CN1666479A

CN1666479A - 用于迭代式信道冲击响应估计的设备和方法

Info

Publication number: CN1666479A
Application number: CN03815843.4A
Authority: CN
Inventors: 莉迪·德佩尔邦; 马蒂厄·维利翁
Original assignee: Freescale Semiconductor Inc
Current assignee: NXP USA Inc
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2005-09-07
Also published as: US20060088135A1; EP1379040A1; US7702042B2; AU2003238053A1; WO2004006522A1; TW200421726A

Abstract

一种在诸如GSM/EDGE系统这种采用传输信道的系统中用于迭代式信道冲击响应估计的设备(300)和方法，通过以下步骤实现：从接收信号(y)产生(310)信道冲击响应估计信号(p)；从该接收信号(y)产生(320)噪声估计信号(w)，该信号被迭代反馈以改善信道冲击响应估计信号(p)。该噪声估计信号包括表示噪声协方差的逆的矩阵(w)；该矩阵可以在每次迭代时计算或可以从相应于预期噪声的统计的预定值中选择。这提供了复杂度降低、独立于用于产生信道冲击相应估计信号的均衡方法以及随之的性能改善的优点。

Description

用于迭代式信道冲击响应估计的设备和方法

技术领域

本发明涉及采用传输信道的系统，更具体地(但不是专门地)涉及无线蜂窝电信系统。

背景技术

在本发明的领域中，已知无线蜂窝电信系统中的接收机性能依赖于整个信道的冲击响应的估计，包括发射机脉冲、无线电信道以及接收机选择性滤波。

从Magnus Sandell等人在1998年Global TelecommunicationsConference，1998.GLOBECOM 1998.The Bridge to Global Integration.IEEE，第6卷的第3728-3733页中发表的“Iterative channel estimationusing soft decision feedback”(“Iterative channel estimation using softdecision feedback”，by Magnus Sandell et al.，Global TelecommunicationsConference，1998.GLOBECOM 1998.The Bridge to Global Integration.IEEE，Volume：6，1998，pp.3728-3733)中已知使用软判决反馈的迭代式信道冲击响应估计。在这种已知的技术中，通过迭代处理来改善信道冲击响应估计，该迭代处理通过从均衡器迭代反馈连续的暂时判决给信道冲击响应估计器来增加接收的调制信号中已知码元的数量。

但是，该方法有一个缺点，就是该技术的复杂度很大一部分依赖于均衡器的复杂度，这可能随着调制星座图中的点数而急剧增加。

因此，需要可以减轻前述缺点的使用噪声估计的迭代信道冲击响应估计。

专利说明书WO01/61950描述了一种在噪声估计中使用白化滤波器的信道冲击响应估计方法。在该方法中，对于每次迭代需要多个信道冲击响应和噪声抽样估计，并且白化滤波器引入了延迟和额外的复杂度。

发明内容

本发明提供一种如附随权利要求中所述的用于迭代式信道冲击响应估计的设备和方法。

附图说明

现在参照附图通过例子来描述构成本发明的一种使用噪声估计的迭代式信道冲击响应估计的设备和方法。

图1示出了一种用于迭代式信道冲击响应估计的现有设备；

图2示出了一种用于迭代式信道冲击响应估计的现有接收机设备；以及

图3示出了构成本发明的一种用于迭代式信道冲击响应估计的接收机设备。

具体实施方式

图1概括地表示可以使用本发明的一种GSM/EDGE(“GroupeSpeciale Mobile”或通用移动通信系统/GSM演进的增强数据速率系统)无线蜂窝电话通信系统10。

通常，该系统的空中接口协议从基站收发信机进行管理，这些基站收发信机是地理上分开的：一个基站支持一个小区(或，例如小区的扇区)。

多个用户单元(MS)12-16通过所选择的空中接口18-20与多个基站收发信机(BTS)22-32通信。为了清楚的目的，仅示出有限数量的MS 12-16和BTS 22-32。BTS 22-32可以通过基站控制器(BSC)36-40和移动交换中心(MSC)42-44连接到常规的公共交换电话网(PSTN)34。

每个BTS 22-32主要被设计用于服务它的主要小区，每个BTS22-32包含一个或多个收发信机单元并且与蜂窝系统基础设施的其他设备通信56-66。

每个基站控制器(BSC)36-40可以控制一个或多个BTS 22-32，BSC 36-40通常通过MSC42-44互连。

每个MSC 42-44为PSTN 34提供一个网关，并且MSC 42-44通过操作和管理中心(OMC)46互连，OMC 46管理蜂窝电话通信系统10的通常控制，这对于本领域技术人员来说应该理解。

各种系统元件(例如BSC 36-38和OMC 46)包括控制逻辑电路48、50、52，并且各种系统元件通常具有关联的存储器功能54(为了清楚，只示出了与BSC 38相关的)。存储器功能54典型地存储历史编辑操作数据以及呼叫数据、系统信息和控制算法。

在每个MS中，接收机性能依赖于整个信道的冲击响应的估计，包括发射机脉冲、无线电信道和接收机选择性滤波。

假定使用线性或准线性调制，复基带接收信号可以表示为：

y (t) = \underset{k}{Σ} a_{k} \cdot p (t - k \cdot T) + b (t)

这里{a_k}是初始发射的码元序列，p(t)表示整个信道的复冲击响应，并且b(t)是称为噪声(滤波的高斯噪声，诸如上邻干扰、下邻干扰、同信道干扰等干扰)的有害信号。

加权最小二乘算法提供p(t)的一个估计该估计使

和p(t)之间的均方距离最小。使用抽样信号，一般等式是：

p_{&OverBar;}^{^} = {(H^{H} \cdot W \cdot H)}^{- 1} \cdot H^{H} \cdot W \cdot \underset{&OverBar;}{y}

这里：

是整个信道的L_p个估计抽样的矢量。

y是相应于已知码元的序列的L_y个接收抽样的矢量。

H是取决于已知码元的|L_y，L_p|矩阵。

W是表示噪声协方差的逆的|L_y，L_y|加权矩阵。

没有有关噪声的统计特性的先验知识，这些噪声是根据移动台在一个蜂窝内的位置、根据用户数量以及根据跳频情况下的频率信道而产生的。在大多数现有实现中，W对于特定噪声(例如滤波的高斯噪声)的好处是恒定的或者当W等于单位矩阵(白高斯噪声)时复杂度较低。

现在参照图2，在诸如MS 12-16这样的接收机中用于获得信道冲击响应估计的已知设备200使用一个信道冲击响应估计器210和一个均衡器220。接收信号被应用于均衡器和信道冲击响应估计器，其中初始用一个预定的训练序列训练该接收信号。该信道冲击响应估计器210产生一个应用于均衡器220的信道冲击响应信号，在均衡器220使用该信号为接收信号中的调制码元产生一个暂时判决。该暂时判决被迭代反馈给信道冲击响应估计器210，以便修改估计的信道信号，从而改善暂时的码元判决。

但是，这种已知的方法有一个缺点，就是该技术的复杂度很大一部分取决于均衡器220的复杂度，这可能随着调制星座图中的点数急剧增加。

现在参照图3，一种在诸如MS 12-16这样的接收机中使用的用于改善整个信道冲击响应估计的质量的设备300包括一个信道冲击响应估计器310(本身已知)和一个噪声估计器320(其功能将在下面更详细的描述)。接收信号被应用于信道冲击响应估计器310和噪声估计器320；初始用一个预定的训练序列训练信道冲击响应估计器310和噪声估计器320。该信道冲击响应估计器310产生一个估计的信道信号，它被应用于噪声估计器320以及诸如均衡器(未示出)这样的下一级，在那里它被用于为接收信号中的调制码元产生判决。噪声估计器320产生取决于接收信号中的噪声的参数；这些参数被应用于下一级(未示出)并且还被反馈给信道冲击响应估计器310，以便修改估计的信道信号，从而改善码元判决。

在该技术中，通过迭代完成信道冲击响应估计。每次迭代提供有关噪声的统计特性的更新知识以及更新的信道冲击响应估计。信道的第一次估计馈送给噪声估计器320，噪声估计器320估计噪声参数，然后把噪声参数提供给信道冲击响应估计器，信道冲击响应估计器估计信道，以此类推。

该方法的操作顺序详述如下：

初始化

信道冲击响应的第一次估计 p(0)可以通过使用一个先验的加权矩阵或通过使用一种广泛用于GSM训练序列的相关方法来计算。

如果K＞0，迭代K

噪声抽样的矢量 b(K)由下式给出：

b(K)＝ y-H· p(K-1)

然后从估计的噪声抽样中计算L_r个噪声协方差抽头(tap)的矢量r(K)：

\underset{&OverBar;}{r (K)} = {win}_{k} \cdot Σ_{l = k}^{L_{y} - 1} b_{l} (K) \cdot b_{l - k} {(K)}^{*}

这里，win_k是具有正傅立叶变换的窗函数。

然后新的信道冲击响应估计由下式给出：

p(K)＝(H^H·W(K)·H)^-1·H^H·W(K)· y

这里W(K)是新的加权矩阵。

对于包括W(K)在内的等式项的计算，可能有两种计算模式：

·模式A：实时计算(on the fly)。

·模式B：预计算的值，它们相应于预期噪声的统计(例如，高斯噪声、上邻干扰噪声、下邻干扰噪声或同信道干扰噪声)。

在模式A中，|L_y，L_y|矩阵W(K)由下式给出：

W (K) = {[\begin{matrix} r_{0} (K) & r_{1} (K) & \cdot \cdot \cdot & r_{L_{r} - 1} (K) & 0 & \cdot \cdot \cdot & 0 \\ r_{1} {(K)}^{*} & r_{0} (K) & \cdot \cdot \cdot & r_{L_{r} - 2} (K) & r_{L_{r} - 1} (K) & \cdot \cdot \cdot & 0 \\ \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot \\ r_{L_{r} - 1} {(K)}^{*} & r_{L_{r} - 2} {(K)}^{*} & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot \\ 0 & r_{L_{r} - 1} {(K)}^{*} & r_{L_{r} - 2} {(K)}^{*} & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot \\ \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & r_{1} (K) \\ 0 & 0 & 0 & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & r_{1} {(K)}^{*} & r_{0} (K) \end{matrix}]}^{- 1}

在模式B中，矢量 r(K)与一组N_r个预期矢量比较，并且|L_y，L_y|矩阵W(K)由下式给出：

W (K) = W^{M_{opt}} = {[\begin{matrix} {r_{0}}^{M_{opt}} & {r_{1}}^{M_{opt}} & \cdot \cdot \cdot & {r_{L_{r} - 1}}^{M_{opt}} & 0 & \cdot \cdot \cdot & 0 \\ {r_{1}}^{M_{opt} *} & {r_{0}}^{M_{opt}} & \cdot \cdot \cdot & {r_{L_{r} - 2}}^{M_{opt}} & {r_{L_{r} - 1}}^{M_{opt}} & \cdot \cdot \cdot & 0 \\ \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot \\ {r_{L_{r} - 1}}^{M_{opt} *} & {r_{L_{r} - 2}}^{M_{opt} *} & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot \\ 0 & {r_{L_{r} - 1}}^{M_{opt} *} & {r_{L_{r - 2}}}^{M_{opt} *} & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot \\ \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & {r_{1}}^{M_{opt}} \\ 0 & 0 & 0 & \cdot \cdot \cdot & \cdot \cdot \cdot & {r_{1}}^{M_{opt} *} & {r_{0}}^{M_{opt}} \end{matrix}]}^{- 1}

这里，M_opt是使 r(K)与之间的距离最小的矢量的角标(index)。

应该理解，上面所述的使用噪声估计的迭代信道冲击响应估计的技术可以提供以下优点：

·较小的复杂度；

·独立于具体的均衡方法；以及

·随之的性能改善(测试表明，在EDGE系统中使用该技术可以获得1.8dB的性能改善)。

应该理解，如果希望，上述这种使用噪声估计的迭代式信道冲击响应估计的技术可以与图2的现有技术结合。

还应该理解，尽管在上面结合移动台(MS)中的接收机描述了用于使用噪声估计的迭代式信道冲击响应估计的技术，但是该技术也可以应用于基站(BTS)中的接收机。

应该意识到，上述用于使用噪声估计的迭代式信道冲击响应估计的方法可以典型地以在处理器(未示出)上运行的软件来实现，并且可以把该软件作为在任何合适的数据载体(也未示出)上携带的计算机程序元素来提供，数据载体例如是磁盘或光盘。

还应该意识到，对上述实施例的各种修改对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。

Claims

1.一种在采用传输信道的系统中用于迭代式信道冲击响应估计的设备，其包括：

信道冲击响应估计装置(310)，用于从接收信号(y)产生信道冲击响应估计信号

以及噪声估计装置(320)，用于从所述接收信号(y)产生噪声估计信号，

其特征在于：所述噪声估计信号包括表示噪声协方差的逆的矩阵(W)，以及

所述信道冲击响应估计装置(310)被配置用于对所述矩阵(W)迭代响应，以迭代地产生改善的信道冲击响应估计信号

2.如权利要求1所述的设备，其中，在每次迭代时计算所述表示噪声协方差的逆的矩阵(W)。

3.如权利要求1所述的设备，其中，所述表示噪声协方差的逆的矩阵(W)是从相应于预期噪声的统计的预定值中选择的。

4.如权利要求2或3所述的设备，其中，所述信道冲击响应估计信号由下式表示：

(H^H·W·H)^-1·H^H·W· y，

这里：H表示取决于已知码元的矩阵， y表示接收信道抽样的矢量，并且W表示噪声协方差的逆矩阵。

5.如权利要求4所述的设备，当基于权利要求3时，其中，所述相应于预期噪声的统计的预定值是根据如下噪声类型选择的：高斯、上邻干扰、下邻干扰或同信道干扰。

6.如前述任一权利要求所述的设备，其中，所述信道冲击响应估计装置(310)被配置用于产生作为加权最小二乘函数的所述信道冲击响应估计信号

7.如前述任一权利要求所述的设备，其中，所述系统是无线通信系统。

8.如权利要求7所述的设备，其中，所述系统是GSM系统。

9.如权利要求8所述的设备，其中，所述系统是EDGE系统。

10.一种用于在采用传输信道的系统中使用的接收机，该接收机包括前述任一权利要求所述的设备。

11.一种在采用传输信道的系统中用于迭代式信道冲击响应估计的方法，其包括：

提供信道冲击响应估计装置(310)，用于从接收信号(y)产生信道冲击响应估计信号以及提供噪声估计装置(320)，用于从所述接收信号(y)产生噪声估计信号，

所述信道冲击响应估计装置(310)对所述矩阵(W)迭代响应，以迭代地产生改善的信道冲击响应估计信号

12.如权利要求11所述的方法，其中，在每次迭代时计算所述表示噪声协方差的逆的矩阵(W)。

13.如权利要求11所述的方法，其中，所述表示噪声协方差的逆的矩阵(W)是从相应于预期噪声的统计的预定值中选择的。

14.如权利要求12或13所述的方法，其中，所述信道冲击响应估计信号由下式表示：

(H^H·W·H)^-1·H^H·W· y，

15.如权利要求14所述的方法，当基于权利要求13时，其中，所述相应于预期噪声的统计的预定值是根据如下噪声类型选择的：高斯、上邻干扰、下邻干扰或同信道干扰。

16.如权利要求11到15任一项所述的方法，其中，所述信道冲击响应估计装置(310)被配置用于产生作为加权最小二乘函数的所述信道冲击响应估计信号

17.如权利要求11到16所述的方法，其中，所述系统是无线通信系统。

18.如权利要求17所述的方法，其中，所述系统是GSM系统。

19.如权利要求18所述的方法，其中，所述系统是EDGE系统。

20.一种计算机程序元件，其包括用于执行权利要求11到19任一项的方法的计算机程序装置。