CN1457582A - 移动无线接收器的改良的频道均衡 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动无线接收器的改良的频道均衡。本发明的一种移动无线传输之接收器单元，其包括有一频道评量器及一频道均衡器。除了前6个频道系数以外，频道评量器亦会透过训练序列的辅助，决定额外的频道系数，并将其应用于接收数据符号之均衡步骤。虽然泛欧数字式行动电话系统(GSM)标准的训练序列系仅能用来决定6个频道系数，但是译码步骤仍能够因此大幅改善。

Description

移动无线接收器的改良的频道均衡

技术领域

本发明系有关于一种移动无线传输的接收器单元，其具有一个频道评量器及一个频道均衡器，并且亦有关于一种均衡数据符号的方法，其乃是经由一移动无线频道进行传输。

背景技术

在移动无线传输中，整体位误差率大致上乃是由三个误差源加以决定。其中，一个误差源便是重迭在实际有用信号上的噪声，其可能会使解变得困难。另外，所谓的频率误差亦可能会对整体位误差率造成影响。频率误差乃是指这个传输器及这个接收器间的频率转调(frequency detuning)造成的误差，这个频率转调，举例来说，可能是由都卜勒效应(Doppler effect)造成。

频道失真(channel distortion)可以称为另一个误差源。这个传输信号会经由不同路径传送至这个接收器，并且经由这些不同路径得到不同的延迟。随后，这个接收器端便可能会发生具有不同延迟的信号成分的一个重迭，亦即：所谓的交互符号干扰(ISI)。有鉴于此，这个接收器端便需要利用这个频道响应的评量及这个接收信号的均衡，藉以尝试将这个交互符号干扰(ISI)移除。然而，这个接收信号的均衡仅能够某种程度地成功，且因此，这个交互符号干扰(ISI)仍可能会对整体位误差率造成负面影响。

在泛欧数字式移动电话系统(GSM)移动无线标准中，这个信号噪声比(S/N ratio)会小于10dB。在这个范围内，噪声乃是决定性的误差源。这个泛欧数字式移动电话系统(GSM)标准使用的高斯最小移频键控(GMSK)调变会利用具有这些信号点+1及-1的一个信号空间。因为这两个信号点具有一个180度的相差，因此，泛欧数字式移动电话系统(GSM)对于扰动，诸如：举例来说，移除交互符号干扰(ISI)的剩余误差造成，会相对坚固耐用。

GPRS(整体封包无线服务)乃是操作在一个大于15dB的较高信号噪声比。利用这种方法，大于21.4Kb/s的数据传输率便可以达到。这里，发生噪声将会变成这个背景中的一个误差源，且在这个范围内，对抗交互符号干扰(ISI)造成的误差亦会变得更加重要。

目前，泛欧数字式移动电话系统的加强型数据传输率(EDGE)标准及其关连的加强型整体封包无线服务(Enhanced GPRS)封包服务已经被制定为泛欧数字式移动电话系统(GSM)/整体封包无线服务(GPRS)及全球移动通讯系统(UMTS)间的转换标准。用于泛欧数字式移动电话系统的加强型数据传输率(EDGE)乃是一种分时多重存取(TDMA)方法，但是其已经具有高斯最小移频键控(GMSK)调变至八移相键控(8-PSK)调变的一个转换。这个八移相键控(8-PSK)调变乃是利用具有八个信号点的一个信号空间，其中，个别信号点间的相差分别是45度。这里，即使是均衡这些接收信号时的微小误差亦可能会导致这些数据符号的译码错误，并进而导致位误差率的增加。在这个范围内，这个八移相键控(8-PSK)调变标准大致上，相较于前述的高斯最小移频键控(GMSK)调变标准，会更容易受到交互符号干扰(ISI)造成的误差影响。

有鉴于此，如何提供适当评量以对抗交互符号干扰(ISI)造成的位误差率增加，便显得日渐重要。

发明内容

本发明的主要目的乃是提供一种移动无线传输的接收器单元及一种均衡数据符号的方法，其中，这些数据符号乃是经由一个移动无线频道进行传输，藉以在不改变传输功率的前提下，达成位误差率的降低。

特别是，本发明的另一目的乃是降低交互符号干扰(ISI)对位误差率造成的负面影响。

为达到前述目的，本发明乃是利用一种移动无线传输的接收器单元，如权利要求1所述，以及一种均衡数据的符号方法，其中，这些数据符号乃是经由一移动无线频道进行传输，如权利要求9所述。

根据本发明，这种移动无线传输的接收器单元系具有一个频道评量器，其乃是用来决定仿真这个传输频道的频道系数，以及一个频道均衡器，其乃是利用这个频道评量器决定的频道系数均衡这些数据符号。另外，这个频道评量器亦会决定前六个频道系数(h₀、h₁、...、h₅)以外的其它频道系数。随后，这些接收的数据符号便可以利用六个以上的频道系数、利用这个频道均衡器进行均衡。

在习知技艺的解决方案中，各个例子的频道响应均是利用四个、五个、或最多六个频道系数h₀、h₁、...、h₅辅助模拟。因此，这个频道长度(L+1)便会分别设定(L+1)≤6的条件。不过，下列三个考量却恰好抵触利用更多频道系数更精确仿真频道响应的想法。

(1)前六个频道系数已经可以侦测到这个交互符号干扰(ISI)的大部分重要影响。这个基本假设乃是考量到：这些频道系数h₆、h₇等等(其绝对值均非常小)得到的改良几近可以忽略，并且，甚至可能会使频道均衡更加恶化。

(2)频道均衡的计算花费会随着这个频道长度(L+1)呈指数地增加，具体来说，泛欧数字式移动电话系统(GSM)便需要2^L+1。这个考量的原因主要是由于改良的频道内存L，先前状态数目及目标状态数目两者均会在交织型(trellis-based)序列评量时增加。因此，考量额外的频道系数极可能会导致计算花费的增加。

(3)在泛欧数字式移动电话系统(GSM)标准中，各个数据丛发均会具有一个训练序列，其训练符号在这个接收器端乃是已知的。在泛欧数字式移动电话系统(GSM)标准中，这个评练序列会加以设计，藉以能够决定最多六个频道系数h₀、h₁、...、h₅。为决定第七个及额外的频道系数，这个训练序列的利用方式必须不同于先前方式。当然，吾等亦可以利用这些训练序列来决定额外的频道系数，但是这些频道系数却极有可能是错误的。根据普遍的假设，在均衡时考量极有可能是错误的频道系数将会使位误差率进一步地恶化，而不是进一步地改善。

已知，对于泛欧数字式移动电话系统的加强型数据传输率(EDGE)及在丘陵地形(HT)传输条件下，考量第七个及额外的频道系数的确可能大幅降低位误差率，尽管必须在决定这些频道系收时接受误差。如此，举例来说，一个10^-3的预定位误差率便可以在一个缩减2-3dB的传输功率下完成。

这个可能错误的第七个频道系数的不可预期强大影响，其绝对值系极低，可以凭借下列事实进行解释：频道均衡乃是基于一改良的频道模型。这样便可以对这个失真信号提供一个较佳分析及解。在许多例子中，考量第七个及额外的频道系数极可能是对一个成功序列评量进行偏斜刻度(tipping the scale)的重要因素。

当这个频道均衡器乃是利用维持比(Viterbi)方法均衡这些接收数据符号的一个交织型频道均衡器时，本发明系相对有利。在利用维持比(Viterbi)方法辅助均衡的例子中，吾等并不是评量个别接收的数据符号，而是评量整个符号序列(序列评量)。为达到这个目的，吾等需要决定不同路径经由这个交织图示的公制(metrics)、并且将其交互比较。利用维持比(Viterbi)方法得到的这个符号序列能够用来建立经由这个交织图标的最小成本路径。这些传输数据符号可以经由一个交织型频道均衡器的辅助，利用一种高侦测机率进行重建。目前已知的最佳均衡器乃是利用一种交织型均衡器建立，其具有大于6个的频道系数。

另外，当这个频道评量器乃是利用这些接收数据符号及一个训练序列的互相关连以决定频道系数时，本发明系相对有利。在这个接收器端，这个训练符号的未失真序列乃是已知的。由于多路径传递的特性，复数个具有不同延迟的信号成分均会对这个接收信号造成影响。因此，这个接收的、未失真信号乃是各个具有不同延迟的未失真信号成分的一个重迭。这些个别信号成分的影响可能是取决于与这个未失真信号的相互关连。随后，这些频道系数便可以经由这些相互关连的数值直接得到。

根据本发明的一个较佳实施例，这个训练序列总共包括26个符号，且这些接收数据符号及这个训练序列的相互关连乃是参考这个训练序列的一个段落加以决定。举例来说，泛欧数字式移动电话系统(GSM)便是利用这类具有26个符号长度的训练序列。为决定这个频道系数h₀，吾等必须计算这个未失真训练序列的中间16个符号及具有16个符号的一个接收训练序列间的一个相互关连数值。然后，这个相互关连分析便可以利用接收这个训练符号序列(其向右平移一个符号位置)重复执行，藉以得到这个频道系数h₁。另外，额外的频道系数亦能够利用这个接收训练序列的进一步向右平移及随后的相互关连分析加以决定。这些频道系数h₀、h₁、...、h₅可以经由一个包括26个符号的训练序列辅助，毫无误差地加以决定。在决定第七个及所有后续频道系数的期间，这个接收训练序列将仍然会与这个未失真训练符号序列呈现部分重迭。在这个范围内，决定这些频道系数h₆、h₁、...可能会发生误差。尽管具有这些误差，然而，这个序列评量步骤仍然可以考量额外频道系数而加以改良。在这个范围内，即使是在泛欧数字式移动电话系统(GSM)标准的这个具有26个符号的训练序列中，在本发明方法中考量额外频道系数仍会是有利的。

根据本发明的另一有利实施例，这个传输频道乃是一个丘陵地形频道。在丘陵及高山区域的移动无线传输中，显著的交互符号干扰(ISI)可能会因为信号路径的多样性而发生。由于这个接收信号亦会受到具有严重延迟的信号组件的相关影响，在这个丘陵地形频道的例子中更需要特别考量高阶的频道系数。因此，考量第七个或甚至更高阶的频道系数便可以改善基本的频道模型，特别是在丘陵地形频道的例子中，并因此明显地降低位误差率。

除了前六个频道系数外，本发明特别有利于在频道均衡时决定及利用第七个频道系数。如此，位误差率便可以借着考量第七个频道系数而大幅降低。

根据本发明的再一有利实施例，这个频道评量器及这个频道均衡器乃是用来处理八移相键控(8-PSK)调变的数据符号。由于这个信号空间中个别信号点之间的45度相差，因此这个八移相键控(9-PSK)大致上，相较于坚固的高斯最小移频键控(GMSK)调变，将会更容易受到不当仿真频道响应的干扰。在八相键控(8-PSK)的例子中，具有错误的频道评量会马上导致位误差率的增加。相反地，考量额外频道系数将可以精化这个频道模型，藉此，个别相位状态便可以更有效率地识别。因此，在八移相键控(8-PSK)的例子中，更精确的频道摸拟将会特别有利。

特别是，当这个频道评量器及这个频道均衡器乃是用来处理泛欧数字式移动电话系统的加强型数据传输率(EDGE)标准的数据符号时，本发明会非常有利。如此，这个后续的泛欧数字式移动电话系统(GSM)标准便可以利用八移相键控(8-PSK)调变。因此这样的信号噪声比会相对较高，因此噪声便可以渐增地向背景中移动。由于这两个原因，利用有效均衡步骤移除这个交互符号干扰(ISI)便显得非常重要。

附图说明

本发明系配合图式，利用较佳实施例辅助，进一步说明如下，其中：

图1是表示频道响应如何利用频道系数进行仿真的图式；

图2表示一移动无线接收器，其具有一频道评量器及一频道均衡器；

图3表示一接收数据丛发之结构，其具有一训练序列；以及

图4表示频道系数如何利用训练序列的相互关连加以决定的图式。

具体实施方式

图1表示如何利用一组频道系数h₀ ...、h_L描述一个移动无线频道的响应。在这个例子中，L乃是用来表示频道内存。

在移动无线传输期间，一个传输信号乃是经由各种传递路径到达这个接收器。举例来说，这个接收器可以直接经由这个传输器接收第一个信号成分，而第二个信号成分则是经由建筑物墙面反射后到达这个接收器。因此，第二个信号成分到达这个接收器的时间，相较于第一个信号成分，会有一个延迟，且这个接收信号将会是第一个及第二个信号成分的重迭。另外，其它具有不同延迟的信号成分亦可能会对这个接收信号造成影响，使这个集合信号成为各个因不同路径而具有不同延迟的信号成分重迭。如此，这个所谓的交互符号干扰(ISI)乃是由多重信号路径造成。

图1表示利用频道系数仿真频道传输特性的一个模型。在这个例子中，这个输入信号1乃是对应于这个传输信号，并且没有任何交互符号干扰(ISI)。这个输入信号1会与第一个频道系数h₀相乘，且因此可以供应具有最少延迟的信号成分2。这个信号成分2会回馈至这个加法器3，并且对这个重迭信号4造成影响。

为得到第二个信号成分6，这个输入信号1会利用一个第一时间延迟组件5延迟这个数据符号周期T，其中，这个数据符号周期T乃是利用这个取样频率f_abtast加以决定：

T＝1/f_abtast

接着，这个延迟信号会与第二个频道系数h₁相乘。这个第二信号成分6亦会回馈至这个加法器3，并且对这个重迭信号4造成影响。这个五倍延迟的输入信号8(其会与这个频道系数h₅相乘，藉以供应第六个信号成分9)则会在第五时间延迟组件7进行分接。

在本发明的解决方法中，除了这些频道系数h₀至h₅外，吾等亦可以提供第七个频道系数h₆以仿真频道响应。因此，这个重迭信号4形成时便可以同时考量额外的第七信号成分11。这个信号成分11相较于这个信号成分9的额外延迟T乃是利用这个时间延迟组件10得到。

根据这个频道模型，这个重迭信号4可以表示为：

∑_i-O ⁶h_i*s(k-i)

其中，s(1)、...、s(K)乃是用来表示这些未失真的数据符号。

根据本发明的这个调整频道模型可以改善这个接收信号的译码，特别是在具有大量延迟的信号成分对这个集合信号造成影响的时候。由于具有这类显著特性的多重路径信号传递通常会发生在，举例来说，丘陵及山区无线区域，因此本发明将会特别适用于丘陵地形频道。

图2表示根据本发明的一个移动无线接收器的方块图。具有一个数据丛发的这个数据符号序列x(1)、...、x(K)会同时回馈给这个频道评量器12及这个频道均衡器13。这个频道评量器12的工作乃是利用这个训练序列来评量这个频道造成的失真，并因此决定这个频道模型的频道系数h₀至h₆，如第1图所示。这些频道系数h₀、...、h₆的决定乃是相互关连这个失真训练序列x(K₁)...、x(K₂)及在这个接收器端已知的这个未失真训练序列s(K₁)...、s(K₂)以完成。

这些决定的频道系数h₀、...、h₆均会回馈至这个频道均衡器13，其将会完成这些接收数据符号x(1)、...、x(K)的均衡。这个频道均衡器可以是一个交织型频道均衡器，其可以基于维持比(Viterbi)算法完成这些接收数据符号的序列评量，并藉以得到这些均衡数据符号u(1)、...、u(K)。

图3表示一个接收数据丛发14的结构，其包括有这些数据符号x(1)...、x(K)。这个训练序列会传输做为泛欧数字式移动电话系统(GSM)标准的内文(midamble)，这表示：这个训练序列的训练符号乃是由第K₁个数据符号开始传输，直到(且包括)第K₂个数据符号。因此，这个接收数据丛发14将会包括这些数据符号x(K₁)、...、x(K₂)在内的失真训练序列15。然而，这表示：这个频道评量器15将会在这个接收器端同时得知先前已知的未失真训练序列s(K₁)、...、s(K₂)以及具有这个数据符号x(K₁)、...、x(K₂)在内的失真训练序列15。借着比较这些数据符号的失真及未失真序列，这个频道评量器12便可以决定：这个移动无线频道是利用什么方法使这些传输数据符号失真。

图4表示这些频道系数h₀、...、h₆是如何利用这个失真训练序列x(K₁)、...、x(K₂)与这个未失真训练序列s(K₁)、...、s(K₂)的相互关连加以决定。在泛欧数字式移动电话系统(GSM)标准中，这个训练序列总共包括26个数据符号。这个训练序列的中段16，其乃是用于实际的相互关连计算，会具有16个数据符号。这个训练序列的前段17及后段18则分别具有5个数据符号。

为决定第一个频道系数h₀，吾等必须计算这个失真训练序列的中段16及这个未失真训练序列的相互关连。在泛欧数字式移动电话系统(GSM)标准中，各个数据符号均可以假设为数值-1及+1。这两个序列的相互关连，其最大数值等于16(在辨识两个序列的例子中)乃是利用位乘法及加总加以得到。这个决定的相互关连数值会正比于第一个频道系数h₀，并且可以直接转换为h₀。接着，吾等必须计算向右平移一个符号位置的这个未失真训练序列20及这个失真训练序列之间的相互关连。如此，这些未失真训练符号s(K₁+5)、...、s(K₂-5)与这些失真训练符号x(K₁+6)、...、x(K₂-4)间的相互关连便可以决定。在这个例子中，向右平移一个符号位置系对应于一个数据符号周期T的延迟。

这个频道系数h₁可以经由这个相互关连结果直接得到。

这个频道系数h₂可以经由向右平移两个符号位置的未失真训练序列21与这些接收训练符号x(K₁+7)、...、x(K₂-3)的相互关连加以得到。这个失真训练序列的后段18的两个数据符号，亦即：数据符号x(K₂-4)及x(K₂-3)，亦可以用来完成这个相互关连步骤。这个训练序列的后段18乃是用来提供这个相互关连步骤的无误差计算。有用信息的数据符号并不会开始，直到这个训练序列的后段18以后，也就是说，有用信息将会由这个数据符号x(K₂+1)开始。

这些频道系数h₃、h₄、h₅亦可以利用对应的方法，利用向右平移额外符号位置的未失真训练序列22、23、24与这个接收训练序列的中段16及后段18数据符号的相互关连加以决定。在这个例子中，专属利用乃是由这个训练序列的数据符号组成，藉以计算其相互关连数值。

根据本发明，在计算第七个频道系数h₆的时候，这个未失真训练序列25必须要相对于这个接收训练序列地向右平移正好6个符号位置，并且，这六个符号位置系对应于6个数据符号周期T的一个延迟。如第4图所示，然而，这个相互关连计算将无法再次于这个训练序列内完成。

另外，与中段16及后段18接收数据符号的相互关连可以参考这个未失真训练序列25的前15个符号加以完成。关于最后一个训练符号26，这个相互关连必须要利用有用数据的第一个数据符号加以完成。在泛欧数字式移动电话系统(GSM)标准中，这个训练序列的后段18并不需要很长，藉以能够执行在这个训练序列内完整决定第七个频道系数的相互关连步骤。属于有用数据序列的第一个数据符号可以假设为任何数值，且在这个范围内，这个训练符号26的相互关连极可能会造成一个误差。

泛欧数字式移动电话系统(GSM)标准的这个训练序列乃是用来决定最多六个频道系数。鉴于这些频道系数h₀、...、h₅可以高度精确地决定，吾等亦需要在外频道系数h₆、h₇等(其绝对值大都极小)的例子中接受一基本误差，因为有用序列部分的重迭。

如图2所示，这个频道评量器12决定的频道系数会回馈至这个频道均衡器13，其可以根据频道系数h₀、...、h_L规定的频道模型近似地均衡这些接收数据符号x(1)、...、x(K)，并藉以提供均衡的数据符号序列u(1)、...、u(K)。为达到这个目的，吾等需要基于维特比(Vertibi)算法完成这些接收符号的一个频道均衡步骤。另外，在各个例子中，当计算经由交织图式的不同路径成本时，吾等亦需要考量由2^L个先前状态至2^L个目标状态的状态转换。在状态转换期间，具有两个状态(高斯最小移频键控(GMSK)调变)或八个状态(八移相键控(8-PSK)调变)的一个新数据符号会分别加入这个路径。这个频道评量步骤的整体计算花费系正比于2^L+1(在高斯最小移频键控(GMSK)调变的例子中)或2^L+1(在八移相键控(8-PSK)调变的例子中)。由此，在频道均衡步骤中，频道系数的数目增加(由6个至7个)将会使高斯最小移频键控(GMSK)调变的计算花费增加两倍、并使八移相键控(8-PSK)调变的计算花费增加八倍。然而，由于处理器功率的增加，这个额外花费，相对于位误差率的降低，仍属可接受的范围。根据本发明，一个规定的位误差率已经能够在一个降低2至3dB的传输功率下达成。

Claims (16)

1.一种移动无线传输之接收器单元，其包括：

一频道评量器(12)，其系用以决定仿真该传输频道之频道系数(h₀、h₁、h₂、...)，以及

一频道均衡器(13)，其系利用该频道评量器(12)决定之该等频道系数，藉以均衡该等接收数据符号，

其特征在于：

该频道评量器(12)系决定前6个频道系数(h₀、h₁、...、h₅)以外之额外频道系数，以及

该频道均衡器(13)系利用大于6个频道系数完成该等接收数据符号之均衡步骤。

2.如申请专利范围第1项所述之接收器单元，其特征在于：

该频道均衡器(13)系一交织型频道均衡器(13)，其系利用维持比(Viterbi)方法均衡该等接收数据符号。

3.如申请专利范围第1或2项所述之接收器单元，其特征在于：

该频道评量器(12)系利用该等接收数据符号与一训练序列之相互关连加以决定。

4.如申请专利范围第3项所述之接收器单元，其特征在于：

该训练序列系包括26个数据符号，该等接收数据符号与该训练序列之相互关连系参考该训练序列之一段落加以决定。

5.如申请专利范围第1、2、3或4项所述之接收器单元，其特征在于：

该传输频道系一丘陵地形频道。

6.如申请专利范围第1、2、3、4或5项所述之接收器单元，其特征在于：

该频道评量器(12)除该前6个频道系数(h₀、h₁、...、h₅)以外亦决定一第七频道系数(h₆)，且该频道均衡器(13)系利用7个频道系数(h₀、h₁、...、h₆)完成该等接收数据符号之均衡步骤。

7.如申请专利范围第1、2、3、4、5或6项所述之接收器单元，其特征在于：

该频道评量器(12)及该频道均衡器(13)系处理八移相键控(8-PSK)调变之数据符号。

8.如申请专利范围第1、2、3、4、5、6或7项所述之接收器单元，其特征在于：

该频道评量器(12)及该频道均衡器(13)系处理泛欧数字式移动电话系统的加强型数据传输率(EDGE)标准之数据符号。

9.一种均衡数据符号之方法，其中，该等数据符号系经由一移动无线频道加以传输，其特征在于：

a)决定至少7个频道系数(h₀、h₁、...、h₅、h₆、...)以仿真该传输频道；以及

b)利用步骤a)决定之该等频道系数均衡该等接收数据符号。

10.如申请专利范围第9项所述之方法，其特征在于：

该等接收数据符号系利用维持比(Viterbi)方法，利用一交织型频道均衡器(13)均衡。

11.如申请专利范围第9或10项所述之方法，其特征在于：

仿真该传输频道之至少7个频道系数系利用该等接收数据符号与一训练序列之相互关连，利用一频道评量器(12)加以决定。

12.如申请专利范围第11项所述之方法，其特征在于：

该训练序列系包括26个数据符号，该等接收数据符号与该训练序列之相互关连系参考该训练序列之一段落加以决定。

13.如申请专利范围第9、10、11或12项所述之方法，其特征在于：

该传输频道系一丘陵地形频道。

14.如申请专利范围第9、10、11、12或13项所述之方法，其特征在于：

正好决定7个频道系数(h₀、h₁、...、h₆)。

15.如申请专利范围第9、10、11、12、13或14项所述之方法，其特征在于：

该等接收数据符号系根据八移相键控(8-PSK)标准加以处理。

16.如申请专利范围第9、10、11、12、13、14或15项所述之方法，其特征在于：

该等接收数据符号系根据泛欧数字式移动电话系统的加强型数据传输率(EDGE)标准加以处理。

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