CN1216647A

CN1216647A - 估计脉冲响应的方法和接收机

Info

Publication number: CN1216647A
Application number: CN97193974.8A
Authority: CN
Inventors: 奥利·皮雷宁
Original assignee: Nokia Telecommunications Oy
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1996-05-21
Filing date: 1997-05-20
Publication date: 1999-05-12
Also published as: NO985401D0; WO1997044916A1; EP0894365B1; AU722245B2; FI962140A; NO985401L; JP2000511012A; AU2777697A; EP0894365A1; DE69728143D1; US6327315B1; FI962140A0; ATE262241T1

Abstract

本发明涉及在一无线系统中估计脉冲响应的方法和一个接收机,那里要被发送的信号包含一个已知的训练序列(208),该接收机包含装置(304),用于抽样接收的信号,以及装置(400),用于利用该已知的训练序列来计算对脉冲响应的第一次估计。为了能得到对脉冲响应的精确确定,该接收机包含装置(406,408),用于通过第一次脉冲响应估计来作出对接收的样本的初步判定,装置(410)用于利用初步判定计算估计的样本和接收的样本的误差值,装置(410)通过使上述误差值减至最小来计算对脉冲响应的第二次估计,以及装置(410)利用相互地综合第一次和第二次估计来计算对对脉冲响应的一个新的估计。

Description

估计脉冲响应的方法和接收机

本发明涉及在数字无线系统中估计一个脉冲响应的方法，那里要被发射的信号包含由符号(symbol)组成的信息组(burst)，该信息组包含一个已知的训练序列，在该方法中，抽样接收的信号并利用已知的训练序列对脉冲响应计算第一次估计。

在一典型的峰窝无线环境中，基站和用户终端设备间的信号在发射机和接收机间的几个路径上传播。这个多路径传播主要是由来自周围表面的信号反射所引起的。由于不同的传播延迟，所以在不同路径上传播的信号就在不同的时间到达接收机。这对于传输的两个方向都是适用的。通过测量接收的信号的脉冲响应能够在一接收机内监测一个信号的多路径传播，当峰值比例于其信号强度时，在不同时刻到达的信号是可见的。图1示出实测的脉冲响应作为例子。时间位于水平轴100上，接收的信号的强度位于垂直轴102上。曲线的峰值104,106、108表示所接收信号最强的多路径传播的分量。

在现有技术的方法中，脉冲响应是利用附加给信息组的一个已知训练序列来估计的。图2示出GSM系统的一个标准的信息组作为实例，该系统包含起始和终止位200,202，两部分204,206中的实际数据，以及位于信息组中间的一个已知的训练序列208。在一标准的信息组内，训练序列的长度是26比特。在已知解决方法中，例如在GSM系统内，脉冲响应是对接收的样本和一已知的训练序列进行互相关来估计的。一个26比特长的训练序列的16比特是用来估计每个脉冲响应分支。当接收的信号的质量很差时，使用已知方法很难得到一个可靠的估计结果，这将会损害接收机的性能。

本发明的目的就是实现一种比现有方法更为精确的方法来估计脉冲响应。

使用如序言中所说明的方法就可以达到这个目的，该方法的特征在于：利用第一次脉冲响应估计作出初步判定；利用初步判定计算估计的样本和接收的样本的误差值，使上述误差值最小来计算对脉冲响应的第二次估计，通过相互地综合第一次和第二次估计，并当再次估计接收的序列时，通过使用这个方法得到的估值来计算对脉冲响应的一个新的估计，本发明还涉及数字无线系统中的一个接收机，其中要被发送的信号包含由信号组成的信息组，这些信息组包含一个已知的训练序列，该接收机包含用于对接收的信号抽样的装置，以及利用已知训练序列对脉冲响应计算第一次估计的装置。本发明的接收机的特征在于：该接收机包含利用第一次脉冲响应估计对接收的样本作出初步判定的装置；通过利用初步判定来计算的估计的样本和接收的样本的误差值的装置，使上述误差值成为最小来计算脉冲响应的第二次估计的装置；通过相互地综合第一次和第二次估计来对脉冲响应计算一个新估计的装置；以及利用这种方法得到的估值再次估计接收的序列的装置。

本发明的方法和接收机比起现有技术具有几个优点。本发明解决方法中的脉冲响应估计的精度大于现有技术方法中的精度。此外，如果终端设备的速度较高，因为即使在信息组中脉冲响应可能改变，信息组中间的训练序列不能单独地给出脉冲响应的正确图形(Picture)。依据本发明的解决方案，就有可能对于信息组的起始部分和对于信息组的终止部分单独地计算脉冲响应。

下面，参考附图的例子，将会更详细地解释本发明。

图1示出一个实例，对所述接收的信号的脉冲响应作出的解释，

图2示出GSM系统的一个标准的信息组，

图3利用一个方框图示出本发明的接收机的结构，

图4详细地示出了脉冲响应估计的应用的一个实例。

本发明可应用于任何的数字无线系统，在该系统中一个信息组包含一个训练序列。这类系统的一个例子就是GSM峰窝无线系统，下面，解释本发明时，它被用作一个例子，但并不限于此。

在本发明的解决方法中，自适应地并多相位地估计一个信道的脉冲响应。首先，对该脉冲响应推算出第一次的初步估计，借此作出一个初步的位判定。此后，利用初步判定，计算估计的样本和接收的样本的误差值，而脉冲响应的第二次估计是通过使所述误差值成为最小来计算的。在本发明的优选实施例中，首先通过形成初步判定和第一次脉冲响应估计间的卷积，并且通过对接收的样本和估计的样本的平方差相加来计算估计的样本和接收的样本间的误差值。

此后，综合第一次和第二次脉冲响应估计。在本发明的优选实施例中，通过按照它们的长度使用系数对估值进行加权，并且对接收的估计的分支值彼此相加，来相互地综合第一次和第二次脉冲响应估计。使用以这种方法得到的脉冲响应，就可以进行实际的检测。

下面，让我们研究本发明的接收机的结构，该结构和有关的部件示于图3方框图中。基站和用户终端设备都可用作本发明的接收机。该接收机包含一个天线300，用它接收的一个信号被传送到射频部件302，在那里，信号被变换为一个中频信号。从无线部件，将信号传至变换装置304，在这里，通过抽样，信号从模拟形式变为数字形式。一个数字信号306被传送到装置308，在那里估计该信道的脉冲响应，例如利用一个维特比检测器进行检测。检测的信号再被传送到一个信道译码器312，并且向前转314传送到接收机的其它部件。对于本领域的技术人员，很显然，本发明的接收机除了上述一些部件外，当然还包含其它部件，例如滤波器，但它们与本发明无关，为了明了起见，对它们不再描述。

下面我们更详细地研究有关估计部件308的结构的一个实例，它和有关部件示于图4的方框图中。一个接收的抽样的信号306到达估计部件作为一个输入。抽样的信号被传送到第一估计装置400，在那里，用现有技术通过对样本和一训练序列的互相关来计算脉冲响应的第一次估计。第一估计部件可用本领域技术人员已知的方法来实现。

利用开关412和414，脉冲响应的第一次估值416自适应地传送到滤波器402，并且传送到装置404，在这里计算自相关分支。此时，开关412和414处在位置1。接收的抽样的信号306也作为自适应滤波器的一个输入。自适应滤波器402通过符号差错率将信道内失真的信号恢复为一个原始数据流，该差错率取决于干扰因素，例如邻近接收的比特引起的干扰。信道的估计的脉冲响应的自相关分支是用装置404由脉冲响应信息组成的。比如上述过程可用一般信号处理器或用一分离的逻辑电路来实现。

自适应滤波器402和计算装置404的输出被传送到一个现有技术的均衡器406，最好是送到一个维持比均衡器。维特比406的输出310被传送到判定装置408，在那里，根据第一脉冲响应作出严格的比特判定。

判定装置408的输出连接到第二估计器410的一个输入。接收的抽样的信号306和脉冲响应的第一次估值416也作为第二估计器410的一个输入。在第二估计器内，利用比特判定和接收的信号对脉冲信号计算第二次估计，并且相互地综合第一次和第二次脉冲响应估计，第二估计器例如可用一般信号处理器或用一分离的逻辑电路来实现。用这种方法得到的估值418利用开关412和414被传送到自适应滤波器402和装置404，在装置404那里计算自相关分支。此时，开关412和414处于位置2。根据更精确的脉冲响应信息，自适应滤波器412和计算装置414计算被传送到维特比均衡器406的新值，从这里将该信号送到接收机的其余部分。

现在更详细地研究本发明的第二脉冲响应估计的计算。在本发明的方法中，利用接收的样本和第一次脉冲响应估计使样本的平方误差成为最小。按照硬(hard)比特判定的卷积来计算估计的样本。假设使用一个5比特脉冲响应，在此情况下，接收的比特是：X_k=(X_k,X_k-1,X_k-2,X_k-3,X_k-4)^T；X∈{-1,1}估计的脉冲响应是W=(h₀h₁h₂h₃h₄)^T所以现在可得到估计的样本

Y=W^TX_k.

所估计样本的误差并将会在下面与接收的样本的比较中得到确定。该误差可按照一个平方误差计算，计算中一次考虑N比特。可将误差函数写成公式如下

e^{2} = Σ_{k = j}^{1 - N} {(y (k) - Y)}^{2},

这里y(k)是已接收样本，j是被检测的比特序列的开始。这样，误差的平方(MSE，最小平方误差)在以上被用作一个误差值。用这种方法计算的误差被最小化。运用在相关文献，例如LMS,Kalman，直接矩阵变换等文献中所描述的各种不同方法，就能实现求最小值。例如在LMS方法中，从上面定义的函数中取出一个梯度，并从该梯度方向迭代地寻找一个解答。原理上，仅仅利用差值而不需计算实际的平方就能使差值的平方达到最小。利用以下公式可得到一个新的脉冲响应估计。

W_{c + 1} = \frac{Σ_{k = j}^{j + N} W_{c} + 2 μ e_{k} X_{k}}{N}

e_k=y(k)-Y这里μ是(0,1)间的一个常数。

对于值t=0，相应的W_o就是先前估计的第一脉冲响应估值W。这个迭代公式可以重复所期望的若干次，而在每次重复后，就可得到一个更新的脉冲响应估计。这里假设有C次重复，在此情况下，第二次脉冲响应估值将是W_c。

下面，通过按照它们的长度使用系数对估什进行加权，并将对应的估计的分支值彼此相加来综合第一次和第二脉冲响应估计。相加可用一公式描述。

W_{tot} = \frac{m * W_{o} + N * W_{c}}{m + N},

这里m是在计算第一次脉冲响应估计中(即训练序列的一半，在GSM情况下为16)所用的比特序列的长度，N是在计算第二次脉冲响应估计中所用的比特序列的长度。

用这种方法得到的脉冲响应估值W_tot被用在自适应滤波器中和用在自相关分支的计算中，用它可计算最终的位判定。

通过在计算新估计的样本时使用脉冲响应估值W_tot作为一个起始值，和通过再次使平方差成为最小，还有可能重新计算脉冲响应估计期望的若干次。

用本发明的解决方法，对于信息组的起始部分和对于信息组的终止部分，也有可能分别地计算脉冲响应。特别是如果终端设备的速度较高时，将会得到更精确的结果。利用信息组中间的训练序列来计算第一次脉冲响应估计，即对于信息组的起始部分和信息组的终止部分，则分别地计算其它的脉冲响应估计。

虽然以上对本发明的解释是参考了附图的实例，但显然本发明是不受其限制的，在附加的权利要求书中所公开的发明思想的范围内，可以用各种方法对本发明进行修正。

Claims

1．一种在数字无线系统中估计脉冲响应的方法，在该系统中要被发射的信号包含由符号组成的信息组，这些信息组包含一个已知的训练序列(208)，在该方法中，抽样所接收的信号，并利用已知的序列对脉冲响应计算第一次估计(416)，其特征在于：

利用第一脉冲响应估计作出初步判定。

利用初步判定计算估计的样本和接收的样本的误差值，

通过使上述误差值减为最小来计算脉冲响应的第二次估计，

将第一次估计和第二次估计相互综合起来，并当再次估计接收的序列时，使用以这种方法得到的估值来计算对该脉冲响应的一个新的估计(418)。

2．按照权利要求1的方法，其特征在于：通过使用所得到的新的估值作为形成初步判定的先前时刻的起始值，再次迭代地计算第二次估计所期望的若干次。

3．按照权利要求1的方法，其特征在于：通过按照它们的长度使用系数对估值进行加权并把估计的分支值相互相加来综合第一次估计和第二次估计。

4．按照权利要求1的方法，其特征在于：通过计算初步判定和第一次脉冲响应估计间的卷积，并且通过将接收的样本估计的样本的平方差相加的方法，按照首先估计判定来计算误差值。

5．按照权利要求1的方法，其特征在于：对于信息组的起始部分和信息组的终止部分，分别地计算第二次估计。

6．一种数字无线系统中的接收机，其中，要被发送的信号包含由信号组成的信息组，这些信息组包含一个已知的训练序列(208)，接收机包含用于抽样接收的信号的装置(304)，和用于利用已知的训练序列来计算对脉冲响应有第一次估计的装置(400)，其特征在于该接收机包含：

装置(406,408)，用于利用第一次脉冲响应估计作出对接收的样本的初步判定；

装置(410)，用于利用初步判定计算估计的样本和接收的样本的误差值；

装置(410)，用于通过使上述误差值成为最小来计算脉冲响应的第二次估计；

装置(410)，用于通过相互综合第一次估计和第二次估计来计算对脉冲响应的新的估计；以及

装置(400)，利用以这种方法得的估值再次估计接收的序列。

7．按照权利要求6的方法，其特征在于：该接收机包含装置(410)，利用按照它们的长度通过使用系数对估值进行加权估计，并使相应的估计的分支值彼此相加来相互地综合第一次和第二次估计。

8．按照权利要求6的方法，其特征在于：该接收机包含装置(408,410)，用于形成估计判定，这是通过计算初步判定和第一脉冲响应估计的卷积，并通过将接收的样本和估计的样本的平方差相加而实现的。