通信接收器设备和通信方法与流程

本发明涉及一种通信接收器设备和通信方法。本发明尤其涉及多普勒频移恢复通信接收器设备和通信方法。

背景技术：

由于发送器和接收器之间的相对运动引起的频移被称为多普勒效应。在无线电通信中，多普勒频移可能导致发送器和接收器处的通信信号的载波频率之间的差异。由多普勒效应引起的频移与发送器和接收器之间的相对速度成比例。发送器和接收器之间的相对速度的变化导致载波频率的偏移的变化。如果不进行补偿，该频移能降低通信质量，有时甚至阻止信号接收。

us6532271公开了第一种方法，其中对多普勒频移进行离线估计，并且将接收到的通信信号乘以复指数以补偿所述多普勒频移。

us5519402公开了第二种方法，其中使用大于或等于3阶的锁相环(pll)“在线”估计多普勒频移，并且由此恢复原始通信信号。

特别地，以下缺点与第一或第二方法中的至少一个相关联。所述接收滤波器并未集中于接收的信号。也就是说，所述通信信号的中心频率不同于滤波器的中心频率。这又引入了通信接收器性能的降低，因为通信信号功率降低。替代方法可以是增加滤波器带宽，以便对最大多普勒频移进行处理。然而，这将更大量的噪声引入所述接收器，从而降低接收器性能。这两种方法仅用于来自单个发送器的通信信号。这两种方法都不能处理多普勒频移与通信信号带宽相当或大于通信信号带宽的场景。

因此，需要一种改进的通信接收器设备和通信方法，其考虑到多普勒频移的高效补偿。

技术实现要素：

所述发明的目的是提供一种改进的通信接收器设备和通信方法，特别是考虑到高效补偿多普勒频移的改进的通信接收器设备和通信方法。

该目的通过独立权利要求的主旨来实现。在从属权利要求、说明书和附图中提供了另外的实现形式。由于通常多普勒频移的影响在窄带或高速通信传输中变得更加明显，本发明对于卫星通信、机器对机器通信以及高速列车通信特别有用。

根据第一方面，本发明涉及一种用于接收具有输入信号频谱的至少一个输入信号的通信接收器设备。所述通信接收器设备包括：分解器，配置为将输入信号分解为多个子信号，其中多个子信号被分配给覆盖输入信号频谱的多个频带，检测器，配置为通过确定与所述频带的子信号相关联的活动指示符是否大于活动阈值来检测所述多个频带的频带是否是活跃的；以及组合器，配置为组合第一活跃频带的子信号与第二活跃频带的子信号以获得输出信号，其中所述第一活跃频带和所述第二活跃频带是相邻频带。

因此，提供了一种考虑到多普勒频移的高效补偿的改进的通信接收器设备。

在本发明的第一方面的第一种可能的实现形式中，组合器进一步配置用以将任何另外的活跃频带的子信号与第一活跃频带的子信号和第二活跃频带的子信号组合以获得所述输出信号，其中所述另外的活跃频带相邻于所述第一活跃频带、所述第二活跃频带或者与所述第一活跃频带或所述第二活跃频带相邻的任何另外活跃频带。

借助于组合器组合来自不同频带或信道的信号，其允许跟随多普勒频移信号在频域中的移动。也就是说，当信号在一个频率信道中开始衰落并出现在相邻信道中时，由组合器实现的组合将补偿所述衰落效应。

在本发明第一方面的第一实现形式的第二可能实现形式中，所述组合器配置为通过确定第一活跃频带的子信号、第二活跃频带的子信号和任何另外的相邻活跃频带的子信号的加权平均值，来将第一活跃频带的子信号与第二活跃频带的子信号以及任何另外邻近的活跃频带进行组合以获得输出信号。

借助于加权平均数的组合是组合器的有利实现。

在本发明第一方面的第二实现形式的第三可能实现形式中，所述组合器配置为使用以下等式来确定加权平均数：

其中si(t)表示时间t处频带i的子信号，ai表示与频带i的子信号si(t)的能量相关联的活动指示符，n表示第一活跃频带，且k表示预定参数，其指示要组合到输出信号y(t)中的相邻频带的子信号的最大数目。

在本发明第三方面的第三实现形式的第四可能实现形式中，检测器配置为使用以下等式来确定频带i的活动指示符ai：

其中σ²表示噪声功率，t定义积分区间，且max(...)表示最大函数。

在这样的通信接收器设备中，与子信号频带相关联的活动指示符有利地由子信号频带中的子信号能量水平限定。

在本发明第一方面的第四种实现形式的第五种可能的实现形式中，检测器配置为通过确定活动指示符ai是否大于零来检测多个频带的频带i是否是活跃的。

上述实现形式的活动指示符本质上限定了能量窗口，而该能量窗口用于揭示信号是否存在于频道中。在任何频道中，由于热噪声通常会有一定量的信号功率/能量。通过测量平均能量并将其与期望量的噪声能量相比较，可以测量信号电平。

在本发明的第一方面的第四实现形式的第六可能实现形式中，组合器配置为只要以下等式成立就提供输出信号y(t)：

其中γ表示预定的全局活动阈值。

该实现形式提供了信号应当被跟随多长时间的有利条件。也就是说，揭示出信号的结束。一旦可用相邻信道中的信号消失，则传输完成。不管其有多小，不跟踪每个信号，这减少了通信接收器上的计算负荷。

在本发明本身的第一方面的第七可能实现形式或其第一至第六实施形式中的任何一个中，组合器还进一步配置为通过组合另一组活跃的相邻频带的子信号来产生至少一个另外的输出信号。

该实现形式允许提供在其中处理的输入信号的那部分的基带时间信号作为每个频带或信道的输出。

在本发明本身的第一方面的第八可能的实现形式或其第一至第六实施形式中的任何一个中，分解器包括多相滤波器组。

该实现形式提供了输入信号计算上的高效分解。

在本发明本身的第一方面的第九可能实现形式或其第一至第六实现形式中的任一个中，多个频带是多个重叠的频带。

该实现形式考虑到可用频谱的密集光谱分辨率。频带或信道重叠越多，分辨率越密集。

在本发明第一方面的第九种实现形式的第十种可能的实现形式中，多个频带的每个频带具有相同的带宽。

该实现形式提供了输入信号的高效解码并且防止了所不希望的噪声量。

在本发明的第一方面的第十种实现形式的第十一种可能的实现形式中，多个频带的每个频带的范围界限与相邻频带的中心频率一致。

在本发明本身的第一方面的第十二种可能的实现形式或其第一至第十一实现形式中的任一个中，检测器包括用于多个频带的每个频带的检测器。

该实现形式考虑到在任何频带中检测信号的存在。

根据第二方面，本发明涉及一种用于接收具有输入信号频谱的输入信号的通信方法。该通信方法包括以下步骤：将输入信号分解为多个子信号，其中多个子信号被分配给覆盖所述输入信号频谱的多个频带，通过确定与所述频带的子信号相关联的活动指示符是否大于活动阈值来检测所述多个频带的频带是否是活跃的，以及将第一活跃频带的子信号与第二活跃频带的子信号组合以获得输出信号，其中所述第一活跃频带和所述第二活跃频带是相邻频带。

根据本发明的第二方面的通信方法可以根据本发明的第一方面由通信接收器设备执行。根据本发明的第二方面的通信方法的另外的特征，是根据本发明的第一方面及其不同的实现形式的通信接收器设备的功能直接得到。

根据第三方面，本发明涉及一种计算机程序，其包括程序代码，其用于在计算机上执行时，执行根据本发明的第二方面的通信方法。

本发明能在硬件和/或软件中实现。

附图说明

将结合以下附图描述本发明的进一步的实施例，其中：

图1示出了根据实施例的通信接收器设备的示意图；

图2示出了根据实施例的通信接收器设备的一个方面的示意图；

图3示出了根据实施例的通信接收器设备的一个方面的示意图；以及

图4示出了根据实施例的通信方法的示意图。

具体实施方式

在下文的详细描述中，参考形成本公开的一部分的附图，并且其中通过图示的方式示出了其中可以实践本公开的具体方面。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其他方面并且可以进行结构或逻辑改变。因此，下面的详细描述不应被理解为限制意义的，并且本公开的范围由所附权利要求限定。

应当理解，与所描述的方法相关的公开内容对于被配置以执行该方法的对应的设备或系统也可以适用，反之亦然。例如，如果描述了特定的方法步骤，则对应的设备可以包括用于执行所描述的方法步骤的单元，即使这样的单元没有在图中被明确地描述或示出。此外，应当理解，除非另有特定说明，否则本文所描述的各种示例性方面的特征可以彼此组合。

图1示出了根据实施例的通信接收器设备100的示意图。通信接收器设备100配置用以接收具有输入信号频谱的至少一个输入信号。

通信接收器设备100包括分解器或信道器101，其配置用以将输入信号分解为多个子信号s1至sn。多个子信号的子信号s1至sn被分配给覆盖输入信号频谱的多个频带。

图2示出了根据一实施例的分解器101在两个不同时间点的六个示例性频带a-f。在一实施例中，输入信号分解器101以多相滤波器组的形式实现。在一实施例中，多个频带的频带是多个重叠频带，例如图2所示的示例性频带a-f。在一实施例中，多个频带中的每个频带具有相同的带宽δf，例如图2中所示的示例性频带a-f。在一实施例中，多个频带中的每个频带的范围界限与相邻频带的中心频率一致。对于图2所示的示例性频带a-f，示例性频带a的上范围界限与示例性相邻频带b的中心频率一致。

此外，通信接收器设备100包括检测器103，其被配置为通过确定与频带的子信号相关联的活动指示符ai是否大于预定的活动阈值来检测多个频带的该频带是否是活跃的。为此，在一实施例中，检测器103被配置为接收来自分解器101的多个子信号s1至sn，并且基于多个子信号s1至sn中的每一个来计算各自的活动指示符a1至an。在一实施例中，检测器103包括用于多个频带中的每个频带的单个检测器。

在一实施例中，检测器103被配置为基于给定子信号频带中的子信号能量水平的能量水平来确定与给定子信号频带相关联的活动指示符ai。在一实施例中，检测器被配置为使用以下等式来确定频带i的活动指示符ai(“钩住信号”)：

其中σ²表示噪声功率，t定义积分区间，且max(...)表示最大函数。在该实施例中，检测器103可被配置为在由上述等式识别的活动指示符ai大于零的情况下，考虑多个频带的频带i是活跃的。

在一实施例中，检测器103被配置为检测图2中在时间t示例性频带a，b和c是活跃的，而示例性频带d，e和f被认为不是活跃的，因为在频域中示例性子信号si分布于示例性频道a，b和c上。在时间t+δt，由于发送器和接收器之间的相对运动导致的示例性频带b，c和d的多普勒频移，示例性子信号si已经在频域中移动，这些示例性频带可以由检测器103检测为活跃的，而示例性频带a，e和f不被认为是活跃的。

此外，通信接收器设备100包括组合器105，其被配置为组合第一活跃频带的子信号与第二活跃频带的子信号以获得输出信号，其中第一活跃频带和第二活跃频带是相邻频带。为此，在实施例中，输出信号组合器105被配置为接收来自分解器101的多个子信号s1至sn以及来自检测器103的相应的多个活动指示符a1至an。然而，从以下对组合器105的详细描述中本领域技术人员将理解，如果组合器105仅接收到被认为是活跃的那些频带的子信号就足够了。在一实施例中，组合器105还被配置为通过组合另一组活跃相邻频带的子信号来生成至少一个另外的输出信号。

在一实施例中，如果任何另外的活跃频带邻近所述第一活跃频带、所述第二活跃频带或与所述第一活跃频带或所述第二活跃频带相邻的任何另外的活跃频带，所述组合器105进一步被配置为将所述另外活跃频带的子信号与第一活跃频带的子信号和第二活跃频带的子信号组合以获得输出信号。

在一实施例中，所述组合器105被配置为通过确定所述第一活跃频带的子信号、所述第二活跃频带的子信号以及任何另外相邻活跃频带的加权平均数，来将所述第一活跃频带的子信号与所述第二活跃频带的子信号以及任何另外的相邻活跃频带进行组合以获得所述输出信号。在一实施例中，组合器105被配置为使用以下等式来确定加权平均数(“跟随信号”)：

其中si(t)表示时间t处频带i的子信号，ai表示与频带i的子信号si(t)的能量相关联的活动指示符，n表示第一活跃频带，且k表示预定参数，其指示要组合到输出信号y(t)中的相邻频带的子信号的最大数目。

在一实施例中，组合器105被配置为只要以下等式成立就提供输出信号y(t)(“释放信号”)：

其中γ表示预定的全局活动阈值。全局活动阈值γ考虑到降低计算复杂度，并且应当依赖于分解器101的具体特性来进行设置。

如本领域技术人员将理解的，通信接收器设备100可以被认为执行钩住(hooking)、跟随和释放输入信号的功能。一旦检测器103检测到活动指示符ai大于活动阈值，相应的信号被钩住(除非被多普勒频移到给定频带中并且由于相邻频带中增大的活动指示符而已被钩住的信号引发了所述变得比活动阈值更大的活动指示符)。通过提供在给定频带中已被钩住的信号的子信号组合作为输出，组合器105跟随该信号，可能随着时间而移动到相邻的频道中。在一实施例中，组合器105被配置为一旦对应子信号的组合能量水平下降到预定的全局活动阈值γ之下，则释放已被钩住并且正被跟随的信号。

通信接收器设备100的上述功能允许区分在相同时间但在不同频带中到达的两个不同信号。这在图3中所示的示例的下述上下文中描述。

图3示出了说明根据一实施例的通信接收器设备100的组合器105的示例性操作的示意图。如上文已述，活动指示符ai指示频带i内输入信号的存在(或不存在)。也就是说，当一个活动指示符ai变得大于预定活动阈值(例如大于零)时，则存在所述信号，并且可以说开始由通信接收器设备100“跟随”。例如，如果在某个时间t，活动指示符a2和a100变得大于活动阈值，比如说零，则检测器103可以推断出在相应频带中的活动是由来自两个不同发送器的信号引起的，所述两个不同发送器可以具有相对于通信接收器设备100不同的速度。在这种场景下，在稍后的时间t+δt，a2和a100能变得小于零，并且a3和a99能变得大于零，这指示着一个发送器正在远离通信接收器设备100移动，并且一个发送器朝着通信接收器设备100移动。通信接收器设备100通过利用组合器105将子信号si和活动指示符ai进行组合来跟踪”这些不同的信号，所述活动指示符ai大于活动阈值并与相邻频带关联。在上述示例中，与活动指示符a2相关联的信号s2将与与活动指示符a3相关联的信号s3混合，而不与活动指示符a99相关联的子信号s99或与活动指示符a100相关联的子信号s100混合，因为这些子信号不与相邻频带相关联，所述相邻频带即与子信号s2或s3相关联的频带接近的频带。在图3的示例中，在时间t+δt，输出信号可以由下式给出

图4示出了根据一实施例的用于接收具有输入信号频谱的输入信号的通信方法400的示意图。通信方法400包括将输入信号分解为多个子信号的步骤401，其中多个子信号的子信号被分配给覆盖输入信号频谱的多个频带。

此外，通信方法400包括步骤403，即通过确定与频带的子信号相关联的活动指示符是否大于活动阈值来检测多个频带的该频带是否活跃。

此外，通信方法400包括步骤405，即组合第一活跃频带的子信号与第二活跃频带的子信号以获得输出信号，其中第一活跃频带和第二活跃频带是相邻频带。

本发明的实施例可以在用于计算机系统上运行的计算机程序中实现，至少包括在诸如计算机系统的可编程装置上运行时执行根据本发明的方法的步骤的代码部分，或者使可编程装置能执行根据本发明的设备或系统的功能的代码部分。

计算机程序是诸如特定应用程序和/或操作系统的指令列表。计算机程序可以包括例如以下中的一个或多个：子程序，函数，过程，对象方法，对象实现，可执行应用，小应用程序，小服务程序，源代码，目标代码，共享库/动态加载库和/或设计用于在计算机系统上执行的其他指令序列。

计算机程序可以内部地存储在计算机可读存储介质上，或者经由计算机可读传输介质传输到计算机系统上。可以在临时性或非临时性计算机可读介质上提供所有或一些计算机程序，而该计算机可读介质永久地，可移除地或远程耦合到信息处理系统上。计算机可读介质可以包括但不限于例如以下的任何数量：磁性存储介质，包括磁盘和磁带存储介质；光存储介质，诸如光盘介质(例如，cd-rom，cd-r等)和数字视频盘存储介质；非易失性存储器存储介质，包括诸如flash存储器，eeprom，eprom，rom的基于半导体的存储器单元；铁磁数字存储器；mram；易失性存储介质，包括寄存器，缓冲器或高速缓存，主存储器，ram等的；以及数据传输介质，包括计算机网络，点对点电信设备和载波传输介质，这里仅举几个例子。

计算机处理通常包括执行(运行)程序或程序的一部分，当前程序值和状态信息，以及操作系统对执行处理进行管理所用的资源。操作系统(os)是管理计算机资源共享的软件，并为程序员提供用于存取那些资源的接口。操作系统处理系统数据和用户输入，而且通过分配任务和内部系统资源并将其作为服务来管理来对系统的用户和程序进行响应。

计算机系统可以包括例如至少一个处理单元，相关联的存储器和多个输入/输出(i/o)设备。当执行计算机程序时，计算机系统根据计算机程序处理信息，并且经由i/o设备产生所作为结果的输出信息。

本文所详述的连接可以是适于例如经由中间设备将信号从或传递到各自节点，单元或设备的任何类型的连接。因此，除非另外暗示或陈述，否则连接可以是例如直接连接或间接连接。可以参考单个连接，多个连接，单向连接或双向连接示出或描述连接。然而，不同的实施例可以使连接的实现变得多样。例如，可以使用分开的单向连接而不是双向连接，反之亦然。此外，多个连接可以替换为以串行或时分复用方式传输多路信号的单个连接。同样，运送多路信号的单个连接可以被分离成传输这些信号的子集的各种不同的连接。因此，存在用于传输信号的许多选项。

本领域技术人员将认识到，逻辑块之间的边界仅仅是说明性的，并且替代实施例可以合并逻辑块或电路元件，或者对各种逻辑块或电路元件施加替代的功能性分解。因此，应当理解，这里描述的体系结构仅仅是示例性的，并且实际上可以实现许多实现相同功能的其他体系结构。

因此，有效地“关联”了实现相同功能的部件的任何布置以便实现期望的功能。因此，本文中进行组合以实现特定功能的任何两个组件可以被看作彼此“相关联”而不用顾及架构或中间组件，以便实现期望的功能。同样地，如此关联的任何两个组件也可以被视为彼此“可操作地连接”或“可操作地耦合”以实现期望的功能。

此外，本领域技术人员将认识到上述操作之间的边界仅是说明性的。多个操作可以组合成单个操作，单个操作可以分布在附加操作中，并且这些操作可以在时间上至少部分重叠地执行。此外，替代实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在各种其他实施例中可以改变操作的顺序。

还例如，示例或其部分可以实现为物理电路的软或代码表示，或者可以实现为可转换成物理电路的逻辑表示的软或代码表示，例如以任何适当类型的硬件描述语言。此外，本发明不限于在非可编程硬件中实现的物理设备或单元，还能应用于能够通过根据适当的程序代码进行操作来执行期望的设备功能的可编程设备或单元，诸如大型机，小型计算机，服务器，工作站，个人计算机，记事本，个人数字助理，电子游戏，自动和其他嵌入式系统，蜂窝电话和各种其他无线设备，其在本申请中通常是指“计算机系统”。

然而，其他修改，变化和替代也是可能的。因此，说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的。