TWI463809B - 通訊系統及執行通訊系統中聯合偵測之方法 - Google Patents

通訊系統及執行通訊系統中聯合偵測之方法 Download PDF

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TWI463809B TW101120121A TW101120121A TWI463809B TW I463809 B TWI463809 B TW I463809B TW 101120121 A TW101120121 A TW 101120121A TW 101120121 A TW101120121 A TW 101120121A TW I463809 B TWI463809 B TW I463809B
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Yonggang Hao
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Description

通訊系統及執行通訊系統中聯合偵測之方法
本發明係有關於接收器中之聯合偵測領域，特別是有關於使用聯合偵測技術來允許聯合偵測至少16個編碼通道的方法和通訊系統。
數學上，基於接收器之1倍(1X)聯合偵測僅能偵測至多16個分時同步分碼多工存取(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，以下簡稱為TD-SCDMA)編碼通道。TD-SCDMA系統使用通用頻率重用策略(universal frequency reuse plan)，即相鄰單元能夠立即重用服務單元所用之RF載波頻率。由此，用戶設備(User Equipment，UE)可接收至少16個編碼通道之複合的訊號，每一編碼通道具有顯著的(不可忽略的)功率位準。為進一步提高接收器效能(例如改善區塊差錯(Block error，BLER)或者單位時間處理量(throughput))，則希望能對至少16個編碼通道進行聯合偵測。本發明提出聯合偵測至少16個編碼通道以進一步降低干擾。
有鑒於此，本發明提供解決上述問題之通訊系統及執行通訊系統中聯合偵測之方法。
根據本發明之一實施例，提供一種通訊系統，包含複合轉換模組及聯合偵測模組。複合轉換模組接收輸入訊號並且基於輸入訊號之第一轉換函數執行至少一選擇性的操作，複合轉換模組輸出第一訊號。聯合偵測模組接收第一訊號並且對第一訊號執行聯合偵測，聯合偵測模組使用第一轉換函數之通道估計資訊，以允許聯合偵測模組以2倍或者更高之超取樣率來執行聯合偵測。
根據本發明之另一實施例，提供一種執行通訊系統中聯合偵測之方法，包含：接收輸入訊號；使用複合轉換模組執行由第一轉換函數對輸入訊號定義之至少一選擇性的操作並且輸出第一訊號；以及使用聯合偵測模組接收第一訊號並且對第一訊號執行聯合偵測，聯合偵測模組使用第一轉換函數之通道估計資訊以允許聯合偵測模組以2倍或者更高之超取樣率來執行聯合偵測。
本發明所提出之通訊系統及執行通訊系統中聯合偵測之方法，以2倍或者更高之超取樣率來執行聯合偵測降低干擾，提高接收器效能。
本發明提出一種新穎的技術，允許聯合偵測至少16個編碼通道。使用本發明之技術，既能降低干擾又能增加接收 器之單位時間處理量。
第1圖為依本發明之聯合偵測接收器之概觀示意圖。通訊系統2包含提供至發送(Transmission，TX)函數模組4之輸入訊號d，發送函數模組4包含轉換函數g(k)。發送函數模組4執行對輸入訊號d之相應處理並且輸出訊號10。加法模組8接收訊號10以及雜訊訊號n。雜訊訊號n對應於與通訊系統2相關之雜訊。加法模組8對訊號10與雜訊訊號n執行加法並且輸出訊號r。聯合偵測模組6接收訊號r，使用訊號r來執行輸入訊號d之資料符號估計(data symbol estimation)，並且輸出近似的輸出訊號。
發送函數模組4(此實施例中亦可視為數位前端模組)對應於一個統一的轉換函數，此統一的轉換函數定義通訊系統2之發送濾波器、通道脈衝濾波器以及接收器濾波器。以下列數學關係定義通訊系統2：r=Td+n 等式1
假設R n =σ 2 I並且R d =I，則。本發明允許聯合偵測模組6以2倍(2X)超取樣率執行聯合偵測。請注 意，矩陣T由聯合偵測模組6計算。
第2圖為依本發明一實施例之具體方案的示意圖。通訊系統16包含發送根升餘弦(transmition root-raised cosine，TXRRC)濾波器模組18。發送根升餘弦濾波器模組18具有轉換函數TXRRC(k)，接收輸入訊號d。發送根升餘弦濾波器模組18對輸入訊號d執行根升餘弦(root-raised cosine)濾波操作並且輸出訊號20。通道脈衝濾波器模組22接收訊號20，使用轉換函數h(k)將通訊系統16之訊號20濾波。加法模組26接收通道脈衝濾波器模組22輸出之訊號24以及加成性白高斯雜訊(Additive White Gaussian Noise，AWGN)訊號n。加成性白高斯雜訊訊號n為與通訊系統16相關之雜訊訊號。加法模組26對訊號24與加成性白高斯雜訊訊號n執行加法並且輸出訊號r。聯合偵測模組27接收訊號r。訊號r由上述等式1定義。聯合偵測模組27以2倍超取樣率執行其操作。此種情形下，聯合偵測模組27必須在以2倍超取樣率執行聯合偵測時校正功率及其他關鍵因素。
聯合偵測模組27包含匹配濾波器模組28。匹配濾波器模組28接收訊號r，對訊號r執行其各匹配濾波操作並且輸出訊號34。一實施例中，聯合偵測模組27於t 0 +KT b /2時接收訊號r，其中t 0 為初始時間，K為整數，T b 為預設參數。符號率區塊等化器32接收訊號34並且執行其各操作以產生輸出訊號。訊號r及輸出訊號皆定義於等式1與等式2。 符號率區塊等化器32定義如下：(T H T+σ 2 I)-1 等式4
其中，聯合偵測模組27於決定矩陣T時使用複合之轉換函數g(k)之通道估計或者其他因素執行選擇性操作。此種情況下，複合之轉換函數g(k)定義一個統一的轉換函數，此統一的轉換函數以2倍超取樣率定義轉換函數TXRRC(k)、h(k)之特性。
本發明提供三種2倍聯合偵測之實施例。第一實施例如第3圖所示。第3圖為依本發明一實施例，使用分散式(ad-hoc)排列之通訊系統38之示意圖。通訊系統38包含發送根升餘弦濾波器模組40。發送根升餘弦濾波器模組40具有轉換函數TXRRC(k)，接收輸入訊號d，對輸入訊號d執行根升餘弦(root-raised cosine)濾波操作並且輸出訊號42。通道脈衝濾波器44具有轉換函數h(k)，接收訊號42，執行其各通道脈衝濾波操作並且輸出訊號48。第一接收器根升餘弦(receiver root-raised cosine)濾波器模組46接收訊號48，對訊號48執行根升餘弦操作，並且輸出訊號50。第二接收器根升餘弦濾波器模組52接收加成性白高斯雜訊訊號n，對加成性白高斯雜訊訊號n執行根升餘弦函數，並且輸出訊號w。第一、第二接收器根升餘弦濾波器模組46、52之每一者皆具有定義為RXRRC(k)之轉換函數，並且以2倍超取樣率操作。加法模組56接收訊號50及訊號w並且執行加法操作。加法模組56輸出訊號r。聯合偵測模組54接收訊號r並且 以2倍超取樣率執行聯合偵測。複合之轉換函數g(k)定義一個統一的轉換函數，顯示轉換函數TXRRC(k)、h(k)及RXRRC(k)之總體特性。以下列關係定義訊號r及輸出訊號：r=Td+w 等式5
請注意：此實施例中，訊號r、矩陣T及訊號w皆相關於2倍超取樣率，並且矩陣T為轉換函數g(k)之函數。
總的來說，當逆矩陣存在時，為區塊-雜訊-白化(block-noise-whitening)操作。然而，熟悉此項技藝者可輕易自第3圖證明R w 係不可逆的。
熟悉此項技藝者應了解R n =σ 2 I並且R w ≠σ 2 I。然而，若一定假設(係偏激的且錯誤的)R w =σ 2 I，則近似輸出訊號並且常規地會假設R d =I。因為對R w 之假設錯誤，所以，近似輸出訊號之效能無法達到最佳。分散式、啟發式或者直覺式之想法教導能夠得到並且嘗試改變α來達到較佳效能。當然，線性解之最佳效能如第2圖所示。使用2倍分散式線性區塊等化(ad-hoc-block Linear Equalizer，ad-hoc-BLE)來近似實際最小均方誤差-線性區塊等 化(Minimum Mean Squared Error-Block Linear Equalizer，MMSE-BLE)接收器相似於使用預定義類型函數來曲線吻合另一函數(curve-fit)。
第4圖為使用2倍聯合偵測之另一實施例之示意圖。依本發明實施例形成之通訊系統58中，接收器根升餘弦濾波器70位於數位前端中。通訊系統58包含發送根升餘弦濾波器模組60，接收輸入訊號d。發送根升餘弦濾波器模組60對輸入訊號d執行根升餘弦操作並且輸出訊號62。發送根升餘弦濾波器模組60包含轉換函數TXRRC(k)。通道脈衝濾波器64具有轉換函數h(k)，接收訊號62，執行其各操作並且輸出訊號s。加法模組90接收訊號s及加成性白高斯雜訊訊號n，並且對這些訊號執行加法。加法模組90輸出訊號r，其中r=s+n。接收器根升餘弦濾波器模組70具有轉換函數RXRRC(k)，接收訊號r，產生並且輸出訊號r0。聯合偵測模組66接收訊號r0。數位前端轉換函數g(k)定義統一的轉換函數，相關於數位前端中之轉換函數，例如轉換函數TXRRC(k)、h(k)、RXRRC(k)。
聯合偵測模組66包含修改之2倍聯合偵測模組88。2倍聯合偵測模組88包含矩陣匹配濾波器T1模組82及符號率區塊等化器86。矩陣匹配濾波器T1模組包含之矩陣T1為通道估計函數之函數。通道估計函數相關於應用至訊號r0之通道脈衝濾波器模組64。矩陣匹配濾波器T1模組82 (亦可視為通道估計計算模組)輸出訊號84。符號率區塊等化器86接收訊號84並且執行各操作以產生輸出訊號。符號率區塊等化器86使用以下關係：
其中矩陣T2為(k) TXRRC(k)之函數並且為計算輸出訊號所需。
通道估計模組68接收訊號r0。通道估計模組68包含通道估計模組72，接收訊號r0，執行複合轉換函數g(k)之通道估計並且輸出訊號74。通道估計模組76接收訊號74，執行通道脈衝濾波器轉換函數h(k)之通道估計並且輸出訊號78。T2矩陣轉換函數模組80接收訊號74，使用脈衝響應(k) TXRRC(k)計算T矩陣並且輸出訊號71。
通道估計模組76接收輸入訊號74并以通道估計函數處理訊號。並且，符號率區塊等化器86接收訊號71來計算輸出訊號，其中訊號71包含T矩陣之元素(element)。
訊號r0包含待通道估計及聯合偵測所使用、且通過接收器根升餘弦濾波器模組70之2倍超取樣之樣本。其中，接收器根升餘弦濾波器模組70之脈衝響應作為根升餘弦脈衝。雜訊功率使用帶限(band-limited)訊號w來估計。符號率區塊等化器86中應使用適當比例之雜訊功率。並且，通道估計函數為轉換函數h(n)之2倍等效函數。一般的， 並且(k) TXRRC(k) h(k) TXRRC(k)。
第5圖為使用2倍聯合偵測之又一實施例之示意圖。依本發明實施例形成之通訊系統94中，接收器根升餘弦濾波器並未位於數位前端中。通訊系統94包含發送根升餘弦濾波器模組96，接收輸入訊號d。發送根升餘弦濾波器模組96對輸入訊號d執行根升餘弦操作並且輸出訊號98。發送根升餘弦濾波器模組96包含轉換函數TXRRC(k)。通道脈衝濾波器100具有轉換函數h(k)，接收訊號98，執行其各操作並且輸出訊號s。加法模組102接收訊號s及加成性白高斯雜訊訊號n，並且對這些訊號執行加法。加法模組102輸出訊號r，其中r=s+n。通道選擇濾波器模組104接收訊號r，產生並且輸出訊號r0。第6圖為通道選擇濾波器模組104選擇的頻率與功率相關性的示意圖。如第6圖所示，通道選擇濾波器模組104選擇頻率範圍118以產生並且輸出訊號r0。2倍聯合偵測模組108接收訊號r0。訊號r0具有2倍超取樣率。接收器根升餘弦濾波器不再是數位前端之組成部分。只要通道選擇濾波器模組104不切斷有用之訊號頻寬，則對聯合偵測效能沒有影響。複合之轉換函數g(k)定義一個相關於訊號路徑中多個轉換函數(例如轉換函數TXRRC(k)、h(k)、及通道選擇濾波器模組104之轉換函數)之統一的轉換函數。
2倍聯合偵測模組108包含矩陣匹配濾波器模組110，使用訊號r0，以通道估計函數執行匹配濾波器。矩陣匹配 濾波器模組110輸出訊號114。符號率區塊等化器112接收訊號114並且執行其各操作來產生輸出訊號。符號率區塊等化器112使用以下關係：
其中T矩陣由通道選擇濾波器決定，為計算輸出訊號d以及雜訊比例因子α所需。
通道估計模組106接收訊號r0並且執行複合之轉換函數g(k)之通道估計，輸出訊號116。矩陣匹配濾波器模組110接收訊號116。並且，符號率區塊等化器112接收訊號116以助於決定用以計算輸出訊號之T矩陣之元素。
本發明通過對至少16個編碼通道進行聯合偵測，提高接收器效能(例如改善區塊差錯或者單位時間處理量)。本發明聯合偵測至少16個編碼通道以進一步降低干擾。本發明可以應用於TD-SCDMA系統以允許提高效能而不增加額外的負擔。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
2、16、38、58、94‧‧‧通訊系統
4‧‧‧發送函數模組
18、40、60、96‧‧‧發送根升餘弦濾波器模組
10、20、34、42、48、50、62、84、74、98、114、116、24‧‧‧訊號
44、64、100‧‧‧通道脈衝濾波器
46‧‧‧第一接收器根升餘弦濾波器模組
52‧‧‧第二接收器根升餘弦濾波器模組
70‧‧‧接收器根升餘弦濾波器模組
22‧‧‧通道脈衝濾波器模組
8、26、56、90、102‧‧‧加法模組
6、27、54、66、108‧‧‧聯合偵測模組
68、106‧‧‧通道估計模組
72‧‧‧通道估計模組
76‧‧‧通道估計模組
80‧‧‧T2矩陣轉換函數模組
88‧‧‧修改之2倍聯合偵測模組
82‧‧‧矩陣匹配濾波器T1模組
28‧‧‧匹配濾波器模組
110‧‧‧矩陣匹配濾波器模組
32、86、112‧‧‧符號率區塊等化器
104‧‧‧通道選擇濾波器模組
118‧‧‧頻率範圍
第1圖為依本發明之聯合偵測接收器之概觀示意圖。
第2圖為依本發明一實施例之具體方案的示意圖。
第3圖為依本發明一實施例，使用分散式(ad-hoc)排列之通訊系統之示意圖。
第4圖 為使用2倍聯合偵測之另一實施例之示意圖。
第5圖為使用2倍聯合偵測之又一實施例之示意圖。
第6圖為通道選擇濾波器模組選擇的頻率與功率相關性的示意圖。
16‧‧‧通訊系統
18‧‧‧發送根升餘弦濾波器模組
20、34、24‧‧‧訊號
22‧‧‧通道脈衝濾波器模組
26‧‧‧加法模組
27‧‧‧聯合偵測模組
28‧‧‧匹配濾波器模組
32‧‧‧符號率區塊等化器

Claims (16)

  1. 一種通訊系統，包含：一複合轉換模組，接收一輸入訊號並且基於該輸入訊號之一第一轉換函數執行至少一選擇性的操作，該複合轉換模組輸出一第一訊號；以及一聯合偵測模組，接收該第一訊號並且對該第一訊號執行聯合偵測，該聯合偵測模組使用該第一轉換函數之一通道估計資訊，以允許該聯合偵測模組以一超取樣率來執行聯合偵測，其中該超取樣率之取樣頻率至少為對一訊號取樣之頻率的2倍或更高的頻率；其中該聯合偵測模組對16個以上的編碼通道執行聯合偵測。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊系統，其中該複合轉換模組包含一發送根升餘弦濾波器模組以及一通道脈衝濾波器模組。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之通訊系統，其中該複合轉換模組更包含一加法模組，將來自該通道脈衝濾波器模組之輸出訊號與一加成性白高斯雜訊訊號相加，並且該加法模組輸出一第二訊號。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之通訊系統，其中該複合 轉換模組更包含一接收器根升餘弦濾波器模組。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之通訊系統，其中該複合轉換模組使用該第一轉換函數之該通道估計資訊來計算該通訊系統中一數位前端模組所用之一通道脈衝濾波器模組中一轉換函數之通道估計。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之通訊系統，其中該聯合偵測模組使用該第一轉換函數之該通道估計資訊來計算該通訊系統中一符號率區塊等化器中所使用之一T矩陣。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之通訊系統，其中該複合轉換模組包含一通道選擇濾波器模組，用於選擇一選擇性的頻率範圍來執行聯合偵測。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之通訊系統，其中該複合轉換模組減低對16個以上編碼通道進行編碼時之干擾。
  9. 一種執行通訊系統中聯合偵測之方法，該方法包含：接收一輸入訊號；使用一複合轉換模組執行由一第一轉換函數對該輸入訊號定義之至少一選擇性的操作並且輸出一第一訊號；以及使用一聯合偵測模組接收該第一訊號並且對該第一訊 號執行聯合偵測，該聯合偵測模組使用該第一轉換函數之一通道估計資訊以允許該聯合偵測模組以一超取樣率來執行聯合偵測，其中該超取樣率之取樣頻率至少為對一訊號取樣之頻率的2倍或更高的頻率；其中該聯合偵測模組對16個以上的編碼通道執行聯合偵測。
  10. 如申請專利範圍第9所述之執行通訊系統中聯合偵測之方法，其中該複合轉換模組包含一發送根升餘弦濾波器模組以及一通道脈衝濾波器模組。
  11. 如申請專利範圍第10所述之執行通訊系統中聯合偵測之方法，其中該複合轉換模組更包含一加法模組，將來自該通道脈衝濾波器模組之輸出訊號與一加成性白高斯雜訊訊號相加，並且該加法模組輸出一第二訊號。
  12. 如申請專利範圍第10所述之執行通訊系統中聯合偵測之方法，其中該複合轉換模組更包含一接收器根升餘弦濾波器模組。
  13. 如申請專利範圍第9所述之執行通訊系統中聯合偵測之方法，其中該複合轉換模組使用該第一轉換函數之該通道估計資訊來計算該通訊系統中一數位前端模組所用之一通道脈衝濾波器模組中一轉換函數之通道估計。
  14. 如申請專利範圍第13所述之執行通訊系統中聯合偵測之方法，其中該聯合偵測模組使用該第一轉換函數之該通道估計資訊來計算該通訊系統中一符號率區塊等化器中所使用之一T矩陣。
  15. 如申請專利範圍第9所述之執行通訊系統中聯合偵測之方法，其中該複合轉換模組包含一通道選擇濾波器模組，用於選擇一選擇性的頻率範圍來執行聯合偵測。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之執行通訊系統中聯合偵測之方法，其中該複合轉換模組減低對16個以上編碼通道進行編碼時之干擾。
TW101120121A 2011-09-18 2012-06-05 通訊系統及執行通訊系統中聯合偵測之方法 TWI463809B (zh)

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