CN108370357B - 处理数字编码无线电信号的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

公开一种处理包含待确定的比特的数字编码无线电信号(102)的方法。所述方法包括：将包含所述比特的第一比特序列(103)与多个预定滤波器(104a‑h)相关联以产生第一组滤波器系数(110a‑h)；从第一组滤波器系数计算(120)包含所述比特针对每个比特位置具有给定值的似然性的第一似然数据集(124)。然后，将包含处于不同位置的所述比特的第二比特序列(103)与滤波器相关联以产生第二组滤波器系数(10a‑h)，从第二组滤波器系数计算第二似然数据集(124)。然后，从分别来自第一似然数据集和第二似然数据集的对应于处于第一比特位置和第二比特位置的所述比特的数据，计算包含概率加权比特值的软输出比特(126)。

Description

处理数字编码无线电信号的方法和设备
技术领域
本发明涉及信号处理器，特别是以用于解码所接收的比特流的匹配滤波器组为特征的信号处理器。
背景技术
通信中使用的所接收的数字信号典型地包含载波，该载波被以某种方式调制以对该载波赋与数据，该数据本身为数字“0”和“1”的比特流。可以使用许多不同调制方案。数字无线电信号可能经常遭遇噪声和毛刺，其可能造成有关所接收的比特是数字“0”还是“1”的不确定性。正确确定比特值以使包含在所接收信号内的数据有用是重要的。
解决该问题的一个办法是简单地对各个所接收比特执行阈值化操作，每个比特根据其更接近0还是1而被分配以确定的0或1值。WO2014/167318(通过引用并入本文)中概述的另一解决方案是对特定接收比特进行多次观察，针对各次观察确定该接收比特是0还是1，及然后决定该比特具有大部分时间观察到的值(即0或1)。
以上概述的办法有关应该基于瞬时观察分配给特定者的值做出“硬式”即确定性决定。因此，硬式决定会比可能需要时更早“丢掉”信息。举个解码器实例，该解码器被布置成基于与所接收的比特相关联的接收电压电平而对所接收的比特是0还是1做出硬式决定，其中，0V和0.5V之间的电压电平对应于数字0，及0.5V和1V之间的电压电平对应于数字1。分别具有0.501V及0.999V的电压电平的两个不同比特都将被确定为具有数字值1，但后者比前者更可能是正确的。然而，一旦做出决定，对应于不确定性的此项信息丢失。
替代关于给定比特流内的比特简单地做出硬式决定，本领域中已知提供该比特流作为“软”解码器诸如“维特比(Viterbi)解码器”的输入。维特比解码器实施“维特比算法”(根据其创始者Andrew J.Viterbi命名)，其运用不确定性信息且在许多工程领域有明确文献纪录。维特比算法特别可用于解码在码分多址(CDMA)及全球移动通信系统(GSM)数字蜂窝通信、拨号调制解调器、卫星及深空通信、及802.11无线局域网(WLAN)中使用的卷积码。然而，维特比解码器需要有关各个所接收的比特的不确定性信息，原因在于其通常利用与变量可能具有的各个可能状态相关联的概率以及状态间的转换概率。
通常，维特比解码器的输入通过首先使用频率鉴别器处理该比特流产生以从0或1的观察次数而决定似然值。但频率鉴别器需要输入信号的相位的估值且非特别敏感。
鉴于提高接收器敏感度，本发明提出替代方案。
发明内容
从第一方面看，本发明提出一种处理包含待确定的比特的数字编码无线电信号的方法，所述方法包括：
将包含所述比特的第一比特序列与多个预定滤波器相关联以产生第一组滤波器系数；
从所述第一组滤波器系数计算第一似然数据集，所述第一似然数据集包含所述比特针对每个比特位置具有给定值的似然性；
将包含所述比特的第二比特序列与所述多个预定滤波器相关联以产生第二组滤波器系数；
从所述第二组滤波器系数计算第二似然数据集，所述第二似然数据集包含所述比特针对每个比特位置具有给定值的似然性；以及
从来自所述第一似然数据集的对应于处于第一比特位置的所述比特的数据和来自所述第二似然数据集的对应于处于第二比特位置的所述比特的数据，计算包含概率加权比特值的软输出比特，其中所述第一比特位置和所述第二比特位置不同。
从第二方面看，本发明提出一种被布置成处理包含待确定的比特的数字编码无线电信号的设备，所述设备被布置成：
将包含所述比特的第一比特序列与多个预定滤波器相关联以产生第一组滤波器系数；
从所述第一组滤波器系数计算第一似然数据集，所述第一似然数据集包含所述比特针对每个比特位置具有给定值的似然性；
将包含所述比特的第二比特序列与所述多个预定滤波器相关联以产生第二组滤波器系数；
从所述第二组滤波器系数计算第二似然数据集，所述第二似然数据集包含所述比特针对每个比特位置具有给定值的似然性；以及
从来自所述第一似然数据集的对应于处于第一比特位置的所述比特的数据和来自所述第二似然数据集的对应于处于第二比特位置的所述比特的数据，计算包含概率加权比特值的软输出比特，其中所述第一比特位置和所述第二比特位置不同。
如此，本领域技术人员可知根据本发明在不同时间对特定比特进行多次观察，在各次观察中有关不确定性的信息被保留用于从后来观察中确定比特值。这可导致接收器敏感度的提高。例如，根据本发明的一些实施例，可实现约0.3分贝(dB)的改善。
申请人已经了解本发明的方法的实施例允许匹配滤波器组(MFB)产生适合用于该维特比解码器的软输出，但当然本发明的应用不限定于此。然而，在实施例集合中，解码器例如维特比解码器用于使用该软输出比特确定针对所述比特的值。应当了解，可以通过使更多的后续比特序列相关联及计算相应的更多的似然数据集，而以任何次数的观测实施本发明，来自所述更多的似然数据集的对应于更多比特位置的数据可作为软输出比特计算中的因子。在一些实施例中，该方法进还包括：
将包含所述比特的额外比特序列与所述多个预定滤波器相关联以产生额外一组滤波器系数；
从所述额外一组滤波器系数计算额外似然数据集，所述额外似然数据集包含所述比特针对每个比特位置具有给定值的似然性；以及
从来自所述第一似然数据集的对应于处于第一比特位置的所述比特的数据、来自所述第二似然数据集的对应于处于第二比特位置的所述比特的数据以及来自所述额外似然数据集的对应于处于额外比特位置的所述比特的数据计算所述软输出比特，其中所述比特位置各自不同。
可对应地布置本发明的设备。
本发明可以任何长度的比特序列实施，但优选大于1，及如此，至少在一些实施例中，所述比特序列包含多个比特。在优选实施例中，针对与给定比特处于所述序列中的各个可能位置相对应的比特序列，执行与所述预定滤波器中的每一者的关联，因此在比特序列中的每个位置观察讨论中的比特，这最大化所做的观察。通常，存储各个比特的较多观察将需要额外内存，但将改善与最终结果相关联的可信度，及提供额外不确定性信息，后来可由例如维特比解码器依据该不确定性信息。
给定比特的各次观察出现在不同的时间点。方便地，通过移位初始比特序列产生后续比特序列。通过将所接收信号输入存储于移位寄存器，可进行按比特移位而以各次观察传播所述比特，如此，软输出比特当其传播通过移位寄存器时使用特定比特的多次观察计算。
有多个度量可供使用来计算软输出比特值。有关使用的特定度量的决定将经常仰赖电路设计考虑、平衡复杂度、芯片面积、速度及材料清单。在一些实施例中，通过对对应于所述第一比特位置、所述第二比特位置和可选地额外比特位置的数据进行求和而计算所述软输出比特。这对应于，总而言之，给定特定比特的全部观察，决定比特更可能为0还是1，及结合与给定比特相关联的多次观察，例如，针对给定比特进行的全部观察或全部观察的子集。在这些实施例的子集中，通过对对应于所述比特位置的数据进行加权求和而计算该软输出比特。在这些实施例中，各次观察可被给予不同权值，使得较旧观察可比较更新近的观察更少被加权，仅供举例说明用。
在一些其它实施例中，通过取对应于所述第一比特位置、所述第二比特位置和可选地额外比特位置的数据中的最大数据而计算所述软输出比特。在这些实施例中，然后，软比特仅基于所作最可信观察，即针对全部所做观察，软输出比特被分配对应于最确定所述比特为0或1的观察的值及相关联的不确定性信息。
虽然至少在有些情况下只针对序列长度N的2N个可能序列集合内的某些比特序列检查即足，但在优选实施例中，预定滤波器包含各个可能的比特序列。例如，若针对输入信号内部的各个比特进行两次观察，则有四个可能的比特序列可供接收：00、01、10、及11。
一旦已经确定软输出比特，最大似然数据集可被舍弃，但在一些实施例中，最大似然数据集被存储供后来使用。通过保管这些数据集合，其可用于其它目的，例如作为质量指标。
附图说明
现在将参考附图仅以示例方式描述本发明的某些实施例，附图中：
图1示意地示出被布置成产生硬输出比特的现有技术数字无线电接收器的一部分；
图2示意地示出根据本发明的实施例的被布置成产生软输出比特的数字无线电接收器的一部分；
图3示出本发明的另一实施例；以及
图4示出本发明的又一实施例。
具体实施方式
图1示意地示出被布置成产生硬输出比特14的示例性现有技术接收器的一部分，其仅为了参考目的而描述。在该装置中，来自前一级诸如放大器或滤波器(未示出)的同相(I)及正交(Q)比特流信号存储于移位寄存器2中。在该装置中，移位寄存器2具有3比特宽，即，其存储来自所接收的比特流的当前比特及来自所接收的比特流的前两个最近比特。
移位寄存器2产生其目前已经存储的3比特的移位寄存器输出3。移位寄存器输出3被发送给一组8个相关器4a-h，其对应3比特移位寄存器输出3可以采用的八个不同可能值。相关器4a-h各自被布置成将移位寄存器输出3和如指示的不同比特序列进行卷积，以便产生各自的相关器匹配系数10a-h。
所产生的相关器匹配系数10a-h各自对移位寄存器输出3的给定值具有数值，当移位寄存器进行逻辑移位运算时，该数值在每个时钟周期更新，以提供包括下一新比特的新输出3而舍弃最旧的输出。
相关器匹配系数10a-h被提供给判定块6，其产生观察输出12，该观察输出12识别相关器4a-h中的哪一者产生最强(即最高值)相关器匹配系数10a-h。因此，“获胜”相关器通过其相关联的序列而提供观察到的3比特的估值，
因移位寄存器2为3比特宽，来自比特流的任何给定输入比特被“观察”三次，在该序列中的各个位置(左、中、右)各一次。因此有三个观察输出12，其具有有关给定接收比特的信息。表决块8从该三次观察确定在每次观察中各个比特在穿过该三比特“滑动窗”(即在最左、中央、及最右比特位置)时被看到具有的值(即，数字0或1)。然后，表决块8产生“硬”决定输出14，取决于最常(即两次或全部三次)分配给比特的数字值，针对各个接收比特取0或1的定值。
相反地，图2示出根据本发明的实施例的被布置成产生软输出比特的数字接收器的一部分。与参照图1描述的配置共通地，来自前一级诸如放大器或滤波器(未示出)的同相及正交比特流信号存储于移位寄存器102中。当然须了解输入比特流不一定是正交调制的，因此本发明绝非限于以I及Q信号工作。
如前述，移位寄存器102具有3比特宽，但须了解本文描述的本发明原理应用至具有大于或等于2的任何宽度的移位寄存器。为了适应更宽的移位寄存器(及因而输入比特流的更多样本)，当然需要更多个相关器，即，针对n-比特宽移位寄存器，若欲涵盖全部可能的字节组合，则将需要2n个相关器。
如前文描述，一组8个相关器104a-h产生相关器匹配系数110a-h，其对应于在各个时钟周期移位寄存器输出103与分配给相关器的比特序列的匹配程度。然而，替代随后由简单地提供最佳匹配的判定块处理，相关器匹配系数110a-h发送给评估块120，容后详述。
评估块120被布置成基于相关器匹配系数110a-h，产生似然度量124作为输出。在3比特滑动窗(即，移位寄存器为3比特宽，表示有八个相关器)的情况下，对应于第k个接收比特的似然度量124遵照如下方程式1包含3×1矩阵：
Figure BDA0001691403800000051
方程式1：似然度量124
其中：
m1，0＝MAX(110c，110d，110e，110f)
m0，0＝MAX(110a，110b，110g，110h)
m1，1＝MAX(110e，110f，110g，110h)
m0，1＝MAX(110a，110b，110c，110d)
m1，2＝MAX(110b，110d，110f，110h)
m0，2＝MAX(110a，110c，110e，110g)
取矩阵中的第一条目m1，0为这些相关器的最大相关器匹配分数，其分配1值给在该序列中的第零(即最左)位置中的比特。这些是：对应于序列[100]的具有匹配系数110c的相关器104c；对应于序列[101]的具有匹配系数110d的相关器104d；对应于序列[110]的具有匹配系数110e的相关器104e；及对应于序列[111]的具有匹配系数110f的相关器104f。
同理，m0，0为其它相关器的最大相关器匹配分数，其分配0值给在该序列中的相同(第零或最左)位置中的比特。这些是：对应于序列[000]的具有匹配系数110a的相关器104a；对应于序列[001]的具有匹配系数210b的相关器104b；对应于序列[010]的具有匹配系数110g的相关器104g；及对应于序列[011]的具有匹配系数110h的相关器104h。
矩阵中的第一条目为这两个最大相关器匹配分数间的差。矩阵中的第二条目是通过针对该序列中的下一个(中间)位置进行相同分析而得出的，及矩阵中的第三条目是通过针对该序列中的最末(最右)位置进行相同分析而得出的。
如此，从以上方程式1可知，似然度量124从在3×1矩阵的各个元素内的各个比特位置中对应于1及0的最大相关器匹配分数110a-h间的概率差算出。每个时钟周期，产生及存储这些似然度量矩阵124，如此针对该比特流中的每个接收比特，有三个存储的似然度量矩阵124，其含有有关该特定比特的观察的信息。
似然度量矩阵124被提供至求和块122。求和块122在存储的矩阵124上进行求和运算以遵照如下方程式2产生软输出比特bk，其然后被提供作为输出126。这可以用于例如维特比算法(此算法本身在本领域中已有明确文献记载)，其中该输出126可用作维特比解码器在针对给定观察集合判定哪一者为最可能比特序列时使用的分支度量。
bk＝SUM(S0，k，S1，k-1，S2，k-2)
方程式2：求和块122
如此，从方程式2可知，输出126对应于在第k比特已被观察三次后对应于该第k比特的似然值的和，即其为在三次随后观察期间，当给定比特在最左、中央、及最右位置时的似然度量的和。如此输出126为“软”比特，即，其具有非整数值，而非分配给它的“硬”0或1。应了解术语“求和”并非严格限于对似然值的简单求和，在某些情况下，可用于进行加权求和、平均或其它组合。例如，在该情况下，求和的结果可除以缩放常数而获得经缩放的似然值。例如，缩放常数可被选择为3以便提供平均似然值，其在似然度量矩阵124内的各个元素具有0和1之间的值(因而使得和具有0和3之间的值)的情况下为特别有用-除以3，如此确保软输出比特落入可能比特值的范围内。然而，缩放似然值可能有其它理由-例如，以便符合当实际上实施时可由系统施加的饱和及量化限制。
图3示出本发明的另一个实施例。与以上参照图2描述的先前实施例共通地，提供3比特移位寄存器102，8个相关器104a-h，及评估块120，其以如前文描述的相同方式操作。然而，在该实施例中，似然矩阵值124被提供为最大化块132的输入。最大化块132操作而产生根据以下方程式3的软输出比特bk。
bk＝MAX(S0，k，S1，k-1，S2，k-2)
方程式3：最大化块132
如此，从方程式3可知，输出136对应于在第k比特已被观察三次后该第k比特所对应的似然值中的最大者。
图4示出本发明的又一个实施例。与分别参照图2及图3描述的先前实施例共通地，提供3比特移位寄存器102及8个相关器104a-h，其以如前文描述的相同方式操作。
然而，本实施例的评估块420被布置成存储根据如下方程式4及5的两个似然度量矩阵412a、412b：
Figure BDA0001691403800000071
方程式4：似然度量412a
Figure BDA0001691403800000072
方程式5：似然度量412b
其中值mi,j以参考方程式1描述的相同方式定义。
该装置的评估块420保有含相关器104a-h的相关器匹配分数110a-h的独立似然度量矩阵412a、412b，该相关器104a-h分别针对在各个比特位置的1或0产生最高相关器匹配分数。这些似然度量矩阵412a、412b中的各者然后通过独立的最大化块408a、408b，其产生根据方程式6及7的最高度量418a及最低度量418b。
bk，upper＝MAX(U0，k，U1，k-1，U2，k-2)
方程式6：由最大化块408a产生的最高度量418a(bk，upper)
bk，lower＝MAX(V0，k，V1，k-1，V2，k-2)
方程式7：由最大化块408b产生的最低度量418b(bk，lower)
所得最高度量418a及最低度量418b然后发送给减法器416，该减法器416计算这些度量之间的差，即对应于分别为1及0的第k比特的度量之间的差，因而产生软输出比特bk414。
如此，可知在本文中已描述在输入信号内确定比特值及提供适用于例如维特比解码器的软比特输出的改善方法及设备。虽然已经详细描述特定实施例，但本领域技术人员将了解使用本文中陈述的本发明的原理可能做出许多变化及修改。

Claims (18)

1.一种处理包含待确定的比特的数字编码无线电信号的方法，所述方法包括：
将包含所述比特的第一比特序列与多个预定滤波器相关联以产生第一组滤波器系数；
从所述第一组滤波器系数计算第一似然数据集，所述第一似然数据集包含所述比特针对每个比特位置具有给定值的似然性；
将包含所述比特的第二比特序列与所述多个预定滤波器相关联以产生第二组滤波器系数；
从所述第二组滤波器系数计算第二似然数据集，所述第二似然数据集包含所述比特针对每个比特位置具有给定值的似然性；以及
从来自所述第一似然数据集的对应于处于第一比特位置的所述比特的数据和来自所述第二似然数据集的对应于处于第二比特位置的所述比特的数据，计算包含概率加权比特值的软输出比特，其中所述第一比特位置和所述第二比特位置不同。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括使用解码器来使用所述软输出比特确定针对所述比特的值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
将包含所述比特的额外比特序列与所述多个预定滤波器相关联以产生额外一组滤波器系数；
从所述额外一组滤波器系数计算额外似然数据集，所述额外似然数据集包含所述比特针对每个比特位置具有给定值的似然性；以及
从来自所述第一似然数据集的对应于处于第一比特位置的所述比特的数据、来自所述第二似然数据集的对应于处于第二比特位置的所述比特的数据以及来自所述额外似然数据集的对应于处于额外比特位置的所述比特的数据计算所述软输出比特，其中所述比特位置各自不同。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述比特序列包含多个比特。
5.根据权利要求4所述的方法，包括针对与所述比特处于所述序列中的各个可能位置相对应的比特序列，执行与所述预定滤波器中的每一者的关联。
6.根据权利要求1或2所述的方法，包括通过对对应于所述第一比特位置、所述第二比特位置和可选地额外比特位置的数据进行求和而计算所述软输出比特。
7.根据权利要求1或2所述的方法，包括通过取对应于所述第一比特位置、所述第二比特位置和可选地额外比特位置的数据中的最大数据而计算所述软输出比特。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述预定滤波器包含每个可能的比特序列。
9.根据权利要求1或2所述的方法，包括存储最大似然数据集供以后使用。
10.一种被布置成处理包含待确定的比特的数字编码无线电信号的设备，所述设备包括：
相关器，被配置成将包含所述比特的第一比特序列与多个预定滤波器相关联以产生第一组滤波器系数；以及
评估块，被配置成从所述第一组滤波器系数计算第一似然数据集，所述第一似然数据集包含所述比特针对每个比特位置具有给定值的似然性；
其中，所述相关器还被配置成将包含所述比特的第二比特序列与所述多个预定滤波器相关联以产生第二组滤波器系数；
其中，所述评估块还被配置成从所述第二组滤波器系数计算第二似然数据集，所述第二似然数据集包含所述比特针对每个比特位置具有给定值的似然性；以及
所述设备还包括求和块，所述求和块被配置成从来自第一似然数据集的对应于处于第一比特位置的所述比特的数据和来自第二似然数据集的对应于处于第二比特位置的所述比特的数据计算软输出比特，其中所述第一比特位置和所述第二比特位置不同。
11.根据权利要求10所述的设备，还包括解码器，所述解码器被布置成使用所述软输出比特确定针对所述比特的值。
12.根据权利要求10或11所述的设备，其中所述设备还被布置成：
所述相关器被配置成将包含所述比特的额外的一个或多个比特序列与多个预定滤波器相关联以产生额外的一组或多组滤波器系数；
所述评估块被配置成从所述额外的一组或多组滤波器系数计算额外的一个或多个似然数据集，所述额外的一个或多个似然数据集包含针对每个比特位置的似然性；以及
所述求和块被配置成从来自所述第一似然数据集的对应于处于第一比特位置的所述比特的数据、来自所述第二似然数据集的对应于处于第二比特位置的所述比特的数据以及来自所述额外的一个或多个似然数据集的对应于处于额外比特位置的所述比特的数据计算所述软输出比特，其中所述比特位置各自不同。
13.根据权利要求10或11所述的设备，其中所述比特序列包含多个比特。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述相关器被配置成针对与所述比特处于所述序列中的各个可能位置相对应的比特序列，执行与所述预定滤波器中的每一者的关联。
15.根据权利要求10或11所述的设备，其中，所述评估块被配置成通过对对应于所述第一比特位置、所述第二比特位置和可选地额外比特位置的数据进行求和而计算所述软输出比特。
16.根据权利要求10或11所述的设备，其中，所述求和块被配置成通过取对应于所述第一比特位置、所述第二比特位置和可选地额外比特位置的数据中的最大数据而计算所述软输出比特。
17.根据权利要求10或11所述的设备，其中所述预定滤波器包含每个可能的比特序列。
18.根据权利要求10或11所述的设备，其中，所述评估块被配置成存储最大似然数据集供以后使用。
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