專利名稱：利用軟判定反饋的信道估算的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)無(wú)線電通信中信道估算的方法和設(shè)備，在逐塊的基礎(chǔ)上自適應(yīng)地補(bǔ)償信道失真。
在數(shù)字移動(dòng)無(wú)線電通信中，傳輸信道因頻率選擇性衰落遭受嚴(yán)重的失真。此外，信道特性因固定站與移動(dòng)站之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)通常是時(shí)間變化的。符號(hào)間干擾(ISI)是傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的可靠估算的主要障礙之一。為了允許可靠傳輸，接收機(jī)必須能夠在逐塊基礎(chǔ)上估算和補(bǔ)償信道失真。近代移動(dòng)通信通常采用的均衡方法依靠信道的估算，從插入到傳輸信號(hào)塊的已知訓(xùn)練序列中產(chǎn)生。藉助于判定反饋可以改進(jìn)均衡方法，如K.H.Chang和C.N.Georghiades在“快速時(shí)間變化符號(hào)間干擾的迭代連接序列和信道估算”一文中描述的，Proc.Intern.Conf.Commun.pp.357-361,June1995[參考文獻(xiàn)1]。因此，就需要有改進(jìn)性能的均衡器，減少差錯(cuò)傳播的效應(yīng)。
按照本發(fā)明的第一方面，提出了估算信號(hào)中信道脈沖響應(yīng)的方法，此信號(hào)通過(guò)通信系統(tǒng)中的信道傳輸，其特征是，得到有關(guān)傳輸信號(hào)的先驗(yàn)知識(shí)，利用傳輸信號(hào)和所述先驗(yàn)知識(shí)以選取信道脈沖響應(yīng)的估算值，它使傳輸信號(hào)與重建信號(hào)之間的期望距離最小化。
在硬判定反饋中，假設(shè)判定是正確的，并利用此判定添加到訓(xùn)練序列中，但是錯(cuò)誤的判定引起差錯(cuò)傳播。然而，藉助于軟判定反饋，判定一般是對(duì)數(shù)似然比(LLR)的形式。
通過(guò)一個(gè)實(shí)際的數(shù)字無(wú)線電接收機(jī)例子，以下參照下列附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中

圖1表示數(shù)字無(wú)線電接收機(jī)的均衡器概圖。
圖1中離散時(shí)間接收的信號(hào)rk可以寫成rk=Σl=0L-1bk-lhl+nk]]>其中bk∈{-1,1}是傳輸?shù)臄?shù)據(jù)符號(hào)或已知的訓(xùn)練序列符號(hào)，L復(fù)合抽頭增益h1代表等同信道脈沖響應(yīng)的樣本，nk是零均值和方差為σ2的可加高斯白噪聲。信道均衡通常是用最大似然(ML)或最大后驗(yàn)概率(MAP)數(shù)據(jù)估算完成的。在兩種情況下，接收機(jī)必須在信道估算器11中首先估算信道脈沖響應(yīng)hl，它是在均衡器10中實(shí)行數(shù)據(jù)估算過(guò)程所需要的。然后，如圖1中Π-1(12)所指出的數(shù)據(jù)輸出L(bk)被去交錯(cuò)和解碼(14)。最初的信道估算一般藉助于相關(guān)信道探測(cè)得到的。在此情況下，通過(guò)接收的信號(hào)rk與26位訓(xùn)練序列中N=16位的相關(guān)，得到CIR估算的樣本hl^=1NΣi=0N-1birl+i+nk,l=0,···,L-1------(2)]]>由于GSM訓(xùn)練序列良好的自相關(guān)性質(zhì)，相關(guān)信道探測(cè)(sounding)方法相當(dāng)于ML信道估算。
一旦有了信道估算，就完成了數(shù)據(jù)符號(hào)序列的估算。若在一個(gè)短脈沖串內(nèi)不能把信道近似地考慮成常數(shù)，則在此短脈沖串期間利用均衡器輸出處的判定可以更新最初的信道估算。最后，均衡器軟輸出序列被去交錯(cuò)和解碼。
維特比算法(VA)執(zhí)行的最大似然序列估算是最佳序列檢測(cè)器，如G.D.Forney,Jnr.在“存在符號(hào)間干擾情況下數(shù)字序列的最大似然序列估算”一文中所描述的，IEEE Trans.Inform.Theory,Vol.IT-18,pp.363-378,May1972[參考文獻(xiàn)2]。它廣泛地應(yīng)用于數(shù)字移動(dòng)接收機(jī)，用于處理ISI格子(均衡)和信道代碼格子(信道解碼)。然而，均衡器提高了信道解碼器的性能，此均衡器在解碼器輸出處提供軟值。此外，在某些執(zhí)行迭代均衡和解碼和/或源控制信道解碼的先進(jìn)方案中，如J.Hagenauer在“源控制信道解碼”一文中所描述的，IEEETrans.On Commun,Vol.43,No.9,pp.2449-2457,Sept 1995。[參考文獻(xiàn)3]，信道解碼器必須能夠給代碼位和信息位提供軟輸出。
按照誤碼概率，軟入/軟出均衡和解碼的最佳算法是逐個(gè)符號(hào)的MAP算法。事實(shí)上，作為一個(gè)后驗(yàn)概率(APP)計(jì)算器，它本質(zhì)上提供了軟輸出值。
在硬判定(HD)反饋方式下，假設(shè)全部判定都是正確的，可以用作附加的訓(xùn)練序列。采用矢量標(biāo)記，接收的信號(hào)可以寫成
其中r是接收的信號(hào)矢量，B是傳輸位的矩陣，h表示信道矢量，n是信道噪聲。由于我們假設(shè)二進(jìn)制信令，傳輸位bk取±1值。矩陣積Bh相當(dāng)于bk與hk之間的卷積(見(jiàn)公式(1))。注意，以上標(biāo)記假設(shè)，信道在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊中是常數(shù)。
信道的最小平方(LS)估算是h^HDLS=(BHB)-1BHr]]>其中，H表示厄米轉(zhuǎn)置，并假設(shè)它的逆存在。
采用軟判定(SD)反饋，均衡器的軟輸出反饋到信道估算器。軟輸出一般是對(duì)數(shù)似然比(LLR)的形式。L(bk|r)=logPr(bk=+l|r)Pr(bk=-l|r)---(3)]]>它可以等價(jià)地寫成概率Pr(bk|r)=e12L(bk|r)e12L(bk|r)+e-12L(bk|r)]]>來(lái)自均衡器的后驗(yàn)概率可以用作信道估算器的先驗(yàn)知識(shí)。一個(gè)可能的，但決不是唯一的，價(jià)值函數(shù)最小化就是E{||r-Bh||2|r}=E{Σk=L-1N-1|rk-hk*bk|2|r}----(4)]]>其中在接收的序列r條件下對(duì)位bk取期望值。這個(gè)價(jià)值函數(shù)代表接收的信號(hào)與重建的信號(hào)之間平均(或期望)距離。為了使價(jià)值函數(shù)(4)最小化，把它對(duì)信道取微分δδh^E{||r-Bh||2|r}=E{δδh^(r-Bh)H(r-Bh)|r}=0⇒]]>E{-BHr+BHBh|r}=0⇒h^=(BHP)--1B-Hr]]>其中BHB-=E{BHB}]]>和B=E{B}。對(duì)于軟判定E{bkbl|r}={1k≠1bk-bl-k≠1]]>其中bk=E{bkr}=2Pr(bk+1|r)-1.。注意，這個(gè)值總是在[-1,+1]范圍內(nèi)?，F(xiàn)在BHB的期望值成為
與主對(duì)角項(xiàng)比較，
的非對(duì)角項(xiàng)是很小的。忽略這些非對(duì)角項(xiàng)，我們得到簡(jiǎn)化式BHB_≈(N-L+1)I---(5)]]>以及簡(jiǎn)化的估算量(信道探測(cè))成為h^HDCS=1N-L+1B-Hr]]>hm^HDCS=1N-L+1ΣK=L-1N-1rkb-k-m---(6)]]>b-k-m=E{bk}=2Pr(bk=+1|r)-1=tanh(L(bk|r)2)]]>雖然均衡器提供了對(duì)數(shù)似然比L(bk|r)，這些很容易被查閱表轉(zhuǎn)變成
以上分析也適用于這樣的情況，反饋信道解碼器給出代碼位的L-值，得到信道估算量。
在低SNR情況下，本發(fā)明的性能大大優(yōu)于硬判定。根據(jù)(6)式，其中位bk是不確定的(例如，P(bk=+1|r)=0.6)，產(chǎn)生一個(gè)軟值(在此情況下，
)，而高可靠性的位給出接近于±1的軟值。這意味著，當(dāng)判定差錯(cuò)發(fā)生在均衡器輸出處時(shí)，概率Pr(bk=+1|r)往往指出弱概率，信道估算器能夠利用它減少差錯(cuò)傳播效應(yīng)。
在較高SNR情況下，模擬結(jié)果證明，最小平方估算器的性能大大優(yōu)于信道探測(cè)，因?yàn)樽钚∑椒焦浪闫髂軌蚶密浶畔⒔o反饋位最佳地加權(quán)。在較高SNR情況下，近似式(2)和(5)變得很重要，而在低SNR情況下，這個(gè)近似誤差被信道噪聲所隱藏。
模擬結(jié)果還證明，本發(fā)明給信道探測(cè)提高了約0.8dB和給最小平方估算提高了約0.9dB。本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它不需要任何矩陣反轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1．一種估算信號(hào)中信道脈沖響應(yīng)的方法，此信號(hào)通過(guò)通信系統(tǒng)中的信道傳輸，其特征是，得到有關(guān)傳輸信號(hào)的先驗(yàn)知識(shí)；利用傳輸信號(hào)和所述先驗(yàn)知識(shí)以選取信道脈沖響應(yīng)的估算值，它使傳輸信號(hào)與重建信號(hào)之間的期望距離最小化。
2．按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，最小化的期望距離是價(jià)值函數(shù)。
3．按照權(quán)利要求2的方法，其特征是，最小化的價(jià)值函數(shù)是用E{‖r-Bh‖2｜r}表示。
4．按照以上任一個(gè)權(quán)利要求的方法，其特征是，從在傳輸信號(hào)上完成的數(shù)據(jù)估算中得到先驗(yàn)知識(shí)。
5．按照以上任一個(gè)權(quán)利要求的方法，其特征是，先驗(yàn)知識(shí)是從信道解碼器得到的。
6．按照以上任一個(gè)權(quán)利要求的方法，其特征是，從信道探測(cè)中選取估算值。
全文摘要
一種估算信號(hào)中信道脈沖響應(yīng)的方法,此信號(hào)通過(guò)通信系統(tǒng)中的信道傳輸。信道估算器得到有關(guān)傳輸信號(hào)的先驗(yàn)知識(shí),然后利用傳輸信號(hào)和此先驗(yàn)知識(shí),選取信道脈沖響應(yīng)的估算值,它把傳輸信號(hào)與重建信號(hào)之間的期望距離最小化。最小化的期望距離是價(jià)值函數(shù),用E{‖r－Bh‖
文檔編號(hào)H04L25/02GK1236243SQ9910518
公開日1999年11月24日 申請(qǐng)日期1999年4月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月30日
發(fā)明者卡羅·路西, 西耶德·昂·穆塔巴, 馬格努斯·桑德爾, 保羅·愛(ài)德華·斯特勞什, 嚴(yán)蘭紅(音譯), 斯特丹·坦·布林克 申請(qǐng)人:朗迅科技公司