专利名称：用于跟踪信道特性的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及信道跟踪，更具体地，是关于只涉及所接收到的信号的媒体响应的信道跟踪的改进方法。
相关技术描述通信系统至少包括由通信信道互联起来的发射机和接收机。通信系统至少用来在通信信道上发送在发射机处产生的或被加到发射机上的具有信息内容的通信信号。接收机用来接收所发送的通信信号以及重新产生通信信号的信息内容。
射频通信系统是其中的通信信道是由电磁频谱的一个或多个频段组成的通信系统。在射频通信系统中运行的发射机产生通信信号，其特征为允许它在通信信道上发射，以及在射频通信系统中运行的接收机用来接收在通信信道上发射的通信信号。
典型地，射频接收机包括调谐电路，它可调谐到用来发送通信信号的通信信道的频率；下变频电路，用于把由通信信号构成的接收信号从发射频率下变频到较低的频率或基带信号；解调和译码器电路，它们使得能够重新产生通信信号的信息内容。射频通信系统的优点在于，它不需要固定的、或硬连线的连接来形成在发射机与接收机之间延伸的通信信道。在远端设置的发射机与接收机之间可以实现通信而不需要在其间形成硬连线的、或其它固定的连接。
通信技术上的技术进步允许通信系统利用数字通信技术。某些现有的通信系统已被转换成允许利用数字通信技术；由于这样的技术进步，已经规划或已经构成了其它的各种通信系统。使用数字通信技术是有利的，因为它比起利用传统的模拟通信技术来说，可以在通信信道上更有效地发送信息。另外，在通信信号从发射机发送到接收机时会造成通信信号失真的某些传输问题，在利用数字通信技术时往往可以更容易被克服。
在这样的通信系统中运行的发射机可以将信息信号数字化，以便形成数字信号。一旦数字化后，数字信号可以通过数字调制技术(例如，高斯最小频移键控(GMSK)调制技术)被调制。一旦调制后，数字化信号就可在通信信道上被发送。
可用来接收在通信信道上发送的信号的接收机包括用来解调所接收的信号和形成数字化信号的电路，然后，该数字化信号例如可通过译码处理而被变换成另一种形式，如果需要的话。
信号在由发射机发射时，有时会引入失真。例如，可能由发射机的滤波器电路、接收机的滤波器电路、或通信信道造成失真。发射机的滤波器电路、通信信道、和接收机的滤波器电路常常合在一起在下面被称为“复合信道”。
有时加到信号上的一种失真被称为符号间干扰。符号间干扰的原因和由此造成的失真是熟知的。
数字通信系统中用来接收信号的接收机有时包括被称为信道估值器电路的电路，它用于估值复合信道的信道特性，即，信道冲击响应。这样的信道估值器产生复合信道的信道冲击响应估值。由信道估值器估值的信道冲击响应被接收机均衡器电路使用来抵消符号间干扰，由此允许接收机更精确地重新产生在发射机处实际形成的通信信号的信息内容。
信道估值的质量是很重要的，因为信道冲击响应的精确估值是接收机均衡器抵消符号间干扰的能力的决定因素。当被跟踪的信道在被均衡的数据持续时间上足够快地变化时，可以将信道跟踪结合在均衡器内使用。在基站和移动台的D-AMPS均衡器中使用了这种方法。大多数现有的信道跟踪系统都跟踪信道的总的响应，其中包含媒体响应加上固定的滤波器响应。现有的系统通常也利用了用于处理接收信号的符号空间采样。
发明概要本发明通过改进的信道跟踪方法克服了上述的和其它的问题。对接收的数据序列进行滤波，以及使用比符号序列的符号速率低的采样周期来对其进行部分地采样。符号序列由信道跟踪设备进行处理，该设备根据接收的数据序列、假定的发送的符号序列和复合脉冲形状发送和接收滤波器来跟踪衰落的扩散的信道的媒体响应。
这种跟踪机制可以用多种实施例来实现。在第一实施例中，一个单个信道跟踪模型被使用于维特比(Viterbi)算法的每个维特比状态。在另一个实施例中，只有一个信道跟踪模型被使用于所有的维特比状态。通过根据假定的发送符号序列和发送与接收滤波器的脉冲形状来初始地确定一个修改的符号矢量，于是信道跟踪设备可以计算出媒体响应。修改的符号矢量、媒体响应的先前估值、和接收数据序列被使用来计算当前的媒体状态估值。通过根据当前的媒体状态来预测下一个媒体状态，可以得出下一个媒体状态的估值。所预测的下一个媒体状态被使用来估值媒体响应。当前的媒体状态被存储在存储器中，以便在以后当作为先前的媒体状态来使用。
除了对媒体状态的跟踪涉及到使用最佳假定的接收符号序列而不是针对于每个维特比状态的假定的序列之外，按照单个信道模型运行的信道跟踪模型几乎是按相同的方式运行的。利用这个信息，可以确定接收信号的估值，并且当前的媒体状态是根据接收数据序列的估值、复合滤波器脉冲形状和实际滤波的接收的数据序列而被确定的。当前的媒体状态被使用来预测下一个媒体状态，由此可以估值媒体响应。然后根据估值的媒体响应来计算用于当前媒体状态和下一个预测的媒体状态的媒体抽头。
附图简述为了更全面地了解本发明，可以参考以下结合附图所作的详细说明，其中
图1是相干检测器的方框图；图2是现有技术的信道跟踪方法的高级别方框图；图3是说明预测的复合信道响应的功能性方框图；图4是复合信道响应的方框图；以及图5是使用脉冲形状信息进行媒体跟踪的功能性方框图。
发明详细说明发送的符号集可被规定为s=[S0,S01,…,SL-1]。在包含了Na个天线上的发送符号集的接收信号之中，包括以下形式的矢量r(t)=s(t；s)+n(t)(1)其中s(t;s)=Σl=0L-1slh(t,lT)----(2)]]>r(t)是接收信号，n(t)是加性白色高斯噪声以及T是符号周期。
信道响应将由两个分量组成，即传播信道响应和固定发送滤波器响应。假定复合的信道响应h(t,lT)具有以下形式h(t,lT)=Σk=0K=1f(t-(k+lM)Ts)gk(t).---(3)]]>其中f(t)=发送滤波器；以及gk(t)=对于延时kTs的衰落。
以上的公式考虑到部分采样速率(Ts)是符号周期T的一部分，这对应于T=MTs。
在现有技术相干检测器中，接收信号r(t)被传送到匹配滤波器f*(-t)以产生输出信号y(t)。
y(t)=f*(-t)*r(t)=∫-∞∞f*(∝-t)r(∝)d∝----(4)]]>如果发送和接收滤波器一起提供奈奎斯特响应以及定时是理想的，则在lT时的采样速率提供响应y(lT)=Σk=0K=1s1-kgk(lT)---(5)]]>
其中gk(lT)=h(lT；kT) (6)如果在k=0时只有一个非零信道抽头，则x(lT)=s1g0(lT)(7)为了相干地检测发送的符号集s1,g0(lT)必须被估值。已知符号100(即，同步符号)被使用来估值对于其中S1是已知的那些l的g0(lT)。信道跟踪105被用来在其中s1必须在相干检测器110中被检测的情况下估值g0(lT)。这在图1上更充分地显示出。当存在信号扩散时，有一个以上的非零信道抽头集。对于使用奈奎斯特脉冲形状和理想定时的符号间隔的接收机，传送到接收机滤波器的接收数据具有与式(5)所示形式相同的形式。然而，宁愿使用MLSE均衡器，而不使用简单的相干检测器。最小似然序列估值器均衡器是通过确定能使得记录的似然度量最小的符号序列而得到的，即l(s;r(t))=Σl=0L=1[2Re{sl*rl}-Σm=0L-1sl*hl,msm]]]>=Σl=0L-1[2Re{sl*rl}-|sl|2hl,l-2Σn=1L-1sl*hl,1-nsl-n]]]>(8)式(8)被称为是Ungerboeck形式表示的，其中r(l)=Σk=0K=1gkH((k+l)T)y((k+l)T)-----(9)]]>和hl,m=Σk=0K=1Σj=0K=1gk,k+lHgk+l-m,k+l]]>=Σk=0K-1Σj=0K-1gkH((k+l)T)gk+l-m((k+l)T)]]>(10)在符号间隔的MLSE均衡器中使用的另一种形式是直接形式，其中该度量被给出为l(s;r(t))=Σl=0L-1[|y(lT)-y^(lT)|2]------(11)]]>其中y(lT)是由匹配滤波器滤波的、和以符号速率T进行采样的接收数据。
在式(10)或式(11)的任一种形式中，括号内的项目代表被作为MLSE的一部分(即，作为维特比算法的一部分)使用的支路度量。
在一个方法中，接收的信号y(t)在时间(k+lM)Ts处被采样，其中M是过采样速率，和k=0,1,2,3,…,M-1。这个过采样数据集可作为M个符号间隔的序列来处理，类似于具有M乘以N个天线(在原先情况下具有N个天线)。这改进了性能，但没有考虑发送的信号的脉冲形状。为了利用具有已知的发送的信号脉冲形状进行部分地采样，使用方程的Ungerboeck形式，其中rl=Σk=0K-1gkH((k+lM)Ts)y((k+lM)Ts).---(12)]]>和hl,M=Σk=0K-1Σj=0K-1gk,k+lMgjj+mMP(k-f)+(l-m)M---(13)]]>其中使用了gk(iT)等于gk,i的表示法以及P(k-f)+(l-m)M=∫-∞∞f(t-(k+lm)Ts)f(t-(j+mM)Ts)dt.----(14)]]>P代表已知的脉冲形状，它是发送滤波器与接收滤波器的卷积。
P(t)=f(t)*f(t)。(15)可以利用不同的发送和接收滤波器，以使得P=f1*(t)*f2(t)。 (16)当使用符号序列均衡和滤波器是已知的但却不是Nyquist时，这个事例也被使用。
在上述的MLSE均衡器中，作出一个假定，即信道是已知的或被估值的。信道可在已知同步符号范围上进行估值，以及如果信道在特定的时隙上没有改变，则这些估值可以被固定。
图2上显示了现有技术的信道跟踪方法的高级别方框图。接收的数据或基带样本被提供给加法器202。先前的估值信道响应结合假定的符号一起被用来藉使用滤波器200而估值接收的数据。这两个信号在加法器202中被相减，以形成误差信号，该误差信号被使用来在215中更新信道状态。更新的(新估值的)信道状态被用来在210计算新的更新的信道响应。信道状态是被使用来表示信道的参量的状态空间。状态可包括信道系数和信道系数的导数。可替换地，状态可包括某些其它的参量/信息，通过这些参量/信息可以得出信道系数。
图3显示信道跟踪器的输出如何被修改以供MLSE使用。信道跟踪器300的输出是在图2的210处产生的估值的信道响应。假定的符号值被使用于MLSE中，但这些值在信道状态被更新的时间以后的时间发生的，这样，信道状态在305处被预测，以便于在310处计算必要的预测的信道响应。如果在MLSE中，维特比算法的每个状态有一个信道模型，则对于每个维特比状态使用一个信道模型。一个可替换的实施例涉及到对于所有的维特比状态具有一个跟踪器。这可能在信道状态估值与MLSE状态估值之间引入延时。一个附加的实施例可以包括在每个维特比状态有多个信道跟踪器，其中每个跟踪器考虑不同的进入路径。
图4显示了对于接收信号序列的复合信道响应的方框图。发送滤波器响应400和传输媒体响应405包括时间变化的信道h(t,lT)。在发送和接收滤波器都是Nyquist(假定我们在真正的采样点采样，以及媒体405具有符号间隔的回波)的情况下通过采样接收的信号，则发送和接收滤波器的贡献完全抵消。这样，不会有由滤波器产生的符号间干扰，而只有媒体响应。当媒体包括符号没有对准的回波、发送/接收滤波器组合不是Nyquist、或当以部分地间隔的样本进行采样时，即使滤波器是Nyquist时，这也是不正确的。
发送/接收滤波器的贡献可以被利用来估值和跟踪信道媒体响应。图5上显示了这种组合的方框图。根据假定的已知的脉冲形状信息，符号(已知的或假定的)在502被预滤波。预滤波的信号在501处用估值的媒体响应被再次进行滤波，以便估值接收数据。信道跟踪器的其余部分类似于前面对于图2所描述的跟踪器，但现在信道状态代表媒体响应，而不是复合响应h(t,lT)。这假定媒体响应与部分采样速率对准，或在此速率下可以产生一个等价的媒体响应。
作为一个例子，在n和j被限制为n∈{0,1,…,N}和j∈{0,1,…,K-1}的情况下，则s~l=[s~l,s~l-1,···,s~l-(n-1)]T,----(17)]]> gk+lM=[g0,k+lM,g1,k+lM,…,gk-1,k+lM]T(19)
在时间k+lM时的部分滤波的信号可被写为yk+lm=[Γks~l]Tgk+lM,----(20)]]>其中 是假定的符号的矢量，Γk是假定符号在采样相位(部分采样k)的脉冲形状响应的矩阵，以及gk+lM是对于接收信号的一个天线的信道抽头的矢量。对于每个采样相位k，将有不同的脉冲形状响应。
对于每个采样相位k、假定的接收符号的矢量 、和脉冲形状响应的矩阵Γk是在预滤波器502中被使用来计算修正的符号矢量bk,1。修正符号矢量bk,1等于bk,1=Γks1~]]>(即，脉冲形状数据乘以假定的接收符号)。修正的符号矢量bk,1和媒体响应在501中被利用来计算估值的接收信号 。将估值的接收信号和实际的接收信号相组合以便产生误差信号，后者与媒体状态的当前估值一起被使用来在503处更新媒体状态xk+lM。
更新的媒体状态xk+lM。被使用来在方块503处更新下一个媒体状态和在504处计算媒体响应 。媒体响应具有间隔为Ts的K个信道抽头。跟踪的媒体响应被维特比算法用作为MLSE处理过程的一部分。
媒体响应跟踪可以与其它熟知的均衡器(例如，判决反馈均衡器、线性均衡器)和MAP符号检测一起使用。
虽然本发明的方法和设备的优选实施例已经在附图上显示和在上述的详细说明中描述，但应当看到，本发明并不限于所揭示的实施例，而是能够有多种重新安排、修改、和替换，而不背离上述和由权利要求规定的本发明的精神。
权利要求
1．信道跟踪单元，包括存储器，用于存储媒体响应估值；以及更新装置，用于响应于接收的基带信号、数字符号值序列、和基带信号上的脉冲形状信息，更新存储的媒体响应估值。
2．信道跟踪单元，包括第一滤波器，用于使用脉冲形状信息预滤波数字符号值序列，以产生已滤波的符号信号；第二滤波器，用于使用媒体响应估值对已滤波的符号信号进行滤波，以产生估值的接收信号；产生装置，用于从接收的基带信号和估值的接收信号中产生误差信号；以及更新装置，用于根据误差信号更新媒体响应估值。
3．权利要求2的信道跟踪单元，其特征在于，其中数字符号值包括检测的符号值。
4．权利要求2的信道跟踪单元，其特征在于，其中数字符号值包括假定的的符号值。
5．权利要求2的信道跟踪单元，其特征在于，其中脉冲形状信息包括发送脉冲形状自相关函数。
6．权利要求2的信道跟踪单元，其特征在于，其中脉冲形状信息包括发送和接收滤波器响应。
7．权利要求2的信道跟踪单元，其特征在于，其中基带信号包括符号间隔的数据样本。
8．权利要求2的信道跟踪单元，其特征在于，其中基带信号包括部分地间隔的数据样本。
9．用于解调信息符号的接收机，包括第一滤波器，用于使用脉冲形状信息预滤波数字符号值，以产生已滤波的符号信号；第二滤波器，用于根据媒体响应估值对已滤波的符号信号进行滤波，以产生估值的接收信号；产生装置，用于根据接收的基带信号和估值的接收信号产生误差信号；更新装置，用于根据误差信号更新媒体响应估值；以及检测器，用于使用更新的媒体响应估值来检测接收的信息符号。
10．权利要求9的接收机，其特征在于，其中用于检测信息符号的检测器假定信息符号序列，以及根据更新的媒体响应估值产生度量。
11．权利要求10的接收机，其特征在于，其中检测器更新多个媒体响应估值，每个媒体响应估值对应于不同的假定的信息符号序列。
12．权利要求10的接收机，其特征在于，其中检测器还使用媒体响应估值来预测媒体响应。
13．用于跟踪信道的方法，包括以下步骤接收基带信号和数字符号值序列；使用脉冲形状信息来预滤波接收的数字符号值，以产生滤波的符号信号；使用媒体响应估值来对已滤波的符号信号进行滤波，以产生估值的接收信号；使用接收的基带信号和估值的接收信号来产生误差信号；以及使用产生的误差信号来更新媒体响应估值。
14．权利要求13的方法，其特征在于，其中数字符号值包括检测的符号值。
15．权利要求13的方法，其特征在于，其中数字符号值包括假定的符号值。
16．权利要求13的方法，其特征在于，其中脉冲形状信息包括发送脉冲形状自相关函数。
17．权利要求13的方法，其特征在于，其中脉冲形状信息包括发送和接收滤波器响应。
18．权利要求13的方法，其特征在于，其中基带信号包括符号间隔的数据样本。
19．权利要求13的方法，其特征在于，其中基带信号包括部分地间隔的数据样本。
20．用于解调信息信号序列的方法，包括以下步骤接收基带信号；使用脉冲形状信息来预滤波数字符号值，以产生已滤波的符号信号；使用媒体响应估值来对已滤波的符号信号进行滤波，以产生估值的接收信号；根据接收的基带信号和估值的接收信号来产生误差信号；使用产生的误差信号来更新媒体响应估值；以及使用更新的媒体响应估值来检测基带信号内的信息符号。
21．权利要求20的方法，其特征在于，其中检测步骤还包括以下步骤假定信息符号序列；以及根据更新的媒体响应估值产生对于信息符号序列的度量。
22．权利要求21的方法，其特征在于，其中更新媒体响应估值的步骤还包括以下步骤产生多个媒体响应估值，每个媒体响应估值对应于不同的假定的信息符号序列。
23．权利要求20的方法，其特征在于，其中检测步骤还包括使用媒体响应估值来预测媒体响应的步骤。
全文摘要
揭示了用于信道跟踪的方法和设备,其中脉冲形状信息被使用来改进信道跟踪性能。通过使用脉冲形状信息来预滤波数字符号值,以产生滤波的波形。已滤波的波形可以提供用于媒体响应估值的参考信号。估值的媒体响应在相干检测器中被使用来检测基带信号内的未知的信息符号。媒体响应估值可以针对单个检测的符号序列或针对每个假定的符号序列来被确定。
文档编号H04B1/707GK1288625SQ99802218
公开日2001年3月21日 申请日期1999年1月15日 优先权日1998年1月16日
发明者K·莫尔纳, G·博托姆利, R·拉梅斯 申请人:艾利森公司