HOU XIAOHUI (CN)
CN101505292A | 2009-08-12 | |||
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US20040156309A1 | 2004-08-12 |
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权 利 要 求 书 一种相位噪声的估计方法, 包括如下步骤: 获取接收数据的均衡后符号 r(A:)对应的发送符号 , 其中, k = 0, ..., K _ \, f为一帧接收数据包括的符号数目; 根据 和 aik")获取公共相位噪声; 根据 r(A:)、 和所述公共相位噪声获取残余相位噪声; 以及 根据所述公共相位噪声、 所述残余相位噪声和离散余弦变换的基函数矩阵 获取相位噪声。 如权利要求 1所述的估计方法, 其中, 所述获取接收数据的均衡后符号 r^)对 应的发送符号 ), 包括: 对 r(A:)进行硬判决, 得到^; A) ; 或者 对 r(A:)进行软判决, 并对软判决结果进行重构得到 aik")。 如权利要求 1所述的估计方法, 其中, 按照如下公式获取公共相位噪声: 其中, 为公共相位噪声, ( f表示求共轭运算, arg ( )表示求复数的辐 角运算。 4. 如权利要求 3所述的估计方法, 其中, 按照如下公式获取残余相位噪声: 如权利要求 4所述的估计方法, 其中, 按照如下公式获取相位噪声: 其中, A:)为相位噪声, 为离散余弦变换的基函数矩阵, Ψ 为 的 转置,(¾^)^=^^), 为离散余弦变换的第 "个基函数, η = 0,-··,Ν_ , N为所述基函数的数目。 6. 如权利要求 3所述的估计方法, 其中, 按照如下公式获取残余相位噪声: Β (TO) =— arg ^r(b + mB)e~]e"ga (b + mB) 其中, 一帧接收数据的 个符号被分成 段, 每段包括 S个符号, 、 m 为第 m段符号的残余相位噪声, m = 0,'-、M— \。 7. 如权利要求 4所述的估计方法, 其中, 按照如下公式获取相位噪声: ΒΠ 其中, ¾( 为相位噪声, 为离散余弦变换的基函数矩阵, {^K)kn = n{k) , 为离散余弦变换的第 "个基函数, η = 0,···,Ν_\, N为 所述基函数的数目, 为 的转置, d m„=^^n( )。 8. 一种相位噪声的估计装置, 包括: 发送符号估计单元, 设置为获取接收数据的均衡后符号 r(A:)对应的发送符 号 a(k、, 其中, k = o,...,K_\, f为一帧接收数据包括的符号数目; 公共相位噪声估计单元, 设置为根据 和 获取公共相位噪声; 残余相位噪声估计单元, 设置为根据 r(A:)、 和所述公共相位噪声获取 残余相位噪声; 以及 相位噪声估计单元, 设置为根据所述公共相位噪声、 所述残余相位噪声和 离散余弦变换的基函数矩阵获取相位噪声。 9. 如权利要求 8所述的估计装置, 其中, 所述发送符号估计单元进一步设置为: 对 r(A:)进行硬判决, 得到^; A); 或者 对 r(A:)进行软判决, 并对软判决结果进行重构得到 。 10. 如权利要求 8所述的估计装置, 其中, 所述公共相位噪声估计单元进一步设置 为, 按照如下公式获取公共相位噪声: 其中, 为公共相位噪声, ( f表示求共轭运算, arg( )表示求复数的辐 角运算。 11. 如权利要求 10所述的估计装置,其中,所述残余相位噪声估计单元进一步设置 为, 按照如下公式获取残余相位噪声: ^(k) = arg(r{k) {k)e~1(>mg ) 其中, )为第 A个符号的残余相位噪声。 12. 如权利要求 11所述的估计装置, 其中, 所述相位噪声估计单元进一步设置为, 按照如下公式获取相位噪声: K-\ k'= ' 其中, 为相位噪声, 为离散余弦变换的基函数矩阵, Ψ 为 的 转置,(Ψ^^ ^), 为离散余弦变换的第 "个基函数, n = 0,--,N-l, N为所述基函数的数目。 13. 如权利要求 10所述的估计装置,其中,所述残余相位噪声估计单元进一步设置 为, 按照如下公式获取残余相位噪声:: Β(ηι) 其中, 一帧接收数据的 个符号被分成 段, 每段包括 S个符号, 、 m) 为第 m段符号的残余相位噪声, m = 0,'-、M-\。 14. 如权利要求 13所述的估计装置, 其中, 所述相位噪声估计单元进一步设置为, 按照如下公式获取相位噪声: 4 (^) = ^G +∑ (ψ^ (Ψ^Ψ^ )_1 ) ΒΠ 其中, 为相位噪声, 为离散余弦变换的基函数矩阵, {"¥K)kn = n{k) , 为离散余弦变换的第 "个基函数, η = 0,···,Ν_\, N为 所述基函数的数目, 为 的转置, d m„=^^n( ) 。 15. 一种包括如权利要求 8~14任一项所述的估计装置的接收机。 16. 一种包括如权利要求 15所述的接收机的通信设备。 |
其中, ¾( 为相位噪声, 为离散余弦变换的基函数矩阵, {^ κ η =ψ Ιή, 为离散余弦变换的第 w个基函数, n = 0,"、N-l, N为所述基函数的数目, 为 的转置, ) mn = mB 。 一种相位噪声的估计装置, 包括: 发送符号估计单元,设置为获取接收数据的均 衡后符号 r(A:)对应的发送符号 ( , 其中, k = 0,...,K_l, f为一帧接收数据包括的符号数目; 公共相位噪声估计单元, 设置为根据 fik 和 获取公共相位噪声; 残余相位噪声估计单元, 设置为根据 r(A:)、 和所述公共相位噪声获取残余相 位噪声; 以及 相位噪声估计单元, 设置为根据所述公共相位噪声、 所述残余相位噪声和离散余 弦变换的基函数矩阵获取相位噪声。 优选地, 所述发送符号估计单元进一步设置为: 对 r(A:)进行硬判决, 得到^; A); 或者 对 r(A:)进行软判决, 并对软判决结果进行重构得到 aik")。 优选地, 所述公共相位噪声估计单元进一步设置为, 按照如下公式获取公共相位 噪声: 其中, g 为公共相位噪声, ( 表示求共轭运算, arg( )表示求复数的辐角运算。 优选地, 所述残余相位噪声估计单元进一步设置为, 按照如下公式获取残余相位 噪声: 其中, ( 为第 A个符号的残余相位噪声。 优选地, 所述相位噪声估计单元进一步设置为, 按照如下公式获取相位噪声: 其中, 为相位噪声, 为离散余弦变换的基函数矩阵, Ψ 为 的转置, (^> K ) kn = n (k) , 为离散余弦变换的第 "个基函数, " = 0," N- 1, N为所述 基函数的数目。 优选地, 所述残余相位噪声估计单元进一步设置为, 按照如下公式获取残余相位 噪声:: Β (TO) =— arg ^r(b + mB)e~ ]e " g a (b + mB) 其中, 一帧接收数据的 个符号被分成 段, 每段包括 S个符号, ^ηή为第 m 段符号的残余相位噪声, ∞ = 0,···,Μ-1。 优选地, 所述相位噪声估计单元进一步设置为, 按照如下公式获取相位噪声: 其中, 为相位噪声, 为离散余弦变换的基函数矩阵, {^ κ η = ψ» 为离散余弦变换的第 W个基函数, η = 0, - · ·, Ν_ , N为所述基函数的数目, Ψ 为 的转置, (Ψ^ ) 一种包括上述的估计装置的接收机。 一种包括上述的接收机的通信设备。 与现有技术相比, 本发明的有益效果是: 本发明的技术方案不需要捕获时间, 相噪补偿可以快速启动, 也不需要知道相位 噪声的统计特性, 相位噪声估计的准确度较高。 利用本发明的技术方案, 能够有效的 对相位噪声进行估计, 从而对受到相位噪声影响的接收信号进行补偿 , 达到准确检测 发射符号的目的, 进而能够提高系统的性能。 附图说明 图 1为根据本发明实施例的相位噪声的估计方法 流程图; 图 2为根据本发明实施例的相位噪声的估计装置 结构图; 图 3为根据本发明实施例的接收机的结构图; 图 4为根据本发明另一实施例的接收机的结构图 具体实施方式 为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚, 下面将结合附图及具体实施例对 本发明进行详细描述。 首先对本发明实施例的相位噪声估计的原理进 行介绍。 由于带宽远低于采样率的离散随机过程, 可以用基函数进行展开, 而且展开项的 数目通常不会很多, 一般无线通信系统的相位噪声在数字基带可以 视为一个这样的离 散随机过程。 因此, 本发明实施例将相位噪声过程, 用离散余弦变换 (DCT ) 函数进 行正交展开。 不失一般性, 设一帧基带数据包括 f个符号。 令 A时刻 (对应第 A个符号), 接收 端设备的接收机中经过均衡器输出的均衡后符 号为 r (A), r (A)对应的发送端设备发送 符号为 α (Α), 遭受到的高斯白噪声为《( ), 相位噪声为 ( ), 则均衡后符号 r (A)可 以表示为: 本发明实施例通过一种合理的算法, 来对相位噪声进行估计得到第 A个符号的相 位噪声估计值 ^ (A:), 在获得 后, 对 r (A)进行补偿, 得到进行相位噪声补偿以后 的信号 z (^, 如下: 后续的均衡解调等在 上进行, 相位噪声被消除了。 下面给出求 的算法 t 定义公共相位噪声 κ-\
、 其中, ( f表示求共轭运算, arg ( )表示求复数的辐角运算, (A)表示对发送符 号 的估计。 对于导频部分, 可以直接采用相应的导频符号, 对于数据部分, 需要 进行均衡判决得到。此判决可以是硬判决, 见图 3所示, 也可以是软判决加重构得到, 见图 4所示。 其中软判决相对性能要更好一些, 因为软判决是有编码增益的, 但是基 于软判决的方法复杂度高, 时延也相对大一些。 另外, 公共相位噪声^ ^表征的是一 帧数据所包括的所有符号对应的相位噪声的统 计平均值, 为了获取各符号分别对应的 相位噪声, 还需要获得各自的残余相位噪声 第 个符号对应的残余相位噪声 为一个低通随机过程, 表示如下:
I可以用 DCT函数基进行展开如下: 其中, 为 DCT基函数, N为所述基函数的数目, x„为第《个基函数的系数, 的取值如下:
实际上, 可以按照如下公式得到 的最大似然估计, 另外, 还可以表示为: 进行 DFT展开时的第《个基函数的系数 构造一个 fxN阶基函数矩阵 ¾V, Ψ 的第 k行第 n列的元素为: lk l/„(k), k = 0,---,K-l;n = 0,---,N-l 由公式 (4)得到: 得公式 (8)代入公式 (10)得到相位噪声的估计值^ I下: 其中, Ψ 为 的转置。 需要说明的是, 公式 (7)在信噪比相对比较高的时候是近似成立的, 在信噪比比较 低时不够准确。 实际上, 在信噪比比较低时, 可以通过分段来降低噪声的影响。 具体 可以这样来处理, 将每一帧数据的 个符号分成 M段, 每段包括 S个符号, 即满足 K = BM。 然后, 令
=丄 ar g | j r (b + mB) e~ jeav8 a 、+ mB、
1
其中, (∞)表示∞段符号的残余相位噪声的最大似然 计, M (m)为第 段符号 遭受到的高斯白噪声, m = Q, ' -、M— \。 经过推导可以得到第 A个符号的相位噪声的估计值为: 其中, = Ψ " m 为求矩阵的转置运算。 需要说明的是, 以上公式推导考虑的是高斯白噪声 (AWGN) 信道环境下, 加入 相位噪声的处理方法。对于多径信道环境,可 以通过合理的转化将其转化为 AWGN信 道环境下的模型来处理, 具体如下: 对于多径信道环境的情况, 信道的多径为 {/^,/ = o,—, J _ i, J为符号数, 可以做 如下的转化, 转化为 AWGN模型。
其中, 为信道冲激响应, v(A)为理想接收信号, 为实际受相位噪声影 响的接收信号, *表示卷积。 另外需要特别指出的是, 接收机中均衡器输出的符号在做功率归一化处 理之后, 一般可以近似认为是 AWGN信道。这里的均衡器可以是时域均衡器, 也可以是频域均 衡器, 可以是利用信道估计的均衡器, 也可以是不使用信道估计的自适应均衡器, 比 如最小均方 (LMS ) 均衡器, 递归式最小均方 (RLS ) 均衡器。 基于以上相位噪声的估计原理, 本发明实施例提供一种相位噪声的估计方法。 参照图 1, 本发明实施例的相位噪声的估计方法, 可以包括如下步骤: 步骤 101 : 获取接收数据的均衡后符号 r(A:)对应的发送符号 ( , 其中, k = 0, ..., K _ \, f为一帧接收数据包括的符号数目; 步骤 102: 根据 r(A:)和 获取公共相位噪声; 步骤 103 : 根据 r(A:)、 )和所述公共相位噪声获取残余相位噪声; 以及 步骤 104: 根据所述公共相位噪声、 所述残余相位噪声和离散余弦变换的基函数 矩阵获取相位噪声。 在步骤 101中, 接收机首先对接收数据进行均衡处理, 得到均衡后符号 r(A:), 然 后,可以对 r(A:)进行硬判决得到对应的发送符号估计 ),也可以对 r(A:)进行软判决, 并对软判决结果进行重构得到对应的发送符号 估计 ( 。 可选地, 对于多径信道环境, 可以对均衡后符号 r^)进行功率归一化处理, 以进 一步提高相位噪声估计的准确性。 在得到一帧数据的 f个符号分别对应的发送符号估计后, 在步骤 102中, 可以按 照如下公式获取这一帧数据对应的公共相位噪 声: 其中, 为公共相位噪声, ( f表示求共轭运算, arg( )表示求复数的辐角运算 c 在步骤 103中, 可以按照如下公式获取第 A个符号对应的残余相位噪声估计:
= a.rg\r k)a [k)e 在步骤 104中, 可以按照如下公式获取第 A个符号对应的相位噪声估计: 其中, 为离散余弦变换的基函数矩阵, ψ 为 的转置,
为离散余弦变换的第《个基函数, 《 = ο,···, -ι, N为所述基函数的数目 另外, 在步骤 103中, 还可以按照如下公式获取残余相位噪声估计: 其中, 一帧接收数据的 个符号被分成 段, 每段包括 S个符号, ( )为第 段符号的残余相位噪声估计, ηι = 0,···,Μ-1。 相应地, 在步骤 104中, 按照如下公式获取相位噪声估计: Π
其中, 为第 个符号的相位噪声估计, 为离散余弦变换的基函数矩阵, 为离散余弦变换的第 w个基函数, w = 0, N-l
, N为所述 基函数的数目, 为 的转置, d g 、 m „=^f^( ) 。
' 上述步骤中, 的取值如下: n = 0
Ψ,
■cos k + - n > 0
K 对应于上述相位噪声的估计方法,本发明实施 例还提供一种相位噪声的估计装置。 参照图 2, 本发明实施例的相位噪声的估计装置, 可以包括: 发送符号估计单元 10, 设置为获取接收数据的均衡后符号 r(A:)对应的发送符号 a(k) , 其中, k = 0, ..., K _ \, f为一帧接收数据包括的符号数目; 公共相位噪声估计单元 20,与发送符号估计单元 10耦合,设置为根据 r(A:)和 获取公共相位噪声; 残余相位噪声估计单元 30, 与发送符号估计单元 10和公共相位噪声估计单元 20 耦合, 设置为根据 r(A:)、 )和所述公共相位噪声获取残余相位噪声; 以及 相位噪声估计单元 40, 与公共相位噪声估计单元 20和残余相位噪声估计单元 30 耦合, 设置为根据所述公共相位噪声、 所述残余相位噪声和离散余弦变换的基函数矩 阵获取相位噪声。 该估计装置能够执行方法实施例中所描述的多 个处理, 其具体的工作过程以及工 作原理在方法部分已经进行了详细描述, 在此不再赘述, 参照方法中相应部分的描述 即可。 以下给出上述相位噪声估计方法及估计装置在 无线通信设备接收机中的具体应 用, 所述无线通信设备可以是数字微波系统中的通 信设备; 也可以是其他移动通信系 统中的通信设备, 例如手机、 PDA等。 参照图 3,本发明实施例的接收机可以包括:相位噪 补偿模块 31、 FFT模块 32、 信道估计模块 33、频域均衡器 34、 IFFT模块 35、硬判决模块 36和相位噪声估计模块
37。 在本实施例中, 相位噪声估计基于硬判决。 该接收机的工作过程如下:
( 1 ) 首先, 接收基带信号 z(A:), 第一次均衡处理时, 相位噪声信息未知, 此时, z(k) = y(k) , 为未经相噪补偿的基带信号,然后,信道估计 模块 33进行信道估计, 得到信道估计的频域表示形式 H ), 其中, k = 0,...,K_l, f为一帧接收数据包括的 符号数目。
(2) FFT模块 32对时域的基带信号 z( 作 FFT变换 (快速傅里叶变换), 得到 基带信号 z( 的频域表示形式 。
(3)频域均衡器 34使用迫零或者 MMSE (最小均方误差)准则等对 进行频 域均衡, 得到频域的均衡输出符号 R(A)。
(4) IFFT模块 35对频域均衡器 34输出的频域符号 R(A:)作 IFFT变换 (快速傅 里叶逆变换), 得到均衡后符号的时域表示形式 r^)。
(5)硬判决模块 36对 r(A:)进行硬判决得到时域符号 ( , 即为发送符号的 估计值。
(6) 相位噪声估计模块 37根据 r(A:)和 进行相位噪声的估计, 具体如下: 首先, 利用公式 (3)求得公共相位噪声^ 其次, 利用公式 (6)计算 DCT基函数^ ^);
(7)在获得相位噪声以后, 由相位噪声补偿模块 31对基带信号按照公式(2)进 行相位噪声补偿, 得到补偿后的基带信号 z( 。
(8) 频域均衡器 34对补偿后的基带信号 z( 进行均衡处理, 得到新的均衡输出 r(A)。 上述过程可以进行迭代多次, 以更好的消除相位噪声。 参照图 4, 本发明另一实施例的接收机可以包括: 相位噪声补偿模块 41、 FFT模 块 42、 信道估计模块 43、 频域均衡器 44、 IFFT模块 45、 软判决模块 46、 相位噪声估 计模块 47、 解交织模块 48、 信道译码模块 49、 信道编码模块 50、 交织模块 51和调制 模块 52。 在本实施例中, 相位噪声估计基于软判决。 该接收机的工作过程如下:
(1) 首先, 接收基带信号 Z(A:), 第一次均衡处理时, 相位噪声信息未知, 此时, z(k) = y(k), 为未经相噪补偿的基带信号,然后,信道估计 模块 43进行信道估计, 得到信道估计的频域表示形式 H ), 其中, k = 0,...,K_l, f为一帧接收数据包括的 符号数目。
(2) FFT模块 42对时域的基带信号 z( 作 FFT变换 (快速傅里叶变换), 得到 基带信号 z( 的频域表示形式 。
(3)频域均衡器 44使用迫零或者 MMSE (最小均方误差)准则等对 进行频 域均衡, 得到频域的均衡输出符号 R(A)。 (4) IFFT模块 45对频域均衡器 44输出的频域符号 R(A:)作 IFFT变换 (快速傅 里叶逆变换), 得到均衡后符号的时域表示形式 r^)。
(5) 软判决模块 46对 r(A:)进行软判决得到比特的软信息 )。
(6) 由解交织模块 48、 信道译码模块 49、 信道编码模块 50、 交织模块 51和调 制模块 52对 )进行解交织、信道译码、信道编码、交织、 制,得到时域符号, a(k) 即为发送符号的估计值。
(7) 相位噪声估计模块 47根据 r(A:)和 进行相位噪声的估计, 具体如下: 首先, 利用公式 (3)求得公共相位噪声^ 其次, 利用公式 (6)计算 DCT基函数^ ; 然后, 利用公式 (7)计算^ A), 利用公式 (9)计算 Ψ^; 最后, 利用公式 (11)计算相位噪声 ^(^。
(8)在获得相位噪声以后, 由相位噪声补偿模块 41对基带信号按照公式(2)进 行相位噪声补偿, 得到补偿后的基带信号 z( 。
(9) 频域均衡器 44对补偿后的基带信号 z( 进行均衡处理, 得到新的均衡输出 上述过程可以进行迭代多次, 以更好的消除相位噪声。 最后应当说明的是, 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非 限制, 本领域 的普通技术人员应当理解, 可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替 换, 而不脱 离本发明技术方案的精神范围, 其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Next Patent: TRANSMIT DIVERSITY CONTROLLING METHOD AND SYSTEM AND RADIO NETWORK CONTROLLER