TWI377822B - Receiver, base station and wireless transmit/receive unit - Google Patents

Description

1377822 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係大體上關於利用正交幅振調製晒）的通訊系統及 技術。更蚊言之’本剌侧於正確_在接收、進位辑信 號之技術。 【先前技術】 現今’ M-進位QAM(M-QAM)被用於與數種移動資料通訊裝置共 同提供高速資送’然而，M-_社要輸為其計算複雜性。 -個強調此缺關先前㈣方法包括使料方m_qam群之使用， 如雌Μ、64 QAM、及256 _。平方群可被概念化為包括兩個獨 立q-進健雜控(q-ASK)調變錢做為實肢虛數部分(經調變 載波的同相及正交成份），其中q=A/j^。 i 例如’ 16-QM信號包括兩個獨立實數及虛數4韻信號。 d-ASK信號採用由組{±去斗.，±切所選出的值。μ韻格式表 示平方群Μ.信號_般細_為處理桃錢的複雜性 .顯著少於處理通用M-QAM信號的複雜性。 一種經接收M-QAM信號(η)可由下列表示式表示. rk=A*dk+nk ；方程式（1) 或q-ask信 土及nk為複 其中A為信號振幅；d：表示-組編竭為經傳送㈣颜 號的資料符元；及nk表示雜訊。雖然對作號， 1377822 • 數量，對Q_ASK信號它們皆為純實數。 -㈠為解胁⑽及cKSK信號，必須決定在接收器的一或更多 仏號> 數的值例如振幅、雜訊功率、及信號雜訊比(测）。即使 在=SK信號表示的情況下，相對於m_qam表示，其提供_ 汁异間化性’估算這些鎌參數的現有技術為效率低 雜的。 • 1要估算在接收器的信號參數的改良技術以提供M-QAM及 Q-ASK信號的有效解調。 【内容】 本發明提供—種估算經接收或q-ASIUt號的-或更多 參數的改良纽及方法，例如雜及1本發日⑽—具體實施例 係基於關於許多經傳送符元的已知或可確定相位資料估算㈣碰 信號的振幅。對應於該許多經傳送符福_經接收符元組被回 _ 復1該許纽符元的每以具在魏上與該複數經傳 送資料符元相反的相位之複數單位向量以產生-組乘積，相加該 . 峰積，及決定_和的實數部分。該已知經傳送符元的絕 對值被相加以產生總大小值。乘積和的實數部分除以經傳送大小 值的和以產生該Μ-QAM信號大小的仿算值。 本發明第二具體實施例係基於關於許多經傳送符元的已知戋 可確大小資料估鼻在接收器q-ASK信號的振幅。對應於該經傳送 符元的N個經接收樣品的個別組被回復。對該n個樣品的每一個， 5 1377822 將樣品乘雜傳送符元_對簡肋產生—喊積接著相加 =組乘積以產生第-和。經傳送符元的絕對值接著被相加以產生 第一和第-和除以第二和以產生該q_ASK信號的估算大小值。 本發明第三㈣實施顺算或q_ASK信號祕幅且無 該特定經傳送資料符元的假設認識，健轉送資料符元的的振 幅之統計認識被假設。對應於龜傳送符元雜滅樣品的個別 組被回復。該經接收樣品的絕對值被決定及相加以產生第一和， 該經傳送符兀的振幅之絕對值的平均值被決定及接著乘以經接收 符7L的總數以產生乘積，該第一和除以該乘積以產生該㈣雇或 q-ASK信號的經估算振幅。 本發明的其他具體實施例利用經接收樣品的二級及四級動 差、最大相似搜尋方法、或Kurt〇sis估算方法以估算經接收信號 的振幅、雜訊功率、及信號雜訊比。 【實施方式】 改良系統及方法被揭示以估算經接收M-qam或q-ASK信號的 一或更多參數，例如振幅及信號雜訊比。本發明第一具體實施例 為方法100，其係基於關於許多經傳送符元(也）的已知或可確定相 位資料估算Μ-QAM信號的振幅。若該接收器具該經傳送m_qm符 元dk的認識，例如在使用導頻信號的系統中，此資料可依下式用 於估算振幅，A : 1377822 i =

Re(系,* exp卜州心)]) ~~P^ 方程式（2) 其中(9(dk)為複數符元dt的相位及n為要被處理的經接收符元的 數目。Re()表示實數運算子，注意我們可使用許多其他運算子取 代之而不需大體上改變本發明。

更特定言之’參考第1 ® ’對應於該許多經傳送符元的個別 經接收符7L(n)組被回復(步驟101)。.該許乡雖收符元⑹的每 一個乘以exp[~j0(dk)]以產生一組乘積（步驟103)，其中θ(4) 表示相對應經傳送資料符it⑹的相.位，相加該組乘積（步驟 105) ’及接著決定乘積和的實數部分（步驟1〇7)。該經傳送符元的 絕對值丨⑹丨被相加以產生大小值（步驟109)。乘積和的實數部分 除以該大小值的和以產生該μ-QAM信號的估算振幅（步驟lu)。 本發明第二具體實關為方法2GG ’其絲於關於許多經傳 送符元(d〇的已知或可確定大小資料估算在接收器q_ASK信號的 振幅。若ck為q-ASK信號’則振幅估算可依據下列方程式進行：

N » Σ y k sign (d k) A^i\dk\~ ;方程式（3) 參考第2圖，對應於該經傳送符元(土)的_ N個經接收樣 品（yk)組被回復(步驟201)。對每一個N樣品，將該樣品⑹乘以 相對應符號⑹以產生-组乘積(yk)*sign(dk)(步驟2〇3)，接著相 加此組乘積以產生第-和（步驟2〇5)。接著相加該經傳送符元的絕 7 對值l(d〇|以產生第二和（步驟2Q7)，該第—和除以該第二和以產 生該q-ASK信號的估算大小（步驟209)。 本發明第三具體實施例為方法3〇〇，其使用絕對值以估算 Μ-QAM或q-ASK信號(其包括n個，經傳送符元⑹的組）的振幅，其 中N為大於-的正整數。在料情況，該魏驗乏關於該經傳 送符元4的資料，例如相位及該符元的大小。因此，該經接收樣 品的振幅可被使肖式產^ M_QAM及卜縱錢的振幅估 算： .Σ|^| Α Ν * E\d k \ ;方程式（4) 其中Ε|4|為信號也振幅的平均值及可理論地或實驗地計 算。例如’對具等機率E|dk|=1的具叫±» 4.調變，該 振幅估算為： .i = 士Ι|λ| ;方程式(5) 參考第3圖’對應於該經傳送符元⑹的個別經接收樣品⑹ 組被回復(步驟301)。決定經接收樣品的絕對值丨（yk)丨（步驟_ 及相加（步驟305)以產生第-和，經傳送符元振幅的絕對值之平均 值’ E|(d〇|，被妓（步驟斯）及接著乘以N以產生乘積㈣ E|(d〇| (步驟309) ’第-和除以該乘積以產生該M一⑽或^紐 信號的估算振幅（步驟311)。 1377822 : 經祕魏樣品的二驗四級㈣之錢，树_四具體 實施例的方法400估算包括-組經傳送符元⑹的μ,信號的振 幅、雜訊功率、及信號雜訊比。在接收器的雜訊採用形式， «’心Αί ’其中Ί‘可被近似為兩個獨立的高斯變數，其具零 均*及相同變異數 <，來卜2σ卜其常為正確的，或至少為良好 . 的近似方法。該振幅被估算為： • ’方程式⑹ •該雜訊功率被估算為： €=4*|2-i24^|2 ;方程式（7) 使用以上兩個方程式（6)及（7)，該SNR被估算為： _ = ;方程式（8) 現在參考第4圖’當·__送符元⑹的個別經接收 樣品（r0組被回復（步驟蜀時方法彻開始。該經傳送符元振幅 的絕對值之平均值，E丨⑹丨，及該經接收樣品振幅的絕對值之平 均值，E|(rk)|，被決定（步驟4〇3)。該經估算振幅係使用方程 弋決疋（步驟405)。經估具雜訊功率σ2π係使用方程式7由經估 算振幅決定(步驟407)。選擇性地’經估算SNR接著使用方程 式8決定（步驟4〇9)。 經由經接收樣品的二級及四級動差之使用，本發明第五具體 只施例的方法500估算包括一組經傳送符元⑹的q-ASK信號的振 9 1377822 幅、雜訊功率、及SNR。當真實q-ASK信號被傳送時，該二級及四 級動差可被使用以依據下式估算信號振幅及功率：

;方程式（9)

該雜訊功率被估算為： a2n=E(rk2)-A2E(dk2);方程式（11) 使用方程式（10)及（11)，該SNR被估算為： SNR-i2^2)/^2 ;方程式（12) 包含dk的期望值可理論地或實驗地計算。例如，對4_^$^調 變E(dk2M. 25及E(dk4)=2. 5625。該信號振幅及功率可由以經決定

2取代分別估算之。該SNR 值如2 = -£(rt4)及》=REjr^f-ECr/) V 2·125 V 2.125 由使用方程式（12)估异。可使用產生包含rk的期望值的估算之各 種方法。 參考第5圖’當對應於該經傳送符元(dk)的個別經接收樣品 (η)組被回復（步驟501)時方法5〇〇開始。該經傳送符元振幅的平 均值，E(d〇 ’及該經接收樣品振幅的平均值，Ε(η)，被決定（步 驟503)。經估算振幅係使用方程式9決定（步驟505)。選擇性 地，經估算功率係使用方程式1〇決定（步驟5〇7)，經估算雜訊功 率σ2η係使用方程式11由經估算振幅決定（步驟509)。選擇性 1377822 地，經估算SNR接著使用方程式12決定（步驟511)。 使用最大相似搜尋方法，本發明第六具體實施例的方法6〇〇 估异包括經傳送符元(d〇組的q-ASK或Μ-QAM信號的振幅、雜訊功 率、及信號雜誠的至少其中—個。假設經接收樣品為足夠獨立 的η r2 ΓΝ的聯合概率密度函數可被假設為η的邊際分配 之乘積，亦即：

/(机^2，...，〜)=^^°^);方程式（13) "中/〇4,%,^)為rk的岔度估算值。最大相似振幅估算器的目 的為發現振幅，，其最大化如由方程式⑽所示的聯合概率密 度函數，亦即：

argmax f{A,i A 方程式（14) 下列搜尋演算法發現振幅，及選擇性地雜訊功率與SNR的最 大相似估昇.首先，赵接收向量^被正常化使得其平均功率為一， (亦即]4w2=0“及L係根據所搜尋最小或最大爾所選擇如 下：

1 + SNR :及 SNR„

丨 1 + SNR 方程式（15) 方程式（16) _ A如錄Δ被麟使得其達浙欲振幅分辦，接著，

Ak=Amin+k△被決定，发中η ζ、中Οαπ及κ=^_。對每一個振幅Ak， 1377822 相對應雜訊功率被決定為： σ» =1'^ΚΓλ2 方程式（17) 大聯合PDF的值Ak，（亦即，2 = argmax /(^ σ ^t；*e{l,2,...,A：} k’ ”’ ”2，...々)）’被搜 尋’及接著i為經估算振幅。 -此外’（及選擇性地）’該經估算雜訊功率的值可由該經估算 振巾田蚊做為總功率縣振幅轉值的平方及職資料符元功 率的乘積，（亦即，Z = E(n)2 - 2 E⑹2)。選擇性地，該經 估算SNR的值可由該經估算信號功率及該經估算雜訊功率的比值 決定（亦即，由關係式SNR=[ 2 * E(dk)2] /σ2η> 參考第6Α、6Β及6C圖’簡略敘述於先前段落的方法6〇〇更 詳細地被敘述。對應於該經傳送符元⑹的個別經接收樣品⑹级 被回復（步驟601)。N個經接收樣。口0⑹被正常化，（N為大於一的 正整數）’使得步驟603)。Απύη及A輯的試驗值係根據所 搜尋最小及最大SNRs使用方程式15及16選擇（步驟6〇5)。 振幅搜尋頻Δ被選擇以翻所欲或決定的振幅分辨 率（步驟607)，接著H+k△的值被決定，其中〇化尤及 K=—^咖(步驟609)。對每一個振幅Ak，相對應雜訊功率接著使 用方程式17估算（步騾611)。 接著對每-個Ak決定計算聯合概率密度函數从^，〜） 12 1377822 (步驟613)。 對M-QAM及q—ASK信號，最大相似搜尋方法的主要目的為發 現經估算涵，A，的值，其使时程幻4最_合概率密度 函數（步驟615)。在步趣 π 辣617 ’進订搜哥以發現4的值，其對應於 表大聯合概率密度函數。此Ak的值被取代於方程式 ”;r"Wd以得到為值，其表示經估算振幅值（步 驟 619)。 選擇性地’經佑算雜訊功率的值可由該經估算振㈣決定做 為經估算總功钱去練估算_平枝職轉符元功率的乘 積’（亦即，〜E(rk)2_ 2_2 (步驟621))。額外地，（及選 擇性地）’經估算SNR的值可由該經估算信號功率及該經估算雜訊 功率的比值決定（亦即，SNR=[ 2*琳)2]/σ2η (步驟623)。 根據本發七具體實施例的方法·，KurtQsis估算方法 使用經接收樣品⑹的二級及四級動差估算M_QAM細_娜信號的 信號雜訊比。做為第-轉，所存在僅該雜訊(Kcc)及僅信號⑹ 的Kurtosis被計算。在此實例中，複數高斯雜訊被用於說明用途。 然而’其他雜訊分布可被假設及基本上不偏離此發明。包含cL及 仏的期望值可理論地或實驗地計算，如1(肛1;〇54值依據下式決定： ^(κι)' ..εΜ ；及 方程式（18) 方程式（19) 13 1377822 於此假设為嗔數、圓形對稱1¾斯雜訊。例如，使用QPSK資料，

Ksig=K〇psK=l ’ 對平方 16QAM 資料 ’ Ksig= IUqam =1. 32。可容易地得到 任何信號群的Ksig參數。 四邊形及十字QAM群的Kurtosis亦可以此方法使用及依 據如上所列出決定。 該Kurtosis可以關於SNR寫出及以下式解出SNR : 方程式（20) 任何各種Kurtosis估算值及近似值可被使用。 參考第7A及7B圖，先前Kurtosis方法的細節之流程圖被示 出’做為初步事項’該二級動差被定義為相=心丨+4^，及該 四級動差被定義為本r}=4*r}+射j+4也丨拖，於此絲示經傳 送符元及nk表示以經接收樣品^回復的雜訊組件（步驟7〇1)。在 步驟703’該四級動差除以該二級動$以如下進行Kurt〇sis運算： ^m(r)sAri=γΗκγι . η %ΐΤ £Ικγ) +^{krf+2Φ*γΜκγ} 式⑵） 為估异該SNR，必須決定僅貢獻至雜訊的Kurt〇sis(步驟 7〇5)。例如，假設複數圓形對稱高斯雜訊，僅該雜訊的Kurt〇sis 使用方程式18決定。可僅貢獻至信號的Kurt〇sis，（Lig)，使用 方程式19決定之(步驟7G7)。例如，使用_資料，^ =κ_=ι 可破使用’對平方！晒資料，=Κι_=1.犯可被使用資料對高 Ρ皆調又’平方m_qM、信號Kurt〇sis κ叫接近該平方複數均勾分 14 1377822 布：#(‘·)=丨.4。然而，平方群的使用不為必要的，因為四邊

Af —Η» c 形及‘十字’ QAM群的Kurtosis亦可以此方法使用及以相同方式 預先計算。 一旦Ksig(如在M-QAM信號的情況下為IGhmm)的適當值被決定，第7 圖的方法700前進至步驟709，於此使用方程式20決定信號雜訊 比（SNR) 〇

15 1377822 【圖式簡單說明】 第1圖為根據本發明第一具體實施例基於關於許多經傳送符 疋的已知或可較她資祕算Μ__信賴振巾自的步驟之流程 •IS! tgj。 第2圖為根據本發明第二具體實施例基於關於許多經傳送符 几的已知或可確定值大小資料估算在接收器q_ASK信號的振幅的 方法之流程圖。 第3圖為根據本發明第三具體實施例使驗接樣品的絕對 值估异M-QAM A q-ASK信號的振幅的步驟之流程圖。 第4圖為根據本發明第四具體實施例使用經接收樣品的二級 及四級動差雜算包括經料符元,_ Μ__信號的振幅、雜訊 功率、及信號雜訊比的步驟之流程圖。 第5圖為根據本發明第五具體實施例使用經接收樣品的二級 及四級動差⑽算包括_送符元_卩_縱錄陳幅、雜訊 功率、及#號雜訊比的步驟之流程圖。 第6A、6B及6C圖為根據本發明第六具體實施例使用最大相 似搜π方法⑽料括轉送符元_ q_ASK或M—雜信號的振 幅、雜訊功率、及信號雜訊比的步驟之流程圖。 第7A及7B圖為根據本發明第七具體實施例使用經接收樣品的二 級及四級動差估算‘⑽或以双信號的信號干擾比的㈤〇sis 16 1377822 估算方法之流程圖。

Claims (1)

1377822 •該接收器包含： " 一處理器，其配置以： 回復對應於該傳送符元(4)的個別組的經接收樣品(yk); 決定該經接從樣品的絕對值|(yk)丨； 相加該絕對值，以產生一第一和； 決定傳送符元振幅的絕對值之平均值，E|(dk)| ; 將該絕對值的平均值乘以N，以產生一乘積，N*E|(dk)| ;以及 將該第一和除以該乘積，以產生該接收信號的一估算振幅。 • 5.如申請專利範圍第4項所述之接收器，其中該經接收信號為一 M-QAM信號。 6. 如申請專利範圍第4項所述之接收器，其中該接收信號為一 q進位 幅移鍵控（q-ASK)信號。 7. 一種基站，其包含如申請專利範圍第1項所述之接收器。 8· —種無線傳送/接收單元，其包含如申請專利範圍第1項所述之接 收器。 9,種接收器，其配置以藉由估算包括一組的傳送符元(dk)的一經接收 鲁 號的振幅而解調M-QAM信號，該接收器包含： 一處理器’其配置以： 回復對應於該傳送符元(dk)的一個別組的經接收樣品(&); 決定該傳送符元之振幅的絕對值之平均值，均(知)丨； 決定該經接收樣品之振幅的絕對值之平均值，均⑹丨；以及 估异該經接收M-QA1V[信號的振幅A為： A ={R*(E|rk|2)2 — E|rk|4] / [2*(E|dk|2)2 _ E|dk|4]} 1/4。 1〇·-種接收器，其配置以藉由估算包括一組的傳送符元⑹的一經接 收M-QAM信號的雜訊功率而解調該M-QAM信號該接收器包含： 19 1377822 一處理器，其配置以： 回復對應於該傳送符元(dk)的個別之一組的經接收樣品(】，k); .'決定該傳送符元之振幅的絕對值之平均值，E|(dk)| ; 決疋該經接收樣品之振幅的絕對值之平均值，E丨(rk)| ; 估算該經接收M-QAM信號的振幅A為： A={[2*(E|rk|2)2-E|rk|4]/[2*(E|dk|2)2-E|dk|4]}1/4 ;以及 估算該經接收M-QAM信號的雜訊功率為： or2 n=E|rk|2 - A2 E|dk|2。 11. 一種接收器，其配置以藉由估算包括一組的傳送符元(dk)的一經接 收M-QAM信號的信號雜訊比(SNR)而解調M_QAM信號，該接收器包含： 一處理器，其配置以： 回復對應於該傳送符元(dk)的個別組的經接收樣品⑹； 決定該傳送符元之振幅的絕對值之平均值，E《dk)| ; 決定該經接收樣品之振幅的絕對值之平均值，E|(rk)| ; 估算該經接收M-QAM信號的振幅A為： A={[2*(E|rk|2)2 - E|rk|4] / [2*(E|dk|2)2 - E|dk|4]},/4 ； 估算該經接收M-QAM信號的雜訊功率£7211為： cr2n=E|rk|2-A2E|dk|2 ;以及 估算該經接收M-QAM信號的SNR為：SNR=[A2 * E|dk|2] /σ2η。 12· 一種接收器.，其配置以藉由估算包括一組的傳送符元(dk)的一經接 收q-ASK信號的振幅而解調q_ASK信號，該接收器包含： 一處理器，其配置以： 回復對應於該傳送符元(dk)的一個別組的經接收樣品(rk); 決定該傳送符元之振幅的二級及四級動差，E(dk2)與E(dk4); 決定該經接收樣品之振幅的二級及四級動差，E(rk2)與E(rk4);以及 20 1377822 估算該經接收q-ASK信號的振幅A為： 人={[3*(E(rk2))2 - E(rk4)] / [3*(E(dk2))2 _ E(cik4)]}1/4。 13. —種接忮器，其配置以藉由估算包括一組的傳送符元(4)的一經接 收q-ASK信號的功率而解調q_ASK信號，該接收器包含： 一處理器，其配置以： 回復對應於該傳送符元(dk)的一個別組的經接收樣品(^); 決定該傳送符元的二級及四級動差，£(知2)與玛知4); 決定該接收樣品的二級及四級動差，E(rk2)與E(rk4);及 估算該經接收q-ASK信號的功率A為： 人2={[3*(E(rk2))2 -E(rk4)] / [3*(E(dk2))2 - E(dk4)]}丨/2。 Μ. -種接《，其配置以藉由估算包括—組的傳送符々4)的一經接 收q-ASK信號的雜訊功率而解調q_ASK信號，該接收器包含： 一處理器’其配置以： 回復對應於該傳送符元(dk)的一個別組的經接收樣品(^); 決定該傳送符元的二級及四級動差，执知巧與玛知4); 參 決定該接收樣品的二級及四級動差，Ε(Γ〆）與可^); 估算振幅入為：A={[3*(E(rk2))2-E(rk4)]/[3*(E(dkV^ 以及 自該估算純“算驗触q_ASK域_訊功率&為： a2n=E(rk2)-A2 E(dk2) 〇 15. -種接收器，其配置以藉由估算包括__組的傳送符攝)的一經接 收q-ASK信號的信號雜訊比(SNR)而解調十入张信號該接收器包含： 一處理器’其配置以： 回復對應於該傳送符元(dk)的一個別組的經接收樣品… 決定該傳送符元的二級及隨動差，£(42)與视4); 21 1377822 決疋該經接收樣品的二級及四級動差，版2)與ε(γΛ; : A={[3*(E(rk^-E(rk4)]/[3*(E(dk2))2-E(dk4)]}^ ； 估算雜訊功率<為：π2η=Ε(ΓΛ-Α2Ε(42);以及 估算該 q-ASK 信號的 SNR 為：E(dk2)] η。 16·—種接收器，其配置以藉由接收樣品⑹的二級及四級動差估算— ，’’呈接收QAM或q_ASK化號的信號干擾比南解調信號與十八张 信號’其中該二級動差係定義為♦丨2)=水丨”+*丨”，該四級動差係定義為 4*r)=水i2Mw2l· 4表示該傳送符元及nk表示以該接收樣 品rk回復的一雜訊組件，該接收器包含： 一處理器，其配置以： 將該四級動差除以該二級動差以如下進行一 Kurtosis運算： £1κγ1 .. ^{κγ^Ικγ1+^1ι^ι；Ηκι2Ι +^{κ ，其中Kurtosis的先前表示式包 ()4·*ι12 Φ*γ?+^{κγΓ+2Φ*γΗκγΙ 括貢獻至接收信號的一第一 Kurtosis成分，及對應於接收雜訊的一第 Kurtosis 成分； 決定能夠單獨貢獻至信號的第一 Kurtosis成分（Ksig)為：

^ίΚΙΊ 估算該經接收M-QAM或q-ASK信號的信號雜訊比(SNR)為： CAr/>」(2-尺《0)+/4-2[吨Η2-〇~^ό 〇 [Kurt{r)~K,ig] 22