CN1307774A - 调制检测方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种调制检测方法和设备,包括从接收信号中采样,确定基准星座点,计算从采样点到基准星座点的路径特定的差错量,将对应于基准星座点的路径特定的差错量传送到调制检测器(14)。从基准星座点中选出具有最小差错量的星座点,最好是两个,仅将对应于这两个星座点的差错量传送给调制检测器(14)。

Description

调制检测方法和设备
本发明涉及一种调制检测方法，包括从接收信号中采样，确定基准星座点，计算从采样点到基准星座点的路径特定的差错量，将对应于基准星座点的路径特定的差错量传送到调制检测器。
在无线信道上传送信息时，应当对需要传送的信号进行调制。调制过程将信号转换成可以在射频上发送的形式。例如，如果某种调制方法允许在尽可能窄的频段上传送尽可能多的信息，则认为该调制方法是有效的。根据使用的目的，也可以强调其他特性。调制过程对相邻信道的干扰也应当尽可能少。
调制方法包括例如π/4-DQPSK(相移为π/4的差分四分相移键控)调制。这种调制方法包括8个相位状态，但仅有4种相移。允许的相移(码元)是±π/4和±3π/4。图3A示出了调制相移图(星座)。每个相移对应于需要发送的两个比特。换句话说，数字信号将载波调制成两比特周期，使得每个码元周期期间的给定相移对应于给定的两比特组合。码元周期是指两比特传送过程中采用的信号周期。对应于比特组合00、01、10和11的相移是π/4、3π/4、-π/4和-3π/4。例如在TETRA***(陆地中继无线)中使用的码元频率是18kHz，比特频率是36kHz。
在接收信号时，需要对它进行解调以检测其中的信息。但是，通过无线路径传送的信号会因不同原因而失真，从而导致调制检测复杂化。信号受损现象包括例如噪声和码元间干扰(ISI)。实现能容忍噪声的调制检测的一种已知方案是MLSE检测器(最大似然序列估计)，它利用了众所周知的维特比算法，即序列检测。维特比算法是一种根据路径差错量确定最可能信号路径的方法。这里，信号路径是指连续调制码元的不同组合。在MLSE检测器中，创建这种方案的信号路径，根据由多个连续调制码元组成的信号路径的差错量，检测对应于给定信号周期的比特。路径中包含的连续码元周期越多，该方法所提供的干扰星座越好。实际上，在该连接中，使用的术语是检测深度，即指路径长度。
上述方案的问题在于，如果检测深度，即路径所包含的码元周期的数量增加，那么路径的数量也增加。在采用例如π/4-DQPSK调制时，每个码元周期包括4个不同的码元选项，使得每个周期中路径的数量增加4倍。这则大大增加了所需的计算容量。
本发明的目的是提供一种解决上述问题的方法。本发明的目的通过一种方法来实现，该方法的特征在于，从基准星座点中选出具有最小差错量的星座点，最好是两个，仅将对应于这两个星座点的差错量传送给调制检测器。
本发明的基本思想是，在每个码元周期期间，选择对应于这样的码元的星座点，该码元与从信号中得到的采样点最为接近。在例如π/4-DQPSK调制中，假定采样点非常可能是两个最接近星座点中的一个，因此，选择这两个点以进行进一步处理。在进一步处理中，丢弃了其余的两个星座点。
本发明方法的优点在于，因为在最初阶段丢弃了不可能的选项，所以减少了所需的计算。这则增加了给定计算容量下允许的检测深度。
本发明还涉及一种调制检测设备，该设备包括从信号中采样的装置，确定基准星座点，计算从采样点到基准星座点的路径特定的差错量的装置，该设备在调制检测器中使用对应于基准星座点的路径特定的差错量以检测比特，该设备的特征在于，从基准星座点中选出具有最小差错量的星座点，最好是两个，在调制检测器中仅使用对应于这两个星座点的差错量。这种设备通过简单的结构实现本发明的调制检测方法所给出的优点。
下面结合附图，通过优选实施例详细描述本发明，在附图中
图1是按照TETRA***的接收结构的框图；
图2是TETRA***的帧结构的简化平面图；
图3A是π/4-DQPSK调制的相移图；
图3B示出了π/4-DQPSK调制的星座点；
图4是按照一种实施例的自适应MLSE检测器及相关的信道估计器的框图；
图5是16状态检测器的格构图；
图6是4状态检测器的格构图；
图7示出了两个星座点情况下，在4码元周期期间信号路径的格式；
图8是本发明实施例的格构图。
下面结合TETRA***描述本发明，但本发明并不局限于任何给定的***或调制方法。
在TETRA***中，通过块编码和卷积编码对从管理层MAC(媒质访问层)接收的信息比特进行编码，因而能够检测并可能纠正信号在无线路径上生成的差错。对编码比特进行交织，分离连续的比特。如果发送的信号在无线路径上遭受瞬时干扰，那么交织有助于差错纠正。交织比特通过给定的色码混合，利用色码可以识别出不同基站的发送。在复用中，组合不同逻辑信道的比特。然后，利用复用的比特生成字符串。字符串是一个TDMA(时分多址)时隙或子时隙中发送的结构。字符串由数据比特字段20和22，以及它们之间的训练序列21组成，如图2所示，训练序列21位于字符串中间。差分编码根据字符串的比特对生成了调制码元。由码元控制调制的载波在发射机中放大，并发送到无线路径。
采用的调制是上述π/4-DQPSK(相移为π/4的差分四分相移键控)调制。这种调制方法包括8个相位状态，但仅有4种相移。允许的相移(码元)是±π/4和±3π/4。实际上，π/4-DQPSK星座以两个4点星座之间的码元的间隔变化，图3B中由4个黑点(第一星座)和4个白点(第二星座)表示。在码元周期变化时，仅发生从白点到黑点的变化和从黑点到白点的变化。这8个星座点中的每一个可以由数字0到3来表示，如图3B所示。无线信道的不理想性可能会导致星座点的变化。
图1是例如TETRA***中按照本发明的接收机结构的框图。仅示出了对描述本发明而言重要的接收机部件。在接收过程中，从天线(未示出)接收信号，射频部件首先处理信号。然后通过A/D转换器(未示出)在中频信号中采样。样本被传送到同步部件11，由图1的信号RF1表示。同步部件11在得到的样本中搜索与帧结构相关联的训练序列，利用它精确地确定采样时刻，即所***元在样本流中的位置。同步部件也控制接收机的射频部件，将到达A/D转换器的信号维护在最优值。同步部件将帧传送到信道均衡器和检测器部件14。信道均衡器均衡无线路径信道所引起的不理想性，相关的检测器检测信息比特。最后，在成帧部件18中根据帧生成逻辑信道，并发送以进行进一步处理。
以上描述了接收机的通用结构的一个例子，以助于理解本发明。但是，接收机的结构可以有所变化，而不偏离本发明，本发明面向接收机的MLSE检测器。
在本发明的主实施例中，MLSE检测器具有维特比算法。这样，自适应MLSE检测器包括维特比检测器41和至少一个自适应信道估计器42a(a＝1到Mv)，如图4所示。维特比检测器41利用无线信道脉冲响应的信道估计器42a所生成的描述，估计发送的序列rn。信道估计器42a利用维特比检测器41所生成的判决Jn，或者利用预定判决，自适应地估计无线信道脉冲响应。按照本发明，一个信道估计对应于维特比检测器的一个序列。这些估计可以通过一个公共信道估计器来实现，但这会削弱信道估计器的跟踪能力。图4所示实施例包括多个并行信道估计器42a，其数量最好与存在的序列相同。
对无线路径而言，发送信号一般沿多个传播路径到达接收机，每个路径具有特定的时延，信道特性也随着时间变化。例如，无线路径上反射并延时的射束会引起所谓的码元间干扰(ISI)。信道的频率响应或脉冲响应可以通过离散定时滤波器来估计，离散定时滤波器是其抽头系数模拟无线信道的信道估计器。信道估计器用于描述无线信道的状态。
在本描述中，信道估计器一般指估计和维护复杂的无线信道脉冲响应描述的机制。信道估计的更新方法是这种机制的必要部分。在TETRA***中，可以利用LMS(最小均方)算法更新信道估计。为了在实际的信息比特开始之前，确保LMS算法的收敛，检测器14必须得到信道状态的优化初始估计。该估计得自同步装置11，后者在搜索最优采样时刻时，计算接收信号的训练序列21和训练序列的存储版本之间的复杂的互相关。通过互相关计算可以得到信道估计的初始值，该值给出了训练序列期间信道的平均状态。信道均衡和码元检测一直到接收到训练序列之后才启动。这是因为，码元同步能够尽可能精确地调整码元定时，生成初始信道估计。在估计初始化之后，总是利用以下过程来完成前向和后向信道均衡：训练检测器14通过训练序列21向字符串尾端处理，或者相应地向首端处理，如图2所示。
维特比算法是为对应于多个信号路径中最大可能性的信号路径搜索格构，在这些信号路径中，一个信道估计对应于每个信号路径。在格构搜索的每个阶段，ML序列在检测器中传播，每个ML序列具有基于欧几里德距离的特定路径矩阵。MLSE检测的主要思想在于，尝试根据信道当前状态的信息，即信道估计，构造基准星座点。一旦根据最佳信号路径计算并选择了基准星座点，那么可以为每个信道估计计算基准点和接收样本之间的差值。这种误差可以用于更新信道估计器。因为计算复杂性随着长度L以指数级增长，所以检测器的实际实现只有在M和L的值相对较小时才可行。在例如传送语音的蜂窝无线***中，经常选择较小的M和L的值，例如M＝4和L＝2。
在图3B的星座中，例如M＝4。如果信道估计给出了前一码元、当前码元和下一码元的组合效果，则L＝2。在这种情况下，不同星座点组合的数量，状态是16。这要求16状态检测器，其格构图如图5所示。示出了从白星座到黑星座的变化。因此，每个状态将包括4个路径，将选择其中的最佳路径进行进一步处理。
图6示出了4状态维特比检测器的格构图，其中星座以两个4点星座之间的码元的间隔变化，与16状态检测器的情况相同(M＝4)。状态的定义与16状态检测器不同，状态仅通过当前星座点，而不是两个连续星座点来确定，即L＝1。黑点给出了可选调制码元，其编号为0到3。图6示出了未使用本发明方法时，仅两个码元周期期间的4*4＝16个路径。从1到16的可选路径是：
     1：00    5：01    9：02     13：03
     2：10    6：11    10：12    14：13
     3：20    7：21    11：22    15：23
     4：30    8：31    12：32    16：33
图5和6清楚地示出了检测长度或路径L是如何影响计算的复杂性。另一方面，长度L越大，最佳路径的选择越精确。
按照本发明，通过以下过程可以减少所需的计算：在格构搜索的给定阶段定义的基准星座点中选择若干，最好是2个，具有最小差错量的星座点。在格构搜索的下一阶段，仅使用这些选出的基准点，而不象常规的MLSE检测器那样使用所有基准点。因为设备(通常是信号处理器)的性能需求更低，可以直接使用更少的计算，从而降低了设备的价格和功率消耗，或者因为计算的信号路径较长，改进了检测的精确度。
下面通过例子描述本发明的检测过程。
首先，同步部件将无线信道的初始估计传送到估计器。然后进行通过训练序列21和前半时隙20的后向检测，以及相应地进行通过训练序列21和后半时隙22的前向检测。
在后向检测中，MLSE检测器开始从训练序列的尾端后向向字符串的首端检测训练序列21的比特，如图2所示。MLSE检测器基于该训练序列，生成可选信号路径，其数量取决于所用的检测深度。如果在检测实际的信息比特时，在训练序列之后采样了第一IQ样本，那么基于对应于最佳已知信号路径的信道估计确定基准星座点。最佳已知路径是差错量(路径上的点的组合差错量)最小的路径，因此，对应的信道估计可能最接近于信道的实际状态。
接着，计算从采样点到4个基准星座点中每一个的差错量。在这4个基准星座点中，选择具有最小差错量的两个点进行进一步考察。如果基于最佳路径的信道估计选择了最佳的两个星座点，那么在码元周期上具有最佳量N的星座点标记成编号0，而次佳星座的编号为1。为其他路径确定对应于这两个选出的点的路径特定的基准星座点。这减少了计算需求，因为只需要为最佳路径确定所有4个基准星座点，而其他路径只需确定2个基准星座点。接着，将对应于这两个选出的星座点的差错量分别加入路径的差错量中，计算出路径的差错量。因此，为每个旧路径得到两个新的路径。最后，得到的路径特定的差错量并传送给维特比检测器，后者选择最佳路径以进一步处理。这样，活跃路径的数量保持不变，因为检测器丢弃了一半路径。上述处理继续开始新的样本IQ的采样，直至处理完前半个时隙的所有信息比特。
图7示出了采用本发明方法情况下信号路径的格式图。每个码元周期仅有两个调制码元，标记成0和1，路径的数量是2N，其中N是需要考虑的码元周期的数量。在图7的情况下，在4个码元周期期间得到了16个不同的路径方案，它们是
     1：0000    5：0100    9：1000     13：1100
     2：0001    6：0101    10：1001    14：1101
     3：0010    7：0110    11：1010    15：1110
     4：0011    8：0111    12：1011    16：1111
图8示出的格构图说明了按照一种实施例采用本发明方法时，在上述情况下的***状态和变化。
根据上述情况，可以认定，在所需计算容量取决于需要处理的路径数量时，在给定计算容量下可以通过在开始处理时丢弃不可能的码元选项来大幅度增加检测深度。
当上述处理到达前半时隙20的首端时，从活跃路径中选出在字符串的整个前半时隙20上具有最佳量的路径，然后，回溯该路径到训练序列21的首端。在回溯过程期间完成码元检测。
在前向检测上，MLSE检测器开始从训练序列首端前向向字符串的尾端检测训练序列21的比特，如图2所示。最佳路径的搜索一直象上述那样继续，直至到达后半时隙22的尾端。然后，选出在字符串的整个后半时隙22上具有最佳量的路径，回溯该路径到训练序列21的尾端。在回溯过程期间完成码元检测。
此时，已检测完字符串的所有比特。
尽管这种实施例描述给出了采用π/4-DQPSK调制的TETRA***中本发明方法的使用，但它决不限制本发明方法在其他类型***中的应用。因此，采用的调制方法可以是另一方法，类似地，也可以使用另一检测算法来代替维特比算法。
对本领域技术人员而言，显然随着技术的进步，本创新概念可以以若干不同方式实现。这样，本发明及其实施例并不局限于上述例子，而是可以在权利要求书范围内有所变化。

Claims (9)

1.一种调制检测方法，包括从接收信号中采样，确定基准星座点，计算从采样点到基准星座点的路径特定的差错量，将对应于基准星座点的路径特定的差错量传送到调制检测器，其特征在于，从基准星座点中选出具有最小差错量的星座点，最好是两个，仅将对应于这两个星座点的差错量传送给调制检测器。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，基于对应于根据对应于最佳已知路径的信道估计确定的基准星座点的差错量，为所有路径选择星座点，将对应于这些星座点的差错量传送给调制检测器。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，基于对应于每个路径的信道估计路径特定地确定基准星座点。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，在基于对应于根据对应于最佳已知路径的信道估计确定的基准星座点的差错量，选择了具有最小差错量的星座点之后，为其它路径仅确定对应于选择的星座点的路径特定的基准星座点和相应的差错量。
5.根据权利要求1到4中任意一项的方法，其特征在于，调制检测器是一个维特比检测器。
6.根据权利要求1到5中任意一项的方法，其特征在于，从接收的信号中读取训练序列(21)，根据训练序列生成信道状态的初始估计，读取前半时隙(20)，生成可选信号路径，选择具有最佳差错量的信号路径，检测对应于前半时隙中最佳信号路径的比特，从接收的信号中读取训练序列(21)，根据训练序列生成信道状态的初始估计，读取后半时隙(22)，生成可选信号路径，选择具有最佳差错量的信号路径，检测对应于后半时隙中最佳信号路径的比特。
7.一种调制检测设备，该设备包括从信号(RF1)中采样的装置，确定基准星座点，计算从采样点到基准星座点的路径特定的差错量的装置(14)，该设备在调制检测器(14)中使用对应于基准星座点的路径特定的差错量以检测比特，其特征在于，从基准星座点中选出具有最小差错量的星座点，最好是两个，在调制检测器(14)中仅使用对应于这两个星座点的差错量。
8.根据权利要求7的设备，其特征在于，基于对应于根据对应于最佳已知路径的信道估计确定的基准星座点的差错量，为所有路径选择星座点，将对应于这些星座点的差错量传送给调制检测器。
9.根据权利要求8的设备，其特征在于，基于对应于每个路径的信道估计路径特定地确定基准星座点。
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