系统中，估算失真效应对于获得精确的信号可用性指示和提高系统功能性是至关重要的。

在发射机和接收机中一般遇到的失真效应包括数字接收机中的定时差错、载波馈道(carrier feed-through)、滤波器失真和放大器非线性。定时差错是因被接收信号的不适当取样引起的，它增加了码间干扰。载波馈道通过把RF载波能量的一部分放在已调信息信号中而降低了所需信号。滤波器失真由于其固有易变的幅度和群延时频率响应改变了所需信号的幅度和相位。放大器非线性例如互调失真，把不需要的RF能量引入了所需信号的带宽。

据此，需要一种减轻失真效应以提高信号可用性确定的动态范围的方法和装置

笼统地说，本发明提供一种在接收机中减轻失真效应和提高信号可用性确定的方法和装置。这可以通过接收包括信息码元流的离散信息信号和处理所接收信号以获得该信息码元的估计来完成。每个码元估计包括三个分量：一个所需分量、一个干扰分量，以及一个失真分量。通过初始地确定所需分量的一种代表物(representation)和失真分量的特性，能够确定不需要的分量。干扰分量的代表物随后根据不需要的分量和失真特性来确定。对于每个码元估计，加强确定信号可用性是根据所需的和干扰的分量的代表物而确定的。信号可用性确定的加强是通过使干扰分量确定中的失真分量效应量最小来实现的。这样，加强的信号可用性确定方法仅与所需分量和干扰分量有关，而基本上与失真分量无关。

本发明提供了一种在接收机中减轻失真效应和提高信号可用性确定的方法和装置。与现有技术25dB的极限相对，借助本发明，可明显改善因在所接收码元流的不需要分量中存在失真所引起的对信号可用性确定的动态范围限制，从而可实现最大信号可用性标起超过30dB。以前通过直接测量载波(C)干扰(I)功率比来测量信号可用性的尝试已经受到限制，因为在干扰测量中存在显著的失真分量。当试图确定载波对干扰之比C/I时，实际的测量值提供了一个载波对干扰加失真的比C/(I+D)，其中D表示失真分量中的功率。因此，当干扰功率基本上减少时，测量值将趋近于一个由载波与失真之比C/D确定的常值。本发明通过显著地减小与干扰项的功率相关的失真项的功率增加了信号可用性指示的动态范围；从而能够实现被测载波与干扰之比的更大的最大值。

图1示出按照本发明所接收的信息码元的一个星座。

图2示出按照本发明包括一个接收机的通信系统的方框图。

图3示出按照本发明包括一个接收机的通信系统的另一个方框图。

图4示出按照本发明的一个滤波器和包括信息码元流的所接收信号子频道的频率响应。

图5示出按照本发明失真分量、干扰分量和失真衰耗滤波器的频率响应。

图6示出按照本发明所接收信息码元的所选滤除的不需要分量的一个分解星座。

图7示出按照本发明标定函数的曲线图。

参照图1-7对本发明作更详细的描述。图1示出一个16元正交调幅(QAM)信息码元型图(pattern)100的星座图。该星座的每个信息码元102是二维的，并且具有由相应的一对正交轴的坐标限制的值。

正如本领域所知，内含离散信息码元流的信号能够经过通信资源诸如一个RF传输频道发送和由一个接收机接收。由于在发射机和接收机中存在失真，传输频率中存在干扰、噪声和附加失真，每个信息码元102的接收值典型地被改变了。除了传输频道中的附加失真之外，这种变化将包括被叠加在发送码流的每个信息码元102上的一个近似为零的平均随机过程。这样，每个信息码元102的接收值呈现在以相应被发送信息码元的值为中心的值的一个范围101内。

图2示明一个发射机200经过通信资源向一个接收机202发送一个码元流201。码元流201在从发射机200到接收机202的整个通路内被固有的发射机失真211、RF频道中的噪声和干扰以及固有的接收机失真改变了。这样，在接收机的信号接收器203的输入端的合成的已改变的码元流包括需要分量、干扰分量和失真分量。所述的需要分量包括原来未被改变的码元流，干扰分量包括来自RF频道的噪声和干扰，失真分量包括分别来自发射机200和接收机202的失真210和211。

接收机202包括信号接收器203、失真特征确定器204、需要分量确定器205、不需要分量确定器206、滤波器207、幅度标定器208、以及干扰分量确定器209。该接收机202用于处理已改变的码元流和提供码元流可用性确定。信号接收器203接收、放大、滤波和转换已改变的码元流成为一个基带码元流，该基带码元流能够由需要和不需要分量确定器205和206以及失真特征确定器204处理。信号接收器203典型地包括一个RF前端、滤波器、频率下变换器、模/数转换器、以及为稳定地获得所接收码元流的估计所需的数字信号处理。基带码元流包括需要的、干扰的和失真的分量的基带代表物。失真特征确定器204接受基带码元流，并典型地根据与固有接收机和发射机失真210和211相关的预先建立信息来确定其失真分量的失真特征。需要分量确定器205接收基带码元流和确定其所需要分量的代表物。确定所需要分量代表物的方法的详细讨论请参见共同未决的美国专利申请(其申请号为07/783,289、题目是“具有时域导频分量的通信信号”、已转让给莫托罗拉公司)和参见共同未决美国专利申请(题目是“用于确定信号可用性的方法及其设备”，已转让给莫托罗拉公司，并具有与本申请相同的申请日，申请人的案卷号为CM01662H)。

不需要分量确定器206接收基带码元流和需要分量确定器205的输出，并典型地通过从该基带码元流中减去需要分量代表物来确定基带码元流中的不需要分量。不需要分量包括来自RF信道的干扰和噪声以及接收机和发射机失真210和211，将不需要分量提供给滤波器207。滤波器207通过衰耗位于滤波器207通常外部的频率分量来衰耗失真分量的频率响应。滤波器207的频响是以从失真特征确定器204中获得的失真特征为基础的。

幅度标定器208从滤波器207接受滤波的不需要分量并利用一个预定值对它标定，该预定值与它的幅度有关，它的幅度又与一组参考幅度值相比较。该组参考幅度值可以被预置在幅度标定器208中或由幅度标定器208根据在失真特征确定器204中获得的失真特征动态地确定。例如，当被滤波的不需要分量小于一个所选的参考值时，幅度标定器208可以利用一个值标定该滤波的不需要分量，而当其幅度大于该所选的参考值时，幅度标定器208利用另一个值对其标定。再者，该幅度标定器208可以在功能上标定经滤波的不需要分量，这与用离散值标定相反。该幅度标定器208典型地包括一个处理器，该处理器包括用以对经滤波的不需要分量执行标定的一个软件算法。幅度标定器208的输出进入干扰分量确定器209，在那里从已标定的经滤波的不需要分量中提取出基带码元流的干扰分量。该干扰分量基本上包括来自RF频道的干扰和噪声以及一个可忽略的失真分量。干扰分量确定器209的输出连同所需分量一起被处理以确定码元流可用性的一个标记。确定码元流可用性的标记的技术在上述的共同未决美国专利申请(题目是“确定信号可用性的方法及其设备”)中已经描述了，该申请已转让给莫托罗拉公司并具有与本申请相同的申请日和申请人的案卷号为CM01662H。为此，除了便于理解本发明以外，将不再作进一步的讨论。

失真特征确定器204既可以作为一个连续对基带码元流操作的联机自适应系统工作，也可以作为一个在其存储器中包含预先建立失真特征的脱机系统工作。在任一种情况中，用于衰减失真分量的特征包括其频谱、作为被发送码元类型例如星座位置或副载波的函数的幅度、和作为预定发射机和接收机失真211和210的函数的幅度。在本实施例中，失真特征判决器204为脱机型。公知的计算机模拟程序模拟发射机200和接收机201中的失真211和210。程序模型模拟(每种模拟目标在于使失真特征中的一种隔离并对其测量)提供被存储在失真特征确定器204的一个存储器部份中的各失真特征。

因为失真和干扰分量的频率功率谱在谱内容上不同，所以滤波器207的频响可以被选取以充分地影响失真分量的功率谱。失真分量的功率谱并不总是平坦的，也就是说在所关心的频带上它没有统一的功率谱密度(PSD)。在某些频率区域，失真分量的PSD大于所关心的频带内的其它的PSD。相反，干扰分量功率谱典型地是平坦的。因此，与干扰分量的功率相应的失真分量的功率的衰耗可以通过使用滤波器207实现。滤波器207被设计成对处在高失真PSD区域中的不需要分量的频率分量进行衰减，而使较低失真PSD的频率区域相对地不受影响。这个滤波技术使失真分量功率比干扰分量功率减少更多。这样，滤波器207实现了对干扰分量相关的失真分量衰减的所需目的。因为失真分量的功率一般更靠近所关心频带的边缘，所以为滤波器207典型地选取的频响在拓扑上是低通的。

因为失真和干扰分量不可能通过滤波技术被完全分离，所以使用一种标定处理以进一步帮助使失真分量的量最小。由于在它们的PSD的频率中出现重叠，从而阻止了失真和干扰分量的完全分离；于是，在滤波之后，留有不需要分量的一个非零失真分量。因此，即使在RF频道中没有任何干扰和噪声，滤波器207的输出仍会包含非零失真分量。为了考虑这种偏差，幅度标定器208以比其幅度大于预定值的任何分量的一个低的量标定其幅度小于某个预定值的任何滤波器输出分量。这种标定过程更重视可以认为是干扰引起的那些分量，而不太重视可以合理地认为是失真引起的那些分量，从而衰减了与整个干扰分量相关的整个失真分量。

图3示明发射机200经RF频道向另一个接收器303发送码元流201。该接收机303包括一个设备301，该设备301包括信号接收器203、失真特征确定器204、需要分量确定器205、不需要分量确定器206，滤波器207、幅度标定器208、干扰分量确定器209和选择器302。如前面参考图2所讨论的，码元流通过从发射机200到接收机303的通路被RF频道中的干扰和噪声以及固有的发射机和接收机失真211和210改变了。

被改变的码元流在接收机的设备301中的流程与参考图2的接收机202所描述的流程类似，因此仅就相关的新部件给出额外详细的描述。信号接收器203接收、放大、滤波和转换被改变的码元流成为一个基带码元流，该基带码元流能够由所需和不需要分量确定器205和206处理。失真特征确定器204根据与接收机202和发射机200中的失真210和211相关的预建立信息确定基带码元流的失真分量的失真特征。需要分量确定器205接受该基带码元流并确定它的需要分量的代表物。不需要分量确定器206接收基带码元流和需要分量确定器205的输出，并通过从该基带码元流中减去需要分量的代表物来确定该基带码元流的不需要分量。不需要分量包括干扰和失真分量，并提供给选择器302；该选择器302典型地是一个处理器，它含有选择不需要分量的一部分以便根据由失真特征确定器204获得的失真特征进一步处理的一个软件算法。再者，虽然没有示出需要分量确定器205与选择器302的互连，但是选择器302的功能可以被扩展以选择与不需要分量的所选部分相对应的需要分量的一部分。选择器302的输出进入滤波器207，在滤波器207中不需要分量的所选部分的失真分量相对于干扰分量被衰减。当选择器302也选择所需分量的部分时，滤波器207相应地衰减留在其阻带中的所需分量的所选部分的任何部分。通过对所需的和不需要的分量的选择和滤波，保持了两部分的彼此定时；于是提高了码元流可用性确定的后续标记的精度。幅度标定器208接受不需要分量的已滤波的所选部分，并利用一个预定值对其标定，该预定值其幅度值有关，并与一组参考幅度值相比较。幅度标定器208的输出进入干扰分量确定器209，在干扰分量确定器209中，基带码元流的干扰分量从已定标的不需要分量中的已滤波选定部分中提取出来。干扰分量基本包括来自RF频道的干扰和噪声以及一个可忽略的失真分量。干扰分量确定器209的输出连同所需分量或所需分量的所选的滤波部分一起被处理，以确定码元流可用性的标记。

由于发射机200和接收机303中存在各种失真210和211，码元流201的每个码元可能遇到不同的失真强度。例如，在一个多子频道系统中，如已转让给莫托罗拉公司的共同未决美国专利申请(申请号为07/783,289，题目为“具有时域导频分量的通信信号”)中所讨论的，在可能变坏的四个子频道中的一个频道上传送的信息码元具有比由其它三个子频道传送的信息码元低的失真。另外，根据它们在一信息码元星座图形中的坐标，失真210和211可能会使某些信息码元值比其它信息码元更恶化。鉴此，为了提高滤波器207和幅度标定器208的失真最小化处理，选择器302仅选择那些很少受恶化影响的信息码元用在干扰分量确定处理中。恶化感受度的程度建立在失真特征确定器204中确定的失真特征的基础上。

图4示出了一个信息信号的内子频道402和外子频道403相对一个滤波幅度400和群延时401的频率响应。这种子频道构造典型是前面参考已转让给莫托罗拉公司的共同未决美国专利申请(申请号为07/783,289，题目为“具有时域导频的通信信号”)中所讨论的多子频道系统。滤波幅度400和群延时401可以代表用一个带道晶体滤波器获得的使用在一个接收器前端的那些滤波幅度和群时延。

如图4所示，当信息信号通过该滤波器时，外子频道403遭受的幅度和群延时失真比内子频道402所遭受的大。在外子频道402上较大的滤波器失真量会在它们各自信息码元中产生与在内子频道402上的信息码元的失真分量相比更大的失真分量。鉴此，在这种情况下，因内子频道402的信息码元具有最小失真，对它们的进一步处理是最佳的。另一种替代的情况是，由于其它的失真处理的影响，可能使内子频道402比外子频道403更失真。在这种替换情况下，外子频道403上的信息码元的进一步处理是最佳的。在任何一种情况中，应当选择具有最小失真量的信息码元进行进一步的处理。

图5示出了与不需要分量的干扰分量500和失真分量502的PSD有关的失真衰耗滤波器501的频率响应。如前面参考图2所述，在所关心的频带内失真分量502的PSD是不一致的。相反，在同一频带内，干扰分量500的PSD是一致的。因此，在大部分频带内利用滤波器501的频率响应可以获得失真分量的PSD 502的显著减小，而对干扰分量500的PSD没有任何有害的影响。这一结果使得不需要分量的频响更接近地类似滤波之后的干扰分量500的PSD。于是，这种滤波技术能够实现信号可用性的更精确确定，因为信号可用性直接取决于不需要分量的干扰分量。

图6示出了典型地出现在不需要分量确定器206的输出端的所接收信息码元的所选已滤波不需要分量601的区域101的一个分解图。由于叠加在一个所需信息码元上的干扰和失真的影响，多个所选已滤波不需要分量601随机地设置在图的原点周围。如果在RF频道中无干扰，则因失真引起的随机放置的所选已滤波不需要分量601存在并且在相对于预定幅度值600的原点的半径内具有它们大部分的值。通过分配低的加权或标定值给那些处于该特定半径内的所选已滤波不需要分量值，进一步减小了该不需要分量中的失真量。

标定值的确定基本是预定幅度值或其它预定幅度值的函数。如图6中所示，位于相应于预定幅度值600的半径内的所选已滤波不需要分量601被分配一个标定值，而那些位于该半径外侧的码元被分配一个较大的标定值，以区别失真利害的码元与失真不利害的码元。另外，几个半径(每个都具有一个相应的幅度值)可被安排与原点同圆心。这样，根据所选已滤波不需要分量601位于其间哪些半径，位于每个半径之间的所选已滤波不需要分量601被分配一个独特的预定标定值。再则，这种多半径概念可以被扩展，以便提供一个根据在一特定半径处的函数值标定全部所选已滤波不需要分量601的标定函数。

图7示出了相对于所选已滤波不需要分量703的幅度的两个可能的预定标定函数700和701。第一个函数700通过使该分量与零相乘消除了任何其幅度小于预定幅度值600的所选已滤波不需要分量。幅度大于预定幅度值600的所选已滤波不需要分量与一个特定的非零值相乘。第二个函数701不同于第一个函数700之处在于相应于所选已滤波不需要分量703的幅度它是连续的。第二个函数701对其幅度小于预定幅度值600的那些分量给予较小的标定，对其幅度大于预定幅度值600的那些分量给予较大的标定。可以使用任何函数对所选已滤波不需要分量进行标定，但典型的函数包括二阶或三阶多项式和行。标定函数的选择取决于获得一个可靠的信号可用性确定所必需的失真减小的量。

Claims (9)

1.一种在接收信息码元流的接收机中减轻失真效应以提高对于信号可用性的确定的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a)接收一个信息码元流以产生一个码元流，其中该码元流的每个信息码元包括需要分量、干扰分量，以及失真分量；

b)确定失真分量的特征以产生失真特征；

c)确定需要分量的代表物，以产生一个需要代表物；

d)根据需要代表物和码元流确定一个不需要分量；

e)根据不需要分量和失真特征确定干扰分量的代表物；和

f)根据所需表示和干扰分量的表示确定码元流可用性的一个标记。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述步骤(e)还包括以下步骤：

e1)根据失真特征确定至少一个幅度值；

e2)当不需要分量的幅度小于该至少一个幅度值时，利用一个第一预定值标定该不需要分量；和

e3)当不需要分量的幅度大于该至少一个幅度值时，利用一个第二预定值标定该不需要分量，其中该第二预定值大于第一预定值。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述步骤(b)还包括以下步骤：根据接收机和发射该码元流的一个发射机的预先建立失真信息确定失真分量；

确定不需要分量的步骤(d)包括从该码元流减去所需分量；和

确定干扰分量的代表物的步骤(e)还包括经一滤波器滤除不需要分量以衰减失真分量的步骤。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于还包括下列步骤：

g)根据失真特征通过接收机确定不需要分量的所选不需要分量；以及

h)通过接收机经一滤波器从所选不需要分量中滤除失真分量，

其中步骤(e)包括根据已滤波所选不需要分量，确定干扰分量的代表物。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于确定干扰分量的表示的步骤(e)还包括以下步骤：

e1)根据失真特征判决至少一个幅度值；

e2)当已滤波所选不需要分量中的一个已滤波所选不需要分量的幅度小于该至少一个幅度值时，利用第一预定值对该已滤波所选不需要分量进行标定；和

e3)当已滤波所选不需要分量中的一个已滤波所选分量的幅度大于该至少一个幅度值时，利用第二预定值对该已滤波所选不需要分量进行标定，其中该第二预定值大于该第一预定值。

6.一种在接收机中减轻失真效应和提高信号可用性确定的装置，其特征在于，该装置包括：

一个信号接收器，用以接收信息码元流以产生一码元流；

一个失真特征确定器，其中该失真特征确定器确定该码元流的每个信息码元的一个失真分量的失真特征；

一个需要分量确定器，可操作地连接到所述信号连接器，其中该需要分量确定器确定该码元流的每个信息码元的需要分量；

一个不需要分量确定器，可操作地连接到需要分量确定器和信号接收器，其中该不需要分量确定器根据所需分量和码元流确定该码元流的每个信号码元的不需要分量；

一个干扰分量确定器，可操作地连接到不需要分量确定器和失真特征确定器，其中该干扰分量确定器根据所需分量、失真特征和不需要分量确定该码元流的每个信息码元的干扰分量；

其中该装置还包括一个幅度标定器，它可操作地连接到干扰分量确定器、失真特征确定器、以及不需要分量确定器，其中当不需要分量的幅度小于至少一个幅度值时，该幅度标定器利用第一预定值标定该不需要分量的幅度，当该不需要分量的幅度大于至少一个幅度值时，它利用第二预定值标定该不需要成份的幅度。

7.根据权利要求6的装置，其特征在于，还包括一个滤波器，它可操作地连接到失真特征确定器和不需要分量确定器，其中该滤波器从不需要分量中衰减失真分量。

8.根据权利要求6的装置，其特征在于还包括一个：

一个选择器，可操作地连接到不需要分量确定器和失真特征确定器，其中该选择器根据该失真分量选择不需要分量的所选不需要分量；

一个干扰分量确定器，可操作地连接到选择器和失真特征确定器，其中该干扰分量确定器根据所需分量、失真特征和所选不需要分量确定该码元流的每个信息码元的干扰分量。

9.根据权利要求8的装置，其特征在于：还包括一个幅度标定器，它可操作地连接到干扰分量确定器和选择器，其中当该干扰分量的幅度小于至少一个幅度值时，该幅度标定器利用第一预定值标定该所选不需要分量的幅度，当该干扰分量大于该至少一个幅度值时，它利用第二预定值标定该所选不需要分量的幅度。

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