專利名稱：具至少兩個(gè)天線的維特畢收信機(jī)衰減影響的減小方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減小具至少兩個(gè)天線的維特畢(Viterbi)收信機(jī)衰減影響的方法，這種收信機(jī)通過易受干擾的信道接收無線電信號，該方法包括下列步驟接收天線上的信號，該天線彼此相隔一段距離;
將收自各天線的信號取樣成所收到的天線信號;
對某一信道作出估計(jì)值，估計(jì)信道的傳輸函數(shù);然后按照維特畢算法在維特畢收信機(jī)的均衡器中對信號進(jìn)行處理，其中給維特畢算法的各狀態(tài)變化都取了理論符號;
用無線電傳輸信號常遇到的問題是信號因受干擾而衰減。在流動無線電通信中，這個(gè)問題很明顯，在這種場合下，流動收信機(jī)在干擾場中流動，經(jīng)常反復(fù)處于衰減狀態(tài)中。減小衰減影響公知的一種方法是采用具兩個(gè)或多個(gè)彼此間隔一段距離的天線的收信機(jī);例如，L.B.Lopes在1989年7月20日第25卷第15期的《電子通訊》(Electronics Letters)中寫的題為“窄帶TDMA流動無線電系統(tǒng)的空間/時(shí)間分集技術(shù)”一文中即介紹了這種收信機(jī)。發(fā)送來的數(shù)字無線電信號為第一天線所接收，按預(yù)選的適當(dāng)時(shí)間延遲一段時(shí)間。無線電信號也為第二天線所接收，第二天線的信號加到該延遲信號上，加起來得出的信號在均衡器中進(jìn)行處理，該均衡器可以是維特畢均衡器。該文章談到了位誤差量隨延遲時(shí)間的長度而減小。另一種方法是采用配備有若干天線的收信機(jī)，如美國印地安那州Howard W.Sams & Co公司出版的William C.Y.Lee著的《流動通信設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》一書中所介紹的那樣。該書第3.5.1節(jié)列舉了一些實(shí)例，說明來自兩個(gè)帶分立天線的收信機(jī)放大器的信號如何加起來以減少衰減。所傳輸?shù)氖菙?shù)字信號時(shí)，這種相加產(chǎn)生了這樣的困難，即相加的信號其相位需要正確。即使天線所收到的信號其強(qiáng)度令人滿意，個(gè)別天線所收到的信號也可能彼此相位相反而衰減。因此需要對信號進(jìn)行鎖相，而這一點(diǎn)是難以達(dá)到的，特別是對迅速衰減、受噪音干擾的信道來說，更是如此。在受這種噪音干擾的情況下，采用慢而可調(diào)節(jié)的鎖相有好處，而對快速衰減來說，需要的卻是快速可調(diào)節(jié)的鎖相。
按照本發(fā)明，上述處理收信機(jī)中獲自彼此分立的天線的信號以減小衰減作用的問題是按下列方式解決的對每個(gè)天線就擴(kuò)散到天線的信道的傳輸函數(shù)進(jìn)行估計(jì);維持畢算法中的狀態(tài)每次在新與舊之間發(fā)生變化時(shí)，借助于各信道的估計(jì)值計(jì)算各天線信號的部分度量值;各天線信號的部分度量值經(jīng)相互加權(quán)之后，用以計(jì)算新舊狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變過程的度量值。
本發(fā)明的特征在于所述信道估計(jì)值包括至少兩(R)個(gè)屬于個(gè)別天線(4)的部分信道估計(jì)值(hest，r)，其中在所示取樣時(shí)刻(k)的方法還包括下列步驟借助于部分信道估計(jì)值(hest，r)從理論符號(S(△Tij))形成理論輸入信號(sa，r(△Tij，k))，其中維持畢算法的狀態(tài)每次變化(△Tij)時(shí)都形成有各部分信號估計(jì)值(hest，r)的理論輸入信號(sa，r(△Tij，k);
根據(jù)所收到的屬于部分信道估計(jì)值和相應(yīng)理論輸入信號(sa，r(△Tij，k))的天線信號(sin，r(k))形成各個(gè)部分信道估計(jì)值(hest，r)的部分度量值(mr(△Tij，k));
維持畢算法中的指示狀態(tài)在舊態(tài)(Tj)與新態(tài)(Ti)之間轉(zhuǎn)變(△Tij)時(shí)形成一度量值(M(△Tij，k))，例如按照維特華算法在取樣時(shí)刻(k-1)為舊態(tài)(Tj)選取的度量值(M(Tj，k-1))，其中取樣時(shí)刻(k-1)在所指示的取樣時(shí)刻(k)之前，所指示的取樣時(shí)刻(k)則隨屬于各部分信道估計(jì)值(hest，r)的部分度量值(mr(△Tij，k))的加權(quán)(Kr)和增加;和所有狀態(tài)轉(zhuǎn)變(△Tij)為新態(tài)(Ti)時(shí)形成度量值，該度量值與所指示的狀態(tài)變化(△Tij)的度量值(M(△Tij，k))相對應(yīng)，此外還根據(jù)維特畢算法在轉(zhuǎn)變?yōu)樾聭B(tài)(Ti)時(shí)選取這些度量值(M(△Tij，k))的最小值(M(Tj，k))。
根據(jù)所收到的天線信號(sin，r(k)與相應(yīng)的理論輸入信號(sa，r(△Tij，k))之間差值的絕對值形成各部分度量值(mr(△Tij，k))。
所有加權(quán)部分度量值(mr(△Tij，k))用的系數(shù)(Kr)，它們的值彼此相等(Kr＝P/R)。
根據(jù)所收到的相應(yīng)天線信號(sin，r(k))的幅值選擇加權(quán)部分度量值(mr(△Tij，k))用的系數(shù)(Kr)。
加權(quán)部分度量值(mr(△Tij，k))用的系數(shù)(Kr)與所收到的天線信號(sin，r(k))的能量成正比(c)。
現(xiàn)在參看附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。附圖中

圖1示出了一無線電傳輸系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)包括一發(fā)信機(jī)、一收信機(jī)和一受干擾的中間信道;
圖2示出了分時(shí)傳輸系統(tǒng)的時(shí)隙和一時(shí)隙信號序列;
圖3是某一傳輸符號的個(gè)別值的示意圖;
圖4示出了在兩建筑物之間的一信號干擾圖流動的流動收信機(jī);
圖5是按本發(fā)明的方法處理信號的收信機(jī)的示意方框圖;
圖6則是圖5收信機(jī)某些部分更詳細(xì)的示意方框圖。
圖1中示意表示了分時(shí)無線電通信的無線電傳輸系統(tǒng)。發(fā)信機(jī)有一個(gè)接收載有信息的信號和產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)字符號s的單元1。這些符號按周知的方法經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換和調(diào)制之后，從單元2作為模擬信號Y發(fā)送出去。信號Y為一具有R個(gè)收信單元3的收信機(jī)所截獲。各收信單元有一天線4，且連接到相應(yīng)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器5上。這些轉(zhuǎn)換器將收自天線4的信號轉(zhuǎn)換成所收到的天線信號sin，r(k)。標(biāo)記k表示k個(gè)取樣時(shí)刻，標(biāo)記r表示該信號來自第r個(gè)天線，其中1＜r＜R。所收到的天線信號sin，r(k)傳送到單元6，在單元6中信號按本發(fā)明的方法處理。單元6中有執(zhí)行維特畢算法的裝置和估計(jì)信道傳輸函數(shù)的裝置。單元6產(chǎn)生對應(yīng)于數(shù)字符號s的估計(jì)符號
。所傳輸?shù)男盘朰在傳輸過積中受到干擾，其中最主要的干擾是衰減，在收信機(jī)中就把干擾對估計(jì)符號
的影響削弱了;這是因?yàn)?，天線4至少是兩個(gè)(R≥2)，而且所收到的天線信號sin，r(k)系按本發(fā)明的方法在單元6中進(jìn)行處理的。這下面即將更詳細(xì)的談到。
如上所述，本實(shí)施例的無線電傳輸系統(tǒng)是按圖2分立的時(shí)隙1-N進(jìn)行分時(shí)的，其中t表示時(shí)間。各時(shí)隙f能傳輸信號序列SS，信號序列SS包括一同步序列SO和一數(shù)據(jù)序列DO，數(shù)據(jù)序列DO則含有待傳輸?shù)男畔?。信號序列SS含有二進(jìn)制信息，而上述符號也可按例如正交調(diào)制加以調(diào)制，如圖3所示。在坐標(biāo)軸為I和Q的復(fù)數(shù)坐標(biāo)平面中，在各象限中用二進(jìn)制值00、01、10或11標(biāo)出經(jīng)調(diào)制的符號的四個(gè)可能值。傳輸這種經(jīng)調(diào)制的符號所需要的時(shí)間以符號時(shí)間TS表示。
上述信號按下列方式衰減，即所謂萊利(Rayleigh)衰減。圖4示出了反射所傳輸?shù)男盘朰的兩個(gè)建筑物7和8。相移的結(jié)果使被反射的信號在建筑物之間彼此相互干擾，于是就形成有規(guī)則的干涉圖，其中的信號強(qiáng)度的凸出點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)交替出現(xiàn)。通過干涉圖流動的流動收信機(jī)9會反復(fù)通過信號強(qiáng)度極低的各節(jié)點(diǎn)。有關(guān)信號衰減更詳盡的說明見上述參考文獻(xiàn)William C.Y.Lee著的《流動通信設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》一書第一章。
圖5更詳細(xì)地示出了上述單元6，其中為簡明起見，天線的數(shù)目R取3。從圖中還可以看到方框10，這個(gè)方框表示影響數(shù)字信號s的實(shí)際傳輸信道的傳輸函數(shù)h。傳輸函數(shù)h包括傳輸單元2、信號Y的無線電傳輸、收信單元3和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器5。單元6包括符號序列發(fā)生器9、各天線4的信道估計(jì)電路17、度量計(jì)算單元11和按維特畢算法影響信號處理的分析器12。部分信道估計(jì)值hest，r在各信道估計(jì)電路17中計(jì)算。各部分信通估計(jì)值是按周知方式計(jì)算的，具體作法是將符號序列發(fā)生器9所產(chǎn)生的同步序列SO與所傳輸同步序列SO的所收到的天線信號sin，r(k)進(jìn)行比較。在本實(shí)施例中，假設(shè)部分信道估計(jì)值hest，r是用各信號序列SS借助于同步序列SO計(jì)算一次的，而且在數(shù)據(jù)序列DO期間使其保持不變。但也可以按周知的方式[例如按F.R.Magee Jr和J.G.Proakis在1973年元月的IEEE(電氣工程師協(xié)會)信息理論學(xué)報(bào)發(fā)表的題為“在存在符號間干擾的情況下發(fā)出數(shù)字信號時(shí)的自適應(yīng)最大似然序列的估計(jì)”的一文中所介紹的方式]來適應(yīng)部分信道估計(jì)值hest，r。
傳輸數(shù)據(jù)序列DO時(shí)，就得出待傳輸信息的所收到的天線的信號sin，r(k)。這些信號按上述維特畢算法進(jìn)行分析，該算法的狀態(tài)數(shù)為M＝VD-1。V表示一符號所能取的系列值，該值在圖3所示符號的情況下為V＝4。D表示傳輸信道在符號時(shí)間TS的數(shù)目中的時(shí)間離差，在所舉的實(shí)施例中假設(shè)D＝2。這就是說，維特畢算法必須具有M＝4個(gè)狀態(tài)，在該四個(gè)狀態(tài)下能對所收到的天線信號sin，r(k)進(jìn)行所要求的處理。有關(guān)維特畢算法更為詳細(xì)的介紹見例如G.D.Forney，Jr.在1973年3月第61卷第3期的IEEE學(xué)報(bào)中發(fā)表的題為“維特畢算法”的文章。符號序列發(fā)生器9在維特畢算法中從舊態(tài)Tj至新態(tài)Ti的狀態(tài)變化為△Tij的情況下取理論符號系列S(△Tij)。借助于理論信號估計(jì)值hest，r按下列關(guān)系式計(jì)算輸入信號sa，r(△Tij，k)＝hest，r＊S(△Tij)其中符號＊表示卷積。以后選擇狀態(tài)變化△Tij用的部分度量值mr(△Tij，k)借助于所采用的輸入信號sa，r(△Tij，k)和所收到的天線信號sin，r(k)計(jì)算，下面即將參照圖6加以說明。
圖6示出了維特畢分析器12和度量計(jì)算單元11。單元11包括各部分信道估計(jì)值hest，r的運(yùn)算電路13和系數(shù)電路14。運(yùn)算電路13的作用是按關(guān)系式mr(△Tij，k)＝｜sin，r(k)-sa，r(△Tij，k)｜2計(jì)算部分度量值。和前面談過的類似。標(biāo)記k表示所示的取樣時(shí)間，指數(shù)r表示其中一個(gè)天線，△Tij表示按照維特畢算法的狀態(tài)變化。在所舉實(shí)施例的情況下，該算法具有以二進(jìn)制數(shù)00、01、10、11表示的M＝4個(gè)狀態(tài)，各新狀態(tài)有四個(gè)變化，如圖中所示，因而總的狀態(tài)變化為16個(gè)。各這些狀態(tài)變化的度量值按下列關(guān)系式計(jì)算
在此情況下，Kr表示電路14的各系數(shù)，所有R個(gè)天線的加權(quán)加法則是在加法器15中進(jìn)行。按照維特畢算法，量值M(Tj，k-1)涉及舊態(tài)Tj在所述取樣點(diǎn)k之前一個(gè)符號時(shí)間TS的取樣點(diǎn)k-1時(shí)選取的度量值。舊度量值隨加法器16中部分度量值的加權(quán)和而增加。根據(jù)維特畢算法，轉(zhuǎn)變到新狀態(tài)Ti時(shí)的最小度量值是根據(jù)關(guān)系式
i選取的。
因此度量值M(Tj，k)是在所述的取樣時(shí)刻k下為新狀態(tài)選取的值。度量值M(Tj，k)按維特畢算法使用，以確定估計(jì)符號
。度量值也存儲起來供在以后的取樣時(shí)刻k+1繼續(xù)計(jì)算度量值。
加權(quán)部分度量值用的系統(tǒng)Kr可按各種不同的方法選擇。按照另一種簡單的方法，所有系數(shù)都不變，且彼此相等，而在圖6所示的R＝3的情況下，Kr會等于P/3，其中P為所選取的一個(gè)常數(shù)。這個(gè)方法意味著，其中一個(gè)天線4上完全發(fā)展到衰減的無線電信號在度量計(jì)算中會與信號強(qiáng)度良好的其中一個(gè)天線上的信號具有同樣的加權(quán)。按照另一個(gè)更為復(fù)雜的方法，根據(jù)sin，r(k)所收到的天線信號由控制電路18測定，系數(shù)Kr的值則由控制電路根據(jù)該信號的強(qiáng)度設(shè)定。按照一有利的實(shí)施例，Kr與所收到的各天線信號Kr＝c·｜sin，r(k)｜2的能量成正比。在此情況下，c表示一個(gè)常數(shù)，該常數(shù)系選取得使諸系數(shù)的和∑Kr按照上述會等于P。
上面已就無線電通信的分時(shí)系統(tǒng)來說明本發(fā)明的內(nèi)容。但本發(fā)明也可應(yīng)用于其它系統(tǒng)中，例如頻率共用無線電通信系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，只要在信息開端發(fā)送形成信道估計(jì)值的同步序列一次就夠了。該信道估計(jì)值就借助于在該時(shí)期不斷發(fā)送的信號，在整個(gè)信息發(fā)送過程中都適用。當(dāng)要求對系統(tǒng)的速率加以限制時(shí)，也可以在完全不存在同步序列的情況下按例如D.N.Godard在1980年11月第COM-28卷第11期的IEEE通信會刊發(fā)表的題為“二維數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的自恢復(fù)均衡和載波跟蹤”一文中所述的方式對信道進(jìn)行估計(jì)。
權(quán)利要求
1.一種減小具至少兩個(gè)天線的維特畢(Viterbi)收信機(jī)衰減影響的方法，這種收信機(jī)通過易受干擾的信道接收無線電信號，該方法包括下列步驟接收天線上的信號，該天線彼此相隔一段距離；將收自各天線的信號取樣成所收到的天線信號；對某一信道作出估計(jì)值，估計(jì)信道的傳輸函數(shù)；然后按照維特畢算法在維特畢收信機(jī)的均衡器中對信號進(jìn)行處理，其中給維特畢算法的各狀態(tài)變化都取了理論符號；其特征在于，所述信道估計(jì)值包括至少兩(R)個(gè)屬于個(gè)別天線(4)的部分信道估計(jì)值(hest,r)，其中在所示取樣時(shí)刻(k)的方法還包括下列步驟借助于部分信道估計(jì)值(hest,r)從理論符號(S(△Tij))形成理論輸入信號(Sa,r(△Tij，k))，其中維特畢算法的狀態(tài)每次變化(△Tij)時(shí)都形成各有部分信號估計(jì)值(hest,r)的理論輸入信號(Sa，r(△Tij，k))；根據(jù)所收到的屬于部分信道估計(jì)值和相應(yīng)理論輸入信號(Sa,r(△Tij，k))的天線信號(Sin,r(k))形成各個(gè)部分信道估計(jì)值(hest,r)的部分度量值(mr(△Tij，k))；維特畢算法中的指示狀態(tài)在舊態(tài)(Tj)與新態(tài)(Ti)之間轉(zhuǎn)變(△Tij)時(shí)形成一度量值(M(△Tij，k))，例如按照維特畢算法在取樣時(shí)刻(k-1)為舊態(tài)(Tj)選取的度量值(M(Tj，k-1))，其中取樣時(shí)刻(k-1)在所指示的取樣時(shí)刻(k)之前，所指示的取樣時(shí)刻(k)則隨屬于各部分信道估計(jì)值(hest,r)的部分度量值(mr(△Tij，k))的加權(quán)(Kr)和增加；和所有狀態(tài)轉(zhuǎn)變(△Tij)為新態(tài)(Ti)時(shí)形成度量值，該度量值與所指示的狀態(tài)變化(△Tij)的度量值(M(△Tij，k))相對應(yīng)，此外還根據(jù)維特畢算法在轉(zhuǎn)變?yōu)樾聭B(tài)(Ti)時(shí)選取這些度量值(M(△Tij，k)的最小值(M(Tj，k))。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)所收到的天線信號(sin，r(k))與相應(yīng)的理論輸入信號(sa，r(△Tij，k))之間差值的絕對值形成各部分度量值(mr(△Tij，k))。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所有加權(quán)部分度量值(mr(△Tij，k))用的系數(shù)(Kr)，它們的值彼此相等(Kr＝P/R)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，根據(jù)所收到的相應(yīng)天線信號(sin，r(k))的幅值選擇加權(quán)部分度量值(mr(△Tij，k))用的系統(tǒng)(Kr)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，加權(quán)部分度量值(mr(△Tij，k))用的系數(shù)(Kr)與所收到的天線信號(sin，r(k))的能量成正比(c)。
全文摘要
信號經(jīng)天線接收后取樣成所收到的天線信號。形成各天線的部分信道估計(jì)值。為進(jìn)行維特畢分析，借助于該估計(jì)值取數(shù)據(jù)序列的理論輸入信號。部分度量值呈所收到的天線信號與維特畢狀態(tài)變化時(shí)相應(yīng)的理論輸入信號之間的差值的形式。將態(tài)每次發(fā)生變化就有度量值產(chǎn)生，例如舊態(tài)在上一取樣時(shí)刻的度量值的和，該時(shí)刻隨屬于各部分信道估計(jì)值的部分度量值的加權(quán)和而增加。所有狀態(tài)轉(zhuǎn)變成新狀態(tài)時(shí)都有相應(yīng)的度量值產(chǎn)生，且按維特畢算法選取這些度量值的最小值。
文檔編號H04B1/10GK1054156SQ91101088
公開日1991年8月28日 申請日期1991年2月18日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月16日
發(fā)明者托馬斯·O·貝克斯特倫, 拉格納·E·卡爾, 揚(yáng)-艾力克·謝恩法爾 申請人:艾利森電話股份有限公司