專利名稱：多碼元差分偵測的算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于通信系統(tǒng)的多重相移鍵控(MPSK)調(diào)制。特別是，本發(fā)明是有關(guān)于數(shù)字通信系統(tǒng)，其包括、但不限于碼分多址(CDMA)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在習(xí)知技術(shù)中，通信接收器會使用兩種類型的多重相移鍵控(MPSK)調(diào)制信號偵測，即相干偵測(coherent detection)及差分偵測(differentialdetection)。在相干偵測中，這個接收器會偵測一載波相位參考值，并與后續(xù)碼元相位比較以預(yù)測實際信息的相位。在差分偵測中，兩連續(xù)碼元的接收相位差則會進行處理以決定實際信息的相位。這個載波相位參考值即是兩連續(xù)碼元的第一個碼元相位，藉此，兩連續(xù)碼元的接收相位差便可以計算出來。雖然差分偵測可以省略這個接收器的載波相位參考值處理，但是，在一給定碼元誤差率的情況下，差分偵測卻需要一較高的信號噪聲比(SNR)。
在一相加性白高斯噪聲(AWGN)信道中，當(dāng)實施簡易性及堅固性的考量勝過接收器靈敏度效能的考量時，差分偵測是優(yōu)于相干偵測。另外，當(dāng)一相干解調(diào)參考信號難以產(chǎn)生時，差分偵測亦會優(yōu)于相干偵測。在多重相移鍵控(MPSK)調(diào)制的差分偵測中，這個傳輸器首先會差分編碼輸入相位信息，隨后再比較連續(xù)碼元間隔的接收相位以實施解調(diào)。因此，為適當(dāng)操作，這個接收載波相位參考值，至少在兩碼元間隔中，應(yīng)該要維持一致。
多碼元差分偵測(MSDD)會使用不止兩個連續(xù)碼元，并且，相較于僅使用兩個連續(xù)碼元的習(xí)知差分偵測(DD)，可以提供較佳的誤差率效能。如差分偵測(DD)所示，在處理的連續(xù)碼元間隔中，多碼元差分偵測(MSDD)的接收載波相位參考值亦應(yīng)該要維持一致。
多碼元差分偵測(MSDD)及多碼元偵測(MSD)的詳細說明可見于”Multiple-Symbol Differential Detection of MPSK”(Divsalar et al.，IEEETRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS，Vol.38，No.3，March 1990)及”Multiple-Symbol Detection for Orthogonal Modulation in CDMA System”(Li et al.，IEEE TRANSACTIONS ON VEHICLULAR TECHNOLOGY，Vol.50，No.1，January 2001)。
習(xí)知的多重相移鍵控(MPSK)多碼元差分偵測(MSDD)將配合圖1及圖2詳細說明如下。圖1是表示具有一多重相移鍵控(MPSK)信號序列r的一相加性白高斯噪聲(AWGN)通信信道101，其中，這個多重相移鍵控(MPSK)信號序列r是具有一接收器110接收的N個連續(xù)碼元r1，r2，...，rN。碼元rk是表示這個長度N序列r的第k個成分，其中，1≤k≤N。
碼元rk的數(shù)值是等式(1)表示的一向量，亦即rk=2EsTsejφk-jθk+nk]]>等式(1)其中，ES表示碼元能量，TS表示碼元間隔，φk表示傳輸相位，其中，j=-1.]]>數(shù)值nk表示經(jīng)由具有零平均值的一固定復(fù)數(shù)白高斯噪聲處理計算出來的一取樣。數(shù)值θk表示這個信道加入的一任意隨機信道相移，并且，這個信道相移θk，在這個間隔(-π，π)內(nèi)，會假設(shè)為均勻分布。雖然這個信道相移θk為未知數(shù)，但是，習(xí)知技術(shù)的差分偵測通常會假設(shè)這個信道相移θk，在觀察碼元r1至rN之間隔中，應(yīng)該要維持一致。在差分多重相移鍵控(DMPSK)中，這個傳輸器會差分編碼相位信息，并且，這個傳輸相位中φk可以表示為φk＝φk-1+Δφk等式(2)其中，Δφk表示圍繞單位圓的集合Ω＝{2πm/M，m＝0，1，...，M-1}中，第k個傳輸間隔(發(fā)生在M個均勻分布數(shù)值的某一均勻分布數(shù)值)的對應(yīng)傳輸信息相差，諸如Gray映射方法。舉例來說，在四等分相移鍵控(QPSK)中，M＝4且Δφk＝0，π/2，π，3π/2(1≤k≤N)。
為簡化問題，在觀察序列的長度N中，任意信道相移θk均假設(shè)為一致。
接著，這個接收器會選擇一預(yù)測相位差序列{dφ^1，dφ^2，...，dφ^N-1}，其是最大化下列決定統(tǒng)計數(shù)值，藉以達成多碼元差分偵測(MSDD)的最佳偵測。
η=maxdφ^1,dφ^2,...,dφ^N-1∈Ω|r1+∑m=2Nrme-jdφ^m-1|2]]>等式(3)利用等式(3)，接收信號便可以在N個碼元時間間隔中觀察，并且，最佳預(yù)相相位差序列{dφ^1，dφ^2，...，dφ^N-1}亦可以同時選擇。
長度N信號序列rk的最大向量會提供最可能偵測，其中，預(yù)測相位差dφ^m即是預(yù)測相位φ^m+1及第一個相位預(yù)測φ^1的差異。
dφ^m＝φ^m+1-φ^1等式(4)利用等式(5)，傳輸信息相位序列預(yù)測{Δφ^1，Δφ^2，...，Δφ^N-1}便可以經(jīng)由預(yù)測相位差序列{dφ^1，dφ^2，...，dφ^N-1}得到。
dφ^m=∑k=1mΔφ^k]]>等式(5)其中，數(shù)值Δφ^k表示傳輸相位差Δφk的一預(yù)測。由于dφ^k(1≤k≤N-1)會發(fā)生在M個均勻分布Ω數(shù)值{2πm/M，m＝0，1，...，M-1}的一個均勻分布數(shù)值，習(xí)知多碼元差分偵測(MSDD)將會搜尋所有可能相位差序列，并且，這類相位差序列數(shù)目總共有MN-1個。已知，誤差率效能可以增加觀察序列長度N以改善，其最好選擇為N＝4或N＝5。舉例來說，在N＝5的十六等分相移鍵控(16PSK)調(diào)制中，欲搜尋的相位差序列數(shù)目為164＝65536。有鑒于這個極大的序列數(shù)目，搜尋序列的簡易性便不得不犧牲，藉以達到一理想誤差率效能。
圖2是表示習(xí)知多碼元差分偵測(MSDD)算法200的流程圖。這種算法200首先會由步驟201開始，藉以觀察N個連續(xù)碼元(k＝1，...，N)。接著，如步驟202所示，決定相位差序列{dφ^1，dφ^2，...，dφ^N-1}的可能集合，其中，各個dφ^k(k＝1，...，N-1)分別為這個集合Q＝{2πm/M，m＝0，1，...，M-1}中，M個均勻分布相位數(shù)值的一個均勻分布相位數(shù)值。可能集合的數(shù)目有MN-1個。圖5是表示這類集合的一數(shù)組，其中，N＝4且M＝4，因此，相位差序列的可能集合數(shù)目有44-1＝64個。在步驟203中，各個可能序列會嘗試于表示式|r1+∑m=2Nrme-jdφ^m-1|2,]]>進而得到總共MN-1個數(shù)值。接著，在步驟204中，找出步驟203的最大數(shù)值，藉以表示最佳預(yù)測相位差序列。最后，在步驟205中，利用等式(5)，根據(jù){dφ^1，dφ^2，...，dφ^N-1}預(yù)測最終信息相位差序列{Δφ^1，Δφ^2，...，Δφ^N-1}，并且，根據(jù)相位及位間的Gray解映射得到這些信息位。
相較于習(xí)知差分偵測(DD)，雖然多碼元差分偵測(MSDD)可以提供較佳的誤差率效能，但是多碼元差分偵測(MSDD)的復(fù)雜性亦明顯較高。因此，本發(fā)明的主要目的便是提供一種具有較低復(fù)雜性的改良多碼元差分偵測(MSDD)方法及系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
一種多碼元差分偵測相位評估M階通信數(shù)據(jù)的方法，其中，這個通信數(shù)據(jù)具有N個連續(xù)碼元r1，...，rN，其分別具有M個傳輸相位的某個相位。N-1組件的選擇序列，其表示可能相位差序列，會利用多碼元差分偵測進行評估。接著，利用r1做為各個相位差預(yù)測的參考值，sN-1個相位差序列(P2i，P3i，...，PNi)，其中，i＝1至s，是進行選擇，藉以評估這個碼元集合，其中，s是預(yù)定數(shù)值且1＜s＜M。相對于將M個可能相位差數(shù)值分別嘗試于預(yù)測步驟，s個相位差預(yù)測數(shù)值的子集合是基于最靠近實際傳輸相位差數(shù)值的程度進行選擇。另外，s個相位差預(yù)測亦可以利用數(shù)學(xué)方式?jīng)Q定，亦即能夠使差分偵測表示式|r1+∑m=2Nrme-jβm-1|2]]>得到最大結(jié)果的s個相位差預(yù)測。
隨后，sN-1個相位差序列會分別利用多碼元差分偵測(MSDD)進行評估，藉以決定最可能的相位序列。另外，最終得到的相位序列則可以利用Gray解映射方法，藉以決定信息相位預(yù)測及相位信息位。


圖1是表示一接收器的一信道碼元串流；圖2是表示習(xí)知多碼元差分偵測(MSDD)算法200的流程圖；圖3A是表示降低復(fù)雜性的多碼元差分偵測(MSDD)算法300的流程圖；圖3B是表示圖3A步驟302的詳細流程圖；圖4A、4B、4C是表示降低復(fù)雜性的多碼元差分偵測(MSDD)算法300的實施框圖；圖5是表示習(xí)知多碼元差分偵測(MSDD)算法200的可能相位序列表格；以及圖6是表示習(xí)知及簡化多碼元差分偵測(MSDD)算法的碼元誤差率效能的比較圖。
具體實施例方式
圖3A是表示一種多碼元差分偵測(MSDD)算法300，這種算法300是利用子集合搜尋觀念，進而降低習(xí)知多碼元差分偵測(MSDD)算法200的搜尋復(fù)雜性。首先，在步驟301中，觀察N個連續(xù)碼元rk，其中，1≤k≤N-1。接著，在步驟302中，由習(xí)知多碼元差分偵測(MSDD)算法200的MN-1個相位預(yù)測的完整集合中，選擇SN-1個相位差預(yù)測序列{β1，β2，...，βN-1}集合以做為最佳預(yù)測。請參考圖3B，步驟302是進一步詳細說明如下。在步驟302A中，啟始接收信號r1會選擇為一參考值，藉以決定這個信號r1及后續(xù)信號rk間的相位差。在步驟302B中，經(jīng)由M個可能相位{2π/M，m＝0，1，...，M-1}，選擇s個相位差預(yù)測{βk1，βk2，...，βks}(1≤k≤N-1)的一小候選子集合，其中，1＜s＜M，且s是預(yù)定的。這s個選擇的相位差預(yù)測數(shù)值是最靠近實際相位差Δk。為了得到相位差預(yù)測的最靠近數(shù)值，各個相位差預(yù)測βk會施加于習(xí)知差分偵測(DD)表示式|r1+rk+1e-jβk|2，藉此，產(chǎn)生最大數(shù)值的s個相位差預(yù)測{βk1，βk2，...，βks}便可以進行選擇。加入這個碼元-碼元的差分偵測(DD)處理步驟(步驟302B)，這種算法300可以視為多碼元差分偵測(MSDD)及差分偵測(DD)處理的組合。在步驟302C中，現(xiàn)在總共有SN-1個集合的最佳相位差序列，其中，Pk＝{βk1，βk2，...，βks}。再回到圖3A，步驟302的結(jié)果為SN-1個序列的相位{P1，P2，...，PN-1}。這些是最可能的候選相位差。也就是說，P1的S數(shù)值是最靠近實際相位差Δ1，P2的S數(shù)值是最靠近實際相位差Δ2，以此類推。
在步驟303中，SN-1個可能相位差序列{P1，P2，...，PN-1}均會嘗試于表示式|r1+∑m=2Nrme-jβm-1|2.]]>這些集合的候逸相位，相較于習(xí)知多碼元差分偵測(MSDD)算法200，會具有較少數(shù)目，因為S＜M且SN-1＜MN-1。當(dāng)S非常小時，欲搜尋相位差序列的數(shù)目亦會變得非常小，進而大幅節(jié)省其復(fù)雜性。舉例來說，當(dāng)S＝2，N＝4，M＝4時，總共會有八個集合的相位差序列。這個數(shù)目會遠小于習(xí)知多碼元差分偵測(MSDD)算法200的六十四個相位差序列子集合，如圖5所示。
在步驟304中，步驟303得到的最大向量會決定最佳相位差序列{β1，β2，...，βN-1}。步驟303及304可以利用下列統(tǒng)計數(shù)值表示ηnew=maxβ1∈P1,...,βN-1∈PN-1|r1+∑m=2Nrme-jβm-1|2]]>等式(6)當(dāng)S＝M時，這個統(tǒng)計數(shù)值ηnew＝η。
在步驟305中，最終信息相位序列{Δφ^1，Δφ^2，...，Δφ^N-1}是利用等式(7)，經(jīng)由最佳相位差序列{β1，β2，...，βN-1}預(yù)測，并且，相位信息位是利用Gray解映射方法得到。
βm=∑k=1mΔφ^k]]>等式(7)圖4是表示多碼元差分偵測(MSDD)實施系統(tǒng)400的框圖，其中，N＝4且S＝2。由于N＝4，這個系統(tǒng)400總共具有N-1＝3個并聯(lián)選擇電路401，402，403，藉以決定SN-1＝8個子集合的相位候選｛P1，P2，P3}。選擇電路401是具有延遲方塊410，411；共軛器412；乘法器413；乘法器415k(k＝0，...，N-1)；振幅方塊416k(k＝0，...，N-1)；決定方塊417；乘法器418，419；及開關(guān)450。輸入碼元rk+3是穿過延遲組件410，411，藉以將rk建立為參考碼元，并將rk+1建立為連續(xù)碼元以預(yù)測相位差。共軛器412的輸出是產(chǎn)生共軛結(jié)果rk*，這個共軛結(jié)果rk*，當(dāng)利用乘法器413乘以連續(xù)碼元rk+1時，將會產(chǎn)生一相位差數(shù)值。接著，這個相位差會利用乘法器415k乘以這個集合βk的各個相位，其中，βk＝{2πk/M，k＝0，1，...，M-1}。接著，這些乘積會穿過振幅方塊416k，并輸入至決定方去417，進而選擇這個子集合P1＝{βk1，βk2}的最大S＝2個輸入。方塊401的輸出是乘法器418，419輸出的乘積rk+1e-jβk1及rk+1e-jβk2。
決定電路402及403具有與方?jīng)Q401類似組件的并聯(lián)集合。決定電路402具有延遲方塊420，421，其容許參考碼元rk及碼元rk+2的處理，藉此，決定方塊427便可以選擇候選相位差P2＝{βk3，βk4}。同樣地，方塊403具有延遲方塊431，藉以容許決定方塊437選擇參考碼元rk及碼元rk+3的候選相位差P3＝{βk5，βk6}。加法器404是相加方塊401，402，403輸出(利用開關(guān)450，451，452交替)及參考碼元rk的組合。因為s＝2，開關(guān)450，451，452產(chǎn)生的相位差序列{P1，P2，P3}總共有23＝8個組合。決定方塊405則是選擇最佳相位差序列{β1，β2，β3}，亦即產(chǎn)生最大總和的相位差序列{P1，P2，P3}。
圖6是表示十六等分相移鍵控(16PSK)的碼元誤差率(SER)效能，其中，S＝2，且，碼元觀察長度N＝3，4，5。如圖6所示，降低復(fù)雜性的多碼元差分偵測(MSDD)算法300(S＝2)與習(xí)知多碼元差分偵測(MSDD)算法200(S＝M)會提供幾乎相同的效能。這是因為多碼元差分偵測(MSDD)算法300僅會在向量rk+1e-jβk(1≤k≤N-1)及r1間的兩個最靠近相位中選擇一個相位，藉以最大化等式(6)的統(tǒng)計數(shù)值。因此，當(dāng)2＜S＜M時，多碼元差分偵測(MSDD)算法300的效能基本上會與S＝2時的效能相同，亦即增加算法300的復(fù)雜性至S＞2當(dāng)無實質(zhì)幫助。因此，最佳結(jié)果將可以利用最簡易的實施方式(S＝2)得到。
表1是表示算法300(S＝2且碼元觀察長度N＝5)與算法200的復(fù)雜性比較。其中，算法300的欲搜尋相位差序列數(shù)目將可以大幅降低，進而得到更有效的處理速度。
表1

權(quán)利要求
1.一種多碼元差分偵測相位評估多重相移鍵控(MPSK)通信數(shù)據(jù)的方法，其包括下列步驟A)觀察N個連續(xù)碼元r1至rN的一接收集合，各對連續(xù)碼元是具有M個相位中的一相位差，其中，M＞2；B)基于N-1組件的選擇序列，其表示由該集合(2πk/M，k＝0，1，...，M-1)選擇的可能相位差序列，評估N個連續(xù)碼元r1至rN的該接收集合；以及C)選擇SN-1個相位序列形式(P2i，P3i，...，PNi)，其中，i＝1至S，藉以評估該碼元集合，其中，1＜S＜M。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟B)的評估更包括預(yù)測第一碼元r1及各個其它碼元rk(k＝2至N)間的一相位差；其中，步驟C)的選擇更包括在該集合(2πk/M，k＝0，1，...，M-1)中，為每一k選擇該M個相位的S個最靠近相位βk1至βks，其是利用表示式|r1+rk+1e-jβk|2產(chǎn)生S個最大數(shù)值，進而得到S個相位差的N-1個集合，該方法更包括D)嘗試步驟(C)的SN-1個相位序列于表示式|r1+Σm=2Nrme-jβm-1|2]]>并選擇產(chǎn)生最大結(jié)果的相位序列，藉以決定最佳相位差序列(β1，β2，...，βN-1)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，更包括E)經(jīng)由步驟(D)的最佳相位差序列，決定一傳輸信息相位差序列的一預(yù)測；以及F)利用Gray解映射方法，決定相位信息位。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，步驟(E)的決定更包括利用關(guān)是式βm=Σk=1mΔφ^k,]]>其中，βm(m＝1至N-1)表示步驟(D)的最佳相位差序列，并且， 表示該傳輸信息相位差序列的該預(yù)測，藉以計算該預(yù)測。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，S＝2，且兩最靠近相位是被決定。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，M＝4，N＝4，且S＝2，該S個相位βk1至βks是由該集合(0，π/2，π，3π/2)選擇，藉以產(chǎn)生SN-1個相位集合{P21，P31，P41}{P21，P31，P42}{P21，P32，P41}{P21，P32，P42}{P22，P31，P41}{P22，P31，P42}{P22，P32，P41}{P22，P32，P42}
7.一種多碼元差分偵測N個連續(xù)rk碼元(r1至rN)的系統(tǒng)，適用于一通信接收器，各對連續(xù)碼元是具有M個相位中的一相位差，其中，M＞2，該系統(tǒng)是包括N-1個并聯(lián)選擇電路，分別由該集合(βk＝2πk/M，k＝0，1，...，M-1)中，產(chǎn)生S個候選相位的一集合，其中，1＜S＜M，各個選擇電路是包括延遲組件，容許該等連續(xù)碼元的評估；M個乘法器，產(chǎn)生并聯(lián)乘積(rk)(e-jβk)；一決定組件，選擇S個候選相位，其是產(chǎn)生表示式|r1+rk+1e-jβk|2的S個最大數(shù)值；以及S個乘法器，產(chǎn)生乘積(rk+i)(e-jβ’k)，其中，i＝1至N-1，且，β’K表示S個選擇候選相位之一；一加法器，相加該N-1個并聯(lián)選擇電路的乘積輸出；以及一決定組件，評估該N-1個并聯(lián)選擇電路的SN-1個相位序列，以及，選擇產(chǎn)生最大乘積數(shù)值的相位序列。
全文摘要
一種差分相位評估M階通信數(shù)據(jù)的方法，其中，這個通信數(shù)據(jù)具有N個連續(xù)碼元r
文檔編號H04L25/03GK1706164SQ200380101848
公開日2005年12月7日 申請日期2003年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月24日
發(fā)明者黎彬, R·A·迪費奇歐, D·M·格利可, A·萊爾 申請人:美商內(nèi)數(shù)位科技公司