TW200950429A - Algorithm for multiple-symbol differential detection - Google Patents

Description

200950429 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關魏信魏之多動目移鍵控（MpSK)調變。 特別是’本發明係有關於數位通信系統，其包括、但不限於分 碼多重存取（CDMA)系統。 【先前技術】 在習知技術中，通信接收器會使用兩種類型之多重相移鍵 控（廳κ)調變信賴測，即：相干偵測（c〇herentdetecto) (dififerential detection) 〇 t , it貞測r載波相位參考值，並與後續符號相位比較以預測實 t ^ 在差分細中，兩連續符號之接收相位差則會 連實際資訊之相位。這個载波相位參考值即是兩 便Stt個符號相位’藉此，兩連續符號之接收相位差 位來老2纟。軸差分侧可以省略這個接㈣之載波相 :考值處理’但是’在_給定符號誤差率之情況下差 測卻需要—較高之信號雜訊比 (SNR)〇 偵 及堅白高_訊（AWGN)頻道中，當實施簡易性 優於收11錄度錄之考㈣，差分_係 馒於相干翻。另外，#—相干解調參考 優，干偵測:在多重相移鍵控(MPSK)調變之 再比較遠續^個傳輸器首先會差分編碼輪入相位資訊，隨後 作，這位以實施解調。因此’為適當操 維持一致接收裁波相位參考值，至少在兩符號間隔中，應該要 200950429 多符號差分4貞測（MSDD)會使用不止兩個連續符號，並 且，相較於僅使用兩個連續符號之習知差分偵測（DD)，可以 提供較佳之誤差率效能。如差分偵測（DD)所示，在處理之連 續符號間隔中，多符號差分偵測（MSDD)之接收載波相位參 • 考值亦應該要維持一致。 ' 多符號差分偵測（MSDD)及多符號偵測（MSD)之詳細

說明可見於：’’Multiple—Symbol Differential Deteetion of MPSK，， (Divsalar et al.， IEEE TRANSACTIONS ON

φ COMMUNICATIONS，Vol. 38，No. 3，March 1990) 及’’Multiple —Symbol Detection for Orthogonal Modulation in CDMA System”（Li et al·，IEEE TRANSACTIONS ON VEHICLULAR TECHNOLOGY，Vol. 50，No. 1，January 2001)。 習知之多重相移鍵控（MPSK)多符號差分偵測（MSDD) 將配合第1圖及第2圖詳細說明如下。第1圖係表示具有一多 重相移鍵控（MPSK)信號序列r之一相加性白高斯雜訊 (AWGN)通信頻道101，其中’這個多重相移鍵控（MPSK) 信號序列r係具有一接收器11〇接收之N個連續符號W ， rN。符號rk係表示這個長度ν序列r之第k個成分，其中，kv<n〇 符號&之數值乃是等式（1)表示之一向量，亦即： rk= (2ES/TS) 1/2.e^k+j0k+nk 等式（1) 其中’ Es表示符號能量’ 丁§表示符號間隔，‘表示傳輸相位， 其中’j= (—1) 1/2。數值nk表示經由具有零平均值之一固定 複數白高斯雜訊處理計算出來之一取樣。數值ek表示這個頻道 5 200950429 加入之一任意隨機頻道相移，並且，這個頻道相移0k，在這個 間隔（一π，π)内，會假設為均勻分佈。雖然這個頻道相移化 為未知數，但是，習知技術之差分偵測通常會假設：這個頻道 相移ek，在觀察符號巧至叫之間隔中，應該要維持一致。在差 分多重相移鍵控（DMPSK)中，這個傳輸器會差分編碼相位資 訊，並且，這個傳輸相位牝可以表示為： + 等式（2) 其中’△如表示圍繞單位圓之集合Ω=ρππΐ//Μ，m^oq，， Μ—1}中，第k個傳輸間隔（發生在μ個均勻分佈數值之某一 均勻分佈數值）之對應傳輸資訊相差’諸如：Gray映射方法。 舉例來說，在四等分相移鍵控（QPSK)中，M=4且.=〇，π /2 j π » 3π/2 ( l<k<N) 〇 為簡化問題’在觀察序列之長度Ν中，任意頻道相移〜均 假設為·-致。 接著，這個接收器會選擇一預測相位差序列， ’其係最大化下列決定統計數值，藉以達成 多符號差分偵測（MSDD)之最佳偵測。 η=ιη&Χ4φΑΐ ’ <ΐφΛ2 ’’ <ΐφΛΝ-uq1i*i + Zm=2N 等式（3 ) 利用等式（3)，接收信號便可以在n個符號時間間隔中觀 N-l}亦可 察，並且’最佳預測相位差序列{d<j> 1，（Ιφ、， 以同時選擇。 長度N信號序列rk之最大向量會提供最可能债測，其中， 預測相位差m即疋預測相位φ m+l及第一個相位預測φ'之差 200950429 異 ^φΛηι = φΛιη+ι-φ/ 利^等式（5) ’傳輸資訊相位序列频^， 狀可以㈣預測相位差序綱V df2 , ...，dfN "得到Φ 等式（5) Φ 等式（4) 傳輸相位差^之一預測。由於< 會發生在M個均勾分佈塊值(2細，㈣小， -個均勾分佈數值，習知多符號差賴測（娜將合 C ^能，並且，這類相位差序列數目總共有： :已知’誤差率效能可以增加觀 好選擇為Ν=4或Ν=5。舉 二又Ν以改善’其最 控U6PSIO —之十六等分相移鍵 有•這個極大=尋;=序之=為，=_。 藉以達到-理想誤差率效能。、 _便不付不犧牲’ 之产Ϊ圖2冊^^°多符縣分_ (_D)演算法· ===:;=始，_ 二…’N—”分別為這個集合㈣_二個 數 1}中，卿均勻分佈相位數值之_俩勻分佈相位 數值。可能集合之數目有炉、 ：：:：相位 陣列，其中，N=4且Μ★因圖係表不这類集合之一 目有4心64個。在步驟2〇3 ^此久目位差序列之可能集合數 中，各個可能序列會嘗試於表示 7 200950429 式h + 2m=2N rme—心’進而得到總共mN—!個數值。接著， 在步驟204中’找出步驟2〇3之最大數值，藉以表示最佳預測 相位差序列。最後，在步驟2〇5中，利用等式（5)，根據， d(|>2，…’（1φΝ—J預測最終資訊相位差序列， △Φν-ι}，並且，根據相位及位元間之Gray解映得到這些資訊 位元。 、 相較於習知差分偵測（DD )，雖然多符號差分债測（msdd ) 可以提供較佳之誤差率效能，但是多符號差分細 (MSDD ) 之複雜性亦明酿高。目此，本發明之主要目的便是提供一種 具有較低複雜性之改良多符號差分偵測（MSDD)方法及系統。 【發明内容】 種夕付號差为^貞測相位評量Μ階通信資料之方法，盆 中，這個通信資料具有Ν個連續符號Γι，…，％，其分別具^ Μ個傳輸相位之某個相位。:^—丨元件之選擇序列，其表示&能 相位差序列，會利用多符號差分偵測進行評量。接著，利用巧 做為各個相位差預測之參考值’ SN-1個相位差序列（ρ^，Ρ3，， PNi) ’其中’ i=1至s，係進行選擇，藉以評量這個符號集合， 其中，S乃是預定數值且1<S<M。相對於將Μ個可能相位差數 值分別嘗試於預測步驟’S個相位差預測數值之子集合係基於最 靠近實際傳輸相位差數值之程度進行選擇。另外，s個相位差預 測亦可以利用數學方式決定，亦即：能夠使差分偵測表示式丨巧 +fk+ ie jpk|2得到最大結果之s個相位差預測。 隨後，s1"—1個相位差序列會分別利用多符號差分偵測 (MSDD)進行評量，藉以決定最可能之相位序列。另外，最 終得到之相位序列則可以利用Gray解映方法，藉以決定資訊相 200950429 位預測及相位資訊位元。 :實施方式】 第3A圖係表示一種多符號差分偵測（MSDD)演算法3〇〇 , 這種演算法300係利用子集合搜尋觀念，進而降低習知多符號 差分偵測（MSDD)演算法200之搜尋複雜性。首先，在步驟 301中，觀察N個連續符號rk，其中’ j。接著，在步 ❹ ❹ 驟302中，由習知多符號差分偵測（MSDD)演算法2〇〇之mn —1個相位酬之完整集合中’選擇sn-、相位差酬序列川1， P2 ’…，βκ-J集合以做為最佳預測。請參考第3B圖，步驟3〇2 係進-步詳細說明如下。在步驟3G2A中，啟始接收信號巧會 選擇為-參考值’藉以決定這個信“及後齡號&間之相位 差。在步驟302B中’經個可能相位{2π//Μ，…丨，， M-1}，選擇s個相位差預卿ki，pk2，， 之-小候選子集合，其中，1<S<M，且s _㈣。$ 之相位差預酿值係最靠近實際她差~。為了得到相位差預 Γ1 ’藉此，產生最大數值之S個相位 差預麟kl ’ Pk2 ’ ··· ’ β^}便可以進行選擇。加人 號之差分細（DD)處理步驟（步驟3Q2b) 沐^ 可以視為乡舰差分铜⑽DD)及齡_ 組合。^驟3〇2C中，現在總共有广個集合 序列，其中，Pk={fci，&， 最佳相位差 302之結果為P個序列之相位{ρι夂冉^第％圖’步驟 最可能之候選相位差。也就是說’ 5之s數值；^靠= 位差輕，P2之S數值係最靠近實際相位差¥，際相 9 200950429 驟3ω中，sN_1個可能相位差_pn..， Γ P =於表不式丨0 + 伽―I這些集合之候選相位， 相較於習知多符號差分細（MSDD)演算法2〇〇，會具有較少 =目’因為s<M且ni。當s非常小時，欲鮮相位差 =列之數目亦會變得非常小’進而大幅節省其複雜。舉例來 况，當S=2，N=4，M=4時，總共會有八個集合之相位差序 列。這個數目會遠小於習知多符號差分偵測（MSDD)演算法 200之六十四個相位差序列子集合，如第5圖所示。 在步驟304中，步驟303得到之最大向量會決定最佳相位 差序列他’ P2 ’…’ Pn- 1}。步驟303及304可以利用下列統計 數值表示： „new— . 等式⑹ • ·，Δφ N- η ~maxplepi ·β2' ... 'pN-lePN-l|ri + Zm=2Nrnie_-iPm~1|2 當S = M時，這個統計數值ηηΜ=η。 在步驟305中，最終資訊相位序列{Δφ'，ΑφΛ2， !}係利用等式（7)，經由最佳相位差序列{匕，β2，，知―d預 測’並且，相位資訊位元係利用Gray解映方法得到。 βχη=Σ]<;=ιιηΔφ k 等式（7) 第4圖係表示多符號差分偵測（MSDD)實施系統400之 方塊圖’其中’ N=4且S = 2。由於N=4，這個系統4〇〇總共 具有N—1 =3個並聯選擇電路401 ’ 402 ’ 403，藉以決定sN-1 =8個子集合之相位候選{p〗，p2，p3}。選擇電路4〇1係具有延 遲方塊410，411 ;共軛器412 ;乘法器413 ;乘法器415k (k= 〇 ’ ...，N—1);振幅方塊416k (k=0，…’ N—1);決定方塊 200950429 417 ;乘法器418 ’ 419 ;及開關45〇。輸入符號rk+3係穿過延遲 件410 ’ 411 ’藉以將化建立為參考符號，並將〜建立為連 ^符號以預測相*位差。共麵器412之輸出係產生共減果在*， 這個共輛結果rk，當利用乘法器413乘以連續符號⑹時，將 會產生-相位差數值。接著，這個相位差會利用乘法器41\乘 以這個集合Pk之各個相位，其中，pk={27lk//M，， Μ-1}。接著’這些乘積會穿過振幅方塊叫’並輸入至決定 方去417 ’進而選擇這個子集合Pi={pki，—之最大s = 2個 謙 輸入。方塊401之輸出乃是乘法器418，419輸出之 淡 脒1 及 rk+1e-jpk2。 決定電路402及403具有與方塊401類似元件之並聯集 合。決定電路402具有延遲方塊42〇，42卜其容許參考符號& 及符號rk+2之處理，藉此，決定方塊427便可以選擇候選相位 差P2={Pk3 ’ Pk4}。同樣地，方塊403具有延遲方塊431，藉以 容許決定方塊437選擇參考符號rk及符號rk+3之候選相位差p3 ={Pks ’ Pk6}。加法器404係相加方塊401 ’ 402，403輸出（利 用開關450 ’ 451，452交替）及參考符號rk之組合。因為s==2， ® 開關450，451，452產生的相位差序列见，P2，p3}總共有23 =8個組合。決定方塊405則是選擇最佳相位差序列{βι，p2， ，亦即：產生最大總和的相位差序列{Ρι，p2，Pj。 第6圖係表示十六等分相移鍵控（16PSK)之符號誤差率 (SER)效能’其中，s=2，且，符號觀察長度N=3，4，5。 如第6圖所示，降低複雜性之多符號差分偵測（MSDD)演算 法300 ( S=2 )與習知多符號差分偵測（MSDD )演算法2〇〇 ( s =M)會提供幾乎相同之效能。這是因為：多符號差分偵測 (MSDD)演算法 300 僅會在向量 rk+1e_jpk (lSk^N—1)及 Γι 11 200950429 狀兩個最靠近相位中選擇—個相位，藉以最大化等式⑹之 統计數值。因此’當2<S<M時，多符號差分摘測（msdd)演 算法300的效能基本上會與s==2時的效能相同，亦即：增加演 算法300之複雜至s>2當無實質幫助。因此，最佳結果將可 以利用最簡易的實施方式（s==2)得到。 第1表係表示演算法300 (s = 2且符號觀察長度>^=5)與 演算法200之複雜性比較。其中，演算法3〇〇之欲搜尋相位差 序列數目將可以大巾晴低’進而得到更有效的處理速度。 ^ 1表 ❹ Μ 調變 演算法200之搜尋 相位差序列數目 (JVf1-1) 演算法300之搜尋 相位差序列數目 (SN]) 降低因子 速度因子 4 4PSK 256 16 16 12 8 8PSK 4096 16 256 229 16 16PSK 65536 16 4096 3667 【圖式簡單說明】 第1圖係表示一接收器之一頻道符號串流； 第2圖係表示習知多符號差分偵測（MSDD)演算法200 之流程圖； 第3A圖係表示降低複雜性之多符號差分偵測（MSDD；)演 算法300之流程圖； 第3B圖係表示第3A圖步驟302之詳細流程圖； 第4A、4B、4C圖係表示降低複雜性之多符號差分偵測 12 200950429 (MSDD)演算法300之實施方塊圖； 第5圖係表示習知多符號差分偵測（MSDD)演算法200 之可能相位序列表格；以及 第6圖係表示習知及簡化多符號差分偵測（MSDD)演算 法之符號誤差率效能之比較圖。 【主要元件符號說明】 101 110 • 200、300

201-205 301-305 302A-302C 400 401 ' 402'403 404 405 φ 410'411 ' 420'421 ' 431 412 413、415k、418、419 416k 417、427、437 450 通信頻道 接收器 演算法 步驟 步驟 步驟 多符號差分偵測（MSDD)系統 電路 加法器 決定方塊 延遲方塊 共軛器 乘法器 振幅方塊 決定方塊 開關 13

Claims (1)

1. 200950429 七、申請專利範圍： =階通信資料的多符號差分_相位評量方法該方法包 括· 複數個決定電路，各決定電路被配置用於. 相位其中ΓΝ錢料制㈣，切綠有Μ個傳输 表示可能Γ差列’該^個元件的序列 ❹ 歸縣分侧對表柯能她差序列的 該選擇的序列進行評量。 2. 如申請專利範圍第！項所述的積體電路 用各可能的相位差序列的-公共參考値^而執中^平置疋利 3. 二申=專利範圍第2項所述的積體電路，其中該相值 ^疋M (P2i ’ P3i ’ ’ pNi)的形式進行選擇，其中，h 〇 4. 如申請專利範圍第3項所述的積 列是藉由鞠目位序列⑺〜…^的^相位差序 擇’其中的s數值在數值上最靠近—實位破選 及的S數值最靠近-實際相位差、，^1，以 的-整數值。 其中s為小於M 14