CN1149797C

CN1149797C - 确定信道脉冲响应长度的接收机

Info

Publication number: CN1149797C
Application number: CNB988093448A
Authority: CN
Inventors: Ge; G·E·博顿利; J·C·陈; ��Ƥ��; R·D·科伊皮莱
Original assignee: Ericsson Inc
Current assignee: Ericsson Inc
Priority date: 1997-07-21
Filing date: 1998-07-06
Publication date: 2004-05-12
Anticipated expiration: 2018-07-06
Also published as: EP0998805A1; EP0998805B1; HK1032305A1; IL134012A; BR9811283A; MY125280A; AU747699B2; EE200000043A; KR20010022037A; JP2001510958A; AU8276498A; DK0998805T3; KR100568647B1; JP4459434B2; WO1999004537A1; US6333953B1; IL134012A0; ES2362075T3; DE69842193D1; CN1271489A

Abstract

本发明提出了一种用于接收无线电信号的接收机的使检测方案自适应的技术。对接收信号进行处理，确定例如无线电信道的时间扩散量。根据这样的确定为检测所发送的码元选择适当的检测方案。本发明还揭示了确定信道的时间扩散或非时间扩散的特性的各种技术。

Description

确定信道脉冲响应长度的接收机

近几年内，数字无线通信系统已经用来在多个位置之间传送各种信息。在数字通信的情况下，信息变换成数字或二进制形式，也就是一个个比特，进行通信。发射机将这比特流转换成调制的码元流，在数字接收机检测后映射回各个比特，恢复原来的信息。

在数字无线通信中，无线电环境对顺利进行通信有着许多不利的影响，例如由于无线电信号在到达接收机前经过许多信号路径所引起的多路径效应。一种不利影响出现在多个信号路径长度相差很大时。在这种情况下要引起时间扩散，多个信号的像以不同时间到达接收机天线，出现一系列信号回声。这将引起码间干扰(ISI)，即一个码元的回声干扰以后的一些码元。

可以用均衡器来减轻时间扩散的影响。常用的均衡形式由线性均衡器、判决反馈均衡器和最大似然序列估计(MLSE)均衡器。线性均衡器通过对接收信号的滤波来消解信道的影响。判决反馈均衡器利用前面码元的检测结果来消除前面码元的回声引起的码间干扰。最后，MLSE均衡器假设各种发送码元序列，再用一个时间扩散信道模型来确定哪种假设最适合接收数据。这些均衡技术对于熟悉该技术领域的人员来说是众所周知的，可以参：考一些标准的教课书，例如J.G.Proakis的“数字通信”(DigitalCommunications，2nd ed，New York：McGraw-Hill，1989)。在诸如D-AMPS和GSM之类的TDMA系统中通常都要用均衡器。

三种常用的均衡技术中，从性能上来看，MLSE均衡最为可取。在MLSE均衡器内，考虑了所有可能的发送码元序列。对于每个假设序列，利用多路往信道模型对接收信号的样点进行预测。预测接收信号样点与实际接收信号样点之差，即所谓的预测误差，给出了一个具体的假设适合程度的指示。预测误差的平方值用来作为评估一个具体假设的度量。根据对于不同假设得出的累加度量，确定哪些假设较好。利用动态程控形式的Viterbi算法可以有效地实现这个处理过程。这样的一个系统可参见国际刊物WO97/24849。

然而，在某些情况下，到达接收机的信号所造成的码间干扰可能程度并不明显。在ISI不明显或者没有的时候，均衡器实际上给检测统计量所增添的噪声比它所消除的还要多，特别是在信道变化相当快的情况下。在这些情况下，可能希望将均衡器断开而用其他检测装置，例如差分检测器，它在无时间扩散的情况下性能更好一些。此外，均衡器在运算上要比差分检测器复杂。因此，周期性地断开均衡器而用差分检测器可以节约MIPS，从而降低电池的消耗。

作为另一个例子，在直接序列CDMA系统中，通常采用RAKE接收机。然而，如果RAKE抽头过多，性能也要下降。

因此，希望能有一种可以动态地识别和实现适当检测技术的接收机，例如可以用适当信道抽头数的检测器。

按照本发明的示范性实施例，对无线电信道的特性进行测量，以便确定检测器内所要实施的适当检测策略。例如，如果无线电信道确定为非时间扩散的，就选择差分检测器作为码元检测器进行操作。相反，如果检测到的是一个时间扩散信道，就用均衡器来检测接收机接收到的信息码元。类似，对于CDMA的情况，如果无线电信道是非时间扩散的，就选用相关检测器，而如果检测到的是时间扩散信道，就用RAKE接收机。

按照本发明可以实现各种检测控制器，用来为具体的接收信号选择适当的检测方案。例如，可以估计接收信号与噪声参数之比，再与门限进行比较，根据比较结果执行适当的检测方案。例如，在简单的情况下，比较结果可以指示信道是时间扩散的还是非时间扩散的。按照其他的示范性实施例，可以对精确构成具体无线电信道模型的特定信道抽头数进行识别，用来确定适当的检测方案。

按照本发明的其他示范性实施例，可以计算出主波束的能量与其他各副波束能量总和之比，用来确定信道是时间扩散的还是非时间扩散的。为了避免衰落造成的起伏，可以将这些能量进行加权或平滑后再与门限比较。

本发明的特征、目的和优点通过以下结合附图所作的详细说明可以有更清楚的认识。在这些附图中：

图1为可采用本发明的蜂窝移动无线电话系统的示意图，其中示出了10个小区；

图2为按本发明设计的移动台总体方框图；

图3为示出图2中所示的检测控制器的第一示范性实施例的方框图；

图4为示出图2中所示的检测控制器的第二示范性实施例的方框图；

图5为示出图2中所示的检测控制器的第三示范性实施例的方框图；

图6为示出图2中所示的检测控制器的第四示范性实施例的方框图；

图7为示出图2中所示的检测控制器的第五示范性实施例的方框图；以及

图8为示出按照本发明的一个示范性实施例选择适当的检测技术的方法的流程图。

下面将结合这些附图说明本发明的各个特性，在这些附图中相同的部分用相同的标记字符标识。虽然下面的说明以非扩散系统为背景，但熟悉本技术领域的人员可以理解，本发明同样可用于扩频(例如CDMA)系统。

图1为示出一个诸如D-AMPS那样典型的蜂窝电话网100(以下称为“蜂窝网”)内10个小区(C1-C10)之间关系的示意图。通常，一个蜂窝网具有比10个多得多的小区，然而，对于说明来说10个就足够了。

在每个小区C1至C10内，都有一个基站B1至B10。虽然图1中将这些基站都示为配置在各自小区的中央，但基站可以配置在小区内任何位置。配置在中央的基站通常应用全向天线，而配置在小区边界的基站通常应用定向天线。

图1所示蜂窝网100还具有一个移动交换中心(MSC)。MSC通过电缆、无线链路或这两者(图1中未示出)与备基站连接。MSC还接至一个固定电话交换单元(图1中也未示出)。移动台M1至M10表示各个移动电话机。当然，这些移动台可以在各自的小区内来回移动，也可以从一个小区移动到另一个小区。通常，移动台远多于10个。同样，示出10个移动台对于说明来说也就够了。

每个移动台包括一个接收机(图1中也未示出)，用来接收基站通过空间接口发送给这个当前正在收听的移动台的信号。接收机对接收到的信息码元进行处理，例如应用解调和检测技术，提取包含在接收信号内的信息码元。

传统上，这些接收机都包括一个检测装置，例如一个均衡器或一个差分检测器，用来识别接收信号流内的信息码元。选择在接收机内所要包含的具体检测装置，例如一个具有某些预定的不变数目的信道抽头的均衡器，通常根据接收机预期无线电工作环境确定。然而，本发明采取的是另一条途径。

参见图2，其中示出了按照本发明设计的移动台的总体方框图。如图所示，移动台通过天线20接收到一个接收信号流。这个信号流在无线电接收机22内按照已知技术处理，例如放大、滤波和下变频，成为一个复数基带信号样点流。所得到的样点流送至检测控制器24和检测器26。检测控制器24对接收到的信号流进行处理，确定对这个信息流内的信号码元按行检测的最佳技术，情况将在稍后详细说明。按照这样处理的结果，检测控制器24将向检测器26发送一个适当的命令，使检测器26实现所选的检测技术。检测器26的输出是一个信息码元流，供以后各级进一步处理后输出用户信息(如语音或数据)或对附加控制信息(如寻呼消息)作出响应。下面将说明检测控制器24选择具体检测技术的工作情况。

在接收到一组已知的同步码元后，接收机能利用相应的接收数据形成一个检测控制器输出信号。例如，可以利用同步码元通过与接收数据相关执行最小二乘信道估计或信道估计。信道估计信息可以用来将无线电信道模型化成包括J个信道抽头。例如，可以用信道抽头值的平方和来估计出一个信号，即功率Sest：

Sest (J) = Σ_{j = 0}^{J - 1} | c (j) |^{2}

其中C(j)表示信道系数估计。此时，可以利用信道系数估计和已知码元形成接收数据估计，

即：

rest(k)＝c(0)s(k)+c(1)s(k-1)+…+c(J-1)s(k-J+1)其中s(k)表示已知的同步码元。这些接收数据估计再可以用来通过将r(k)-rest(k)的平方值对接收到的同步数据进行平均形成一个噪声功率估计Nest(J)。这样，Sest(J)和Nest(J)就可以用来确定J的各候选值(如，J＝1，…，Jmax)。由于系统性能通常与这些量有关，因此可以用一个比较装置来确定需要模型化成多少个信道抽头才能满足系统性能的要求。应注意的是，在没有已知码元的情况下，可用假设码元代替。此外，所用抽头的数目可以随时间(例如在一个TDMA时隙内)改变。因此，检测控制器可以在接收期间动态地改变要使用的抽头的数目。有了以上有关本发明的接收机结构的总体设想，下面将对确定所需检测方案的各种技术和结构进行说明。

图3示出了检测控制器24的一个示范性实施例，用来确定是否存在时间扩散(即J＞1还是J＝1)。然后，可以用这个信息来选择一个适当的检测机制。例如，对于采用DQPSK调制的信道，J＝1时可以选择差分检测器，而在J＞1时可以选择均衡器。

在图3中，接收数据通过同步单元30，它执行解调所要求的同步，假设这个信道是非时间扩散的(即假设J＝1，如从“1”指向SYNC块30的箭头所示)。经同步的数据于是在信道估计单元32内用来确定与一个非时间扩散信道相应的单个信道系数c(0)的估计值，例如利用以上提到的已知技术之一。这个信道估计和经同步的数据由噪声功率估计器34用来产生同步段噪声功率估计Nest(1)。这可以通过将|r(k)-c(0)s(k)|²在同步段上进行平均来实现，因为发送的同步码元s(k)是已知的。信道估计也送至信号功率估计器36，通过形成信道系数值的平方|c(0)|²，给出Sest(1)。Nest(1)和Sest(1)都送至比较器38，确定信噪比是否超过一个给定的门限T(这个门限由能满足通信性能要求的可接受的最小SNR确定，而最小SNR可由实际测试确定，这是熟悉本技术的人员所能理解的)，即：

Sest(1)/Nest(1)＞T？这种评估可以用各种方式来实现，以免进行除法运算，例如可以采用比较

Sest(1)＞Nest(1)T？来代替。如果超过门限，检测控制器24(图2)就向受控的检测器26发送一个控制信号，指出可以采用非时间扩散信号检测方式，例如差分检测或单抽头相干检测。否则，这个控制信号指出需要采用时间扩散信号检测方式，例如多抽头均衡。因此，检测控制器24的这个示范性实施例确定信道是时间扩散的(J＞1)还是非时间扩散的(J＝1)。

检测控制器24的第二示范性实施例示于图4。在这个实施例中，控制器24确定时间扩散的程度(即信道抽头数J的值)。同步单元40和信道估计单元42都在假设信道抽头数为最大(J_max)，例如为5个抽头，的情况下进行工作。信道抽头和数据送至多个噪声功率估计器(每个可能的J值一个)。为了使图简明起见，只示出了两个这样的噪声功率估计器44和46，即对于抽头数为1和Jmax的噪声功率估计器，例如，对于J个抽头的估计器，噪声功率利用r(k)与c(0)s(k)+…+c(J-1)s(k-j+1)之差来估计。这些估计在比较器48内用门限进行相互比较。于是确定J值为满足：

Nest(J+1)＞T Nest(J)其中T为一个设计参数，在0至1之间，可以根据经验确定，典型的为稍小于1，例如为0.9。这给出了检测器26内信道模型的抽头数。注意，这个示范性实施例可以修改成再为每个可能的J值形成Sest(J)(例如，如结合图3所述)，在比较器内利用Nest(J)和Sest(J)进行比较，即：

T Sest(J+1)/Nest(J+1)＜Sest(J)/Nest(J)

这等效于比较：

Sest(J)Nest(J+1)＞T Sest(J+1)Nest(J)

检测控制器的第三示范性实施例示于图5。为了使图简明起见，只示出了与J＝1和J＝Jmax有关的方框，而其他未示出的支路也用图4中的省略标记形式表示。熟悉本技术领域的人员可以理解，对于J＝2，3，4…等也都配置了类似的支路。在这个实施例中，考虑了不同的同步准则，各相应于信道抽头系数的数目J的不同的可能值。例如，同步单元50和52分别用来寻求使第一和最后(Jmax)的支路内的能量最大的同步。每个支路内后继的信道设计(即在块54和56内执行的)也假设J个抽头，噪声功率估计器，例如块58和60，也在同样假设下工作。然后，像在图4中那样，以与对图4所作说明类似的方式对这些估计进行比较。同样，也能以与对图4所作说明类似的方式利用信号功率估计来改善性能。

按照本发明的又一个示范性实施例，可以利用码间干扰(ISI)的能量与主射线的能量之比来估计一个接收信号的延迟扩展量。例如，假设一个L抽头信道模型为：

C(z)＝C₀+C₁z^-1+…C_L-1Z^(L-1)于是。延迟可以通过计算比值

来估计，其中C_o为与第一或最强信号射线相应的信道系数，而C_k为其余信道系数。

然而，应该对这个比值进行加权或平滑，以考虑由于衰落而引起的λ的瞬时变化。这种平滑可以利用累计前些估计得到的信息来实现。例如：

E_0，s(m)＝YE_0，s(m-1)+(1-Y)E₀(m)，

E_1，s(n)＝YE_1，s(m-1)+(1-Y)E₁(m)，

\hat{λ} (m) = \frac{E_{1, s} (m)}{E_{0, s} (m)}

其中：

E₀(m)＝|C₀(m)|²，

E_{1} (m) = Σ_{k = 1}^{L - 1} {| c_{k} |}^{2},

往平滑的值

可以用来与门限进行比较，确定这个信道是时间扩散的还是非时间扩散的。如前面的那些实施例那样，这个信息可以用来选择一种适当的检测技术。图6示出了一个示范性实施例。

图中，进入的复数样点在块64内在假设为L抽头信道模型的情况下加以同步。信道估计单元66在假设L个抽头的情况下进行信道估计，确定这些信道系数。与第一或最强射线相应的信道系数送至平方功能块68。其余系数送至其他平方功能块，例如块70和72，它们的输出在加法器74内相加Co和ISI能量分别由平滑功能块76和78像上述那样加以平滑。经平滑的能量比在比较器80内与一个门限T相比较，比较器80的输出将这个信道表征为时间扩散的或非时间扩散的

图7示出了可供选择的另一个实施例，其中同样的标号用来标示同样的装置。在这个实施例中，ISI能量的求和是在平滑功能块90后的比较器92内执行的，而不是像图6所示那样在平方功能块88后就执行。这允许通过形成如下对于不同的J值的λ_J

来确定需均衡的时间扩散程度。

按照又一个示例性实施例，在块64进行同步期间并不假设是L个抽头，而是采取一种首先假设一个信道抽头的迭代方法，执行图6或图7所示的过程。如果根据假设的信道抽头数所得到的信道统计量是可接受的，过程就终止，否则，就假设一个不同的信道抽头数，再执行另一个迭代。这种技术以图8的流程图的形式示于图8。

由图8可见，在步骤100，为第一次迭代将信道抽头变量N设置为1。然后，在步骤102，根据对假设是一个信道抽头情况下的接收信号进行的同步确定经平滑的能量比(在图8中称为“信道”统计量)。如果这个信道统计量大于一个门限T(根据经验确定，以满足所要求的信号与ISI之比)，那么这个N就是对这个信道进行模型化的精确抽头数，于是过程进至步骤106，为检测器26选择一个适当的检测方案。例如，如果第一次迭代后信道统计量超过门限T，那么这个信道就是非时间扩散的，因此可以采用差分检测方案。

相反，如果信道统计量小于门限T，于是流程进至步骤108，信道抽头变量N加1，在假设模型比上次迭代多一个信道抽头的情况下重复这个过程，以便同步然而，应注意的是，信道估计是根据最大抽头数执行的。

以上结合具体实施例对本发明作了说明，然而，对于熟悉本技术领域的人员来说，能以上述优选实施例以外的特定形式来实现本发明是显而易见的这些优选实施例只是示例性的，而不应认为对本发明有所限制。本发明的专利保护范围由所附权利要求书给出，而不是上述说明。因此，所有属于权利要求范围内的各种变型和等效形式都应列入受专利保护的对象。

Claims

1.一种接收机(22)，包括：

接收无线电信号并根据所接收的无线电信号产生一系列信号样点的处理电路；

一个对所述信号样点进行评估和输出一个检测所需的可变信道抽头数N的检测控制器(24)；以及

一个响应所述检测控制器(24)的输出，利用根据所述可变数N选择的多个检测配置之一检测码元的检测器(26)。

2.权利要求1的接收机(22)，其中所述检测器在所述输出的信道抽头数为1时采用差分检测方案，而在所述输出的信道抽头数大于1时采用多抽头均衡方案。

3.权利要求1的接收机(22)，其中所述检测器在所述输出的信道抽头数为1时采用单抽头相干检测，而在所述输出的信道抽头数大于1时采用RAKE接收机检测方案。

4.权利要求1的接收机(22)，还包括：

一个估计与所述接收信号关联的信号功率的信号功率估计器；以及

一个估计与所述接收信号关联的噪声功率的噪声功率估计器。

5.权利要求4的接收机(22)，其中所述检测控制器根据所述估计的信号功率与所述估计的噪声功率之间的比较确定所述抽头数。

6.权利要求5的接收机(22)，其中所述检测控制器与所述接收信号同步，根据信道为非时间扩散的假设估计与所述接收信道关联的信道。

7.权利要求1的接收机(22)，其中所述检测控制器根据标识时间扩散程度的多个噪声功率估计的比较结果确定所述抽头数，其中所述多个噪声功率估计分别是在不同信道抽头数的假设下计算的。

8.权利要求7的接收机(22)，其中所述检测控制器与所述接收信号同步，在最大的信道抽头数的假设下估计与所述接收信号关联的信道，所述信通估计用来计算所述噪声功率估计。

9.权利要求7的接收机(22)，还包括：

为每个所述不同信道抽头数各配置一个的信号功率估计器，用来估计与所述接收信号关联的信号功率，其中所述检测控制器将对于每个所述不同信道数的所述信号功率估计与所述噪声功率估计之比与一个门限相比较。

10.权利要求1的接收机(22)，还包括：

多个支路，每个支路包括

一个在预定的信道抽头数的假设下与所述接收信号同步的同步单元(40)，

一个在所述预定的信道抽头数的假设下估计与所述接收信号关联的信道系数的信道估计单元(42)，以及

一个在所述预定的信道抽头数的假设下估计与所述接收信号关联的噪声功率的噪声功率估计单元(44，46)，

其中所述预定的信道抽头数对于所述多个支路是各不相同的；以及

一个接收每个所述支路的输出，通过比较所述这些输出确定所述抽头数的比较器(48)。

11.权利要求10的接收机(22)，其中所述比较器将一个支路的输出与乘以一个门限的另一个支路的输出相比较以确定所述抽头数。

12.权利要求10的接收机(22)，还包括：

多个分别为所述多个支路配置的信号功率估计器，用来估计与所述接收信号关联的信号功率，而其中所述比较器将对于所述多个支路中的一个支路的所述信号功率估计与所述噪声功率估计之比与乘以一个门限值的对于所述多个支路中的另一个支路的所述信号功率估计与所述噪声功率估计之比相比较。

13.权利要求1的接收机(22)，其中所述检测控制器根据与码间干扰关联的能量和与所述接收信号的一个主射线关联的能量的比较输出所述抽头数。

14.权利要求13的接收机(22)，其中所述能量在所述比较前受到平滑处理。

15.权利要求1的接收机(22)，其中所述检测控制器根据与码间干扰关联的能量和与所述接收信号的一些经均衡的射线关联的能量的比较输出所述抽头数。