專利名稱：發(fā)送和接收數(shù)字信號以及估計(jì)通信信道的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)方法和系統(tǒng)，根據(jù)這個(gè)方法實(shí)施數(shù)值通信，特別是在頻率上有色散和在時(shí)間上變化很快而增加噪音的信道的通信。
無線電信道在高速數(shù)值通信上的應(yīng)用受到字符間干擾(ISI)和傳播衰落的限制，這個(gè)衰落是由于特性一般隨時(shí)變化和發(fā)送機(jī)與接收機(jī)之間路徑存在多樣性造成的。在這種情況中，接收的信號表達(dá)為如下的時(shí)間離散基帶(字符取樣時(shí)間Ts)中的等效模型(復(fù)數(shù))Y(i)=Σm=0L-1g(i;m)a(i-m)+v(i)]]>其中a(i)是被發(fā)送的數(shù)值序列(例如PSK(相移鍵控)、QAM(正交調(diào)幅)、等價(jià)GMSK(高斯濾波最小頻移鍵控))，v(i)是增加的噪音(熱噪音加上外部干擾)和g(i；m),m=0,…,L-1是L個(gè)系數(shù)，它們表示包含發(fā)送和接收濾波器的發(fā)送信道的時(shí)變脈沖響應(yīng)。
特別是如同在移動無線電通信中發(fā)生的那樣，發(fā)送機(jī)和/或接收機(jī)的移動引起發(fā)送信道臨時(shí)的變化，它隨著運(yùn)輸工具的速度而加大，或者就如HF(高頻)無線電橋接那樣隨著大氣層的高度起伏而變化。這種變化可以用相干時(shí)間tc表示，它的定義是從統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)看，這一段時(shí)間內(nèi)信道沒有顯著的變化，或者等價(jià)地說，用多卜勒(Doppler)展寬Bd=1/tc來表示。把tc對符號時(shí)間ts規(guī)一化得到相繼的符號數(shù)Lc=tc/ts，可以認(rèn)為信道在符號時(shí)間內(nèi)幾乎是恒定的。在HF或移動無線電應(yīng)用中，Bd×Ts乘積的典型值從10-4(緩慢變化信道)到10-3(快信道)最大直到5×10-3或10-2(例如用于快速列車或飛機(jī)之類的高速運(yùn)輸工具)；相反，對小于10-4的信道可以認(rèn)為實(shí)際上靜止的。
為了得到在誤碼率(BER)方面滿意的性能，ISI的存在使得采用非線性均衡技術(shù)成為必要。在這些技術(shù)之中，最大似然序列估計(jì)(MLSE)算法減少了計(jì)算的復(fù)雜性，例如，歸功于用維特比(Viterbe)算法(MLSE-VA)來實(shí)施它，對于實(shí)際上是靜止的信道，因?yàn)閷σ粋€(gè)確定的接收到的符號的判定是根據(jù)在它的前面或后面的符號產(chǎn)生的，它提供顯然最好的性能。MLSE根據(jù)延遲D個(gè)接收到的樣本后的判定工作，通常選擇D是信道脈沖響應(yīng)長度L的數(shù)倍。在技術(shù)文獻(xiàn)中看到各種方式的MLSE解法的功效是它常用來均衡選頻信道，例如在通用序列計(jì)算(GSM)接收機(jī)中那樣。
當(dāng)發(fā)送信道隨時(shí)間變化，MLSE必須有一個(gè)信道估計(jì)器協(xié)同，它在發(fā)送一開始就進(jìn)行信道估計(jì)，然后在數(shù)據(jù)接收期間不斷地更新估計(jì)，不斷地提供給MLSE均衡器。這種解法稱為自適應(yīng)MLSE或AMLSE。信道估計(jì)器典型地采用在MLSE的輸出端的數(shù)據(jù)判定，并常常由一個(gè)梯度算法或一個(gè)卡爾曼(Kalman)濾波器來實(shí)施，卡爾曼濾波器(參考例如J.G.Proakis著的Digital Communication，第二版的6.8節(jié)。McGraw-Hill,1989出版)是最好的解決辦法。但是在任何情況下，更新在一個(gè)等于判定延遲D的時(shí)間后發(fā)生。
眾所周知，當(dāng)信道隨時(shí)間變化很快時(shí)，由于信道估計(jì)總是相對于數(shù)據(jù)延遲了D個(gè)符號，而在這段時(shí)間內(nèi)信道可能已按一個(gè)不可忽略的方式變化了，因此AMLSE均衡器大大失去它的效率。為了避免這個(gè)問題，可以向信道估計(jì)器提供低延遲的“試探”判定，然后用一個(gè)較大的判定延遲作為最終的判定。但是這種緩解并未解決上述的問題，因?yàn)樵囂降呐卸ū茸罱K的判定的可靠性低。另一個(gè)可能的解決辦法是基于所謂全部殘余路徑處理(PSP)，在一個(gè)MLSE均衡器中對每個(gè)可能的殘余路徑進(jìn)行不同的信道估計(jì)。這樣顯著地改善了性能，其代價(jià)是由于需要大量的信道估計(jì)器使計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜。
本發(fā)明的總的目標(biāo)是創(chuàng)造適用的一個(gè)方法和一個(gè)發(fā)送系統(tǒng)，用這種方法發(fā)送和接收數(shù)值信號即使在有噪音，隨時(shí)間變化很快的頻率色散信道的情況也能有高的效率，從而避免上述的缺點(diǎn)。
為了這個(gè)目標(biāo)，要根據(jù)本發(fā)明提供一個(gè)發(fā)送和接收包含在一個(gè)通信信道中傳播的信息數(shù)據(jù)中的數(shù)字信號的方法，它含有以下步驟。完成一幀信息，它包含要發(fā)送的信息數(shù)據(jù)序列，其間用已知數(shù)據(jù)組成的試探序列分開，在信道中發(fā)送這一幀，從信道中接收這一幀，對包含在這一接收幀中的試探序列計(jì)算出一個(gè)信道特性估計(jì)，用從試探序列找出的信道估計(jì)對數(shù)據(jù)序列進(jìn)行插值，和用插值得到的數(shù)據(jù)序列作為一個(gè)信道特征估計(jì)來均衡數(shù)據(jù)序列從而對接收到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)。
又根據(jù)本發(fā)明要提供一個(gè)當(dāng)通過一個(gè)通信信道發(fā)送信息數(shù)據(jù)序列時(shí)估計(jì)它的特性的方法，它含有以下步驟。把發(fā)送的數(shù)據(jù)序列插入由已知數(shù)據(jù)組成的試探序列，對試探序列計(jì)算信道特性估計(jì)，把計(jì)算的估計(jì)插值，和在接收信息數(shù)據(jù)序列時(shí)把插值的結(jié)果用作信道特征估計(jì)。
還要提供一個(gè)設(shè)備以發(fā)送和接收含有在通信信道中傳播的信息數(shù)據(jù)的數(shù)字信號，其特征在于在信道的兩端有一個(gè)發(fā)送設(shè)備和一個(gè)接收設(shè)備，其中發(fā)送設(shè)備又包含一個(gè)插入裝置和一個(gè)發(fā)送機(jī)，插入裝置在輸入端接收要發(fā)送的信息數(shù)據(jù)，并輸出由插入已知數(shù)據(jù)組成的試探序列的要發(fā)送的信息數(shù)據(jù)序列構(gòu)成的幀，發(fā)送設(shè)備又包含一個(gè)發(fā)送機(jī)，它把這一幀送到帶接收設(shè)備的信道上，接收設(shè)備又包含一個(gè)接收機(jī)用于接收信道上的幀，它帶有一個(gè)鑒別器用于從接收到的幀中分出試探序列和數(shù)據(jù)序列，一個(gè)估計(jì)器在輸入端接收試探序列并在輸出端對收到的試探序列提供信道估計(jì)特性，一個(gè)插值器在輸入端接收估計(jì)器輸出的估計(jì)，并由插值對數(shù)據(jù)序列產(chǎn)生需要的信道特性估計(jì)，和一個(gè)均衡器，接收插值器輸出的估計(jì)并根據(jù)它均衡從鑒別器抽取出的數(shù)據(jù)序列以輸出發(fā)送數(shù)據(jù)的正確序列。
為了清楚地解釋本發(fā)明的創(chuàng)新原理和它比已有技術(shù)的優(yōu)越，在下面借助于附圖以不限制上述原理應(yīng)用的方式舉例說明一個(gè)可能的實(shí)施例。圖中-

圖1表示根據(jù)本發(fā)明提供的被發(fā)送的幀結(jié)構(gòu)，-圖2和3表示根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)可能的變化例產(chǎn)生的信道估計(jì)，和-圖4表示可能用于本發(fā)明的數(shù)字信號發(fā)送和接收系統(tǒng)。
如圖1例中所示，根據(jù)本發(fā)明，信息數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)序列被插入試探序列或試探數(shù)據(jù)。試探數(shù)據(jù)是預(yù)先知道的并且還可以根據(jù)需要發(fā)送的信息數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，根據(jù)發(fā)送信道的相干時(shí)間和接收噪音電平而采取不同的方式插入。
例如在圖1a中發(fā)送PSK或QAM符號組成的數(shù)據(jù)是一種連續(xù)的符號序列，其中信息數(shù)據(jù)序列D包含許多由Ldata定義的符號，它們和包含許多由Lprobe定義的符號的試探序列S相交迭。每個(gè)試探序列或是作為在它前面的數(shù)據(jù)的后序碼，或是作為在它后面的數(shù)據(jù)的前序碼。數(shù)據(jù)序列和在它前面的試探序列組成一個(gè)由Lfra符號構(gòu)成的“幀”Lfra符號數(shù)等于Lfra=Lprobe+Ldata。在試探之間的幀、試探和數(shù)據(jù)的持續(xù)時(shí)間因此分別等于Tfra=Ts×Lfra,Tprobe=Ts×Lprobe和Tdata=Ts×Ldata以及Tdata=Tfra-Tprobe，其中Ts=符號時(shí)間。一個(gè)符號塊可以看成由一個(gè)數(shù)據(jù)塊和緊接在它的前面和后面的試探序列組成。連續(xù)的這樣定義的數(shù)據(jù)塊因此就相重疊，在它們中間就有一個(gè)共同的試探序列。
在圖1b中發(fā)送的是各自由一個(gè)試探數(shù)據(jù)的前序碼Spre、信息數(shù)據(jù)D和一個(gè)試探數(shù)據(jù)的后序碼Spos組成的獨(dú)立塊。前序碼的符號數(shù)Lpre和后序碼的符號數(shù)Lpos可以互相等并等于Lprobe。
在圖中1c發(fā)送的是相繼的塊，也就是說發(fā)送一個(gè)或多個(gè)相繼的塊，其中有中間的試探序列Smid隔開(稱為“中間碼”)，形成由一個(gè)前序的試探序列開始和有一個(gè)后序的試探序列的獨(dú)立的“信息包”。中間的符號數(shù)可以等于前面的和后面的符號數(shù)。
為簡潔起見，用“前序的和后序的試探序列”表示，在它們的中間有一個(gè)信息數(shù)據(jù)序列的成對試探序列，而不管它們是不是真正的中間試探序列或它們是否是同時(shí)在后續(xù)數(shù)據(jù)序列的前面和在前面數(shù)據(jù)序列的后面的序列。
根據(jù)本發(fā)明，在接收信號時(shí)，只對試探序列來估計(jì)信道。然后把找到的估計(jì)插值以得到對數(shù)據(jù)序列的信道估計(jì)。插值可以是線性的。
然后把找到的信道估計(jì)用于均衡從接收機(jī)輸出的信息數(shù)據(jù)。
一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送系統(tǒng)在圖4中用方框表示并且總的用參考號10指出。發(fā)送部件11接收一個(gè)要發(fā)送的信息數(shù)據(jù)的數(shù)字序列Din(例如PSK、QAM、等價(jià)GMSK等等)。一個(gè)插入器12把試探序列S插入Din序列中以提供一個(gè)預(yù)定的要發(fā)送的幀結(jié)構(gòu)(連續(xù)的、具有獨(dú)立塊的、相繼塊等等)。插入器的輸出在一個(gè)信號發(fā)送部件13開始。插入器和發(fā)送的部件本身是已熟悉的并且不難被業(yè)界人士想到，因此不再說明或表示。
接收部件14包含一個(gè)與信號發(fā)送部件13對應(yīng)的接收部件15。被接收信號送到一個(gè)鑒別器16，后者把試探和數(shù)據(jù)序列分開。試探序列被送到一個(gè)估計(jì)器17，后者輸出對被收到的試探序列的信道估計(jì)。該估計(jì)被送到一個(gè)插值器18，后者產(chǎn)生數(shù)據(jù)序列要求的信道估計(jì)。后一個(gè)估計(jì)被送到一個(gè)均衡器19，后者根據(jù)這個(gè)估計(jì)均衡收到的數(shù)據(jù)序列并且輸出正確的數(shù)據(jù)到發(fā)送系統(tǒng)。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用已知的格碼型或卷積型信道編碼對收到的序列編碼是有好處的。還發(fā)現(xiàn)被收到的序列在發(fā)送中受到不同方式的編集或交迭也是有好處的。
對試探序列作信道估計(jì)的算法，應(yīng)當(dāng)從估計(jì)算法中選用具有使估計(jì)值快速收斂的特性，當(dāng)然還加上給出小的估計(jì)誤差。這樣，Lprobe的長度就小，隨著得到高的Ldata/Lfra發(fā)送效率。
為了這個(gè)目標(biāo)可以用任何一種快速估計(jì)器，例如卡爾曼型。但是1997年7月25日提出的歐洲專利申請no°97 202 349.3中說明的卡爾曼型非線性迭代自適應(yīng)估計(jì)器的涉及已知輸入數(shù)據(jù)的版本已經(jīng)證明是特別有效的。用這種估計(jì)器得到在估計(jì)的精確度和收斂速度都最好的性能。
簡單地說，估計(jì)器基于以下迭代過程通常適用于QPSK或等價(jià)GMSK型的復(fù)調(diào)制。過程的步驟如下。0)由于發(fā)送的數(shù)據(jù)a(i)屬于試探序列，設(shè)x(i)=[a(i),…,a(i-L+1)]T是信道在第i瞬間接收機(jī)獲知的信道“狀態(tài)”的L維矢量(復(fù)數(shù))，并設(shè)g(i)=[g(i；0),…,g(i；L)]T是在i瞬間信道系數(shù)的矢量。這里和此后VT表示矢量v的轉(zhuǎn)置。
1)在第i步計(jì)算中g(shù)^(i/i-1)=Ag^(i-1/i-1)是g(i)的預(yù)測(一步)，也就是基于一直到第(i-1)步的觀察的g(i)的估計(jì)，這里g^(i-1/i-1)是g(i)在上述第(i-1)步找到的“過濾后”的估計(jì)，A是信道狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，是實(shí)數(shù)并具有L×L維矩陣，其中的元素是對信道過程按照一個(gè)一階自回歸過程(矢量的，L維)進(jìn)行模擬而得到的。如下所述，“過濾后”的估計(jì)是在最初一步(即是對試探序列的開頭)開始的。
2)迭代計(jì)算信道預(yù)測誤差的協(xié)方差的L×L矩陣如下Sg(i/i-1)=A[IL×L-K(i-1)xT(i-1)]Sg(i-1/i-2)AT+2{Rg(0)-ARg(0)AT]其中Rg(0)是信道過程g(i)的協(xié)方差矩陣，K(i-1)是上一步得到的濾波器增益，IL×L是L×L維的恒等矩陣。
3)濾波器增益計(jì)算如下K(i)=[Sg(i/i-1)M*x(i)/{N0+x(i)TMHSg*(i/i-1)Mx(n)}這里M是與信道的N個(gè)可能的狀態(tài)相聯(lián)系的“映射的”L×N矩陣，N0是噪音功率頻譜密度。這里和以后用記號B*表示一個(gè)矩陣或矢量B的共軛。
4)g(i)的“過濾的”估計(jì)的計(jì)算如下g＾(i/i)=g＾(i/i-1)+K(i)[Y(i)-g＾(i/i-1)TMx(i)]5)如果已到達(dá)試探序列的末尾，就用g^(i/i)構(gòu)成相聯(lián)系的信道估計(jì)；否則就增加指數(shù)i并返回到步驟1)。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，不管用什么調(diào)制規(guī)格發(fā)送信息數(shù)據(jù)，將前序碼以簡單的二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)規(guī)格，即在兩個(gè)電平上進(jìn)行發(fā)送是有好處的。果然，用這種方式使信道估計(jì)和QPSK一樣好，然而從計(jì)算的觀點(diǎn)QPSK是更加艱巨的。更大的調(diào)制規(guī)格導(dǎo)致更低的信道估計(jì)精度。
此外，信道估計(jì)在試探序列末尾的精度可以用重復(fù)多次上述的估計(jì)而改善，每次用同樣的試探序列，但每次都從上次迭代末尾得到的估計(jì)開始。用這種方法即使Lprobe較小以及一次迭代不能達(dá)到收斂也可以得到信道估計(jì)算法的收斂。
如前所述，信息數(shù)據(jù)信道估計(jì)是作為從試探序列信道估計(jì)插值而得到的。
為了達(dá)到這樣的目的，信道是根據(jù)前面的試探序列和跟隨信息數(shù)據(jù)序列的試探序列被估計(jì)的。
對于Ldata個(gè)信息符號出現(xiàn)在兩個(gè)試探之間的信道的性能是用插值算法來重構(gòu)的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)采用圖2中說明的一種簡單線性插值算法是有好處的，圖2中畫出一個(gè)可能的類別信道系數(shù)g(i；m)的實(shí)部Reg(i；m)或虛部Img(i；m)的軌跡(用實(shí)線畫出)。為簡單起見，這里仍然用g(i；m)表示它的實(shí)部或虛部不會因此引起模糊或混亂。
信道估計(jì)器追隨前序的和后序的試探序列軌跡(圖中用實(shí)線畫出可能的估計(jì)軌跡)并在它們的末端分別給出估計(jì)g^pre和g^post。參照圖2用線性插值重建g(i；m)的軌跡(圖中的虛線)如下g(i;m)=(g^post(i-i_pre)+g^pre[Ldata+Lpre-(i-i_pre)])(Ldata+Lpre)]]>這里ipre是前序碼末尾瞬間，所以后序碼末尾瞬間是i_pre+Ldata+Lpost。
因?yàn)樯鲜龅木€性插值總會丟失精度而偏離g^pre和g^post估計(jì)，即是說，在數(shù)據(jù)塊的中心，可能再重復(fù)一次該信道估計(jì)算法，但是從g^post估計(jì)開始沿相反方向經(jīng)過后序碼回到它的起點(diǎn)。于是得到的估計(jì)g^post’用于線性插值中按照上述同樣的方式代替g^post。這些都在圖3中表示。
一旦由對數(shù)據(jù)序列插值得到信道估計(jì)，就可以用熟知的洽當(dāng)?shù)腗LSE-VA版本的帶有判定延遲D的算法，采取上述的信道插值估計(jì)逐個(gè)符號地識別數(shù)據(jù)。特別是在第i瞬間當(dāng)VA判定格子(trellis)階段，用信道估計(jì)逐步計(jì)算這一瞬間的矩陣。VA從一個(gè)根據(jù)最后若干個(gè)已知的前序碼符號計(jì)算的已知的初始狀態(tài)開始，到一個(gè)根據(jù)最先若干個(gè)后序的符號計(jì)算的已知的最終狀態(tài)結(jié)束。
對于后來收到的數(shù)據(jù)塊，疊代地重復(fù)進(jìn)行對試探序列的信道估計(jì)、對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行信道估計(jì)插值和數(shù)據(jù)識別。如果發(fā)送是像圖1a那樣的連續(xù)序列或按圖1c的由中間碼分隔的相繼數(shù)據(jù)塊，g^post估計(jì)就成了隨后那個(gè)數(shù)據(jù)塊的g^pre，后者就不需要重算了。因此當(dāng)每次疊代中對后序碼估計(jì)信道時(shí)，前序碼的估計(jì)就已經(jīng)適合了。這樣有助于減少根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算復(fù)雜性。
在試探序列的開始必須把信道估計(jì)和相應(yīng)的誤差矩陣Sg(i/i-1)初始化。在如圖1a所示那樣連續(xù)序列發(fā)送或如圖1c那樣發(fā)送相繼數(shù)據(jù)塊的情況，并且如果Tdata不大于信道的相干時(shí)間tc，迭代信道估計(jì)器可以方便地用上一個(gè)試探序列的信道估計(jì)來初始化、就得到良好的初始近似而給出快速收斂(如圖2所示)，因而可以選擇相對較小的Lprobe。
對于第一個(gè)被發(fā)送的試探序列，信道估計(jì)器被初始化為零，并且可以設(shè)想用一個(gè)比以后的試探稍長的試探序列作為這個(gè)試探序列。
再說，在連續(xù)序列或相繼數(shù)據(jù)塊發(fā)送并且Ldata高到認(rèn)為信道從一個(gè)試探到下一個(gè)試探中已經(jīng)有不小的變化的情況，在每個(gè)試探的開始把迭代信道估計(jì)器初始化為零是更加合適的。于是試探序列必須有足夠長的Lprobe，以便即使為了方便多次重復(fù)估計(jì)而常常用同樣的試探序列，但每次的開始都用上次迭代最后得到的估計(jì)，在這樣的情況仍然保證收斂可能性。
在像圖1b所示那樣以獨(dú)立的數(shù)據(jù)塊發(fā)送的情況，在眾多理由之中，由于信道常常從一塊到另一塊大不相同，就會如所謂跳頻那樣，不同的數(shù)據(jù)塊會在不同的頻帶上發(fā)送，信道估計(jì)器必須對前序碼初始化為零。在這種情況下，可以把前序碼使用得比后序碼稍為長些。
在所有上述情況下，預(yù)測誤差的協(xié)方差矩陣Sg(i/i-1)被初始化為等于對信道初始假設(shè)的值和信道真實(shí)值之間誤差的協(xié)方差矩陣。
無論如何，被發(fā)送的幀的結(jié)構(gòu)被組成-由試探序列和信息數(shù)據(jù)組成-實(shí)際上使Lprobe稍為小于Ldata使發(fā)送效率Ldata/Lfra在30％到90％之間或多些，尤其是至少大于50％，這樣是有好處的。
但是Lprobe必須大到足夠使上述的迭代估計(jì)算法收斂和存在噪音時(shí)提供良好的信道估計(jì)，可能重復(fù)估計(jì)要做多次而常常用同樣的試探序列，但每次的開始都用上次迭代最后得到的估計(jì)。在這個(gè)題目上必須明確的是因?yàn)樯鲜鲂诺拦烙?jì)器是以例子的方法說明的，就要求信道的狀態(tài)是已知的，而實(shí)際上估計(jì)只是從試探序列的第L個(gè)符號開始，因此用數(shù)目等于Lprobe-L+1的符號而不是Lprobe的數(shù)目。
Ldata不能太大，否則信道會從一個(gè)前序碼到下個(gè)同步碼有顯著的變化，從而降低以后插值的精度。因?yàn)閿?shù)據(jù)判定只在收到后序碼以后才進(jìn)行，即有一個(gè)Tdata+Tprobe的延遲，它必須加上判斷處理的時(shí)間，Ldata不能太大以便使這個(gè)延時(shí)在系統(tǒng)規(guī)定以內(nèi)。
在這一點(diǎn)上，顯然達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，允許在一個(gè)具有許多時(shí)變路徑因而會產(chǎn)生時(shí)間和頻率畸變的通信信道上以很好的效果發(fā)送和接收數(shù)字信號。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)送策略是基于以下情況，即使Bd×Ts值很高(比如高達(dá)10-2)，信道的特性變化相對于符號頻率變化較慢。結(jié)果，可以根據(jù)試探序列周期地測量由信道系數(shù)g(i；m)設(shè)定的值，然后在一個(gè)試探和下一個(gè)試探(即為信息數(shù)據(jù)發(fā)送)之間用適當(dāng)?shù)牟逯抵亟ㄋ男再|(zhì)。
如果Ldata不大，線性插值沿著數(shù)據(jù)序列給出良好的信道估計(jì)，因?yàn)閷?shí)際上，組成信道軌跡的曲線連續(xù)地被相當(dāng)短的直線段逼近。
此外，不用降低估計(jì)精度的現(xiàn)有系統(tǒng)的存在判定誤差的數(shù)據(jù)判定是有效率的。還發(fā)現(xiàn)不用現(xiàn)有系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)判定，會顯然減少關(guān)于自適應(yīng)均衡器沿著整個(gè)收到的包含信息數(shù)據(jù)的序列進(jìn)行信道估計(jì)的計(jì)算負(fù)擔(dān)。
如果調(diào)制是BPSK型或，總之，如果采用BPSK規(guī)格，即雙電平，在它的實(shí)數(shù)據(jù)(但復(fù)信道)方式，信道估計(jì)器對試探序列的計(jì)算復(fù)雜性實(shí)際上可以和經(jīng)典的卡爾曼估計(jì)器一樣。
計(jì)算負(fù)荷確實(shí)是減少了，因?yàn)樾诺拦烙?jì)器只對試探序列作用。帶時(shí)延D的MLSE均衡器的復(fù)雜性和一般VA的一樣。因此根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置不難用通常適用的線路和技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)然，上述用本發(fā)明創(chuàng)新的原理的實(shí)施例是以上述原理在這里要求的排他性權(quán)利范圍內(nèi)以非限制方式給出的。比如估計(jì)器可能是不同于所述的而所用的插值技術(shù)也可能不同，甚至兩者都比上述所用的形式更加優(yōu)越。
權(quán)利要求
1．發(fā)送和接收由通信信道中傳播的信息數(shù)據(jù)組成的數(shù)字信號的方法，包括以下步驟a)提供一個(gè)由被已知數(shù)據(jù)組成的試探序列分隔的信息數(shù)據(jù)序列構(gòu)成的幀；b)把這樣的幀發(fā)送到信道上；c)從信道接收這一幀；d)對收到的幀里的試探序列計(jì)算出信道特性估計(jì)；e)根據(jù)在上述步驟d)得到的信道估計(jì)對數(shù)據(jù)序列進(jìn)行插值；和f)用插值的結(jié)果作為數(shù)據(jù)序列信道特征估計(jì)來均衡數(shù)據(jù)序列，實(shí)現(xiàn)對信息數(shù)據(jù)識別。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于一幀包含由一個(gè)前面放置一個(gè)前序試探序列和后面放置一個(gè)后序試探序列的信息數(shù)據(jù)序列組成的數(shù)據(jù)塊。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的方法，特征在于每個(gè)數(shù)據(jù)塊有后序試探序列，它們構(gòu)成緊接在后面的數(shù)據(jù)塊的前序試探序列。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的方法，特征在于數(shù)據(jù)塊按數(shù)塊信息包來組織，每個(gè)信息包在時(shí)間上和前面以及后面的信息包分隔。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于插值是基于緊接在數(shù)據(jù)序列前面和后面的試探序列的估計(jì)進(jìn)行的線性插值。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的方法，特征在于在數(shù)據(jù)序列后面的試探序列的信道估計(jì)是沿相反方向經(jīng)歷上述試探序列得到的。
7．根據(jù)權(quán)利要求5的方法，特征在于一個(gè)數(shù)據(jù)序列的類別信道系數(shù)的軌跡g(i；m)按下式進(jìn)行線性插值g(i;m)=(g^post(i-i_pre)+g^[Ldata+Lpre-(i-i_pre)])(Ldata+Lpre)]]>這里g^pre和g^post分別是在數(shù)據(jù)序列前面和后面的前序和后序的試探序列的計(jì)算估計(jì)，i_pre是前序碼瞬間的末尾，Ldata是數(shù)據(jù)序列的長度，和Lpre是前序碼的長度。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于試探序列的信道特性估計(jì)是用一個(gè)自適應(yīng)非線性迭代卡爾曼濾波器進(jìn)行的。
9．根據(jù)權(quán)利要求8的方法，特征在于卡爾曼濾波器工作是按照以下迭代過程a)在第ⅰ步計(jì)算中g(shù)^(i/i-1)=Ag^(i-1/i-1)是g(i)的預(yù)測(一步)，也就是說，基于一直到第(i-1)步的觀察的g(i)的估計(jì)，這里g^(i-1/i-1)是g(i)在上述第(i-1)步找到的“過濾后”的估計(jì)，A是信道狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，是實(shí)數(shù)并具有L×L維的矩陣，其中的元素是對信道過程按照一個(gè)一階自回歸過程(矢量的，L維)進(jìn)行模擬而得到的；b)迭代計(jì)算信道預(yù)測誤差的協(xié)方差的L×L矩陣如下Sg(i/i-1)=4[IL×L-K(i-1)xT(i-1)]Sg(i-1/i-2)AT+2{Rg(0)-ARg(0)AT]其中Rg(0)信道過程g(i)的協(xié)方差矩陣，K(i-1)是上一步得到的濾波器增益，IL×L是L×L維的恒等矩陣。c)濾波器增益計(jì)算如下K(i)=[Sg(i/i-1)M*x(i)/{N0+x(i)TMHSg*(i/i-1)Mx(n)}這里M是與信道的N個(gè)可能的狀態(tài)相聯(lián)系的“映射的”L×N矩陣，N0是噪音功率頻譜密度。這里和以后用記號B*表示一個(gè)矩陣或矢量B的共軛。d)g(i)“過濾的”估計(jì)的計(jì)算如下g＾(i/i)=g＾(i/i-1)+K(i)[Y(i)-g＾(i/i-1)TMx(i)]e)如果已到達(dá)試探序列的末尾，就用g^(i/i)構(gòu)成相聯(lián)系的信道估計(jì)；否則就增加指數(shù)i并返回到步驟1)。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的方法，特征在于如果數(shù)據(jù)序列的持續(xù)時(shí)間Tdata不大于信道相干時(shí)間tc，迭代過程就從由上一個(gè)試探序列得到的信道估計(jì)開始。
11．根據(jù)權(quán)利要求9的方法，特征在于迭代過程在每個(gè)試探序列的開頭從零開始。
12．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于信息數(shù)據(jù)的識別是按照帶判定延遲D的MLSK-VA算法用上述信道插值估計(jì)逐個(gè)符號進(jìn)行的。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的方法，特征在于對應(yīng)于第ⅰ瞬間的VA的判定格子階段的矩陣是用這一瞬間的信道估計(jì)，用VA從基于緊接在數(shù)據(jù)序列前面的若干個(gè)試探序列的最后一個(gè)符號計(jì)算的已知初始狀態(tài)開始，并且以基于緊接在數(shù)據(jù)序列后面的一個(gè)試探序列的最先若干個(gè)符號計(jì)算的已知最終狀態(tài)結(jié)束逐步計(jì)算的。
14．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于接收到的幀是用格子信道碼編碼的。
15．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于接收到的幀是用卷積信道碼編碼的。
16．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于幀在發(fā)送中可以經(jīng)過不同的編碼。
17．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于幀在發(fā)送中可以交錯(cuò)進(jìn)行。
18．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于調(diào)制試探序列用二進(jìn)制調(diào)制，而調(diào)制數(shù)據(jù)序列用較高階的調(diào)制。
19．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于試探序列末尾的信道估計(jì)是迭代地重復(fù)多次試探序列的信道估計(jì)，每次用同樣的試探序列，但每次都從上次迭代末尾得到的估計(jì)開始。
20．估計(jì)一個(gè)正在由它發(fā)送信息數(shù)據(jù)序列的通信信道的特性的方法，包括以下步驟-把要發(fā)送的數(shù)據(jù)序列插入由已知數(shù)據(jù)組成的試探序列；-對試探序列計(jì)算信道特性估計(jì)；-對計(jì)算出的估計(jì)插值；和-用插值的結(jié)果作為接收信息數(shù)據(jù)序列時(shí)的信道特性估計(jì)。
21．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，特征在于對于一個(gè)數(shù)據(jù)序列，插值是線性插值，從一個(gè)緊接在數(shù)據(jù)序列前面的試探序列和一個(gè)緊接在數(shù)據(jù)序列后面的試探序列的信道特性估計(jì)開始進(jìn)行。
22．用于發(fā)送和接收由通信信道傳播的信息數(shù)據(jù)的設(shè)備，其特征在于它包含在信道兩端的一個(gè)發(fā)送設(shè)備(11)和一個(gè)接收設(shè)備(14)；發(fā)送設(shè)備又包含下列裝置-一個(gè)插入裝置(12)在輸入端接收要被發(fā)送的信息數(shù)據(jù)，并輸出將一個(gè)用已知數(shù)據(jù)組成的試探序列插入到要發(fā)送的數(shù)據(jù)序列所構(gòu)成的幀；-一個(gè)發(fā)送機(jī)(13)通過一個(gè)帶接收裝置的信道發(fā)送該幀，該接收裝置又包含-一個(gè)接收機(jī)(15)，接收從信道來的幀；-一個(gè)鑒別器(16)從接收到的幀中分離出試探序列和數(shù)據(jù)序列；-一個(gè)估計(jì)器(17)在輸入端接收試探序列，并在輸出端提供對收到的試探序列的信道特性估計(jì)；-一個(gè)插值器(18)在輸入端接收估計(jì)器輸出的估計(jì)，并插值產(chǎn)生需要的對數(shù)據(jù)序列的信道特性估計(jì)；和-一個(gè)均衡器(19)接收插值器輸出的估計(jì)，并根據(jù)它均衡從鑒別器提取的數(shù)據(jù)序列以輸出一個(gè)正確的發(fā)送數(shù)據(jù)序列。
全文摘要
一個(gè)估計(jì)發(fā)送信道和通過信道發(fā)送和接收數(shù)字信號的方法,它包括步驟:發(fā)送已插入試探序列的數(shù)據(jù)序列,在接收中對試探序列計(jì)算一個(gè)信道特性估計(jì)和對數(shù)據(jù)序列的信道估計(jì)插值。得到插值估計(jì)之后,發(fā)送和接收的方法包括附加的用插值的結(jié)果均衡數(shù)據(jù)序列以識別收到的信息的階段。采用本方法的設(shè)備在信道的一端有一個(gè)裝置(12)用于把試探序列插入數(shù)據(jù)序列之間,在另一端有一個(gè)鑒別器(16)用于分離出試探和數(shù)據(jù)序列。
文檔編號H04L25/02GK1215269SQ9812342
公開日1999年4月28日 申請日期1998年10月22日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月22日
發(fā)明者羅伯特·卡薩尼 申請人:泰利泰爾有限責(zé)任公司