CN1973450A - 均衡化信号中的噪声消除 - Google Patents
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Abstract
一种适于接收至少两个同时发送的信号的接收机(20)使用线性均衡器(18)来对所接收到的信号进行均衡化。另外,该接收机具有信号质量估计器(36)以用于确定哪一个均衡化信号具有最好的信噪比。噪声估计器(31)从具有最好信噪比的该均衡化信号中导出相关噪声信号(η1,η2)。该相关噪声信号(η1,η2)被用于消除另一个均衡化信号的相关噪声,以便改善该信号的信噪比。
Description
本发明涉及一种接收机,其用于接收至少两个同时发送的信号,并且本发明涉及一种包括这种接收机的设备。此外,本发明涉及一种用于接收至少第一和第二同时发送的信号的方法。
在已公开的美国专利申请2003/0112880A1中公开了一种用于至少接收第一和第二同时发送的信号的接收机。该接收机包括信道处理器,其用于对所接收到的信号进行均衡化。该接收机用于迭代地消除所接收的信号之间的干扰,并且用于通过把信道状态信息报告回发送机来提高传输性能。
本发明的一个目标是提供一种接收机,其用于接收至少两个同时发送的信号而不需要信道状态信息的反馈。根据本发明,实现上述目标在于所述接收机包括:
-线性均衡器,其用于把所述至少两个所接收到的信号均衡化成至少两个均衡化信号;
-信号质量估计器,其用于确定所述至少两个均衡化信号当中的具有较好信噪比的第一个;
-噪声估计器,其用于从所述至少两个均衡化信号当中的第一个导出相关噪声信号;以及
-噪声消除器,其用于从所述至少两个均衡化信号当中的第二个消除所述相关噪声信号,以便获得所述至少两个均衡化信号当中的经过增强的第二个,其具有改善的信噪比。
本发明是基于这样的认识:虽然就实施复杂度而言,线性均衡器的使用是具有吸引力的,但是由于在所述至少两个同时发送的信号的传输过程中添加的噪声的存在,因此使用线性均衡器的缺点在于,所述至少两个均衡化信号的信噪比是不同的。本发明还基于这样的认识:由于所接收到的信号流的噪声分量在均衡化操作之后变得相关,因此可以使用噪声消除来替代迭代干扰消除。因此,不需要向发送机提供反馈。通过从具有较好信噪比的均衡化信号中导出对于相关噪声信号的估计以便估计该相关噪声信号,能够确保对于该相关噪声信号的所述估计是所可能得到的最可靠的估计。
在根据本发明的接收机的一个实施例中,所述噪声消除器包括第一减法器,其用于从所述至少两个均衡化信号当中的第二个中减去所述相关噪声信号。通过从所述至少两个均衡化信号当中的第二个(即具有最差信噪比的均衡化信号)中减去该相关噪声信号的估计,可以增强所述至少两个均衡化信号当中的第二个。这意味着该信号的信噪比得到改善。
在根据本发明的接收机的一个实施例中,所述噪声估计器包括:
-发送信号估计器,其用于根据所述至少两个均衡化信号当中的第一个来获得对于所述至少两个同时发送的信号当中的第一个的估计;
-第二减法器,其用于从所述至少两个同时发送的信号当中的第一个的所述估计中减去所述至少两个均衡化信号当中的第一个,以便获得所述相关噪声信号的中间估计;以及
-信号加权器,其利用第一加权因子对所述相关噪声信号的所述中间估计进行加权,以便获得所述相关噪声信号。
所述信号估计器具有类似转发器的性能,其基本上通过使用所述均衡化信号来再生所述同时发送的信号。通过从所估计的信号中减去所述至少两个均衡化信号当中的第一个,获得所述相关噪声信号的中间估计。通过把该中间噪声估计乘以一个加权因子,可以获得所述相关噪声信号。该加权因子表示所述第一和第二均衡化信号之间的相关度。
在根据本发明的接收机的另一个实施例中,所述噪声估计器包括第一延迟元件,在从所述至少两个同时发送的信号当中的第一个的估计中减去所述至少两个均衡化信号当中的第一个之前,该第一延迟元件用于把所述至少两个均衡化信号当中的第一个延迟第一延迟周期。本领域技术人员将会明显看出,噪声估计器将具有一定的等待时间(latencv)。通过延迟所述至少两个均衡化信号当中的第一个,可以确保该信号与所估计的信号保持同步。
在根据本发明的接收机的一个实施例中,所述噪声消除器包括第二延迟元件,其用于在减去所述相关噪声信号的估计之前把所述至少两个均衡化信号当中的第二个延迟第二延迟周期。这样,有可能使该噪声消除器与所述噪声估计器同步。
在根据本发明的接收机的另一个实施例中,所述噪声估计器包括第一缓存器,其用于缓存所述相关噪声信号的中间估计。这样,可以处理已经被按块编码的该均衡化信号。
在根据本发明的接收机的另一个实施例中,所述噪声消除器包括第二缓存器,其用于在从所述相关噪声信号中减去所述估计之前缓存所述至少两个均衡化信号当中的第二个。如果所述均衡化信号已经被按块编码,那么也需要上述措施。
在根据本发明的接收机的另一个实施例中,所述信号估计器包括信号解码器和信号编码器的级联。于是,所述发送信号估计器获得类似转发器的性能。
在根据本发明的接收机的一个实施例中,所述信号解码器包括解映射器,并且所述信号编码器包括映射器。这种配置特别适合于单载波信号。
在根据本发明的接收机的另一个实施例中,所述信号解码器包括解映射器和信道解码器的级联,并且所述信号编码器包括信道编码器和映射器的级联。这种配置可以用于经过信道编码的信号,或者在通信信道展现出短延迟扩展的情况下可以用于多载波信号。
在根据本发明的接收机的一个实施例中,所述接收机用于重复导出所述相关噪声信号并且从所述至少两个均衡化信号当中的第二个中重复去除该相关噪声信号。因此,所述至少两个均衡化信号当中的第二个可以在更长的时间周期内保持优化。
在根据本发明的接收机的另一个实施例中,所述接收机包括幅度补偿器,其用于补偿所述至少两个均衡化信号当中的第二个的增强版本的幅度波动。这样,由于噪声消除处理而产生的所述至少两个均衡化信号当中的第二个的增强版本的幅度波动可以得到补偿。
在根据本发明的接收机的另一个实施例中,所述接收机还包括干扰消除器,其用于消除所述至少两个均衡化信号之间的干扰。在所述至少两个均衡化信号彼此干扰的情况下,上述措施可以进一步提高该接收机的性能。
下面将借助于附图进一步阐述本发明的这些和其他的方面。
图1示出了根据本发明的电信系统。
图2示出了QPSK调制星座图。
图3a示出了本发明的第一实施例。
图3b示出了噪声估计器的一个更详细的实施例。
图4示出了本发明的一个替换实施例。
图5示出了本发明的另一个实施例,其包括用于处理按块编码的信号的延迟元件和缓存器。
图6示出了本发明的另一个实施例,其用于补偿由噪声消除处理引起的幅度波动。
图7示出了用于消除两个均衡化信号之间的干扰的可能配置。
图1示出了一种根据本发明的包括接收机20的电信系统。在发送机10处,输入流IN被多路分解成几个并行流。这些并行流当中的每一个通过信号编码器12而被编码。经过编码的各流
x=x1...xn由RF前端13调制,并且随后通过天线14a被发送到该接收机。通过使用所谓的调制星座图把各流映射到符号上,可以对各流进行编码。这种调制星座图的一个例子在图2中给出。根据图2(QPSK调制星座图),比特序列00被映射到符号1+j上。同样,比特序列11被映射到符号-1-j上。在图1的接收侧20,由天线14b接收所发送的信号,并且由RF前端19对其进行处理以便产生信号
r=r1...rn。
x=x1...xn和
r=r1...rn之间的关系由下式给出:
r=H.
x+
n (1)
在这个关系式中,
n表示噪声信号,其被添加到所发送的符号
x中。矩阵
H是信道转移矩阵,其表示传输信道的性能。信道转移矩阵
H由处理单元17计算。在现有技术中存在各种已知的方法来计算
H,例如通过使用从发送机发送到接收机的已知的导频信号或者已知的前同步码。由于
H=
r.
x -1,因此在这种情况下可以很容易地确定
H。在接收机处,发送流
x通过线性均衡器18而被重建,该线性均衡器18由其均衡化矩阵
F来定义。例如,迫零均衡器具有等于
F=
H -1的均衡化矩阵
F。该均衡化矩阵
F的均衡器系数fij也由处理单元17来计算。一旦该均衡化矩阵是已知的,那么该均衡器可以通过计算
F.
r来获取对于发送信号的估计,
F.
r产生:
F.
r=
F.
H.
x+
F.
n=
Rx+
z (2)
在该等式中,
z表示均衡化噪声矢量,其已经影响了均衡化信号Rx。该均衡化噪声矢量
z的效果是,在均衡化信号
Rx上添加了相关噪声信号。然而,根据本发明,通过考虑到所添加的噪声信号是相关噪声信号,减小噪声矢量
z是可能的。
图3示出了根据本发明的用于2×2电信系统的模块15的实施方式。在该例中,已经通过对信号
r 1和
r 2进行均衡化获得了Rx=(
Rx 1,
Rx 2)。元件36用于确定均衡化流
Rx 1、
Rx 2当中的哪一个提供最好的信噪比(SNR)。根据本发明,对应于经过均衡化的第i个信号(i=1,2)的SNR可以根据下式计算:
在该公式中,fi,j表示均衡化矩阵
F的各元素,该矩阵耦合到元件36的输入端。此外,A是信道衰减,PT表示发送功率,N0表示噪声功率。Nrx表示接收机的数量。对于2×2的系统,Nrx等于2。从这个关系式中可以观察到,具有最高SNR的均衡化流
Rx i最小化该关系式:
控制信号c1控制多路复用器20、21、22和组合器33的操作。控制信号c1表示均衡化信号
Rx 1、
Rx 2当中的哪一个具有最高的信噪比。信号c1由元件36导出。如图3中所示,噪声估计器31包括两个并行分支,以用于计算相关噪声信号η1、η2。上面的分支用于从
Rx 1导出相关噪声信号η1。下面的分支用于从
Rx 2导出相关噪声信号η2。每一个分支包括发送信号估计器23a、23b,以用于从均衡化信号
Rx 1、
Rx 2获得相应的发送信号的估计。通过从发送信号的相应估计中减去均衡化信号
Rx 1、
Rx 2来获得相关噪声信号的中间估计η’1、η’2。在利用加权因子w1对中间噪声信号η’1、η’2进行加权之后,获得相关噪声信号η1、η2,其中w1表示均衡化信号
Rx 1、
Rx 2之间的相关度。通过把中间估计η’1、η’2与加权因子w1相乘来对所述相关噪声信号的中间估计进行加权。为此,噪声估计器31包括乘法器26a和26b。
如果信号
Rx 1具有最高的信噪比,则加权因子w1根据下面的公式来确定:
否则(SNR2>SNR1)通过下面的公式来确定:
如图3b所示,发送信号估计器23a、23b包括信号解码器40a、40b和信号编码器41a、41b的级联。这样为发送信号估计器提供了所需的类似转发器的性能,与仅仅对所述至少两个同时发送的信号x1、x2进行均衡化相比,该估计器产生对于所述至少两个同时发送的信号x1、x2的更可靠的估计。如图3所示,多路复用器20用于把η1或者η2耦合到噪声消除器30。更加具体地说:仅仅把从具有较好信噪比的均衡化信号
Rx 1、
Rx 2导出的相关噪声信号的估计η1、η2耦合到噪声消除器31。例如,如果
Rx 1具有较好的信噪比,则将η1耦合到噪声消除器30,否则将η2耦合到该噪声消除器。这样,可以确保总是把相关噪声信号的最可靠的估计η1、η2用于消除该相关噪声信号。噪声消除器30包括减法器28,其用于从具有最低信噪比的均衡化信号
Rx 1、
Rx 2中减去相关噪声信号的估计η1、η2。同样地,该信号由多路复用器21来选择,该多路复用器也由单元36控制。通过从具有最低信噪比的均衡化信号Rx 1、
Rx 2中减去相关噪声信号的估计η1、η2,获得增强的信号s1。最后,具有最高信噪比的均衡化信号
Rx 1、
Rx 2和增强的信号s1被信号解码器24a和24b解码并且通过组合器33被组合(多路复用)成单个输出流OUT。对于本领于技术人员来说,可以容易地导出提供相同功能的其他实施例。通过图4提供了一个实例,其中可以识别出相同的基本元件,即噪声估计器31、噪声消除器32和组合器33。因为具有较好信噪比的均衡化信号
Rx 1、
Rx 2是预先选择的,因此噪声估计器31的实现方式略为简单。这样,图3中的噪声估计器31的下面的分支可以被省略。解码器40a、40b、24a、24b和编码器41a、41b的实施方式取决于所发送的信号的类型。对于单载波信号,解码器40a、40b、24a、24b可以包括单个解映射器,而编码器41a、41b则可以包括映射器。在经过信道编码的信号的情况下,解码器40a、40b、24a、24b可以包括解映射器和信道解码器的级联,而编码器41a、41b则包括信道编码器和映射器的级联。信道编码包括公知的编码操作(例如块编码或卷积编码),其后是交织和穿孔(puncturing)。因此,信道解码包括去交织、去穿孔(de-puncturing)和解码。对于解码多载波信号而言,使用后面的配置也是可能的。然而,在这种情况下,在发送机和接收机之间的通信信道应该展现出短延时扩展。必须考虑以下事实:选择具有最高信噪比的均衡化信号的标准对于各多载波信号发生改变,因为对于多载波信号必须考虑每个载波的SNR。对于多载波信号,载波j上的信号
x i的容量由下式给出:
Cij=log2(1+SNRij) (7)
因此,信号
x i的总容量由下式给出:
其中Nc是载波的数量。由于所有的信噪比都限定为正的,因此对于二流多载波信号的新的选择标准由下面给出:
如果
使用
Rx 1来计算相关噪声信号的估计,否则使用
Rx 2。通过这样做,确保对于所选均衡化信号
Rx 1、
Rx 2的平均检测/解调比另一个均衡化信号更为可靠。在图3、3a和4中所示的实施例中,对于每一个发送流
x 1、
x 2的单独编码(见图1)比起联合编码来说更为优选。
如果频率选择性通信信道越来越多,则图5中所示的实施例是优选的。在这种情况下,在每一个子载波的基础上确定相关噪声信号的估计η1、η2当中的哪一个应该被用于消除噪声信号。每一个流和每一个子载波的SNR计算可以根据公式(3)来完成。如果均衡化信号已经被按块编码,则需要缓存所述信号,以用于缓存一个完整的符号块。这就是为什么添加了缓存器27a、27b、27c、27d、27e。然而,如果可能进行连续解码,那么只需要考虑解码延迟。在这种情况下,缓存器可以省略。该解码延迟的一个例子是信号估计器23的等待时间。为了补偿所述延迟,添加了延迟元件37a、37b、37c、37d。实际上,这些延迟元件37a、37b、37c、37d也可以用在所有前述实施例中。
根据所使用的均衡器的类型,噪声消除有可能影响在其上消除噪声的信号。这可以通过基于最小均方均衡器(MMSE)的使用的下面的实例来说明。这种类型的均衡器的均衡化矩阵
F可以表示为:
F=(N0·
I+
H H H)-1 H H (9)
在这种情况下,N0表示所接收到的信号
x 1、
x 2的其中之一的噪声方差(假设信号
x 1、
x 2中的噪声方差相等),矩阵
R=
F·
H(参见公式2)不是对角矩阵。这意味着例如在2×2系统的情况下,
R的元素r12和r21不等于0。因此,噪声消除可能对于在其上消除噪声的该流的信号分量具有恶化影响。易于证明,在噪声消除之后,信号分量幅度由因子r22-c·r12或者r11-c·r21来确定。本领域技术人员可以明显看出,在上述情况下,噪声消除操作将部分地消除信号能量,这很明显是不想要的。因此,只有在所消除的噪声比信号多的情况下,噪声消除操作才是有利的。噪声和信号消除的量完全由信道估计和均衡器设置来确定。然而,由于这些幅度改变是已知的,因此有可能补偿这些幅度改变。这在图6中更加详细地进行了说明,其中添加了额外的多路复用器50和乘法器51。本发明的主旨是,在
Rx 1是具有最高SNR的信号时,增强的信号乘以1/(r11-c·r21)(A),在其他所有情况下,增强的信号乘以1/(r22-c·r12)(B)。本领域技术人员可以明显看出,按照上述方式可以容易地校正所述幅度改变。
除了在矩阵
R不是对角阵的情况下补偿信号流中的幅度改变之外,在噪声消除之前使用附加的干扰消除是可能的。在这种情况下,不仅两个流的噪声是相关的,而且每一个均衡化信号还泄漏到另一个均衡化信号中。使用类似于消除相关噪声的结构来抵消这些信号分量的泄漏是可能的。然而,代替估计所述噪声,只有信号分量被估计、加权并且被从另一流中减去。使用哪一个流来进行第一消除的决定仍然基于信噪比。这种干扰消除是公知技术(例如BLAST),并且可以在噪声消除之前或者之后来使用。如果在噪声消除之前使用所述干扰消除,那么可以避免上面提到的幅度校正。这种干扰消除器的一个例子在图7中示出。信号解码器40a、40b、40c和40d包括解映射器和信道解码器的级联。信号编码器41a和41b包括信道编码器和映射器的级联。两个估计信号当中的哪一个被传递到乘法器82取决于均衡化信号
Rx 1、
Rx 2的信噪比。假定
Rx 1具有较好的信噪比,则把从
Rx 1估计的信号耦合到乘法器82。乘法器82用于把其输入信号与加权因子相乘。假定
Rx 1具有较好的信噪比,则加权因子等于r21,否则该加权因子等于r12。最后,从具有最低信噪比的均衡化信号
Rx 1、
Rx 2中减去该经过加权的信号。最后,多路复用器84和85把信号s4和s5路由到解映射器40和信道解码器41,以便获得信号x1和x2的估计,其在组合器33中被组合以便把这两个流组合成一个数据流OUT。
应该注意到,上面提到的实施例说明而不是限制本发明,在不脱离所附权利要求书的范围的情况下,本领域技术人员将能够设计出许多替换实施例。在上面的实施例中示出的所有信号处理可以在模拟域和数字域中实施。本发明不仅可以用于2×2系统,而且可以用于M×N系统。“包括”一词并不排除除了权利要求中列出的元件和步骤之外的其他元件和步骤的存在。元件前面的“一个”并不排除存在多个这样的元件。在彼此不同的从属权利要求中引述某些措施并不表示不能使用这些措施的组合来获益。
Claims (17)
1、一种用于接收至少两个同时发送的信号的接收机(20),包括:
-线性均衡器(18),其用于把所述至少两个所接收到的信号均衡化成至少两个均衡化信号(Rx1,Rx2);
-信号质量估计器(36),其用于确定所述至少两个均衡化信号(Rx1,Rx2)当中的具有较好信噪比的第一个;
-噪声估计器(31),其用于从所述至少两个均衡化信号(Rx1,Rx2)当中的所述第一个导出相关噪声信号(η1,η2);以及
-噪声消除器(30),其用于从所述至少两个均衡化信号(Rx1,Rx2)当中的第二个中去除所述相关噪声信号(η1,η2),以便获得所述至少两个均衡化信号(Rx1,Rx2)当中的增强的第二个(s1),其具有改善的信噪比。
2、根据权利要求1的接收机(20),其中,所述噪声消除器(31)包括第一减法器(28),其用于从所述至少两个均衡化信号当中的所述第二个中减去所述相关噪声信号(η1,η2)。
3、根据权利要求1或2的接收机(20),其中,所述噪声估计器(31)包括:
-发送信号估计器(23a,23b),其用于从所述至少两个均衡化信号(Rx1,Rx2)当中的所述第一个获得对于所述至少两个同时发送的信号(x1,x2)当中的第一个的估计;
-第二减法器(25a,25b),其用于从所述至少两个同时发送的信号(x1,x2)当中的第一个的所述估计中减去所述至少两个均衡化信号(Rx1,Rx2)当中的所述第一个,以便获得所述相关噪声信号的中间估计(η’1,η’2);以及
-信号加权器(26a,26b),其利用第一加权因子(w1)对所述相关噪声信号的中间估计(η’1,η’2)进行加权,以便获得所述相关噪声信号(η1,η2)。
4、根据权利要求3的接收机,其中,所述噪声估计器(31)包括第一延迟元件(37a,37b),在从所述至少两个同时发送的信号(x1,x2)当中的第一个的所述估计中减去所述至少两个均衡化信号(Rx1,Rx2)当中的第一个之前,所述第一延迟元件(37a,37b)用于把所述至少两个均衡化信号(Rx1,Rx2)当中的第一个延迟第一延迟周期。
5、根据权利要求3的接收机,其中,所述噪声消除器(30)包括第二延迟元件(37c,37d),其用于在减去所述相关噪声信号的估计(η1,η2)之前把所述至少两个均衡化信号(Rx1,Rx2)当中的第二个延迟第二延迟周期。
6、根据权利要求3的接收机,其中,所述噪声估计器(31)包括第一缓存器(27a,27b),其用于缓存所述相关噪声信号的所述中间估计(η’1,η’2)。
7、根据权利要求3的接收机,其中,所述噪声消除器包括第二缓存器(27c,27d),在从所述相关噪声信号(η1,η2)中减去所述估计之前,所述第二缓存器(27c,27d)用于缓存所述至少两个均衡化信号(Rx1,Rx2)当中的第二个。
8、根据权利要求3的接收机,其中,所述发送信号估计器(23a,23b)包括信号解码器和信号编码器的级联。
9、根据权利要求8的接收机,其中,所述信号解码器包括解映射器,所述信号编码器包括映射器。
10、根据权利要求8的接收机,其中,所述信号解码器包括解映射器和信道解码器的级联,所述信号编码器包括信道编码器和映射器的级联。
11、根据权利要求1的接收机(20),其中,所述接收机(20)用于从所述至少两个均衡化信号(Rx1,Rx2)中重复导出所述相关噪声信号(η1,η2)。
12、根据权利要求1的接收机(20),其中,所述接收机(20)包括幅度补偿器(38),其用于补偿所述至少两个均衡化信号(Rx1,Rx2)当中的第二个的增强版本(s1)的幅度波动。
13、根据权利要求12的接收机,其中,所述幅度补偿器(38)包括乘法器(51),其用于把所述至少两个均衡化信号当中的第二个的增强版本(s1)乘以第二加权因子(w2)。
14、根据权利要求13的接收机,其中,所述补偿因子(w1)由所述至少两个均衡化信号(Rx1,Rx2)的信噪比来确定。
15、根据权利要求1的接收机,其中,所述接收机还包括干扰消除器,其用于消除所述至少两个均衡化信号(Rx1,Rx2)之间的干扰。
16、包括根据权利要求1的接收机的设备。
17、一种用于接收至少第一和第二同时发送的信号的方法,该方法包括以下步骤:
-把所述至少两个所接收到的信号均衡化成至少两个均衡化信号(Rx1,Rx2);
-确定所述至少两个所接收的信号(Rx1,Rx2)当中的具有较好信噪比的第一个;
-从所述至少两个均衡化信号(Rx1,Rx2)当中的所述第一个估计相关噪声信号(η1,η2);以及
-通过从所述至少两个均衡化信号(Rx1,Rx2)当中的第二个中减去所述相关噪声信号(η1,η2)而从所述至少两个均衡化信号(Rx1,Rx2)当中的第二个中消除所述相关噪声信号,以便获得所述至少两个均衡化信号(Rx1,Rx2)当中的增强的第二个(s1),其具有改善的信噪比。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP04102938.0 | 2004-06-24 | ||
EP04102938 | 2004-06-24 |
Publications (1)
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