專利名稱：遭受衰落的信道的信息塊檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)傳輸系統(tǒng)，包括至少一個(gè)發(fā)射機(jī)和一個(gè)接收機(jī)用于在傳輸信道上發(fā)送信息塊格式化的數(shù)據(jù)，該信道引入了以乘法系數(shù)為基準(zhǔn)定義的失真，所述接收機(jī)包括信息塊檢測(cè)裝置，通過(guò)連續(xù)迭代檢測(cè)信息塊，所述信息塊檢測(cè)裝置本身包括信息塊乘法器裝置，用于通過(guò)預(yù)定補(bǔ)償所述失真的濾波器矩陣相乘信息塊。
本發(fā)明也涉及預(yù)計(jì)用于這種系統(tǒng)中的一個(gè)接收機(jī)，預(yù)計(jì)用于這種接收機(jī)的信息塊檢測(cè)方法和用于實(shí)現(xiàn)這種方法的計(jì)算機(jī)程序。
本發(fā)明在遭受衰落的信道的傳輸領(lǐng)域中有重要作用，例如瑞利(Rayleigh)和賴斯(Rice)信道中。這例如是移動(dòng)無(wú)線電系統(tǒng)和移動(dòng)衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的情況。
這類型的傳輸系統(tǒng)在M Reinhardt和J Lindner的文章“將瑞利衰落信道轉(zhuǎn)換為一組并行AWGN信道和其用于編碼傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)”中特別地?cái)⑹隽?，發(fā)表1995年12月7日Electronics Letters，31卷，25期。
在該文章所描述的系統(tǒng)中，所接收的信息塊通過(guò)濾波器矩陣相乘，該矩陣的元素可以寫(xiě)為pj*E(pj2)+No,]]>其中pj*,j=1,…,M是信道系數(shù)pj的共軛，M是信息塊的長(zhǎng)度，E(pj2)是pj2似然性和No是高斯噪聲方差。
實(shí)際上，該系統(tǒng)具有QPSK調(diào)制的良好性能。但是該性能對(duì)QAM調(diào)制和PSK調(diào)制還不夠好，這些調(diào)制具有大量點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是建議一種具有比上述定義類型更好性能的傳輸系統(tǒng)。
這個(gè)目的是利用在開(kāi)頭段落所描述的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的并且特征在于濾波器矩陣的元素根據(jù)所述系數(shù)冪的模形成，所述冪是迭代的函數(shù)。
例如通過(guò)使用最小誤差準(zhǔn)則選擇所述冪的值。
在第一實(shí)施例中，迭代次數(shù)是固定的。在第二實(shí)施例中，信息塊檢測(cè)裝置(40)包括用于確定判決收斂的裝置，該判決在連續(xù)迭代中獲得，和用于當(dāng)確定收斂時(shí)終止檢測(cè)的裝置。第二實(shí)施例允許平均限制必要迭代次數(shù)接近利用高斯信道(也就是說(shuō)，不受衰落的信道)所獲得的性能。
以非限定例子，參照下面描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其它方面將更清楚。
在圖中

圖1代表按照本發(fā)明的系統(tǒng)的例子，圖2代表按照本發(fā)明的接收機(jī)的詳細(xì)例子，圖3表示利用本發(fā)明在非編碼16-QAM調(diào)制和12階哈達(dá)馬(Hadamard)變換情況下所獲得的結(jié)果。
在圖1中表示了按照本發(fā)明的傳輸系統(tǒng)的示例。該系統(tǒng)包括一個(gè)發(fā)射機(jī)1，通過(guò)無(wú)線電信道3向接收機(jī)2發(fā)送數(shù)據(jù)，該信道遭受衰落。
發(fā)射機(jī)1包括信道編碼裝置10，用于對(duì)數(shù)據(jù)源12產(chǎn)生的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流11進(jìn)行編碼。該信道編碼裝置10包括一個(gè)引入數(shù)據(jù)12冗余的編碼器15，一個(gè)分配裝置16，將構(gòu)象中選擇的碼元分配給一組比特，和允許在解碼中避免出現(xiàn)錯(cuò)誤分組的一個(gè)交織器17。由交織器17產(chǎn)生的該碼元被加到該碼元組合成為長(zhǎng)度為M的信息塊X的串并轉(zhuǎn)換器18。這些信息塊發(fā)送給正交變換裝置20。該正交變換裝置20通過(guò)正交矩陣T乘向量X=[X1,X2,…,Xm]t將信息塊X轉(zhuǎn)換為信息塊Y(其中t表示轉(zhuǎn)置矩陣)。因此輸出向量可以寫(xiě)為Y=TX。以舉例方式，使用離散付氏變換或哈達(dá)馬(Hadamard)變換。然后輸出向量Y發(fā)送給并行串行轉(zhuǎn)換器21。所獲得的碼元流由交織器22交織以便保證通過(guò)信道引入碼元的衰減因素是相互獨(dú)立的。交織器22發(fā)出的碼元由低通濾波器23濾波然后由調(diào)制器24調(diào)制。所獲得的無(wú)線電信號(hào)通過(guò)遭受衰落的無(wú)線電信道3發(fā)射。
接收機(jī)2包括解調(diào)裝置30，用于對(duì)所接收無(wú)線電信號(hào)解調(diào)。這些解調(diào)裝置30也包括相位估計(jì)和相位補(bǔ)償裝置，以便在所發(fā)送碼元與解調(diào)裝置輸出端所獲得碼元之間沒(méi)有相位差。
在解調(diào)裝置輸出端所獲得的碼元由低通濾波器32濾波，然后發(fā)送給去交織器33。去交織后的碼元發(fā)送給串并轉(zhuǎn)換器34，該轉(zhuǎn)換器傳送長(zhǎng)度M的信息塊Z。這些信息塊Z發(fā)送給一個(gè)迭代信息塊信息塊檢測(cè)裝置(40)40。在最后迭代結(jié)束時(shí)(i=L)，該信息塊檢測(cè)裝置(40)40傳送信息塊 (L)。這些信息塊 (L)發(fā)送給并行串行轉(zhuǎn)換器42。所獲得的碼元數(shù)據(jù)流發(fā)送給去交織器43，然后到解碼器44。解碼后，解碼器44根據(jù)所接收碼元作出最后判決。
傳輸信道將每個(gè)所發(fā)送信號(hào)乘以一個(gè)系數(shù)并且加上了高斯噪聲。對(duì)于所發(fā)送信息塊Y，信道的特征為對(duì)角線矩陣Dp=diag(pl,…,pm)，和噪聲向量N。在信息塊檢測(cè)裝置(40)40輸入端所接收的信息塊Z因此可以寫(xiě)為Z=DpY+N。由于在傳輸之前進(jìn)行了交織22，系數(shù)pj是獨(dú)立變量。它們例如是按照瑞利律或賴斯分布。當(dāng)在所發(fā)送碼元與加到信息塊檢測(cè)裝置(40)40輸入端碼元之間沒(méi)有相位差時(shí)，系數(shù)pj是實(shí)數(shù)。
在圖2中解釋其中使用信息塊表示法的信息塊檢測(cè)裝置(40)40的操作。信息塊檢測(cè)裝置(40)40具有迭代操作。在下列說(shuō)明中，下標(biāo)i(i=1,…,L)是迭代計(jì)數(shù)。信息塊檢測(cè)裝置(40)40包括濾波器裝置50，該裝置將所接收信息塊Z乘以濾波器矩陣W(i)=DPP(i)E(PP(i)+1),]]>其中DpP(1)=diag(P1P(1),…,PMP(1)),E(PP(1)+1)是PP(1)+1的數(shù)學(xué)期望值，和P(i)是實(shí)數(shù)。濾波器矩陣W(i)的元素和信息塊Z`(i)DPP(i)E(PP(i)+1)]]>Z由濾波器裝置50根據(jù)迭代I導(dǎo)出。濾波器裝置50的輸出加到由正向和反向路徑形成的環(huán)路的輸入端。在其正向路徑上，該環(huán)路包括一個(gè)減法器元件52，該元件的輸出端連接到反向變換裝置53。這些反向變換裝置53的輸出加到加法元件54的第一輸入端。這些加法元件54具有第二輸入端，在此端上執(zhí)行迭代(i-1)(具有 (0=
t)方式的判決 (i-1)。加法元件54處理新的信息塊 (i)。按照新的信息塊和只要i＜L，閾值信息塊檢測(cè)裝置(40)55進(jìn)行迭代i的判決X(i)。在最后迭代(i=L)，新的信息塊 (L)發(fā)送給并行串行轉(zhuǎn)換器42。由解碼器44在解碼結(jié)束時(shí)進(jìn)行關(guān)于每個(gè)所接收碼元的最后判決。
向下路徑包括變換裝置60，將由正交矩陣T定義的變換應(yīng)用于判決 (i-1)，該判決已經(jīng)在迭代i-1時(shí)作出。乘法器裝置62然后將變換后信息塊T (i-1)乘以對(duì)角線矩陣Dp和濾波器矩陣W(i)的乘積。該乘法器裝置62因此導(dǎo)出信息塊R(i)o[DpP(i)]TX^(i-1)E(pP(i)+1)]]>。最后，減法器元件52將信息塊Z｀(i)減去信息塊R(i)(具有R(1)=
t)。
因此，新的信息塊 (i)寫(xiě)為X~(i)=X^(i-1)+T-1Z`(i)-T-1{[DpP(i+1)]TX^(i-1)E(pP(i)+1)}+N`,]]>其中N｀是高斯噪聲。該項(xiàng)T-1Z`-T-1{[DpP(i+1)]TX^(i+1)E(pP(i)+1)}]]>形成濾波后有效接收信息塊與前面迭代時(shí)進(jìn)行判決的相同濾波后已經(jīng)接收的信息塊之間的差。該差值稱為碼間干擾。隨著每個(gè)迭代該差值減小。
圖2中的信息塊56和59代表在迭代i時(shí)能夠傳送在前面迭代進(jìn)行的判決X(i-1)的延遲元件。
濾波器矩陣w(i)的元素與信道系數(shù)的功率p(i)成正比。在此所描述的實(shí)施例中，因?yàn)樵诮庹{(diào)中已經(jīng)補(bǔ)償了所接收碼元的相位，該信道系數(shù)是實(shí)數(shù)。當(dāng)預(yù)先沒(méi)有進(jìn)行相位補(bǔ)償時(shí)，信道系數(shù)是復(fù)數(shù)并且濾波器矩陣W(i)的元素與所述系數(shù)的模的功率p(i)成正比。
使用功率p(i)≠1允許更快地減少碼間干擾。但這是以高斯噪聲放大為代價(jià)的，因?yàn)橛捎跒V波操作，N｀的方差則大于N的方差。
該功率p(i)取決于所使用的構(gòu)象和信噪比。例如通過(guò)模擬進(jìn)行選擇，同時(shí)假設(shè)所發(fā)送碼元是已知的和同時(shí)應(yīng)用比特誤碼率最小準(zhǔn)則，或閾值信息塊檢測(cè)裝置(40) (i)輸入與所發(fā)送信息塊之間差值的方差準(zhǔn)則。
在特定有利的方法中，選擇p(L)值等于l和選擇i＜L的功率p(i)等于常數(shù)μ。該常數(shù)μ是例如等于通過(guò)應(yīng)用已經(jīng)討論的誤差最小準(zhǔn)則之一對(duì)每個(gè)迭代i=1,…,L-1所獲得功率p｀(i)的平均值。例如通過(guò)下列方式確定該功率p｀(i)利用單個(gè)迭代進(jìn)行第一系列模擬以確定使該迭代結(jié)束時(shí)得到的誤碼率最小、或使閾值信息塊檢測(cè)裝置(40) (1)輸入端與所發(fā)送信息塊之間差值的方差最小的功率p｀(1)。
使用在第一系列模擬期間的固定功率P(1)的兩個(gè)迭代進(jìn)行第二系列模擬，以確定使在第二迭代結(jié)束時(shí)所獲得誤碼率最小或使閾值信息塊檢測(cè)裝置(40) (2)的輸入端與所發(fā)送信息塊之間差值的方差最小的功率p｀(2)。
如此進(jìn)行直到第(L-1)次迭代。
特別有意義的選擇迭代1到L-1的恒定功率，因?yàn)樵诖饲闆r下，迭代1到L-1的矩陣W(i)是常數(shù)。因此對(duì)于這些迭代只需要執(zhí)行一次濾波器操作，該操作允許到Z’(i)，而明顯地減少計(jì)算的復(fù)雜性。
另外，特別注意選擇最后迭代等于1的功率，因?yàn)樵跒V波之前和之后高斯噪聲相同的情況下，這意味著最后迭代時(shí)的濾波不對(duì)噪聲進(jìn)行任何放大。因?yàn)橥ㄟ^(guò)在第L-1的第一迭代時(shí)使用功率p(i)≠1可以獲得加快減少碼間干擾和因?yàn)橥ㄟ^(guò)對(duì)最后迭代使用p(i)=1而消除放大高斯噪聲的第二效果，該方案是最好的。
在特定有利的實(shí)施例中，信息塊檢測(cè)裝置(40)40的環(huán)路在其返回路徑上組成了收斂檢測(cè)元件70。該檢測(cè)元件的功能是確定在連續(xù)迭代獲得的判決的收斂，以便當(dāng)達(dá)到收斂時(shí)終止該檢測(cè)(即所謂碼間干擾接近零)。在第一實(shí)施例中，檢測(cè)元件70對(duì)于兩個(gè)連續(xù)迭代的判決 (i-1)與 (i)進(jìn)行比較。當(dāng)這些判決相同時(shí)，利用p(i+1)進(jìn)行最后迭代。在圖2中虛線所代表的第二實(shí)施例中，檢測(cè)元件計(jì)算具有閾值 (i)的判決與根據(jù)已經(jīng)進(jìn)行的判決的信息塊 (i)之間的均方差，對(duì)兩個(gè)連續(xù)判決 (i-1)與 (i)比較信息塊M個(gè)碼元所計(jì)算出的均方差。當(dāng)這兩個(gè)均方差之間的差值低于特定閾值時(shí)，利用p(i+1)進(jìn)行最后迭代。
應(yīng)當(dāng)注意，用在本發(fā)明中的濾波器矩陣元素獨(dú)立于高斯噪聲的方差No。高斯噪聲的該方差No在此不需要進(jìn)行估計(jì)。這是與引用的現(xiàn)有技術(shù)比較的另外優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)檫@減少了計(jì)算的復(fù)雜性和提高了結(jié)果的精度。
在通過(guò)舉例方式描述的實(shí)施例中，發(fā)射機(jī)包括信道編碼裝置10和接收機(jī)包括使用信息塊 (L)的解碼裝置。這不是限制性的。在某些情況下，信道解碼裝置使用根據(jù)信息塊 (L)的判決 (L)。另外，信道編碼裝置是可選項(xiàng)和當(dāng)發(fā)射機(jī)不包括信道編碼裝置時(shí)，有關(guān)所接收碼元的最后判決由閾值信息塊檢測(cè)裝置(40)55 進(jìn)行。在此情況下，正是判決 (L)發(fā)送給并行串行轉(zhuǎn)換器42。
在通過(guò)舉例方式描述的實(shí)施例中，對(duì)角線矩陣Dp與濾波器矩陣W(i)的乘積被規(guī)一化。這對(duì)于實(shí)施是一種有利的選擇，它允許獲得充分利用常數(shù)包絡(luò)構(gòu)象和利用非常數(shù)包絡(luò)構(gòu)象的單一信息塊檢測(cè)裝置(40)。在其它實(shí)施例中，將使用非規(guī)一化的乘積，也就是說(shuō)，濾波器矩陣W(i)將呈現(xiàn)與在此使用的信道不同的信道系數(shù)功率的比例系數(shù)。
在通過(guò)舉例方式描述的實(shí)施例中，使用處理復(fù)數(shù)碼元的單一信息塊檢測(cè)裝置(40)?？墒?，如果使用正方形構(gòu)象和實(shí)變換構(gòu)象(即利用哈德馬變換的情況下)，也可以使用兩個(gè)平行的信息塊檢測(cè)裝置(40)分別處理復(fù)數(shù)碼元的實(shí)部和虛部。
圖3代表利用本發(fā)明的非編碼16-QAM調(diào)制和12階哈德馬變換(M=4096)所獲得的結(jié)果。曲線i=1到i=8代表相應(yīng)迭代1到8的隨信噪比改變的誤碼率，對(duì)于i=1到7，p(i)=0.28而p(8)=1。在第8次迭代所獲得曲線接近信噪比高于13.5dB的高斯信道所獲得的結(jié)果(AWGN曲線)。
曲線VAR代表當(dāng)使用各種數(shù)量迭代所獲得的結(jié)果，因?yàn)閺?fù)雜性原因最大值限制為20。對(duì)于低信噪比，進(jìn)行迭代的次數(shù)等于20。當(dāng)信噪比增加時(shí)而減少。對(duì)于低信噪比，所獲得的結(jié)果比使用固定8次迭代時(shí)更好。曲線i=8和VAR收斂從13dB向前收斂。從14.5dB向前進(jìn)行迭代的次數(shù)減少(當(dāng)Eb/No-145dB時(shí)等于7，而當(dāng)Eb/No=15dB時(shí)為6.5)。當(dāng)信噪比高時(shí)該實(shí)施例因此允許減少檢測(cè)的復(fù)雜性。
權(quán)利要求
1．一種傳輸系統(tǒng)，包括至少一個(gè)發(fā)射機(jī)(1)和一個(gè)接收機(jī)(2)，用于在傳輸信道(3)上傳輸以信息塊格式化的數(shù)據(jù)，該信道引入根據(jù)乘法系數(shù)(pj)所定義的失真，所述接收機(jī)包括信息塊檢測(cè)裝置(40)用于通過(guò)連續(xù)迭代(I)檢測(cè)信息塊，所述信息塊檢測(cè)裝置自身包括信息塊乘法器裝置(50,62)，用于將信息塊乘以要補(bǔ)償所述失真的濾波器矩陣(w(i))，其特征在于該濾波器矩陣的元素根據(jù)所述系數(shù)模的功率(p(i))形成，所述功率值是迭代(i)的函數(shù)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傳輸系統(tǒng)，其特征在于通過(guò)使用誤差最小準(zhǔn)則選擇所述功率值(p(i))。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述信息塊檢測(cè)裝置(40)包括用于確定在連續(xù)迭代中所獲得判決收斂的裝置(70)，和用于當(dāng)確定為收斂時(shí)終止所述檢測(cè)的裝置。
4．根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種傳輸系統(tǒng)，其特征在于所述檢測(cè)裝置進(jìn)一步包括－根據(jù)所接收信息塊(Z)進(jìn)行第一次判決( (1))的裝置，－用于確定當(dāng)前迭代(i)濾波后(Z｀(i))實(shí)際接收信息塊與前次迭代( (i-1))進(jìn)行的判決的相同濾波后已經(jīng)接收的信息塊之間差值的裝置，－通過(guò)將所述差值加入到前次迭代( (i-1))進(jìn)行的判決而形成新的信息塊( (i))的裝置，－根據(jù)所述新的信息塊( (i))進(jìn)行當(dāng)前迭代(i)的判決( (i))的裝置。
5．一種用于權(quán)利要求1到4之一的傳輸系統(tǒng)中的接收機(jī)。
6．一種用于在傳輸信道上發(fā)送信息塊格式化數(shù)據(jù)的傳輸系統(tǒng)的接收機(jī)中的信息塊檢測(cè)方法，該信道引入根據(jù)乘法系數(shù)(pj)所定義的失真，所述方法包括至少將分組乘以要補(bǔ)償所述失真的濾波器矩陣(W(i))的信息塊乘法(50,62)步驟，其特征在于該濾波器矩陣的元素根據(jù)所述系數(shù)模的功率(p(i))形成，所述功率值是迭代(i)的函數(shù)。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種檢測(cè)方法，其特征在于通過(guò)使用誤差最小準(zhǔn)則選擇所述功率值(p(i))。
8．根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種檢測(cè)方法，其特征在于它包括用于確定在連續(xù)迭代中所獲得判決收斂的步驟(70)，和當(dāng)確定為收斂時(shí)終止所述檢測(cè)的步驟。
9．根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種檢測(cè)方法，其特征在于進(jìn)一步包括－根據(jù)所接收信息塊進(jìn)行第一次判決的步驟，－確定當(dāng)前迭代(i)濾波后(Z｀(i))實(shí)際接收的信息塊與前次迭代( (i-1))進(jìn)行的判決的相同濾波后已經(jīng)接收的信息塊之間差值的步驟，－通過(guò)將所述差值加入到前次迭代進(jìn)行的判決而形成新的信息塊( (i))的步驟，－根據(jù)所述新的信息塊進(jìn)行所述當(dāng)前迭代的判決( (i))的步驟。
10．一種計(jì)算機(jī)程序，包括實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求6到9之一所述的方法的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過(guò)遭受衰落的信道的傳輸系統(tǒng)。在此情況下使用迭代信息塊檢測(cè)方法是已知的,該方法格外包括步驟:將所接收信息塊乘以濾波器矩陣的乘法步驟,該矩陣元素可以如右式1,其中p
文檔編號(hào)H04B7/26GK1299218SQ00137318
公開(kāi)日2001年6月13日 申請(qǐng)日期2000年12月4日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月7日
發(fā)明者A·舒利 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司