CN105577581A - 接收机的符号检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种接收机的符号检测方法和装置。该方法包括以下步骤：对输入样本信号进行预处理；选择样本信号中要进行样本符号检测的部分样本点；对经过选择的部分样本点进行样本符号检测。本发明通过剔除一部分对检测性能存在负面贡献的样本点，利用剩余的部分样本点进行检测，可以提高检测性能。

Description

接收机的符号检测方法和装置

技术领域

本发明涉及物理层接收机中的符号恢复技术领域，尤其是涉及接收机的检测方法和装置。

背景技术

通信系统的解调技术通常分为相干解调和非相干解调。相干解调通常需要接收机首先恢复载波频率和载波相位，然后利用信道估计技术以及均衡技术对接收信号进行解调、恢复和判决。但接收机要想获得同频同相，通常是有一定困难的。非相干解调技术的解调性能要比相干解调技术的解调性能差，并且随着调制阶数(即调制方案的星座点数)的增大其性能差距也变大。但非相干解调技术不需要接收机达到同频同相，相对容易实现一些。

非相干解调技术中很重要的一类解调技术是差分解调技术，也称为差分检测技术。差分检测技术通常面向差分调制通信系统；也就是说，差分调制通信系统首先在发射端利用差分调制技术调制信源数据，然后在接收端利用差分检测技术解调信号。差分检测技术通常包含三类；第一类属于直接判决技术，即直接对接收信号进行判决；第二类利用判决反馈均衡器，先尽可能地消除干扰因素，再对接收信号进行判决；第三类差分检测技术通常利用著名的维特比(Viterbi)检测原理，利用最大似然原则通过对多个接收符号进行联合判决，进一步提高检测性能。

尽管第一类差分检测技术的检测性能与第二类和第三类差分检测技术相比，性能要略差，但其复杂度较低；况且，当调制阶数(即星座点数)较小时，第一类差分检测技术的最优解调性能与第二类和第三类差分检测技术的检测性能之间的差距并不大。因此，第一类差分检测技术仍拥有较大的应用空间。

对第一类差分检测技术来说，传统的符号检测方案为全样本符号检测方案，其实现框图参见图1。假设接收信号为上采样信号，上采样因子为M，即一个符号对应M个样本点，那么检测预处理模块11的输入信号就是样本信号。输入的样本信号经检测预处理模块11预处理后，送给全样本符号检测模块12；全样本符号检测模块12利用每个符号M个样本点，获得输出的检测好的符号数据。其中，定时同步模块13指出每个符号对应的M个样本点的起始样本点的位置索引值。

一个具体的示例可描述如下。蓝牙(Bluetooth)系统的BDR(BasicDataRate)模式和LE(LowEnergy)模式均采用GFSK(高斯频移键控)调制方案，该系统的传统的全样本符号检测方案参考图2所示。

在方框21先对输入的时间域样本信号求取相位，然后在方框22进行差分操作，即将当前样本点的相位值减去前一样本点的相位值，得到差分相位值；将差分相位送给全样本符号检测模块23。全样本符号检测模块23将每个符号对应的M个样本点的差分相位值相加起来，获得的加法结果记为S_sum，然后进行判决，获得判决后的符号，记为S_dec，其使用的判决方法为：

ifS_sum>0,S_dec＝+1；

elseS_dec＝-1.

最后，将判决后的符号S_dec输出。

其中，定时同步模块24可利用差分相位数据，根据一些定时算法，如Gardner的TimingErrorDetection算法，获得每个符号对应的M个样本点的起始样本点的位置索引值。

全样本符号检测技术可以利用每个符号的M个样本点来降低高斯噪声等不利因素的影响，但一个通信系统往往除了高斯噪声还遭受其它干扰的影响，如符号间干扰和定时同步误差等，这就导致了一个符号的M个样本点中有的样本点遭受的其它干扰较重，有的较轻。如果某些遭受其它干扰(如符号间干扰)较重的样本点被利用起来进行符号检测，也就是说，该样本点带来的其它干扰(如符号间干扰)已经超过了其能够带来的降低高斯噪声的好处，那么检测方案的检测性能就不是最优的。也就是说，传统的全样本符号检测方案存在性能稍差的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种接收机的符号检测方法，包括以下步骤：对输入样本信号进行预处理；选择样本信号中要进行样本符号检测的部分样本点；对经过选择的部分样本点进行样本符号检测。

在本发明的一实施例中，依据一控制信号选择样本信号中要进行样本符号检测的部分样本点。

在本发明的一实施例中，所述预处理包括提取相位和差分操作。

本发明还提出接收机的符号检测装置，包括：预处理模块，对输入样本信号进行预处理；样本选取逻辑，选择样本信号中要进行样本符号检测的部分样本点；样本符号检测模块，连接该预处理模块和该样本选取逻辑，对经过选择的部分样本点进行样本符号检测。

在本发明的一实施例中，该样本选取逻辑依据一控制信号选择样本信号中要进行样本符号检测的部分样本点。

在本发明的一实施例中，该预处理模块的预处理包括提取相位和差分操作。

在本发明的一实施例中，该样本选取逻辑设定选择的部分样本点的索引值。

在本发明的一实施例中，该接收机为蓝牙系统或者GSM系统的接收机。

本发明还提出一种接收机，包括如上所述的符号检测装置。

本发明的上述方案通过剔除一部分对检测性能存在负面贡献的样本点，利用剩余的部分样本点进行检测，达到了提高检测性能的目的，也就是说，克服了传统的全样本符号检测技术的检测性能稍差的缺点。同时，本发明的方案依然保留了第一类符号检测技术(传统的全样本符号检测技术)的低复杂度的优点。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出已知的样本符号检测方案的结构框图。

图2示出已知的样本符号检测方案的实际应用结构框图。

图3示出本发明一实施例的样本符号检测方案的结构框图。

图4示出本发明一实施例的样本符号检测方案的实际应用结构框图。

图5示出本发明一实施例的包格式。

图6示出本发明另一实施例的包格式。

图7示出根据本发明一实施例的发射机处理框图。

图8示出根据本发明一实施例的接收机处理框图。

图9示出本发明实施例与已知技术的性能对比图。

具体实施方式

本发明的实施例提出一种新的样本符号检测方案，以提高检测性能。

图3示出本发明一实施例的样本符号检测方案的结构框图。参考图3所示，接收机的符号检测装置30包括预处理模块31、样本选取逻辑32和样本符号检测模块33。预处理模块31对输入样本信号进行预处理，以便为样本符号检测做准备。经过预处理的样本信号将被送到样本符号检测模块33。与通常的样本检测方案不同的是，本实施例的样本符号检测模块33并不是对样本信号中所有样本点进行检测，而只是对样本信号中的部分样本点进行检测。样本选取逻辑32负责选择样本信号中要进行样本符号检测的部分样本点，并将选择结果提供给样本符号检测模块33。样本符号检测模块33连接预处理模块31和样本选取逻辑32，对经过选择的部分样本点进行样本符号检测。

在一实施例中，样本选取逻辑32可以依据一控制信号选择样本信号中要进行样本符号检测的部分样本点。另外，举例来说，样本选取逻辑32是设定选择的部分样本点的索引值，然后由样本符号检测模块33根据设定的索引值来选择样本点。

符号检测装置30还可包括定时同步模块34，其指出每个符号对应的多个样本点的起始样本点的位置索引值。

在本发明的实施例中，可以通过控制信号实时修改样本选取逻辑32的相关参数，也可通过写数据接口对其相关数据进行修改。样本选取逻辑32可以剔除检测性能存在负面贡献的样本点。样本选取逻辑32的具体实现方案可以根据系统需要，具体设计。一种较为简单的实现方案是，通过系统仿真，确定可以参与符号检测的样本点的范围，预先根据这些样本点的范围，设计选取逻辑。

图3所示样本符号检测装置可以设置在接收机中，该接收机可为蓝牙(Bluetooth)系统或者GSM系统的接收机。

作为示例，图4示出本发明一实施例的样本符号检测方案的实际应用结构框图。该样本符号检测方案例如是蓝牙系统的BDR(BasicDataRate)模式和LE(LowEnergy)模式的部分样本符号检测技术方案。参考图4所示，在本实施例中，预处理模块31包括取相位模块31a和差分模块31b，分别进行提取相位和差分操作。对于差分操作来说，是将当前样本的相位减去前一样本的相位，获得差分相位。

此外，样本选取逻辑32的实现方案可以描述如下：

设置一个参数，记为Offset，其取值范围是0,1,2，…,floor((M-1)/2)。floor(x)为向下取整函数。同时记一个符号对应的M个样本点的索引值为0,1,…,M-1。该样本选取逻辑32的操作逻辑是选取如下索引值的样本点参与符号检测，即Offset,Offset+1,…,M-1-Offset。

其中，样本符号检测模块33的操作方法是，将上述选取出来的索引值对应的差分相位累加起来，其结果记为S_psum，然后进行判决，获得判决后的符号，记为S_pdec，其使用的判决方法例如为：

ifS_psum>0,S_pdec＝+1；

elseS_pdec＝-1.

最后，将判决后的符号S_pdec输出。

其中，定时同步模块34可利用差分相位数据，根据一些定时算法，如Gardner的TimingErrorDetection算法，获得每个符号对应的M个样本点的起始样本点的位置索引值。

下面以蓝牙BDR和/或LE模式为背景，展示本发明实施例的样本符号检测方案与传统方案的性能差异。首先，介绍一下蓝牙系统BDR模式和LE模式的异同点。

蓝牙系统的BDR模式和LE模式均采用GFSK方式进行调制，所不同的有2点：

1.BDR模式的modulationindex取值范围为h＝0.28～0.35，而LE模式的modulationindex取值范围为h＝0.45～0.55；

2.二者的包格式不同，图5为BDR模式的包格式，图6为LE模式的包格式。

图7为根据本发明一实施例的蓝牙BDR模式和/或LE模式的发射机处理框图。参考图7所示，输入的比特序列首先进行BPSK映射71(即比特0映射为-1，比特1映射为+1)，然后进行上采样操作72(即复制操作，假设上采样因子M＝8，即将输入信号复制7次，上采样后共获得8个取值相同的样本点)，然后进行高斯脉冲整形73即高斯滤波操作，再进行积分74、相位调制75等，直至进入发射前端76获得发射信号发射向空中。

图8为根据本发明一实施例的接收机处理框图。参考图8所示，天线801从空中接收到射频信号，经调谐器802下变频到IF(中频)信号，然后经过ADC803转换为数字信号，经去直流模块804去除直流分量，再经下变频模块805下变频到基带，然后经低通滤波器806滤除带外干扰，经匹配滤波器807(MF)对接收信号进行整形处理，之后的自动增益控制(AGC)模块808获得VGA(可变增益放大器)增益因子，反馈给调谐器802；接下来，时间域信号进入CORDIC(CoordinateRotationDigitalComputer，坐标旋转数字计算机)模块获得输入信号的相位值，再进入差分模块809，将当前样本点的相位值减去上一样本点的相位值，获得差分相位值；将获得的差分相位序列送给部分样本比特检测模块810，最终获得检测到的比特序列。需要说明的是，由于蓝牙BDR模式和LE模式采用GFSK调制方式，一个比特即对应一个符号，此处的符号可以等效为比特。

在具体实现时，可以将信号进行8倍的上采样处理。

图9示出本发明实施例的样本符号检测方案与传统方案的性能对比，信道为AWGN信道。其中，调制索引为0.50，蓝牙模式为LE模式，上采样因子为8；采用全部8个样本点的方案即传统的全样本符号检测技术，采用中间6个样本点的方案即本发明提出的部分样本符号检测技术，其中Offset＝1。

可以看出，本发明实施例的方案在BER＝1e-3时，比传统方案优秀约0.5dB，这是在不增加方案复杂度的前提下，对传统方案略做改动就获得的性能增益。

本发明的上述实施例通过剔除一部分对检测性能存在负面贡献的样本点，利用剩余的部分样本点进行检测，达到了提高检测性能的目的，也就是说，克服了传统的全样本符号检测技术的检测性能稍差的缺点。同时，本发明实施例的方案依然保留了第一类符号检测技术(传统的全样本符号检测技术)的低复杂度的优点。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (9)

1.接收机的符号检测方法，包括以下步骤：

对输入样本信号进行预处理；

选择样本信号中要进行样本符号检测的部分样本点；

对经过选择的部分样本点进行样本符号检测。

2.如权利要求1所述的接收机的符号检测方法，其特征在于，依据一控制信号选择样本信号中要进行样本符号检测的部分样本点。

3.如权利要求1所述的接收机的符号检测方法，其特征在于，所述预处理包括提取相位和差分操作。

4.接收机的符号检测装置，包括：

预处理模块，对输入样本信号进行预处理；

样本选取逻辑，选择样本信号中要进行样本符号检测的部分样本点；

样本符号检测模块，连接该预处理模块和该样本选取逻辑，对经过选择的部分样本点进行样本符号检测。

5.如权利要求4所述的接收机的符号检测装置，其特征在于，该样本选取逻辑依据一控制信号选择样本信号中要进行样本符号检测的部分样本点。

6.如权利要求4所述的接收机的符号检测装置，其特征在于，该预处理模块的预处理包括提取相位和差分操作。

7.如权利要求4所述的接收机的符号检测装置，其特征在于，该样本选取逻辑设定选择的部分样本点的索引值。

8.如权利要求4所述的接收机的符号检测装置，其特征在于，该接收机为蓝牙系统或者GSM系统的接收机。

9.一种接收机，包括如权利要求4-8任一项所述的符号检测装置。