CN108111442B - 维特比均衡方法、维特比均衡器及接收机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种维特比均衡方法、维特比均衡器及接收机。所述方法包括：估计信道的信道脉冲响应；重构实际接收的数据符号序列的当前状态的前一状态的所有可能的发送数据符号；将所述重构的发送数据符号与所述信道脉冲响应进行卷积；计算实际接收的数据符号序列的当前状态的数据符号与所述卷积的欧式距离；选取所述欧式距离中的最小值作为实际接收的数据符号序列的当前状态的分支度量；基于所述分支度量获取当前状态的路径度量；基于所述路径度量获取均衡后的数据符号。本发明能够很好地抵抗ISI带来的性能损失。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种维特比均衡方法、维特比均衡器及接收机。
背景技术
在移动无线电领域，传输数据信号的多路径传播造成了符号间相互干扰(ISI，intersymbol interference)。802.11b系统的多径条件较为恶劣，在极端情况下需要考虑10条以上的多径，而多径对系统的接收有符号间相互干扰(ISI)，从而导致接收机性能恶化。因而通过空中接口传输的数据信号必须施以适合的均衡，以考虑实体传输信道的特征。现有的技术中，802.11b系统1M、2M下主要采用匹配滤波，ZF均衡器(Zero Forcing，迫零均衡器)和MMSE均衡器(Minimum Mean-squared Error，最小均方误差均衡器)等方法。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下技术问题：
匹配滤波器基于当前的接收数据最大信噪比准则设计，而在多径场景下，该方法并不能有效的抵抗ISI带来的性能损失。ZF和MMSE均衡器虽然在匹配滤波器的基础上考虑了信道的统计特性，但仍然不能很好地抵抗ISI带来的性能损失。
发明内容
本发明提供的维特比均衡方法、维特比均衡器及接收机，能够很好地抵抗ISI带来的性能损失。
第一方面，本发明提供一种维特比均衡方法，所述方法包括：
估计信道的信道脉冲响应；
重构实际接收的数据符号序列的当前状态的前一状态的所有可能的发送数据符号；
将所述重构的发送数据符号与所述信道脉冲响应进行卷积；
计算实际接收的数据符号序列的当前状态的数据符号与所述卷积的欧式距离；
选取所述欧式距离中的最小值作为实际接收的数据符号序列的当前状态的分支度量；
基于所述分支度量获取当前状态的路径度量；
基于所述路径度量获取均衡后的数据符号。
可选地，在所述估计信道的信道脉冲响应之后，所述将所述重构的发送数据符号与所述信道脉冲响应进行卷积之前，还包括：进行信道预处理。
可选地，所述进行信道预处理包括：
计算所有估计信道的功率值，获得功率最大值；
将信道功率值与所述功率最大值的比值大于设定值的信道保留，将信道功率值与所述功率最大值的比值小于设定值的信道删除。
可选地，所述重构实际接收的数据符号序列的当前状态的前一状态的所有可能的发送数据符号包括：
对所述当前状态的前一状态的所有可能的码元进行调制；
对所述调制后的数据符号进行扩频；
对所述扩频后的数据符号进行上采样。
可选地，所述基于所述分支度量获取当前状态的路径度量包括：
将所述分支度量与所述当前状态的前一状态的路径度量的加和作为所述当前状态的路径度量。
可选地，所述基于所述路径度量获取均衡后的数据符号包括：
根据所有实际接收的数据符号对应的路径度量得到均衡后的数据符号，或者根据一定长度的接收的数据符号对应的路径度量得到局部的均衡后的数据符号，然后将获得的所有的局部的均衡后的数据符号组合。
第二方面，本发明提供一种维特比均衡器，所述均衡器包括：
估计单元，用于估计信道的信道脉冲响应；
重构单元，用于重构实际接收的数据符号序列的当前状态的前一状态的所有可能的发送数据符号；
卷积单元，用于将所述重构的发送数据符号与所述信道脉冲响应进行卷积；
计算单元，用于计算实际接收的数据符号序列的当前状态的数据符号与所述卷积的欧式距离；
选取单元，用于选取所述欧式距离中的最小值作为实际接收的数据符号序列的当前状态的分支度量；
第一获取单元，用于基于所述分支度量获取当前状态的路径度量；
第二获取单元，用于基于所述路径度量获取均衡后的数据符号。
可选地，还包括信道预处理单元，用于对信道进行预处理。
可选地，所述信道预处理单元包括：
计算模块，计算所有估计信道的功率值，获得功率最大值；
信道保留删除模块，用于将信道功率值与所述功率最大值的比值大于设定值的信道保留，将信道功率值与所述功率最大值的比值小于设定值的信道删除。
可选地，所述重构单元包括：
调制模块，用于对所述当前状态的前一状态的所有可能的码元进行调制；
扩频模块，用于对所述调制后的数据符号进行扩频；
上采样模块，用于对所述扩频后的数据符号进行上采样。
可选地，所述第一获取单元，用于将所述分支度量与所述当前状态的前一状态的路径度量的加和作为所述当前状态的路径度量。
可选地，所述第二获取单元，用于根据所有实际接收的数据符号对应的路径度量得到均衡后的数据符号，或者根据一定长度的接收的数据符号对应的路径度量得到局部的均衡后的数据符号，然后将获得的所有的局部的均衡后的数据符号组合。
第三方面，本发明提供一种接收机，所述接收机包括上述维特比均衡器。
本发明实施例提供的维特比均衡方法、维特比均衡器及接收机，维特比均衡采用类似维特比译码的思想，参考传统意义的最大似然序列检测算法，从而获得最佳均衡性能。
附图说明
图1为本发明一实施例维特比均衡方法的流程图；
图2为本发明一实施例维特比均衡器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种维特比均衡方法，如图1所示，所述方法包括：
S11、估计信道的信道脉冲响应；
S12、重构实际接收的数据符号序列的当前状态的前一状态的所有可能的发送数据符号；
S13、将所述重构的发送数据符号与所述信道脉冲响应进行卷积；
S14、计算实际接收的数据符号序列的当前状态的数据符号与所述卷积的欧式距离；
S15、选取所述欧式距离中的最小值作为实际接收的数据符号序列的当前状态的分支度量；
S16、基于所述分支度量获取当前状态的路径度量；
S17、基于所述路径度量获取均衡后的数据符号。
本发明实施例提供的一种维特比均衡方法，维特比均衡采用类似维特比译码的思想，参考传统意义的最大似然序列检测算法，从而获得最佳均衡性能。
可选地，在所述估计信道的信道脉冲响应之后，所述将所述重构的发送数据符号与所述信道脉冲响应进行卷积之前，还包括：进行信道预处理。
可选地，所述进行信道预处理包括：
计算所有估计信道的功率值，获得功率最大值；
将信道功率值与所述功率最大值的比值大于设定值的信道保留，将信道功率值与所述功率最大值的比值小于设定值的信道删除。
可选地，所述重构实际接收的数据符号序列的当前状态的前一状态的所有可能的发送数据符号包括：
对所述当前状态的前一状态的所有可能的码元进行调制；
对所述调制后的数据符号进行扩频；
对所述扩频后的数据符号进行上采样。
可选地，所述基于所述分支度量获取当前状态的路径度量包括：
将所述分支度量与所述当前状态的前一状态的路径度量的加和作为所述当前状态的路径度量。
可选地，所述基于所述路径度量获取均衡后的数据符号包括：
根据所有实际接收的数据符号对应的路径度量得到均衡后的数据符号，或者根据一定长度的接收的数据符号对应的路径度量得到局部的均衡后的数据符号，然后将获得的所有的局部的均衡后的数据符号组合。
本发明实施例提供的维特比均衡方法，当前状态实际接收数据符号，构建当前状态的前一状态所有可能的发送数据符号，对多径信道进行估计获得信道脉冲响应，将所述构建的当前状态的前一状态所有可能的发送数据符号分别与所述信道脉冲响应进行卷积，计算实际接收的数据符号与获得的每一个卷积结果之间的欧式距离，选取所述欧式距离中的最小值作为当前状态的分支度量，根据该当前状态的分支度量与前一状态的度量获得当前状态的度量以及对应的均衡后的数据符号。
首先对信道进行估计，本发明实施例提供的维特比均衡方法将信道对信号的影响等效为一种卷积编码器，将信道估计得到的信道脉冲响应与重构的发送数据符号进行卷积。在对信道进行估计后还包括信道预处理的步骤，其目的是对含有的噪声径信道做降噪处理，得到更为准确的信道估计结果。对噪声径的降噪处理方法很多，可基于绝对门限，对门限以下的径做硬处理，还可以根据信道估计的统计特性做统计上的滤波，比如MMSE滤波方案等。本发明实施例中的信道预处理使用的是硬处理的方法，具体地，首先对于所有信道估计径，计算其功率，并将计算得到的功率值进行排序，找出功率值最大的信道估计径。其次预设一个设定值，计算每条信道径和最大功率信道径的功率比，如果功率比大于设定值，则保留该信道径，否则把该信道径置为0。
其次重构实际接收的数据符号序列的当前状态的前一状态的所有可能的发送数据符号。如果以DPSK为列，其重构流程具体为：首先选取任意若干个DPSk符号的组合，以2个为例，一共16组，分别进行后续操作。其次，对调制符号进行barker码扩频，barker码为11b标准中的11位扩频码，扩频的过程跟传统过程一致。最后，实际的接收机如果以多倍速率采样处理，则对扩频后的序列进行上采样到接收机处理的速率。
将重构的所有可能的发送数据符号和信道估计后进行信道预处理的信道结果进行卷积，并对卷积的结果进行抽取，抽取的起始点需参考输入的扩频码的结果，假设同步理想，则起始点为11*N，其中N为上采样速率。计算实际接收的数据符号序列的当前状态的数据符号与所述卷积的欧式距离，其结果用于后续的维特比均衡，该计算欧式距离的过程即为计算代价函数的过程。
本发明实施例提供的维特比均衡方法参考传统意义的最大似然序列检测算法，采用类似维特比译码的思想，基于代价函数，做一个全局的搜索。实际接收的数据符号序列的当前状态的度量
path(i)＝path(i-1)+branch(i)
其中，i为当前符号索引，当前计算的path度量值为前一次的path度量值加上当前分支计算的brach。其中branch独立计算的公式一般为：
branch(i)＝min(J(s(i)))
其中，J为计算出的代价函数，s(i)表征当前符号和前一符号的状态转移结果，这里。以BPSK为列，考虑两个符号的状态转移，一共有2个分支，各两种状态。比如当前符号为-1，则可能存在的转移为-1→-1 1→-1。当转移状态为-1→-1时，对前一状态码元分别进行上述的调制、扩频、上采样、与信道估计预处理后的结果进行卷积、基于卷积结果与当前状态符号计算代价函数。同样的对于当转移状态为1→-1时，采取同样的操作。对于获取的两个代价函数，选取其中的最小值作为当前状态的分支度量。该分支度量与前一状态的度量进行加和得到当前状态的度量path(i)。此外还需要记录一个trace back表，用以记录整个搜索过程的状态转移过程。当所有的符号计算完毕，根据保存的内容找出的相应的序列为维特比均衡的输出。
本发明实施例还提供一种维特比均衡器，如图2所示，所述均衡器包括：
估计单元21，用于估计信道的信道脉冲响应；
重构单元22，用于重构当前状态的前一状态的所有可能的数据符号；
卷积单元23，用于将所述重构的数据符号与所述信道脉冲响应进行卷积；
计算单元24，用于计算实际接收的数据符号序列与所述卷积的欧式距离；
选取单元25，用于选取所述欧式距离中的最小值作为当前状态与前一状态的分支度量；
第一获取单元26，用于基于所述分支度量获取当前状态的路径度量；
第二获取单元27，用于基于所述路径度量获取均衡后的数据符号。
本发明实施例提供的一种维特比均衡器，维特比均衡采用类似维特比译码的思想，参考传统意义的最大似然序列检测算法，从而获得最佳均衡性能。
可选地，还包括信道预处理单元，用于对信道进行预处理。
可选地，所述信道预处理单元包括：
计算模块，计算所有估计信道的功率值，获得功率最大值；
信道保留删除模块，用于将信道功率值与所述功率最大值的比值大于设定值的信道保留，将信道功率值与所述功率最大值的比值小于设定值的信道删除。
可选地，所述重构单元22包括：
调制模块，用于对所述当前状态的前一状态的所有可能的码元进行调制；
扩频模块，用于对所述调制后的数据符号进行扩频；
上采样模块，用于对所述扩频后的数据符号进行上采样。
可选地，所述第一获取单元26，用于将所述分支度量与所述当前状态的前一状态的路径度量的加和作为所述当前状态的路径度量。
可选地，所述第二获取单元27，用于根据所有实际接收的数据符号对应的路径度量得到均衡后的数据符号，或者根据一定长度的接收的数据符号对应的路径度量得到局部的均衡后的数据符号，然后将获得的所有的局部的均衡后的数据符号组合。
第三方面，本发明提供一种接收机，所述接收机包括上述所述的维特比均衡器。
采用本发明实施例提供的维特比均衡器的接收机特别适用于1M和2M的配置。实际仿真表明，如果802.11b系统同步理想，跟传统接收机有接近4dB的性能提升。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (11)
1.一种维特比均衡方法，其特征在于，包括：
估计信道的信道脉冲响应；
重构实际接收的数据符号序列的当前状态的前一状态的所有可能的发送数据符号；
将所述重构的发送数据符号与所述信道脉冲响应进行卷积；
计算实际接收的数据符号序列的当前状态的数据符号与所述卷积的欧式距离；
选取所述欧式距离中的最小值作为实际接收的数据符号序列的当前状态的分支度量；
基于所述分支度量获取当前状态的路径度量；
基于所述路径度量获取均衡后的数据符号；
所述重构实际接收的数据符号序列的当前状态的前一状态的所有可能的发送数据符号包括：对所述当前状态的前一状态的所有可能的码元进行调制；对所述调制后的数据符号进行扩频；对所述扩频后的数据符号进行上采样。
2.根据权利要求1所述的维特比均衡方法，其特征在于，在所述估计信道的信道脉冲响应之后，所述将所述重构的发送数据符号与所述信道脉冲响应进行卷积之前，还包括：进行信道预处理。
3.根据权利要求2所述的维特比均衡方法，其特征在于，所述进行信道预处理包括：
计算所有估计信道的功率值，获得功率最大值；
将信道功率值与所述功率最大值的比值大于设定值的信道保留，将信道功率值与所述功率最大值的比值小于设定值的信道删除。
4.根据权利要求1所述的维特比均衡方法，其特征在于，所述基于所述分支度量获取当前状态的路径度量包括：
将所述分支度量与所述当前状态的前一状态的路径度量的加和作为所述当前状态的路径度量。
5.根据权利要求1所述的维特比均衡方法，其特征在于，所述基于所述路径度量获取均衡后的数据符号包括：
根据所有实际接收的数据符号对应的路径度量得到均衡后的数据符号，或者根据一定长度的接收的数据符号对应的路径度量得到局部的均衡后的数据符号，然后将获得的所有的局部的均衡后的数据符号组合。
6.一种维特比均衡器，其特征在于，包括：
估计单元，用于估计信道的信道脉冲响应；
重构单元，用于重构实际接收的数据符号序列的当前状态的前一状态的所有可能的发送数据符号；
卷积单元，用于将所述重构的发送数据符号与所述信道脉冲响应进行卷积；
计算单元，用于计算实际接收的数据符号序列的当前状态的数据符号与所述卷积的欧式距离；
选取单元，用于选取所述欧式距离中的最小值作为实际接收的数据符号序列的当前状态的分支度量；
第一获取单元，用于基于所述分支度量获取当前状态的路径度量；
第二获取单元，用于基于所述路径度量获取均衡后的数据符号；
所述重构单元包括：调制模块，用于对所述当前状态的前一状态的所有可能的码元进行调制；扩频模块，用于对所述调制后的数据符号进行扩频；上采样模块，用于对所述扩频后的数据符号进行上采样。
7.根据权利要求6所述的维特比均衡器，其特征在于，还包括信道预处理单元，用于对信道进行预处理。
8.根据权利要求7所述的维特比均衡器，其特征在于，所述信道预处理单元包括：
计算模块，计算所有估计信道的功率值，获得功率最大值；
信道保留删除模块，用于将信道功率值与所述功率最大值的比值大于设定值的信道保留，将信道功率值与所述功率最大值的比值小于设定值的信道删除。
9.根据权利要求6所述的维特比均衡器，其特征在于，所述第一获取单元，用于将所述分支度量与所述当前状态的前一状态的路径度量的加和作为所述当前状态的路径度量。
10.根据权利要求6所述的维特比均衡器，其特征在于，所述第二获取单元，用于根据所有实际接收的数据符号对应的路径度量得到均衡后的数据符号，或者根据一定长度的接收的数据符号对应的路径度量得到局部的均衡后的数据符号，然后将获得的所有的局部的均衡后的数据符号组合。
11.一种接收机，其特征在于，所述接收机包括权利要求6-10中任一项所述的维特比均衡器。
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