CN1120603C - 从差分编码的接收信号中产生差分值的方法及其系统 - Google Patents

Abstract

用于从差分编码的信号的信号样本中产生硬和软的数值的提供了系统和方法，这是通过估值与接收信号有关的信道系数，并且通过使用估值的信道系数和信号样本确定对于每个可能的符号对的、表示在信号样本中被编码的可能的相干符号对的概率的量度而实现的。然后，根据所确定的量度，产生与在信号样本中编码的差分比特或差分符号有关的软数值。

Description

从差分编码的接收信号中产生差分值的方法及其系统

                       发明领域

本发明总的涉及无线电话，更具体地，涉及差分编码的四相移位键控(DQPSK)信号的相干解调。

                       发明背景

无线射频通信系统中接收机的性能由于多径衰落会严重恶化。虽然抗衰落技术(如天线分集、均衡、和自适应阵列处理等)在改进接收机性能方面可能非常有效，但前向纠错(FEC)技术对于实现无线通信系统中可接受的话音和数据传输可能是很有必要的。FEC技术通过把额外比特添加到实际的信息比特而提供冗余度，这允许译码器检错和纠错。在接收机中，译码处理可以通过使用由解调器提供的硬信息值或软信息值来进行。使用软信息值的译码对接收机性能的改进，超过使用硬信息值进行译码。所以，为了改进译码器性能，重要的是提供精确的、来自解调过程的软信息值。

美国数字蜂窝系统(IS-136)使用π/4移相DQPSK作为调制方案。对发送信号的差分编码允许对接收信号进行相干和差分解调。虽然差分解调器的实现可能不太复杂，但一般认为差分解调器的性能在存在有符号间干扰(ISI)(这是由于多径传播造成的)时会急剧地恶化。所以，在许多接收机中通常使用带有均衡器的相干解调器。授权给Chennakeshu等的、题目为“Adaptive MSLE-VA Receiverfor Digital Cellular Radio(用于数字蜂窝无线装置的自适应MLSE-VA接收机)”的美国专利NO.5,285,480中描述了这样的接收机。

图1显示了带有传统的差分解调器接收机的π/4移相DQPSK系统的方框图。发射机105包括编码器101和差分调制器102。信息比特在编码器101中被编码，产生编码的比特。编码的比特在差分调制器102中被差分调制，产生差分调制的信号，并被提供给天线以用于发送。发送的信号在通过传播媒体(例如，移动无线信道)传送后到达射频接收机。发送的信号脉冲加上任何噪声后在接收机天线106处被接收，以及所接收的信号被提供到接收机114。接收的信号被射频处理器108处理，该处理器放大、混频、滤波、采样和量化接收信号，产生出基带信号。差分解调器110解调接收的信号和提供符号或比特值给译码器112，后者译码已编码的比特，以及它可以检测和纠正接收信号中可能的误码。正如上面讨论的，解调器110的输出最好是软数值，它在译码时可以提供更高的性能。

发送的信号的差分编码允许相干解调和差分解调接收的信号。图2显示熟知的、用于差分解调DQPSK调制信号的设备的方框图。差分译码器使用接收的样本来得到硬和或软的判决值。该接收样本被耦合到乘法器203。该接收样本也被馈送到延时器201。延时器201被耦合到共轭运算器202，共轭运算器的输出被耦合到乘法器203。

在运行时，所接收的样本以及延时的和共轭的接收样本被相乘，以便消除发射机中差分编码器的影响。乘法器的输出的实部204和虚部205提供出相应于在一个双比特符号中发送的两个比特的软比特值。另外，通过取软数值的正负号206和207可以得到所需的硬数值。

图3显示了用于相干解调DQPSK调制信号的已知设备的方框图。相干接收机利用一个信道估值单元302，它估值移动射频信号的幅度和相位。这些信道估值被传送到相干QPSK解调器301，在其中产生QPSK符号的估值。信道参量可以通过使用已知的、周期地被插入到发送的信息序列中的数据序列而被估值。在两个接连的已知数据序列的发送过程中信道参量会改变的系统中，如美国数字蜂窝系统(IS-136)，希望在发送未知的数据序列期间调整信道参量。授权给Chennakeshu等的、题目为“Adaptive MSLE-VA Receiverfor Digital Cellular Radio(用于数字蜂窝无线电的自适应MLSE-VA接收机)”的美国专利NO.5,285,480中描述了这样的自适应相干接收机。

相干QPSK解调器301的输出值是硬相干符号，这些输出值被传送到差分检波器303，以便消除发射机中差分编码器的影响。差分译码器的输出是与发送的信息比特对应的硬判决值。

在授权给Blasiak等的、题目为“Soft Decision DigitalCommunication and Method and Apparatus(软判决数字通信方法和设备)”的美国专利No.5,706,313中描述了DQPSK调制信号的半相干解调，其中通过使用接收信号只估值相位和频率偏移。在补偿相位和频率偏移以后，计算对于每个样本的每个可能的QPSK符号值的或然率。所以，得到对于每个样本的或然率矢量，这个或然率矢量被提供到译码器。译码器使用或然率矢量来估值发送的符号值，

在授权给Rahnema的、题目为“Method and Apparatus forOptimum Soft-Decision Viterbi Decoding of ConvolutionalDifferential Encoded QPSK Data in Coherent Detection(相干检测中用于最佳软判决维特比译码卷积差分编码QPSK数据的方法和设备)”的美国专利No.5,754,600中，描述了用于软译码差分编码的QPSK信号的另一个传统方法。在这个设备中，差分和维特比译码器被集成在一起，即，差分译码是卷积译码处理过程的一部分。

用于对于频率选择性衰落信道的最大或然序列估值(MLSE)的软信息被广泛地研究，例如，在J.Hagenauer和P.Hoeher的“A Viterbialgorithm with soft-decision outputs and its applications(带有软判决输出的维特比算法及其应用)”，Proceeding of IEEEGlobecom Conference，pp.47.1.1-47.1.7，Dallas，TX，USA，November 1989，中描述的那样。这些技术已扩展到π/4移相DQPSK系统，例如在Jong Park，Stephan B.Wicker和Henry L.Owen的“Soft Output Equal ization Techniques forπ/4 shifted-DQPSKMobile Radio(用于π/4移相DQPSK移动无线装置的软输出均衡技术)”，IEEE International Conference on Communications，pp.1503-1507，Dallas，TX，USA，1997中描述的那样。然而，相当少的工作是针对着用于非ISI(即，没有重大的符号间干扰(ISI))的信道中π/4移相DQPSK相干检测的软信息产生。在Yow-Jong Liu，Mark Wallace和John W.Ketchum的“A Soft-output BidirectionalDecision Feedback Equalization Technique for TDMA CellularRadio(用于TDMA蜂窝无线装置的软输出的双向判决反馈均衡技术)”，IEEE Journal on sel ected areas in commun.，Vol.11，No.7，Sep.1993中给出一种需要指数和对数运算的次最佳方法、这个方法在确定软数值时不考虑所有可能的符号数值，而且，没有给出唯一解。

欧洲专利申请EP 0 731 587 A2描述了在利用维特比译码的无线天线系统中补偿多卜勒误差的方法，包括以下步骤：对于第一预定规模编组接收的信号样本中的每个信号样本，执行并行维特比更新和短符号译码；以及对于第二预定规模的编组，通过流水线处理按照对于第一编组执行的并行短追溯译码来形成多卜勒误差的估值，和按照估值的多卜勒误差来调节第二编组中的每个信号样本。

从以上的讨论，需要在对于非ISI信道的差分编码信号的相干解调的软数值确定时改进性能。

                    发明概要

根据以上的讨论，本发明的一个目的是提供用于差分编码信息的精确的软数值。

本发明的另一个目的是在不需要复杂的实施方案的情况下提供软数值。

本发明的再一个目的是通过差分编码比特或符号的相干检测提供软数值。

本发明的这些和其它目的是通过这样的方法和系统来提供的，它们通过估值与信号有关的信道系数，以及通过使用估值的信道系数和信号样本来确定对于当前的和先前的相干符号值的每个可能的组合的、表示在信号中被编码的可能的差分比特值的概率的量度(metrics)，从而，可以从差分编码的信号样本中产生软数值。然后根据所确定的量度来产生与在信号中编码的比特或符号有关的软数值。

使用在确定组合的量度时每个潜在的当前和先前的相干符号值，给出了计及每个潜在符号值的概率的量度。这样，通过利用与每个潜在符号值有关的量度，可以得到精确的软数值。

在本发明的另一个实施例中，是这样来确定软数值的，即通过把对于相应于第一差分比特值的每个可能的当前的和先前的相干符号值的量度相加，给出第一数值量度和值；以及把对于相应于第二差分比特值的每个可能的当前的和先前的相干符号值的量度相加，以便给出第二数值量度和值。第一数值量度和值可以被第二数值量度和值相除，以便给出作为第一数值的差分比特值和作为第二数值的差分比特值的概率的一个比值。而且，量度可被指数化，以及指数化的量度可以对于相应于第一比特值的每个可能的符号对来求和，以便给出第一数值量度和值。指数化的量度也可以对于相应于第二比特值的每个可能的符号对来求和，以便给出第二数值量度和值。另外，也可以取概率的比值的对数，从而给出对于该比特的软数值。

而且，在用多个天线来接收差分编码信号和对与多个天线中的每个天线有关的信道系数进行估值的情况下，可以对于每个可能的相干符号值确定量度，它通过使用对于每个天线的估值的信道系数和信号来表示信号中被编码的可能的符号值的概率。在这样的情况下，每个量度是对于每个天线的量度的和值。另外，可以对于多个天线来确定有害分量相关值。然后，可以对于每个可能的符号值确定量度，它通过使用估值的信道系数、对于每个天线的有害分量相关值和信号来表示信号中被编码的可能的相关符号值的概率。与接收信号有关的噪声功率可被确定，以及部分地根据该噪声功率来确定该量度。

在特定的实施例中，根据信号样本和信道系数来确定被检测的数值。被检测的数值可以是对于在差分编码信号中编码的符号的比特值。而且，被确定的软数值可能是与被检测的比特值有关的。

优选地，信号样本通过接收和处理差分编码信号的无线电话来产生。

在本发明的另一个实施例中，通过估值与接收信号有关的信道系数，以及通过使用接收信号的估值的信道系数和信号样本来确定对于每个可能的相干符号值的、表示在信号的信号样本中被编码的可能的符号值的概率的量度，从而，可以从信号样本中产生软数值。确定对于相应于第一比特值的每个可能的当前的和先前的符号值的组合的量度的最大值，从而提供出第一最大量度数值。还确定对于相应于第二比特值的每个可能的当前的和先前的符号值的组合的量度的最大值，从而提供第二最大量度数值。然后，从第一最大量度数值中减去第二最大量度数值，从而给出作为第一比特值的比特值和作为第二比特值的比特值的对数或然率的差值。通过选择最大值，软数值判决的复杂性可被减小，因为不需要确定指数和对数。

在本发明的再一个实施例中，通过估值与接收信号有关的信道系数，以及通过使用信号的估值的信道系数和信号样本确定对于检测的相干符号值的、表示在信号中被编码的可能的符号值的概率的量度，从而，可以从信号样本中产生软数值。一个被检测的项是根据与检测的符号有关的量度确定的，它提供相应于检测的差分比特的第一数值量度。一个相应于非检测的比特的第二数值量度是通过求得两个不同的量度值而得到的，这两个量度值是通过倒转(flipping)当前检测的相干符号值或先前检测的相干符号值以及保持该另一个相干符号值作为检测的数值和选择这两个数值中间的最大量度值而得到的。这个替换的实施例通过根据检测的符号值进行软数值判决，因而还可以减小软数值判决的复杂性。

                      附图简述

图1是传统的DQPSK通信系统的方框图；

图2是传统的、用于解调DQPSK信号的系统的方框图；

图3是传统的、用于相干解调DQPSK信号的系统的方框图；

图4是包含本发明的无线电话的方框图；

图5是本发明的一个实施例的方框图；

图6是本发明的替换的实施例的方框图；

图7是本发明的第二替换的实施例的方框图；

图8是显示本发明的一个实施例的运行的流程图；

图9是显示本发明的替换的实施例的运行的流程图；以及

图10是显示本发明的第二替换的实施例的运行的流程图。

                     优选实施例描述

现在将参照附图在下面更充分地描述本发明，在附图上显示了本发明的优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实现，以及不应当认为只限于这里阐述的实施例；相反地，提供这些实施例，为的是使得本揭示内容将是透彻的和全面的，以及向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在全文中相同的数字是指相同的部件。正如本领域技术人员将会看到的，本发明可以作为方法或设备来体现。因此，本发明可以取整体的硬件实施例的形式、整体的软件实施例的形式、或组合软件和硬件方面的硬件实施例的形式。

图4以方框图的形式显示按照本发明的无线电话10的实施例，它包括软数值产生器15。如图4所示，无线电话10典型地包括发射机12、接收机14、用户接口16、和天线系统18。天线系统18可以包括天线馈电结构22和天线20。正如本领域技术人员熟知的，发射机12把要被无线电话10发送的信息变换成适合于射频通信的电磁信号。接收机14解调被无线电话10接收的电磁信号，以便提供被包含在给用户接口16的信号中的、具有用户能理解的格式的信息。适合于手持无线电话使用的各种各样的发射机12、接收机14、用户接口16(例如，话筒、键盘、拨号盘)，是对于本领域技术人员熟知的，以及这样的装置可在无线电话10中被实施。除了软件产生器15以外的无线电话10的设计是对于本领域技术人员熟知的，以及这里将不再进一步描述。而且，正如本领域技术人员将会看到的，本发明可被利用于基站，以及本发明的这样的实施例不需要在这里进一步进行描述。

图5显示了按照本发明教导的、包含软数值产生器的、用于DQPSK调制信号的相干解调器。基带接收信号被耦合到或然率信息产生器404和信道估值器402。信道估值器402的输出被耦合到或然率信息产生器404的输入端。或然率信息产生器404的输出被耦合到或然率信息处理器406的输入端。

在运行时，信道估值器402估值相应于移动射频信道的复数信道系数。实质上，每个接收的样本r(k)被模型化为：

    r(k)＝c(k)s(k)+n(k)                     (a)

其中c(k)是复数信道系数，s(k)是被发送的相干QPSK符号，以及n(k)是噪声。可以相对比地，在均衡器中，信道以多个信道抽头的形式被模型化为：

    r(k)＝c₀(k)s(k)+c₁(k)s(k-1)+n(k)        (b)

在本发明中，信道估值是指对与如上式(a)表示的接收的数值有关的单个信道系数进行估值。

基带接收信号和信道估值在或然率产生器404中被使用来计算相应于不同的QPSK符号假设的或然率函数。

或然率信息产生器404可以提供或然率函数或对数或然率函数。或然率信息产生器404的输出被传送到或然率信息处理器406，以便计算相应于每个比特的软的信息值。在诸如或然率信息产生器404和或然率信息处理器406那样的块中的功能的划分可以随逐个实施方案而不同，所以，本发明不应当限于图5所示的结构。另外，块404和406可被组合来得出单个功能，它通过使用信道参量和接收的基带信号来产生软信息。在本说明中，只描述一种划分方式，然而，本领域技术人员将获知其它的适当的划分方式。

对于这里说明的其余部分，相干QPSK符号用在时刻k的a(k)表示，以及差分符号，b(k)＝b_R+jb_I(k)，是{a(k)，a(k-1)}的函数，即，b(k)＝e^jπ/4a(k)[a(k-1)]^*。差分符号的实部(同相)和虚部(正交相位)比特分别被表示为b_R(k)和b_I(k)。表1总结了对于DQPSK的b(k)，{a(k)，a(k-1)}的相位、与b_R(k)和b_I(k)的正负号(在数值上为±1)之间的关系。对于π/4移相DQPSK，则b(k)＝a(k)[a(k-1)]^*以及下面的表1将随之被修改。

软信息可以在给定接收信号后通过取检测+1(0)的概率和检测-1(1)的概率的对数或然率比值而被得到。对于多信道/多天线信号的相干解调，该对数或然率比值可被写为： $\mathrm{LR}=\log \left[\frac{P\{b_i\left(k\right)=+1|r\left(k\right),r(k-1)\}}{P\{b_i\left(k\right)=-1|r\left(k\right),r(k-1)\}}\right]---\left(1\right)$

其中i＝R或I，r(k)＝[r₁(k)...r_N(k)]^t是在N个天线上的接收信号的矢量表示。正如所看到的，每个差分比特取决于当前和先前接收信号值。对于DQPSK，式(1)成为：

其中I∈{1，0}是指示函数，其数值可以从表1得出，以及S_t＝e^jlπ/2+π/4，其中x和y分别相应于对于相应于a(k)和a(k-1)的符号的4个可能的数值。应当指出，指示函数是在一半时间，这样，在16个可能的组合中，有相应于分子的8个，和相应于分母的8个。相应于分子和分母的项目可以通过使用表1得到。结果，在式2中，通过使用log(a/b)＝log(a)-log(b)，分子和分母包含8个项目的和值的对数。

表1  相干符号，差分符号和差分比特之间的关系

a(k)	a(k-1)	b(k)	bR(k)	bI(k)
					π/4π/4π/4π/4	π/43π/4-π/4-3π/4	π/4-π/43π/4-3π/4	++--	+-+-
3π/43π/43π/4	π/43π/4-π/4-3π/4	3π/4π/4-3π/4-π/4	-+-+	++--
					-π/4-π/4-π/4-π/4	π/43π/4-π/4-3π/4	-π/4-3π/4π/43π/4	+-+-	--++
-3π/4-3π/4-3π/4-3π/4	π/4π/4π/4-3π/4	-3π/43π/4-π/4π/4	--++	-+-+

通过使用贝叶斯(Bayes)法则，假定等概率比特值，式2可被重新写为： $\mathrm{LR}=\log \left[\frac{\underset{x=0}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}\underset{y=0}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}I(+1,x,y,i)P\left\{r\left(k\right)\right|a\left(k\right)=S_x\left\}P\right\{r(k-1)|a(k-1)=S_y\}}{\underset{x=0}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}\underset{y=0}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}I(-1,x,y,i)P\left\{r\left(k\right)\right|a\left(k\right)=S_x\left\}P\right\{r(k-1)|a(k-1)=S_y}\right]---\left(3\right)$

式3使用相干QPSK符号假设，给出最佳软信息。式3中对于多个接收天线的概率可被写为： $P\left\{r\left(k\right)\right|a\left(K\right)=S_i\}=\frac{1}{{\mathrm{\π}}^N\left|R_{\mathrm{nn}}\left(k\right)\right|}{e}^{-{(r\left(k\right)-r_h\left(k\right))}^{\mathrm{jl}}{R}_{\mathrm{nn}}^{-1}\left(k\right)\·(r\left(k\right)-r_h\left(k\right))}---\left(4\right)$

其中r_n(k)＝c(k)S_i是接收信号的假设，以及R_nn是噪声或有害分量相关矩阵。代入概率，式3可被重新写出，如式5所看到的。

在式5中，具有相应于以下形式的相干符号对数或然率的量度： $M=-{(r\left(k\right)-r_h(k,S_x))}^H{R}_{\mathrm{nn}}^{-1}\left(k\right)(r\left(k\right)-r_h(k,S_x))---\left(5b\right)$

对于噪声功率在每个天线上是相等的和在不同的天线上的噪声的空间相关是零的特定的情况，以上的或然率函数变成为： ${\hat{b}}_i^{\mathrm{opt}}=\log \left[\frac{\underset{x=0}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}\underset{y=0}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}I(+1,x,y,i)\exp \{-\underset{d=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{|r_d\left(k\right)-r_{d,h}(k,S_x){|}^2}{{2\mathrm{\σ}}^2\left(k\right)}+\frac{|r_d(k-1)-r_{d,h}(k-1,\mathrm{Sy}){|}^2}{{2\mathrm{\σ}}^2\left(k\right)}}{\underset{x=0}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}\underset{y=0}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}I(-1,x,y,i)\exp \{-\underset{d=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{|r_d\left(k\right)-r_{d,h}(k,S_x){|}^2}{{2\mathrm{\σ}}^2\left(k\right)}+\frac{|r_d(k-1)-r_{d,h}(k-1,\mathrm{Sy}){|}^2}{{2\mathrm{\σ}}^2\left(k\right)}}\right]---\left(6\right)$

其中σ²是每个天线上的噪声功率。正如所看到的，对于多信道/多天线接收机的最佳软信息可以通过以下过程来获得：首先组合在不同的天线上的量度(预检测组合)，接着进行软信息的产生。式6可被再简化为： ${\hat{d}}_i^{\mathrm{opt}}=\log \left[\underset{x=0}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}\underset{y=0}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}I(+1,x,y,i)\exp \right\{-\underset{d=-1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Re}\left\{\frac{c_d{\left(k\right)}^{*}}{{\mathrm{\σ}}^2\left(k\right)}{S}_{d,x}^{*}{r}_d\left(k\right)\right\}+\mathrm{Re}\left\{\frac{c_d{(k-1)}^{*}}{{\mathrm{\σ}}^2\left(k\right)}{S}_{d,y}^{*}{r}_d(k-1)\right\}\left\}\right]-$ $\log \left[\underset{x=0}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}\underset{y=0}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}I-(-1,x,y,i)\exp \right\{-\underset{d=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Re}\left\{\frac{c_d{\left(k\right)}^{*}}{{\mathrm{\σ}}^2\left(k\right)}{S}_{d,x}^{*}{r}_d\left(k\right)\right\}+\mathrm{Re}\left\{\frac{c_d{(k-1)}^{*}}{{\mathrm{\σ}}^2\left(k\right)}{S}_{d,y}^{*}{r}_d(k-1)\right\}\left\}\right]---\left(7\right).$ 在式7中，以下的项到处出现： $M=-\mathrm{Re}\left\{\frac{c_d{\left(k\right)}^{*}}{{\mathrm{\σ}}^2\left(k\right)}{S}_{d,x}^{*}{r}_d\left(k\right)\right\}---\left(8\right).$

这个项被称为相应于潜在的或假设的相干符号的对数或然率的相干(QPSK)符号量度。然而，该项量度总的是指一个数值，表示在接收信号的信号样本中被编码的可能的符号值的概率

图6上显示在考虑了热噪声和其它干扰(如同信道干扰)的情况下根据以上表示式使用多天线接收机产生软信息的一个实施方案。发送的信号加有害分量(热噪声+干扰)在接收机天线501和502处被接收。接收信号被射频处理器503和504处理，在每个处理器进行放大、混频、滤波、采样、和量化，产生对于不同的天线的基带信号。这样的射频处理对于本领域技术人员是熟知的，所以，在这里不作详细描述。在信道估值器505中，通过使用在射频处理器503和504的输出端处的基带信号，对于在不同天线上的每个信号进行信道系数估值。这样的信道估值对于本领域技术人员也是熟知的，在这里也不作进一步描述。

在各天线之间的有害分量相关值可以在有害分量相关估值器507中被估值，它可以如在授权给Bottomley的、题目为“Method andApparatus for Interference Rejection Combining in Multi-antenna Digital Cellular Communication Systems(在多天线数字蜂窝天线系统中用于干扰抑制组合的方法和设备)”的美国专利No.5,680,419中描述的那样运行。基带信号、信道估值和有害分量相关估值被提供给或然率信息产生器506，它计算相应于P{r(k)|a(k)＝S_r}的量度(见式5b)。或然率信息在或然率信息处理器508中被处理，以便产生软和/或硬的差分比特或差分符号值(诸如式5)。

图7上显示对于在每个天线上的非相关噪声的本发明的替换实施例。现在的基带信号值与信道估值的共轭值602相乘(601)，以及其结果被除以(604)噪声功率估计的值603。通过使用基带信号和信道估值得到噪声功率估值，正如本领域技术人员熟知的那样。如果已知相对噪声功率，相对噪声功率可被使用，以及噪声功率估值可被省略。如果已知相对噪声功率是相等的，则被噪声功率的除法运算可被省略。

除法器的输出与量度计算机606和延时块605相耦合。当现在的数值和先前的(延时的)数值加上现在的和先前的相干符号的假设后，就可以被使用来如式8所描述地计算量度。来自不同天线的量度值在加法器608中如式7所显示地被组合。这样，图7的方块(除加法器608以外)可以对于每个天线被重复。如果只有一个天线，则可以取消加法器608。这些组合的量度值在或然率信息处理器406或508中被使用来得到对于差分比特的软比特值。现在的数值和先前的数值的组合导致16个不同的量度组合。在这16个组合中，只有一半导致检测到差分比特的+1值，和其余一半导致-1值。在或然率信息处理器406或508中，提供+1比特值的8个组合被使用来获取如式7所示的第一对数项，这是通过首先取这些项的指数、然后把它们全部相加、最后取该和值的对数而实现的。同样地，第二对数项是通过考虑其它8项而得到的。最后，通过取两个对数项的差值得到软的差分比特值。

虽然在本实施例中描述了产生用于译码接收信号的软信息，但这些软数值也可被使用来通过取软数值的正负号而得到硬数值。另外，为了产生硬数值，可以通过计算分子和分母然后找出这两个数值中的较大者，由它来提供硬判决，从而避免了对数运算。

图8的流程图中，显示了本发明的这个第一实施例的运行。如图8所示，通过确定相应于计算式5b或式8的量度的符号对数或然率(方块700)，开始确定开始软数值的步骤。然后，这些量度被组合(方块702)和指数化(方块704)。处理过程对于所有的符号对重复进行(方块706和708)。一旦对于每个假设的符号对都已确定组合的量度，就把相应于潜在的+1的组合量度相加，以及把相应于潜在的-1的组合量度相加(方块710)。+1的和值然后被-1的和值相除，取这个数值的对数，从而提供出软数值(方块712)。

正如从以上讨论看到的，为了得到理论上最佳的软信息，涉及到指数和对数运算。另外，有害分量相干值或噪声方差需要被估值，以及在每个量度计算中加以考虑。计算复杂性可以通过在分子和分母中将这些指数的和值用它们的最大项来近似而被减小。因为对于合理的SNR值，在和值中主要是最大项占优势，因此其它项的作用可以忽略。所以，在第一替换方法中，对于所有的符号假设的对数或然率被计算为如下： $M(k,x)=\frac{-|r\left(k\right)-r_h(k,S_x){|}^2}{{\mathrm{\σ}}_k^2}$

         或 $M(k,x)=\mathrm{Re}\left\{\frac{c_k^{*}}{{\mathrm{\σ}}_k^2}{S}_x^{*}{r}_k\right\}---\left(9\right)$

其中x∈{0，1，2，3}。符号对对数或然率然后可以被确定为如下：

           C(k，x，y)＝M(k-1，x)+M(k，y)    (10)

应当指出，这些量度是两个发送的符号对数或然率的和值。通过使用表1，对于分子(+1)和分母(-1)的量度被编组：G(k，+1)＝C(k，x，y)的集，则差分比特＝+1，以及G(k，-1)＝C(k，x，y)的集，则差分比特＝-1。每个这些集具有8个元素。然后，每个组的最大值被确定。根据这些最大值量度的软信息可被写为： ${\hat{b}}_i^{\mathrm{sub}1}\left(k\right)=\max \left(G(k,+1)\right)-\max \left(G(k,-1)\right)---\left(11\right)$

第一替换方法需要在每个符号下标k处计算16个组合量度，C(k，x，y)。事实上，在每个符号下标处只需要计算4个相干量度。根据式10通过使用在时间k和k-1处的相干量度，可以得到16个组合量度。应当指出，即使硬判决已被确定，对于被检测的相干符号的最可能值是在每个时间下标处使得相干量度最大化的那些值。如果检测的差分比特是d，则从G(k，d)中求最大值是与对在符号时刻k，max(M(k，S_x))和k-1，max(M(k-1，S_x))处得到的最大量度(最大或然率值)求和相同的。所以，在检测的比特项中，为找到它们的最大值，不需要8个组合项。这两个QPSK符号可以被检测，以及可以利用与检测的数值有关的量度。然而，在非检测的项中，在第一替换方法中需要8个组合项和它们的最大值。

第一替换方法的一个实现方案可以通过使用与图5所示的相同的方框图而得到。或然率信息产生器提供相应于现在的数值的符号量度和相应于先前的数值的符号量度。在或然率信息处理器中，在分子和分母中的8项中的最大值(它是相应于提供了差分比特值的+1或-1的现在的数值和先前的数值的量度的组合)被选择。通过取这两个最大值的差值，可以得到软信息。所以，替换的方法不需要指数和对数运算。而且，为了计算软信息不需要知道噪声方差，只要它是常数的话。然而，假如噪声是被随时间而变化的干扰占据了优势，如果想要的话，它就可被使用。

图9上显示了这个第一替换实施例的运行。对于图8所示的实施例，确定软数值的过程是从确定对于当前的和先前的符号的可能的符号对数值的对数或然率的步骤开始的(方块800)，这相应于计算式5b或8的量度。这些量度然后被组合起来(方块802)。如果有更多的可能的符号对，则处理过程对于下一个符号对重复进行(方块806和808)。否则，当已经为每个假设的符号对确定了组合的量度时，则确定相应于潜在的+1的最大组合量度和相应于潜在的-1的最大组合量度(方块810)。然后，从+1的最大组合量度中减去-1的最大组合量度，从而给出软数值(方块812)。

在本发明的另一个替换实施例中，使用由或然率信息产生器提供的量度值，被检测的差分比特值可以通过求出最或然相干QPSK符号值(通过求出能使得符号量度最小化的相干符号)而被判决。在现在的和先前的时间的最小符号量度值的和值提供了分子或分母项(取决于检测的比特值)。然后，相应于非检测的比特值的项(与检测的比特值相对照)可以通过求出相应于非检测的比特值中的8项的最大值而被得到。

虽然在第一替换方法中使用对于检测的和非检测的值的最佳项，但该方法可以通过取对于检测值的最佳K₁项和对于非检测值的最佳K₂项而被普遍化。

第二替换实施例是通过进一步简化先前的替换方法而得到的，其中假定占优势的项包括至少一个检测的符号值。所以，在第二替换实施例中，对于非检测的情况的8项的最小值没有被找到。与其不同的是，假定该8项的最大值包括具有高的概率的被检测的QPSK符号之一。一旦检测的符号以及其相应的量度被找到，就计算组合量度，C_det＝M(k，S_det(k))+M(k-1，S_det(k-1))。在非检测的项中，通过假定占优势的项将包括检测的符号之一，则一个符号被固定为检测的符号，以及另一个项通过使用最接近边界的符号而被翻转(toggled)，然后可以找到相应的量度和值，C_nd1＝M(k，S_det(k))+M_toggle(k-1，S_toggle(k-1))。同样地，另一个符号被固定为检测的符号，以及先前固定的符号通过使用最接近的边界符号而被翻转，找到第二相应的量度和值，C_nd2＝M_toggle(k，S_toggle(k))+M(k-1，S_det(k-1))。这两个量度和值的最大值被选择作为非检测项中的最大项，C_nd＝max{C_tnd1，C_tnd1}。正如可看到的，这个方法使用另一个假定，以便进一步减小软数值判决的计算复杂性。

如果以上的方法被普遍化到任何检测的差分比特{-1或+1}，则首先通过使用最小量度确定检测的比特b_i，det。然后，应用以上的方法时就好像检测的比特是+1。然后，软比特值被计算为： ${\hat{b}}_i^{\mathrm{sub}2}\left(k\right)=b_{i,\det }\{C_{\det }-C_{\mathrm{nd}}\}---\left(12\right)$

其中b_i，det＝±1。

通过注意到M_det和M_nd将包含一个公共项，这个方法可进一步被简化。所以：

    Δ₁＝M_toggle(k-1，S_toggle(k-1))-M(k-1，S_det(k-1))    (13)

    Δ₂＝M_toggle(k，S_toggle(k))-M(k，S_det(k))            (14)

于是 ${\hat{b}}_i^{\mathrm{sub}2}\left(k\right)=b_{i,\det }\left(\min \right\{{\mathrm{\Δ}}_1,{\mathrm{\Δ}}_s\left\}\right)---\left(15\right)$

替换地，使用由或然率信息产生器提供的量度值，被检测的差分比特值通过找出对于现在的和先前的数值的最可能的或然相干符号值(通过找出使得该量度最小化的相干符号)而被判决。在现在的和先前的时间的最大量度值的和值可以提供分子或分母项(取决于检测的比特值)。然后，对于非检测的项，通过假定占优势的项将包括检测的符号之一，一个符号被固定作为检测的相干符号，以及另一个项通过使用最接近边界符号来进行翻转。

图10上显示本发明的第二替换实施例。如图10所示，检测的符号和它们的相应的量度被确定(方块900)。然后，通过对检测的符号的最大量度求和，从而确定检测的组合量度(方块902)。确定第一潜在的非检测的组合量度(方块904)，以及也确定第二潜在的非检测的组合量度(方块906)。选择这些非检测的组合量度的最大值(方块908)，以及根据所选择的非检测的组合量度和检测的组合量度来确定软数值(方块910)。

虽然给出了多个接收天线的例子，但本发明可应用于任何单信道和多信道接收机。多信道可相应于天线阵列中的天线，诸如相控阵或分集阵列，而且可能具有不同的极化。多信道也可以相应于多波束或多载波或多代码或多时隙。

本发明也可被使用来在差分符号(双比特)上产生软信息。不是产生一个或然率比值，而是产生对于每个不同的符号值的或然率。例如，对于DQPSK，将产生四个软数值，对于每个可能的差分符号值都有一个软数值。对于最佳方法，差分符号值的对数或然率将是四项的和值，即

    LL(S_diff)＝log[P{b(k)＝S_diff|r(k)，r(k-1)}]    (16)

对于第一替换方法，只使用四项中的最大的项或它的或然率。对于第二替换方法，符号或然率将包括检测的符号项之一。

根据本发明公开内容，本领域技术人员将会看到，通过对符号或然率量度求反，最大化运算应当被最小化运算来替代。因此，术语最大化和最小化可以用术语求极值来代替，这意味着根据如何定义量度而取最大值或最小值。

虽然已相对于DQPSK描述了本发明，但本发明可应用于任何形式的差分编码，其中包括M进制DPSK(DQPSK相应于M＝4)、差分幅度编码或这二者的组合。另外，本发明可应用于差分和常规编码的混合，将软信息或检测值提供给差分编码的比特或符号。实际上，假设相干符号对，从而产生符号对(组合的)量度。如同相应于其它的差分比特值的组合那样，相应于一个差分比特值的组合可以被分组。然后确定或然率比值或它的近似值。

本发明已参照作为本发明的实施例的流程图的图8到10进行描述。将会看到，流程图的每个方块和流程图上方块的组合都可以用计算机程序指令来实施。这些程序指令可被提供给处理器以便产生一种机制，从而使得在处理器上执行的指令可以产生用于实施流程图方块规定的功能的装置。计算机程序指令可以由处理器执行，形成要由处理器执行的一系列操作步骤，从而产生计算机实施的处理过程，以使得在处理器上执行的指令能提供用于实施流程图方块中规定的功能的步骤。

因此，流程图的方块支持用于执行特定的功能的装置的组合和用于执行特定的功能的步骤的组合。也将会看到，流程图的每个方块和流程图上方块的组合可以由执行特定的功能或步骤的基于专用硬件的系统、或特定目的的硬件和计算机指令的组合来实施。

在附图和说明书中，揭示了本发明的典型的优选实施例，以及虽然利用了特定的术语，但它们只是在通用的和说明的意义上被使用的，而不是为了限制，本发明的范围在以下的权利要求加以阐述。

Claims (40)

1.通过利用与接收信号有关的估值的信道系数来从差分编码的接收信号中产生差分值的方法，所述方法包括：

通过使用接收信号的估值的信道系数和信号样本，确定对于每个可能的相干符号对的量度，该量度表示在接收信号中被编码的可能的相干符号对的概率，其中估值的信道系数是与相应的信号样本有关的单个复数信道系数；以及

根据所确定的量度，确定与在接收信号中被差分编码的信息有关的差分值(712，812，910)。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，还包括确定对于相应于差分值的每个可能的符号对的量度的极值量度以便给出极值量度的步骤(810)；以及

其中确定差分值的步骤包括根据极值量度确定差分值的步骤(812)。

3.按照权利要求2的方法，其特征在于，其中确定量度、确定极值量度和确定差分值的步骤包括以下步骤：

根据接收信号样本和信道系数来确定检测的相干符号值(900)；

根据相应于第一和第二符号周期、接收样本和信道系数的被检测的符号值来确定检测的量度(902)；

根据相应于第一符号周期、接收样本和信道系数的被检测的符号来确定第一潜在的非检测的量度(904)；

根据相应于第二符号周期、接收样本和信道系数的被检测的符号来确定第二潜在的非检测的量度(906)；

通过使用第一和第二潜在的非检测的量度的极值，确定选择的非检测的量度(908)；以及

根据检测的量度和选择的非检测的量度，确定至少一个差分值(910)。

4.按照权利要求1的方法，其特征在于，其中确定量度的步骤包括以下步骤：

根据接收信号的信号样本和信道系数，确定相应于第一和第二符号周期的被检测的相干符号量度(900，902)；以及

根据接收信号的信号样本和信道系数，确定相应于第一和第二符号周期的翻转的相干符号量度(904，906)；以及

其中确定差分值的步骤包括根据被检测的相干符号量度和翻转的相干符号量度确定至少一个差分值的步骤(910)。

5.按照权利要求1的方法，其特征在于，其中确定差分值的步骤包括以下步骤：

将量度指数化，形成相应于所有可能的符号值对的已处理的量度(704)；

将相应于第一差分比特值的、已处理的量度相加，给出第一数值量度和值(710)；以及

将相应于第二差分比特值的、已处理的量度相加，给出第二数值量度和值(710)。

6.按照权利要求5的方法，其特征在于，还包括：把第一数值量度和值除以第二数值量度和值，以便给出作为第一数值的比特值和作为第二数值的比特值的概率的比值(712)。

7.按照权利要求6的方法，其特征在于，还包括确定概率的比值的对数以便给出软比特值的步骤(712)。

8.按照权利要求6的方法，其特征在于，还包括比较第一量度和值与第二量度和值以便确定硬比特值的步骤。

9.按照权利要求1或权利要求2的方法，其特征在于，其中差分编码的接收信号在多个天线(501，502)处被接收，以及其中所述估值与差分编码信号有关的信道系数的步骤，包括估值与多个天线的每个天线有关的信道系数；以及

所述确定对于每个可能的符号对的量度的步骤，包括通过使用对于至少一个天线(501，502)的接收信号的估值的信道系数和信号样本，确定对于每个可能的符号对的量度的步骤，该量度表示在接收信号的信号样本中被编码的可能的符号对的概率。

10.按照权利要求9的方法，其特征在于，还包括将对于每个天线的量度相加的步骤。

11.按照权利要求9的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

确定对于多个天线(501.502)的有害分量相关值估值；以及

其中所述确定量度的步骤，包括通过使用至少一个天线(501.502)的估值的信道系数、有害分量相关值估值和接收信号样本来确定对于每个可能的符号对的量度的步骤，该量度表示在接收信号的信号样本中被编码的可能的符号对的概率。

12.按照权利要求1的方法，其特征在于，其中差分值相应于差分比特值。

13.按照权利要求12的方法，其特征在于，其中差分比特值是软比特值。

14.按照权利要求12的方法，其特征在于，其中差分比特值是硬比特值。

15.按照权利要求1的方法，其特征在于，其中差分值相应于差分符号值。

16.按照权利要求15的方法，其特征在于，其中差分符号值是软符号值。

17.按照权利要求15的方法，其特征在于，其中差分符号值是硬符号值。

18.按照权利要求1或权利要求2的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

确定与接收信号有关的噪声功率；以及

其中所述确定量度的步骤，包括通过使用估值的信道系数、噪声功率和接收信号样本来确定对于每个可能的符号对的、表示在接收信号的信号样本中被编码的可能的符号对的概率的量度的步骤。

19.按照权利要求1的方法，其特征在于，其中接收信号样本由接收和处理被接收信号的无线电话(10)产生。

20.按照权利要求1或权利要求2的方法，其特征在于，其中确定量度的步骤包括以下步骤：

通过使用估值的信道系数和信号样本，确定对于每个可能的相干符号值的符号量度，该符号量度表示可能的相干符号值的概率；以及

将符号量度对相加，以便确定对于每个可能的相干符号对的量度(710)。

21.用于通过利用与接收信号有关的估值的信道系数来从差分编码的接收信号中产生差分值的系统(15)，包括：

用于通过使用接收信号的估值的信道系数和信号样本来确定对于每个可能的相干符号对的量度的装置(404，506，606)，该量度表示在接收信号中被编码的可能的相干符号对的概率，其中估值的信道系数是与相应的信号样本有关的单个复数信道系数；以及

用于根据确定的量度来确定与在接收信号中被差分编码的信息有关的差分值的装置(406，508，608)。

22.按照权利要求21的系统，其特征在于，还包括用于确定对于相应于差分值的每个可能的符号对的量度的极值量度以便给出极值量度的装置；以及

其中用于确定差分值的装置包括用于根据极值量度确定差分值的装置。

23.按照权利要求22的系统，其特征在于，其中用于确定量度的装置、用于确定极值量度的装置和用于确定差分值的量度的装置包括：

用于根据接收信号样本和信道系数来确定检测的相干符号值的装置；

用于根据相应于第一和第二符号周期、接收样本和信道系数的被检测的符号值来确定被检测的量度的装置；

用于根据相应于第一符号周期、接收样本和信道系数的被检测的符号来确定第一潜在的非检测的量度的装置；

用于根据相应于第二符号周期、接收样本和信道系数的被检测的符号来确定第二潜在的非检测的量度的装置；

用于通过使用第一和第二潜在的非检测的量度的极值来确定选择的非检测的量度的装置；以及

用于根据被检测的量度和选择的非检测的量度来确定至少一个差分值的装置。

24.按照权利要求21的系统，其特征在于，其中用于确定量度的装置包括：

用于根据接收信号的信号样本和信道系数来确定相应于第一和第二符号周期的被检测的相干符号量度的装置；以及

用于根据接收信号的信号样本和信道系数来确定相应于第一和第二符号周期的翻转的相干符号量度的装置；以及

其中用于确定差分值的装置包括用于根据被检测的相干符号量度和翻转的相干符号量度确定至少一个差分值的装置。

25.按照权利要求21的系统，其特征在于，其中用于确定差分值的装置包括：

用于将量度指数化以形成相应于所有可能的符号值对的被处理的量度的装置；

用于将相应于第一差分比特值的、被处理的量度相加以给出第一数值量度和值的装置；以及

用于将相应于第二差分比特值的、被处理的量度相加以给出第二数值量度和值的装置。

26.按照权利要求25的系统，其特征在于，还包括，用于把第一数值量度和值除以第二数值量度和值以便给出作为第一数值的比特值和作为第二数值的比特值的概率的比值的装置。

27.按照权利要求26的系统，其特征在于，还包括用于确定概率的比值的对数以给出软比特值的装置。

28.按照权利要求26的系统，其特征在于，还包括用于比较第一量度和与第二量度和值以便确定硬比特值的装置。

29.按照权利要求21或权利要求22的系统，其特征在于，其中差分编码的接收信号在多个天线(501，502)处被接收，以及其中所述用于估值与差分编码信号有关的信道系数的装置包括用于估值与多个天线中的每个天线有关的信道系数的装置；以及

所述用于确定对于每个可能的符号对的量度的装置，包括用于通过使用对于至少一个天线(501，502)的接收信号的估值的信道系数和信号样本来确定对于每个可能的符号对的量度的装置，该量度表示在接收信号的信号样本中被编码的可能的符号对的概率。

30.按照权利要求29的系统，其特征在于，还包括用于将对于每个天线(501，502)的量度相加的装置。

31.按照权利要求29的系统，其特征在于，还包括：

用于确定对于多个天线(501，502)的有害分量相关值估值的装置；以及

其中所述用于确定量度的装置，包括用于通过使用至少一个天线(501，502)的估值的信道系数、有害分量相关值估值和接收信号样本来确定对于每个可能的符号对的量度的装置，该量度表示在接收信号的信号样本中被编码的可能的符号对的概率。

32.按照权利要求21的系统，其特征在于，其中差分值相应于差分比特值。

33.按照权利要求32的系统，其特征在于，其中差分比特值是软比特值。

34.按照权利要求32的系统，其特征在于，其中差分比特值是硬比特值。

35.按照权利要求21的系统，其特征在于，其中差分值相应于差分符号值。

36.按照权利要求35的系统，其特征在于，其中差分符号值是软符号值。

37.按照权利要求35的系统，其特征在于，其中差分符号值是硬符号值。

38.按照权利要求21或权利要求22的系统，其特征在于，还包括：

用于确定与接收信号有关的噪声功率的装置；以及

其中所述用于确定量度的装置，包括用于通过使用估值的信道系数、噪声功率和接收信号样本来确定对于每个可能的符号对的量度的装置，该量度表示在接收信号的信号样本中被编码的可能的符号对的概率。

39.按照权利要求21的系统，其特征在于，其中被接收的信号样本由接收和处理被接收信号的无线电话(10)产生。

40.按照权利要求21或权利要求22的系统，其特征在于，其中用于确定量度的装置包括：

用于通过使用估值的信道系数和信号样本来确定对于每个可能的相干符号值的符号量度的装置，该符号量度表示可能的相干符号值的概率；以及

用于将符号量度对相加以便确定对于每个可能的相干符号对的量度的装置。

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