采用分集合并的信号处理单元和操作接收器装置的方法与流程

本发明的实施方式涉及采用分集合并的信号处理单元。其他实施方式涉及操作电子设备的接收器装置的方法。

背景技术：

电子设备可以设置有多个接收天线从而实现分集合并，例如EGC(等增益合并)MRC(最大比值合并)或如SSC(切换驻留合并)的SC(选择式合并)方法。分集合并依赖于描述各个发射信道的发射属性的信道状态信息。例如，通过将在接收信号中包含的训练信号与在接收器侧可用的参考信息(例如，参考信号)相比来从解调的接收信号获得各个发射信道的幅度和/或相位信息的认识。

本发明的目的是提供成本节省的采用分集合并的信号处理单元。该目的通过独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求中详细说明了此外的实施方式。本发明的细节和优点将从以下结合附图的对实施方式的描述中变得显而易见。

技术实现要素：

本发明提供了一种信号处理单元，包括：估计器单元，被配置为从多个接收信号基于利用成对的接收信号之间的互相关的盲信道估计算法来估计发射信道的信道冲激响应，其中各个接收信号被分配给发射信道中的另一个，以及合并单元，被配置为基于从所估计的信道冲激响应得出的合并系数来合并接收信号从而获得合并接收信号。

本发明还提供了一种包括上述信号处理单元的集成电路。

本发明还提供了一种电子设备，包括：上述信号处理单元；以及多个调谐器电路，各个调谐器电路被配置为调谐至发射信号的载波频率并且输出模拟接收信号，其中各个模拟接收信号被分配至发射信道中的一个

本发明还提供了一种操作接收器装置的方法，方法包括：使用估计单元从多个接收信号基于利用成对的接收信号之间的互相关的盲信道估计算法来估计发射信道的信道冲激响应，其中各个接收信号被分配至发射信道中的另一个，以及使用合并单元基于从所估计的信道冲激响应得出的合并系数来合并接收信号从而获得合并接收信号。

本发明还提供了一种信号处理单元，包括：估计器装置，用于从多个接收信号基于利用成对的接收信号之间的互相关的盲信道估计算法来估计发射信道的信道冲激响应，其中各个接收信号被分配给发射信道中的另一个，以及合并装置，用于基于从所估计的信道冲激响应得出的合并系数来合并接收信号从而获得合并接收信号，合并装置的输入电连接至估计器装置的输出。

附图说明

图1是用于论述可以用于理解本发明的背景信息的采用分集合并的接收器装置的示意性框图。

图2A是根据涉及无线通信系统的实施方式的包括多个调谐器电路的电子设备的示意性框图。

图2B是根据涉及有线通信系统的实施方式的包括多个调谐器电路的电子设备的示意性框图。

图3A是根据涉及时域导向的代价函数的实施方式的采用分集合并的接收器装置的示意性框图。

图3B是示出了图3A的接收器装置的信号处理单元的细节的示意性框图。

图3C是根据本发明实施方式的滤波器单元的结构示意图；

图4涉及操作可以包括在电子设备中的接收器装置的方法。

具体实施方式

以下描述了本发明的实施方式。描述的实施方式可以以任何方法来合并，即不存在对某些描述的实施方式可能不能与其他相合并的限制。遍及附图的相同的参考标号表示相同或相似的要素。在不偏离本发明的范围的条件下，可以利用其他实施方式并且可以进行结构和逻辑的改变。以下对其的详细描述不应当被认为是限制，并且本发明的范围由所附权利要求来定义。

图1用于提供对本实施方式的背景的认识。假设广播站902调制载波信号上的发射信号s(t)并且通过发射器天线904来发射调制的信号，那么采用分集合并的接收器装置900在例如天线的M个接收元件905中的多个上接收调制的信号，其中各个接收元件905连接至M个调谐器电路908中的一个。调谐器电路908调谐至广播站902发射发射信号s(t)所经由的同一信道或载波信号。各个M个接收元件和调谐器电路908经由分别的发射信道接收发射信号s(t)。各个发射信道都由它的信道冲激响应h_i(t)来描述，其中i＝1、2…M。各个调谐器电路908被分配至接收路径并且输出模拟接收信号r_i(t)，其中各个模拟接收信号r_i(t)被分配至M个发射信道中的一个。其中n_i(t)表示在相应的发射信道上的和在相应的调谐器电路908中的噪声，等式(1)将各个接收信号r_i(t)描述为对于时变发射信道的发射信号s(t)、相应的信道传输函数h_i(t)和相应的加性信道噪声n_i(t)的函数：

(1)r_i(t)＝s(t)*h_i(t)+n_i(t)

在各个接收路径中，A/D(模/数)转换器单元901采样模拟接收信号r_i(t)从而获得数字(采样)接收信号r_i(n·TA)。在各个接收路径中，第一解调器940在时间和频率上与相应的采样接收信号r_i(n·TA)同步并且提取训练信号(导频)从而获得关于相应的发射信道的信道信息。例如，各个第一解调器940通过将提取的训练符号与在接收器侧可用的参考符号相比来获得对相应的信道冲激响应h_i(t)的估计。对于各个接收信号r_i(t)，不同的发射方案需要解调器940的不同类型的DEMA-1、DEMB-1。

基于对信道冲激响应h_i(n·TA)的认识，分集合并单元950确定对于各个采样接收信号r_i(n·TA)的合并系数的组(向量)。分集合并单元950使用合并系数来加权或滤波采样接收信号r_i(n·TA)或从该采样接收信号得出的信号，并且随后将加权或滤波的接收信号彼此合并从而获得表示对发射信号s(t)的估计的合并接收信号y_A(n·TA)、y_B(n·TA)。不同的发射方案可能需要不同类型的分集合并单元950。

提供了可以与合并接收信号y_A(n·TA)、y_B(n·TA)同步并且解调合并接收信号y_A(n·TA)、y_B(n·TA)的有效负载部分的至少一个第二解调器980。例如，第二解调器980根据由广播站902使用的发射方案或发射标准来提供解映射以及解码。第二解调器980还可以包括用于位错误纠正的子单元以及专用于广播站902所应用的发射标准的子单元。不同的发射方案可能需要第二解调器980的不同类型的DEMA-2、DEMB-2。

分集合并单元950基于相应的接收信号r_i(n·TA)来确定合并系数的方法取决于具体的合并技术。例如，对于MRC方法，估计的系数取决于相应的SNR(信噪比)。对于EGC，在接收信号被以相同增益相加之前，在相位上调整接收信号。对于SC，可以将接收信号中的一个，例如具有最优SNR的一个选择为表示对发射信号s(t)的最优估计的信号。对于SSC，将先前选择的接收信号保持为最优估计直到其SNR降低至低于预定阈值为止。

如果在接收器侧知晓信道冲激响应h_i(t)，并且假设接收信号受到具有零平均值的加性(additive)高斯白噪声n_i(t)的扰乱，并且n_i(t)和n_k(t)对于i≠k通常是统计上独立的，换言之E[n_i(t)·n_k(t)]＝E[n_i(t)]·E[n_k(t)]＝0，对于MRC，合并系数可以根据等式(2a)来确定：

(2a)

作为结果的合并接收信号y(t)由式(2b)给出。

(2b)

对于EGC，等式(3a)给出了所估计的系数并且等式(3b)给出了合并接收信号y(t)，其中在等式(3a)中的项是向量：

(3a)

(3b)

等式(2a)和(3a)示出了合并系数的计算的需要对相应的信道冲激响应的h_i(t)的认识，但是通常信道冲激响应通过解调至少各个接收信号的包含训练符号的部分来获得。因此，各个接收信号在可以合并这些信号之前至少被部分地解调。

图2A涉及关于无线通信系统的本发明的实施方式并且示出了用于接收独立的通信数据(例如，电话呼叫、或例如电视节目或收音机节目的广播数据)的电子设备200。电子设备200可以是例如收音机装置、电视机、机顶盒或具有收音机或电视接收器能力计算机设备的静止设备。根据另一实施方式，电子设备200是例如移动电话、个人数字助理、移动收音机或便携式电视装置的移动设备，其中移动设备可以是手持设备或安置在车辆上/内的设备。电子设备200可以包括多个适当地隔开的用于接收电磁辐射的天线以作为接收元件205。天线可以安排在不同的表面上或在电子设备200的不同的部分中。通常为了确保接收信号独立地经过发射信道，在两个天线之间的距离大于用于发射的波长的一半就足够了。

在所述的实施方式中，各个接收单元205连接至多个调谐器电路208中的一个，其中调谐器电路208被配置为同时调谐至同一广播信道，例如调谐至同一载波频率。各个调谐器电路208输出接收信号。信号处理单元100基于盲信道估计方法来分析接收信号从而估计信道冲激响应、根据估计的结果来加权或滤波信号并且将加权或滤波的接收信号叠加来获得合并接收信号，该合并接收信号可以包含比各个单独的信号更多的关于原始发射信号的信息。此外，信号处理单元100可以使用从盲信道估计获得的信息来提供合并接收信号的预均衡。最终信号处理单元100解调合并的或预均衡的接收信号。

因此，实施方式的接收器构造提供第一合并接收信号，并且直到此时才解调该合并接收信号。虽然图1的信号处理单元在使用不同的解调方案来处理不同的发射标准时对于各个接收路径以及对于各个发射标准需要第一解调器单元的一种情况，但是对于本实施方式的接收器构造，只需要用于各个发射标准的解调器单元的一种单个情况就足够了。

信号处理单元100包括估计器单元。估计器单元使用盲信道估计算法基于对于各个接收路径的所有的采样的接收信号来估计信道冲激响应并且获得所估计的信道冲激响应在接收信号的解调之前应用盲信道估计。

根据实施方式，基于采样的接收信号的时域情况的采样值以及在时域中定义的代价函数来计算各个估计的冲激响应根据另一实施方式，基于在频域中定义的代价函数来计算各个估计的冲激响应

信号处理单元100还包括基于通过盲信道估计获得的所估计的冲激响应来合并接收信号的合并单元。根据实施方式，所估计的冲激响应用于配置对于各个接收路径的匹配滤波器，其中各个匹配滤波器与分配至相应的接收路径的发射信道相匹配。合并单元可能或可能不基于通过盲信道估计获得的信息来预均衡合并的信号。例如，合并单元可以包括例如通过对合并信号应用均衡器滤波器来至少部分地均衡由例如MRC的合并导致的失真的单元。它将表示对发射信号s(t)的估计的结合或预均衡的接收信号转发至解调器单元。解调器单元可以包括可以利用在例如训练符号或信令数据的发射信号中包含的信息来消除由发射信道和合并器单元引进的失真的另一均衡器单元。即，合并信号的完全均衡基于从结合信号的解调获得的信息来实现。信号处理单元100可以将解调的信号输出至控制单元290。

控制单元290可以控制输出设备294来输出编码在解调的信号中的信息。例如，输入单元294可以是显示编码在发射信号s(t)中的电视节目的屏幕。根据另一实施方式，输出单元294输出编码在发射信号s(t)中的音频信息。电子设备200还可以包括例如应用于输出单元294的键盘或传感器阵列的用于允许用户控制电子设备200的输入单元296。

图2B涉及用于使用单输入多输出(SIMO)或多输入多输出(MIMO)方法的例如DSL(数字用户线)或PLC(电力线通信)的有线通信系统的电子设备200的实施方式。接收元件205可以是接收例如电力线网络的一条、两条或三条通电线、中性线和/或地线的连接器块的端子。调谐器电路208可以调谐至同一载波频率并且将接收信号r_i(t)提供至信号处理单元100。信号处理单元100进行用于获得信道信息的盲信道估计。信号处理单元100可以基于盲信道估计的结果而应用分集合并来获得对发射信号的粗略的估计、可能或可能不基于通过盲信道估计获得的信息来预均衡合并的信号、解调合并或预均衡的信号并且将解调的信号输出至控制单元290。控制单元290可以处理解调的信号并且接口单元298可以输出处理的信号。

图3A示出了结合在电子设备200的接收器装置(例如电视接收器)中的信号处理单元100。接收器装置包括接收元件205和调谐电路208。信号处理单元100可以包括多个A/D转换器单元110，其中各个A/D转换器单元110以预定的采样率1/T_A来采样相应的模拟接收信号r_i(t)。从采样的接收信号r_i(n·T_A)中，估计器单元120得出对于各个采样的接收信号r_i(n·T_A)的估计的冲激响应合并单元130基于从估计的冲激响应得出的合并系数来合并采样的接收信号r_i(n·T_A)或从该信号中得出的信号从而获得一个合并接收信号，该接收信号是对经由多个发射信道发射的发射信号s(t)的估计。

不同类型的DEMA、DEMB…的一个以上的解调器单元180可以通过将合并接收信号y(n·T_A)与具有解调器频率的分析信号相乘来同步并且解调结合的接收信号y(n·T_A)。一个以上的解调器单元180可以使用在时域中的合并接收信号y(n·T_A)。根据实施方式，至少一个解调器单元180使用合并接收信号y(n·T_A)的频域表示。然后变换单元170可以设置在合并单元130和使用频域表示的解调器单元180之间的信号路径中。变换单元170可以对合并接收信号应用DFT(离散傅里叶变换)来获得合并接收信号在频域的相应的描述。一个以上的解调器单元180可以被配置为解调遵循不同的电视广播标准的模拟电视广播信号，其他的解调器单元180可以适用于解调数字电视广播信号、数字收音机广播信号或模拟收音机广播信号。根据实施方式，至少一个解调器单元180可以包括正交解调器或OFDM(正交频分复用)解调器。一个以上的解调器单元180还可以使用编码在接收信号中的信息来修改解调的接收信号。解调器单元可以包括使用位错误检测和纠正方法来纠正在数字数据流中的位错误的位错误纠正单元。

关于估计器单元120，概念是从对于相应的信道冲激响应h_i(t)的盲信道估计得出对于接收信号r_i(t)的合并系数的盲分集合并方法。显然地，尽管盲信道估计算法在它们的估计中至少包含标量模糊(scalar ambiguity)，但是分集合并仍然可以有利地应用：如发明者可示出的，分集合并(甚至MRC)相对于那种由盲信道估计算法引入的标量模糊可以是稳健的。

尽管合并的信号由于合并操作甚至可以更加的失真，但是盲分集合并仍然改善信号的质量，例如发生较少深衰落和/或改善SNR。平均看来，合并的信号包含更多的发射信号上的信息并且该关于发射信号的该额外的信息通常导致在后续步骤(例如使用例如在发射信号中包括的训练符号的传统的均衡步骤)中对发射信号的更佳的估计。

与信道冲激响应的确定很强地取决于关于对发射信号的结构的认识(例如，关于发射信号是否是OFDM信号等，和/或关于在发射信号中的训练信息)；并且通常需要提取时间、频率和参考前的时钟同步；或训练符号可以被识别以及用于信道估计的传统方法中的不同，本文中提出的盲传递合并既不需要频率也不需要在合并步骤前的采样时钟同步。而是，盲分集合并利用在接收信号之间的互相关统计并且使用接收信号的未解调的情况。盲分集合并可以基于高阶的统计互相关。根据实施方式，盲分集合并使用二阶统计互相关。根据此外的实施方式，盲分集合并不依赖于对应用以获得发射信号的调制的类型以及解调接收信号所需的解调的类型的认识。

在考虑独立信道传输函数的传统方法需要例示对于各个接收路径采用解调和同步的解调器单元的情况下，盲信道估计对于合并接收信号只需要这部分的解调器单元一次。在系统包含几种均致力于另一通信系统技术、通信标准或调制技术的解调器的情况下，盲分集合并允许仅分别例示对于各个通信系统和通信标准的一个单独的解调器。因此，在MIMO(多输入多输出)或SIMO(单输入多输出)通信系统中，盲分集合并显著地减少了用于分级接收器的成本。

图3B示出了根据基于与MRC结合的在时域中定义的代价函数而应用盲信道估计的实施方式的信号处理器单元100的估计器单元120和合并单元130的细节。估计器单元120接收采样的接收信号r_i(n·T_A)。根据实施方式，估计器单元120应用MCLMS(多信道最小均方)方法。

MCLMS方法依赖于在没有噪声的情况下对等式(4)支持的各对接收信号的观测：

(4)r_i(t)*h_j(t)＝r_j(t)*h_i(t)

观测到的距该假设的偏差被认为表示关于在接收信号i和j之间的互相关的误差信号。从所有的成对的采样的接收信号r_i(n·T_A)的误差信号定义了代价函数。代价函数包括包含关于在所有成对的接收信号之间的互相关的信息的互相关矩阵。用于估计信道冲激响应h_i(n·T_A)的迭代方法基于先前获得的值h_i((a)·T_A)、更新的误差信号和更新的互相关矩阵来获得更新的值h_i((a)·T_A)。根据另一实施方式，MCN(多信道牛顿)算法可用于加速算法的收敛。根据此外的实施方式，估计器单元120例示多个不同的盲信道估计算法并且可以根据内部状态或响应于第一选择信号sel1来选择当前的盲信道算法。估计器单元120连续地对控制单元132输出估计的结果(例如，估计的信道冲激响应)。

基于估计的冲激响应和预定义或当前选择的合并方案，控制单元132可以持续更新设置在采样的接收信号的信号路径中的滤波器单元134的滤波系数。控制单元132可以是可编程的并且可以根据适合的第二选择信号sel2或响应于内部状态的改变而在MRC、EC和SC之间切换。根据提供SC的实施方式，控制单元132将配置在被估计的冲激响应识别为最少干扰接收信号的接收信号的信号路径中的滤波器单元134配置为使最少干扰接收信号通过，而所有的其他滤波器单元134都被配置为阻挡其他的接收信号。

根据应用MRC的实施方式，控制单元132得出将滤波器单元134配置为表示与相应的估计的发射信道分别匹配的匹配滤波器的合并系数。各个滤波器单元134将相应的接收信号与相应的匹配滤波器函数卷积。

叠加单元136将滤波的或加权的接收信号相加或叠加从而产生表示对发射信号的估计的合并接收信号y(n·T_A)。

信号处理单元130还可以包括输出预均衡的信号z(n·T_A)的预均衡器单元138。预均衡器单元138可以使用从盲信道估计算法获得的信息。根据实施方式，预均衡器单元138例如通过对合并信号应用均衡器滤波器来至少部分地均衡由MRC引起的失真。应注意，这不是完全均衡而只是部分均衡。

例如，合并接收信号可以大约具有最长的信道冲激响应的两倍的长度。这将会直接地增加在以后的解调器级中有效的均衡器的所需要的阶数。在OFDM系统中可以发生保护间隔违反。根据另一实施方式，预均衡器单元138被设计为减轻在后来的OFDM解调器中的诸如载波间干扰的快速时变信道影响。在解调合并接收信号之前执行预均衡。可以在将合并接收信号傅里叶变换至频域中的之前或之后执行预均衡。

可以看到，盲分集合并独立于所应用的发射标准并且可以应用于不同的发射系统和标准。盲分集合并对单载波和多载波信号两者都起作用并且不需要重新设计现有解调器。

根据图3C，各个滤波器单元134可以包括用于提供延迟了T_A倍的相应的接收信号r_i(r,n·T_A)的延迟情况的延迟单元134a。可配置的加权单元134b被分配给各个延迟情况并且将关心的接收信号r_i(r,n·T_A)的相应的实例与相应的一组合并系数c_i(r,n·T_A)相乘。加权单元134b的输出信号通过使用求和单元134c来相加或叠加从而产生滤波的信号y_i(r,n·T_A)。

上述实施方式的信号处理单元100和它的各个子单元可以实现为硬件、软件或它们的组合。例如，信号处理单元100的一些或全部的子单元可以结合在例如IC(集成电路)、ASIC(专用集成电路)或DSP(数字信号处理器)的常用封装中。

在现有技术水平的分集合并技术基于对信道传输函数的部分认识并且因此需要在合并单元前对于各个接收信号例示的解调器级的情况下，所表述的实施方式实现了在解调之前的盲分集合并。“盲”分集合并利用了对信道之间的互相关的认识足够有利地应用分集合并的事实。本方法可以应用于广范围的通信系统。可以显著减少用于分集接收器的成本。

图4涉及操作可以包括在电子设备中的接收器装置的方法。估计器单元从多个接收信号估计对于各个发射信道的冲激响应其中各个估计的冲激响应从利用在一对接收信号之间的互相关的盲信道估计而得出(402)。各个接收信号被分配给用于发射信号的另一发射信道。合并单元基于从估计的冲激响应得出的合并系数来合并接收信号并且考虑选择的或预定义的分集合并方案来获得合并接收信号，该合并接收信号表示对通过发射信道发射的发射信号的估计(404)。