用条件概率的相位误差检测的制作方法

专利名称：用条件概率的相位误差检测的制作方法
技术领域：
本文的实施例属于通信领域。更具体来说，这些实施例涉及经由条件概率为通信接收设备检测相位误差的方法和装置。

背景技术：
在典型的射频(RF)通信系统中，可在发射器设备上处理数据，调制、滤波、放大并发射到一个或多个接收器设备。典型地，发射的信号在到达接收器设备前，要经历路径损耗、多径干扰以及其他类型的信号恶化。接收器设备接收调制信号，执行各种类型的调节，并解调调节后的信号以恢复发射的数据。信号调节典型地包括低噪声放大、滤波、自动增益控制、频率下变换、采样、量化等等。
现代通信系统采用各种不同的调制技术来传送数据。例如，相移键控(PSK)是用于以多值的数字信号来调制载波的一种常用技术，由此数字值由载波信号的预定相位来表示。例如四相相移键控(QPSK)的M进制相移键控布置可使用相位平面表示中的相位π/4、3π/4、5π/4和7π/4来表示包括双比特或数字值对的符号。接收PSK信号的解调器通常包括操作在与发射信号相同频率和相位的振荡器。为了在接收器在PSK信号中的符号相位之间进行适当区分，将解调器中的载波源的相位设置为接收信号的相位。
当通过例如移动无线电或卫星系统中的无线电信道来发射信号时，发射媒体的干扰常常使信号经历相位和幅度中的剧烈变化。由于路径损耗、多径干扰和其他类型的干扰，接收信号电平典型地在广范围的值上变化。例如，在一些系统中，接收信号电平可能变化超过90dB。因此，通信接收设备要求自动的频率和相位控制来保持接收信号载波与解调器振荡器之间的同步。通过适当地设计接收器电路，例如通过使用相位误差检测电路，可以将接收信号的相位保持在可接受的水平。当前可用的相位误差检测器通常属于两类判定指引的相位检测器和非判定辅助的相位检测器。


发明内容
本发明提供一种方法，包括计算对于输入信号的相位误差的多个估计，其中所述多个估计对应于点的星座；计算对应于相位误差的所述估计的条件概率的多个权重；将相位误差的各个估计与各个权重相乘以产生多个加权的估计；以及将所述多个加权的估计的第一和除以所述多个权重的第二和以确定相位误差的合成估计。
本发明还提供一种装置，包括估计器，确定对于输入信号的相位误差的估计，其中所述估计对于点的星座来参考；概率确定器，确定对于相位误差的所述估计的概率的权重；以及误差计算器，基于相位误差的所述估计和概率的所述权重来计算对于所述输入信号的相位的合成误差，其中所述合成误差包括分子和分母的商，而且，其中所述分子包括相位误差的所述估计与概率的所述权重的乘积的第一和，而且，其中所述分母包括概率的所述权重的第二和。
本发明还提供一种系统，包括调谐器，生成输入信号的同相(“I”)和正交相(“Q”)分量；解调器，解调所述输入信号；以及相位误差检测器，参考点的星座来检测所述输入信号的相位的合成误差，其中所述合成误差包括分子和分母的商，而且，其中所述分子包括相位误差的估计与相关于所述估计的概率的权重的乘积的第一和，而且，其中所述分母包括概率的所述权重的第二和。
本发明还提供一种包含指令的机器可访问媒体，所述指令在由机器执行时，使所述机器执行操作，包括计算对于输入信号的相位误差的多个估计，其中所述多个估计对应于点的星座；计算对应于相位误差的所述估计的条件概率的多个权重；将相位误差的各个估计与各个权重相乘以产生多个加权的估计；以及将所述多个加权的估计除以所述多个权重的和以确定相位误差的合成估计。



通过阅读以下详细描述以及参考附图之后，实施例的多个方面将变得清楚，附图中，相似的引用可指示类似的单元。
图1示出通信系统可如何采用条件概率在大量的通信接收设备中检测相位误差； 图2示出可使用条件概率来执行误差校正的接收器的一个实施例； 图3A示出解调器的架构； 图3B示出二阶锁相环的操作，其可被大量的实施例所采用； 图4示出相位误差检测器的大量实施例可实现的方法，其经由条件概率来计算相位误差； 图5示出说明什么可以是PED的行为的图； 图6示出三个相位误差检测器的结果；以及 图7示出可经由条件概率来检测相位误差的装置。

具体实施例方式 下文是附图中示出的实施例的详细描述。本说明书如此详细使得能清晰地传达这些实施例。然而，提供的细节的量并不旨在限制实施例的预期变型。相反，其意图是涵盖符合所附权利要求定义的实施例的精神和范围的所有修改、等效和备选。
总的来说，设想采用条件概率来计算相位误差的装置、系统、方法和存储在有形媒体中的计算机程序产品。对于接收信号，实施例可形成与星座的每个点相关的几个相位误差估计，星座的点的数量和位置取决于接收信号的调制技术。除了计算相位误差估计外，这些实施例还可计算与每个估计相关的权重或概率。这些实施例可以使用这些估计和权重来计算合成的相位误差估计。所述合成的相位误差估计可用于校正接收信号并消除或降低相位误差的影响。
通常，方法实施例包括计算对于输入信号的多个估计，其中所述估计对应于点的星座。这些实施例可多个计算条件概率的权重并且将各个估计和各个权重相乘以产生多个加权的估计。这些实施例可进一步通过将多个权重之和除以权重之和来确定相位误差的合成估计。
装置实施例可包括估计器、概率确定器和误差计算器。估计器可确定对于输入信号的相位误差的估计，其中所述估计对于点的星座来参考。概率确定器可确定用于相位误差的估计的概率的权重。误差计算器可基于相位误差的估计和概率的权重来计算对于输入信号的相位的合成误差。
系统实施例可包括调谐器、解调器和相位误差检测器。调谐器可生成对于输入信号的同相和正交相分量，解调器布置成解调输入信号。相位误差检测器可参考点的星座来检测输入信号的相位的合成误差。合成的误差可包括分子和分母的商，其中分子包括相位误差的估计与相关于所述估计的概率的权重的乘积的第一和。分母可包括概率的权重的第二和。
大量的实施例可包括包含指令的机器可访问媒体，其中，当所述指令由机器执行时，使所述机器执行用于计算相位误差的操作。所述指令可以用于计算对于输入信号的相位误差的多个估计，其中所述多个估计对应于点的星座。所述指令可进一步用于计算对应于相位误差估计的多个条件概率的权重并且将各个相位误差估计与各个权重相乘以产生多个加权的估计。所述指令可进一步用于将多个加权的估计除以多个权重之和以确定相位误差的合成估计。
本文所描述的一些实施例描述了检测和/或校正与QPSK相关的相位误差。其他实施例描述了检测和/或校正与8相PSK(8PSK)相关的相位误差。本领域技术人员将理解即使本文描述的实施例可能明确地涉及QPSK和8PSK，但备选实施例可以检测和/或校正与其他类型的调制技术相关的相位误差。例如，仅提出一些备选调制技术，备选实施例可以检测/校正与二进制PSK(BPSK)、16PSK、差分PSK、差分偏移PSK、偏移QPSK、连续相位调制(CPM)、最小频移键(MSK)和高斯最小频移键控(GMSK)相关的相位误差。进一步的实施例可以使用组合不同调制方法的调制技术，例如组合频率调制和相位调制的技术。
现在转到附图，图1示出通信系统(例如电视广播系统100)可如何采用条件概率在许多通信接收设备或接收器中检测相位误差。电视广播系统100可经由卫星来发射和接收音频、视频以及数据信号。虽然图1中的实施例在基于卫星的电视广播系统100的上下文中描述，但是所描述的技术也可应用于接收信号发射的其他系统和装置，例如陆地空中系统。此外，虽然主要关于电视内容(即，音频和视频内容)来描述许多实施例，备选实施例可通过广泛的节目内容材料来使用，包括视频内容、音频内容、音频和视频相关内容(例如，电视观众频道)、或数据内容(例如，计算机数据)。
电视广播系统100可包括发射台115，上行链路抛物面天线125，一个或多个卫星(135、140和145)，以及一个或多个通信接收器(180、185、190和195)。发射台115可具有多个输入105以用于接收不同信号，例如模拟电视信号、数字电视信号、录像带信号、原始节目信号和包含超文本标记语言(HTML)内容或二进制数据的计算机生成的信号。例如，输入105可从具有硬盘或其他数字存储媒介的数字视频服务器接收信号。
发射台115还可以包括多个时序输入110，其提供有关不同电视频道的内容和时序的电子时间表信息，例如在屏幕上的电子节目指南和电视指南、报纸中包含的电视时间表中发现的信息。例如，发射台115可以将来自时序输入110的数据转换成节目指南数据。在经由发射台115发射之后，节目指南数据可以在与一个或多个接收器180、185、190和195耦合的电视或监视器上显示。
发射台115可以接收和处理经由输入105和时序输入110接收的不同的输入信号，将接收到的信号转换成标准形式，并将标准的信号组合成一个或多个输出数据流，例如输出数据流120，并将所述输出数据流连续发射到上行链路抛物面天线125。例如，发射台115可生成数据流120，其可以包括使用运动图像专家组(MPEG-2)编码来压缩的数字数据流。发射台115的其他输出数据流可采用另一压缩方案，例如MPEG-4或另一方案。甚至另外的输出数据流可不采用压缩和/或编码方案。
在生成输出数据流120中，发射台115可采用各种不同调制技术中的一个或多个。例如，在一个实施例中，发射台115可以使用正交幅度调制(QAM)来生成数据流120。在另一个实施例中，发射台115可以使用8PSK来生成数据流120。换句话说，不同的实施例可以使用一个或多个不同的调制技术来发射数字和/或模拟数据。
可将输出数据流120中的数字数据划分成多个分组，其中所述分组包含不同类型的数据。例如，分组可包含由通信接收器设备用来识别对应于特定电视频道的分组的信息。分组或输出数据流的其他发射比特，还可以包含误差校正数据以确保在通信接收器设备中正确地解码或以其他方式处理发射的数据。一些实施例的分组数据还可以包括帮助校正相位误差的数据。这些实施例可采用相位误差分组数据来补充或完备经由条件概率的相位误差的检测和/或校正。
输出数据流120可包括由发射台115使用一个或多个频率和极化调制技术进行调制的复用信号。输出数据流120可包括多个频带，例如16个频带，其中每个频带是左极化或右极化的。备选的是，在备选实施例中，可使用垂直和水平极化。
上行链路抛物面天线125可从发射台115连续地接收输出数据流120，放大所接收的信号，并将信号130发射到卫星135、140和145中的至少一个。虽然在图1中示出单个上行链路抛物面天线125和三个卫星(135、140和145)，但在备选实施例中可使用多个上行链路抛物面天线125和更大数量的卫星，以提供额外的带宽并且帮助确保将信号130连续输送到接收器180、185、190和195。
卫星135、140和145可以在围绕地球的对地同步轨道中绕转。卫星135、140和145中的一些可以被动地操作，不做任何修改地反射接收的信号130，而卫星135、140和145中的一些可以主动地操作。例如，卫星145可包括多个发射应答器，其接收上行链路抛物面天线125发射的信号130，放大接收的信号130，频移接收的信号130到不同的频带，并且然后将放大的频移的信号165发射回到地球上的地理区域，例如发射回到接收器180、185和190之一。主动操作的卫星135、140和145的每个可采用条件概率来检测和校正与信号130相关的相位误差。
通信接收器180、185和190可以接收和处理卫星135、140和145发射的信号150、160和165。在接收和处理信号150、160和165的过程中，接收器180、185和190可各自采用使用条件概率的相位检测和相位误差校正。
卫星140可在三十二(32)个不同频率中广播信号160，其被授权于不同的用户以用于广播节目，所述节目可以是音频、视频或数据信号、或其任意组合。在一些实施例中，信号150可以位于频率的Ku-频带(Ku-band)，即，11-18千兆赫(GHz)。在备选实施例中，信号150可以位于频率的Ka-频带(Ka-band)，即，18-40GHz。甚至进一步的实施例可以使用一个或多个其他频带，例如，诸如C-频带、X-频带、K-频带或L-频带。接收器180、185、190和195可采用为不同频带的不同频率公开的相位误差检测和/或校正技术。
图1示出接收器180可如何接收发射信号150并向卫星140发射回信号155。例如，接收器180可包括用于从一个大陆向另一个大陆传播信号130的地球中继站的接收器。上行链路抛物面天线125可驻留在一个国家中并向卫星135发射信号130。卫星135可被动地操作并简单地将信号150发射回接收器180。接收器180可使用条件概率来执行相位误差校正并将校正的信号155转发回卫星140。卫星140可以接收信号155并经由信号160将所接收的信号向下转发回接收器185，其中接收器185位于另一个国家中。在接收到信号160之后，接收器185也可以使用条件概率来检测和校正信号160的相位误差。
还如图1所示，接收器190可以从卫星145接收信号165并且将所述信号转发到接收器195。例如，接收器190可包括用于某个地理位置的电视台的接收器。所述电视台可经由天线170向所述位置的居民广播馈入(feed)或信号165。例如，居民可具有包括接收信号175的接收器195的机顶盒。接收器195可使用条件概率来校正信号175的相位误差，并且为耦合到接收器195的电视从校正的信号重构视频和音频。在一些实施例中，发射信号175可包括UHF或VHF频率。在备选实施例中，信号175可包括另一频带的频率，例如微波频率的频带，范围在300兆赫(MHz)和300GHz之间的某处。
图2示出可以使用条件概率来执行误差校正的通信接收设备、接收器200的实施例。例如，接收器200可包括客户的卫星接收器系统，例如接收器185，其用于接收和解扰来自卫星节目提供商的节目内容，其中卫星节目提供商例如是DirecTV

Dish Network

或者国家节目服务股份有限公司(National Programming Service，Inc.)。
接收器200可接收和解码音频、视频和数据信号，例如数字视频广播(DVB)信号。例如，在家庭或多住宅单元中，接收器200可包括机顶盒，也称为综合接收器解码器(IRD)。接收器200还可以是个人录像机(PVR)，其可经由记录设备218来记录信号以用于以后重播。
接收器200可采用转换开关206以在第一低噪声块下变频器(LNB)202和第二LNB 204之间选择。LNB 202可从一个卫星接收信号，而LNB204可从第二卫星接收信号。接收器200还可以耦合到备选内容源214、电视216、遥控240和存取卡(access card)242。例如，除了接收数字卫星信号，接收器200还可以为电视内容的其他源执行经由条件概率的相位误差校正。作为一个具体的例子，备选内容源214可以为电视216提供另外的电视内容，例如广播陆地UHF信号。如图2中所示，备选内容源214可被传送到调谐器208。虽然只示出一个备选内容源214，但在备选实施例中可使用多个源。
接收器200可包括调谐器208和解调器/相位误差检测器(PED)210、数模(D/A)转换器212、中央处理单元(CPU)220、时钟222、存储器224、逻辑电路226、接口228、红外(IR)接收器230以及存取卡接口232。接收器200可接收卫星发射的信号、放大所述信号、并将所述信号传递给调谐器208。换句话说，接收器200可在转换开关206和调谐器208之间包括滤波器和放大器电路。
调谐器208和解调器/PED 210可在CPU 220的控制下操作。也就是说，对于图2中示出的接收器200的实施例，CPU 220可控制相位误差检测和相位误差校正的操作。但是，在许多备选实施例中，相位误差检测和相位误差校正可以独立于任何中央处理单元来执行或处理，例如通过专用电路和/或芯片，例如专用集成电路(ASIC)(作为示例)。
在图2的实施例中，CPU 220在存储器224中存储的操作系统的控制下操作。CPU 220执行的功能可以由存储在存储器224中的一个或多个控制程序或应用来控制。所述操作系统和应用包括指令，所述指令在由CPU 220读取和执行时，使接收器200执行必要的功能和步骤以实现和/或使用经由条件概率的相位误差校正，这典型地是通过访问和操纵存储器224中储存的数据来实现。实现这些应用的指令有形地包含在计算机可读媒体中，例如存储器224或存取卡242。
CPU 220还可以通过接口228、LNB 202或LNB 204与其他设备通信以接受存储在存储器224中的命令或指令，从而根据本发明做出制造的物品或计算机程序产品。例如，可以将更新的指令下载到接收器200，其更改或改变接收器实现相位误差校正的方式，例如通过改变特定计算方法来加速32PSK信号的相位误差校正。因此，术语“制造的物品”，“程序存储设备”和“计算机程序产品”当在本文中使用时可涵盖CPU 220从计算机可读设备或媒介可访问的应用。
时钟222可向CPU 220提供当前本地时间。接口228可耦合到在接收器200的地点的电话插孔250。例如，接口228可允许接收器200经由电话插孔250与图1所示的发射台115通信。接口228还可用于传送来往于例如因特网的网络的数据。在至少一个实施例中，接收器200的制造商可通过经由接口228传送的编程数据来升级解调器/PED 210。例如，在一个备选实施例中，电话插孔250可包括耦合到因特网的以太网插孔。
发射到接收器200和调谐器208的信号可包括多个调制的RF信号。接收器200然后可经由调谐器208将特定的RF信号转换到基带，这可生成对于RF信号的同相和正交相(“I”和”Q”)分量。例如，发射的数据符号可由“I”和“Q”正交分量来表示，其表示在给定频率的正交相位载波(quadrature phased carrier)。每个符号可包括几个比特，并且比特数/符号可指示调制的类型，例如，16-QAM、32-QPSK等。
可以使用查找表将每个符号映射到四象限网格状星座中的规定坐标，其中查找表例如是只读存储器中的表。取决于调制技术，规定数量的符号可占据每个象限中指派的区域。例如，在32-QAM系统中，星座的每个象限包含相对于正交I和Q轴的规定坐标处的八个符号。某些符号比特可指明符号位于其中的星座象限，而其他比特可指明指派到符号的象限中的特定坐标。
接收器200可向解调器/PED 210传递两个信号分量I和Q。解调器/PED 210 ASIC然后可以解调I和Q信号分量，采用条件概率来纠正相位误差。对于QPSK或8PSK信号接收的符号分别携带两个或三个数据比特。在校正相位误差之后，接收器200然后可以从经过解调和相位校正的信号形成符号，将符号转换成数据比特，并将数据比特组装成有效负载数据字节并最终组装成数据分组。例如，数据分组可携带130个数据字节或188个字节(187个数据字节和1个同步字节)。接收器200可连续地组装数据字节，从而为用户生成音频和视频输出。
当用户使用遥控240选择频道时，IR接收器230可将选择中继到逻辑电路226，逻辑电路226将选择传递给存储器224，CPU 220可在存储器224中访问选择。CPU 220可对解调器/PED 210的音频/视频执行MPEG2/MPEG4解码并生成用于所选择的频道的音频和视频信号到D/A转换器212。D/A转换器212可将数字信号转换成模拟信号并将模拟信号传递给电视216。在一些备选实施例中，电视216可包括数字电视，在该情况中接收器200中的数模转换可能不是必需的。换句话说，接收器200的备选形式可不包括D/A转换器212。
为了更详细地示出接收器或其他装置可如何使用条件概率来执行相位误差校正，我们现在转到图3A。图3A示出解调器300的架构。解调器300在一些实施例中可解调QPSK调制信号，并且在其他实施例中可解调8PSK调制信号。此外，在另外的实施例中，解调器300可解调经由其他技术(例如APSK或QAM)调制的信号。
模数(A/D)转换器305可从调谐器(例如调谐器208)接收基带信号I和Q。A/D转换器305可将基带信号分量I和Q转换成数字信号并将转换后的基带信号传送到前端310，前端310可包括增益控制和滤波电路。时钟恢复315可包括从前端310的输出再生采样时钟信号的电路，这取决于基于调制技术的过零检测。均衡器320可包括横向均衡器或具有执行I和Q信号分量的幅度均衡的电路。
载波恢复325可包括响应来自均衡器320的均衡的I和Q信号分量的相位旋转器、相位控制器、双向限幅器和形成供相位控制器使用的误差信号的误差检测器。例如，相位旋转器、双向限幅器、误差检测器和相位控制器可包括用于消除动态变化的星座偏移的数字锁相环的元件。在噪声引入的误差的情况下，前向纠错(FEC)模块330可使用冗余的发射数据来为接收器恢复原始数据。
大量的实施例可为载波恢复325中的硬判定实现经由条件概率的相位误差检测。此外，许多解调器的实施例可采用前馈和反馈技术的组合来恢复载波信号。参考图3B，我们现在转到用于反馈环的相位误差检测器的一个详细实施例。
图3B示出二阶锁相环(PLL)350的操作，其可被大量实施例所采用。例如，PLL 350的元件可以是图3A的载波恢复325中的元件。可以将相位旋转器360的输出反馈到相位误差检测器(PED)365。PED 365可将输出提供给包含比例组件和积分组件的环路滤波器380。可以将环路滤波器380的输出传递到为相位旋转器360生成复指数的数控振荡器(NCO)375。环路滤波器的积分和比例路径中的系数可用于控制锁相环的闭环带宽。可以注意到虽然图3B的振荡器是可在数字系统实施例中采用的NCO，但其他实施例可包括压控振荡器，例如在混合的模拟/数字系统的实施例中。
可采用PLL 350追踪出调谐器和LNB的低频相位噪声分量。在许多实施例中，信噪比(SNR)可能是较低的。例如，对于DVB-S2的1/2的QPSK码率，SNR可能是1.0dB。因为SNR可能较低，许多实施例可能保持小的环路带宽。除了优化环路带宽，许多实施例可以通过改进相位误差检测元件(例如PED 365)的性能来改进性能。
如果PED 365表现不佳，则输出的分组错误率将可能不好，其结果可能是不可接受的周跳(cycle slip)概率。因此良好的解调器性能取决于载波恢复环路中的相位误差检测器的性能。表现良好的相位误差检测器可由高增益和低方差来表征。因此，PED的质量可由一种SNR来表征，其包括PED的输出处增益平方和方差之比。
数字载波恢复系统可具有采用下面公式的判定指引的相位误差检测器 ε＝Q CI-ICQ (1) 如图3B中示出的，(I+jQ)可包括对于PED 365的输入。CI+jCQ可包括最接近接收信号(I+jQ)的判定或星座点。
当SNR非常低时，许多判定可能不正确。因此，等式(1)提供的相位误差估计可能变得带有非常多噪声。因此，为了减少与相位误差相关的噪声，PED 365可使用另一个技术来估计或计算相位误差。
在低SNR，非判定辅助的相位误差检测器可表现得更好。例如，非判定辅助的相位误差检测器(例如用于QPSK的非判定辅助的相位误差检测器)可以采用如下等式 ε＝I3Q-Q3I(2) 仿真可表明在非常低的SNR下等式(2)可比等式(1)表现得更好。
PED 365的一个实施例可基于等式(1)。但是，该实施例可以不将相位误差仅作为最近星座点的函数(如等式(1)中那样)。如上所提到的，当SNR低时，最近星座点常常会是不正确的判定。如果PED 365将相对不正确的判定点计算相位误差，则所计算的相位误差将是不正确的。如果PED 365将使用许多不正确的判定点来重复地计算相位误差，如在低SNR的可能情况，PED 365可能生成差的输出。换句话说，如果PED365有许多不正确的估计，则结果的方差可能是高的。
作为将相位误差计算为仅最近星座点的函数的替代，PED 365的一个实施例可参考星座中的所有点来计算相位误差，而非仅仅是最近的点。换句话说，PED 365可通过CI+jCQ设置到每个星座点来实现等式(1)。因此如果有N个星座点，例如对于QPSK，N＝4，对于8PSK，N＝8，则将有N个相位误差估计。PED 365然后可将合成的相位误差估计计算为所有N个估计的加权和。权重可以是条件概率。例如，对于星座的点A的权重可以是在接收信号是R的条件下、发射点是A的概率，如P(A/R)。为了对比，可以将条件概率计算看成是一种最大似然估计(MLE)计算。
可能会说相对所有星座点来计算相位误差在计算上是复杂的。但是，等式(1)是实现起来相对简单的等式，并且对于QPSK和8PSK，采用当前技术，每个符号期分别实现4或8次这些等式不会是一件重大的任务。例如，可以从较小的查找表读出条件概率。但是，对于其中QAM或APSK星座可能较大的实施例，例如具有16APSK和32APSK星座的DVB-S2，则可仅使用接收信号附近的星座点来计算条件概率。更高阶星座要求更高SNR的事实可证明使用特定距离内的星座点来计算条件概率是合理的。在更高SNR的情况下，条件概率会随着离接收点的距离相当快地衰减。
以通用形式，PED 365可以以等式(3)给出的形式来计算条件概率。
下面的定义可应用于等式(3)。
a)S可包括调制技术使用的所有星座点的集合。但是，如之前所指出的，对于更高阶的调制，可将S限制为接收信号点附近的点的子集以便降低计算复杂度。
b)R＝I+jQ可表示对于PED 365的输入。
c)C＝CI+jCQ可表示星座点。C可不仅仅表示离接收信号最近的星座点。实际上，可以在集合S中的星座点上执行等式(3)的求和。
d)p(C/R)可表示给定接收信号是R时、发射的星座点是C的条件概率。
可注意到项(QCI-ICQ)出现在等式(1)和(3)中。但是，等式(1)和(3)中的该项之间存在不同。在等式(1)中，该项是相对最接近接收信号的星座点来计算的(按照欧几里德距离)。在等式(3)中，可能考虑到所有星座点。然后对应的相位误差由对应的条件概率来加权。
注意 因此所有权重之和等于1。所有权重之和等于1使等式(3)有效。
通常，计算条件概率P(C/R)可能是困难的。为了简化计算，可以将等式(3)变换成相位误差检测器的实施例可以使用的形式。为了完成所述变换，可以从贝叶斯公式开始 将等式(5)代入等式(3)可以得到 假定所有的星座点在成为实际星座点的似然性方面是平等的，则可能不存在发射器应该倾向于任何特定星座点的理由。因此可以得到P(C)＝M-1，其中M表示星座中点的数量。例如，在一些实施例中，对于QPSK，M可以等于4，而在其他实施例中，对于8PSK，M等于8。
根据P(C)＝M-1，等式(6)变为 现在可将等式(4)重写为 从等式(8)可以看到 将等式(9)代入等式(8)可以得到 PED 365的大量实施例可以实现等式(10)从而为相位误差计算条件概率。如果假定加性噪声具有零均值高斯概率密度函数(具有标准方差σ)，则 等式(10)的分子可表示所有相位误差估计的加权和。等式(10)的分母可表示权重的和。等式(10)的函数可用于归一化输出。在加权加法中，可以有效地采用量的各种比例。为了使得加权加法符合逻辑，这些比例可能需要合计达到一。该分母可使得这些比例能够合计达到一。
为PED 365实现等式(10)可具有大量正当理由。当SNR很低时，如等式(1)中将相位误差基于硬判定可能是不正确的，因为硬判定的相当大部分可能不正确。为了避免将相位误差计算基于单个点的硬判定，可允许接收信号以数学上正确的条件概率成为任何星座点。对于每个星座点，实施例可以根据等式(1)计算或运算相位误差，因为等式(1)可表示判定是正确的最大似然性。
在计算出对于每个星座点的所有单个相位误差之后，实施例然后可以计算由条件概率加权的所有的相位误差之和。可以注意到所有的权重之和是不相等的。加上等式(10)的分母可以确保所有有效权重之和是一。
图4示出相位误差检测器的大量实施例可实现的方法400，其经由条件概率来计算相位误差。例如，实施例可将图4中示出的过程实现为存储在有形媒体中的计算机程序产品。
给定复数值输入R，实施例可参考星座的所有点(单元420和410)来计算相位误差估计(单元410)。例如，PED可使用公式ε＝QCI-ICQ来计算相对每个星座点的信号点的相位误差估计。在其中星座大小较大的实施例中，所述实施例可以将相位误差估计计算限制到仅在接收信号附近的点。
然后实施例可以对于为其计算估计的所有星座点计算对于给定发射星座C、接收信号是R的条件概率(单元430和440)。作为一个示例，对于卫星信道，主要的噪声分量可以是加性高斯。因此，条件概率可以如所给出的来计算。在备选实施例中，其他噪声统计计算可用于计算条件概率。
在许多实施例中，指数的计算可能较复杂。为了应对复杂的计算，用于指数的值可以使用查找表来实现。在许多实施例中，可能不需要条件概率的高精度估计。来自的计算可形成权重以在计算输出时用于加权加法。
PED然后可以将输出计算为所有相位误差估计的加权和(单元450)。可要求除以权重之和以便使有效权重能够合计达到一。将输出计算为所有相位误差估计的加权和可以有效地是 可以注意到当计算条件概率时SNR的使用。当计算条件概率时使用SNR在DVB-S2中可能不是问题，因为可以在载波恢复之前提取包含已知数据的周期报头。取决于实施例，可以从周期报头非常精确地估计SNR。在备选实施例中，其中SNR不经由周期报头来提供，这些实施例仍然可以通过观察时序恢复之后信号的方差来精确估计SNR，特别是当SNR低时。
图5中的图500示出的内容可以是根据为QPSK实现的至少一个实施例的PED的行为。A、B、C和D可包括用于QPSK系统的星座点。考虑一个示例，如果接收信号是R1，则根据等式(11)，条件概率可以是距离dA、dB、dC和dD的函数。例如 假定对应于接收信号R1的判定点分别是A、B、C和D，则可以使用等式(1)来计算这四个相位误差。例如，对于点A εA＝R1QAI-R1IAQ (13) 然后可以使用如等式(10)中给出的条件概率作为权重对这四个相位误差进行相加 现在可参考图5来考虑一些特殊情形。假定接收信号是R2。因为R2相对右边和左边的星座点是对称的， P(R2/A)＝P(R2/B) P(R2/C)＝P(R2/D) (15) 由于该对称性，等式(10)的相位误差变为零。相位误差的减小在直觉上可能是正确的，假定接收信号对称地位于星座点之间，定义相位误差会是不可能的。因此，最合理的取值可以是0。
假定接收信号是点R3，可以注意到R3离星座点B非常近。具有靠近星座点的接收信号可能意味着发射点实际上是该靠近的星座点，这里是星座点B。其他三点(A、C和D)的权重的计算和权重WB相比相对较小。此外，如果SNR高，为了所有实用目的，对于A、C和D的三个权重甚至变得更小并且甚至可完全变为零。因此，对于高SNR，对于PED实施例的计算可以渐近地接近等式(1)给出的结果。
虽然针对QPSK形成和讨论上述等式，参考8PSK，使用对于信号点到相应星座点的距离来加权的条件概率的技术可以扩展到其他调制方法的星座。例如，QPSK和8PSK是DVB-S2的当前广播选项。但是，DVB-S2还可以指定16APSK和32APSK作为用于交互应用的调制。在一个备选实施例中，PED还可以扩展到16APSK和32APSK星座，并且可提供显著的性能增益。
如之前提到的，实施例可以经由查找表来提供指数函数的值，实现根据等式(11)的算法。对于16APSK和32APSK调制，在等式(10)的求和中有16和32项。这使得计算复杂度相当高。为了简化计算复杂度，实施例可以将条件概率限制到少数最接近的点。换句话说，可以假定较远的星座点的条件概率足够小从而可以忽略。此外，由于较高信噪比通常可被认为对于可靠接收16APSK和32APSK发射是必需的，所以可证明将条件概率计算限制到少数最接近的点是合理的。
如前所提到的，可以根据信噪比来表征PED。SNR可定义为 为了PED的性能被认为较好，相位误差的增益可能需要高并且相位抖动的方差可能需要低。因此，等式16提供的SNR可以是表征PED性能的好的方式。在最终的分析中，解调器PED的性能可以参考低密度奇偶校验(LDPC)帧错误率来表征。但是，计算不同的SNR值可能比实际的仿真要更简单，因为包含LDPC的仿真可采用扩展的时间期。
在仿真中，知道实际的发射比特、实际的附加噪声和实际的相位噪声，可以计算PED输出处的(分母)方差。为对应于等式(1)、(2)和(10)的三个相位误差检测器获得图6的表600中示出的结果。表600示出根据等式10的PED的实施例具有三者中最好的SNR。包括LDPC解码器的仿真也反映了与表600中示出的增益相似的SNR增益。
通过串联包含PED的实施例的载波恢复环路和LDPC解码器可以执行后续的仿真。使用等式(10)的系统可给出最好的性能。
*注意1等式(2)的非判定辅助(NDA)算法对于8PSK不起作用。因此，已经为用于8PSK的NDA算法采用用于生成等式(2)的相同原理。
图7示出可以经由条件概率来检测相位误差的装置700的一个实施例。装置700的一个或多个元件可以是硬件、软件或软件和硬件的组合的形式。例如，在图7示出的实施例中，装置700的元件可以作为存储在存储器设备中的指令编码的模块而存在。例如，所述模块可以包括由图2中的接收器200执行的经由条件概率来计算相位误差的应用的软件或固件指令。换句话说，装置700可包括采用处理器和指令来计算和/或校正相位误差的通信接收设备的元件。
估计器710可对于星座的大量点计算相位误差的估计。例如参考图5，装置700可接收QPSK输入信号“R1”。估计器710可计算相对点A、B、C和D的四个单独的相位误差估计。换句话说，给定“R1”，估计器710可采用等式(1)来计算对应于每个点的四个单独的相位误差估计。
可与估计器710协同工作的概率确定器720可计算对于输入信号相对星座的各个点的条件概率的权重。继续图5的示例，概率确定器720可计算对于输入信号“R1”相对点A、B、C和D的条件概率的四个权重。每个权重可以使用例如等式(11)来计算。
计算指数可能较复杂。为了计算等式(11)的指数，概率确定器720可访问查找表730。例如，查找表730可存储多个值以及对应于所述值的多个指数。对于给定的计算，概率确定器720可以从表中选择对应于与计算的值最接近的值的指数。在备选实施例中，概率确定器720通过例如使用查找表730的两个值并内插，可得出更精确的指数数值。
误差计算器740可基于估计器710的相位误差的各个估计以及来自概率确定器720的条件概率的各个权重来确定合成的相位误差。继续图5的示例，误差计算器740可根据等式(10)、使用估计器710和概率确定器720的计算或结果来计算合成的误差。包括装置700的系统可接收所计算的合成的误差并使用该合成的误差例如经由相位旋转器来调节或操纵所接收的输入信号。
在不同的实施例中，装置700的模块或元件的数量可以不同。一些实施例可具有比图7中示出的那些元件少的元件。例如，一个实施例可将估计器710执行和/或描述的功能与概率确定器720的功能集成到单个模块中。备选实施例也可以不具有图7中示出的所有的模块。例如，大量实施例可以没有查找表730。
进一步的实施例可包括比图7中示出的模块或元件更多的模块或元件。例如，备选实施例可包含两个或更多的估计器710以及两个或更多的概率确定器720。每个估计器和每个概率确定器可用于例如同时执行与星座的每个单独点相关的计算。作为使用之前图5的示例的更具体的说明，装置700的一个备选实施例可采用四个估计器和四个概率确定器来执行对于四个点A、B、C和D的计算。
在不同的实施例中，装置700的一个或多个元件可包括纯硬件模块。例如，装置700的一个或多个元件可包括一个或多个集成电路中形成的模拟计算电路。备选的是，作为模拟计算电路的替代，一个或多个元件可包括布置成执行计算的硬件状态机。一些备选实施例可为装置700的一个或多个元件采用模拟电路和数字电路的组合。
在许多实施例中，装置700的元件可驻留在单个设备中，例如单个集成电路或单个动态随机存取存储器(DRAM)棒。在其他实施例中，装置700的元件可驻留在多于一个设备中。例如，装置700的一个或多个元件可以在接收系统中的多个集成电路芯片间散布。
在进一步的备选实施例中，装置700的一个或多个元件可包含硬件和软件模块的组合。例如装置700的元件可在ASIC中实现并插入到通信接收器中。对于一个更具体的说明，装置700可包括图2的接收器200中示出的位于调谐器208和D/A转换器212之间的ASIC。
另一个实施例实现为程序产品，用于实现参考图1-4和7所描述的系统、方法和装置。该实施例可在软件中实现，其包含但不限于固件、驻留软件、微码等。
此外，实施例可采取计算机程序产品的形式，计算机程序产品可从计算机可用或计算机可读媒体来访问，其提供用于由计算机或者任何指令执行系统使用的或与其有关的程序代码。出于描述不同的实施例的目的，计算机可用或计算机可读的媒体可以是能够包含、存储、通信、传播或传送供指令执行系统、装置或设备使用的或与其有关的程序的任何装置。
所述媒体可以是电的、磁的、光的、电磁的、红外的或半导体系统(或装置或设备)媒体。计算机可读媒体的示例包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬磁盘(rigid magnetic disk)和光盘。光盘的当前示例包括紧密光盘-只读存储器(CD-ROM)、紧密光盘-读/写(CD-R/W)和DVD。
适用于存储和/或执行程序代码的数据处理系统可包括通过系统总线直接或间接耦合到存储器元件的至少一个处理器。所述存储器元件可包括在实际执行程序代码期间采用的本地存储器、大容量存储装置和高速缓存存储器(其提供至少一些程序代码的临时存储以便减少执行期间从大容量存储装置检索代码的次数)。输入/输出或I/O设备(包含但不限于键盘、显示器、指示设备等)可以直接地或通过中介I/O控制器耦合到系统。
受益于本公开的本领域技术人员将明白，本文的实施例设想采用条件概率来计算相位误差的方法、装置和系统。应当理解详细描述和附图中描述和示出的实施例的形式将仅仅作为示例。意图是广义地解释随后的权利要求以涵盖公开的实施例的所有变型。
虽然对于一些实施例已经详细描述一些方面，但是应当理解在不脱离所附权利要求所定义的实施例的精神和范围的情况下，可以在此做出各种改变、替代和备选。虽然一个实施例可实现多个目标，但并非落入所附权利要求书范围的每个实施例都将实现每个目标。此外，并非旨在将本申请的范围限制到说明书中所描述的过程、机器、制造、物质构成、部件、方法和步骤的特定实施例。正如本领域技术人员容易从实施例的公开中理解的，目前现有的或者以后将开发的执行实质上与本文描述的对应实施例相同的功能或实现实质上相同的结果的过程、机器、制造、物质构成、部件、方法或步骤可根据本文的实施例来利用。因此，所附权利要求旨在在其范围内包括这些过程、机器、制造、物质构成、部件、方法或步骤。
权利要求
1.一种方法，包括
计算对于输入信号的相位误差的多个估计，其中所述多个估计对应于点的星座；
计算对应于相位误差的所述估计的条件概率的多个权重；
将相位误差的各个估计与各个权重相乘以产生多个加权的估计；以及
将所述多个加权的估计的第一和除以所述多个权重的第二和以确定相位误差的合成估计。
2.如权利要求1所述的方法，还包括在调谐器接收发射信号以生成所述输入信号，其中所述输入信号包含“I”分量和“Q”分量。
3.如权利要求1所述的方法，还包括经由环路滤波器对相位误差的所述合成估计进行滤波，其中所述环路滤波器包含比例组件和积分组件。
4.如权利要求3所述的方法，还包括经由相位旋转器和复指数来控制锁相环的闭环带宽，其中所述复指数来自耦合到所述环路滤波器的振荡器。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述计算相位误差的所述多个估计包括为点的所述星座的至少两个点求解ε＝QCI-ICQ，而且，其中(I+jQ)包括所述输入信号，而且，其中CI+jCQ包括点的所述星座的点。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述计算条件概率的所述多个权重包括为所述至少两个点求解
7.如权利要求6所述的方法，其中所述将所述多个加权的估计的所述第一和除以所述多个权重的所述第二和包括求解其中WA、WB、WC和WD分别包括星座点A、B、C和D的所计算的条件概率的权重，并且εA、εB、εC和εD分别包括参考星座点A、B、C和D的所计算的相位误差的估计，而且，其中所述星座点是四相相移键控(QPSK)星座点。
8.一种装置，包括
估计器，确定对于输入信号的相位误差的估计，其中所述估计对于点的星座来参考；
概率确定器，确定对于相位误差的所述估计的概率的权重；以及
误差计算器，基于相位误差的所述估计和概率的所述权重来计算对于所述输入信号的相位的合成误差，其中所述合成误差包括分子和分母的商，而且，其中所述分子包括相位误差的所述估计与概率的所述权重的乘积的第一和，而且，其中所述分母包括概率的所述权重的第二和。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述估计器配置成通过计算ε＝QCI-ICQ来确定点的估计，其中ε包括所述估计，(I+jQ)包括所述输入信号，并且CI+jCQ包括点的所述星座的所述点。
10.如权利要求8所述的装置，其中所述概率确定器配置成计算其中p包括对于点的所述星座的点C的概率的权重，并且R包含所述输入信号。
11.如权利要求10所述的装置，其中所述概率确定器配置成经由查找表来确定指数函数。
12.如权利要求10所述的装置，其中所述误差计算器配置成从所述输入信号的数据提取信噪比(SNR)并且使用所述SNR来计算所述合成误差。
13.如权利要求8所述的装置，其中所述误差计算器配置成仅经由所述星座的四个点来计算所述合成误差，而且，其中对于32相非对称相移键控星座，所述四个点是到所述信号输入最近的四个点。
14.如权利要求8所述的装置，其中所述误差计算器配置成通过求解来计算所述合成误差ε。
15.一种系统，包括
调谐器，生成输入信号的同相(“I”)和正交相(“Q”)分量；
解调器，解调所述输入信号；以及
相位误差检测器，参考点的星座来检测所述输入信号的相位的合成误差，其中所述合成误差包括分子和分母的商，而且，其中所述分子包括相位误差的估计与相关于所述估计的概率的权重的乘积的第一和，而且，其中所述分母包括概率的所述权重的第二和。
16.如权利要求15所述的系统，还包括中央处理单元、存储器和存取卡接口，其中所述相位误差检测器是所述解调器的组件，而且，其中所述相位误差检测器布置成经由所述合成误差和相位旋转器来校正所述相位误差。
17.如权利要求15所述的系统，其中所述相位误差检测器配置成通过计算ε＝QCI-ICQ来计算所述合成误差，其中ε包括与所述星座的点相关的估计，(I+jQ)包括所述输入信号，并且CI+jCQ包括点的所述星座的所述点。
18.如权利要求15所述的系统，其中所述相位误差检测器配置成通过计算来计算所述合成误差，其中ε包括所述合成误差，p包括对于所述星座的点C的概率的权重，并且R包括所述输入信号。
19.如权利要求15所述的系统，还包括中央处理单元、存储器和存取卡接口，其中所述相位误差检测器是所述解调器的组件，而且，其中所述相位误差检测器布置成经由所述合成误差和相位旋转器来校正所述相位误差。
20.如权利要求15所述的系统，其中所述调谐器配置成从微波信号生成所述同相和正交相分量，而且，其中所述系统包括移动设备。
21.如权利要求15所述的系统，其中点的所述星座正好包括8相相移键控(8PSK)星座、正交幅度调制(QAM)星座和32-QPSK星座中的至少一个的四个点。
22.一种包含指令的机器可访问媒体，所述指令在由机器执行时，使所述机器执行操作，包括
计算对于输入信号的相位误差的多个估计，其中所述多个估计对应于点的星座；
计算对应于相位误差的所述估计的条件概率的多个权重；
将相位误差的各个估计与各个权重相乘以产生多个加权的估计；以及
将所述多个加权的估计除以所述多个权重的和以确定相位误差的合成估计。
23.如权利要求23所述的机器可访问媒体，其中计算相位误差的所述多个估计包括为所述星座的每个点求解ε＝QCI-ICQ，而且，其中ε包括与所述星座的点相关的估计，(I+jQ)包括所述输入信号，并且CI+jCQ包括点的所述星座的所述点。
24.如权利要求22所述的机器可访问媒体，其中计算所述多个权重包括求解其中p包括对于所述星座的点C的概率的权重，并且R包括所述输入信号。
25.如权利要求22所述的机器可访问媒体，其中点的所述星座包括至少四相的相移键控(PSK)星座。
全文摘要
本发明名称为“用条件概率的相位误差检测”。公开采用条件概率来计算相位误差的装置、系统和方法。对于接收信号，实施例可形成与星座的每个点相关的多个相位误差估计，星座点的数量和位置取决于接收信号的调制技术。除了计算相位误差估计外，实施例还可以计算与每个估计相关的权重或概率。实施例可使用估计和权重来计算合成的相位误差估计。该合成的相位误差估计可用于校正接收信号并消除或降低相位误差的影响。
文档编号H04B17/00GK101800717SQ200911000148
公开日2010年8月11日 申请日期2009年12月26日 优先权日2008年12月31日
发明者T·赫瓦维塔纳, B·阿拉姆贝波拉, P·舒克拉, S·加米奇, V·布恩君 申请人:英特尔公司