適合與時變信道一起使用的信號接收裝置和方法
2023-04-27 09:28:56
專利名稱：適合與時變信道一起使用的信號接收裝置和方法
技術領域：
本發明涉及通信系統中的信號接收，特別涉及一種適合與時變(timevariant)信道一起使用的信號接收裝置和方法。
背景技術：
一般，對於包括發送方和接收方的通信系統，接收方必須知道由接收方接收的信號的當前判定值，以估計信道特徵。在此，判定值意味著所恢復的傳輸信息。此時，在一定的訓練時間周期過去之後，使用判定值獲得通過假定在其上已經傳輸了發送信號的信道的特徵而獲得的信道估計。
在傳統信號接收裝置之一估計隨時間發生變化的信道特徵的情況下，所估計的信道特徵的延時的減小要求減少估計判定值所花的時間。為此，例如，在最大似然序列估計(下面，稱作「MLSE」)中，使用通過減小回溯(trace back)深度而確定的嘗試性判定值。在此，MLSE也稱作最大似然序列檢測(MaximumLikelihood Sequence Detection，MLSD)，這在Proakis的「DigitalCommunications(數字通信)」(Prentice Hall Press，pp.583-602(1995))中有描述。然而，由於嘗試性判定值具有高誤差率，因此存在一個問題通過使用嘗試性判定值所估計的信道特徵的誤差增大。因此，上述傳統的信號接收裝置存在一個缺點由於信道的估計特徵和信道的實際特徵之間存在大的誤差，因此不能從具有誤差的估計信道特徵正確地估計用來恢復用戶信息的判定值。
為了克服這一問題，另一傳統信號接收裝置採用線性預測器(未示出)來估計延時信道的特徵並且從延時信道的估計特徵預測當前信道特徵。在此，線性預測器可以通過使用信道自相關的Wiener解決方案來實施。Wiener解決方案公開在IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS(IEEE通信事務)(Vol.46，pp464-472，1998，Gregory E.Bottomley)內的一篇文章中「Unificationof MLSE receivers and extension to time-varying channels(MLSE接收器和時變信道擴展的統一)」。為了該解決方案的簡單性，在1995年11月7日提交給Larsson等並且標題為「Method of forming a channel estimate fora time-varing radio channel(對時變無線信道進行信道估計的方法)」的美國專利第5,465,276號中提出一種線性預測信道特徵的方法，其中僅估計信道的梯度並且使用線性函數與信道最大似然。然而，對於上述傳統信號接收裝置，同樣存在一個問題當要預測的信道特徵的範圍太長時，上述預測器不能正確地預測信道特徵。因此，這兩種傳統信號接收裝置中的後一種裝置如同上述前一種裝置，也採用嘗試性判定值，從而嘗試性判定值的誤差將導致用戶信息的不正確恢復。
發明內容
為了解決上述問題，本發明的一個主要目的是提供一種適合與時變信道一起使用的信號接收裝置，它可以正確地估計延時信道的特徵，並且使用延時信道的估計特徵來正確地恢復原始用戶信息。
本發明的另一個目的是在適合與時變信道一起使用的信號接收裝置中執行的信號接收方法。
為了實現主要目的，根據本發明的一方面，提供一種適合與時變信道一起使用的信號接收裝置，該信號接收裝置接收通過具有時變特徵的信道傳輸的信號作為接收信號，並且從接收信號恢復原始用戶信息，該信號接收裝置包括第一信道特徵估計器，用於從所恢復的傳輸信號和接收信號估計表示信道延遲特徵的第一延遲特徵信號，並且輸出所估計的第一延遲特徵信號；第一信道特徵預測器，用於抽取從第一信道特徵估計器輸入的估計第一延遲特徵信號，從第一延遲特徵信號的抽取結果預測信道特徵值，對所預測的信道特徵值進行插值，並且輸出信道特徵值的插值結果作為表示信道預測特徵的第一預測特徵信號；和第一接收器，適用於從第一預測特徵信號和接收信號估計判定值，從所估計的判定值恢復傳輸信號，並且將所恢復的傳輸信號輸出到第一信道特徵估計器，從而從判定值恢復原始用戶信息。
根據本發明的另一方面，還提供一種適合與時變信道一起使用的信號接收裝置，該信號接收裝置接收通過具有時變特徵的信道傳輸的信號作為接收信號，並且從接收信號恢復原始用戶信息，該信號接收裝置包括第二抽取器，用於抽取所恢復的傳輸信號，並且輸出恢復信號的抽取結果；第三抽取器，用於抽取接收信號，並且輸出接收信號的抽取結果；第二信道特徵估計器，用於從第二和第三抽取器輸入的抽取結果估計表示信道延遲特徵的第二延遲特徵信號，並且輸出所估計的第二延遲特徵信號；第二信道特徵預測器，用於從第二信道特徵估計器輸入的第二延遲特徵信號預測信道特徵值，對所預測的信道特徵值進行插值，並且輸出信道特徵值的插值結果作為表示信道預測特徵的第二預測特徵信號；和第二接收器，用於從第二預測特徵信號和接收信號估計判定值，從所估計的判定值恢復傳輸信號，並且將所恢復的傳輸信號輸出到第二抽取器，從而從判定值恢復原始用戶信息。
根據本發明的另一方面，還提供一種適合與時變信道一起使用的信號接收裝置，該信號接收裝置接收通過具有時變特徵的信道傳輸的信號作為接收信號，並且從接收信號恢復原始用戶信息，該信號接收裝置包括第一傳輸信號重新生成器，用於重新生成從所恢復的用戶信息恢復的傳輸信號，並且輸出重新生成的傳輸信號；第三信道特徵估計器，用於從第一傳輸信號重新生成器輸入的重新生成的傳輸信號和接收信號估計表示信道延遲特徵的第三延遲特徵信號，並且輸出所估計的第三延遲特徵信號；第三信道特徵預測器，用於抽取從第三信道特徵估計器輸入的第三延遲特徵信號，從第三延遲特徵信號的抽取結果預測信道特徵值，對所預測的信道特徵值進行插值，並且輸出信道特徵值的插值結果作為表示信道預測特徵的第三預測特徵信號；第三接收器，用於從第三信道特徵預測器輸入的第三預測特徵信號和接收信號估計判定值，並且輸出所估計的判定值；和解碼器，用於對從第三接收器輸入的估計判定值進行解碼，並且將解碼結果作為通過恢復原始用戶信息而獲得的恢復的用戶信息輸出到第一傳輸信號重新生成器。
根據本發明的另一方面，還提供一種適合與時變信道一起使用的信號接收裝置，該信號接收裝置接收通過具有時變特徵的信道傳輸的信號作為接收信號，並且從接收信號恢復原始用戶信息，該信號接收裝置包括第二傳輸信號重新生成器，用於重新生成從所恢復的用戶信息恢復的傳輸信號，並且輸出重新生成的傳輸信號；第五抽取器，用於抽取從第二傳輸信號重新生成器輸入的重新生成的傳輸信號，並且輸出重新生成的傳輸信號的抽取結果；第六抽取器，用於抽取接收信號，並且輸出接收信號的抽取結果；第四信道特徵估計器，用於從第五和第六抽取器輸入的抽取結果估計表示信道延遲特徵的第四延遲特徵信號，並且輸出所估計的第四延遲特徵信號；第四信道特徵預測器，用於從第四信道特徵估計器輸入的第四延遲特徵信號預測信道特徵值，對所預測的信道特徵值進行插值，並且輸出信道特徵值的插值結果作為表示信道預測特徵的第四預測特徵信號；第四接收器，用於從第四預測特徵信號和接收信號估計判定值，並且輸出所估計的判定值；和第二解碼器，用於對從第四接收器輸入的估計判定值進行解碼，並且將解碼結果作為通過恢復原始用戶信息而獲得的恢復的用戶信息輸出到第二傳輸信號重新生成器。
為了實現另一個目的，根據本發明的一方面，提供一種在適合與時變信道一起使用的信號接收裝置中執行的信號接收方法，包括(a)使用接收信號和所恢復的傳輸信號估計第一延遲特徵信號；(b)抽取所估計的第一延遲特徵信號，從第一延遲特徵信號的抽取結果預測信道特徵值，並且對所預測的信道特徵值進行插值，從而獲得第一預測特徵信號；和(c)從第一預測特徵信號和接收信號估計判定值，並且從所估計的判定值恢復傳輸信號，從而獲得恢復的傳輸信號。
根據本發明的另一方面，還提供一種在適合與時變信道一起使用的信號接收裝置中執行的信號接收方法，包括(a)抽取所恢復的傳輸信號和接收信號；(b)使用抽取結果估計第二延遲特徵信號；(c)從所估計的第二延遲特徵信號預測信道特徵值，並且對所預測的信道特徵值進行插值，從而獲得第二預測特徵信號；和(d)從第二預測特徵信號和接收信號估計判定值，並且從所估計的判定值恢復傳輸信號，從而獲得恢復的傳輸信號。
根據本發明的另一方面，還提供一種在適合與時變信道一起使用的信號接收裝置中執行的信號接收方法，包括(a)重新生成從所恢復的用戶信息恢復的傳輸信號，並且獲得重新生成的傳輸信號；(b)使用重新生成的傳輸信號和接收信號估計第三延遲特徵信號；(c)抽取所估計的第三延遲特徵信號，從第三延遲特徵信號的抽取結果預測信道特徵值，並且對所預測的信道特徵值進行插值，從而獲得第三預測特徵信號；(d)從第三預測特徵信號和接收信號估計判定值；和(e)對所估計的判定值進行解碼，從而獲得恢復的用戶信息。
根據本發明的另一方面，還提供一種在適合與時變信道一起使用的信號接收裝置中執行的信號接收方法，包括(a)重新生成從所恢復的用戶信息恢復的傳輸信號，並且獲得重新生成的傳輸信號；(b)抽取重新生成的傳輸信號和接收信號；(c)使用抽取結果估計第四延遲特徵信號；(d)從所估計的第四延遲特徵信號預測信道特徵值，並且對所預測的信道特徵值進行插值，從而獲得第四預測特徵信號；(e)從第四預測特徵信號和接收信號估計判定值；和(f)對所估計的判定值進行解碼，從而獲得恢復的用戶信息。
通過參照附圖對本發明的優選實施例進行詳細描述，本發明的上述目的和優點將會變得更加清楚，其中圖1是示出一般性通信系統的整體構造的方框圖，以說明本發明的適合與時變信道一起使用的信號接收裝置；圖2是示出根據本發明第一實施例的適合與時變信道一起使用的信號接收裝置的構造的方框圖；圖3是示出在圖2所示的信號接收裝置中實現的本發明信號接收方法的流程圖；圖4是示出根據本發明第二實施例的適合與時變信道一起使用的信號接收裝置的構造的方框圖；圖5是示出在圖4所示的信號接收裝置中實現的本發明信號接收方法的流程圖；圖6是示出根據本發明第三實施例的適合與時變信道一起使用的信號接收裝置的構造的方框圖；圖7是示出在圖6所示的信號接收裝置中實現的本發明信號接收方法的流程圖；圖8是示出根據本發明第四實施例的適合與時變信道一起使用的信號接收裝置的構造的方框圖；圖9是示出在圖8所示的信號接收裝置中實現的本發明信號接收方法的流程圖；和圖10(a)到10(c)是示出本發明信號接收裝置和方法與現有技術信號接收裝置和方法之間特徵比較的圖。
具體實施例方式
下面將參照圖1對可以根據本發明應用適合與時變信道一起使用的信號接收裝置的一般性通信系統的構造和操作進行詳細的描述。
圖1是示出一般性通信系統的整體構造的方框圖，以說明本發明的適合與時變信道一起使用的信號接收裝置。
參照圖1，通信系統包括編碼器10、調製器12、信道14、合成器16和信號接收裝置18。在此，編碼器10和調製器12對應於發送方。圖1中，編碼器10對通過輸入端IN1輸入的原始用戶信息進行編碼，並且將編碼結果作為發送信息輸出到調製器12。此時，調製器12對從編碼器10輸入的發送信息進行調製，並且輸出發送信息的調製結果作為傳輸信號。從調製器12輸出的傳輸信號通過具有時變特徵的信道14進行傳輸。此時，通過信道14傳輸的傳輸信號與噪聲N進行合成，並且合成結果發送到信號接收裝置18。更具體地說，合成器16將經過信道14的信號與噪聲N進行合成，並且將合成結果輸出到信號接收裝置18。在此，信號接收裝置18接收從合成器16輸出的信號，即通過信道14發送的帶噪聲的傳輸信號作為接收信號，從接收信號恢復原始用戶信息，並且通過輸出端OUT1輸出恢復結果作為恢復的用戶信息。
現在，將參照附圖對應用於圖1所示通信系統的根據本發明各個實施例的適合與時變信道一起使用的信號接收裝置18的構造和操作，以及在各個實施例中執行的本發明信號接收方法進行詳細的描述。
圖2是示出根據本發明第一實施例的適合與時變信道一起使用的信號接收裝置的構造的方框圖。
參照圖2，信號接收裝置包括第一接收器40、第一信道特徵預測器42和第一信道特徵估計器44。
圖3是示出在圖2所示的信號接收裝置中實現的本發明信號接收方法的流程圖，其中，信號接收方法包括估計信道延遲特徵(步驟80)，預測信道特徵(步驟82到88)和獲得判定值和所恢復的傳輸信號(步驟90)。
本發明的圖2信號接收裝置接收從通信系統的發送方通過圖1中具有時變特徵的信道14傳輸的信號作為接收信號，並且從接收信號恢復原始用戶信息。為此，第一信道特徵估計器44首先從第一接收器40通過輸出端OUT2輸出的恢復的傳輸信號和從輸入埠IN2輸入的接收信號，估計表示信道14的延遲特徵的第一延遲特徵信號，並且將所估計的第一延遲特徵信號輸出到第一信道特徵預測器42(步驟80)。在此，信道特徵表示信道中每個抽頭的幅度和/或相位。
在步驟80之後，用於補償估計信道特徵延時的第一信道特徵預測器42執行抽取操作，即對從第一信道特徵估計器44輸入的第一延遲特徵信號進行抽樣，從第一延遲特徵信號的抽取結果預測信道特徵值，對所預測的信道特徵值進行插值，並且將信道特徵值的插值結果作為表示信道14預測特徵的第一預測特徵信號輸出到第一接收器40(步驟82到88)。
為執行這些操作，第一信道特徵預測器42可以通過第一抽取器52、第一特徵值預測器50、第一擴展器48和第一插值器46來實現。在此，在步驟80之後，第一抽取器52用來抽取從第一信道特徵估計器44輸入的第一延遲特徵信號，並且將第一延遲特徵信號的抽取結果輸出到第一特徵值預測器50(步驟82)。在步驟82之後，第一特徵值預測器50用來從第一抽取器52輸入的第一延遲特徵信號的抽取結果預測信道14的特徵值，並且將所預測的信道特徵值輸出到第一擴展器48(步驟84)。在步驟84之後，第一擴展器48用來在從第一特徵值預測器50輸入的預測信道特徵值中間插入預定值，例如「0」，並且將插入結果輸出到第一插值器46(步驟86)。在步驟86之後，第一插值器46用來對從第一擴展器48輸入的插入結果進行插值，並且將插值結果作為第一預測特徵信號輸出到第一接收器40(步驟88)。
在步驟88之後，第一接收器40用來從第一信道特徵預測器42輸入的第一預測特徵信號和從輸入端IN2輸入的接收信號估計判定值，從所估計的判定值恢復傳輸信號，並且將所恢復的傳輸信號輸出到第一信道特徵估計器44，並且通過輸出端OUT2將估計判定值輸出到例如解碼器(未示出)。此時，解碼器對從第一接收器40輸入的估計判定值進行解碼，並且輸出解碼結果作為恢復的原始用戶信息。
例如，假定在第一接收器40中估計判定值所需的時間周期為τ，並且在時間t，信號在圖2所示的組成單元40、42和44中的每個單元進行輸入/輸出，第一信道特徵預測器42使用在時間t-τ-1從輸入端IN2施加到第一信道特徵估計器44的接收信號和與在時間t-τ-1從調製器12輸出的傳輸信號對應的恢復的傳輸信號，生成第一預測特徵信號。此時，第一預測特徵信號顯示在時間t傳輸信號所經過的信道14的預測特徵。通過使用第一預測特徵信號和在時間t通過輸入端IN2輸入的接收信號，第一接收器40獲得經過恢復的在時間t-τ從調製器12輸出的傳輸信號。
圖4是示出根據本發明第二實施例的適合與時變信道一起使用的信號接收裝置的構造的方框圖。
參照圖4，信號接收裝置包括第二信道特徵估計器114、第二抽取器110、第三抽取器112、第二信道特徵預測器116和第二接收器118。
圖5是示出在圖4所示的信號接收裝置中實現的本發明信號接收方法的流程圖，其中，信號接收方法包括估計信道延遲特徵(步驟140和142)，預測信道特徵(步驟144到148)和獲得判定值和所恢復的傳輸信號(步驟150)。
不同於圖2所示的信號接收裝置，圖4所示的信號接收裝置不是在預測信道特徵時執行抽取操作，而是正好在估計信道延遲特徵之前執行該操作。除此之外，圖4所示的信號接收裝置和在該信號接收裝置中實現的圖5所示信號接收方法與圖2和3所示的相同。
首先，抽取恢復的傳輸信號和接收信號(步驟140)。為此，第二抽取器110抽取從第二接收器118輸入的恢復的傳輸信號，並且將恢復信號的抽取結果輸出到第二信道特徵估計器114。另外，第三抽取器112抽取從輸入端IN3輸入的接收信號，並且將接收信號的抽取結果輸出到第二信道特徵估計器114。
在步驟140之後，第二信道特徵估計器114從第二抽取器110和第三抽取器112輸入的抽取結果估計表示信道14延遲特徵的第二延遲特徵信號，並且將所估計的第二延遲特徵信號輸出到第二信道特徵預測器116(步驟142)。
在步驟142之後，用於補償估計信道特徵延時的第二信道特徵預測器116從第二信道特徵估計器114輸入的第二延遲特徵信號預測信道14的特徵值，對所預測的信道特徵值進行插值，並且將信道特徵值的插值結果作為表示信道14的預測特徵的第二預測特徵信號輸出到第二接收器118(步驟144到148)。
為執行這些操作，第二信道特徵預測器116可以通過第二特徵值預測器120、第二擴展器122和第二插值器124來實現。在此，在步驟142之後，第二特徵值預測器120從第二信道特徵估計器114輸入的第二延遲特徵信號預測信道14的特徵值，並且將所預測的信道特徵值輸出到第二擴展器122(步驟144)。在步驟144之後，第二擴展器122在從第二特徵值預測器120輸入的所預測的信道特徵值中間插入預定值，例如「0」，並且將插入結果輸出到第二插值器124(步驟146)。在步驟146之後，第二插值器124對從第二擴展器122輸入的插入結果進行插值，並且將插值結果作為第二預測特徵信號輸出到第二接收器118(步驟148)。
在步驟148之後，第二接收器118從第二信道特徵預測器116輸入的第二預測特徵信號和從輸入端IN3輸入的接收信號估計判定值，從所估計的判定值恢復傳輸信號，並且將所恢復的傳輸信號輸出到第二抽取器110，並且通過輸出端OUT3將所估計的判定值輸出到解碼器(未示出)。此時，解碼器對從第二接收器118輸入的估計的判定值進行解碼，並且輸出解碼結果作為恢復的原始用戶信息。
同時，為了比本發明的上述信號接收裝置和方法更準確地估計判定值，不採用從第一接收器40或第二接收器118輸出的恢復的傳輸信號來估計信道的延遲特徵，可以採用從恢復的用戶信息重新生成的傳輸信號。為此，下面將參照附圖對根據本發明各個實施例的適合與時變信道一起使用的信號接收裝置的構造和操作，以及在根據各個實施例的信號接收裝置中實現的本發明信號接收方法進行詳細的描述。
圖6是示出根據本發明第三實施例的適合與時變信道一起使用的信號接收裝置的構造的方框圖。
參照圖6，信號接收裝置包括第一傳輸信號重新生成器180、第三信道特徵估計器182、第三信道特徵預測器184、第三接收器186和第一解碼器188。
圖7是示出在圖6所示的信號接收裝置中實現的本發明信號接收方法的流程圖，其中，信號接收方法包括估計信道延遲特徵(步驟220和222)，預測信道特徵(步驟224到230)和獲得判定值和所恢復的用戶信息(步驟232和234)。
不同於圖2或圖4所示的信號接收裝置，除了不是採用從第一接收器40或第二接收器118輸出的恢復傳輸信號，而是採用從第一解碼器188輸出的恢復的用戶信息重新生成的傳輸信號來估計信道的延遲特徵之外，圖6所示的信號接收裝置和在該信號接收裝置中實現的圖7所示信號接收方法與圖2或4所示的接收裝置和圖3或圖5所示的信號接收方法相同。
首先，第一傳輸信號重新生成器180重新生成從第一解碼器188輸出的恢復的用戶信息恢復的傳輸信號，並且將重新生成的傳輸信號輸出到第三信道特徵估計器182(步驟220)。為此，第一傳輸信號重新生成器180可以通過編碼器(未示出)和調製器(未示出)來實現。在此，編碼器對恢復的用戶信息進行編碼，並且將編碼結果輸出到調製器。調製器採用與圖1所示調製器12相同的方案對從編碼器輸入的編碼結果進行調製，並且將調製結果作為重新生成的傳輸信號輸出到第三信道特徵估計器182。
在步驟220之後，第三信道特徵估計器182從第一傳輸信號重新生成器180輸入的重新生成傳輸信號和通過輸入端IN4輸入的接收信號來估計表示信道14延遲特徵的第三延遲特徵信號，並且將所估計的第三延遲特徵信號輸出到第三信道特徵預測器184(步驟222)。
在步驟222之後，第三信道特徵預測器184對從第三信道特徵估計器182輸入的第三延遲特徵信號進行抽取，從第三延遲特徵信號的抽取結果預測信道14的特徵值，對所預測的信道特徵值進行插值，並且將信道特徵值的插值結果作為表示信道14的預測特徵的第三預測特徵信號輸出到第三接收器186(步驟224到230)。
為執行這些操作，第三信道特徵預測器184可以通過第四抽取器200、第三特徵值預測器202、第三擴展器204和第三插值器206來實現。在此，在步驟222之後，第四抽取器200用來抽取從第三信道特徵估計器182輸入的第三延遲特徵信號，並且將第三延遲特徵信號的抽取結果輸出到第三特徵值預測器202(步驟224)。在步驟224之後，第三特徵值預測器202用來從第四抽取器200輸入的第三延遲特徵信號的抽取結果預測信道14的特徵值，並且將所預測的信道特徵值輸出到第三擴展器204(步驟226)。在步驟226之後，第三擴展器204用來在從第三特徵值預測器202輸入的所預測的信道特徵值中間插入預定值，例如「0」，並且將插入結果輸出到第三插值器206(步驟228)。在步驟228之後，第三插值器206用來對從第三擴展器204輸入的插入結果進行插值，並且將插值結果作為第三預測特徵信號輸出到第三接收器186(步驟230)。
在步驟230之後，第三接收器186用來從第三信道特徵預測器184輸入的第三預測特徵信號和從輸入端IN4輸入的接收信號估計判定值，並且將所估計的判定值輸出到第一解碼器188(步驟232)。在步驟232之後，第一解碼器188對從第三接收器186輸入的估計判定值進行解碼，並且在通過輸出端OUT4輸出解碼結果的同時，將該解碼結果作為通過恢復的原始用戶而獲得的恢復的用戶信息輸出到第一傳輸信號重新生成器180(步驟234)。為此，第一解碼器188可以通過用於對從第三接收器186輸入的判定值進行解碼並且輸出解碼結果作為恢復的用戶信息的解碼器(未示出)來實現。例如，第一解碼器188用於補償對應於恢復的傳輸信號的從第三接收器186輸出的估計判定值中包含的誤差，以更準確地恢復原始用戶信息。
圖8是示出根據本發明第四實施例的適合與時變信道一起使用的信號接收裝置的構造的方框圖。
參照圖8，信號接收裝置包括第二傳輸信號重新生成器260、第五抽取器262、第六抽取器264、第四信道特徵估計器266、第四信道特徵預測器268、第四接收器270和第二解碼器272。
圖9是示出在圖8所示的信號接收裝置中實現的本發明信號接收方法的流程圖，其中，信號接收方法包括估計信道延遲特徵(步驟310到314)，預測信道特徵(步驟316到320)和獲得判定值和所恢復的傳輸信號(步驟322和324)。
不同於圖6所示的信號接收裝置，圖8所示的信號接收裝置不是在預測信道特徵時執行抽取操作，而是正好在估計信道延遲特徵之前執行該操作。除此之外，圖8所示的信號接收裝置和在該信號接收裝置中實現的圖9所示信號接收方法與圖6和7所示的相同。
首先，第二傳輸信號重新生成器260重新生成從第二解碼器272輸出的恢復的用戶信息恢復的傳輸信號，並且將重新生成的傳輸信號輸出到第五抽取器262(步驟310)。為此，第二傳輸信號重新生成器260具有與圖6所示第一傳輸信號重新生成器180相同的構造和操作。也就是，第二傳輸信號重新生成器260可以通過如上所述的編碼器(未示出)和調製器(未示出)來實現。例如，在圖1所示的調製器12採用二進位移相鍵控(Binary Phase ShiftKeying，BPSK)方案對傳輸信息進行調製的情況下，包含在第一傳輸信號重新生成器180或第二傳輸信號重新生成器260中的調製器(未示出)採用BPSK方案重新生成從恢復的用戶信息恢復的傳輸信號。
在步驟310之後，對重新生成的傳輸信號和接收信號進行抽取(步驟312)。為此，第五抽取器262抽取從第二傳輸信號重新生成器260輸入的重新生成的傳輸信號，並且將重新生成的傳輸信號的抽取結果輸出到第四信道特徵估計器266。另外，第六抽取器264抽取從輸入端IN5輸入的接收信號，並且將接收信號的抽取結果輸出到第四信道特徵估計器266。
在步驟312之後，第四信道特徵估計器266從第五抽取器262和第六抽取器264輸入的抽取結果估計表示信道14延遲特徵的第四延遲特徵信號，並且將所估計的第四延遲特徵信號輸出到第四信道特徵預測器268(步驟314)。
在步驟314之後，第四信道特徵預測器268從第四信道特徵估計器266輸入的第四延遲特徵信號預測信道14的特徵值，對所預測的信道特徵值進行插值，並且將信道特徵值的插值結果作為表示信道14的預測特徵的第四預測特徵信號輸出到第四接收器270(步驟316到320)。
為執行這些操作，第四信道特徵預測器268可以通過第四特徵值預測器280、第四擴展器282和第四插值器284來實現。在此，在步驟314之後，第四特徵值預測器280從第四信道特徵估計器266輸入的第四延遲特徵信號預測信道14的特徵值，並且將所預測的信道特徵值輸出到第四擴展器282(步驟316)。在步驟316之後，第四擴展器282在從第四特徵值預測器280輸入的預測的信道特徵值中間插入預定值，例如「0」，並且將插入結果輸出到第四插值器284(步驟318)。在步驟318之後，第四插值器284對從第四擴展器282輸入的插入結果進行插值，並且將插值結果作為第四預測特徵信號輸出到第四接收器270(步驟320)。
在步驟320之後，第四接收器270用來從第四信道特徵預測器268輸入的第四預測特徵信號和從輸入端IN5輸入的接收信號估計判定值，並且將估計判定值輸出到第二解碼器272(步驟322)。在步驟322之後，第二解碼器272對從第四接收器270輸入的估計判定值進行解碼，並且在通過輸出端OUT5輸出解碼結果的同時，將該解碼結果作為通過恢復原始用戶而獲得的恢復的用戶信息輸出到第二傳輸信號重新生成器260(步驟324)。為此，第二解碼器272可以通過用於對從第四接收器270輸入的判定值進行解碼並且輸出解碼結果作為恢復的用戶信息的解碼器(未示出)來實現。例如，第二解碼器272用於補償對應於恢復的傳輸信號的從第四接收器270輸出的估計判定值中包含的誤差，以更準確地恢復原始用戶信息。
當在圖2或圖4所示的第一接收器40或第二接收器118中恢復的傳輸信號被錯誤地估計，從而它具有誤差時，從第一信道特徵預測器42或第二信道特徵預測器116生成的第一或第二預測特徵信號可能具有誤差。為了克服這一問題，如圖6或圖8所示，可以採用恢復的用戶信息，而不是恢復的傳輸信號，來估計用來預測信道特徵的信道延遲特徵。
同時，為更好理解本發明，下面將分別對圖2、4、6和8所示的本發明適合與時變信道一起使用的信號接收裝置的各個組成單元的示例性操作進行詳細的描述。
首先，假定信道14的長度為M，並且接收信號yk由下面[表達式1]給出[表達式1]yk＝hHkxk+nk其中，k表示時間，nk表示噪聲，hHk表示信道14的脈衝響應，其中hk可以寫作下面[表達式2]，並且作為傳輸信號的xk可以寫作下面[表達式3][表達式2]hk＝ [hk，0，hk，1，...hk，M]T[表達式3]xk＝[xkxk-1...Xk-M]T其中，T表示倒置。
此時，第一、第二、第三和第四信道特徵估計器44、114、182和266中的每個均可以使用例如最小均方(Least Mean Squares，LMS)法、遞歸最小二乘(Recursive Least Squares，RLS)法或卡爾門(Kalman)法估計信道的延遲特徵。所有這些方法估計信道，以最小化誤差(ek)。在此，誤差(ek)由下面[表達式4]給出[表達式4]ek=yk-h^k-1HxkH]]>其中，假定在第一、第二、第三或第四接收器40、118、186或270中估計判定值所花的時間為D(在此，D等於上述τ)，[表達式4]可以寫作下面[表達式5][表達式5]ek-D=yk-D-h^k-1-DHxk-DH]]>使用在[表達式5]中定義的延遲誤差(ek)，估計信道的特徵，即幅度和/或相位。因此通過使用延遲誤差(ek)估計的第一、第二、第三或第四延遲特徵信號對應於hk-D。上述LMS、RMS和卡爾門法分別在Haykins的「Adaptivefilter theroy(自適應濾波器理論)」(Prentice Hall Press，pp.365-439，pp.562-587和pp.302-334(1996))中有描述。
此時，第一抽取器52或第四抽取器200每L周期從第一信道特徵估計器44或第三信道特徵估計器182輸入的第一或第三延遲特徵信號的特徵值選擇一個特徵值，並且將所選的特徵值輸出到第一特徵值預測器50或第三特徵值預測器202。第三抽取器112或第六抽取器264每L周期從輸入端IN3或IN5輸入的接收信號的特徵值選擇一個特徵值，並且將所選的特徵值輸出到第二信道特徵估計器114或第四信道特徵估計器266。另外，第二抽取器110或第五抽取器262每L周期從第二接收器118或第二傳輸信號重新生成器260輸入的恢復或重新生成的傳輸信號的特徵值選擇一個特徵值，並且將所選的特徵值輸出到第二信道特徵估計器114或第四信道特徵估計器266。
此時，第一、第二、第三或第四特徵值預測器50、120、202或280使用線性預測法從所估計的第一、第二、第三或第四延遲特徵信號獲得由下面[表達式6]給出的第一、第二、第三或第四預測特徵信號 [表達式6]h^k=i=1NWih^k-iL]]>其中Wi為權值，它可以寫作下面[表達式7][表達式7]Wi=wi,1000wi,2000wi,M]]>其中，通過使用由下面[方程8]定義的Wiener-Hopf方程可以獲得Wi＝[w1，J，...，wN，J][方程8]RjWj＝pj其中，Rj表示由下面[表達式9]給出的自相關矩陣，wj表示加權向量，並且pj表示由下面[表達式10]給出的互相關向量[表達式9]Rj=rj(0)rj(1)rj(N-1)rj*(1)rj(0)rj(N-2)rj*(N-1)rj*(1)rj(0)]]>[表達式10]pj＝[rj(1)...rj(N)]
其中，rj(i)由下面[表達式11]給出[表達式11]rj(i)＝E[hk，jhk-Li，j]其中，E[]表示期望值。
上述線性預測方法和Wiener-Hopf方程在Haykins的「Adaptive filtertheory(自適應濾波器理論)」(Prentice Hall Press，pp.241-245(1996))中有描述。
與此相同，由第一、第二、第三或第四特徵值預測器50、120、202或280預測的特徵值輸出到第一、第二、第三或第四擴展器48、122、204或282，第一、第二、第三或第四擴展器48、122、204或282在所預測的特徵值中間插入預定值「0」並將插入結果輸出到第一、第二、第三或第四插值器46、124、206或284。此時，第一、第二、第三或第四插值器46、124、206或284分別使用例如升餘弦插值技術的線性插值法對從第一、第二、第三或第四擴展器48、122、204或282輸入的插入結果進行插值，並且將插值結果作為第一、第二、第三或第四預測特徵信號輸出到第一、第二、第三或第四接收器40、118、186和270，在此，用於對從第一、第二、第三或第四擴展器48、122、204或282施加到第一、第二、第三或第四插值器46、124、206或284的插入結果進行插值的各種插值法在Proakis的「Digital SignalProcessing(數位訊號處理)」(Prentice Hall Press，pp.765-774(1996))中有描述。
同時，圖2或圖4所示的第一接收器40或第二接收器118具有延時D來估計判定值，而圖6或圖8所示的第三接收器186或第四接收器270可以具有或不具有延時D來估計判定值。另外，不同於圖2或6所示的信號接收裝置，圖4或8所示的信號接收裝置在估計信道延遲特徵之前執行抽取操作。因此，第二信道特徵估計器114或第四信道特徵估計器266與第一信道特徵估計器44或第三信道特徵估計器182相比，用來估計信道延遲特徵的計算量可能更少，這導致裝置的最小化和能量消耗的減少。
為更好理解本發明，假定符號速率為25Ksps(符號/秒)，載波頻率fc為900MHz，傳輸信息的幀大小或項數為100(符號)，單位幀包括10個已為發送方和信號接收裝置所知的傳輸信息和90個不為所知的傳輸信息，信道14的抽頭數為2，信道14為瑞利(rayleigh)衰減信道，N為相加性白高斯噪聲(Additive White Gaussian Noise，AWGN)，信道延遲特徵用步長範圍為0.1到0.5、D＝50(符號)的LMS法進行估計，調製器12使用BPSK方案、L＝50執行調製，傳統信號接收裝置具有2-4個(符號)的延時從而其接收方獲得判定值，下面將對本發明的信號接收裝置和方法與現有技術的信號接收裝置和方法進行比較。
圖10(a)到10(c)是示出本發明信號接收裝置和方法與現有技術信號接收裝置和方法之間特徵比較的圖。
參照圖10(a)到10(c)，每個圖的橫軸表示信噪比(Signal-to-NoiseRatio，SNR)，並且縱軸表示誤比特率(Bit Error Rate，BER)。另外，圖10(a)中最大都卜勒(Doppler)頻率(fd)為50Hz、圖10(b)中fd為100Hz並且圖10(c)中fd為200Hz。而且，圖中的虛線表示現有技術的信號接收方法，而實線表示本發明的信號接收方法。
圖10(a)中的信道變化慢於圖10(b)中的信道變化，而圖10(c)中的信道變化快於圖10(b)中的信道變化。因此，可以看到，隨著信道變化變快，本發明的信號接收方法比現有技術的信號接收方法具有更小的BER。因此，本發明比現有技術具有更優良的恢復用戶信息能力。
如上所述，本發明的適合與時變信道一起使用的信號接收裝置和方法具有如下優點信道特徵的正確預測允許更準確地恢復原始用戶信息，並且不需要獲得嘗試性判定值，從而導致獲得更簡單的硬體結構以及降低生產成本。
儘管本發明是參照其優選實施例來具體描述的，但本領域的技術人員應該理解，在不脫離本發明的精神的情況下，可以進行各種修改、變換和等價置換。另外，應該理解，在此使用的措詞或術語是為了描述的目的，而不是為了限制的目的。因此本發明的範圍僅由所附權利要求進行限定。
權利要求
1.一種適合與時變信道一起使用的信號接收裝置，該信號接收裝置接收通過具有時變特徵的信道傳輸的信號作為接收信號，並且從接收信號恢復原始用戶信息，該信號接收裝置包括第一信道特徵估計器，用於從所恢復的傳輸信號和接收信號估計表示信道延遲特徵的第一延遲特徵信號，並且輸出所估計的第一延遲特徵信號；第一信道特徵預測器，用於抽取從第一信道特徵估計器輸入的所估計的第一延遲特徵信號，從第一延遲特徵信號的抽取結果預測信道特徵值，對預測的信道特徵值進行插值，並且輸出信道特徵值的插值結果作為表示信道預測特徵的第一預測特徵信號；和第一接收器，適用於從第一預測特徵信號和接收信號估計判定值，從所估計的判定值恢復傳輸信號，並且將所恢復的傳輸信號輸出到第一信道特徵估計器，從而從判定值恢復原始用戶信息。
2.如權利要求1所述的信號接收裝置，其中，第一信道特徵預測器包括第一抽取器，用於抽取從第一信道特徵估計器輸入的第一延遲特徵信號，並且輸出第一延遲特徵信號的抽取結果；第一特徵值預測器，用於從第一抽取器輸入的第一延遲特徵信號的抽取結果預測信道的特徵值，並且輸出所預測的信道特徵值；第一擴展器，用於在從第一特徵值預測器輸入的預測的信道特徵值中間插入預定值，並且輸出插入結果；和第一插值器，用於對從第一擴展器輸入的插入結果進行插值，並且將插值結果作為第一預測特徵信號輸出到第一接收器。
3.一種在如權利要求1所述的適合與時變信道一起使用的信號接收裝置中執行的信號接收方法，包括如下步驟(a)使用接收信號和恢復的傳輸信號估計第一延遲特徵信號；(b)抽取所估計的第一延遲特徵信號，從第一延遲特徵信號的抽取結果預測信道特徵值，並且對所預測的信道特徵值進行插值，從而獲得第一預測特徵信號；和(c)從第一預測特徵信號和接收信號估計判定值，並且從所估計的判定值恢復傳輸信號，從而獲得恢復傳輸信號。
4.如權利要求3所述的信號接收方法，其中，抽取步驟(b)包括如下步驟(b1)抽取在步驟(a)估計的第一延遲特徵信號；(b2)從第一延遲特徵信號的抽取結果預測信道的特徵值；(b3)在所預測的特徵值中間插入預定值；和(b4)對插入結果進行插值，以獲得第一預測特徵信號，並且繼續到步驟(c)。
5.一種適合與時變信道一起使用的信號接收裝置，該信號接收裝置接收通過具有時變特徵的信道傳輸的信號作為接收信號，並且從接收信號恢復原始用戶信息，該信號接收裝置包括第二抽取器，用於抽取恢復的傳輸信號，並且輸出恢復信號的抽取結果；第三抽取器，用於抽取接收信號，並且輸出接收信號的抽取結果；第二信道特徵估計器，用於從第二和第三抽取器輸入的抽取結果估計表示信道延遲特徵的第二延遲特徵信號，並且輸出所估計的第二延遲特徵信號；第二信道特徵預測器，用於從第二信道特徵估計器輸入的第二延遲特徵信號預測信道特徵值，對所預測的信道特徵值進行插值，並且輸出信道特徵值的插值結果作為表示信道預測特徵的第二預測特徵信號；和第二接收器，用於從第二預測特徵信號和接收信號估計判定值，從所估計的判定值恢復傳輸信號，並且將所恢復的傳輸信號輸出到第二抽取器，從而從判定值恢復原始用戶信息。
6.如權利要求5所述的信號接收裝置，其中，第二信道特徵預測器包括第二特徵值預測器，用於從第二信道特徵估計器輸入的第二延遲特徵信號預測信道的特徵值，並且輸出所預測的信道特徵值；第二擴展器，用於在從第二特徵值預測器輸入的預測的信道特徵值中間插入預定值，並且輸出插入結果；和第二插值器，用於對從第二擴展器輸入的插入結果進行插值，並且將插值結果作為第二預測特徵信號輸出到第二接收器。
7.一種在如權利要求5所述的適合與時變信道一起使用的信號接收裝置中執行的信號接收方法，包括如下步驟(a)抽取恢復的傳輸信號和接收信號；(b)使用抽取結果來估計第二延遲特徵信號；(c)從所估計的第二延遲特徵信號預測信道特徵值，並且對所預測的信道特徵值進行插值，從而獲得第二預測特徵信號；和(d)從第二預測特徵信號和接收信號估計判定值，並且從所估計的判定值恢復傳輸信號，從而獲得恢復的傳輸信號。
8.如權利要求7所述的信號接收方法，其中，預測步驟(c)包括如下步驟(c1)從在步驟(b)估計的第二延遲特徵信號預測信道的特徵值；(c2)在預測的特徵值中間插入預定值；和(c3)對插入結果進行插值，以獲得第二預測特徵信號，並且繼續到步驟(d)。
9.一種適合與時變信道一起使用的信號接收裝置，該信號接收裝置接收通過具有時變特徵的信道傳輸的信號作為接收信號，並且從接收信號恢復原始用戶信息，該信號接收裝置包括第一傳輸信號重新生成器，用於重新生成從恢復的用戶信息恢復的傳輸信號，並且輸出重新生成的傳輸信號；第三信道特徵估計器，用於從第一傳輸信號重新生成器輸入的重新生成的傳輸信號和接收信號估計表示信道延遲特徵的第三延遲特徵信號，並且輸出所估計的第三延遲特徵信號；第三信道特徵預測器，用於抽取從第三信道特徵估計器輸入的第三延遲特徵信號，從第三延遲特徵信號的抽取結果預測信道特徵值，對所預測的信道特徵值進行插值，並且輸出信道特徵值的插值結果作為表示信道預測特徵的第三預測特徵信號；第三接收器，用於從第三信道特徵預測器輸入的第三預測特徵信號和接收信號估計判定值，並且輸出所估計的判定值；和解碼器，用於對從第三接收器輸入的估計的判定值進行解碼，並且將解碼結果作為通過恢復原始用戶信息而獲得的恢復的用戶信息輸出到第一傳輸信號重新生成器。
10.如權利要求9所述的信號接收裝置，其中，第三信道特徵預測器包括第四抽取器，用於抽取從第三信道特徵估計器輸入的第三延遲特徵信號，並且輸出第三延遲特徵信號的抽取結果；第三特徵值預測器，用於從第四抽取器輸入的第三延遲特徵信號的抽取結果預測信道的特徵值，並且輸出所預測的信道特徵值；第三擴展器，用於在從第三特徵值預測器輸入的預測的信道特徵值中間插入預定值，並且輸出插入結果；和第三插值器，用於對從第三擴展器輸入的插入結果進行插值，並且將插值結果作為第三預測特徵信號輸出到第三接收器。
11.一種在如權利要求9所述的適合與時變信道一起使用的信號接收裝置中執行的信號接收方法，包括如下步驟(a)重新生成從恢復的用戶信息恢復的傳輸信號，並且獲得重新生成的傳輸信號；(b)使用重新生成的傳輸信號和接收信號估計第三延遲特徵信號；(c)抽取所估計的第三延遲特徵信號，從第三延遲特徵信號的抽取結果預測信道特徵值，並且對所預測的信道特徵值進行插值，從而獲得第三預測特徵信號；(d)從第三預測特徵信號和接收信號估計判定值；和(e)對所估計的判定值進行解碼，從而獲得恢復的用戶信息。
12.如權利要求11所述的信號接收方法，其中，抽取步驟(c)包括如下步驟(c1)抽取在步驟(b)估計的第三延遲特徵信號；(c2)從第三延遲特徵信號的抽取結果預測信道的特徵值；(c3)在所預測的特徵值中間插入預定值；和(c4)對插入結果進行插值，以獲得第三預測特徵信號，並且繼續到步驟(d)。
13.一種適合與時變信道一起使用的信號接收裝置，該信號接收裝置接收通過具有時變特徵的信道傳輸的信號作為接收信號，並且從接收信號恢復原始用戶信息，該信號接收裝置包括第二傳輸信號重新生成器，用於重新生成從恢復的用戶信息恢復的傳輸信號，並且輸出重新生成的傳輸信號；第五抽取器，用於抽取從第二傳輸信號重新生成器輸入的重新生成的傳輸信號，並且輸出重新生成的傳輸信號的抽取結果；第六抽取器，用於抽取接收信號，並且輸出接收信號的抽取結果；第四信道特徵估計器，用於從第五和第六抽取器輸入的抽取結果估計表示信道延遲特徵的第四延遲特徵信號，並且輸出所估計的第四延遲特徵信號；第四信道特徵預測器，用於從第四信道特徵估計器輸入的第四延遲特徵信號預測信道特徵值，對所預測的信道特徵值進行插值，並且輸出信道特徵值的插值結果作為表示信道預測特徵的第四預測特徵信號；第四接收器，用於從第四預測特徵信號和接收信號估計判定值，並且輸出所估計的判定值；和第二解碼器，用於對從第四接收器輸入的估計判定值進行解碼，並且將解碼結果作為通過恢復的原始用戶信息而獲得的恢復用戶信息輸出到第二傳輸信號重新生成器。
14.如權利要求13所述的信號接收裝置，其中，第四信道特徵預測器，包括第四特徵值預測器，用於從第四信道特徵估計器輸入的第四延遲特徵信號預測信道的特徵值，並且輸出所預測的信道特徵值；第四擴展器，用於在從第四特徵值預測器輸入的預測的信道特徵值中間插入預定值，並且輸出插入結果；和第四插值器，用於對從第四擴展器輸入的插入結果進行插值，並且將插值結果作為第四預測特徵信號輸出到第四接收器。
15.一種在如權利要求13所述的適合與時變信道一起使用的信號接收裝置中執行的信號接收方法，包括如下步驟(a)重新生成從恢復的用戶信息恢復的傳輸信號，並且獲得重新生成的傳輸信號；(b)抽取重新生成的傳輸信號和接收信號；(c)使用抽取結果估計第四延遲特徵信號；(d)從所估計的第四延遲特徵信號預測信道特徵值，並且對所預測的信道特徵值進行插值，從而獲得第四預測特徵信號；(e)從第四預測特徵信號和接收信號估計判定值；和(f)對所估計的判定值進行解碼，從而獲得恢復用戶信息。
16.如權利要求15所述的信號接收方法，其中，預測步驟(d)包括如下步驟(d1)從在步驟(c)估計的第四延遲特徵信號預測信道的特徵值；(d2)在預測特徵值中間插入預定值；和(d3)對插入結果進行插值，以獲得第四預測特徵信號，並且繼續到步驟(e)。
17.如權利要求1所述的信號接收裝置，其中，信道特徵對應於幅度。
18.如權利要求1所述的信號接收裝置，其中，信道特徵對應於相位。
19.如權利要求1所述的信號接收裝置，其中，信道特徵對應於幅度和相位。
20.如權利要求1所述的信號接收裝置，其中，第一信道特徵估計器使用最小均方法估計信道的延遲特徵。
21.如權利要求1所述的信號接收裝置，其中，第一信道特徵估計器使用遞歸最小二乘法估計信道的延遲特徵。
22.如權利要求1所述的信號接收裝置，其中，第一信道特徵估計器使用卡爾曼法估計信道的延遲特徵。
全文摘要
本發明公開一種適合與時變信道一起使用的信號接收裝置，該裝置包括第一信道特徵估計器，適用於從所恢復的傳輸信號和接收信號估計表示信道延遲特徵的第一延遲特徵信號，並且輸出所估計的第一延遲特徵信號；第一信道特徵預測器，適用於抽取從第一信道特徵估計器向其施加的估計第一延遲特徵信號，從第一延遲特徵信號的抽取結果預測信道特徵值，對所預測的信道特徵值進行插值，並且輸出信道特徵值的插值結果作為表示信道預測特徵的第一預測特徵信號；和第一接收器，適用於從第一預測特徵信號和接收信號估計判定值，從估計判定值恢復傳輸信號，並且將所恢復的傳輸信號輸出到第一信道特徵估計器，從而從判定值恢復原始用戶信息。
文檔編號H04L25/02GK1396714SQ0214090
公開日2003年2月12日 申請日期2002年7月9日 優先權日2001年7月11日
發明者黃贊洙 申請人:三星電子株式會社