專利名稱：調制檢測方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種調制檢測方法，包括從接收信號中采樣，確定基準星座點，計算從采樣點到基準星座點的路徑特定的差錯量，將對應于基準星座點的路徑特定的差錯量傳送到調制檢測器。
在無線信道上傳送信息時，應當對需要傳送的信號進行調制。調制過程將信號轉換成可以在射頻上發(fā)送的形式。例如，如果某種調制方法允許在盡可能窄的頻段上傳送盡可能多的信息，則認為該調制方法是有效的。根據(jù)使用的目的，也可以強調其他特性。調制過程對相鄰信道的干擾也應當盡可能少。
調制方法包括例如π/4-DQPSK(相移為π/4的差分四分相移鍵控)調制。這種調制方法包括8個相位狀態(tài)，但僅有4種相移。允許的相移(碼元)是±π/4和±3π/4。圖3A示出了調制相移圖(星座)。每個相移對應于需要發(fā)送的兩個比特。換句話說，數(shù)字信號將載波調制成兩比特周期，使得每個碼元周期期間的給定相移對應于給定的兩比特組合。碼元周期是指兩比特傳送過程中采用的信號周期。對應于比特組合00、01、10和11的相移是π/4、3π/4、-π/4和-3π/4。例如在TETRA系統(tǒng)(陸地中繼無線)中使用的碼元頻率是18kHz，比特頻率是36kHz。
在接收信號時，需要對它進行解調以檢測其中的信息。但是，通過無線路徑傳送的信號會因不同原因而失真，從而導致調制檢測復雜化。信號受損現(xiàn)象包括例如噪聲和碼元間干擾(ISI)。實現(xiàn)能容忍噪聲的調制檢測的一種已知方案是MLSE檢測器(最大似然序列估計)，它利用了眾所周知的維特比算法，即序列檢測。維特比算法是一種根據(jù)路徑差錯量確定最可能信號路徑的方法。這里，信號路徑是指連續(xù)調制碼元的不同組合。在MLSE檢測器中，創(chuàng)建這種方案的信號路徑，根據(jù)由多個連續(xù)調制碼元組成的信號路徑的差錯量，檢測對應于給定信號周期的比特。路徑中包含的連續(xù)碼元周期越多，該方法所提供的干擾星座越好。實際上，在該連接中，使用的術語是檢測深度，即指路徑長度。
上述方案的問題在于，如果檢測深度，即路徑所包含的碼元周期的數(shù)量增加，那么路徑的數(shù)量也增加。在采用例如π/4-DQPSK調制時，每個碼元周期包括4個不同的碼元選項，使得每個周期中路徑的數(shù)量增加4倍。這則大大增加了所需的計算容量。
本發(fā)明的目的是提供一種解決上述問題的方法。本發(fā)明的目的通過一種方法來實現(xiàn)，該方法的特征在于，從基準星座點中選出具有最小差錯量的星座點，最好是兩個，僅將對應于這兩個星座點的差錯量傳送給調制檢測器。
本發(fā)明的基本思想是，在每個碼元周期期間，選擇對應于這樣的碼元的星座點，該碼元與從信號中得到的采樣點最為接近。在例如π/4-DQPSK調制中，假定采樣點非常可能是兩個最接近星座點中的一個，因此，選擇這兩個點以進行進一步處理。在進一步處理中，丟棄了其余的兩個星座點。
本發(fā)明方法的優(yōu)點在于，因為在最初階段丟棄了不可能的選項，所以減少了所需的計算。這則增加了給定計算容量下允許的檢測深度。
本發(fā)明還涉及一種調制檢測設備，該設備包括從信號中采樣的裝置，確定基準星座點，計算從采樣點到基準星座點的路徑特定的差錯量的裝置，該設備在調制檢測器中使用對應于基準星座點的路徑特定的差錯量以檢測比特，該設備的特征在于，從基準星座點中選出具有最小差錯量的星座點，最好是兩個，在調制檢測器中僅使用對應于這兩個星座點的差錯量。這種設備通過簡單的結構實現(xiàn)本發(fā)明的調制檢測方法所給出的優(yōu)點。
下面結合附圖，通過優(yōu)選實施例詳細描述本發(fā)明，在附圖中

圖1是按照TETRA系統(tǒng)的接收結構的框圖；圖2是TETRA系統(tǒng)的幀結構的簡化平面圖；圖3A是π/4-DQPSK調制的相移圖3B示出了π/4-DQPSK調制的星座點；圖4是按照一種實施例的自適應MLSE檢測器及相關的信道估計器的框圖；圖5是16狀態(tài)檢測器的格構圖；圖6是4狀態(tài)檢測器的格構圖；圖7示出了兩個星座點情況下，在4碼元周期期間信號路徑的格式；圖8是本發(fā)明實施例的格構圖。
下面結合TETRA系統(tǒng)描述本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于任何給定的系統(tǒng)或調制方法。
在TETRA系統(tǒng)中，通過塊編碼和卷積編碼對從管理層MAC(媒質訪問層)接收的信息比特進行編碼，因而能夠檢測并可能糾正信號在無線路徑上生成的差錯。對編碼比特進行交織，分離連續(xù)的比特。如果發(fā)送的信號在無線路徑上遭受瞬時干擾，那么交織有助于差錯糾正。交織比特通過給定的色碼混合，利用色碼可以識別出不同基站的發(fā)送。在復用中，組合不同邏輯信道的比特。然后，利用復用的比特生成字符串。字符串是一個TDMA(時分多址)時隙或子時隙中發(fā)送的結構。字符串由數(shù)據(jù)比特字段20和22，以及它們之間的訓練序列21組成，如圖2所示，訓練序列21位于字符串中間。差分編碼根據(jù)字符串的比特對生成了調制碼元。由碼元控制調制的載波在發(fā)射機中放大，并發(fā)送到無線路徑。
采用的調制是上述π/4-DQPSK(相移為π/4的差分四分相移鍵控)調制。這種調制方法包括8個相位狀態(tài)，但僅有4種相移。允許的相移(碼元)是±π/4和±3π/4。實際上，π/4-DQPSK星座以兩個4點星座之間的碼元的間隔變化，圖3B中由4個黑點(第一星座)和4個白點(第二星座)表示。在碼元周期變化時，僅發(fā)生從白點到黑點的變化和從黑點到白點的變化。這8個星座點中的每一個可以由數(shù)字0到3來表示，如圖3B所示。無線信道的不理想性可能會導致星座點的變化。
圖1是例如TETRA系統(tǒng)中按照本發(fā)明的接收機結構的框圖。僅示出了對描述本發(fā)明而言重要的接收機部件。在接收過程中，從天線(未示出)接收信號，射頻部件首先處理信號。然后通過A/D轉換器(未示出)在中頻信號中采樣。樣本被傳送到同步部件11，由圖1的信號RF1表示。同步部件11在得到的樣本中搜索與幀結構相關聯(lián)的訓練序列，利用它精確地確定采樣時刻，即所有碼元在樣本流中的位置。同步部件也控制接收機的射頻部件，將到達A/D轉換器的信號維護在最優(yōu)值。同步部件將幀傳送到信道均衡器和檢測器部件14。信道均衡器均衡無線路徑信道所引起的不理想性，相關的檢測器檢測信息比特。最后，在成幀部件18中根據(jù)幀生成邏輯信道，并發(fā)送以進行進一步處理。
以上描述了接收機的通用結構的一個例子，以助于理解本發(fā)明。但是，接收機的結構可以有所變化，而不偏離本發(fā)明，本發(fā)明面向接收機的MLSE檢測器。
在本發(fā)明的主實施例中，MLSE檢測器具有維特比算法。這樣，自適應MLSE檢測器包括維特比檢測器41和至少一個自適應信道估計器42a(a＝1到Mv)，如圖4所示。維特比檢測器41利用無線信道脈沖響應的信道估計器42a所生成的描述，估計發(fā)送的序列rn。信道估計器42a利用維特比檢測器41所生成的判決Jn，或者利用預定判決，自適應地估計無線信道脈沖響應。按照本發(fā)明，一個信道估計對應于維特比檢測器的一個序列。這些估計可以通過一個公共信道估計器來實現(xiàn)，但這會削弱信道估計器的跟蹤能力。圖4所示實施例包括多個并行信道估計器42a，其數(shù)量最好與存在的序列相同。
對無線路徑而言，發(fā)送信號一般沿多個傳播路徑到達接收機，每個路徑具有特定的時延，信道特性也隨著時間變化。例如，無線路徑上反射并延時的射束會引起所謂的碼元間干擾(ISI)。信道的頻率響應或脈沖響應可以通過離散定時濾波器來估計，離散定時濾波器是其抽頭系數(shù)模擬無線信道的信道估計器。信道估計器用于描述無線信道的狀態(tài)。
在本描述中，信道估計器一般指估計和維護復雜的無線信道脈沖響應描述的機制。信道估計的更新方法是這種機制的必要部分。在TETRA系統(tǒng)中，可以利用LMS(最小均方)算法更新信道估計。為了在實際的信息比特開始之前，確保LMS算法的收斂，檢測器14必須得到信道狀態(tài)的優(yōu)化初始估計。該估計得自同步裝置11，后者在搜索最優(yōu)采樣時刻時，計算接收信號的訓練序列21和訓練序列的存儲版本之間的復雜的互相關。通過互相關計算可以得到信道估計的初始值，該值給出了訓練序列期間信道的平均狀態(tài)。信道均衡和碼元檢測一直到接收到訓練序列之后才啟動。這是因為，碼元同步能夠盡可能精確地調整碼元定時，生成初始信道估計。在估計初始化之后，總是利用以下過程來完成前向和后向信道均衡訓練檢測器14通過訓練序列21向字符串尾端處理，或者相應地向首端處理，如圖2所示。
維特比算法是為對應于多個信號路徑中最大可能性的信號路徑搜索格構，在這些信號路徑中，一個信道估計對應于每個信號路徑。在格構搜索的每個階段，ML序列在檢測器中傳播，每個ML序列具有基于歐幾里德距離的特定路徑矩陣。MLSE檢測的主要思想在于，嘗試根據(jù)信道當前狀態(tài)的信息，即信道估計，構造基準星座點。一旦根據(jù)最佳信號路徑計算并選擇了基準星座點，那么可以為每個信道估計計算基準點和接收樣本之間的差值。這種誤差可以用于更新信道估計器。因為計算復雜性隨著長度L以指數(shù)級增長，所以檢測器的實際實現(xiàn)只有在M和L的值相對較小時才可行。在例如傳送語音的蜂窩無線系統(tǒng)中，經(jīng)常選擇較小的M和L的值，例如M＝4和L＝2。
在圖3B的星座中，例如M＝4。如果信道估計給出了前一碼元、當前碼元和下一碼元的組合效果，則L＝2。在這種情況下，不同星座點組合的數(shù)量，狀態(tài)是16。這要求16狀態(tài)檢測器，其格構圖如圖5所示。示出了從白星座到黑星座的變化。因此，每個狀態(tài)將包括4個路徑，將選擇其中的最佳路徑進行進一步處理。
圖6示出了4狀態(tài)維特比檢測器的格構圖，其中星座以兩個4點星座之間的碼元的間隔變化，與16狀態(tài)檢測器的情況相同(M＝4)。狀態(tài)的定義與16狀態(tài)檢測器不同，狀態(tài)僅通過當前星座點，而不是兩個連續(xù)星座點來確定，即L＝1。黑點給出了可選調制碼元，其編號為0到3。圖6示出了未使用本發(fā)明方法時，僅兩個碼元周期期間的4*4＝16個路徑。從1到16的可選路徑是100501902 1303210611101214133207211122152343083112321633圖5和6清楚地示出了檢測長度或路徑L是如何影響計算的復雜性。另一方面，長度L越大，最佳路徑的選擇越精確。
按照本發(fā)明，通過以下過程可以減少所需的計算在格構搜索的給定階段定義的基準星座點中選擇若干，最好是2個，具有最小差錯量的星座點。在格構搜索的下一階段，僅使用這些選出的基準點，而不象常規(guī)的MLSE檢測器那樣使用所有基準點。因為設備(通常是信號處理器)的性能需求更低，可以直接使用更少的計算，從而降低了設備的價格和功率消耗，或者因為計算的信號路徑較長，改進了檢測的精確度。
下面通過例子描述本發(fā)明的檢測過程。
首先，同步部件將無線信道的初始估計傳送到估計器。然后進行通過訓練序列21和前半時隙20的后向檢測，以及相應地進行通過訓練序列21和后半時隙22的前向檢測。
在后向檢測中，MLSE檢測器開始從訓練序列的尾端后向向字符串的首端檢測訓練序列21的比特，如圖2所示。MLSE檢測器基于該訓練序列，生成可選信號路徑，其數(shù)量取決于所用的檢測深度。如果在檢測實際的信息比特時，在訓練序列之后采樣了第一IQ樣本，那么基于對應于最佳已知信號路徑的信道估計確定基準星座點。最佳已知路徑是差錯量(路徑上的點的組合差錯量)最小的路徑，因此，對應的信道估計可能最接近于信道的實際狀態(tài)。
接著，計算從采樣點到4個基準星座點中每一個的差錯量。在這4個基準星座點中，選擇具有最小差錯量的兩個點進行進一步考察。如果基于最佳路徑的信道估計選擇了最佳的兩個星座點，那么在碼元周期上具有最佳量N的星座點標記成編號0，而次佳星座的編號為1。為其他路徑確定對應于這兩個選出的點的路徑特定的基準星座點。這減少了計算需求，因為只需要為最佳路徑確定所有4個基準星座點，而其他路徑只需確定2個基準星座點。接著，將對應于這兩個選出的星座點的差錯量分別加入路徑的差錯量中，計算出路徑的差錯量。因此，為每個舊路徑得到兩個新的路徑。最后，得到的路徑特定的差錯量并傳送給維特比檢測器，后者選擇最佳路徑以進一步處理。這樣，活躍路徑的數(shù)量保持不變，因為檢測器丟棄了一半路徑。上述處理繼續(xù)開始新的樣本IQ的采樣，直至處理完前半個時隙的所有信息比特。
圖7示出了采用本發(fā)明方法情況下信號路徑的格式圖。每個碼元周期僅有兩個調制碼元，標記成0和1，路徑的數(shù)量是2N，其中N是需要考慮的碼元周期的數(shù)量。在圖7的情況下，在4個碼元周期期間得到了16個不同的路徑方案，它們是100005010091000 131100200016010110100114110130010701101110101511104001180111121011161111圖8示出的格構圖說明了按照一種實施例采用本發(fā)明方法時，在上述情況下的系統(tǒng)狀態(tài)和變化。
根據(jù)上述情況，可以認定，在所需計算容量取決于需要處理的路徑數(shù)量時，在給定計算容量下可以通過在開始處理時丟棄不可能的碼元選項來大幅度增加檢測深度。
當上述處理到達前半時隙20的首端時，從活躍路徑中選出在字符串的整個前半時隙20上具有最佳量的路徑，然后，回溯該路徑到訓練序列21的首端。在回溯過程期間完成碼元檢測。
在前向檢測上，MLSE檢測器開始從訓練序列首端前向向字符串的尾端檢測訓練序列21的比特，如圖2所示。最佳路徑的搜索一直象上述那樣繼續(xù)，直至到達后半時隙22的尾端。然后，選出在字符串的整個后半時隙22上具有最佳量的路徑，回溯該路徑到訓練序列21的尾端。在回溯過程期間完成碼元檢測。
此時，已檢測完字符串的所有比特。
盡管這種實施例描述給出了采用π/4-DQPSK調制的TETRA系統(tǒng)中本發(fā)明方法的使用，但它決不限制本發(fā)明方法在其他類型系統(tǒng)中的應用。因此，采用的調制方法可以是另一方法，類似地，也可以使用另一檢測算法來代替維特比算法。
對本領域技術人員而言，顯然隨著技術的進步，本創(chuàng)新概念可以以若干不同方式實現(xiàn)。這樣，本發(fā)明及其實施例并不局限于上述例子，而是可以在權利要求書范圍內有所變化。
權利要求
1.一種調制檢測方法，包括從接收信號中采樣，確定基準星座點，計算從采樣點到基準星座點的路徑特定的差錯量，將對應于基準星座點的路徑特定的差錯量傳送到調制檢測器，其特征在于，從基準星座點中選出具有最小差錯量的星座點，最好是兩個，僅將對應于這兩個星座點的差錯量傳送給調制檢測器。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，基于對應于根據(jù)對應于最佳已知路徑的信道估計確定的基準星座點的差錯量，為所有路徑選擇星座點，將對應于這些星座點的差錯量傳送給調制檢測器。
3.根據(jù)權利要求2的方法，其特征在于，基于對應于每個路徑的信道估計路徑特定地確定基準星座點。
4.根據(jù)權利要求3的方法，其特征在于，在基于對應于根據(jù)對應于最佳已知路徑的信道估計確定的基準星座點的差錯量，選擇了具有最小差錯量的星座點之后，為其它路徑僅確定對應于選擇的星座點的路徑特定的基準星座點和相應的差錯量。
5.根據(jù)權利要求1到4中任意一項的方法，其特征在于，調制檢測器是一個維特比檢測器。
6.根據(jù)權利要求1到5中任意一項的方法，其特征在于，從接收的信號中讀取訓練序列(21)，根據(jù)訓練序列生成信道狀態(tài)的初始估計，讀取前半時隙(20)，生成可選信號路徑，選擇具有最佳差錯量的信號路徑，檢測對應于前半時隙中最佳信號路徑的比特，從接收的信號中讀取訓練序列(21)，根據(jù)訓練序列生成信道狀態(tài)的初始估計，讀取后半時隙(22)，生成可選信號路徑，選擇具有最佳差錯量的信號路徑，檢測對應于后半時隙中最佳信號路徑的比特。
7.一種調制檢測設備，該設備包括從信號(RF1)中采樣的裝置，確定基準星座點，計算從采樣點到基準星座點的路徑特定的差錯量的裝置(14)，該設備在調制檢測器(14)中使用對應于基準星座點的路徑特定的差錯量以檢測比特，其特征在于，從基準星座點中選出具有最小差錯量的星座點，最好是兩個，在調制檢測器(14)中僅使用對應于這兩個星座點的差錯量。
8.根據(jù)權利要求7的設備，其特征在于，基于對應于根據(jù)對應于最佳已知路徑的信道估計確定的基準星座點的差錯量，為所有路徑選擇星座點，將對應于這些星座點的差錯量傳送給調制檢測器。
9.根據(jù)權利要求8的設備，其特征在于，基于對應于每個路徑的信道估計路徑特定地確定基準星座點。
全文摘要
一種調制檢測方法和設備,包括從接收信號中采樣,確定基準星座點,計算從采樣點到基準星座點的路徑特定的差錯量,將對應于基準星座點的路徑特定的差錯量傳送到調制檢測器(14)。從基準星座點中選出具有最小差錯量的星座點,最好是兩個,僅將對應于這兩個星座點的差錯量傳送給調制檢測器(14)。
文檔編號H04L25/03GK1307774SQ99800363
公開日2001年8月8日 申請日期1999年3月22日 優(yōu)先權日1998年3月23日
發(fā)明者米克·胡圖恩 申請人:諾基亞網(wǎng)絡有限公司