TWI383610B - 偵測訊號之方法、偵測器及電腦程式產品 - Google Patents

Description

偵測訊號之方法、偵測器及電腦程式產品

本發明有關於一種用來偵測訊號之方法、一種偵測器、以及一種電腦程式產品。

在行動通訊中，期望高使用者能力與高資料速率。為了實現之，行動無線聲頻系統必須為高度頻譜效率的。能夠實現使用根據OFDM(正交載波多頻分工)健全效能與高頻譜效率之多載波調變。

在OFDM調變之前，能夠實行預置變換，產生一種稱為PT－OFDM(預置變換OFDM)之系統。

在[1]中(且同樣也在[2]中)，說明一種用於PT－OFDM系統之逐次反覆偵測演算法。此將說明於下。

逐次反覆演測演算法之疊代(相應於疊代指標i)相應於三個階段，重建步驟、線性濾波步驟、以及決策步驟。

在第i個重建步驟中，亦即在相應於疊代指標i的疊代之重建步驟中，評估所接收到的訊號r (所接收到的訊號向量)之第m_i 個成份(component)。藉由使用先前所偵測到的符號 _{i － 1} (亦即，在先前疊代中所偵測到的訊號向量)來從事之。m_i 相應於具有第i個最小振幅之頻率域通道。在濾波步驟中，藉由G所標示的線性濾波器來移除資料交叉干擾。在偵測步驟中，進行試驗性(硬性或軟性)決策(標示為dec(.))，藉以產生第i個疊代中所偵測的符號， _i 。

以r ₀ ＝r 、＝Gr ₀ 、以及 ₀ ＝dec( ₀ )來初始化此演算法。

第i個疊代給定為：

其中0 _m 定義為其第m個對角線項上具有數值1且其他為0之對角線矩陣，而1 _m 則定義為其第m個對角線項上具有數值0且其他為1之對角線矩陣。

在[1]中，用於逐次反覆偵測演算法之濾波器乃是基於最少平方法則，同樣也已知為強制歸零(ZF)濾波器。即使是當使用濾波器基於標準最小均方錯誤(MMSE)，改善仍是最低限度的。

本發明之一目的為增加目前偵測方法之效能。

藉由具有獨立申請專利範圍特徵之偵測訊號方法、偵測器、以及電腦程式產品來實現此一目的。

提供一種用來偵測經由通訊通道所接收的訊號之方法，其中的通訊通道會受雜訊所影響，其中根據一種濾波步驟來處理所接收到的訊號，此濾波步驟包含所接收到的訊號至少一個成份與濾波器係數之相乘，而其濾波器係數則包含相應於雜訊變異數之雜訊變異數偏移。

再者，提供一種根據偵測上述訊號的方法之偵測器、以及一種電腦程式產品。

在例證上，使用一種濾波器來重建所接收到的訊號，其訊號則具有依照附加輸入的通道之雜訊變異數，而且此濾波器會根據影響通道的雜訊變異數之幅度來處理所接收到的訊號。藉由雜訊變異數所構成的偏移來修改濾波器至少其中一個濾波器係數。此意謂著至少其中一個濾波器係數為包含雜訊變異數充當被加數之項。

特別的是，在高SNR(訊號對雜訊比)之狀況下，使用本發明，相對於習知技術之方法，便能夠實現依據BER(位元錯誤率)觀點之效能增益。

本發明之實施例自獨立申請專利範圍而來。說明於偵測訊號方法文章中之本發明實施例類似而有效於此偵測與電腦程式產品。

在其中之一實施例中，將所接收到的訊號群組成為多數之區塊。

根據濾波步驟之已接收訊號處理可以相應於已接收訊號區塊與濾波矩陣之相乘。

其濾波矩陣可以相應於矩陣之乘積，於其中的一個矩陣為一種通道係數矩陣，其包含依據指定通道傳送特性的通道係數之成份。

通道係數典型表示為h，並且將通道之脈衝響應具體化，諸如具體化於頻率定義域。

在其中之一實施例中，通道係數矩陣其中至少一個成份為通道係數與雜訊變異數項。在另一個實施例中，通道係數矩陣之多數成份為通道係數項與雜訊變異數項。

例如，通道係數矩陣其中至少一個成份為將通道係數除以通道係數絕對值平方與雜訊變異數總和之共軛。

通道係數矩陣其中至少一個成份能夠是通道係數之反逆。

在其中之一實施例中，決定通道雜訊之變異數。

本發明能夠諸如用於根據WLAN 11a、WLAN 11g、WLAN 11n、Super 3G、HIPERLAN 2、WIMAX(微波存取全球互通)、以及B3G(超越3G)之通訊系統。

圖1顯示一種根據本發明實施例的傳送器/接收器系統100。

根據PT－OFDM(預置變換正交分頻多工)系統來形成傳送器/接收器系統100。簡單來說，假設M＝2^k ，例如M＝32，並且假設以其中一種OFDM符號型式同時傳送M個資訊符號x_m ，m＝1,2....,M。就傳送這些資訊符號而言，將以下同樣也稱為正交訊號向量之資訊符號向量，x ＝[x₁ ,x₂ ,...,x_m ]^T ，饋至一個預置變換單元101。上標T表示轉置運算子。

預置變換單元101會根據s ＝W ．x 而針對正交訊號向量來計算調變符號s ＝[s₁ ,s₂ ,...s_M ]^T 之相量。W 代表一個尺度為M×M之PT(預置變換)矩陣。依據每通道使用所傳送的資訊符號數目之觀點，並沒有數碼率之損失。如果是在OFDM系統中，矩陣W 將簡化為一個單位矩陣。由預置變換單元101所產生的調變符號s 之後則傳遞至一個IFFT(逆快速傅立葉變換)單元102，其實現調變符號之逆快速傅立葉變換。

在此一實施例中使用逆快速傅立葉變換充當逆傅立葉變換之實現。能夠使用其他定義域變換來替代此種逆快速傅立葉變換，例如逆離散正弦變換或者逆離散餘弦變換。

由IFFT單元102所產生的向量之後則藉由一個P/S(並列至串列)單元103而從並列映射成為串列，亦即成為一種訊號數值序列。一個循環字首單元104會將循環字首交錯於訊號數值序列之中，藉以形成一種經由通道105所傳送的PT－OFDM符號。

所交錯的循環字首具有不短於最大通道延遲展開之期間區間。假設通道105為一種半/靜態頻率選擇Rayleigh衰弱通道，其因加成性白色高斯雜訊(Additive White Gaussian Noise,AWGN)而惡化。

預置變換單元101、P/S單元102、以及循環字首單元104為傳送器106之部分。

藉由接收器107來接收PT－OFDM符號。循環字首(cyclic prefix)移除單元108會將循環字首從PT－OFDM符號中移除。藉由S/P單元109將所產生的訊號數值序列從並列映射成為串列，並且藉由一個FFT(快速傅立葉變換)單元110根據快速傅立葉變換對之進行定義域變換。對IFFT單元102類似的是，FFT單元110能夠於其他實施例之中，同樣也適用來執行離散正弦變換或者離散餘弦變換、或者另一種定義域變換。

FFT單元110之輸出向量表示為r ＝[r₁ ,r₂ ,...,r_m ]^T ，並且能夠寫成r ＝Γ ．s ＋n ＝Γ ．W ．x ＋n 其中的Γ ＝diag(h₁ ,h₂ ,...,h_M )為具有對角線元素h₁ ,h₂ ,...,h_M 之對角線矩陣，其元素則為頻率定義域通道係數，而n 為維度M×1之AWGN向量。頻率定義域通道係數給定為h_m ＝Σ_{n n} exp(－j2π(m－1)/M)，m＝1,2,...,M，假設取樣空間第L個順序FIR(有限輸入響應)通道模型{ _n }＝₀ 。

將FFT單元110之輸出向量r 饋送至一個偵測單元111。偵測單元111執行一種逐次反覆偵測演算法。逐次反覆偵測演算法之疊代(相應於疊代指標i)相應於三個階段，一個重建步驟、一個線性濾波步驟、以及一個決策步驟。

在第i個重建步驟中，亦即在對應於疊代指標i的疊代之重建步驟中，評估所接收到的向量r 之第m_i 個成份。藉由使用先前所偵測到的符號 _{i － 1} (亦即，在先前疊代中所偵測到的訊號向量)來完成。m₁ 對應於具有第i個最小振幅之頻域通道。在濾波步驟中，藉由G所標示的線性濾波器來移除資料交叉干擾。在偵測步驟中，進行試驗性(硬性或軟性)決策(標示為dec(.))，藉以產生第i個疊代中所偵測的符號， _i 。當已經執行完成最後一個疊代之時(亦即，在給定次數的疊代已經執行之後，諸如4次)，則由決策單元112輸出所偵測到的符號 _i 。

以r ₀ ＝r、＝Gr ₀ 、以及 ₀ ＝dec( ₀ )來初始化演算法。

第i個疊代給定為：

其中0 _m 定義為其第m個對角線項上具有數值1且其他為0之對角線矩陣，而1 _m 則定義為其第m個對角線項上具有數值0且其他為1之對角線矩陣。

在雜訊訛誤通道105的變異數為已知之假設前提下，於下所說明的MMSE(最小均方錯誤)濾波器便能夠由偵測單元111所使用，用以改善傳送器/接收器系統100之效能。

考慮到MMSE規範並且假設先前所偵測到的符號對各個重建而言為正確的，則第i個(i＝1,2,...,M)疊代之線性濾波器便能夠導出：G＝W ^{－ 1} ．B ＝W ^{－ 1} ．diag(β₁ ,β₂ ,...,β_M )其中的

而σ² 為雜訊變異數。此G 用於上述偵測單元111所實現的重建演算法之濾波步驟。

就重建演算法之初始疊代，使用具有

之MMSE濾波器。

當選擇矩陣W 為單一的並且具有常數振幅之元素，即使當使用MMSE濾波器之時，m_i 之選擇為不變的(對應於具有第i個最小振幅之頻率定義域通道)。換言之，在先前的偵測正確之假設前提下，此種選擇仍然會將每一個偵測步驟上較差的後置濾波SNR最大化。

模擬顯示使用這種濾波器，便能夠降低錯誤最低額，而且對高SNR而言，能夠實現較佳的效能。所要提及的是，在接收器上，此種MMSE濾波器乃是已知的。然而，模擬顯示此對雜訊變異數錯誤而言乃是健全的。

在其中之一實施例中，隨著將參照圖2與圖3所述擴展重建。

圖2顯示一種根據本發明實施例的接收器200。

可以使用接收器200來替代傳送器/接收器系統100中圖1所示的接收器107。接收器200包含一個偵測單元201、以及相應於圖1所示的接收器107決策單元112之決策單元206。類似於接收器107的是，接收器200包含其他功能之單元，諸如一種FFT單元，其並無顯示於圖2中。

類似於偵測單元111的是，將諸如執行FFT的FFT單元輸出向量之向量r 饋送至偵測單元201。

接收器200之濾波單元202執行重建演算法之濾波步驟，諸如上述的重建演算法之初始濾波步驟。將根據上述重建演算法由所 ₀ 表示之濾波步驟結果供應至第一非線性偵測單元203。

接收器進一步地包含第二個非線性偵測演算法單元205。以下參照圖3來說明第一個非線性偵測單元203以及第二個非線性偵測單元205之架構。

圖3顯示一種根據本發明實施例之非線性偵測單元300。

非線性偵測單元會執行一種循序配置干擾消除演算法，如同以下所要說明的。

非線性偵測單元300之輸入向量為所傳送的訊號之一種軟性評估(在第一個非線性偵測單元之實例中，此為濾波單元202之輸出 ₀ )。非線性偵測單元300之輸入向量係饋送至循序配置單元301。

藉由得到輸入至訊號群任何一點之歐幾里德(Euclidean)距離，循序配置單元301便會執行循序配置步驟。在輸入向量之成份上執行歐幾里德距離與硬性決策，藉以形成C₁ ,C₂ ,...C_M 。

將C₁ ,C₂ ,...C_M 饋送至一個執行以下演算法的消除單元302：對干擾之消除而言，j＝1,...,J，(i)使用{c_k }_{k ≠ j} 從所重建的接收訊號r _i 消除，藉以得到c_j 之軟性評估。

(ii)在軟性評估上執行硬性決策，並且更新所新近偵測到的c_j 。

(iii)增加j並且持續至(i)。

J為消除步驟之數目，而諸如選擇等於M。

在闡述上，干擾消除演算法使用評估之"最佳"成份，觀念係其具有至訊號群之最小歐幾里德距離，用以改善"較差"的成份，其具有至訊號群之較高歐幾里德距離。

將第一個消除單元302之輸出饋送至重建單元204。重建單元204會根據上述重建演算法執行重建步驟以及第i個疊代之濾波步驟(其中i＝1,2,...)。

將重建單元204所執行的各個疊代結果饋送至第二個非線性偵測單元205。當其輸出供應至產生接收器200輸出的決策單元206之時，將第二個非線性偵測單元205饋送回重建單元204，以為除了最後一個疊代之外的下一個疊代之用。

接收器200同樣也能夠根據習知技術而用予一種預置變換(根據矩陣W )以及根據習知技術用予一個濾波器(根據矩陣G )。此意謂著：根據距離量測的循序配置訊號數值，以及最佳(依據最小距離)消除來自其他訊號數值的干擾之訊號數值之構想，係與使用預置變換之矩陣無關，並且與使用依照資料傳送所用的通道雜訊變異數而定之濾波器無關。

以上說明引用下列之文件：[1]國際申請案編號為PCT/SG02/00194之「具有用於雜訊減低的訊號重建段之接收器及其系統與方法」(Receiver Having a Signal Reconstructing Section for Noise Reduction,System and Method Thereof)。

[2]Z.Lei，Y.Wu，C.K.Ho，S.Sun，P.He，以及Y.Li等人之"Walsh－Hadamard變換OFDM之逐次反覆偵測"(Iterative Detection for Walsh－Hadamard Transformed OFDM)，於2003年四月在韓國Jeju舉行之第57屆IEEE車輛技術研討會會議記錄第637－640頁。

100．．．傳送器/接收器系統

101．．．預置變換單元

102．．．IFFT(逆快速傅立葉變換)單元

103．．．P/S(並列至串列)單元

104．．．循環字首單元

105．．．通道

106．．．傳送器

107．．．接收器

108．．．循環字首移除單元

109．．．S/P(串列至並列)單元

110．．．FFT(快速傅立葉變換)單元

111．．．偵測單元

112．．．決策單元

200．．．接收器

201．．．偵測單元

202．．．濾波單元

203．．．第一非線性偵測單元

205．．．第二個非線性偵測演算法單元

206．．．決策單元

300．．．非線性偵測單元

301．．．循序配置單元

302．．．消除單元

圖1顯示一種根據本發明實施例之傳送器/接收器系統100。

圖2顯示一種根據本發明實施例之接收器200。

圖3顯示一種根據本發明實施例之非線性偵測單元。

100．．．傳送器/接收器系統

101．．．預置變換單元

102．．．IFFT(逆快速傅立葉變換)單元

103．．．P/S(並列至串列)單元

104．．．循環字首單元

105．．．通道

106．．．傳送器

107．．．接收器

108．．．循環字首移除單元

109．．．S/P(串列至並列)單元

110．．．FFT(快速傅立葉變換)單元

111．．．偵測單元

112．．．決策單元

Claims (4)

1. 一種用來偵測經由通訊通道所接收的訊號之方法，其中的通訊通道會受雜訊所影響，其中-根據一種濾波步驟來處理所接收到的訊號；-此濾波步驟包含所接收到的訊號至少一個成份與濾波器係數之相乘；-其濾波器係數則包含相應於雜訊變異數之雜訊變異數偏移，其中將所接收到的訊號分類為多個區塊；其中根據濾波步驟之已接收訊號處理對應於已接收訊號之區塊與一個濾波矩陣之相乘；其中的濾波矩陣對應於矩陣之乘積，其中的一個矩陣為通道係數矩陣，其包含依據指定通道傳送特性的通道係數之成份；其中的通道係數矩陣其中至少一個成份為通道係數與雜訊變異數之項；其中的通道係數矩陣之至少一個成份為除以通道係數絕對值平方與雜訊變異數和的通道係數之共軛；其中的通道係數矩陣之至少一個成份是通道係數之反逆。
2. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中通道雜訊之變異數係被決定。
3. 一種用來偵測經由通訊通道所接收的訊號之偵測器，其通訊通道會受雜訊所影響，其偵測器則包含一個處 理單元，其適用以處理根據濾波步驟所處理之已接收訊號，其中-濾波步驟包含已接收訊號之至少一個成份與一個濾波器係數之相乘-其濾波器係數則包含對應於雜訊變異數之雜訊變異數偏移；其中將所接收到的訊號分類為多個區塊；其中根據濾波步驟之已接收訊號處理對應於已接收訊號之區塊與一個濾波矩陣之相乘；其中的濾波矩陣對應於矩陣之乘積，其中的一個矩陣為通道係數矩陣，其包含依據指定通道傳送特性的通道係數之成份；其中的通道係數矩陣其中至少一個成份為通道係數與雜訊變異數之項；其中的通道係數矩陣之至少一個成份為除以通道係數絕對值平方與雜訊變異數和的通道係數之共軛；其中的通道係數矩陣之至少一個成份是通道係數之反逆。
4. 一種電腦程式產品，其當由電腦執行時，會致使電腦實行一種用來偵測經由通訊通道所接收的訊號之方法，其通訊通道係受雜訊影響，其中-根據一種濾波步驟來處理所接收到的訊號；-此濾波步驟包含所接收到的訊號至少一個成份與濾波器係數之相乘； -其濾波器係數則包含相應於雜訊變異數之雜訊變異數偏移；其中將所接收到的訊號分類為多個區塊；其中根據濾波步驟之已接收訊號處理對應於已接收訊號之區塊與一個濾波矩陣之相乘；其中的濾波矩陣對應於矩陣之乘積，其中的一個矩陣為通道係數矩陣，其包含依據指定通道傳送特性的通道係數之成份；其中的通道係數矩陣其中至少一個成份為通道係數與雜訊變異數之項；其中的通道係數矩陣之至少一個成份為除以通道係數絕對值平方與雜訊變異數和的通道係數之共軛；其中的通道係數矩陣之至少一個成份是通道係數之反逆。