專利名稱：數(shù)字信號的發(fā)送方法、接收方法、發(fā)送器和接收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)送數(shù)字信號的方法、接收數(shù)字信號的方法、發(fā)送器和接收器。
背景技術(shù)：
在移動通信中，期望高的用戶容量和高的數(shù)據(jù)速率。為了實現(xiàn)此點，移動無線電系統(tǒng)的頻譜效率必須高。使用根據(jù)OFDM(正交頻分復(fù)用)的多載波調(diào)制，可以實現(xiàn)強健的性能和高頻譜效率。
在OFDM調(diào)制之前，可以執(zhí)行預(yù)變換，導(dǎo)致所謂的PT-OFDM(預(yù)變換OFDM)系統(tǒng)。
在[1]中(并且也在[2]中)，描述了用于PT-OFDM系統(tǒng)的迭代檢測算法。這將在下面描述。
迭代檢測算法的一次迭代(對應(yīng)于迭代指數(shù)(iteration index)i)對應(yīng)于三個階段重建步驟、線性濾波步驟和判定步驟。
在第i重建步驟(即，與迭代指數(shù)i相對應(yīng)的迭代中的重建步驟)中，估計接收信號r(接收的信號矢量)的第mi分量。這是利用先前檢測到的碼元 (即，在前一迭代中檢測到的信號矢量)進行的。mi對應(yīng)于具有第i最小的振幅的頻域信號。在濾波步驟中，通過由G表示的線性濾波器去除數(shù)據(jù)的交叉干擾(cross interference)。在檢測步驟中，進行初步(硬或軟)判定(由dec(.)表示)以產(chǎn)生在第i次迭代中檢測到的碼元 使r0＝r、x‾~=Gr‾0]]>以及x^0=dec(x0%)]]>來初始化該算法。
第i次迭代給出為r‾i=1‾mir‾i-1+0‾miΓWx^‾i-1]]>x‾~i=Gr‾i]]>x‾^i=dec(x‾~i)]]>其中，0m被定義為一對角矩陣，該對角矩陣的第m對角項的值為1而其他項的值為0，1m被定義為一對角矩陣，該對角矩陣的第m對角項的值為0而其他項的值為1。
在[1]中，該預(yù)變換基于沃爾什-哈達瑪(Walsh-Hadamard)變換(WHT)或其他標(biāo)準(zhǔn)變換。
本發(fā)明的目的是提高現(xiàn)有發(fā)送方法的性能。
通過具有根據(jù)獨立權(quán)利要求的特征的發(fā)送數(shù)字信號的方法、接收數(shù)字信號的方法、發(fā)送器和接收器來實現(xiàn)此目的。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種用于發(fā)送包括多個信號值的信號的方法，所述信號值被分組成至少一個信號值塊，其中，通過預(yù)變換來處理各個信號值塊，以產(chǎn)生調(diào)制碼元塊。所述預(yù)變換包括對所述信號塊值的相位旋轉(zhuǎn)，該相位旋轉(zhuǎn)對應(yīng)于將所述信號值塊與相位旋轉(zhuǎn)矩陣相乘?；谒稣{(diào)制碼元對至少一個載波信號進行調(diào)制，并發(fā)送經(jīng)調(diào)制的載波信號。
此外，提供了一種用于接收信號方法，其中，接收經(jīng)調(diào)制的載波信號，并且對所述經(jīng)調(diào)制的載波信號進行解調(diào)以產(chǎn)生調(diào)制碼元塊。通過逆預(yù)變換來處理所述調(diào)制碼元塊，其中，所述逆預(yù)變換包括對所述調(diào)制碼元的相位旋轉(zhuǎn)，該相位旋轉(zhuǎn)對應(yīng)于將所述調(diào)制碼元塊與相位旋轉(zhuǎn)矩陣相乘。
此外，提供了一種根據(jù)上述用于發(fā)送數(shù)字信號的方法的發(fā)送器以及一種根據(jù)上述用于接收數(shù)字信號的方法的接收器。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的發(fā)送器/接收器系統(tǒng)100。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的接收器200。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的非線性檢測單元。
具體實施例方式
作為示例，使用包括相位旋轉(zhuǎn)的預(yù)變換。通過相位旋轉(zhuǎn)，誤差被均勻散布并且減少了誤差傳播。尤其當(dāng)變換大小較小時，即，當(dāng)信號值塊的維數(shù)小并且信噪比高時，相對于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)送方法，針對BER(位錯誤率)的性能得到提高。
本發(fā)明的實施例源自從屬權(quán)利要求。針對發(fā)送數(shù)字信號的方法描述的本發(fā)明的實施例對于接收數(shù)字信號的方法、發(fā)送器和接收器同樣有效。
預(yù)變換還可包括信號值塊的域變換。在此情況下，預(yù)變換可對應(yīng)于信號值塊與相位旋轉(zhuǎn)矩陣和域變換矩陣(例如FFT(快速傅立葉變換)矩陣)之積相乘。
在一個實施例中，在相位旋轉(zhuǎn)之后執(zhí)行域變換。
域變換可以是離散正弦變換、離散余弦變換或離散傅立葉變換。預(yù)變換還可包括沃爾什-哈達瑪變換(WHT)。
在一個實施例中，相位旋轉(zhuǎn)將信號值塊的至少一個分量旋轉(zhuǎn)一不等于零的角度。在另一實施例中，相位旋轉(zhuǎn)將信號值塊的所有分量或除一個分量外的所有分量旋轉(zhuǎn)一不等于零的角度。在一個實施例中，相位旋轉(zhuǎn)沒有改變信號值塊的分量的絕對值。
相位旋轉(zhuǎn)矩陣?yán)缡菍蔷仃嚒Ｔ谝粋€實施例中，在相位旋轉(zhuǎn)矩陣的對角線上的所有分量的絕對值都為1。
在一個實施例中，相位旋轉(zhuǎn)矩陣具有diag(1，α，…，αM-1)的形式，其中α＝exp(-jπ/(2M))，M是信號值塊的維數(shù)。對于α或相位旋轉(zhuǎn)矩陣的對角元素可以使用其他值，從而實現(xiàn)其他相位旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明例如可用于根據(jù)WLAN 11a、WLAN 11g、超級3G、HIPERLAN 2和WIMAX(微波接入世界互用)的通信系統(tǒng)。
可以通過向其提供了對應(yīng)指令的計算機來執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的發(fā)送器/接收器系統(tǒng)100。
根據(jù)PT-OFDM(預(yù)變換正交頻分復(fù)用)系統(tǒng)形成發(fā)送器/接收器系統(tǒng)100。為了簡單起見，假設(shè)M＝2k，例如M＝32，并且以一個OFDM碼元的形式同時發(fā)送M個信息碼元xm，m＝1，2，...，M。為了發(fā)送這些信息碼元，將信息碼元的矢量x＝[x1，x2，...，xm]T(在下面也稱為原始信號矢量)饋送給預(yù)變換單元101。上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置運算符。
預(yù)變換單元101根據(jù)s＝W·x來計算原始信號矢量的調(diào)制碼元的矢量s＝[s1，s2，...，sM]T。W代表大小為M×M的PT(預(yù)變換)矩陣。就利用每信道發(fā)送的信息碼元的數(shù)量而言，碼速率沒有損失。在OFDM系統(tǒng)的情況下，矩陣W將僅是單位矩陣(identity matrix)。
然后將由預(yù)變換單元101產(chǎn)生的調(diào)制碼元的矢量(或塊)s傳送到IFFT(快速逆傅立葉變換)單元102，IFFT單元102對調(diào)制碼元塊執(zhí)行快速逆傅立葉變換。
在本實施例中將快速逆傅立葉變換用作逆傅立葉變換的有效實現(xiàn)。可以使用其他域變換來代替快速逆傅立葉變換，例如離散正弦逆變換或離散余弦逆變換。
然后P/S(并行到串行)單元103將由IFFT單元102產(chǎn)生的矢量從并行映射到串行，即，信號值的序列。循環(huán)前綴單元104將循環(huán)前綴插入信號值的序列以形成PT-OFDM碼元，經(jīng)由信道105發(fā)送PT-OFDM碼元。
所插入的循環(huán)前綴的時長不短于最大信道時延展寬。假設(shè)信道105是受附加白高斯(Gaussian)噪聲(AWGN)破壞的準(zhǔn)/靜態(tài)頻率選擇雷利(Rayleigh)衰減信道。
預(yù)變換單元101、P/S單元102和循環(huán)前綴單元104是發(fā)送器106的部件。
PT-OFDM碼元被接收器107接收到。循環(huán)前綴去除單元108從PT-OFDM碼元中去除循環(huán)前綴。S/P單元109將得到的信號值序列從并行映射到串行，并由FFT(快速傅立葉變換)單元110根據(jù)快速傅立葉變換對其進行域變換。與IFFT單元102類似，在其他實施例中，F(xiàn)FT單元110也可被調(diào)整以執(zhí)行離散正弦變換或離散余弦變換或另一域-變換。
FFT單元110的輸出矢量可由r＝[r1，r2，...，rm]T表示并可被寫為r＝Г·s+n＝Г·W·x+n其中，Г＝diag(h1，h2，...，hM)是具有對角元素h1，...，hM(其為頻域信道系數(shù))的對角矩陣，n是維數(shù)為M×1的AWGN矢量。由hm=Σnhn%exp(-j2πn(m-1)/M)]]>給出頻域信道系數(shù)，m＝1，2，...，M，假設(shè)采樣的間隔的第L次FIR(有窮輸入響應(yīng))信道模型為{hn％}n＝0L。
FFT單元110的輸出矢量r被饋送給檢測單元111。檢測單元111執(zhí)行迭代檢測算法。迭代檢測算法的一次迭代(對應(yīng)于迭代指數(shù)i)對應(yīng)于三個階段重建步驟、線性濾波步驟和判定步驟。
在第i重建步驟(即，與迭代指數(shù)i相對應(yīng)的迭代中的重建步驟)中，估計矢量r的第mi分量。這是利用先前檢測到的碼元 (即，在前一迭代中檢測到的信號矢量)進行的。mi對應(yīng)于具有第i最小的振幅的頻域信道。在濾波步驟中，通過由G表示的線性濾波器去除數(shù)據(jù)的交叉干擾。在檢測步驟中，進行初步(硬或軟)判定(由dec(.)表示)以產(chǎn)生在第i次迭代中檢測到的碼元 。當(dāng)執(zhí)行了最后一次迭代時(例如，在執(zhí)行了給定次數(shù)(例如4次)迭代之后)，由判定單元112輸出檢測到的碼元 使r0＝r、x‾~=Gr‾0]]>以及x^0=dec(x0%)]]>來初始化該算法。
第i次迭代給出為r‾i=1‾mir‾i-1+0‾miΓWx^‾i-1]]>x‾~i=Gr‾i]]>x‾^i=dec(x‾~i)]]>其中，0m被定義為一對角矩陣，該對角矩陣的第m對角項的值為1而其他項的值為0，1m被定義為一對角矩陣，該對角矩陣的第m對角項的值為0而其他項的值為1。
根據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)來選擇用于限定由預(yù)變換單元101執(zhí)行的預(yù)變換的矩陣WW應(yīng)該是酉矩陣(unitary matrix)并且W應(yīng)該具有振幅恒定的元素第一個要求用來保持系統(tǒng)的能力，而第二個要求在沒有誤差傳播時在每一檢測步驟處使較差的經(jīng)后濾波的SNR(信噪比)最大化。
如果該矩陣滿足上述標(biāo)準(zhǔn)，則在發(fā)生誤差傳播時存在導(dǎo)致性能好于其他變換的某些變換。當(dāng)將ZF濾波器用于濾波步驟并且變換大小較小時，效果最顯著。
當(dāng)使用QPSK(正交相移鍵控)信號星座圖(constellation)時，利用沃爾什-哈達瑪變換在高SNR的情況下表現(xiàn)較差。這是因為誤差傳播導(dǎo)致了“誤差星座圖”，與改為使用其他良好設(shè)計的變換相比，“誤差星座圖”提高了位錯誤性能。
在本實施例中，因為誤差傳播一定會發(fā)生，所以使用根據(jù)給出更隨機化“誤差星座圖”的設(shè)計的變換。這是通過使用根據(jù)在下面的公式中定義的矩陣W0的預(yù)變換而實現(xiàn)的，其中，如上所述將變換大小M假定為2的冪。
W0＝F×diag(1，α，…，αM-1)其中，α＝exp(-jπ/(2M))，F(xiàn)是尺寸為M的FFT矩陣。
可以容易地證實W0是酉矩陣并且具有振幅恒定的元素。
巧合的是，在[3]中，該變換是針對最大似然檢測(MLD)提出的，以利用最大信道分集。然而，這里采用的方法是不同的，因為使用W0來使由變換引起的誤差傳播最小化，而W0沒有用于MLD，MLD針對QPSK星座圖以4M的數(shù)量級實現(xiàn)非常復(fù)雜。還要注意的是，當(dāng)將W0用于該變換時，圖1所示的PT-OFDM系統(tǒng)變成單載波頻域均衡(SC-FDE)系統(tǒng)，籍此根據(jù)在針對W0的公式中定義的相位旋轉(zhuǎn)對角矩陣將碼元預(yù)旋轉(zhuǎn)。
有利的是，這意味著當(dāng)所使用的信號星座圖具有恒定振幅時峰對平均功率比被減小到最低可能。
仿真顯示出通過使用根據(jù)矩陣W0的預(yù)變換，就降低BER(位錯誤率)而言可以實現(xiàn)更好的性能，在SNR高時，尤其如此。因此，如果在接收器處不知道噪聲方差，則所設(shè)計的變換使得可以顯著提高性能。
假設(shè)已知破壞信道105的噪聲的方差，則檢測單元111可以使用在下面描述的MMSE(最小均方誤差)濾波器來提高發(fā)送器/接收器系統(tǒng)100的性能。
考慮MMSE標(biāo)準(zhǔn)并且假設(shè)先前檢測到的碼元對于各個重建都是正確的，可以導(dǎo)出用于第i(i＝1，2，...，M)次迭代的線性濾波器G＝W-1，B＝W-1·diag(β1，β2，...，βM)其中
并且σ2是噪聲方差。在如上所述由檢測單元111執(zhí)行的重建算法的濾波步驟中使用該G。
對于重建算法的初始迭代，使用βm=hm*/(|hm|2+σ2),m=1,...,M,]]>的MMSE濾波器。
當(dāng)矩陣W被選為酉矩陣并且具有恒定振幅的元素時，即使采用MMSE濾波器，mi的選擇也不改變(與具有第i最小的振幅的頻域信道相對應(yīng))。即，在假設(shè)前一次檢測正確的情況下，該選擇在每一檢測步驟處仍使較差的經(jīng)后濾波的SNR最大化。
仿真顯示出使用該濾波器，可以降低誤差下限，并且可以針對高SNR實現(xiàn)更高的性能。要注意的是，MMSE濾波器需要知道在接收器處已知噪聲方差。然而，仿真顯示出其對噪聲方差誤差很強健。
在一個實施例中，如將參照圖2和圖3所描述的，對所述重建進行了擴展。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的接收器200。
在發(fā)送器/接收器系統(tǒng)100中，可以使用接收器200來代替圖1所示的接收器107。接收器200包括檢測單元201以及與圖1所示的接收器107的判定單元112相對應(yīng)的判定單元206。與接收器107類似，接收器200包括其他功能單元，例如FFT單元，它們沒有在圖2中示出。
與檢測單元111類似，將矢量r(例如執(zhí)行FFT的FFT單元的輸出矢量)饋送給檢測單元201。
接收器201的濾波單元202執(zhí)行重建算法的濾波步驟，例如上述重建算法的初始濾波步驟。濾波步驟的根據(jù)以上描述的重建算法的結(jié)果(由x0％表示)被提供給第一非線性檢測單元203。
該接收器還包括第二非線性檢測算法單元205。在下面參照圖3描述第一非線性檢測單元203和第二非線性檢測單元205的結(jié)構(gòu)。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的非線性檢測單元300。
如將在下面描述的，該非線性檢測單元執(zhí)行有序干擾抵消算法。
非線性檢測單元300的輸入矢量是對發(fā)送信號的軟估計(在第一非線性檢測單元的情況下，這是濾波單元202的輸出x0％)。非線性檢測單元300的輸入矢量被饋送到排序單元301。
排序單元301通過獲得所述輸入距信號星座圖的任意點的最小歐式距離來執(zhí)行排序步驟。然后，從最大到最小歐式距離對輸入矢量的分量進行排序，并對輸入矢量的分量執(zhí)行硬判定以形成c1，c2，...，cM。
c1，c2，...，cM被饋送給抵消單元302，抵消單元302執(zhí)行下面的算法對于干擾抵消j＝1，...，J，(i)使用{ck}k≠j來抵消重建的接收信號rj以獲得對cj的軟估計(ii)對所述軟估計執(zhí)行硬判定，并更新新檢測到的cj(iii)增加j，并從(i)繼續(xù)J是抵消步驟的數(shù)量，例如被選為等于M。
作為示例，干擾抵消算法使用估計的“最佳”分量(它們距信號星座圖的歐式距離最小)來改進“較差”分量(其距信號星座圖的歐式距離較大)。
第一抵消單元302的輸出被饋送給重建單元204。重建單元204根據(jù)上述重建算法執(zhí)行第i次迭代(其中i＝1，2，...)的重建步驟和濾波步驟。
由重建單元204執(zhí)行的各迭代的結(jié)果被饋送給第二非線性檢測單元205。除了最后一次迭代之外，第二非線性檢測單元205的輸出被饋送回重建單元204以執(zhí)行下一迭代，同時所述輸出被提供給判斷單元206，判定單元206產(chǎn)生接收器200的輸出。
接收器200還可以與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)(根據(jù)矩陣W)的預(yù)變換和根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)(根據(jù)矩陣G)的濾波器一起使用。這意味著根據(jù)距離指標(biāo)而對信號值進行排序以及使用最佳(就最小距離而言)信號值來抵消來自其他信號值的干擾的思想獨立于使用包括相對旋轉(zhuǎn)矩陣的預(yù)變換并且獨立于使用依賴于用于數(shù)據(jù)發(fā)送的信道的噪聲方差的濾波器。
在上文中引用了以下文獻[1]Receiver Having a Signal Reconstructing Section for NoiseReduction，System and Method Thereof，國際申請?zhí)朠CT/SG02/00194[2]Z.Lei，Y.Wu，C.K.Ho，S.Sun，P.He和Y.Li，“Iterative detectionfor Walsh-Hadamard Transformed OFDM”，第57屆IEEE車輛技術(shù)會議記錄，Jeju，韓國，2003年4月，第637-640頁
權(quán)利要求
1.一種用于發(fā)送包括多個信號值的信號的方法，所述信號值被分組成至少一個信號值塊，其中-通過預(yù)變換來處理各個信號值塊，以產(chǎn)生調(diào)制碼元塊-所述預(yù)變換包括對所述信號塊值的相位旋轉(zhuǎn)，該相位旋轉(zhuǎn)對應(yīng)于將所述信號值塊與相位旋轉(zhuǎn)矩陣相乘-基于所述調(diào)制碼元對至少一個載波信號進行調(diào)制-發(fā)送經(jīng)調(diào)制的載波信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述預(yù)變換還包括對所述信號值塊的域變換。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，在所述相位旋轉(zhuǎn)之后執(zhí)行所述域變換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述域變換是離散正弦變換、離散余弦變換或離散傅立葉變換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其中，所述相位旋轉(zhuǎn)將所述信號值塊的至少一個分量旋轉(zhuǎn)一不等于零的角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其中，所述相位旋轉(zhuǎn)矩陣是對角矩陣。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述相位旋轉(zhuǎn)矩陣具有diag(1，α，…，αM-1)的形式，其中α＝exp(-jπ/(2M))，M是信號值塊的維數(shù)。
8.一種用于接收信號的方法，其中-接收經(jīng)調(diào)制的載波信號-對所述經(jīng)調(diào)制的載波信號進行解調(diào)以產(chǎn)生調(diào)制碼元塊-通過逆預(yù)變換來處理所述調(diào)制碼元塊-所述逆預(yù)變換包括對所述調(diào)制碼元的相位旋轉(zhuǎn)，該相位旋轉(zhuǎn)對應(yīng)于將所述調(diào)制碼元塊與相位旋轉(zhuǎn)矩陣相乘。
9.一種用于發(fā)送信號的發(fā)送器，所述信號包括多個信號值，所述信號值被分組成至少一個信號值塊，所述發(fā)送器包括-預(yù)變換單元，其適于通過預(yù)變換對各個信號值塊進行處理以產(chǎn)生調(diào)制碼元塊，其中所述預(yù)變換包括對所述信號塊值的相位旋轉(zhuǎn)，該相位旋轉(zhuǎn)對應(yīng)于將所述信號值塊與相位旋轉(zhuǎn)矩陣相乘-調(diào)制單元，其適于基于所述調(diào)制碼元對至少一個載波信號進行調(diào)制-發(fā)送單元，其適于發(fā)送經(jīng)調(diào)制的載波信號。
10.一種用于接收信號的接收器，該接收器包括-接收單元，其適于接收經(jīng)調(diào)制的載波信號-解調(diào)單元，其適于對所述經(jīng)調(diào)制的載波信號進行解調(diào)以產(chǎn)生調(diào)制碼元塊-處理單元，其適于通過逆預(yù)變換來處理所述調(diào)制碼元塊，其中所述逆預(yù)變換包括對所述調(diào)制碼元的相位旋轉(zhuǎn)，該相位旋轉(zhuǎn)對應(yīng)于將所述調(diào)制碼元塊與相位旋轉(zhuǎn)矩陣相乘。
全文摘要
本發(fā)明提供了發(fā)送數(shù)字信號的方法、接收數(shù)字信號的方法、發(fā)送器和接收器。該發(fā)送器(106)用于發(fā)送信號，該信號包括多個信號值，所述信號值被分組成至少一個信號值塊。該發(fā)送器包括預(yù)變換單元(101)，該預(yù)變換單元適于通過預(yù)變換對各個信號值塊進行處理以產(chǎn)生調(diào)制碼元塊，其中所述預(yù)變換包括對所述信號塊值的相位旋轉(zhuǎn)，該相位旋轉(zhuǎn)對應(yīng)于將所述信號值塊與相位旋轉(zhuǎn)矩陣相乘。該發(fā)送器還包括調(diào)制單元(102)，其適于基于所述調(diào)制碼元對至少一個載波信號進行調(diào)制；和發(fā)送單元(104)，其適于發(fā)送經(jīng)調(diào)制的載波信號。
文檔編號H04L27/00GK101023610SQ200580029565
公開日2007年8月22日 申請日期2005年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月3日
發(fā)明者何晉強, 吳巖, 孫素梅, 雷中定 申請人:新加坡科技研究局