CN101325576A - 用于简化最大概率双载波调变信号的解调变方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于简化最大概率双载波调变信号的解调变方法，针对具有频率选择性的传输频道，解调接收的双载波调变信号，其特征在于，由以下步骤组成：步骤一、使用一通道解相位操作法，使得经过解相位后的该双载波调变信号的实部与虚部，可以分开处理；步骤二、将该解相位后的双载波调变信号的实部与虚部，分别执行最小欧基理德距离解码；以及步骤三、在每一最小欧基理德距离解码时，使用一公设试验法，得到该解相位双载波调变信号的最大概率2位。因此，本发明可降低***计算和硬件的复杂性。

Description

用于简化最大概率双载波调变信号的解调变方法与装置

技术领域

本发明涉及一种用于超宽频***简化解调变的方法与装置，特别涉及一种用于简化最大概率双载波调变信号的解调变方法与装置，在公设搜寻前先使用解相位操作法降低计算与硬体的复杂性。

背景技术

双载波调变(Dual Carrier Modulation，DCM)为一调变方式，可用于超宽频应用的无线通讯标准(ECMA-368)，如该标准是根据“超高速率宽频频率PHY与MAC标准，ECMA-368”，第1版，2005年12月。一般而言，发射机可线性地将两个独立4相移键控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)调变信号转换为两个相关的16正交调幅(16Quadrature Amplitude Modulation，16QAM)信号，在原始的一对4相移键控(QPSK)中，包含4位大小的资料。

一双载波调变信号调变器，采用以下所示Eq.(1)，将4位b₀，b₁，b₂，b₃信号调变为两个16正交调幅信号s₀，s₁：

$s\≡\left[\begin{array}{c}{s}_0\\ s_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}2& 1\\ 1& -2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{b}_0+{\mathrm{jb}}_2\\ b_1+{\mathrm{jb}}_3\end{array}\right]---\mathrm{Eq}.\left(1\right)$

其中 $j=\sqrt{-1},$ 每一位b_i(i＝0to 3)，其值为-1或1都为相等机率分布。调变器输出信号为s_i，其中i＝0，1，该每一信号延展于16正交调幅的定位分布。值得注意的是，即使用四个输入位产生二个16正交调幅信号，该两信号仍各包含4位大小的资料，且具有高度相关。更详细地来说，该调变器输出信号s_i，其实部由b₀，b₁组成，而虚部由b₂，b₃组成。换句话说，若该调变器输出信号受到独立分布的高斯白杂讯(Additive Gaussian White Noise，AWGN)影响，则该调变器输出信号s_i的实部与虚部，其每部份分别包含可用于解调(b₀，b₁)与(b₂，b₃)的足够统计。

当两个16正交调幅信号，以不同频率传输于一个无线多重路径通道时，将会面临不同的频率响应。换句话说，无线多重路径通道的频率响应为一复数，若信号经由不同的频率传输时，在接收端将会产生两组不同的振幅与相位。这一无线传输频道也被称为一具频率选择性的传输频道。接下来，将以h₀和h₁，用来描述两频道的频率响应。

利用不同频率传输的接受信号 $r\≡\left[\begin{array}{c}{r}_0\\ r_1\end{array}\right],$ 可用一数学模型，如以下Eq.(2)来表示：

$r\≡\left[\begin{array}{c}{r}_0\\ r_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{h}_0& 0\\ 0& h_1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{s}_0\\ s_1\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{n}_0\\ n_1\end{array}\right]---\mathrm{Eq}.\left(2\right)$

在上式中，接收机的高斯白杂讯以n₀与n₁来表示，通道的频率响应由矩阵H来表示：

$H=\left[\begin{array}{cc}{h}_0& 0\\ 0& h_1\end{array}\right]---\mathrm{Eq}.\left(3\right)$

如Eq.(3)所示，该通道由一复数对(h₀，h₁)代表，且可由一对角矩阵H来表示。需注意的是，此用于描述两个不同频率通道的频率响应的对角矩阵H，也可以更广泛的用于描述包含任何采用分集式策略的正交通道响应。该分集式策略包含但不限于时槽(time slots)、天线极化(antenna polarizations)或正交码(orthogonal codes)。一最佳的接收机将接收位错误率(bit error rate，BER)最小化，其前提为相等传输公设及假设已知的通道频率响应H，若其加入的杂讯为高斯白杂讯，则最大概率解调变方式(maximum likelihood，ML)，等同于使用最小欧基理德距离(Minimum Euclidean Di stance，MED)解码(decoding)试验。

对无线通讯***标准(ECMA-368)而言，一序言(pre-amble)部份在一封包的资料部份的前传输。该序言部份供接收机用于估计通道，且由于该资料部份通常长度不大，于是该通道在该封包的资料部份解码时实质上是相当稳定。因此，我们可假设该h₀及h₁在接收机的解调变时是已知的。鉴于该信道知识及相等传输公设，该最佳化解调变方式在高斯白杂讯存在下为最大概率解码或最小欧基理德距离解码试验。

因此，一直接型最小欧基理德距离解码需要16个公设搜寻。该接收机计算接收的16正交调幅(16QAM)信号r，与一双载波调变讯号经由通道频率响应转换所产生的晶格点(也就是(h₀s₀，h₁s₁))的间的欧基理德距离，如Eq.(4)所示：

|r-Hs|对所有可能的s＝(s₀，s₁)        Eq.(4)

该解码信号，S_ML，为一组4位大小资料，其对应的公设为最靠近接收信号的经由通道频率响应转换所产生的晶格点，换言的

|r-Hs_ML|＜|r-Hs|对所有可能的s≠s_ML     Eq.(5)

为了给一传统16正交调幅信号实现最小欧基理德距离解码，一接收机需搜寻所有16公设以决定该最小值。由于每一公设试验法包含两复数的距离计算，即(r₀，h₀s₀)及(r₁，h₁s₁)。因此，总共需要32复数对距离计算，而每一距离计算均为复数运算。

在2006年8月的亚洲通讯研讨会(Asia Pacific Conference onCommunications，APCC)中，Park等人在“基于最大概率解码的双载波调变信号的错误率分析”文中发表了一种用于高斯白杂讯通道的最大概率的双载波解调变信号的解调变器。该文对于通道的频率响应，假设用来传输双载波的两通道的频率响应相同。且该文中未提及具有频率选择性的通道，也未揭示任何有关用于频率选择性通道的最佳双载波解调变器。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于简化最大概率双载波调变信号的解调变方法，通过在公设搜寻前先使用解相位操作法，该方法可降低计算的复杂性。

为了实现上述目的，本发明用于简化最大概率双载波调变信号的解调变方法，针对具有频率选择性的传输频道，解调接收的双载波调变信号，其系由以下步骤组成：(1)使用一通道解相位操作法以分离该双载波调变信号的实部与虚部；(2)对该解相位后的双载波调变信号的实部与虚部，分别执行最小欧基理德距离解码；以及(3)于每一最小欧基理德距离解码时，使用一公设试验法，利用该解相位双载波调变信号的实部(或虚部)，解出最大概率的2个位。

本发明的另一目的是提供一种用于简化最大概率双载波调变信号的解调变装置，通过在公设搜寻前先使用解相位操作法，该装置可降低硬体的复杂性。

为了实现上述目的，本发明用于简化最大概率双载波调变信号的解调变装置，针对具有频率选择性的传输频道，其用以解调接收的双载波调变信号，其至少包含一通道解相位区块；一第一以最小欧基理德距离为度量的2位公设试验区块，及一第二以最小欧基理德距离为度量的2位公设试验区块。该通道解相位区块，其为使用一通道解相位操作法，分离该双载波调变信号的实部与虚部。该第一以最小欧基理德距离为度量的2位公设试验区块，电性连结于该通道解相位区块，使用一公设试验法测试该解相位后的双载波调变信号的实部，以得到一解相位双载波调变信号的第一最大概率的2位。该第二以最小欧基理德距离为度量的2位公设试验区块，电性连结于该通道解相位区块，为使用一公设试验法测试该解相位后的双载波调变信号的虚部，以得到一解相位双载波调变信号的第二最大概率的2位。

该信道解相位操作法有效地移除通道频率响应的相位部份，因此将通道频率响应简化为一实数值的衰减。于后文的详细说明中，将解释该双载波调变信号的特性因而可被充分利用，还可将其最大概率的解码，分开为两个独立的2位部分。

换句话说，经由通道解相位操作法，可将该处理过的接收信号的实部与虚部，分开来以最小欧基理德距离解码，以得到最大概率的解。由于该双载波调变信号的实部与虚部，其每一部份包含2位，需4个公设搜寻，也即该每一部分需要4个欧基理德距离计算。故解出4位的最大概率搜寻，共需8个欧基理德距离计算，而其每一计算包含一个二维实数向量。

附图说明

图1为本发明用于简化最大概率双载波调变信号的解调变方法的流程图；

图2为本发明用于简化最大概率双载波调变信号的解调变装置的功能方块图。

标识说明：

10通道解相位区块

20a 2位公设试验区块

20b 2位公设试验区块

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明用于简化最大概率双载波调变信号解调变的方法，其由以下三步骤组成：

步骤一 使用一通道解相位(或解旋转)操作法，得到分离该双载波调变信号的实部与虚部，如Eq.(6)所示：

$\tilde{r}\≡\left[\begin{array}{c}\widetilde{r_0}\\ \widetilde{r_1}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\frac{h_0^{*}}{\left|h_0\right|}& 0\\ 0& \frac{h_1^{*}}{\left|h_1\right|}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{r}_0\\ r_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\left|h_0\right|s_0\\ \left|h_1\right|s_1\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{h}_0^{*}{n}_0/\left|h_0\right|\\ h_1^{*}{n}_1/\left|h_1\right|\end{array}\right]---\mathrm{Eq}.\left(6\right)$

上式中，该两不同频率的接收信号 $r\≡\left[\begin{array}{c}{r}_0\\ r_1\end{array}\right],$ 如Eq.(2)所示，可用一数学模型来表达；其中s₀，s₁为两个16正交调幅信号，而其接收机的高斯白杂讯以n₀与n₁所表示。该通道解相位矩阵可以一单位矩阵(Unitary Matrix)U表示：

$U\≡\left[\begin{array}{cc}\frac{h_0^{*}}{\left|h_0\right|}& 0\\ 0& \frac{h_1^{*}}{\left|h_1\right|}\end{array}\right]---\mathrm{Eq}.\left(7\right)$

其中两复数h₀与h₁用来表示传输该双载波调变信号的两传输通道的频率响应。在步骤一中，该两接收信号的每一部份各受到一相位旋转，其与通道频率响应加诸于信号的相反相位(故又称为解旋转器或解相位器)。因此，该经由解旋转器后的接收信号

其通道频率响应加诸于信号部份的相位被移除。同时，该解旋转对于复数杂讯向量n，也加上同样的相位旋转，故解相位之后的杂讯向量

为

$\tilde{n}\≡\left[\begin{array}{c}{\tilde{n}}_0\\ {\tilde{n}}_1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{h}_0^{*}{n}_0/\left|h_0\right|\\ h_1^{*}{n}_1/\left|h_1\right|\end{array}\right]---\mathrm{Eq}.\left(8\right)$

将Eq.(1)及Eq.(8)代入Eq.(6)，可得到

$\mathrm{Re}\left\{{\tilde{r}}_0\right\}=\left|h_0\right|(2b_0+b_1)+\mathrm{Re}\left\{{\tilde{n}}_0\right\}$

Eq.(9a)

$\mathrm{Re}\left\{\widetilde{r_1}\right\}=\left|h_1\right|(b_0-2b_1)+\mathrm{Re}\left\{{\tilde{n}}_1\right\}$

$\mathrm{Im}\left\{\widetilde{r_0}\right\}=\left|h_0\right|(2b_2+b_3)+\mathrm{Im}\left\{{\tilde{n}}_0\right\}$

Eq.(9b)

$\mathrm{Im}\left\{\widetilde{r_1}\right\}=\left|h_1\right|(b_2-2b_3)+\mathrm{Im}\left\{{\tilde{n}}_1\right\}$

Re{}及IM{}为分别将{}中参数的实部与虚部取出。此外，如Eq.(9a)与Eq.(9b)所示，利用该解相位矩阵U，将通道频率响应的相位部份，从接收信号中移除的好处就变得明显了。

步骤二为将该解相位双载波调变信号的实部与虚部分开，以备作下一步骤的最小欧基理德距离解码试验。该解相位信号的实部与虚部可被分开，分开后其每一部份只需作包含四个晶格点(lattice point)的公设试验；因为解相位矩阵U是一个单位转移(Unitary Transformation)，故解旋转后的高斯白杂讯

仍具有与n完全相同的统计特性。

步骤三为在每一最小欧基理德距离解码试验中，使用一公设试验法，对该解相位双载波调变信号的实部与虚部，分别解出最大概率的2位。如下所示的Eq.(10a)

${\left(\mathrm{Re}\right\{\widetilde{r_0}\}-|h_0\left|(2b_0+b_1)\right)}^2+{\left(\mathrm{Re}\right\{\widetilde{r_1}\}-|h_1\left|(b_0-2b_1)\right)}^2---\mathrm{Eq}.\left(10a\right)$

可被用来当作搜寻最小欧基理德距离b₀，b₁解的度量标准。而如下所示的Eq.(10b)

${\left(\mathrm{Re}\right\{\widetilde{r_0}\}-|h_0\left|(2b_2+b_3)\right)}^2+{\left(\mathrm{Re}\right\{\widetilde{r_1}\}-|h_1\left|(b_2-2b_3)\right)}^2---\mathrm{Eq}.\left(10b\right)$

可被用来搜寻最小欧基理德距离b₂，b₃的解的度量标准。利用Eq.(10a)解出的2位组乃将四个所有可能的(b₀，b₁)2位组，包含(1，1)，(1，-1)，(-1，1)，及(-1，-1)，代入Eq.(10a)后得到最小值(欧基理德距离平方)的2位组。同样地，利用Eq.(10b)解出的2位组

乃将四个所有可能的(b₂，b₃)2位组，包含(1，1)，(1，-1)，(-1，1)，及(-1，-1)，代入Eq.(10b)后得到最小值(欧基理德距离平方)的2位组。上述试验中，总共需要计算8组度量标准，其中每一度量标准，都是在计算两个2维实数向量间的欧基理德距离平方。

相较于前述的直接型最小欧基理德距离解码，本发明所揭示方法的复杂性减少4倍。先解相位带来的简化最大概率解码，也可以配合用于软位解码(SoftDeci sion Decoding)。该先解相位带来的简化公设搜寻，也使得计算软位解码所须的对数概率比例(Log Likelihood Ratio，LLR)度量标准较为容易，因为对数概率比例度量标准的取得，也必须经由对所有可能的反公设，以最小欧基理德距离为度量标准，进行搜寻。

如图2所示，为一用于最大概率双载波调变信号的解调变装置的功能方块图，该简化最大概率双载波调变信号的解调变器100具有一通道解相位区块10及两个以最小欧基理德距离为度量标准的2位公设试验区块20a及20b。

该通道解相位区块10，为使用该通道解相位操作法，得到并分开该双载波调变信号的实部与虚部。该通道解相位区块10为使用该接受信号r且根据一估计通道频率响应，其将该通道解相位操作法用于接收信号，如Eq.(6)所示。经过解相位后接收信号向量

其包含两实部

及

和两虚部

及该实部

及

输出至第一以最小欧基理德距离为度量标准的2位公设试验区块20a，而其虚部及

输出至第二以最小欧基理德距离为度量标准的2位公设试验区块20b。该第一解出的2位

及

是该第一以最小欧基理德距离为度量标准的2位公设试验区块20a的输出，其欧基理德距离的计算乃根据Eq.(10a)。同样地，第二解出的2位

及

是该第二以最小欧基理德距离为度量标准的2位公设区块试验20a的输出，其欧基理德距离的计算乃根据Eq.(10b)。

在本发明中，简化双载波调变信号解调变器的关键，在于利用通道解相位的运算，将该双载波调变接收信号的实部与虚部间的耦合解开，因此可有效地将该最小欧基理德距离公设试验所须的欧基理德距离计算从32个降低至8个。

因此，该发明的目的包含，但不限于双载波调变信号的解调变，在使用于作最小欧基理德距离公设搜寻之前，先运用一通道解相位器。虽然本发明已经以前述较佳实施例揭示，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，都可作各种的更动与修改。如上述的解释，都可以作各型式的修正与变化，而不会破坏此发明的精神。因此本发明的保护范围应当以权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (10)

1、一种用于简化最大概率双载波调变信号的解调变方法，针对具有频率选择性的传输频道，解调接收的双载波调变信号，其特征在于，由以下步骤组成：

步骤一使用一通道解相位操作法，使得经过解相位后的该双载波调变信号的实部与虚部，可以分开处理；

步骤二将该解相位后的双载波调变信号的实部与虚部，分别执行最小欧基理德距离解码；以及

步骤三  在每一最小欧基理德距离解码时，使用一公设试验法，得到该解相位双载波调变信号的最大概率2位。

2、根据权利要求1所述的用于简化最大概率双载波调变信号的解调变方法，其特征在于，所述步骤一中的一通道解相位操作法，使用一单位通道解相位矩阵在该双载波调变信号以得到一相位旋转。

3、根据权利要求2所述的用于简化最大概率双载波调变信号的解调变方法，其特征在于：所述单位通道解相位矩阵为 $U\≡\left[\begin{array}{cc}\frac{h_0^{*}}{\left|h_0\right|}& 0\\ 0& \frac{h_1^{*}}{|h_1|}\end{array}\right];$ 其中两复数h₀与h₁用来表示该双载波调变信号于两传输通道的频率响应。

4、根据权利要求1所述的用于简化最大概率双载波调变信号的解调变方法，其特征在于：所述步骤三中，该公设试验法对于该传输双载波调变信号的实部与虚部，各使用一组4公设搜寻。

5、根据权利要求1所述的用于简化最大概率双载波调变信号的解调变方法，其特征在于：所述简化最大概率双载波调变信号的解调变方法使用于超宽频***的无线通讯标准。

6、一种用于简化最大概率双载波调变信号的解调变装置，针对具有频率选择性的传输频道，解调接收的双载波调变信号，其特征在于，至少包含：

一通道解相位区块，其使用一通道解相位操作法，使得经过解相位后的双载波调变信号的实部与虚部，可以分开处理；

一第一以最小欧基理德距离为度量标准的2位公设试验区块，电性连结于该通道解相位区块，对于该解相位后的双载波调变信号的实部，使用一公设试验法，以得到第一组最大概率2位；以及

一第二以最小欧基理德距离为度量标准的2位公设试验区块，电性连结于该该通道解相位区块，对于该解相位后的双载波调变信号的虚部，使用一公设试验法，以得到第二组最大概率2位。

7、根据权利要求6所述的用于简化最大概率双载波调变信号的解调变装置，其特征在于，所述通道解相位区块使用一单位通道解相位矩阵于该双载波调变信号以得到一相位旋转。

8、根据权利要求7所述的用于简化最大概率双载波调变信号的解调变装置，其特征在于，所述单位通道解相位矩阵系为 $U\≡\left[\begin{array}{cc}\frac{h_0^{*}}{\left|h_0\right|}& 0\\ 0& \frac{h_1^{*}}{\left|h_1\right|}\end{array}\right];$ 其中两复数h₀与h₁系以用来表示该双载波调变信号于两传输通道中的频率响应。

9、根据权利要求6所述的用于简化最大概率双载波调变信号的解调变装置，其特征在于，所述公设试验法对于该传输双载波调变信号的实部与虚部，各使用一组4公设搜寻。

10、根据权利要求6所述的用于简化最大概率双载波调变信号的解调变装置，其特征在于，所述简化最大概率双载波调变信号装置用于超宽频***的无线通讯标准。

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