專(zhuān)利名稱(chēng)：一種在超寬帶系統(tǒng)中使用的瑞克接收機(jī)及處理信號(hào)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超寬帶(UWB)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中的接收機(jī)技術(shù)，特別是涉及一種高速率、近距離的最小均方誤差瑞克(MMSE-RAKE)接收機(jī)，該接收機(jī)對(duì)于傳輸中信號(hào)的多徑延遲擴(kuò)展所引起碼間干擾(ISI)有較好的抑制作用。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的超寬帶無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中，使用RAKE接收機(jī)，接收信號(hào)的若干個(gè)多徑分量，以最大比合并方式以獲得接收機(jī)的信噪比的最大化。如圖1所示，接收機(jī)有Lp個(gè)支路，合并信號(hào)的前Lp個(gè)多徑分量，對(duì)應(yīng)的最大信噪比合并系數(shù)為信道沖擊響應(yīng)的前Lp個(gè)分量(h1，h2，...，hLp)，該值由信道估計(jì)模塊提供；在每一個(gè)積分器支路中模板脈沖信號(hào)的延遲是與(h1，h2，...，hLp)對(duì)應(yīng)的(τ1，τ2，...，τLp)。接收信號(hào)與模板信號(hào)相乘后積分，每條支路的積分值經(jīng)采樣后合并，合并后的值送入判決器進(jìn)行判決。
上述內(nèi)容為現(xiàn)有的超寬帶系統(tǒng)RAKE接收機(jī)的工作流程。系統(tǒng)在信息速率較低的情況下上述的RAKE接收機(jī)有較好的性能。但是超寬帶技術(shù)主要用于WPAN(personal area network)，其信息速率由IEEE802.15.3a標(biāo)準(zhǔn)提出為110～480Mpbs。在這種情況下，信號(hào)的相鄰的脈沖由于多徑延遲擴(kuò)展所引起的碼間干擾(ISI inter symbol interference)對(duì)于接收機(jī)的解調(diào)和判決的影響是致命的。碼間干擾對(duì)于系統(tǒng)的性能由matlab平臺(tái)仿真得到，降低結(jié)果圖2可見(jiàn)。圖中橫坐標(biāo)為信噪比，縱坐標(biāo)為系統(tǒng)的誤碼率。信息速率為100Mbps，接收端接收機(jī)的支路數(shù)為5。從圖中可見(jiàn)，當(dāng)誤碼率達(dá)到10-5時(shí)，有碼間干擾系統(tǒng)要比沒(méi)有碼間干擾的系統(tǒng)信噪比提高約10dB，也就是說(shuō)碼間干擾使得系統(tǒng)的性能降低了10dB，此時(shí)通信質(zhì)量急劇下降，甚至使通信中斷。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)原有的超寬帶(UWB)RAKE接收機(jī)受碼間干擾影響嚴(yán)重的情況，本發(fā)明所要解決的問(wèn)題在于解決碼間干擾對(duì)系統(tǒng)性能的影響，提高超寬帶系統(tǒng)接收機(jī)對(duì)于碼間干擾的魯棒特性。使得超寬帶系統(tǒng)的接收機(jī)在嚴(yán)重的多徑環(huán)境下，對(duì)碼間干擾有一定的抑制能力。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種在超寬帶系統(tǒng)UWB中使用的瑞克接收機(jī)，其用于接收來(lái)自下行鏈路的信號(hào)，該瑞克接收機(jī)包括支路加權(quán)乘法器，用于調(diào)整各支路的本地模板信號(hào)的加權(quán)系數(shù)；時(shí)間延遲器，用于延遲本地模板信號(hào)；接收信號(hào)與模板信號(hào)相乘器；用于將已接收信號(hào)的多徑分量與經(jīng)延遲的本地模板信號(hào)相乘；積分器，用于對(duì)相乘后的本地信號(hào)與接收信號(hào)的多徑分量在符號(hào)間隔內(nèi)積分；采樣器，用于以接收信號(hào)的符號(hào)速率采樣；合并器，用于各支路采樣后得到的信號(hào)進(jìn)行加權(quán)合并；最小均方誤差MMSE模塊，該模塊對(duì)信道估計(jì)模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行處理，調(diào)整各個(gè)支路的加權(quán)系數(shù)，并將調(diào)整后的所述加權(quán)系數(shù)輸出到支路加權(quán)乘法器。


圖1是現(xiàn)有的超寬帶RAKE接收機(jī)的原理框圖。
圖2是系統(tǒng)在多徑環(huán)境下，速率達(dá)到100Mbps時(shí)受到碼間干擾影響由計(jì)算機(jī)仿真得到的性能與無(wú)碼間干擾的性能比較。
圖3是本發(fā)明提出的超寬帶MMSE-RAKE接收機(jī)的原理框圖。
圖4是超寬帶MMSE-RAKE中MMSE模塊工作流程圖。
圖5是系統(tǒng)在多徑環(huán)境下，速率達(dá)到100Mbps，接收機(jī)支路數(shù)為5時(shí)，多徑環(huán)境下由計(jì)算機(jī)仿真得到的MMSE-RAKE接收機(jī)性能與現(xiàn)有的超寬帶RAKE接收機(jī)性能比較。
圖6是系統(tǒng)在多徑環(huán)境下，速率達(dá)到100Mbps，接收機(jī)支路數(shù)為10時(shí)，多徑環(huán)境下由計(jì)算機(jī)仿真得到的MMSE-RAKE接收機(jī)性能與現(xiàn)有的超寬帶RAKE接收機(jī)性能比較。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1是現(xiàn)有的超寬帶RAKE接收機(jī)的原理框圖。其中，該瑞克接收機(jī)包括支路加權(quán)乘法器，用于調(diào)整各支路的本地模板信號(hào)的加權(quán)系數(shù)；時(shí)間延遲器，用于延遲本地模板信號(hào)；接收信號(hào)與模板信號(hào)相乘器；用于將已接收信號(hào)的多徑分量與經(jīng)延遲的本地模板信號(hào)相乘；積分器，用于對(duì)相乘后的本地信號(hào)與接收信號(hào)的多徑分量在符號(hào)間隔內(nèi)積分；采樣器，用于以接收信號(hào)的符號(hào)速率采樣；合并器，用于各支路采樣后得到的信號(hào)進(jìn)行加權(quán)合并；以最大比合并方式以獲得接收機(jī)的信噪比的最大化。所述接收機(jī)中的各條支路信號(hào)的多徑分量在時(shí)域上是正交的，而在CDMA系統(tǒng)中各條支路的信號(hào)的多徑分量的正交性是靠正交碼子實(shí)現(xiàn)的。
圖2是系統(tǒng)在多徑環(huán)境下，受到碼間干擾和無(wú)碼間干擾的性能比較，數(shù)據(jù)速率達(dá)為100Mbps。其中橫軸表示信噪比，單位為dB，縱軸表示誤碼率。由圖中可知碼間干擾對(duì)系統(tǒng)性能的影響比較嚴(yán)重，系統(tǒng)的誤碼率在10-4時(shí)，碼間干擾對(duì)系統(tǒng)的性能降低約為10dB。所以消除碼間干擾的影響可以較好的提高系統(tǒng)的性能。
圖3是本發(fā)明提出的超寬帶MMSE-RAKE接收機(jī)的原理框圖。該瑞克接收機(jī)包括支路加權(quán)乘法器，用于調(diào)整各支路的本地模板信號(hào)的加權(quán)系數(shù)；時(shí)間延遲器，用于延遲本地模板信號(hào)；接收信號(hào)與模板信號(hào)相乘器；用于將已接收信號(hào)的多徑分量與經(jīng)延遲的本地模板信號(hào)相乘；積分器，用于對(duì)相乘后的本地信號(hào)與接收信號(hào)的多徑分量在符號(hào)間隔內(nèi)積分；采樣器，用于以接收信號(hào)的符號(hào)速率采樣；合并器，用于各支路采樣后得到的信號(hào)進(jìn)行加權(quán)合并；最小均方誤差MMSE模塊，該模塊對(duì)信道估計(jì)模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行處理，調(diào)整各個(gè)支路的加權(quán)系數(shù)，并將調(diào)整后的所述加權(quán)系數(shù)輸出到支路加權(quán)乘法器。由MMSE模塊輸出的支路加權(quán)系數(shù)兼顧了對(duì)信號(hào)的多徑分量信噪比最大化的和減小碼間干擾的影響。當(dāng)碼間干擾較為嚴(yán)重的情況下，各支路信號(hào)的多徑分量的正交性無(wú)法滿(mǎn)足，使用原有的最大比合并方式的支路加權(quán)系數(shù)合并各支路信號(hào)無(wú)法消除碼間干擾，并非是最優(yōu)的。而MMSE模塊對(duì)原有的加權(quán)系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使得加權(quán)系數(shù)在最大信噪比接收和消除碼間干擾兩方面得到折中，優(yōu)于原有的加權(quán)系數(shù)。
圖4是超寬帶MMSE-RAKE中MMSE模塊工作流程圖。在接收端的MMSE-RAKE接收機(jī)有L條支路，對(duì)信號(hào)的前L個(gè)多徑分量接收，對(duì)于第N個(gè)比特的信號(hào)，由各條支路積分器的輸出抽樣值加權(quán)合并后的判決變量表示如式1
(式1)其中v(t)＝p(t)-p(t-δ)為模板脈沖信號(hào)，βk為支路的加權(quán)合并系數(shù)。
上式中第一項(xiàng)為有用信號(hào)，表示RAKE接收機(jī)的L條支路對(duì)第N個(gè)脈沖信號(hào)的前L個(gè)多徑分量相關(guān)接收后，加權(quán)合并。最后一項(xiàng)表示高斯噪聲。第二項(xiàng)表示碼間干擾的影響。在沒(méi)有碼間干擾的情況下，上式的第二項(xiàng)為0。對(duì)于RAKE接收機(jī)的每一條支路的加權(quán)系數(shù)應(yīng)是與該支路延遲相對(duì)應(yīng)的信道沖擊響應(yīng)的分量，這樣的合并方式為最大比合并。對(duì)于存在高斯加性白噪聲AWGN和碼間干擾的情況，以最大比合并沒(méi)有考慮碼間干擾的因素，只是收集最多的信號(hào)能量，以獲得信噪比的最大化，最大比合并在碼間干擾的情況下就不是最優(yōu)的合并方式，所以要尋找RAKE接收機(jī)在碼間干擾情況下的最優(yōu)的加權(quán)合并系數(shù)。
進(jìn)一步考察式1，可將其表示為 =Σl=1L{Σi=N-MN[Σk=1NpathhkβlR(NTd-iTd+τl-τk)]}+w(NTd)]]>(式2)其中(τ)=∫-∞∞p(t)v(t+τ)dt]]>為發(fā)射脈沖與模板脈沖的互相關(guān)。定義RAKE接收機(jī)的加權(quán)合并系數(shù)為L(zhǎng)×1的列向量B→=[β1,β2,...,βL]T]]>(式3)定義Φ[n]為L(zhǎng)×1的列向量
Φ[n]=Σk=1NpathhkR(nTd-τk+τ1)R(nTd-τk+τ2)...R(nTd-τk+τL)]]>(式4)由式3、式4來(lái)表示式2，可得 =Σi=N-MNB→TΦ[N-i]+w(NTd)]]>(式5)(式5)與(式2)意義相同，只是用向量表示了Y(nTd)。假設(shè)SN表示Y(nTd)在沒(méi)有高斯噪聲和ISI的情況下的理想值。所以對(duì)于一組最優(yōu)的加權(quán)合并系數(shù) 應(yīng)滿(mǎn)足B→opt=argminβkE[|SN-Y(nTd)|2]]]>(式6)上的解表示為 (式7)其中 (式8)其中 分別表示高斯噪聲和ISI干擾項(xiàng)的互相關(guān)矩陣。針對(duì)本發(fā)明的問(wèn)題由(式2)可得 為L(zhǎng)×L方陣，各元素表示為 (式9)
其中Rn(t)=N02δ(t).]]>顯然只有當(dāng)i＝j(luò)時(shí)， 可知 可以表示為 (式10) 表示為 (式11)H表示為H=Φ
]]> (式12)利用上述方法優(yōu)化Rake接收機(jī)的加權(quán)系數(shù)，可以得到加權(quán)系數(shù)表示為B→opt={N02R(0)I+Σn=-M-1Φ[n]ΦT[n]}2Φ
]]>(式13)上式則是MMSE模塊的輸出。
圖5是系統(tǒng)在多徑環(huán)境下，原有的接收于MMSE-RAKE機(jī)于的性能比較，數(shù)據(jù)速率達(dá)為100Mbps。其中橫軸表示信噪比，單位為dB，縱軸表示誤碼率。圖中縱軸為誤碼率?？梢?jiàn)在誤碼率為10-5時(shí)，加入MMSE模塊的RAKE接收機(jī)比傳統(tǒng)RAKE接收機(jī)性能提高3dB。
圖6是系統(tǒng)在多徑環(huán)境下，速率達(dá)到100Mbps，接收機(jī)支路數(shù)為10時(shí)，多徑環(huán)境下由計(jì)算機(jī)仿真得到的MMSE-RAKE接收機(jī)性能與現(xiàn)有的超寬帶RAKE接收機(jī)性能比較。其中橫軸為信噪比?？v軸為誤碼率?？梢?jiàn)在誤碼率為10-5時(shí)，加入MMSE模塊的RAKE接收機(jī)比傳統(tǒng)RAKE接收機(jī)性能提高3dB。
本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的某些優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。同樣應(yīng)當(dāng)理解各種修改，改變，以及其可替換的實(shí)施例都在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。本發(fā)明進(jìn)一步由下面的權(quán)利要求來(lái)定義。
權(quán)利要求
1.一種在超寬帶系統(tǒng)UWB中使用的瑞克接收機(jī)，其用于接收來(lái)自下行鏈路的信號(hào)，該瑞克接收機(jī)包括支路加權(quán)乘法器，用于調(diào)整各支路的本地模板信號(hào)的加權(quán)系數(shù)；時(shí)間延遲器，用于延遲本地模板信號(hào)；接收信號(hào)與模板信號(hào)相乘器，用于將已接收信號(hào)的多徑分量與經(jīng)延遲的本地模板信號(hào)相乘；積分器，用于對(duì)相乘后的本地信號(hào)與接收信號(hào)的多徑分量在符號(hào)間隔內(nèi)積分；采樣器，用于以接收信號(hào)的符號(hào)速率采樣；合并器，用于各支路采樣后得到的信號(hào)進(jìn)行加權(quán)合并；其特征在于，該瑞克接收機(jī)還包括最小均方誤差MMSE模塊，該模塊對(duì)信道估計(jì)模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行處理，調(diào)整各個(gè)支路的加權(quán)系數(shù)，并將調(diào)整后的所述加權(quán)系數(shù)輸出到支路加權(quán)乘法器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瑞克接收機(jī)，該接收機(jī)具有Lp個(gè)支路，用于合并信號(hào)的前Lp個(gè)多徑分量。
3.一種使用瑞克接收機(jī)在超寬帶UWB系統(tǒng)中接收處理信號(hào)的方法，該方法包括步驟使用支路加權(quán)乘法器調(diào)整各支路的本地模板信號(hào)的加權(quán)系數(shù)；使用時(shí)間延遲器延遲本地模板信號(hào)；使用接收信號(hào)與模板信號(hào)相乘器將已接收信號(hào)的多徑分量與經(jīng)延遲的本地模板信號(hào)相乘；使用積分器對(duì)相乘后的本地信號(hào)與接收信號(hào)的多徑分量在符號(hào)間隔內(nèi)積分；使用采樣器以接收信號(hào)的符號(hào)速率對(duì)所述積分器的輸出值進(jìn)行采樣；使用合并器對(duì)各支路采樣后得到的信號(hào)進(jìn)行加權(quán)合并；其特征在于，該方法還包括步驟使用最小均方誤差MMSE模塊對(duì)信道估計(jì)模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行處理，調(diào)整各個(gè)支路的加權(quán)系數(shù)，并將調(diào)整后的所述加權(quán)系數(shù)輸出到支路加權(quán)乘法器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在超寬帶UWB系統(tǒng)中接收處理信號(hào)的方法，其中該接收機(jī)具有Lp個(gè)支路，用于合并信號(hào)的前Lp個(gè)多徑分量。
全文摘要
本發(fā)明提出一種在超寬帶系統(tǒng)UWB中使用的瑞克接收機(jī)，其用于接收來(lái)自下行鏈路的信號(hào)，該瑞克接收機(jī)包括支路加權(quán)乘法器，用于調(diào)整各支路的本地模板信號(hào)的加權(quán)系數(shù)；時(shí)間延遲器，用于延遲本地模板信號(hào)；接收信號(hào)與模板信號(hào)相乘器；用于將已接收信號(hào)的多徑分量與經(jīng)延遲的本地模板信號(hào)相乘；積分器，用于對(duì)相乘后的本地信號(hào)與接收信號(hào)的多徑分量在符號(hào)間隔內(nèi)積分；采樣器，用于以接收信號(hào)的符號(hào)速率采樣；合并器，用于各支路采樣后得到的信號(hào)進(jìn)行加權(quán)合并；最小均方誤差MMSE模塊，該模塊對(duì)信道估計(jì)模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行處理，調(diào)整各個(gè)支路的加權(quán)系數(shù)，并將調(diào)整后的所述加權(quán)系數(shù)輸出到支路加權(quán)乘法器。
文檔編號(hào)H04B1/707GK1645759SQ20051000850
公開(kāi)日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2005年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月22日
發(fā)明者陳曉宗 申請(qǐng)人:陳曉宗