CN1383620A

CN1383620A - 降低干扰效应的方法和接收机

Info

Publication number: CN1383620A
Application number: CN01801612A
Authority: CN
Inventors: 奥利·皮兰恩
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Technologies Oy
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2002-12-04
Anticipated expiration: 2021-06-08
Also published as: US20020141518A1; FI20001381A; FI114258B; WO2001095509A1; BR0106718A; EP1287621A1; AU6610901A; FI20001381A0; JP2003536317A; US6721374B2; CN1157857C

Abstract

本发明涉及降低噪声效应的方法,还涉及包括至少一个用于根据接收信号形成样本信号的采样装置(12)的接收机。接收机还包括把样本信号中的噪声转换成白噪声的白化装置(30)和过滤包括白噪声的样本信号的数字滤波器(41、42、43、44)。接收机还包括根据样本信号计算滤波器抽头系数的计算装置(80)。此外,接收机包括加法器(51、52),加法器均被设置成接收来自至少一个滤波器的过滤信号,并计算从滤波器接收的信号的总和,从而产生第一求和信号。接收机还包括计算第一加和信号的总和,从而产生实际的求和信号,并检测实际求和信号的检测器(60)。

Description

降低干扰效应的方法和接收机

技术领域

本发明涉及降低噪声影响的方法。

背景技术

无线电接收机采用各种均衡器降低符号间干扰。符号间干扰起因于对无线电信道上的信号产生的线性或非线性失真。例如，当信号扩展到所需时隙之外时，出现符号间干扰，或者说ISI。另外，均衡器被用于降低信号中的噪声和干扰。

TDMA(时分多址访问)系统采用MMSE-DFE均衡器(最小均方误差判定反馈均衡器)降低干扰。但是，使用中的MMSE-DFE并是总是带来最佳的结果。另外，在实际应用中，均衡器的实现和使用都非常复杂。在应用方面，复杂性意味着不得不处理巨大的矩阵。

当结合多级调制和大的信道脉冲响应延迟扩展使用MLSE(最大似然顺序估计)或MAP(最大后验概率)均衡器时，会遇到另一问题。这种情况需要数据处理，所述数据处理增大所需状态的数目，同时还增大了计算量。

确定均衡器的系数需要渐增的计算量，但是当前的计算方法并不是非常适合于在需要强化计算时使用。至少在一些情况下，计算所需的结构会使接收机结构变得过于复杂。例如，计算接收机中使用的滤波器的抽头(tap)系数需要复杂的计算。计算需要使用大维数的矩阵，这降低了计算速度并使之更为复杂。

发明内容

于是，本发明的目的是提供一种能够克服上述问题的方法和接收机。这是利用在前序中公开的方法实现的，所述方法的特征在于从接收的信号中获取样本，样本中的噪声被转换成白噪声；在滤波器中过滤包括白噪声的各个样本信号；并且在过滤样本信号之前，根据将提供给滤波器的样本信号，计算过滤所述样本信号的滤波器的滤波器抽头系数；分组计算过滤后的样本信号的总和，提供第一加和信号，以便每个第一加和信号包括在至少一个滤波器中过滤的样本信号；计算第一加和信号的总和，提供实际的加和信号，检测所述实际加和信号。

另外，本发明的目的是利用在前序中公开的方法实现的，所述方法的特征在于通过从接收的信号中获取样本，形成样本信号，样本中的噪声被转换成白噪声；把包含白噪声的信号分成多于一个的信号组；在信号组专用滤波器中，过滤每个信号组的样本信号，并检测由包含过滤信号的各个信号组的至少一个信号构成的信号。

本发明还涉及降低噪声效应的接收机。

本发明的接收机的特征在于接收机包括从接收的信号获取样本信号的至少一个采样装置；把样本信号中的噪声转换成白噪声的白化装置；过滤包含白噪声的样本信号的数字滤波器；根据样本信号计算滤波器的滤波器抽头系数的计算装置；均被设置成接收来自至少一个滤波器的过滤信号的加法器，所述加法器被设置成计算它们从滤波器接收的信号的总和，从而产生第一加和信号；计算第一加和信号的总和，从而产生实际的加和信号并检测所述实际的加和信号的检测器。

本发明的接收机的特征还在于接收机包括从接收的信号获取样本信号的至少一个采样装置；转换样本信号中的噪声，产生白噪声，并把包含白噪声的信号分成多于一个的信号组的白化装置；过滤信号组中的样本信号的信号组专用数字滤波器；和检测由包括过滤信号的各个信号组的至少一个信号构成的信号的检测器。

从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。

本发明的根本思想是把样本信号中的噪声转换成白噪声，并且在过滤样本信号之前，根据包括白噪声的样本计算，计算过滤样本信号的滤波器的滤波器抽头系数。

本发明的方法和接收机具有多种优点。所述方法便于实现更简单的均衡器。另外，和以前的方法相比，滤波器抽头系数的计算更简单、更快速，因为在把信号提供给滤波器并在计算抽头系数之前，噪声被白化。从而所述方法允许使用维数相对较小的矩阵计算抽头系数。此外，所述方法便于减少滤波器中抽头的数目，从而进一步简化计算。

本发明的另一优点在于简化了接收机结构，这意味着和现有技术的接收机相比，可利用更少的均衡器实现接收机。另外，本发明的方法能够提高接收机的抗干扰性。利用本发明的解决方案，可优化均衡器的性能。这意味着虽然本发明的解决方案降低了均衡器的复杂性，但是均衡器仍可保持良好的性能水平。

附图说明

下面将参考附图，结合优选实施例，更具体地说明本发明，其中：

图1图解说明了实现接收机的一个实施例，

图2图解说明了实现接收机的另一实施例。

具体实施方式

图1表示了包括天线10、11，采样装置12、13、分隔(space)装置20、21，使噪声变白的白化(whitening)装置30，滤波器41、42、43、44，加法器50、51和均衡器60的接收机。

接收机可位于例如无线电系统的基站或者诸如移动站之类的用户设备处。但是，实际上当接收机位于包括多于一个的信号接收天线的基站时，接收机提供最佳的效益。当通过利用多于一个的天线接收信号时，可获得最佳的可能分集增益。

图1表示采样装置12与天线10相连。图1还表示采样装置13与天线11相连。每个采样装置从其专用天线接收信号。采样装置对从它们相应的天线接收的信号进行重复采样。

图1还表示采样装置12包括与分隔装置20相连的两个输出。采样装置13也包括与分隔装置21相连的两个输出。采样装置也可包括两个以上的输出。每个分隔装置还与白化装置30相连。在所述实施例中，白化装置包括四个输出，这四个输出分别与独立滤波器41、42、43和44相连，所述滤波器最好是FIR滤波器(有限脉冲响应)。所述滤波器也被称为前馈滤波器。

滤波器41和42的输出都既与加法器50又与加法器51相连。两个加法器的输出端都与均衡器60相连。可利用维特比解码器实现均衡器。使用时，均衡器把信号分集考虑进去。还可利用MLSE或MAP均衡器实现该均衡器。另外，均衡器可按照FSE原则(部分分隔均衡器)操作。

下面将从包括天线10的第一接收机分路接收的信号的观点看，说明接收机的操作。包括天线11的第二接收机分路按照和第一接收机分路相同的原理操作。天线10、11可接收含有相同信息的信号。换句话说，天线可同时接收由同一用户设备传输的信号。

信息信号通过无线电通路到达天线10、11，因此它们始终含有由干扰引起的相同扰动，例如有色噪声。在图1的实施例中，在采样装置12和13中对天线接收的信号进行双重重复采样。但是本发明并不仅仅局限于双重重复采样。

在采样装置12中重复采样得到的信号被提供给分隔装置20，分隔装置20除去重复采样。在图1中的实施例中，在分隔装置20中，重复采样信号被分成两个不同的信号y1、y2，所述信号y1、y2通过独立的信号通路被提供给白化装置30。信号y1、y2可由同一个或不同天线接收的信号构成，并且可以作为重复采样或不作为重复采样的结果得到信号y1、y2。

接收机还包括进行下述计算的计算装置80。计算装置80根据包括白噪声的样本信号计算各个滤波器的滤波器抽头系数。

在线性情况下，可用下述信号矢量格式表示信号y1、y2：

y₁＝H₁x+w₁

(1) ，这里

y₂＝H₂x+w₂

y₁和y₂是样本矢量；

x是要估计的矢量；

w₁和w₂是噪声矢量；

H是已知的估计矩阵。

下面，计算同一个天线的信号支路的互易相关性。如果利用多于一个的天线接收信号，则形成所述多于一个的天线的信号支路的互易相关性。利用噪声矢量w₁和w₂的协方差矩阵A计算相关性，所述矩阵A为：

(2) A＝E(ee^H)，这里

E是噪声矩阵，并且

样本依赖于协方差矩阵A的逆矩阵。逆矩阵被定义为如下所示：

(3) A^-1＝T^HD^-1T，这里

D是对角矩阵，

，这里t₁、t₂是常数。T实际上是共轭转置矩阵，所述共轭转置矩阵实际上是厄密矩阵。

公式(3)被用于使噪声变白。公式(3)允许确定并计算独立的样本矢量之间的噪声的白化。

图2表示了另一接收机实施例。该接收机包括使噪声变白的白化装置30，滤波器41、42，加法器50和均衡器60。另外，该接收机还包括设置在均衡器输出端和加法器之间的滤波器70。均衡器的输出信号通过滤波器70被回送给加法器，所述加法器计算反馈耦合信号和来自滤波器41、42的信号的总和。

在使噪声变白之后，应用最小均方误差标准，或者说MMSE标准。该标准涉及相对于f₁、f₂和b，使J的值降至最小。符号f_n表示滤波器抽头：符号f₁表示滤波器41的抽头，符号f₂表示滤波器42的抽头。符号b表示滤波器70的抽头。可利用下述公式表述所述标准：

(4) J = E | x_{i} - t_{1} [\begin{matrix} y_{1}^{T} \\ y_{2}^{T} \end{matrix}] f_{1} - t_{2} [\begin{matrix} y_{1}^{T} \\ y_{2}^{T} \end{matrix}] f_{2} - x_{r} b |^{2}

就上面的公式而论，特别注意系数t₁和t₂的使用。利用系数t₁和t₂进行倍乘可使噪声矩阵对角线化。在最小化之后，通过应用下述公式，根据修改后的脉冲响应，计算滤波器抽头：

(5) (h₁h₂)＝T(h_{orig_1}h_{orig_2})

根据得到的脉冲响应，可按照下述格式表述每个样本矢量：

，这里

H_i是由h₁构成的矩阵，所述矩阵当乘以x时，产生卷积结果。

项W_mod是根据矩阵T的乘法结果得到的噪声矢量。

通过应用新的脉冲响应可求解公式(1)，从而对于FIR滤波器41、

42、43和44的计算，得到下述公式(7)：

[\begin{matrix} f_{1} \\ f_{2} \end{matrix}] = ([\begin{matrix} H_{1}^{*} H_{1}^{T} + d (1,1) * I & H_{1}^{*} H_{2}^{T} \\ H_{2}^{*} H_{1}^{T} & H_{2}^{*} H_{2}^{T} + d (2,2) * I \end{matrix}] - [\begin{matrix} H_{1}^{*} E (x * x_{r}^{T}) \\ H_{2}^{*} E (x * x_{r}^{T}) \end{matrix}] I {[\begin{matrix} H_{1}^{*} E (x * x_{r}^{T}) \\ H_{2}^{*} E (x * x_{r}^{T}) \end{matrix}]}^{H})^{- 1} [\begin{matrix} H_{1}^{*} E (x * x_{i}) \\ H_{2}^{*} E (x * x_{i}) \end{matrix}]

对于滤波器70得到公式(8)：

(8) b = {[\begin{matrix} H_{1}^{*} E (x * x_{r}^{T}) \\ H_{2}^{*} E (x * x_{r}^{T}) \end{matrix}]}^{H} [\begin{matrix} f_{1} \\ f_{2} \end{matrix}]

在上述等式中，下述内容是成立的：

，当i＝j时，

，当i≠j时，

d(i，i)是矩阵D的对角元。

代替采用DFE原理的接收机，也可使用采用MLSE或MAP原理的接收机，从而根据下述公式得到最小相位的非相关脉冲响应：

(9) h_eq＝[1，b]

上述部分计算在分隔装置20、21和在白化装置30中进行。另外，利用处理器和软件完成计算。实践中，可利用ASIC(专用集成电路)实现分隔装置和白化装置。

如果接收机包括多于一个的用于接收同一信息信号的天线，则接收机不必进行重复采样，但是接收机仍可降低信号干扰。

下面，将更详细地说明接收机的操作。如同已知陈述的，采样装置可对它接收的信号进行重复采样。假定采样装置12采用双重重复采样，在分隔装置20中该重复采样被除去，从而产生两个样本信号分量。

样本信号分量随后被提供给白化装置30，在白化装置30中，每个样本信号分量中的噪声被转换成白噪声。包括白噪声的第一样本信号分量被提供给滤波器41，第二信号分量被提供给滤波器42。滤波器41、42由样本信号分量滤出白噪声。每个滤波器被设置成每次接收一个变白的样本信号分量。接收机还可用于降低除噪声之外的其它类型的干扰的影响。

在过滤信号之前，计算装置80计算两个滤波器的滤波器抽头系数。根据提供给滤波器的样本信号预先计算滤波器抽头系数。在加法器51中求滤波器过滤的信号的总和，从而提供第一加和信号，所述第一加和信号随后被传送给检测器60。

另外还可把多于一个的第一加和信号提供给检测器60，信号被加和，从而产生实际的加和信号，随后在检测器中检测所述加和信号。如果只存在一个第一加和信号，则所述第一加和信号即是实际的加和信号。换句话说，检测器可计算由一个天线接收的信号所构成的信号样本的总和，也可计算由多于一个的天线接收的信号所构成的信号样本的总和。

例如，接收机可处理在采样装置12中间隔符号采样的M个信号。这些信号中的一些可由不同天线接收的信号和/或通过不同信号支路传播的信号构成。在重复采样过程中，把从不同信号支路接收的信号彼此分开。

在重复采样之后，白化装置30使M个信号中的噪声互为白噪声。白化装置30把白化噪声分成N组，从而每个支路具备M/N个白化信号。

在独立的FIR滤波器中过滤每组信号。在上述情况下，需要N个FIR滤波器。在过滤过程中，每个FIR滤波器使它正过滤信号的信号速率为原来的N/M。这意味着对于M/N个输入值，每个滤波器输出产生一个信号。

接收机中的检测器60接收N个信号，并且相对于每个上述信号量形成一个输出信号，所述输出信号为检测信号。通过改变分组数目，可分级进行抽选，这使得能够降低不同接收机部分的复杂性，从而降低接收机的复杂性。

虽然上面根据附图，举例说明了本发明，但是本发明显然并不局限于此，相反在权利要求中公开的发明构思之内，可以多种方式改变本发明。

Claims

1.一种降低噪声效应的方法，其特征在于，

获取接收信号的样本，样本中的噪声被转换成白噪声；

在滤波器中过滤包括白噪声的各个样本信号；

在过滤样本信号之前，根据将提供给滤波器的样本信号，计算过滤所述样本信号的滤波器的滤波器抽头系数；

分组计算过滤后的样本信号的总和，提供第一求和信号，以便每个第一求和信号包括在至少一个滤波器中过滤的一个样本信号；

计算第一加和信号的总和，提供实际的加和信号，所述实际加和信号被检测。

2.一种降低噪声效应的方法，其特征在于，

通过从接收信号中获取样本，形成样本信号，样本中的噪声被转换成白噪声；

把包含白噪声的信号分成多于一个的信号组；

在信号组专用滤波器中，过滤每个信号组的样本信号；

检测由包含过滤信号的各个信号组的至少一个信号构成的信号。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，形成重复采样信号的样本信号。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，利用多于一个的天线接收信号，并且样本信号由多于一个的天线所接收的信号构成。

5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，接收机接收的信号被重复采样，随后从信号中除去重复采样，以便提供多于一个的样本信号分量，并使通过除去重复采样而得到的样本信号分量白化。

6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，接收机接收的信号被重复采样，重复采样从信号中被除去，以便提供一个以上的样本信号分量，之后，使样本信号分量白化，并且在独立的滤波器中过滤通过消除重复采样而得到的白化信号分量，并且计算过滤后的样本信号分量的总和，从而提供第一求和信号。

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，计算信号的总和，从而产生第一求和信号，所述信号是通过消除同一信号的重复采样而得到的信号分量。

8.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在时间域和空间域中进行噪声到白噪声的转换。

9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，当计算滤波器抽头系数时，信道脉冲响应被改变为最小相位。

10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，利用样本矢量和非相关噪声矢量，计算滤波器抽头系数。

11.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，利用多于一个的天线接收信号，并对不同天线接收的信号采样，采样后的信号被用于产生要检测的信号。

12.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，对通过不同信号支路传播的信号采样。

13.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，计算滤波器的滤波器抽头系数，在计算过程中，把信道脉冲响应改变为最小相位。

14.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，在其滤波过程中抽选信号。

15.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，利用所有信号组中的至少一些信号形成要检测的信号。

16.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，每个样本信号中的噪声被相互白化。

17.一种降低噪声效应的接收机，其特征在于，接收机包括

从接收信号获取样本信号的至少一个采样装置(12)；

把样本信号中的噪声转换成白噪声的白化装置(30)；

过滤包含白噪声的样本信号的数字滤波器(41、42、43、44)；

根据样本信号计算滤波器的滤波器抽头系数的计算装置(80)；

均被设置成接收来自至少一个滤波器的过滤信号的加法器(51、52)，所述加法器被设置成计算它们从滤波器接收的信号的总和，从而产生第一求和信号；

计算第一求和信号的总和，从而产生实际求和信号，并检测所述实际求和信号的检测器(60)。

18.一种降低噪声效应的接收机，其特征在于，接收机包括

从接收信号获取样本信号的至少一个采样装置(12)；

转换样本信号中的噪声，产生白噪声，并把包含白噪声的信号分成多于一个的信号组的白化装置(30)；

过滤信号组中的样本信号的信号组专用数字滤波器(41、42、43、44)；

检测由包括过滤信号的各个信号组的至少一个信号构成的信号的检测器(60)。

19.按照权利要求17所述的接收机，其特征在于，采样装置(12)被设置成对接收机接收的信号重复采样，并形成它已重复采样的信号的样本信号分量。

20.按照权利要求17所述的接收机，其特征在于，接收机包括至少一个天线，并且白化装置(30)被设置成使由不同天线接收的信号构成的样本信号变白。

21.按照权利要求17所述的接收机，其特征在于，采样装置(12)被设置成对接收机接收的信号重复采样，接收机包括被设置成消除重复采样信号的重复采样的分隔装置(20)。

22.按照权利要求17所述的接收机，其特征在于，采样装置(12)被设置成对接收机接收的信号重复采样，接收机包括被设置成消除重复采样信号的重复采样，并把通过消除重复采样而得到的样本信号分量传送给白化装置(30)以便进行白化的分隔装置(20)。

23.按照权利要求17所述的接收机，其特征在于，接收机包括被设置成对接收机接收的信号重复采样的采样装置(12)，接收机包括被设置成消除重复采样信号的重复采样，并把通过消除重复采样而得到的样本信号分量传送给白化装置(30)以便进行白化的分隔装置(20)，每个滤波器被设置成过滤独立的样本信号分量。

24.按照权利要求17所述的接收机，其特征在于，加法器被设置成计算信号的总和，所述信号是通过消除同一信号的重复采样而得到的信号。

25.按照权利要求17所述的接收机，其特征在于，接收机包括至少一个天线，并且检测器被设置成计算由单个天线接收的信号，或者由多于一个的天线接收的信号所构成的信号样本的总和。

26.按照权利要求17所述的接收机，其特征在于，滤波器被设置成每次接收一个白化信号样本。

27.按照权利要求17所述的接收机，其特征在于，白化装置(30)被设置成在时间域和空间域中把有色噪声转换成白噪声。

28.按照权利要求17所述的接收机，其特征在于，计算装置(80)被设置成根据最小相位信道脉冲响应，计算滤波器抽头系数。

29.按照权利要求17所述的接收机，其特征在于，计算装置(80)被设置成利用样本矢量和非相关噪声矢量，计算滤波器抽头系数。

30.按照权利要求18所述的接收机，其特征在于，接收机包括至少一个天线，并且采样装置(12)被设置成对由不同天线接收的信号采样，接收机被设置成根据采样信号形成要检测的信号。

31.按照权利要求18所述的接收机，其特征在于，采样装置(12)被设置成对通过不同信号支路传播的信号采样。

32.按照权利要求18所述的接收机，其特征在于，接收机包括计算滤波器抽头系数的计算装置(80)。

33.按照权利要求18所述的接收机，其特征在于，接收机包括根据样本信号计算滤波器抽头系数的计算装置(80)，所述计算装置被设置成把信道脉冲响应改变为最小相位。

34.按照权利要求18所述的接收机，其特征在于，每个滤波器被设置成抽选它已过滤的信号。

35.按照权利要求18所述的接收机，其特征在于，接收机被设置成使用来自每个信号组的至少一个信号构成要检测的信号。

36.按照权利要求18所述的接收机，其特征在于，白化装置(30)被设置成使每个采样信号中的噪声相互白化。