解码根据频率维和时间维分布的信号的符号的制作方法

专利名称：解码根据频率维和时间维分布的信号的符号的制作方法
技术领域：
本发明涉及解码根据频率维和时间维分布的无线电信号的符号。 例如，已受到正交频分复用(OFDM)调制的符号。本发明更具体地 涉及才艮据与无线电信号混合的噪声的方差估计来解码符号。本发明具体应用于专用移动无线电(PMR)系统。
背景技术：
OFDM调制无线电信号分布在某一频带中的大量子载波上，该 频带与子载波之间的间隔相比是宽的。该信号在不同的子栽波上由发 射机发射出去，从而不管由多信号传播路径引起的破坏性干扰如何， 由接收机接收的信号都可以被重建。信号在发射机和接收机之间传播期间因噪声和干扰而恶化。对噪 声和干扰处理不充分将导致高的解码差错率。已知接收机对接收信号 进行均衡处理和解调，并且确定与解调符号相对应的数据位的似然 性，以便^L据这样确定的似然性的函数来解码所发射的信息。在现有技术中，根据与接收信号相关的噪声的方差估计的函数可 以修正似然性。可以利用在受噪声影响的接收信号与在没有噪声的情 况下将会接收到的信号的估计之间的差值来估计瞬时噪声功率。该瞬时噪声功率具体代表了接收信号所忍受的干扰以及噪声和 符号处理差错，它的幅度可能根据接收信号的符号而发生很大的改 变。因此，该瞬时功率受到噪声的强烈影响，不能用作对噪声的方差的良好估计。
该问题的一种解决方案是将接收信号分割成若干某一持续期的 预定帧，假定传播信道的变化较慢。在一个预定帧内对于每个接收信 号计算瞬时噪声功率，以便为该预定帧确定噪声的方差估计，它是瞬
时功率的平均值。然后根据对噪声方差的这一估计的函数来修正符号 的似然性，该噪声方差估计对于每个预定帧都具有不同值。
该问题的另一个解决方案是对于分布在时间-频率平面上的接收 信号的几个符号当中的一个给定符号估计噪声的局部方差，所述时间 -频率平面包括接收信号的子载波和时间间隔。该估计出的噪声的局部 方差是对于所述给定符号和在时间-频率平面中与所述给定符号相邻 的符号所估计的瞬时噪声功率的平均值。可见，噪声的局部方差是针 对接收信号的每个符号来估计的。然后根据该噪声的局部方差的函数 来修正符号的似然性。
这些解决方案都是基于瞬时噪声功率的平均值进行的，而影响接 收信号的噪声的性质无关紧要。

发明内容
本发明的目的是在数字无线电接收机中改进对接收信号的解调 符号的似然性的估计，以便特别是不管接收信号中是否存在噪声和干 扰，都可以改进符号解码性能并降低解码差错率。
为了实现该目的，提出一种在无线电接收机中用于解码经由传播 信道接收的信号的符号的方法，所述符号根据频率维和时间维分布。 该方法包括确定接收信号的符号的似然性，根据所述符号的似然性的 函数将接收信号解码成解码信号，以及根据在接收信号和从所述解码 信号导出的重建的无噪声信号之间的差值的函数来估计接收信号的
瞬时噪声功率。该解码方法的特征在于包括
根据频率维和时间维其中一维的函数来确定瞬时噪声功率的有 界分布，
根据在所述一维中表示的传播信道的参数的函数，过滤瞬时噪声功率的有界分布以产生过滤后的噪声方差，以及
根据过滤后的噪声方差的函数来加权要被解码的接收信号的符 号的似然性。
传播信道的参数的确定满足以下条件对瞬时噪声功率的有界分 布的过滤被局限在与存在于传播信道中的干扰信号的变化相对应的 所述分布的采样。这种过滤减少了随机噪声的影响，而随机噪声可能 发生快速的变化并且使对接收信号的符号的解码恶化。例如，根据频 率维的函数来确定瞬时噪声功率的有界分布，并且对应于分别与在一 帧内的同一信号子载波上接收的符号相关联的预定数量的瞬时噪声 功率的频谦。
将噪声的方差局限到干扰信号的变化使得对要被解码的每个符 号的了解更加可靠。而根据过滤后的噪声方差的函数来加权要被解码 的接收信号的符号的似然性也使得似然性更加可靠，也增强了对于要 被解码成数据位的符号的判决的准确性。
在接收机中解码的信号变得对于由在类似于接收信号的传播信 道的信道中传播的信号引起的干扰不那么敏感。
为了使瞬时噪声功率的过滤局限到干扰信号的变化，传播信道的 参数依赖于与传播信道和所使用的无线电通信网络有关的物理约束。 为此，假设干扰信号受到和接收信号相同的物理约束，即，干扰信号 是在与接收信号的传播信道具有类似属性的传播信道中传播的。这一 结论特别是在干扰信号为同一网络的信号的情况下成立，例如，因在 网络的另一个小区中对于同一频率信道的重复使用所产生的信号，这 特别是在陆地蜂窝无线电通信网络中非常频繁地发生。根据本发明， 如果所述一维是频率，则传播信道的参数可以是与在发射机和无线电 接收机之间的相对运动的最大速度有关的最大频率，或者如果所述一 维是时间，则传播信道的参数是在接收信号在传播信道中传输期间由 信号多路反射引起的不同传播路径的延时之间的最大延时。
然而，如本说明书的剩余部分所述，传播信道的以上两个参数可
被用于瞬时噪声功率的有界分布的频率过滤和时间过滤，以便有利地提高被过滤后的噪声方差加权的似然性的可靠性。因此，根据本发明， 瞬时噪声功率的第一和第二有界分布被分别确定为频率维和时间维 的函数，即，被确定为频率和时间的函数，并且第一和第二有界分布
过滤，以产生过滤后的噪声方差。该过滤操作是线性操作，因此如果 根据频率维再根据时间维的连续过滤被根据时间维再根据频率维的 连续过滤取代，不会产生任何差别。
本发明还涉及用于解码经由传播信道接收的信号的符号的无线
电接收机，所述符号根据频率维和时间维分布。该接收机包括用于 确定接收信号的符号的似然性的装置，用于根据符号的似然性的函数 对接收信号进行解码以产生解码信号的装置，以及用于根据接收信号 和从解码信号导出的重建的无噪声信号之间的差值的函数来估计接 收信号的瞬时噪声功率的装置。该接收机的特征在于它包括
用于根据频率维和时间维其中一维的函数来确定瞬时噪声功率 的有界分布的装置，
用于才艮据在所述一维中表示的传播信道的参数的函数，过滤瞬时 噪声功率的有界分布以产生过滤后的噪声方差的装置，以及
用于根据过滤后的噪声方差的函数来加权要被解码的接收信号 的符号的似然性的装置。
最后，本发明涉及在无线电接收机中用于解码经由传播信道接收 的信号的符号的计算机装置，所述符号根据频率维和时间维分布。该 计算机装置被配置为执行本发明的方法的各步骤。


参考相应的附图阅读下面以非限制例的方式给出的对本发明的 实施方式的描述，将更加清楚本发明的其它特征和优点，在附图中 图l是根据本发明的无线电通信接收机的框图；以及 图2示出了根据本发明的方法用于解码符号的算法。
具体实施例方式
总地来讲，下面描述的发明涉及数字蜂窝无线电通信网络中的无 线电通信接收机。该接收机具有一个或多个接收天线，与具有一个或 多个发射天线的发射机进行通信。例如，发射机是移动终端，接收机 是基站，反之亦然。
在第一个例子中，无线电通信网络是陆地、航空或卫星数字蜂窝
无线电通信网络、无线局域网(WL AN )、全球互通微波接入(WIMAX ) 网或者专用移动无线电(PMR)网络。
在第二个例子中，无线电通信网络是没有基础结构的自组织无线
局域网。发射机和接收机自发地直接相互通信，没有用于使通信集中 的中间设备，例如接入点或接入站或基站。
在无线电通信网络中，因在传播信道中的传播产生了在用户信号 中由于多径传播造成的符号间的千扰、由于在发射机和接收机之间的 相对运动带来的多普勒扩展造成的子栽波间的干扰以及在几个用户 的信号之间的多址干扰，这些干扰使接收信号的质量下降。使用接收 机预先知道的信息，例如由发射机发射的、在频率维和时间维的某些 位置上分布在位于每个OFDM信号帧中的导频符号上的导频序列， 来估计传播信道的传输函数，这样可减小上述质量下降。在信号接收 时的加性噪声使得对传输函数的这种估计变差。于是接收信号sr包括 与被发射的数据相对应的有用信号以及与之混合的加性噪声和干扰。
图1示出了在数字无线电通信网络中包括在无线电通信接收机 RE中的用于实施本发明的方法的功能装置。接收机RE具体包括第 一时间频率转换器CTF1、信道估计器EC、解调器DEM、解交织器 DES、解码器DEC、发射仿真器SE和接收仿真器SR。
发射仿真器SE包括编码器COD、交织器ENT、调制器MOD 和频率时间转换器CFT。
接收仿真器SR包括第二时间频率转换器CTF2、噪声估计器EB、 过滤模块MF和似然性修正器COR。
经由传播信道由接收机RE接收的信号sr在接收机中通过放大器、基带信号成形、采样和保护间隔删除等多级，然后在第一时间频
率转换器CTF1中经受快速傅立叶变换(FFT)，以将接收信号从时 域转移到频域。在频域中的每个采样被称为子载波。通常来说，第一 转换器CTF1对接收信号进行适当的时间过滤，然后进行快速傅立叶 变换。
由接收机接收的信号sr是由发射机以连续帧的形式发射的，这 些连续的帧包括根据时间维和频率维，即相对于时间轴和频率轴分布 的符号。例如，在被分割成N个连续的符号时间间隔的一帧中在M 个子载波上发射信号，每个符号时间间隔专用于M个符号的传输。
利用与一个给定的时间间隔n内的各个子载波m相关联的传播
信道的传输函数的复系数am，n为发射天线和接收天线之间的传播信道 建模，其中0《nSN誦l， 0《m《M画l。
在第一时间频率转换器CTF1的输出端获得一个接收信号，其中 在第n个时间间隔中在第m个子载波上接收的每个复符号rm，n由下式 给出
其中，s一和bm,n是分别代表在第n个时间间隔中在第m个子载 波上接收的有用信号符号和噪声的复数。接收的符号r一是在一帧内 接收的符号矩阵R的元素
r0,0r0,lr0, N - 1
rl,0 rl, N - 1
Em,n
rM - 1,0rM - 1,1rM - 1, N — 1
接收的噪声bm,n包括蜂窝内的和/或蜂窝间的干扰以及加性高斯
白噪声。接收的噪声bm，n可被写成加性高斯白噪声BB,和干扰信号 的符号Um,n乘以与干扰信号相关的传播信道的传输系数Pm，n的乘积之 和。干扰信号被假定为与有用信号基本属于同一种类，例如由于在蜂 窝无线电通信网络中在与接收的有用信号共用的频带上发射的信号， 干扰信号也是在包括N个符号时间间隔的一帧中在M个子载波上发 射的。由第一时间频率转换器CTF1输送的接收信号由信道估计器EC 来处理，该信道估计器EC确定由发射机和接收机RE之间的传播信 道的传输函数的估计系数《, 所定义的信道估计。信道估计例如被确定为包含在接收信号中并且为接收机已知的导频符号序列的函数。信道估计器EC还根据传播信道的传输函数的估计系数《"的函数对接收的符号iVn进行均衡化处理，以产生均衡符号y,。例如， 均衡符号ym,n取决于接收符号r吣与估计系数〈的相除结果。均衡符号ym，n被解调器DEM解调成解调数据位，这例如是通过以下过程完成的相位正交幅度解调(对应于正交幅度调制(QAM4)， 也被称为正交相移键控(QPSK)调制)，将一个复符号+j、 +1、 -1、 -j 映射到相应的一对连续比特(O，O)、 (O，l)、 (1,0)、 (l，l)。均衡符号ym，n 可以被信道估计器EC或解调器DEM存储或者被它们输送到解交织 器DES和/或解码器DEC。解调器DEM确定在含K比特的均衡符号ym，n中包含的第k比特bm，n,k的似然性L(bm，n，k)，其中0《k《K-l。例如，在QAM4调制下，每个符号被映射成K=2比特。在代表要被发射的假符号z的不同可能 值的星座图中，均衡符号ym，n的第k信息位bm，n，k的似然性是在均衡符号ym，n和第k比特具有值"l"的假符号Z之间的最小距离与在均衡 符号ym，n和第k比特具有值"0"的假符号Z之间的最小距离之差，如下式所示L(bm,n,k) =min ||rm,n - &m,nz|2 _min |rm,n - &m,nz| (1)。 z/bk=l z/bk=0由于形式的原因，在禁止除以零的情况下，均衡符号ym，n与相应 的估计系数《, 相乘，对应于接收的符号r^，然后假符号Z也与估计系数< 相乘。例如，相对于QAM型调制的星座图的2"个可能的符号来确定接收符号的数据位的似然性。此外，假定对于所有的接收符 号都有相同的噪声功率，由此来确定似然性L(bm,n，k)。与诸如二进制值"1，，或"0"的硬值相比，似然性L(bm,n，k)具有负的或正的(浮动)软值，用于指示解调器DEM给出浮动的实数值 L(bm，n，k),每个实数值所具有的符号将影响有关相应的数据位b^,k的状态的后续判决，即有关"硬"值"0"或"1"的判决。幅值IL(bm,n，k)l代表 所述后续判决的可靠性，它是一个代表根据L(bm,n，k)的符号确定的二 元状态的信任指数的"可变"值。幅值IL(bm,n，k)l越大，就更加信任与似 然性的符号相对应的二元状态；在最好的情况下，例如对于QPSK相 位调制的星座图的四个点中的每个点，似然性的幅值最大。幅值IL(b^，k)l越小，越接近0，与似然性的符号相对应的二元状态就越不 确定，即，均衡后的复符号y^与星座图的两个假符号之间等距离的 程度越高。尚未作出判决来确定二进制硬值"0"或"1"的解调器DEM将解调 数据位的数值似然性值串行输送到解交织器DES,这些值例如根据预 定的标准位于-1和+1之间。解交织器DES使用与在发射机的交织器 中使用的信道交织算法相逆的信道解交织算法来对解调数据位的似 然性进行解交织，以便消除在发射信号时引入的交织。解码器DEC根据先前确定的似然性L(bm，n，k)的函数来解码由解交织器DES输送的解交织后的解调数据位。解码器DEC根据与信号 发射时使用的编码相对应的解码，例如利用Viterbi算法纠错的巻积 解码来作出硬判决并给出解码后的数据位。解码器DEC的输出端将已作出硬判决的数据位输送到发射仿真 器SE,以由后者通过模拟发射机，根据与解交织后的符号相对应的 数据位的函数来仿真信号发射系统。至此，从解码器DEC输出的数据位被送至编码器COD。从编码 器输出的数据位然后由交织器进行交织处理，然后它们被输送到调制 器MOD,以形成分别对应于接收符号rm，n的估计符号am,n，假定这些 估计符号a^还未受到任何信道变形。换言之，每个估计符号a^是 一个相应的发射符号s^的更好假设，并且对应于来自解码器DEC 的相应的接收符号iv，n的数据位。每个估计符号a^是从解码后的接 收信号的相应的接收符号导出的重建的无噪声信号的一个符号。估计符号am，n被馈送到频率时间转换器CFT,具体地经受反快 速傅立叶变换(IFFT)，以将包括估计符号a,的信号从频域移到时域，以及经受发射时间过滤。频率时间转换器CFT的输出端将包括 估计符号am，n的估计信号输送到接收仿真器SR。接收仿真器SR的第二时间频率转换器CTF2对估计信号施加与 发射时的时间过滤相适应的接收时间过滤，然后进行快速傅立叶变换 FFT，以将估计信号从时域移到频域，其方式类似于在第一转换器 CTF1所进行的过滤和转换操作。第二转换器CTF2将包括估计符号 aam，n的估计信号输送到噪声估计器EB。或者，根据所使用的调制类型，在调制器MOD的输出端的估计 符号am,n不被馈送到频率时间转换器CFT,而被直接输送到噪声估计 器EB;在这种情况下，这些符号与在第二转换器CTF2的输出端上 输送的符号完全相同噪声估计器EB根据一开始接收的受噪声影响的信号和估计信号 之间的差值的函数来确定处理误差，其中所述估计信号是从解码信号 导出的、不带噪声的重建信号。该误差代表了千扰、加性高斯白噪声 以及信道估计和解码误差的总和。为了仿真在与原始接收信号相同的 传播信道中传输的假估计信号的变形，估计符号aam，n分别与由信道 估计器EC输送的传播信道的传输函数的估计系数<formula>formula see original document page 12</formula>相乘，为了更加精确，使用下式来确定在第n个时间间隔中第m个子载波的该误差 <formula>formula see original document page 12</formula>噪声估计器EB根据处理误差em，n的平方范数的函数导出与接收 符号rm,n相关联的瞬时噪声功率<formula>formula see original document page 12</formula>的估计<formula>formula see original document page 12</formula> (2)。根据本发明，噪声估计器EB将瞬时噪声功率cx二输送到过滤模块MF，由过滤模块MF对该瞬时噪声功率进行时间过滤FT和/或频 率过滤FF，以获得过滤后的噪声方差d^,n。该过滤后的噪声方差dS^然后被输送到似然性修正器COR，以用相应的过滤后的噪声方差d^n来加权似然性L(bm,n,k)。下面结合在接收机RE中使用的方法来详细描述对瞬时噪声功率进行时间过滤FT和频率过滤FF以及根据过滤后的噪声方差的函数来修正似然性
L(bm,n，k)。
似然性修正器COR将修正后的似然性L，(bm，n,k)输送到解交织器
DES，由解交织器DES对这些似然性进行解交织，然后与其对应的数 据位由解码器DEC来解码。
参考图2，根据本发明的用于解码符号的方法包括在接收机RE 中自动执行的步骤E1到E4。
在步骤E1中，接收机RE接收由发射机以包括根据频率维和时 间维分布的符号的连续帧的形式发射的信号。该信号例如通过正交频 分复用(OFDM),在例如净皮分割成N个符号时间间隔的帧中在M 个子载波上被发射。如上所述，接收机对接收信号在每一帧的符号进 行均衡化处理，假定所有接收的符号都承受相同的噪声功率来确定均 衡后的符号的数据位的似然性L(bm，n，k)，并且根据已被确定的似然性 的函数来解码均衡后的符号。利用发射仿真器SE和接收仿真器SR， 接收机产生估计信号，该估计信号是根据解码产生的数据位的函数而 形成的，是从解码后的接收信号导出的无噪声的重建信号。然后，接 收机RE中的噪声估计器EB根据在受噪声影响的初始接收信号与根
据公式(2)估计的信号之间的差值的平方范数的函数来估计在第n个 时间间隔中在第m个子载波上的接收符号rm,n的瞬时噪声功率《n。 噪声估计器eb将估计的噪声的瞬时功率《 输送到过滤模块MF。 估计的噪声的瞬时功率《 不是通过从接收信号直接减去均衡后
的符号信号而得到的，而是根据从解码信号产生的无噪声的重建信号 的函数得到的，以便有效地利用因在解码期间作出的判决而实现的处 理。
在步骤E2中，过滤模块MF根据在发射机和接收机之间的传播 信道的至少一项物理约束的函数来确定将适用于在一帧内接收的符 号的瞬时噪声功率的至少一个过滤器。这些物理约束例如与频率和时
间有关。
过滤器利用适配于接收信号的过滤函数来表征。过滤函数具有在频率维和时间维的至少一维中来表示的参数。例如， 一个参数取决于 发射机和接收机之间的相对运动的最大速度，可以根据由接收机接收 的信号的载波的频率的函数来更新。然后，根据这些参数的函数对过 滤器施加限制。
从统计上看，特别是当信道上存在起源自不同于有用信号的发射 信号的千扰时，估计的瞬时噪声功率C7二在代表在一帧内接收的信号
的M个子载波和N个时间间隔的时间-频率平面上不是均匀的。噪声 是干扰、加性高斯白噪声以及信道估计和解码误差的总和，对于接收 信号的所有符号，噪声方差的幅度在每一个符号之间发生很大的变 化。
由过滤模块MF确定的过滤器具有只保留或者偏好在时间-频率 平面内噪声方差的平均幅度一定高于其它区域的噪声方差的那些区 域中所包括的瞬时噪声功率的成份的功能。在时间-频率平面内存在干 扰破坏信号的接收并且使噪声方差增大的区域。
为了评估一个给定符号的噪声方差，例如考虑与该给定符号属于
相同时间间隔或者相同子栽波的符号。例如，接收符号"， 的瞬时噪 声功率为《"，被考虑的相邻符号也是在第H个时间间隔中或者在第
m个子栽波上接收的。
过滤模块MF分别在步骤E21和E22中确定频率过滤器FF和时 间过滤器FT。根据本发明，假定在接收的有用信号中引起蜂窝内和/ 或蜂窝间干扰的干扰信号受到与接收的有用信号相同的物理约束。
过滤模块MF在包括子步骤E211到E213的步骤E21中确定频 率过滤器FF。
在子步骤E211中，过滤模块MF在时间轴上选择在M个子载
波中一个给定的子载波上、在一帧的N个符号时间间隔内连续接收的
N个符号。因此，过滤模块MF还选择分别与所选择的N个符号相关
联的N个瞬时噪声功率。
在时间轴上选择的N个瞬时噪声功率< 接受快速傅立叶变换
(FFT)，以确定瞬时噪声功率的频镨。这样，由于N个选择的瞬时噪声功率C7二的集合被限制，所以过滤模块MF根据频率维的函数来
确定瞬时噪声功率的有界分布。所选择的N个符号是在N个相应的 时间间隔内以规则的接替顺序接收的。因此，信号具有与时间间隔的 持续期有关的釆样频率Fe,并且频镨的观察窗覆盖分别对应于所选择 的N个符号的N个频率采样。瞬时噪声功率的频镨以例如与信号的 载波的频率Fp相对应的零频率为中心，频率采样分布在一个频带内， 其带宽等于采样频率Fe，其界限等于-Fe/2和+Fe/2。
在OFDM调制中，M个子载波的频带的宽度在发射的信号栽波 的频率Fp上是非常小的，它是各个子载波频率的均值。例如，载波 频率是3GHz，两个连续的子载波之间的频率步长是10kHz。
传播信道的频率相关的物理约束是例如最大多普勒频率Fmax,它 取决于发射机和接收机RE之间的相对运动的最大速度Vmax，还取决 于载波的频率Fp,相对运动的最大速度Vmax例如等于200 kph。最大 多普勒频率Fmax的值为Fmax=(Vmax/c)Fp，其中c是光速。
在子步骤E212中，过滤模块MF确定频率过滤器FF，它的界 限取决于在频率维中表示的传播信道的参数。该参数是频率界，例如
它是最大多普勒频率Fmax。
在公式(2)的瞬时噪声功率《 的表达式中，估计系数< 的平方
范数等于估计系数与其共轭的乘积。对估计系数的平方范数进行快速
傅立叶变换(FFT)，于是等于估计系数与其自身的快速傅立叶变换 的巻积。该巻积的性质是使瞬时噪声功率的频谱的宽度加倍。
因此，所确定的频率过滤器FF的界限与最大多普勒频率Fmax 的两倍有关。例如，频率过滤器FF的界限在瞬时噪声功率的频镨中
与-2F隨和+2Fmax—致。
或者，最大多普勒频率Fmax及相应的过滤器FF的界限与给定的
子载波的频率有关。
过滤模块MF根据施加到瞬时噪声功率的频i瞽的过滤器FF的函
数来过滤频率釆样，即，根据最大多普勒频率Fmax的函数来过滤瞬时
噪声功率的频率分布。例如，过滤模块MF保持在过滤器'FF的界限之间，即在频率-2F^x和+2F^x之间的频率线的幅度，但消除所有其
它的频率线。过滤器FF就像一个带通滤波器。
或者，过滤器FF可以比该过滤器的界限之间的频率线更加强烈 地衰减在过滤器FF的界限之外的频率线的幅度。
在子步骤E213中，过滤模块MF对N条频率线进行反快速傅立 叶变换(IFFT),以形成与在N个时间间隔内连续接收的N个符号 相对应的N个过滤后的噪声方差^,n。这些N个过滤后的噪声方差 5^,n代表了分别对应于N个符号的噪声的方差的局部估计。因此，与
所选择的N个符号中的一个给定符号相对应的过滤后的噪声方差不 是对于所选择的N个符号估计的瞬时噪声功率的均值，而是代表了根 据对所选择的N个符号的瞬时功率的变化的过滤的函数对给定符号 的噪声方差的局部估计。
在过滤模块中对于接收信号的M个子载波中的每一个执行步骤 E211到E213。在步骤E21后，过滤模块MF因此已选择了不同的M 组N个符号，完成了M次频率过滤操作，并且对于M个子载波中的 每一个过滤了 N个瞬时噪声功率《"。
过滤模块MF在步骤E22中确定时间过滤器FT,步骤E22包括 类似于子步骤E211到E213的子步骤E221到E223。
在子步骤E221中，过滤模块MF在频率轴上选择在N个时间间 隔的一个给定时间间隔上在M个子载波上同时接收的M个符号。因 此，过滤模块MF还选择了分别与所选择的M个符号相关联的M个 瞬时噪声功率。
在频率轴上选择的M个瞬时噪声功率《 接受反快速傅立叶变
换(IFFT)，以确定瞬时噪声功率的时间谱。该时间谱代表了瞬时噪 声功率的时间变化。因此，由于M个选择的瞬时噪声功率cr二的集合
被限制，所以过滤模块MF根据时间维的函数来确定瞬时噪声功率的 有界分布。所选择的M个符号分别是在等间隔的子载波上接收的。 因此，时间i普观察窗覆盖分别对应于所选择的M个符号的M个时间 釆样。例如，时间采样分布在时间t=0和时间t=Te之间，其中持续期Te对应于两个连续的子载波的相应频率之差的倒数。
在传播信道上的时间相关的物理约束例如是被限制在接收信号
的各种可能路径延时中的最大延时tmax之内的传播信道的时间分散程 度。这些不同的路径延时在统计学上已知为信号的载波频率和用于传 输信号并且传播信道的时间分散程度所依赖的环境的函数。例如，在 城市环境中，时间分散程度典型地限制在5nS的最大延时tmax内，在 山区环境中，时间分散程度典型地限制在15 JIS的最大延时tmax内。
在子步骤E222中，过滤模块MF确定时间过滤器FT，它的界 限取决于在时间维中表示的传播信道的参数。该参数是时间界，例如
它是最大延时t,x。
对于频率过滤器，对瞬时噪声功率《"施加反快速傅立叶变换 (IFFT)会使瞬时噪声功率的时间i昝的宽度加倍。
因此，所确定的时间过滤器FT的界限取决于最大延时tmax的两
倍。例如，时间过滤器FT的界限与时间t=0和时间t=2 Uax—致。 过滤模块MF根据施加到瞬时噪声功率的时间镨的过滤器FT的
函数来过滤时间采样，即，根据最大延时tmax的函数来过滤瞬时噪声
功率的时间分布。例如，过滤模块MF保持在过滤器FT的界限之间，
即在时间t一和t-2tmax之间的时间采样的幅度，但消除所有其它的时 间釆样。
或者，过滤器FT可以比该过滤器的界限之间的时间线更加强烈
地衰减在过滤器FT的界限之外的时间线的幅度。
在子步骤E223中，过滤模块MF对M个时间采样施加快速傅
立叶变换FFT，以形成与在M个子载波上同时接收的M个符号相对 应的M个过滤后的噪声方差d^,"
对于N个时间间隔中的每一个执行步骤E221到E223。因此，
在步骤E22后，过滤模块MF已选择了不同的N组M个符号，完成
了 N次时间过滤操作，并且对于N个时间间隔中的每一个过滤了 M 个瞬时噪声功率《"。
或者，只执行步骤E21和E22之一。另一个替换方案是在步骤E21之前执行步骤E22。频率和时间是 双空间，过滤操作是线性的。因此，频率和时间过滤操作是可交换的。
如果过滤模块MF连续地使用两个过滤器，那么被第二个使用的 过滤器作用于已被第一个使用的过滤器过滤的噪声方差4, 。为了简
化说明，在使用 一个或两个过滤器后的过滤的噪声方差可互换地表示
为《"
如上所述，根据公式(2)的瞬时噪声功率与处理误差e琴有关，该 处理误差em，n是初始接收的受噪声影响的信号和从解码信号导出的无 噪声的重建信号之间的差值。因此，在过滤步骤E21和E22中，瞬时 噪声功率的频镨FF和时间镨FT几乎不包含关于有用信号的信息， 这是因为有用信号已被估计并且从接收信号中减去。每个频谱包含有 关信道估计和解码误差的信息以及扩散在整个谱观察窗上的加性高 斯白噪声的信息，还包含有关干扰信号及其在与该干扰信号相关的传 播信道上的变化的信息。
信道估计和解码误差本质上是随机的，并且分布在有用信号的完 整的帧上，这是因为在发射有用信号之前有用信号的符号在时间和频 率上被交织和复用。根据快速傅立叶变换FFT的性质，这些局部化的 误差对应于分布在整个频镨中的频率以及分布在整个时间谱中的延 时，因此至少被部分过滤。类似地，在接收信号中加性高斯白噪声是 不可避免的，白噪声的一部分可以被滤掉。
此外，千扰信号被认为与有用信号具有相同的属性。在瞬时噪声 功率的表示式中，对范数求平方使得千扰信号的调制消失，或者至少 使其衰减。如果所使用的调制是QAM4调制，那么干扰信号的调制 消失。在瞬时噪声功率中与干扰信号有关的成份因此基本上受在信道 上传播期间干扰信号经受的信道变化的影响。
千扰信号还被假定受到与接收的有用信号相同的物理约束。于 是，分别与有用信号和干扰信号相关的传播信道具有类似的属性。象 有用信号一样，干扰信号特别服从诸如最大多普勒频率F咖x和最大延 时tn^—类的物理约束。与干扰信号相关的传播信道的传输系数/^以及与有用信号相关的传播信道的传输系数am，n因此表现出相似的变 化。
与传输系数/ ， 有关，因此与和干扰信号相关的传播信道变化有
关的谱线和采样位于过滤器FF和FT的界限之间。
在步骤E21和E22进行的过滤操作的结果是要消除大部分加性 高斯白噪声以及信道估计和解码误差。
在步骤E3中，过滤模块MF将过滤后的噪声方差5^,n输送到似
然性修正器COR。似然性修正器COR例如根据下式来加权由解调器 DEM根据公式(l)确定的似然性L(bm，n，k)，以产生加权的似然性
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加权2《,n对于接收信号的同一符号的所有K比特的似然性都是
相同的，对于接收信号的各个符号则是先验不同的。
因此根据过滤后的噪声方差的函数对一个符号的数据位的似然 性进行修正。如果与符号相关联的过滤后的噪声方差较低，则似然性 的可靠性增大，相反，如果与符号相关联的过滤后的噪声方差较高， 则似然性的可靠性降低。
在步骤E4中，似然性修正器COR将加权的似然性L，(bm，n，k)输
送到解交织器DES，由解交织器DES对加权的似然性进行解交织。 然后，解交织器DES将解交织后的加权的似然性输送到解码器DEC, 由解码器DEC根据加权的似然性L，(bm，n，k)的函数来解码与其对应的 数据位。有关具有高似然性的数据位的判决更加可靠，具有低似然性 的数据位可以被适当地修正。
可替换地，重复以上方法的步骤E1到E4。在符号已被解码后， 接收机再次产生估计信号，它是根据解码得到的数据位的函数而形成 的，并且接收机再次估计瞬时噪声功率aL。它被过滤，以便加权接
号。例如，步骤E1到E4的重复次数被限制为过滤后的噪声方差的估计收敛到某一容差内之时。
以上描述的方法可以普遍适用于在接收机的多个天线上接收信 号的情形。在此情形下，根据为每个天线计算的瞬时噪声功率的估计 来为每个天线计算过滤后的噪声方差。
这里公开的发明涉及用于解码经由传播信道接收的信号的符号 的方法和接收机，所述符号估计频率维和时间维分布。在一个实施方 案中，利用含在接收机中的计算机程序的指令来确定本发明的方法的 步骤。该程序包括当在接收机中执行所述程序时完成根据本发明的方 法的步骤的程序指令，于是通过执行程序来控制接收机的操作。
因此，本发明也适用于计算机程序，特别是存储在对于计算机或 适于实施本发明的任何数据处理设备可读的存储介质上或其内的计 算机程序。该程序可以釆用任何编程语言，可以采用源代码、目标代 码或者源代码和目标代码之间的中间代码的形式，例如部分编译的形 式，或者用于实施根据本发明的方法所需的任何其它形式。
存储介质可以是能够存储程序的任何实体或器件。例如，介质可
以包括存储有根据本发明的计算机程序的存储装置，例如ROM，例 如CD ROM或者微电子电路ROM、 USB键、或者磁存储装置，象 磁盘(软盘)或硬盘。
权利要求
1. 一种在无线电接收机中用于解码经由传播信道接收的信号的符号的方法，所述符号根据频率维和时间维分布，所述方法包括确定接收信号的所述符号的似然性，根据所述符号的所述似然性的函数，将所述接收信号解码成解码信号，根据所述接收信号和从所述解码信号导出的重建的无噪声信号之间的差值的函数，估计所述接收信号的瞬时噪声功率，根据所述频率维和时间维中的一维的函数来确定所述瞬时噪声功率的有界分布，根据在所述一维中表示的所述传播信道的参数的函数来过滤所述瞬时噪声功率的有界分布，以产生过滤后的噪声方差，以及根据所述过滤后的噪声方差的函数来加权要被解码的所述接收信号的所述符号的所述似然性。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述一维是频率，并且所运动的最大速度有关的最大频率。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述一维是时间，并且所最大延时。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中分别根据所述频率维和所 述时间维的函数来确定瞬时噪声功率的第一和第二有界分布，并且根 据分别在所述频率维和所述时间维中表示的所述传播信道的参数的 函数来过滤所述第 一和第二有界分布，以产生所述过滤后的噪声方 差。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述传播信道的所述参数 是与发射机和所述无线电接收机之间的相对运动的最大速度有关的 最大频率和所述接收信号的不同传播路径延时之间的最大延时。
6. —种用于解码经由传播信道接收的信号的符号的无线电接收 机，所述符号根据频率维和时间维分布，所述无线电接收机包括用于确定接收信号的所述符号的似然性的解调器，解码信号的解码器，° 、 ， 、； ， 、 & 。 ，用于根据所述接收信号和从所述解码信号导出的重建的无噪声 信号之间的差值的函数来估计所述接收信号的瞬时噪声功率的估计 器，用于根据所述频率维和时间维中的一维的函数来确定所述瞬时 噪声功率的有界分布的过滤模块，所述过滤模块被配置为根据在所述 一维中表示的所述传播信道的参数的函数来过滤所述瞬时噪声功率 的有界分布，以产生过滤后的噪声方差，和用于根据所述过滤后的噪声方差的函数来加权要被解码的所迷 接收信号的所述符号的所述似然性的修正器。
7. —种在无线电接收机中用于解码经由传播信道接收的信号的 符号的计算机装置，所述符号根据频率维和时间维分布，所述计算机 装置被配置为执行以下步骤确定接收信号的所述符号的似然性，根据所述符号的所述似然性的函数，将所述接收信号解码成解码 信号，根据所述接收信号和从所述解码信号导出的重建的无噪声信号 之间的差值的函数，估计所述接收信号的瞬时噪声功率，根据所述频率维和时间维中的一维的函数来确定所述瞬时噪声 功率的有界分布，根据在所述一维中表示的所述传播信道的参数的函数来过滤所 述瞬时噪声功率的有界分布，以产生过滤后的噪声方差，以及根据所述过滤后的噪声方差的函数来加权要被解码的所述接收 信号的所述符号的所述似然性。
全文摘要
本发明涉及解码根据频率维和时间维分布的信号的符号。经由传播信道在无线电接收机中接收的OFDM型的信号包括根据频率和时间维分布的符号。接收机确定符号的似然性，根据符号的似然性的函数来解码接收信号以产生解码信号，并且根据接收信号和从解码信号导出的重建的无噪声信号之间的差值的函数来估计接收信号的瞬时噪声功率。过滤模块根据频率和/或时间的函数确定瞬时噪声功率的有界分布，根据传播信道的频率和/或时间参数的函数来过滤分布，以产生过滤后的噪声方差。修正器根据过滤后的噪声方差的函数来加权接收信号的符号的似然性。
文档编号H04B1/707GK101299743SQ20081009494
公开日2008年11月5日 申请日期2008年4月30日 优先权日2007年5月4日
发明者L·马蒂诺, P·梅格 申请人:欧洲宇航防务集团安全网络公司