CN1166139C - 同步和调制类型的检测 - Google Patents

Abstract

在包括发射机和接收机的通信***中，使接收机与发射机同步，以及由发射机发送的和由接收机接收的信号的调制类型被检测。接收的信号的第一部分与代表由通信***所使用的调制类型的一个或多个信号进行相关，以便检测所使用的调制的类型。在发射机与接收机之间建立同步。该第一部分与代表在通信***中使用的各种调制类型的一个或多个不同信号中的每个信号进行相关，以便检测所使用的调制的类型。替换地，为了检测所使用的调制类型，接收信号的第一部分被去旋转不同的量，以便产生多个去旋转的信号，与代表由通信***所使用的调制的信号进行相关。如果相关没有导致确定调制类型，则或者选择预定的调制类型，或者在后一级根据例如信号质量的比较或均衡结果作出调制类型的判决。

Description

同步和调制类型的检测

                       背景

本发明总的涉及用于同步和调制类型的检测的方法和设备。更具体地，本发明涉及通信***中用于同步和调制类型的检测的方法和设备。

在某些蜂窝通信***中，可以有利地使用不同的调制类型例如在发射机(诸如基站)与接收机(诸如移动台或固定的蜂窝终端)之间交换信息。例如，某些调制类型可以在移动台高速移动时很好地对抗干扰和背景噪声，这种调制类型通常是与低的数据速率相联系的。其它的调制类型可以提供更高的数据速率，但可能对噪声等更敏感。这样的调制类型只适用于移动台低速移动以及在其中噪声比接收的信号强度更小的有限的区域，例如，办公室或城市。

使用不同调制类型的蜂窝***的一个例子是建议的EDGE(用于全球移动通信***(GSM)演进的增强的数据速率)***，其中GMSK(今天使用于GSM***的调制类型)将被用作为鲁棒的低数据速率调制以及偏移8-PSK将被用作为用于更高的数据速率的调制。

在诸如这些的通信***中，信息典型地以固定长度的突发被交换。典型地，调制类型在一个突发内是相同的。在同一个数字通信***中使用不同的调制类型需要检测在特定的突发中所使用的调制类型。确定调制类型的一个简单的方法是使用在发射机与接收机之间的某种信令来表示哪种调制类型正在被使用。然而，这种信令降低信息数据速率，所以这可能是不希望的。为了避免对于这种信令的需要，可以使用盲调制检测，需要在接收机中检测发送的比特和调制类型。调制检测装置的复杂性应当保持为低的，以使得接收机中所需要的处理功率最小化。另外，检测应当适应于接收的信号质量，以得到在复杂性与性能之间的良好折衷。

已作出各种尝试来检测调制类型。例如，授权给Kimura等的美国专利No.5,600,673揭示了使用在恢复的数据时钟和接收的数据之间的相位差来鉴别调制格式。授权给Brandl等的美国专利No.4,933,958揭示了类似的用于调制检测的技术。这两个专利的任一个专利都没有解决符号间干扰(ISI)问题，这是由于无线电波的多径传播而在现在的无线通信***中很普通的问题。

在蜂窝无线通信***中，重要的是接收机应当同步到发射机，即，接收机的本地时间基准应当被同步到发射机的时间基准。为此，同步信号由发射机周期地发送。接收机本身通过使用同步信号与发射机同步。

所以，需要一种有效的调制检测技术，它以简单和可靠的方式检测所使用的调制类型。而且，检测单元即使在严重的符号间干扰(ISI)条件下也应当是可靠的。为了减小接收机的复杂性和从而减小处理功率，调制类型的检测应当在信号接收后尽可能快地完成，例如与同步同时完成。

                        发明概要

所以，本发明的一个目的是提供用于检测接收信号的调制类型的、简单和有效的方法。本发明的另一个目的是提供在严重干扰的条件下有效的调制检测技术。本发明的再一个目的是提供用于执行或至少尝试与同步同时地进行调制类型检测的技术。

按照示例性实施例，这个和其它目的可以通过在包括发射机和接收机的通信***中用于同步和调制检测的方法和设备而被满足。使接收机与发射机同步，以及由发射机发送的和由接收机接收的信号的调制类型被检测，或试图检测调制类型。接收的信号的第一部分与代表由通信***所使用的调制类型的一个或多个信号进行相关，以便检测在接收信号中所使用的调制的类型。在发射机与接收机之间建立同步。

按照第一实施例，接收的信号的第一部分与代表在通信***中使用的各种调制类型的一个或多个不同信号的每个信号进行相关，以便检测所使用的调制的类型。按照第二实施例，接收的信号的第一部分被去旋转(derotate)不同的量，以便产生多个去旋转的信号，把它们与代表由通信***所使用的调制类型的某一信号进行相关，以便检测所使用的调制的类型。按照第三实施例，如果未能通过把接收的信号的第一部分与各种调制类型的一个或多个不同信号的每个信号进行相关而检测出调制类型，则或者确定预定的调制类型是该调制类型，或者调制类型根据例如信号质量的比较或均衡的结果被决定。按照第四实施例，如果未能通过把去旋转的信号与代表由通信***使用的调制的某一信号进行相关而检测出调制类型，则或者预定的调制类型被确定为该调制类型，或者调制类型根据例如信号质量的比较或均衡的结果被决定。

                    附图简述

通过结合附图阅读本说明，将明白本发明的特性、目的、和优点，其中相同的参考数字是指相同的单元，以及其中：

图1A-1D显示按照示例性实施例的、用于同步和调制类型检测的设备；以及

图2A-2D显示按照示例性实施例的、用于同步和调制类型检测的方法。

                       详细描述

为了说明起见，以下的描述是针对蜂窝无线通信***的，但将会看到，本发明并不被限制于此，以及可被应用到其它类型的通信***。

图1A显示按照第一实施例的、同时同步和调制类型检测设备。这个***可被包括在接收机中，诸如移动台或固定的蜂窝终端。如图1A所示，已从无线信号被下变频到基带信号和以某个速率(例如，符号速率)被采样的、具有预定突发长度的接收的信号y_n被存储在缓冲器100中。该信号包括含有已知符号模式(例如训练序列)的第一部分，以及包含例如数据和/或控制与信令信息的第二部分。在突发内的接收信号y_n的第一部分，例如训练序列，从缓冲器100被输出到同步单元110。在同步单元110中执行对于在特定通信***中使用的M个可能的调制类型中每个类型的不同训练序列TS₁，...，TS_m与接收的训练序列之间的相关运算，以便检测在接收信号中使用的调制类型和确定训练序列在突发内的何处开始，以便建立突发同步。在数学上，这可以用以下的方式被说明。

假设被下变频到基带和被采样的接收信号突发可被写作为：

y_n＝h₀u_n+...+h_Lu_n-L+e_n，n＝1，...，K          (1)

其中K是突发长度，H＝[h₀，...，h_L]是无线信道，u_k是在时间k时发送的符号，以及e_n是某种噪声。在同步单元110的相关通过计算下式来完成：

$c^i\left(k\right)=\frac{1}{n_{\mathrm{TS}}^i}\underset{n=1}{\overset{n_{\mathrm{TS}}^i}{\mathrm{\Σ}}}y(n+k)u_{\mathrm{TS}}^i\left(n\right),k=n_0,\·\·\·,n_0+N,i=1,\·\·\·,M----\left(2\right)$

其中cⁱ(k)是在接收信号与对于调制类型i已知的训练序列uⁱ _TS(n)之间的k滞后的互相关，N是同步窗口长度，以及M是在通信***中使用的、可能的调制类型的总的数目。由于无线信道被假设是L阶的，所以，开始的或同步位置以及调制类型可以通过使用以下的等式被选择：

能量 $\left(k\right)_i=\underset{n=k}{\overset{k+L}{\mathrm{\Σ}}}|c^i\left(k\right){|}^2,i=1,\·\·\·,M----\left(3\right)$

同步位置，

正如可从这些方程看到的，导致最大的能量相关能量ⁱ(k)的同步位置和调制类型被确定为正确的调制类型和同步位置。如果M＝1，这意味着只有一种调制的类型正在被使用。这例如在J.Proakis的“DigitalCommunications(数字通信)”McGraw-Hill Inc.，纽约，1995和WO96/13910中被描述。

代表检测的调制类型的信息被馈送到去旋转单元120，它根据检测的调制类型旋转接收信号的第二部分，例如信息序列。旋转被执行，以便于补偿在发射机中引入的可能的偏移。例如，假设M＝2，以及所使用的两种调制类型或者是π/8偏移8-PSK，这样发送的信号u_t被给出为：

$u_t=e^{j\frac{\mathrm{\πt}}{8}}{v}_t----\left(5\right)$

其中 $v_t\∈e^{j\frac{\mathrm{\π}}{4}{k}_2},k_i\∈(0,\·\·\·,7)----\left(6\right)$

或者是GMSK，即线性近似，在这种情形下，发送的信号u_t被给出为：

$u_t=e^{j\frac{\mathrm{\πt}}{2}}{v}_t----\left(7\right)$

其中v_t0∈(-1，1)。                         (8)

为了补偿偏移，接收的信号在8-PSK情形下被去旋转e^-jπt/8，以及在GMSK情形下被去旋转e^-jπt/2。同步单元110检测调制类型，以及提供给去旋转单元120以正确的旋转因子，即在8-PSK情形下θ＝π/8，以及在GMSK情形下θ＝π/2。接收信号的旋转的第二部分， ${\tilde{y}}_n{=e}^{-\mathrm{j\θn}}{y}_n,$ 连同同步位置和代表检测的调制类型的信息然后一起被馈送到信道估值器130，它根据训练序列、检测的调制类型、和去旋转的接收信号来估值信道。估值的信道滤波器抽头， ${\hat{h}}_i,i=0,\·\·\·,L$ 然后连同去旋转的信号

被馈送到均衡器140，用于估值发送的信号u_t。

图2A显示按照第一实施例的、用于同时同步和调制类型检测的方法。该方法在步骤200开始：接收的信号被存储。在步骤210，信号的第一部分，例如训练序列，与代表各种调制类型的信号进行相关，以检测接收信号的调制类型，以及确定训练序列的开始点，以便建立突发同步。在步骤220，接收信号的第二部分，例如信息序列，被去旋转。在步骤230，通过使用代表所确定的调制类型的信息、去旋转的信号、和检测的同步位置去执行估值。最后，在步骤240，信道被估值，以及去旋转的信号在均衡器中被处理。

在某些通信***中，同一个训练序列被使用于全部M个不同的调制类型。在这种情形下，偏移是在不同的调制类型之间的差别的信息。按照第二实施例，图1B所示的同时同步和调制类型检测设备可被使用于这种类型的***。

在图1B所示的设备中，类似于图1A所示的设备，接收的信号被存储在缓冲器100中。接收信号的第一部分，例如训练序列，从缓冲器100被输出到去旋转器单元105，它按照对于各个调制类型的不同偏移来去旋转该第一部分。例如，假设M＝2，以及所使用的两种调制类型或者是π/8偏移8-PSK，这样发送的信号u_t被由等式(5)给出，或者是GMSK，即线性近似，在这种情形下，发送的信号u_t被由等式(7)给出。然后。接收的信号y_t在Derot₁ 105中被去旋转e^-jπt/8，以及在Derot₂ 105中被去旋转e^-jπt/2。被去旋转的输出 y₁，…， y_M然后被馈送到同步单元110，它执行在通信***的训练序列TS与每个被去旋转的接收序列 y₁，…， y_M之间的相关，以便找出使用哪种调制和训练序列在突发内哪个地方开始，来建立突发同步。代表检测的调制类型的信息然后被馈送到去旋转单元120，它把接收信号的第二部分，例如信息序列，旋转一个适合于检测的调制类型的量。旋转的接收序列， ${\tilde{y}}_n=e^{-\mathrm{j\θn}}{y}_n,$ 其中θ是已决定的偏移(即，它确定调制类型)，连同同步位置和代表检测的调制类型的信息一起然后被馈送到信道估值器130，信道估值器130根据训练序列、检测的调制类型、和接收信号来估值信道。估值的信道滤波器抽头， ${\hat{h}}_i,i=0,\·\·\·,L,$ 和代表检测的调制类型的信息然后连同 一起被馈送到均衡器140，用于进一步处理。

图2B显示按照第二实施例的、用于同时同步和调制类型检测的方法。类似于图2A所示的方法，该方法在步骤200开始：接收的信号被存储。在步骤205，接收信号的第一部分，例如训练序列，在多个去旋转器中被去旋转。在步骤212，训练序列的去旋转版本与通信***的训练序列TS进行相关，以检测接收信号的调制类型，以及确定训练序列的开始点，以便建立突发同步。在步骤220，接收信号的第二部分，例如信息序列，被去旋转。在步骤230，通过使用代表所确定的调制类型的信息、去旋转的信号、和检测的同步位置，执行信道估值。最后，在步骤240，信道估值与去旋转的信号在均衡器中被处理。

在以上的实施例中，调制类型检测是通过例如把接收信号的训练序列与代表由通信***使用的调制类型的一个或多个信号进行相关以确定在接收信号中使用的调制类型，而与同步同时地被执行的。如果接收序列包含太多的噪声，则调制类型检测可能失败。

按照第三实施例，提供了万一由同步单元检测调制类型失败时用于处理调制类型检测的设备。图1C显示按照第三实施例的、用于同步和调制类型检测的设备。图1C的***类似于图1A所示的***，即，接收的信号被存储在缓冲器100中，以及接收信号的第一部分，例如训练序列，从缓冲器100被输出到同步单元115。在同步单元115中执行对于在特定的通信***中使用的M个可能的调制类型中每个类型均不同训练序列TS₁，...，TS_m与接收的训练序列之间的相关运算，确定训练序列在突发内的何处开始，以便建立突发同步。由于无线信道被假设是L阶的，对于每个可能的调制类型的同步位置可以通过使用等式3和4使得长度L的窗口内的能量最大化，而被计算。

对于每个可能的调制类型的最佳同步位置的能量然后被互相比较。根据在调制类型之间的能量分布，作出判决：调制类型是否被检测出。例如，如果：

其中kⁱ _opt是对于调制类型i的最佳同步位置，以及kⁿ _opt是对于调制类型n的最佳同步位置，则作出判决：调制类型是调制类型i。另一方面，如果：

则或者可以选择预定的调制类型作为调制类型，或者在这时不作出调制类型判决。例如，根据关于调制类型检测由于坏的信号质量而失败的假设，最鲁棒的调制类型可被选择为调制类型，意味着多半使用最鲁棒的调制。例如，如果GMSK和8-PSK是两个可能的调制类型，则GMSK可被选择为调制类型，因为GMSK对于噪声是相当不敏感的，因此是比8-PSK更鲁棒的。因此，在这级以后，或者调制类型被检测，或者有1＜υ≤M个调制类型剩下，可在其间进行选择，其中υ代表在1与可能的调制类型的总数目M之间的可能的调制类型的数目。

关于调制类型是否已被决定的信息然后被馈送到去旋转器单元125，它或者根据检测的调制类型(用实线表示)或者按照仍旧是候选者的全部υ个调制类型(用实线和虚线表示)来去旋转接收的样本。旋转是为了补偿如上所述的、在发射机中引入的偏移而被执行的。接收信号的旋转的第二部分， y_n ^l，...， y_n ^v，连同同步位置、训练序列TS₁…TS_m，和代表调制类型是否被检测的信息一起被馈送到信道估值器135，它根据训练序列、关于调制类型的信息、和去旋转的接收信号部分来估值信道。信道估值器135可以是最小平方型的。如果调制类型检测在同步单元115中已完成，则估值的信道滤波器抽头， ${\hat{h}}_i,i=0,\·\·\·,L$ 然后连同该去旋转的信号 被馈送到均衡器145，用于进一步处理。

如果在同步单元115中没有完成调制类型检测，则信道估值器135估值υ个信道估值，对于可能的υ个调制类型中每个类型一个信道估值。在信道估值器135中可以根据某些质量测量值，诸如从LS估值得到的、对于υ个调制类型的每个调制类型的估值信号-噪声比(SNR)执行新的检测程序。对于调制类型的SNR可以被定义为如下：

${\mathrm{SNR}}_i=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{k=0}^L|{\hat{h}}_k^i{|}^2}{{\mathrm{\σ}}_i^2}----\left(11\right)$

其中 ${{\hat{h}}_k}^i,k=0,\·\·\·,L$ 是对于调制类型i的估值的信道滤波器抽头，以及σ_i ²，是当假设调制类型i时估值的噪声功率。例如，如果：

SNR_i ^＞＞SNR_n，对于所有

则调制类型i被检测。估值的信道滤波器抽头， ${\hat{h}}_i,i=0,\·\·\·,L$ 和检测的调制类型然后连同 y_n被馈送到均衡器，用于进一步处理。

如果因为w个候选者(其中1＜w＜υ)几乎具有相同的SNR，而在信道估值器135中没有执行调制类型检测，则对于所有这些w个调制类型 $\{{{{\hat{h}}_i}^l\}}_{i=\left(\mathrm{0,1}\right)},\·\·\·,\{{{{\hat{h}}_i}^w\}}_{i=\left(\mathrm{0,1}\right)}$ 的信道滤波器抽头被馈送到均衡器145。然后，在均衡器145中执行w个均衡，以及对于w个调制类型中每个类型的结果连同关于调制类型是否被检测的信息一起被馈送到判决单元150。在判决单元150中，可以根据来自均衡器145的度量作出判决：接收信号是以W种调制类型中的哪种调制类型被调制的，该度量的计算在本领域是已知的。

图2C显示按照第三实施例的、用于同步和调制类型检测的方法。该方法在步骤200开始：接收的信号被存储。在步骤215，试图把信号的某一部分，例如训练序列，与代表各种调制类型的信号进行相关，以检测接收信号的调制类型，以及确定训练序列的开始点，来建立突发同步。在步骤218，确定调制类型是否被检测。如果调制类型被检测，则在步骤220，接收信号的第二部分，例如信息序列，被去旋转。在步骤230，通过使用代表所确定的调制类型的信息、去旋转的信号、和检测的同步位置去执行信道估值。在步骤240，去旋转的信号在均衡器中被处理。

如果在步骤218，确定调制类型未被检测，则该方法前进到步骤225，在此步骤，接收信号的第二部分按照所有的候选调制类型被去旋转。接着，在步骤235，通过使用训练序列和去旋转的第二部分来执行信道估值。在步骤237再次试图根据信号质量的比较来进行调制类型检测。在步骤239，确定调制类型是否被检测。如果是的话，在步骤245执行均衡。否则，在步骤247，对于所有的候选信道估值执行均衡，以及最后在步骤250，决定调制类型。

按照第四实施例，图1D所示的同步和调制类型检测设备可被使用于其中对于所有M个不同的调制格式使用同一个训练序列的***。

在类似于1B所示的设备的、图1D所示的设备中，接收的信号被存储在缓冲器100中。接收信号的第一部分，例如训练序列，从缓冲器100被输出到去旋转单元105，后者按照对于各个调制类型的不同偏移来去旋转该第一部分。接收的信号y_t在Derot₁ 105中被去旋转e^-jπt/8，以及在Derot₂ 105中被去旋转e^-jπt/2。被去旋转的输出 y₁，...， y_M然后被馈送到同步单元115，它执行在通信***的训练序列TS与每个被去旋转的接收序列 y₁，...， y_M之间的相关，以便找出训练序列在突发内哪个地方开始，建立突发同步。然后，如参照图1B和1C那样描述的去执行信道估值、进一步去旋转、均衡、和调制类型检测的判决。

图2D显示按照第二实施例的、用于同步和调制类型检测的方法。类似于图2B所示的方法，该方法在步骤200开始：接收的信号被存储。在步骤205，接收信号的第一部分，例如训练序列，在多个去旋转器中被去旋转。在步骤217，试图通过把训练序列的去旋转版本进行相关，而检测调制类型，以及确定训练序列的开始点，以便建立突发同步。在步骤218，确定调制类型是否被检测。如果是的话，则在步骤220，接收信号的第二部分，例如信息序列，被去旋转。在步骤230，通过使用代表所确定的调制类型的信息、去旋转的信号、和检测的同步位置来执行信道估值。在步骤240，在均衡器中用该去旋转的信号处理该信道估值。

如果在步骤218，确定调制类型未被检测，则过程前进到步骤225，在此步骤，接收信号的第二部分被去旋转。接着，在步骤235，通过使用训练序列和已旋转的第二部分来执行信道估值。在步骤237再次试图根据信号质量的比较结果来进行调制类型检测。在步骤239，确定调制类型是否被检测。如果是的话，在步骤245执行均衡。否则，在步骤247，对于所有的候选的信道估值执行均衡，以及最后在步骤250，决定调制类型。

将会看到，在上述的实施例中描述的步骤的次序只是作为例子被给出，以及次序可以按想要的那样被改变。例如，接收信号的第二部分可以在均衡之前的任何的方便点处被去旋转。

本发明涉及其中数字通信中使用同步和检测的所有领域。本发明提出用于突发同步和调制类型检测的快速和简单的方法。本发明特别适用于蜂窝通信***中的移动台和基站，但它的应用并不限于此。

本领域技术人员将会看到，本发明可以以其它特定的形式来实施，而不背离本发明的本质特性。所以，上述的实施例应当被看作为在所有的方面是说明性的，而不是限制性的。

Claims (22)

1.在包括发射机和接收机的通信***中，用于把接收机与发射机同步和检测由发射机发送的和由接收机接收的信号的调制类型的设备，该设备包括：

检测器，用于通过把接收的信号的第一部分与代表由通信***所使用的调制类型的一个或多个信号进行相关而检测在接收信号中所使用的调制的类型；以及

同步单元，用于使接收机与发射机同步，

其特征在于，还包括：

去旋转器，用于把接收信号去旋转不同的量，以便产生多个去旋转的信号，

其中该检测器把代表由通信***所使用的调制的信号与每个去旋转的信号进行相关，以便检测所使用的调制的类型。

2.权利要求1的设备，其中检测器把接收的信号的第一部分与代表在通信***中使用的各种调制类型的一个或多个不同的信号中每个信号进行相关，以便检测所使用的调制的类型。

3.权利要求1的设备，还包括信道估值器，用于根据检测的调制类型来估值接收信号的信道。

4.权利要求1的设备，还包括去旋转器，用于去旋转接收信号的第二部分，以便补偿由发射机引入的偏移。

5.权利要求3的设备，还包括均衡器，用于均衡信道估值和接收信号的第二部分。

6.权利要求1的设备，其中调制类型检测和同步是同时执行的。

7.权利要求1的设备，其中接收信号的第一部分是训练序列，以及接收信号的第二部分是信息序列。

8.权利要求1的设备，还包括判决单元，其中如果检测器未检测出调制类型，则把预定的调制类型确定为所使用的调制类型。

9.权利要求1的设备，还包括判决单元，其中如果检测器未检测出调制类型，则由判决单元作出调制类型的判决。

10.权利要求8或9的设备，其中判决单元根据信号质量的比较决定调制类型。

11.权利要求8或9的设备，还包括均衡器，其中判决单元根据均衡结果判决调制类型。

12.在包括发射机和接收机的通信***中，用于使接收机与发射机同步和检测由接收机接收的发送信号的调制类型的方法，该方法包括以下步骤：

通过把接收的信号的第一部分与代表由通信***所使用的调制类型的一个或多个信号进行相关而检测在接收信号中所使用的调制的类型；以及

使接收机与发射机同步，

其特征在于，还包括：

把第一部分去旋转不同的量以便产生多个去旋转的信号的步骤，

其中检测步骤包括把代表由通信***所使用的调制的信号与每个去旋转的信号进行相关，以便检测所使用的调制的类型。

13.权利要求12的方法，其中检测步骤包括把该第一部分与代表在通信***中使用的各种调制类型的一个或多个不同的信号中每个信号进行相关，以便检测所使用的调制的类型。

14.权利要求12的方法，还包括根据检测的调制类型来估值接收信号的信道。

15.权利要求12的方法，还包括去旋转接收信号的第二部分，以便补偿由发射机引入的偏移。

16.权利要求14的方法，还包括均衡该信道估值和该接收的信号的第二部分。

17.权利要求12的方法，其中检测和同步的步骤是同时执行的。

18.权利要求12的方法，其中接收信号的第一部分是训练序列，以及接收信号的第二部分是信息序列。

19.权利要求12的方法，其中如果未能通过检测步骤检测出调制类型，则把预定的调制类型确定为所使用的调制类型。

20.权利要求12的方法，其中如果未能通过检测步骤检测出调制类型，则包括另一个决定调制类型的步骤。

21.权利要求19或20的方法，其中决定步骤根据信号质量的比较决定调制类型。

22.权利要求19或20的方法，还包括均衡步骤，其中决定步骤根据均衡结果决定调制类型。

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