專利名稱：接收方法和接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在通信系統(tǒng)中用于從一個(gè)接收信號(hào)中同時(shí)檢波許多信號(hào)分量的接收方法。
通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中的一個(gè)中心問(wèn)題是信號(hào)向幾個(gè)同時(shí)用戶同時(shí)發(fā)送和從幾個(gè)同時(shí)用戶接收時(shí)使信號(hào)間的干擾為最小。由于這個(gè)原因和所使用的傳輸容量，開(kāi)發(fā)出了各種傳輸協(xié)議和多址接入方法，在移動(dòng)電話通信中最普遍的是FDMA和TDMA方法，最近還有CDMA方法。
CDMA是一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的多址聯(lián)接方法，除目前使用的FDMA和TDMA外，它最近被用于蜂窩無(wú)線系統(tǒng)中。CDMA相對(duì)于現(xiàn)有方法具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如頻率規(guī)劃的簡(jiǎn)單以及頻譜效率。
在CDMA方法中，用戶的窄帶數(shù)據(jù)信號(hào)與一個(gè)具有比該數(shù)據(jù)信號(hào)更寬帶寬的擴(kuò)展碼相乘至一個(gè)相對(duì)寬的頻帶上。用于現(xiàn)有測(cè)試系統(tǒng)的帶寬包括例如1.25MHz、10MHz和25MHz。在相乘期間，數(shù)據(jù)信號(hào)擴(kuò)展到整個(gè)要使用的頻帶上。所有用戶在同一頻帶上同時(shí)發(fā)送。在基站和移動(dòng)站之間的每個(gè)連接上，各使用一個(gè)不同的擴(kuò)展碼，用戶的信號(hào)可基于用戶的擴(kuò)展碼在接收機(jī)中相互區(qū)分開(kāi)來(lái)。如果可能，以這樣一種方法選擇擴(kuò)展碼它們相互正交，即它們相互不相關(guān)。
常規(guī)實(shí)現(xiàn)的CDMA接收機(jī)中的相關(guān)器與一個(gè)預(yù)期信號(hào)同步，它們基于擴(kuò)展碼來(lái)識(shí)別它。在接收機(jī)中，數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)將它與和傳輸步驟中相同的擴(kuò)展碼相乘而恢復(fù)到原始頻帶上。理想情況下，已被某些其它擴(kuò)展碼相乘的信號(hào)不相關(guān)且不恢復(fù)到窄帶上。在想要的信號(hào)看來(lái)，它們表現(xiàn)為噪聲。因此，目的是從許多干擾信號(hào)中檢測(cè)出預(yù)期用戶的信號(hào)。實(shí)際上，擴(kuò)展碼相關(guān)，從而其它用戶的信號(hào)使得檢測(cè)預(yù)期信號(hào)更加困難，因?yàn)樗鼈兪菇邮招盘?hào)非線性地失真。這種由用戶間相互引起的干擾稱作多址接入干擾。
在運(yùn)用TDMA多址接入方法的通信系統(tǒng)中使用幾個(gè)頻率，每個(gè)頻率被劃分成時(shí)隙，不同用戶的信號(hào)插入其中。這樣，每個(gè)用戶有一個(gè)它自己的時(shí)隙。由于保留給系統(tǒng)的頻率范圍通常是有限的，所使用的頻率通常應(yīng)在位于一個(gè)確定距離內(nèi)的多個(gè)小區(qū)中重復(fù)。為了提高頻率效率，應(yīng)使該距離盡可能地短。結(jié)果，在同一頻率上的不同傳輸相互干擾。在一個(gè)確定的時(shí)隙中，除預(yù)期信號(hào)外，在接收機(jī)中因此還收到一個(gè)噪聲信號(hào)，該噪聲信號(hào)來(lái)自使用同一頻率的某些其它的連接。
以上與CDMA共同描述的單用戶檢波方法不是最佳的，因?yàn)樵跈z波中未考慮包含于其它用戶信號(hào)中的信息。此外，由部分非正交擴(kuò)展碼和無(wú)線通路上的信號(hào)失真而導(dǎo)致的非線性不能通過(guò)常規(guī)的檢波方法來(lái)糾正。在一個(gè)最佳接收機(jī)中，考慮了包含于用戶信號(hào)中的所有信息，這樣，可使用例如維特比算法最佳地檢波出信號(hào)。例如在CDMA系統(tǒng)中，這種檢波方法的優(yōu)點(diǎn)是，接收機(jī)的誤碼率曲線類似于無(wú)多址接入干擾發(fā)生的單用戶CDMA系統(tǒng)中的情況。例如，不產(chǎn)生已成為CDMA系統(tǒng)特征的近遠(yuǎn)(near-far)問(wèn)題。近遠(yuǎn)問(wèn)題是這樣一種情況來(lái)自一個(gè)靠近接收機(jī)的發(fā)送機(jī)的傳輸妨礙(blanket)較遠(yuǎn)的發(fā)送機(jī)。維特比算法的主要缺點(diǎn)是，它所需的計(jì)算能力隨用戶數(shù)目成指數(shù)增加。例如，用QPSK調(diào)制，一個(gè)比特率為100kbit/s的10用戶系統(tǒng)計(jì)算概率函數(shù)將需1.05億次操作。實(shí)際上，這使得實(shí)現(xiàn)最佳接收機(jī)成為不可能。
但是，可通過(guò)不同的方法來(lái)近似最佳接收機(jī)。現(xiàn)有技術(shù)講授了各種同時(shí)多用戶檢波(MUD)方法。最為熟知的這類方法有線性多用戶檢波，一種解相關(guān)檢波器和一種多級(jí)檢波器。這些方法在Varanasi，Aazhang的“異步碼分多址通信的多級(jí)檢波”，IEEE通信學(xué)報(bào)，Vol.38，pp.509-519，ADr.1990；Lupas，Verdu的“同步碼分多址信道的線性多用戶檢波器”，IEEE信息論學(xué)報(bào)，Vol.35，No.1，pp.123-136，Jan.1989；和Lupas，Verdu，“異步信道中多用戶檢波器的抗近遠(yuǎn)性”，IEEE通信學(xué)報(bào)，Vol.38，ADr.1990中有詳細(xì)描述。然而，所有這些方法的缺點(diǎn)是，它們不跟蹤無(wú)線信道上的變化。
在多用戶信號(hào)的檢波中，使用跟蹤信道上變化的自適應(yīng)信號(hào)點(diǎn)陣是以前知道的。這種方法在國(guó)際專利申請(qǐng)PCT/FI94/00503中描述，此處作為參考而引用它。但是，該方法的缺點(diǎn)是，隨著同時(shí)用戶數(shù)目的增加，所需的計(jì)算容量成指數(shù)律地增加。
此外，國(guó)際專利申請(qǐng)PCT/US93/01154講授了無(wú)線信道上變化的遞歸估計(jì)，但該方法局限于信號(hào)的加權(quán)系數(shù)的計(jì)算，它在單用戶信號(hào)的檢波中是有用的。
本發(fā)明提供了一種近似最佳接收機(jī)的新方法。該方法更加抗無(wú)線通路上的干擾。常規(guī)的多用戶檢波算法特定于信道模型，它們基于信道模型而設(shè)計(jì)。理論上的信道模型不適合于本發(fā)明的方法，因?yàn)檫@樣的算法目的在于仿真信道上的失真。即使干擾的起源未知，該方法也適應(yīng)當(dāng)前的情況。例如，CDMA中接收的信號(hào)可能包括其擴(kuò)展碼不為接收機(jī)所知的傳輸。這可能包括例如來(lái)自一個(gè)相鄰小區(qū)的傳輸。在TDMA方法中出現(xiàn)同樣的情況。此外，該方法比以前的神經(jīng)(neural)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用適應(yīng)得更快且需要更少的計(jì)算容量。
以上是用在引言中所描述的這類方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該方法的特征在于將接收信號(hào)在時(shí)域中劃分成確定長(zhǎng)度的塊，這些塊在接收機(jī)中通過(guò)各塊的遞歸處理對(duì)用戶數(shù)據(jù)和信道參數(shù)進(jìn)行同時(shí)估計(jì)。
本發(fā)明還涉及一種包括一個(gè)天線、射頻部分、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和處理接收信號(hào)的裝置的接收機(jī)。本發(fā)明的接收機(jī)的特征在于包括將接收信號(hào)在時(shí)域中劃分成確定長(zhǎng)度的塊的裝置，所述裝置被操作地(operatively)連接到處理接收信號(hào)的裝置上；設(shè)置估計(jì)初始值的裝置，所述裝置被操作地連接到將接收信號(hào)劃分成塊的裝置上；操作地連接到設(shè)置估計(jì)初始值的裝置和更新估計(jì)參數(shù)的裝置上的第一交換裝置(Switching means)；用于用戶數(shù)據(jù)和信道參數(shù)的同時(shí)估計(jì)的裝置，所述裝置被操作地連接到第一交換裝置上；第二交換裝置，它被操作地連接到估計(jì)裝置上，且其輸出給出對(duì)接收信號(hào)的估計(jì)；和更新估計(jì)參數(shù)的裝置，所述裝置的輸入被操作地連接到第二交換裝置上，且輸出連至第一交換裝置上。
本發(fā)明的方法使得以預(yù)期精度近似一個(gè)最佳接收機(jī)成為可能。本方法的接收機(jī)迅速且精確地適應(yīng)隨時(shí)間而隨機(jī)改變且使接收信號(hào)失真的無(wú)線通路上的傳播條件。本方法的優(yōu)點(diǎn)是其對(duì)應(yīng)于同時(shí)用戶數(shù)目的線性復(fù)雜性。因此，當(dāng)用戶數(shù)目大時(shí)，本方法的優(yōu)點(diǎn)變得更加顯然。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，信號(hào)和信道參數(shù)的同時(shí)檢波是利用一個(gè)自適應(yīng)信號(hào)點(diǎn)陣、用接收信號(hào)的遞歸處理來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該自適應(yīng)信號(hào)點(diǎn)陣通過(guò)一個(gè)自適應(yīng)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，還與檢波一起計(jì)算一個(gè)加權(quán)系數(shù)，該系數(shù)用于將用戶數(shù)據(jù)分配給一個(gè)正確的信號(hào)點(diǎn)陣群。該加權(quán)系數(shù)還可用于數(shù)據(jù)的遞歸檢波及其此后的處理。
以下將參照附圖所說(shuō)明的例子對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中

圖1a和1b說(shuō)明了匹配濾波器輸出端的接收信號(hào)的配置，圖2說(shuō)明了碼本矢量所指示的點(diǎn)的例子，圖3說(shuō)明了接收機(jī)正在處理一個(gè)遞歸接收的信號(hào)時(shí)信號(hào)點(diǎn)陣的運(yùn)動(dòng)，圖4是一個(gè)說(shuō)明本發(fā)明接收機(jī)結(jié)構(gòu)的示例的框圖，和圖5說(shuō)明了另一個(gè)本發(fā)明接收機(jī)結(jié)構(gòu)的示例。
以下將參照一個(gè)運(yùn)用CDMA多址聯(lián)接方法的通信系統(tǒng)來(lái)對(duì)本發(fā)明的方法進(jìn)行描述。但是，該方法還適用于使用其它多址聯(lián)接方法的系統(tǒng)。
在數(shù)字通信中，調(diào)制信號(hào)在抽樣時(shí)刻上僅給出離散值，如±AC，±3AC。因此在接收機(jī)中，應(yīng)從一個(gè)已通過(guò)該無(wú)線通路的經(jīng)常是已失真的信號(hào)中將離散值識(shí)別出來(lái)。圖1說(shuō)明了一個(gè)理想的雙用戶信號(hào)圖形(pattern)，即接收信號(hào)的點(diǎn)密度函數(shù)，在交叉點(diǎn)發(fā)現(xiàn)該函數(shù)的峰值。二維圖形中的各點(diǎn)代表接收信號(hào)的一個(gè)可能值，該值取決于用戶發(fā)送信號(hào)的值。例如，點(diǎn)A1可代表(1，1)，其中第一用戶發(fā)送1，第二用戶發(fā)送1。相應(yīng)地，點(diǎn)A2可代表(-1，1)，其中第一用戶發(fā)送-1，第二用戶發(fā)送1。點(diǎn)A3則代表(-1，-1)，點(diǎn)A4代表(1，-1)。如果有三個(gè)用戶，圖形將是三維的；且隨著用戶數(shù)目的增加，圖形維數(shù)相應(yīng)增加。
圖2說(shuō)明了接收機(jī)中與擴(kuò)展碼匹配的濾波器輸出端的信號(hào)圖形的失真，該失真由非正交碼引起或在無(wú)線通路上發(fā)生。點(diǎn)密度函數(shù)的峰值加寬了，并因失真而偏移。接收信號(hào)的點(diǎn)偏離它們的理想位置，且接收機(jī)的函數(shù)(function)是將接收信號(hào)看作分配給一個(gè)預(yù)定信號(hào)點(diǎn)。
如果完全線性地作出判定，則將因?yàn)槭д娴狞c(diǎn)陣而有許多錯(cuò)誤的判定，如圖2所示。通過(guò)本發(fā)明的方法，可能實(shí)現(xiàn)分段線性判定邊界，通過(guò)它可能以預(yù)期精度來(lái)近似最佳非線性檢波。
設(shè)系統(tǒng)有K個(gè)用戶，即CDMA發(fā)送機(jī)，它們中的每個(gè)具有它自己的獨(dú)立擴(kuò)展碼Sk，k＝1，2…K，它在間隔0，T中為非零，這里T代表符號(hào)持續(xù)時(shí)間。所有用戶在同一頻帶內(nèi)發(fā)送，且各用它自己的擴(kuò)展碼去調(diào)制數(shù)據(jù)比特bk(i)。接收機(jī)的函數(shù)則對(duì)信號(hào)解調(diào)信號(hào)，例如在BPSK調(diào)制方法中它如下定義r(t)=ΣiΣk=1Kwkbk(i)sk(t-iT)+n(t),t∈R,]]>其中n(t)是一個(gè)噪音項(xiàng)(term)，bk(i)∈{-1，1}代表第k個(gè)用戶在第i個(gè)時(shí)隙的信息比特，Wk代表第k個(gè)用戶的接收信號(hào)的能量。
在多用戶檢波中，對(duì)所有k個(gè)用戶同時(shí)作出關(guān)于接收信號(hào)的判定。設(shè)本例中的信道是高斯型信道，并設(shè)所有K個(gè)用戶在一個(gè)確定時(shí)刻同時(shí)發(fā)送的比特由矢量b∈{-1，1}k來(lái)定義。已知在接收機(jī)中所作出的最大似然判定是基于一個(gè)對(duì)數(shù)概率函數(shù)bopi＝argb∈{-1，1}kmax{2yTb-bTHb}這里信道矩陣H＝RW，其中R是使用的擴(kuò)展碼之間的一個(gè)互相關(guān)矩陣，即(R)ij＝<Si，Sj>，i，j＝1，2，…，K，而W是一個(gè)用戶能量的對(duì)角矩陣，即W＝diag(W1，…，Wk)。矢量y＝(y1，…，yk)T由接收機(jī)的匹配濾波器輸出組成。上述等式可用一種維特比型算法來(lái)解，但如上所述，計(jì)算的復(fù)雜性使得實(shí)際上不可能實(shí)現(xiàn)這類最佳接收機(jī)。
在本發(fā)明的接收方法中，使用一種遞歸檢波器來(lái)同時(shí)檢波多用戶數(shù)據(jù)和信道參數(shù)。此處信道參數(shù)包括作出關(guān)于數(shù)據(jù)檢波的判定所需的所有信道信息，例如各接收信號(hào)的功率、相位和延時(shí)，以及不同信號(hào)分量之間的相關(guān)性。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，檢波基于一種以自適應(yīng)多維信號(hào)點(diǎn)陣為基礎(chǔ)的檢波方法。在RF部分和A/D轉(zhuǎn)換之后，接收信號(hào)送給信號(hào)處理裝置，它在CDMA中可以是例如匹配濾波器。然后，在時(shí)域?qū)⑿盘?hào)劃分為確定長(zhǎng)度的塊，然后在接收機(jī)中對(duì)它遞歸地進(jìn)行處理。在遞歸檢波中，對(duì)同一信號(hào)塊進(jìn)行預(yù)期次數(shù)的處理。從每個(gè)信號(hào)塊，即在一個(gè)確定時(shí)隙內(nèi)接收的信號(hào)中，通過(guò)公共的估計(jì)來(lái)檢波用戶數(shù)據(jù)和信道參數(shù)。在時(shí)域中，信號(hào)塊不必要完全分離，而且，如果必要，則部分重疊。可以按預(yù)期順序和預(yù)期次數(shù)從每個(gè)塊中選取抽樣?？梢淮我粋€(gè)地或成塊地處理抽樣。在公共估計(jì)中，各塊的內(nèi)容至少使用一次。一個(gè)特定時(shí)間周期的信道參數(shù)和數(shù)據(jù)根據(jù)該特別時(shí)間周期內(nèi)所接收到的信號(hào)來(lái)估計(jì)。
在檢波中，從信號(hào)預(yù)處理裝置接收的信號(hào)—它可表示為矢量y—被分配給一個(gè)最近的碼本矢量，即mi所屬于的一個(gè)信號(hào)點(diǎn)陣群。為了發(fā)現(xiàn)最接近的碼本矢量，使用了一個(gè)距離函數(shù)d(y，mi)，該函數(shù)對(duì)應(yīng)于檢波中所使用的判據(jù)。這樣，通過(guò)該距離函數(shù)，使用以下公式得到最接近的碼本矢量c=argmini{d(y,mi)}]]>。
一種用于確定到最接近的碼本矢量的距離的常用計(jì)算方法是通過(guò)以下公式計(jì)算歐幾里德距離c=argmini{||y-mi||}]]>。
隨著用戶數(shù)目的增加，由上述兩個(gè)公式確定的距離函數(shù)—最佳的和歐幾里德距離函數(shù)—導(dǎo)致指數(shù)的復(fù)雜性。這引起接收機(jī)中的重計(jì)算負(fù)荷。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，使用相關(guān)網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分類，因此，復(fù)雜性線性地增加，且接收機(jī)中的計(jì)算負(fù)荷顯著降低。相關(guān)網(wǎng)絡(luò)原理在Hecht-NielsenNeurocomputing，Addison-Wesley，紐約，1989，第4、5章中得到更詳細(xì)的描述?；谙嚓P(guān)網(wǎng)絡(luò)的描述的檢波可以是線性的或非線性的。
一個(gè)非線性檢波的例子是Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它在Kechriotis，Manolakos‘用Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)最佳CDMA多用戶檢波’(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電信中的應(yīng)用國(guó)際研討會(huì)學(xué)報(bào)，Lawrence Erlbaum 1993聯(lián)合出版，由J.Alspehtor，R.Goodman，T.Brown編輯)中和在上述Varanasi，Aazhang的論文中得到描述。相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的使用使得降低信道估計(jì)和數(shù)據(jù)檢波中的計(jì)算數(shù)量成為可能，且依靠信道和預(yù)期的計(jì)算數(shù)量，該相關(guān)網(wǎng)絡(luò)可以按預(yù)期的復(fù)雜性來(lái)實(shí)現(xiàn)。BPSK中Hopfield復(fù)雜異相關(guān)(hetero-associative)網(wǎng)絡(luò)的能量函數(shù)是E＝2Re(y(i)TWb)-bTWRWb，它還可表示為E＝2bTT-bTCb，其中C＝WRW，且T＝Wy(i)。
對(duì)每個(gè)符號(hào)的信道矩陣C(i)和T通常是不同的，因?yàn)樾诺绤?shù)矩陣W隨時(shí)間而改變。因此，相關(guān)網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)是自適應(yīng)的。
假定由相關(guān)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生比特估計(jì)且信道參數(shù)隨時(shí)間改變?？赏ㄟ^(guò)相關(guān)映射來(lái)認(rèn)識(shí)信道參數(shù)。給定抽樣對(duì)(y(i)，～b(i))，相關(guān)映射應(yīng)認(rèn)識(shí)映射y＝Hb?？筛鶕?jù)以下式子通過(guò)使用估計(jì)的符號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)H^(i+1)=H^(i)+αi(y(i)-H^(i)b^(i))b^(i)T,]]>若y(i)，(i)∈ωnH^(i+1)=H^(i)-αi(y(i)-H^(i)b^(i))b^(i)T,]]>若y(i)∈ωn，(i)nωm，n≠m或H^(i+1)=H^(i)+αi(y(i)-H^(i)b^(i))b^(i)T]]>+Σb^(i)∈Nb^(i)βi(y(i)-H^(i)b^(i))b^(i)T]]>這樣，上述指數(shù)(i)和(i＋1)是迭代指數(shù)而非數(shù)據(jù)指數(shù)。同一數(shù)據(jù)可通過(guò)上述公式運(yùn)行若干次。
一個(gè)線性檢波的例子是例如解相關(guān)檢波，在其中，相關(guān)網(wǎng)絡(luò)可因此作為判定規(guī)則使用。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，可通過(guò)信道矩陣H來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)。信道矩陣和信號(hào)點(diǎn)陣根據(jù)mi＝Hbi來(lái)相互關(guān)聯(lián)，其中bi代表用戶的一個(gè)比特矢量。實(shí)際上，這意味著當(dāng)計(jì)算碼本矢量距離時(shí)，僅考慮線性獨(dú)立的碼本矢量。
在一個(gè)遞歸環(huán)中，根據(jù)同一信號(hào)塊在每輪中越來(lái)越精確地對(duì)信道矩陣進(jìn)行估計(jì)，這使得判定的作出更加精確。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，可使用兩種備選的自適應(yīng)糾正方法認(rèn)識(shí)矢量量化LVQ和自組織映射SOM。
當(dāng)使用LVQ時(shí)，利用包含于接收信號(hào)中的訓(xùn)練序列對(duì)自適應(yīng)信號(hào)點(diǎn)陣進(jìn)行糾正。這樣，接收機(jī)能夠通過(guò)相應(yīng)地改變信號(hào)點(diǎn)陣來(lái)適應(yīng)接收信號(hào)的失真。該方法在Teuvo Kohonen的自組織和相關(guān)存儲(chǔ)器(Springer-Verlag，柏林—海德堡—紐約—東京，第三版，1989)中得到更詳細(xì)的介紹。
當(dāng)接收機(jī)利用自組織映射SOM對(duì)自適應(yīng)信號(hào)點(diǎn)陣進(jìn)行糾正時(shí)，不需要獨(dú)立的訓(xùn)練序列。象LVQ，SOM方法很早已運(yùn)用于模式識(shí)別問(wèn)題中，這在上述參考文獻(xiàn)中和在Teuvo Kohonen的‘自組織映射’，IEEE學(xué)報(bào)78(9)，pp.1464-1480，1990；Kohonen的‘自組織映射概論’，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)國(guó)際聯(lián)合會(huì)議學(xué)報(bào)IJCNN’93，Nagoya，日本，1993年十月25-29日；Kohonen的‘你未曾聽(tīng)到的關(guān)于自組織映射的事情’，1993IEEE國(guó)際神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)議學(xué)報(bào)，圣弗朗西斯科，美國(guó)，1993年3月28日至4月1日，pp.1147-1156；和Kohonen，Raivio，Simula，Henriksson的‘雙通路信道中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輔助判定反饋均衡器的觸發(fā)行為’，IEEE國(guó)際通信會(huì)議學(xué)報(bào)，芝加哥，美國(guó)，1992年6月14-18日，pp.1523-1527中得到更詳細(xì)的描述。
以下根據(jù)本發(fā)明的方法來(lái)說(shuō)明上述兩種方法。
最佳多用戶CDMA接收機(jī)非線性地響應(yīng)從與擴(kuò)展碼匹配的濾波器中獲得的詳盡的(exhaustive)識(shí)別符。LVQ和SOM方法此處可用于估計(jì)最佳Bayesian判定邊界。Bayesian判定邊界以最少的差錯(cuò)數(shù)區(qū)分種類(class)。
每個(gè)可能的離散信號(hào)空間可被認(rèn)為是能形成其自身的種類ωk。每個(gè)種類由一群其維數(shù)可定義為隨應(yīng)用而改變的碼本矢量來(lái)定義。
每個(gè)種類的碼本矢量數(shù)取決于近似的預(yù)期精度。如果每個(gè)種類僅包括一個(gè)碼本矢量，則判定邊界是線性的。碼本矢量越多，當(dāng)判定邊界為片狀線性時(shí)判定的做出就越精確地近似最佳接收機(jī)，且復(fù)雜性隨碼本矢量數(shù)而增加。每個(gè)種類也可包括不同數(shù)目的碼本矢量。每個(gè)碼本矢量指向一個(gè)代表該種類的點(diǎn)。當(dāng)初始數(shù)目的碼本矢量已分配給每個(gè)種類并存儲(chǔ)在相關(guān)網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，以下LVQ算法可用于估計(jì)真實(shí)信道矩陣H。
從匹配濾波器的輸出獲得的信息送給LVQ塊，它按照以下公式迭代更新矩陣H^i+1=H^i+αi(y-H^ib^i)b^iT,]]>若y，i∈wiH^i+1=H^i-αi(y-H^ib^i)b^iT,]]>若y∈wi，i∈wj，i≠j其中單獨(dú)認(rèn)識(shí)率由例如αi+1=αi1+Siαi]]>來(lái)定義，其中Si＝1代表正確分類，而-1代表錯(cuò)誤分類。選定的判定算法給出判定bi。
LVQ接收的信號(hào)包括一個(gè)已知的訓(xùn)練序列，根據(jù)它來(lái)更新檢波器(自適應(yīng)信號(hào)點(diǎn)陣或自適應(yīng)相關(guān)網(wǎng)絡(luò))。
在基于自組織映射的方法中，認(rèn)識(shí)過(guò)程—即碼本矢量的糾正—不同于LVQ，在LVQ中，接收信號(hào)不包括一個(gè)專門的認(rèn)識(shí)序列，而自組織映射直接根據(jù)接收信號(hào)把自適應(yīng)信號(hào)點(diǎn)陣中的碼本矢量分配到接收信號(hào)點(diǎn)數(shù)目最大處。因此它自動(dòng)適應(yīng)接收信號(hào)。在SOM中，矩陣?yán)绺鶕?jù)以下公式來(lái)更新H^i+1=H^i+αi(yi-H^ib^i)b^iT]]>+Σb^i∈Nb^iβi(yi-H^ib^i)b^iT]]>其中i是選定的判定算法所給出的符號(hào)估計(jì)，i表示一個(gè)備選競(jìng)爭(zhēng)(rival)比特序列， 表示一系列競(jìng)爭(zhēng)判定。競(jìng)爭(zhēng)判定是一系列接收信號(hào)的第二最佳—但不是最佳匹配—分類。
αi和βi是收斂(convergent)系數(shù)，檢波器的工作可由它控制?？梢赃x擇系數(shù)，以便檢波器適應(yīng)靜態(tài)(stationary)信道，或者檢波器跟蹤信道的非靜態(tài)變化。
以上所采用的實(shí)現(xiàn)是，一個(gè)加權(quán)系數(shù)也與檢波一起計(jì)算，且根據(jù)它來(lái)將用戶數(shù)據(jù)分配給適當(dāng)?shù)男盘?hào)點(diǎn)陣。加權(quán)系數(shù)可運(yùn)用于遞歸檢波和此后的數(shù)據(jù)處理申。這種方法使得消除未必確實(shí)的判定并因此加速未來(lái)的計(jì)算成為可能。
用于檢波精度的加權(quán)系數(shù)通過(guò)計(jì)算信號(hào)估計(jì)分類的概率和—如果必要—競(jìng)爭(zhēng)分類概率的函數(shù)來(lái)確定?？墒褂靡粋€(gè)估計(jì)的信道矩陣來(lái)估計(jì)概率。計(jì)算的加權(quán)系數(shù)也可稱作置信系數(shù)。
這樣，計(jì)算的加權(quán)系數(shù)可用于對(duì)信號(hào)分類和更新檢波器。相關(guān)網(wǎng)絡(luò)或自適應(yīng)信號(hào)點(diǎn)陣的更新可基于所實(shí)施的信號(hào)分類和與之有關(guān)的計(jì)算的置信系數(shù)。此外，在更新過(guò)程中考慮理想分類和一系列第二最佳分類及其加權(quán)系數(shù)是可能的。
上述方法—在其中這樣使用了實(shí)際判定和一系列第二最佳分類—的主要優(yōu)點(diǎn)是，接收機(jī)知道判定是多么可靠。當(dāng)計(jì)算的加權(quán)系數(shù)表明判定是可靠的時(shí)，在接收機(jī)中甚至可作出重要改變，而對(duì)于不可靠的決定，則逐步作出改變。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的方法可通過(guò)以下解決方案來(lái)說(shuō)明步驟1在矩陣 中設(shè)置初始值。
步驟2讀出匹配濾波器輸出并將它分成塊。
步驟3對(duì)由上述檢波器例程(routones)所處理的塊信號(hào)分類。
步驟4使用例如以上式子更新相關(guān)網(wǎng)絡(luò)。
步驟5如果已對(duì)塊進(jìn)行了預(yù)期次數(shù)的處理，改變要處理的塊。
步驟6跳至步驟3。
以下，我們將用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子說(shuō)明本發(fā)明的方法。設(shè)系統(tǒng)有兩個(gè)具有擴(kuò)展碼S1＝1，1，1和S2＝1，-1，1的現(xiàn)行用戶，碼的互相關(guān)性是1/3。假設(shè)信道是一個(gè)高斯信道。在接收機(jī)中，第一用戶的信噪比是8dB，第二用戶的是10dB。這樣，矩陣W具有值W＝diag(1，3.16)。在使用自組織映射的檢波器中矩陣 的初始值被設(shè)置為單位矩陣I。
圖3說(shuō)明了接收機(jī)遞歸地處理接收信號(hào)時(shí)信號(hào)點(diǎn)陣的偏移。在起始點(diǎn)，單位矩陣的點(diǎn)被置為初始值，但此時(shí)點(diǎn)陣已朝著為信道所改變的實(shí)際信號(hào)偏移。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，可通過(guò)互相關(guān)矩陣R來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)。如上所述，通過(guò)乘積H＝RW來(lái)定義信道矩陣H，其中R是所使用的擴(kuò)展碼的互相關(guān)矩陣，即(R)ij＝<Si，Sj>，i，j＝1，2，…，K，且W是用戶能量的對(duì)角矩陣，W＝diag(W1，…，Wk)。
當(dāng)僅使用互相關(guān)矩陣時(shí)，在計(jì)算中不需要能量矩陣W，且這使得與使用信道矩陣相比，計(jì)算更快。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)的結(jié)構(gòu)，在該例中是一個(gè)基站接收機(jī)。但是，本發(fā)明也能以類似的方法用于移動(dòng)站中。接收機(jī)包括一個(gè)天線10，它通過(guò)射頻部分11將接收信號(hào)送至A/D轉(zhuǎn)換器12。轉(zhuǎn)換的信號(hào)送至裝置13，它對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該裝置可以是例如用若干數(shù)目的瑞克(RAKE)接收機(jī)實(shí)現(xiàn)的匹配濾波器，它們各從一個(gè)用戶接收信令。每個(gè)瑞克接收機(jī)包括幾個(gè)能夠接收一個(gè)多通路傳播的信號(hào)分量的獨(dú)立的相關(guān)器。接收的信號(hào)分量最好在瑞克接收機(jī)中進(jìn)行組合。瑞克接收機(jī)的結(jié)構(gòu)在G.COOPER，C.McGillem的現(xiàn)代通信和擴(kuò)展頻譜，McGraw-Hill，紐約，1986，第12章中得到更詳細(xì)的描述。
但是，本發(fā)明的接收機(jī)也能不用瑞克接收機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。另一種方法是，例如增加相關(guān)網(wǎng)絡(luò)或信號(hào)點(diǎn)陣的維數(shù)。例如，如果用戶的信道模型具有1分支(taps)，則信號(hào)點(diǎn)陣或相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的維數(shù)就增加為1倍(1-fold)。
信號(hào)從匹配濾波器送至裝置14，它將接收信號(hào)在時(shí)域劃分為預(yù)期長(zhǎng)度的塊并在整個(gè)處理時(shí)期將塊存儲(chǔ)起來(lái)。在接收機(jī)中遞歸地對(duì)各信號(hào)塊進(jìn)行預(yù)期次處理，此后從裝置14中獲取下一個(gè)塊進(jìn)行處理。信號(hào)首先從劃分裝置14中送至裝置15，在這里設(shè)置用于估計(jì)的初始值。換句話說(shuō)，在相關(guān)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置預(yù)期的初始值，象信道矩陣，用于第一輪估計(jì)。
通過(guò)以下例子說(shuō)明塊的劃分。設(shè)匹配濾波器13的輸出包括抽樣Z1，…，Zj，Zj＋1，…，Zj＋J。如果塊的長(zhǎng)度例如是j，可這樣形成塊以使第一塊包括抽樣L1＝{Z1，…，Zj}，第二塊包括抽樣L2＝{Zi，…，Zi＋j＋1}，其中i＞1。如果i＝j(luò)＋1，則塊不包括任何相同的抽樣，并因此不重疊。
在裝置15中，通過(guò)將所述塊預(yù)期次數(shù)地給往估計(jì)算法以及通過(guò)將以前獲得的估計(jì)值用作比特和信道參數(shù)的初始值來(lái)設(shè)置用于估計(jì)的初始值。如果無(wú)以前的估計(jì)值可用，則通過(guò)一些已知的方法來(lái)估計(jì)參數(shù)。例如，在CDMA中，可通過(guò)使用瑞克支路的輸出來(lái)初始化參數(shù)。另外，還可使用ML方法或亞最佳ML方法。
信號(hào)和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的估計(jì)初始值從設(shè)置裝置15通過(guò)第一交換裝置16送至檢波裝置17，在那里使用例如上述方法—如LVQ和SOM—由相關(guān)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)檢波數(shù)據(jù)和信道參數(shù)。檢波器裝置的輸出則給出信號(hào)和信道參數(shù)的估計(jì)值以及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的瞬時(shí)(instant)值。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在檢波器裝置17中還計(jì)算檢波精度的概率，因此該值還可能包含在裝置17的輸出中。
檢波裝置的輸出送至第二交換裝置18，從其輸出獲得信號(hào)估計(jì)值和該估計(jì)值的概率值，用于此后接收機(jī)中的處理。檢波器裝置17的輸出從交換裝置18進(jìn)而送至估計(jì)參數(shù)更新裝置19，在那里根據(jù)前一輪計(jì)算的結(jié)果來(lái)更新相關(guān)網(wǎng)絡(luò)。
從更新裝置19獲得的信號(hào)—它這時(shí)已包括相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的更新參數(shù)—通過(guò)第一交換裝置16送回檢波器裝置17，在那里利用更新的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)重新檢波同一數(shù)據(jù)。
在上述遞歸環(huán)中，各信號(hào)塊循環(huán)預(yù)期次，之后開(kāi)始處理下一信號(hào)塊。為使處理可實(shí)時(shí)地發(fā)生，檢波過(guò)程應(yīng)自然快于到接收機(jī)的用戶數(shù)據(jù)流。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，估計(jì)的信道參數(shù)，象接收信號(hào)功率—它可運(yùn)用于例如功率控制—也從第二交換裝置轉(zhuǎn)發(fā)。
圖5是一個(gè)示出本發(fā)明另一接收機(jī)的框圖。如上所述，接收機(jī)包括一個(gè)天線10，RF部分11和一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器12。之后，接收信號(hào)送至信號(hào)估計(jì)裝置50，它監(jiān)視接收信號(hào)的轉(zhuǎn)換速率(rate)。接收機(jī)包括兩個(gè)估計(jì)塊51，52。在第一估計(jì)塊51中，使用一個(gè)信道矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)。在第二估計(jì)塊52中，使用一個(gè)互相關(guān)矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)。估計(jì)塊的結(jié)構(gòu)與圖4的類似，包括初始化估計(jì)值的裝置15、檢波器裝置17、第一和第二交換裝置16、18和估計(jì)參數(shù)更新裝置19。將信號(hào)劃分為塊的裝置14可設(shè)計(jì)成為兩個(gè)塊所共用或位于各塊內(nèi)。在圖中，各塊具有它自己的將信號(hào)劃分為塊的裝置14。
裝置50這樣來(lái)監(jiān)視接收信號(hào)的轉(zhuǎn)換速率，如果轉(zhuǎn)換速率高，則使用一個(gè)檢波器塊，它采用一個(gè)互相關(guān)矩陣并因此很快；如果信號(hào)的轉(zhuǎn)換速率低，則使用一個(gè)采用信道矩陣的檢波器塊。
雖然以上參照附圖所說(shuō)明的例子對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，但應(yīng)理解本發(fā)明并不局限于此，而是能夠不偏離所附權(quán)利要求中所揭示的發(fā)明思想而以多種方式進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種在通信系統(tǒng)中用于從一個(gè)接收信號(hào)中同時(shí)檢波許多信號(hào)分量的接收方法，其特征在于接收信號(hào)在時(shí)域被劃分成確定長(zhǎng)度的塊，還在于在接收機(jī)中這些塊通過(guò)各塊的遞歸處理用戶數(shù)據(jù)和信道參數(shù)進(jìn)行同時(shí)估計(jì)。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于一些信號(hào)分量從許多不同用戶獲得。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于在信號(hào)塊的檢波中采用一個(gè)自適應(yīng)信號(hào)點(diǎn)陣，還在于對(duì)接收信號(hào)的瞬時(shí)信號(hào)抽樣與指向信號(hào)點(diǎn)陣上的點(diǎn)的矢量之間的距離進(jìn)行計(jì)算，還在于通過(guò)選擇指向它的碼本矢量與瞬時(shí)信號(hào)抽樣之間的距離為最短的那個(gè)點(diǎn)來(lái)將信號(hào)抽樣分配給信號(hào)點(diǎn)陣上的一個(gè)確定點(diǎn)。
4.權(quán)利要求3的方法，其特征在于利用一個(gè)包含于接收信號(hào)中的已知訓(xùn)練序列將自適應(yīng)信號(hào)點(diǎn)陣上的點(diǎn)放置在正確位置上。
5.權(quán)利要求3的方法，其特征在于根據(jù)所實(shí)施的信號(hào)分類將自適應(yīng)信號(hào)點(diǎn)陣上的點(diǎn)放置在正確位置上。
6.權(quán)利要求3的方法，其特征在于利用一個(gè)自適應(yīng)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)抽樣進(jìn)行分類。
7.權(quán)利要求6的方法，其特征在于利用一個(gè)包含于接收信號(hào)中的已知訓(xùn)練序列更新自適應(yīng)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)。
8.權(quán)利要求6的方法，其特征在于利用一個(gè)信道矩陣實(shí)現(xiàn)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)。
9.權(quán)利要求3或6的方法，其特征在于對(duì)檢波出來(lái)的接收信號(hào)的符號(hào)計(jì)算加權(quán)系數(shù)，該系數(shù)表示在檢波中獲得的符號(hào)的可靠性。
10.權(quán)利要求3和9的方法，其特征在于根據(jù)理想分類和許多第二最佳分類及為它們計(jì)算的加權(quán)系數(shù)將自適應(yīng)信號(hào)點(diǎn)陣上的點(diǎn)放置在正確位置上。
11.權(quán)利要求6和9的方法，其特征在于根據(jù)理想的信號(hào)分類和許多第二最佳分類及為它們計(jì)算的加權(quán)系數(shù)更新自適應(yīng)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)。
12.權(quán)利要求1的方法，其特征在于在電信系統(tǒng)中使用CDMA多址聯(lián)接方法。
13.一個(gè)包括至少一個(gè)天線(10)、射頻部分(11)、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器(12)和處理接收信號(hào)的裝置(13)的接收機(jī)，其特征在于包括在時(shí)域?qū)⒔邮招盘?hào)劃分成確定長(zhǎng)度的塊的裝置(14)，所述裝置被操作地連接到處理接收信號(hào)的裝置(13)上；設(shè)置估計(jì)初始值的裝置(15)，所述裝置被操作地連接到將接收信號(hào)劃分成塊的裝置(14)上；操作地連接到設(shè)置初始估計(jì)值的裝置(15)和更新估計(jì)參數(shù)的裝置(19)上的第一交換裝置(16)；用于用戶數(shù)據(jù)和信道參數(shù)的同時(shí)估計(jì)的裝置(17)，所述裝置(17)被操作地連接到第一交換裝置(16)上；第二交換裝置(18)，它被操作地連接到估計(jì)裝置(17)上且其輸出提供對(duì)接收信號(hào)的估計(jì)值；和更新估計(jì)參數(shù)的裝置(19)，所述裝置的輸入被操作地連接到第二交換裝置(18)上，且其輸出連至第一交換裝置(16)上。
14.權(quán)利要求13的接收機(jī)，其特征在于在檢波器裝置(17)中，一個(gè)自適應(yīng)信號(hào)點(diǎn)陣用于信號(hào)塊的檢波中，還在于在糾正用于檢波的信號(hào)點(diǎn)陣中，檢波器裝置(17)響應(yīng)于正被處理的接收信號(hào)。
15.權(quán)利要求14的接收機(jī)，其特征在于接收機(jī)包括利用自適應(yīng)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)估計(jì)用戶數(shù)據(jù)和信道參數(shù)的裝置(17)，還在于在更新用于檢波的自適應(yīng)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)中，檢波器裝置(17)響應(yīng)于正被處理的接收信號(hào)。
16.權(quán)利要求13的接收機(jī)，其特征在于接收機(jī)包括對(duì)檢波出來(lái)的接收信號(hào)的符號(hào)計(jì)算加權(quán)系數(shù)的裝置(17)，該系數(shù)表示在檢波中獲得的符號(hào)的可靠性。
17.權(quán)利要求13的接收機(jī)，其特征在于接收機(jī)包括監(jiān)視接收信號(hào)的轉(zhuǎn)換速率的裝置(50)，和用于對(duì)信號(hào)檢波的至少兩個(gè)不同的檢波器塊(51，52)，和根據(jù)接收信號(hào)的轉(zhuǎn)換速率選擇用于對(duì)接收信號(hào)檢波的檢波器塊的裝置(50)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于通信系統(tǒng)中的接收機(jī)和接收方法，其中從接收信號(hào)中同時(shí)檢波許多信號(hào)分量。為盡可能最佳地檢波接收信號(hào)，在時(shí)域?qū)⒔邮招盘?hào)劃分成確定長(zhǎng)度的塊，且在接收機(jī)中這些塊通過(guò)各塊的遞歸處理受用戶數(shù)據(jù)和信道參數(shù)的同時(shí)估計(jì)的支配。
文檔編號(hào)H04B1/707GK1148922SQ95193148
公開(kāi)日1997年4月30日 申請(qǐng)日期1995年4月13日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月18日
發(fā)明者阿里·豪蒂南 申請(qǐng)人:諾基亞電信公司