CN1428035A - 用于调制类型的盲目检测的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

发明涉及在不知道在发送前调制符号的发射器中使用的调制星座的情况下，在通信系统内解调调制符号的一种方法和一个接收器。根据此方法，本发明包括把调制符号解释为一族分层调制星座中的一种星座的符号，用一种前向错误校正(FEC)技术解码被解调符号、和根据假定调制星座解调符号的步骤。最后，检查被解调符号的正确性。接收器包括相应的解释单元、解调器和FEC解码器以及检查被解调符号正确性的装置。

Description

用于调制类型的盲目检测的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种在不知道在发射前调制符号的发射器内使用的调制方案的情况下，在通信系统的接收器内解调调制符号的方法。此外，本发明涉及在通信系统内执行这一解调方法的接收器。
背景技术
在通信系统中，信息的高调制发射对于获得高数据发射速度是必要的。然而，调制顺序越高，一定数量的比特在解调后不能被正确解码的可能性越大。因此，有时期望根据信道质量改编调制顺序。这对无线电通信系统是尤其重要的，其中改编的原因可能是信道条件、噪声/干扰限制、日程要求或无线电资源有效性其中之一。本领域技术人员清楚给定的标准是有遗漏的。通常，适配(adaptive)调制包含许多允许在以增加发送错误为代价下发送更多的数据的可能调制顺序。
通信系统的接收器必须能够解调接收到的信号。本领域公知的用于处理适配调制发送的方法是所谓的“盲目调制(blind modulation)”。在这里，发射器使用的调制方案对于接收器是未知的。因此，接收器必须得根据不同的调制星座(constellation)解调收到的信号。为了决定使用哪一种调制方案，需要某种错误检测方案，并且如果对于一个给定的假设的调制顺序，错误检测方案没有产生错误，这一调制顺序就被选用来解调。
然而，尤其在频繁经受干扰和信道条件改变的无线电通信系统中，区分由坏的信道质量产生的错误与由接收器假定的调制顺序不符合发射器使用的调制方案产生的错误是困难的。因此，“盲目调制”只在数据发送大大强于错误的条件下有效。
一个“盲目调制”方案的例子公开于在2000年11月12日-15日泰国曼谷召开的第三届无线个人多媒体通信的国际研讨会上提出的“无调制信息发送的适配调制系统的分层解调方案”。
其它公知的适配调制方法需要被使用的调制方案或星座的知识。因此，除被调制符号之外，发送告诉接收器在发送前调制符号的发射器内使用哪种调制方案的信息是本领域公知的。知道了这些，接收器可以应用正确的解调。另外一种本领域公知的方法是让接收器决定发射器应使用哪种调制方案用于以后的符号。根据某一运算法则(例如，依赖于信道条件)，接收器做出决定并且将关于所需调制方案的信息通过一个反馈信道传递到发射器。
上述两种描述的方法的缺点是它们需要额外信令，即它们占用部分通信资源来指示选择的调制或为便于解调占用某种开销。这意味着更少的通信资源可被用户使用来发送所需信息。最后，现有技术调制方法增加了接收器的硬件复杂性。
发明内容
本发明的目的是提供一种在通信系统内能够在不为调制操作发送开销信令和不增加接收器的复杂性的情况下，正确解调用未知调制方案调制的符号的调制方法和接收器。
这一目的根据一种分别由权利要求1的方法步骤限定的解调方法和包含权利要求9的特点的接收器得到解决。
根据本发明的方法和接收器，调制符号被解释为一族分层调制星座中的一种星座的符号并且根据假定星座被解调。随后，用FEC技术解码被解调符号并且检查其正确性。
所以，发射器不需要为解调操作发送开销信令，并且接收器根据包含FEC技术的“反复试验”原则解调符号，来保证解码操作中的发送错误被改正以便弥补差的信道条件。虽然在找到正确的调制星座前会进行几次试验，但是这样的解调方法极其简单而且可以在信号处理电路中很容易地实施。因此，下述发明的相应解调接收器的结构也是非常简化的。
此外，本发明利用这一事实：在大多数通信系统中，尤其是在无线电通信系统中，被解调符号的正确性检查已经被作为评价例如像通信链路质量的其它标准的标准程序被执行。
根据本方法的另一个实施例，FEC技术被用来确定解码结果，即被调制符号是否正确。根据这一实施例，本方法变得更简化，因为它消除了被解调符号正确性的单独确认的需要。
根据本方法的一个变体，检查被调制符号正确性的步骤由单独的循环冗余检查(CRC)错误检测单元执行，错误检测单元以快速可靠的方式校验被解调符号。
根据本方法的另一个优选实施例，调制符号由M元组(M-tuple)比特的结构构成。调制星座因此由多个2M调制符号形成。调制符号的定义过的结构对于将符号比特绘制成信号星座图是有用的，信号星座图包含多个由每个比特决定界限定义的区域。
根据本方法的另一个优选实施例，解释和解调的步骤被连续地重复，其中在每次迭代中，调制符号被解释为多个可能调制星座中一个不同星座的符号。因此，本方法重复解释和解调的步骤，直到获得正确的被解调符号。本发明的接收器的相应实施例包括通知解释单元正确性检查结果的反馈环。
根据本发明方法的一个变体，对多个不同的可能调解星座同时进行解释和解调步骤。此外，依据正确性检查结果选择被解调符号。在该接收器相应的优选实施例中，用于解释和解调的装置被放置在平行的分支中，以便同时处理。根据这一实施例，虽然增加了硬件的复杂性，但是优点在于能很快获取正确的被解调符号。
根据本方法的一个更有利的实施例，调制星座是不同顺序排列的并且解释和解调步骤的重复是按照降序调制顺序执行的。作为选择，重复可以是根据提供正确被解调符号的先前成功的调制星座的。
附图说明
在下面，将参照附图进一步详细地描述本发明的优选实施例，以便于对发明的理解。
图1-4示出在复数(complex)信号平面的QAM信号星座图的例子，
图5说明在复数信号平面的16-QAM信号星座图的例子，
图6示出应用了本发明方法的通信系统的发射器，
图7示出发明接收器的第一个实施例，以及
图8示出发明接收器的第二个实施例。
具体实施方式
与图1-4相关，将解释一族分层调制星座的概念。在每个图中，比特值Sx被映射到复数信号平面的一个区域内。通常，符号S由M元组代码比特的结构S0...SM-1组成。因此，可能有2M个调制符号，它们的全体形成调制星座或符号字母表。在通信系统中，通常可能会出现几个调制星座，并由用来定义调制顺序的比特的数量区分。
信号星座图中的区域取决于符号S内比特的位置以及可以是“+1”或“-1”的比特值SX。A(*)表示不影响比特区域的比特值。图1中的星座表示比特S0被映射到两个不同的区域，即比特值为“-1”的左边和比特值为“+1”的右边阴影部分。第二、第三和第四位置的相似比特星座位置分别由图2-4所示。因此，这些图显示了形成图五所描绘的16-QAM符号的四种比特的全部区域。为了简化，在图5中每个比特由它的符号来代表，“+”或“-”。如果调制顺序增加，这一过程理论上无穷地持续。
如果对应于各个比特SX(X＝0...M-1)的M区域被覆盖，那么就会获得解调器通常会限定符号S＝(S0...SM-1)的决定边界的区域，其中S0指定为“顶部比特”，而SM-1是“底部比特”。在通信系统中发送的具体符号通常位于这样的决定区域的中心。
对于信号星座图中的数字解调的进一步讨论，请见例如“数字通信，第三版”PROAKIS，1995 McGraw-Hill，ISBN 0-07-051726-6，173页ff。
图6示出应用了本发明方法的典型发射器。从信息比特(infobit)源11，一系列长度为I且构成信息字的信息比特被输入到CRC编码器12。在编码器中，在信息字上添加长度为C的错误检测和(如CRC)。长度为I+C的结果序列经过FEC编码器13处理，并增加用于在接收器中改正错误的冗余。FEC编码器的输出是一系列构成输入到调制器14中的长度为N的代码字的代码比特，在调制器14中，符号S由代码字构成。如上述提到的，符号S通常含有M元组比特S0...SM-1的结构。最后，该符号被映射到通信系统的物理通信信道15上，并利用公知的发送方法，比如适用于无线电通信系统的TDMA、CDMA或FDMA多元方案进行发送。本领域技术人员清楚依据通信信道的具体要求可以同样地应用其他调制方案。
图7示出根据本发明的接收器的第一个实施例。在通过通信信道15接收到符号S后，解调器21开始在假定发生在发送系统的最高调制顺序的情况下解调该符号。因此，构成最高发生调制顺序的符号的M元组比特值在解释单元22被缓冲。
解释单元22只利用部分从解调器21接收到的被解调信息，并把调制器符号当作是来自于有更少星座点的另一个调制星座，即有更低的调制顺序。例如，如果将解调器改编为16-QAM，解释单元22通过仅将两个最高有效位转发到它的输出而解释其输入。解调器21和解释单元22的联合的功能等同于QPSK解调器的功能。然而这种效果需要所使用的调制星座的结构要像图1-4所描述的那样分层。
随后，解释单元缓冲器向FEC解码器23提供信息比特的数量，以便在接收到的符号中改正错误。在解码后，CRC检测器24对被解码的信息比特进行错误检测校验，以确定代码字是否正确解码。
FEC和CRC代码技术的更加详细的讨论可见Sampei，Seiichi的“对于全球无线通信的数字无线技术的应用”，Prentice Hall 1997，ISBN 0-13-214272-4，第六章。
如果结果没有错误，代码字将按照信息比特的顺序输出。如果错误检测发现被解调符号不正确，反馈环25向解释单元22提供指示命令以重复解释和解调操作。
在第二次迭代中，假定前一个调制星座是不正确的，并且因此尝试一个不同的调制星座。例如，假定一个较低顺序的调制星座是正确的，并且把这一调制星座比特的相应数量输入到解释单元22的缓冲器内。在解调和错误检测后，重新确定结果是否有错。
这一过程一直持续到达到可能调制顺序的数量或者错误检测指示正确接收。分层调制所描述的方法的作用是在解释单元之后，输入到FEC解码器的值是完全相等的，如同解调器对较低顺序调制有效。
在下面，将描述可能调制顺序的一个例子：
64-QAM：1个符号＝6比特，M1＝6，
16-QAM：1个符号＝4比特，M2＝4，
QPSK：  1个符号＝2比特，M3＝2。
通常，对于每次迭代s，从解释单元缓冲器提供给FEC解码器的每个符号的顶部Mmax-Ks值从k1＝0开始。每一个符号S的底部ks＝Mmax-Ms的值不被传送到FEC解码器。在每个调制星座包含2M个星座点且对于所有迭代s，Ms＞M1的假设下，那么Ks＝M1-Ms(M1等于Mmax)。
在本例中，可能调制顺序的数量和迭代的数量等于3。在连续的迭代中，每个符号的顶部Mmax-ks比特值被输入到解释单元缓冲器22。在第一次迭代中，全部六个值被传送到解码器。因此，k1＝0。在从CRC解码器24中输出错误的情况下，重复解调和解码操作。在第二次迭代中，k2＝2并且只有每个符号的顶部四个值被传送到解码器。这与根据16-QAM调制方案解调收到的信号是等同的。最后，在第三次和最后一次迭代中，k3＝4并且只有每个符号的顶部两个值被传送到解码器，这与QPSK调制是等同的。所以，虽然接收器中只需要一个解调器，但如同有几个解调器在解释输出。
在上面描述的实施例中，已经增加了ks值。增加值取决于使用的调制星座的类型。增加值为2对于QAM信号星座是适用的，因为如果我们假设64-QAM是有最高可用顺序的调制星座，这就会产生解释接收到的符号的串联，如64-QAM→16-QAM→QPSK。然而，增加值并不一定是不变的，并取决于系统中使用的调制星座，它可以改变，比如，16-PSK→8-PSK→2-PSK，从而使值k1＝0、k2＝1、k3＝3。
虽然上面描述解调应首先尝试最高顺序调制星座，但技术人员清楚也可以按递减顺序排列尝试的顺序。另外，根据最有可能的调制星座是在先前解调事件中用过的这一推理，首先尝试最后被正确检测的调制星座是有可能的。
如果可能没有正确解码，可以选择(错误地)被解码的信息字中的任何一个作为输出，因为不可能分辨是哪个解码循环导致比特错误的最小数量。因此，任何输出可以用来作为最终决定。再次，依赖于系统，选择那个在先前解调即时中成功的调制输出可能是有用的。
参照图8，根据本发明描述接收器的另一个实施例。这一实施例与图7所示的实施例不同，在于用多个平行分枝代替反馈环25，每个平行分枝包含解释单元22-1，22-2，...22-n，FEC解码器23-1，23-2，...23-n和CRC检测器24-1，24-2，...24-n。每一分枝的元件本质上对应图7的实施例中由虚线封闭的元件。在每一分枝内，解释单元用一个截然不同的k值来对所有可能的k值同时解调来自解调器21的接收到的符号。因此，为所有可能的解调星座同时解调这些符号。然后，选择器26从所有分枝中选择指示解调没有产生错误的一个，它将被选择为最终决定的主动分支。
作为图7和图8的实施例的另一个变体，用能够确定FEC解码操作是否正确的FEC解码器来替换CRC检测器是可能的。检查FEC解码器输出的正确性的其他形式也可以适用于替换错误检测器24。

Claims (14)

1.一种在不知道在发射前调制符号的发射器内使用的调制星座的情况下，在通信系统的接收器内解调调制符号的方法，包括步骤：
把调制符号解释为一族分层调制星座中的一种星座的符号，
根据假设的调制星座解调所述符号，
用前向错误校正(FEC)技术解码被解调符号，以及
检查被解码符号的正确性。
2.根据权利要求1的方法，其中用FEC技术执行检查被解调符号正确性的步骤。
3.根据权利要求1的方法，其中通过CRC检测单元执行检查被解调符号正确性的步骤。
4.根据权利要求1-3之一的方法，其中调制符号由M元组符号比特的结构S0...SM-1构成，并且多个2M调制符号形成特殊顺序的调制星座。
5.根据权利要求1-4之一的方法，其中连续地重复解释步骤和解调步骤，其中在每次迭代中，调制符号被解释为多个可能调制星座中一个不同星座的符号。
6.根据权利要求5的方法，其中为降序调制顺序的调制星座执行重复的解释和解调步骤，和/或所述重复的解释和解调步骤是基于提供正确被解调符号的先前成功的调制星座的。
7.根据权利要求1-4之一的方法，其中对多个不同的可能调制星座同时进行解释和解调步骤，并且还包括依据正确性检查结果选择被解调符号的步骤。
8.根据权利要求1-7之一的方法，其中在解释步骤中，符号比特的Mmax-Ks在被提供给FEC解码器之前储存在缓冲器中，这里Mmax表示最高顺序调制星座的符号比特的数量，MS是各个假定调制星座的符号比特的数量，并且Ks是根据ks＝Mmax-Ms对于每个假定调制星座而改变的值。
9.一种在不知道在发射前调制符号的发射器内使用的调制星座的情况下，解调调制符号的通信系统中的接收器，包括：
解释单元(22)，用于把调制符号解释为一族分层调制星座中的一种星座的符号，
解调器(21)，用于根据假定调制星座解调符号，
前向错误校正(FEC)解码器(23)，用于解码被解调符号，以及
用于检查被解调符号正确性的装置(24)。
10.根据权利要求9的接收器，其中FEC解码器(23)被用来检查被解码符号的正确性。
11.根据权利要求9的接收器，还包括CRC检测单元(24)，用于检查被解调符号的正确性。
12.根据权利要求9-11之一的接收器，还包括反馈环(25)，用于通知解释单元(22)正确性检查的结果。
13.根据权利要求9-11之一的接收器，包括多个解释单元(22-1，22-2，...22-n)、FEC解码器(23-1，23-2，...23-n)和各装置(24-1，24-2，...24-n)，用来检查被解调符号正确性，它们放置在平行分支上以对多个不同可能调制星座同时解调符号。
14.根据权利要求9-13之一的接收器，其中解释单元(22)包括储存Mmax-Ks符号比特的缓冲器，这里Mmax表示最高顺序调制星座的符号比特的数量，MS是各个假定调制星座的符号比特的数量，并且Ks是根据ks＝Mmax-Ms对于每个假定调制星座而改变的值。
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