CN1663210A - 用于相域准相干解调的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于相域准相干解调的方法和设备包括一个用于接收一个输入信号的至少一个相位分量的接收机。该相域准相干解调器可以包括一个用于基于延迟的参考信号和该输入信号的相位分量形成一个判决的判决单元。此外，该相域准相干解调器可以包括：一个相位求和加法器，用于从该输入信号的相位分量中减去该判决以形成一个旋转的输入相位，第二相位求和加法器，用于从旋转的输入相位中减去延迟的参考信号以形成一个合成信号，以及一个定标器，用于对该合成信号定标以形成一个更新信号。一个第三相位求和加法器把该更新信号和该延迟参考信号相加以形成一个参考信号。

Description

用于相域准相干解调的方法和设备

技术领域

本发明通常涉及无线技术领域，并且更具体地涉及一种用于数字无线电收发信机的方法和系统。

背景技术

举例来说，诸如地面和卫星移动通信之类的无线技术和诸如BLUETOOTH(蓝牙)之类的短距离无线系统通常使用用于发射数据的M进制差分编码相移键控(MDPSK)。由于MDPSK的有利特性，例如不需要载波恢复电路、快速捕获性能、相位模糊分辨能力以及在多径衰落信道上的良好性能，因此典型地采用MDPSK。

当前用于改善MDPSK检测性能的解决方案利用一个配备有与判决反馈结合的无限冲激响应(IIR)滤波器的传统差分检测电路。通过一个载频跟踪环来补偿在移动通信中典型产生的载频偏置。准相干解调器接近相干MDPSK解调器的性能而不需载波相位捕获和跟踪。

现在参照图1，说明了已知的准相干解调器100。在附图中，粗箭头表示一个复信号，而细箭头表示一个实信号。通过准相干解调器100接收以复数形式的输入信号x_i。准相干解调器100根据下面的等式分别经一个幅度计算器104和一个相位计算器106把输入信号处理为实信号的幅度A_i ¹⁰⁰和相位θ_i ¹⁰⁰分量：

$x_i={A_i}^{100}{e}^{j{{\mathrm{\θ}}_i}^{100}},i=\mathrm{1,2,3}...---\left(1\right)$

为了产生一个参考信号u_i ¹⁰⁰，从等式1中消除了输入信号x_i上的调制影响。通过把输入信号x_i旋转判决单元110的一个延迟判决_i-1 ¹⁰⁰来消除调制的影响。判决_i ¹⁰⁰基于在下面更详细描述的一个参考相位ψ_i ¹⁰⁰和相位分量θ_i ¹⁰⁰。输入信号x_i的旋转可以通过从输入信号x_i的相位分量θ_i ¹⁰⁰中减去判决单元110的输出判决_i ¹⁰⁰来实现。

为了得到一个旋转的输入相位ξ_i ¹⁰⁰，相位求和加法器112执行从相位分量θ_i ¹⁰⁰中减去判决_i ¹⁰⁰。旋转的输入相位ξ_i ¹⁰⁰连同幅度A_i ¹⁰⁰一起输入到一个幅度和相位到复数的转换器114。该幅度和相位到复数的转换器114输出一个参考信号u_i ¹⁰⁰。下面的等式适用于参考信号u_i ¹⁰⁰：

参考信号u_i ¹⁰⁰可能一直受到诸如噪声和码间干扰(ISI)这种损害的干扰。可以通过在积分器108的积分来使损害得到平均。为了确保考虑到准相干解调器100的幅度A_i ¹⁰⁰，该积分器108在复数域操作。相干参数α和参考信号u_i ¹⁰⁰一起输入以形成积分器108的输出-参考矢量r_i ¹⁰⁰。可以采用许多方法对参考信号u_i ¹⁰⁰积分。在本发明的一个实施例中，指数积分窗产生下面的等式：

${r_i}^{100}=\mathrm{\α}*{r_{i-1}}^{100}+(1-\mathrm{\α})*{u_i}^{100},i=\mathrm{1,2,3}...---\left(3\right)$

参考矢量r_i ¹⁰⁰输入到一个复数到相位的转换器116。从复数到相位的转换器116输出参考相位ψ_i ¹⁰⁰到一个单位延迟118。

如上所述，为了消除调制的影响，在判决单元110进行有关输入信号x_i的发射码元的试验判决。试验判决输入到相位求和加法器112。在判决单元110进行的判决_i ¹⁰⁰基于在实际的输入相位分量θ_i ¹⁰⁰和前一个参考相位ψ_i-1 ¹⁰⁰之间的相位差。从单位延迟118输出前一个参考相位ψ_i-1 ¹⁰⁰。单位延迟118接收来自复数到相位的转换器116的参考相位ψ_i ¹⁰⁰作为输入。通过一个第二相位求和加法器120计算在实际的输入相位分量θ_i ¹⁰⁰和前一个参考相位ψ_i-1 ¹⁰⁰之间的相位差并且将其输入到判决单元110。

判决单元110的功能依赖于调制级数M。例如，对于M＝2，下面的等式是成立的：

判决_i ¹⁰⁰输入到一个第二单位延迟122。该第二单位延迟122输出的延迟判决_i-1 ¹⁰⁰然后被输入到一个相位求和加法器124和一个相位求和加法器126。第一附加相位求和加法器124从相位求和加法器120的输出中减去延迟判决_i-1 ¹⁰⁰。相位求和加法器124的输出是准相干解调器100的输出y_i ¹⁰⁰。

用一个校正的前一个相差γ_i-1 ¹⁰⁰来代替前一个相差θ_i-1 ¹⁰⁰。校正的前一个相差γ_i-1 ¹⁰⁰包括比前一个相差θ_i-1 ¹⁰⁰更少的噪声。校正的前一个相差γ_i-1 ¹⁰⁰表示如下：

γ_i-1 ¹⁰⁰＝ψ_i ¹⁰⁰+_i-1 ¹⁰⁰   i＝2，3...            (5)

准相干解调器100的输出y_i ¹⁰⁰，也就是相位求和加法器124的输出由下式给出：

y_i ¹⁰⁰＝θ_i-1 ¹⁰⁰-γ_i-1 ¹⁰⁰   i＝2，3...              (6)

相位求和加法器126从判决_i ¹⁰⁰减去延迟判决_i-1 ¹⁰⁰以产生输出的一个判决D(y_i ¹⁰⁰)。判决D(y_i ¹⁰⁰)输入到一个查找表(LUT)128以输出检测比特。

在相位和复数域中的计算增加了计算复杂度。需要相位到复数的转换器、复数到相位的转换器、积分器等来执行必需的附加计算。为了获得增强的MDPSK准相干解调器100性能，附加的计算导致过度的功率消耗和硅面积。

发明内容

通过本发明的实施例可以克服这些和其他缺点，这些实施例提供了一种相域准相干解调器。本发明的实施例不要求通信系统中发射机和接收机之间的完全载频同步。本发明的实施例还通过在相域而不是复数域执行计算来降低复杂度。相域准相干解调器包括一个接收机，用于接收一个输入信号的至少一个相位分量。相域准相干解调器可以包括一个判决单元，用于基于一个延迟参考信号和该输入信号的相位分量来形成一个判决。此外，该相域准相干解调器可以包括：一个相位求和加法器，其以模2π加法操作，用于从输入信号的相位分量中减去该判决以形成一个旋转输入相位；一个第二相位求和加法器，用于从旋转输入相位中减去该延迟参考信号以形成一个合成信号；一个定标器，用于对合成信号定标以形成一个更新信号。一个第三相位求和加法器把该更新信号和该延迟参考信号相加以形成一个参考信号。

根据本发明的另一方面，一种方法为准相干解调器在相域种计算信息。该方法包括接收一个输入信号的至少一个相位分量，并且基于一个延迟参考信号和该输入信号的相位分量通过一个判决单元形成一个判决值。该方法可以包括从该输入信号的相位分量中减去该判决值以形成一个旋转输入相位，并且从该旋转的输入相位中减去该延迟相位信号以形成一个合成信号。可以对合成信号定标以形成一个更新信号。该更新信号可以与该延迟信号相加以形成一个参考信号。

在另一方面，本发明涉及一件用于输入信号的相域准相干解调的制品。该件制品包括至少一个计算机可读介质和包含在该至少一个计算机可读介质上的处理器指令。该处理器指令被配置为可通过至少一个处理器从该至少一个计算机可读介质上读取，从而引起该至少一个处理器操作为接收一个输入信号的至少一个相位分量，并且通过一个判决单元基于一个延迟参考信号和该输入信号的相位分量形成一个判决值。可以从该输入信号的相位分量中减去该判决以形成一个旋转的输入相位。从该旋转的输入相位中减去该延迟参考信号以形成一个合成信号。对该合成信号定标以形成一个更新信号。该更新信号与该延迟参考信号相加以形成一个参考信号。

附图说明

通过下面结合附图给出的详细描述，本发明的进一步优点和具体细节将变得显而易见。

图1是示意性说明一个已知的MDPSK准相干解调器，这在前面进行了部分说明；

图2是根据本发明原理的一个相域准相干解调器的框图；以及

图3是在相域中计算该参考相位的方法的流程图。

具体实施方式

准相干解调器通常使用输入信号x_i的幅度信息以执行计算。应该理解，在具体实施方式中使用的各种符号可能涉及信号本身或用于发射一个角度或其他值的信号。

可以以硬件或软件实现准相干解调器，硬件例如是专用集成电路(ASIC)。该软件可以在数字信号处理器(DSP)或其他处理器上运行。准相干解调器的实现可以依赖于制造商或通信产品的设计选择和/或约束。如图1所示的准相干解调器要求执行各种相位到复数以及复数到相位的转换，从而增加了复杂度。准相干解调器100可以在无线通信装置20的接收机部分10中实现。

现在参考图2，说明了一个相域准相干解调器200。在一个相位求和加法器212从一个输入信号x_i的相位分量θ_i ²⁰⁰中减去来自一个判决单元210的判决_i ²⁰⁰。在相域准相干解调器200中，该相位求和加法器212的输出，即一个旋转的输入相位ξ_i ²⁰⁰没有被转换为复信号。该旋转输入相位ξ_i ²⁰⁰而是输入到一个相位求和加法器230。该相位求和加法器230从该旋转输入相位ξ_i ²⁰⁰中减去一个延迟的参考相位ψ_i-1 ²⁰⁰以得到一个合成信号ζ_i ²⁰⁰。重写相域中的等式3可以得到下面的等式：

${{\mathrm{\ψ}}_i}^{200}=\mathrm{phase}\left(r_i\right)$

${{\mathrm{\ψ}}_i}^{200}=\mathrm{phase}(\mathrm{\α}*e^{j{\mathrm{\ψ}}_{i-1}}+(1-\mathrm{\α})*e^{j{\mathrm{\ξ}}_i})$

${{\mathrm{\ψ}}_i}^{200}=\mathrm{phase}\left(e^{j{\mathrm{\ψ}}_{i-1}}(\mathrm{\α}+\left(1-\mathrm{\α}\right)*e^{j({\mathrm{\ξ}}_i-{\mathrm{\ψ}}_{i-1})})\right)---\left(7\right)$

${{\mathrm{\ψ}}_i}^{200}={{\mathrm{\ψ}}_{i-1}}^{200}+\arctan \left(\frac{(1-\mathrm{\α})*\sin \left({\mathrm{\ζ}}_i\right)}{\mathrm{\α}+(1-\mathrm{\α})*\cos \left({\mathrm{\ζ}}_i\right)}\right)$

等式7的简化表明，可以通过把一个更新值θ_i ²⁰⁰和延迟的参考相位ψ_i-1 ²⁰⁰相加来得到在时刻i的参考相位ψ_i ²⁰⁰，而无需在复数域中进行计算。因此，避免了要求额外的处理和更大的硅面积以及消耗额外的功率的复数计算。

该更新值θ_i ²⁰⁰是一个0均值的随机变量，对于M＝2、4和8，它分别被限定在范围[-π/2，π/2]、[-π/4，π/4]和[-π/8，π/8]中。该更新值θ_i ²⁰⁰可以相对较小，从而允许在更新值θ_i ²⁰⁰的计算中简化。该简化基于下式：

$c_1=1-\mathrm{\α}$

$\mathrm{with}--c_2=\frac{1}{6}\mathrm{\α}-\frac{1}{2}{\mathrm{\α}}^2+\frac{1}{3}{\mathrm{\α}}^3---\left(8\right)$

$c_3=-\frac{1}{120}\mathrm{\α}+\frac{1}{8}{\mathrm{\α}}^2-\frac{5}{12}{\mathrm{\α}}^3+\frac{1}{2}{\mathrm{\α}}^4-\frac{1}{5}{\mathrm{\α}}^5$

可以通过等式(8)所示的级数展开的前三项来近似θ_i ²⁰⁰。如等式8所示，为与相域准相干解调器200相关的特定系统确定相干参数α。

为了进一步简化相域准相干解调器200，可以把具有系数c₁、c₂和c₃的三阶等式降低为一阶等式，而不会明显损失性能。该一阶近似允许利用一个定标器232通过系数c₁来对瞬时误差信号ζ_i ²⁰⁰定标。定标器232的输出是如等式8所述的更新值θ_i ²⁰⁰。相位求和加法器234把一个更新值θ_i ²⁰⁰和该延迟的参考相位ψ_i-1 ²⁰⁰相加以便输出参考相位ψ_i ²⁰⁰。如果定标的实现可以简单地比作相位加法，那么可以以附加定标操作的代价来消除额外的加法。这可以通过下式看出：

$c_1*({{\mathrm{\ξ}}_i}^{200}-{{\mathrm{\ψ}}_{i-1}}^{200})+{{\mathrm{\ψ}}_{i-1}}^{200}=c_1*{{\mathrm{\ξ}}_i}^{200}+(1-c_1)*{{\mathrm{\ψ}}_{i-1}}^{200}---\left(9\right)$

通过一个单位延迟218对参考相位ψ_i ²⁰⁰延迟以形成一个延迟的参考相位ψ_i-1 ²⁰⁰。在进一步的计算中利用该延迟参考相位ψ_i-1 ²⁰⁰。相位求和加法器220从相位分量θ_i ²⁰⁰中减去该延迟参考相位ψ_i-1 ²⁰⁰。判决单元210和一个相位求和加法器224接收相位求和加法器220的输出。

判决单元210形成判决_i ²⁰⁰，它被单位延迟222延迟以形成延迟判决_i-1 ²⁰⁰。该相位求和加法器224从相位求和加法器220的输出中减去延迟判决_i-1 ²⁰⁰。相位求和加法器224的输出是相域准相干解调器200的输出y_i ²⁰⁰。在相位求和加法器226从判决_i ²⁰⁰中减去延迟判决_i-1 ²⁰⁰以产生该输出的判决D(y_i ²⁰⁰)。该判决D(y_i ²⁰⁰)输入到一个查找表(LUT)228以输出检测比特。

图3是说明在相域中计算参考相位的方法300的流程图。流程300在步骤302开始。在步骤302，从旋转的输入相位ξ_i ²⁰⁰中减去延迟参考信号ψ_i-1 ²⁰⁰以得到瞬时误差信号ζ_i ²⁰⁰。在步骤304，通过系数c₁来对瞬时误差信号ζ_i ²⁰⁰定标以形成更新值θ_i ²⁰⁰。在步骤306，更新值θ_i ²⁰⁰与延迟参考信号ψ_i-1 ²⁰⁰相加以形成参考相位ψ_i ²⁰⁰。如上所述，为了获得相域准相干解调器200的输出y_i ²⁰⁰并产生该输出的判决D(y_i ²⁰⁰)，可以在各种计算和判决中利用参考信号ψ_i ²⁰⁰。

尽管在上面的说明中已经示出了用来对瞬时误差信号ζ_i ²⁰⁰定标的定标器232，但是在本发明中可以采用各种另外的定标器来形成高阶近似以得到更好的结果。但是，为了获得更精确的结果，需要在增加的复杂度中有一个折衷。

本发明的实施例例如可以在集成电路或芯片组、无线系统和接收机系统产品中实施。例如，一个计算机可操作地执行适于执行本发明的解调技术的软件。解调软件适于驻留在计算机可读介质上，例如在磁盘驱动单元内的磁盘上。计算机可读介质还可以包括闪存卡、基于EEROM的存储器、磁泡存储器、ROM存储器等等。适于执行该解调方法的软件还可以完全或部分在一个处理器内的静态或动态主存储器或固件中(即在微控制器、微处理器或微计算机内存内)驻留。该解调方法还可以应用于在集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)、芯片组或专用集成电路(ASIC)、无线系统和其他通信系统产品中的实现。

尽管已经描述了本发明的示范性实施例，但是应该认识到，在不脱离本发明的情况下，本发明可以以各种方式变化。因为本发明可以以许多方式变化，因此应该理解本发明应该仅受如下面的权利要求的范围所要求的范围的限制。

Claims (17)

1.一种相域准相干解调器，包括：

一个接收机，用于接收一个输入信号的至少一个相位分量；

一个判决单元，用于基于一个延迟参考信号和该输入信号的该相位分量形成一个判决值；

一个第一相位求和加法器，用于从该输入信号的该相位分量中减去该判决值以形成一个旋转的输入相位；

一个第二相位求和加法器，用于从该旋转的输入相位中减去该延迟参考信号以形成一个瞬时误差信号；

一个定标器，用于对该瞬时误差信号定标以形成一个更新信号；以及

一个第三相位求和加法器，用于把该更新信号与该延迟参考信号相加以形成一个参考信号。

2.如权利要求1的相域准相干解调器，进一步包括一个用于延迟该参考信号的单位延迟。

3.如权利要求1的相域准相干解调器，进一步包括一个第四相位求和加法器，用于从该输入信号的该相位分量中减去该延迟参考信号。

4.如权利要求3的相域准相干解调器，进一步包括一个第五相位求和加法器，用于从接收自第四相位求和加法器的信息中减去一个延迟判决以形成该相域准相干解调器的输出。

5.如权利要求4的相域准相干解调器，进一步包括一个用于形成该延迟判决的第二单位延迟。

6.如权利要求3的相域准相干解调器，进一步包括一个第六相位求和加法器，用于从该判决单元的判决中减去一个延迟判决以形成该输出的一个判决。

7.如权利要求6的相域准相干解调器，进一步包括一个查找表，用于基于该输出的判决输出检测比特。

8.如权利要求1的相域准相干解调器，其中该相域准相干解调器在一个无线接入装置中实现。

9.如权利要求1的相域准相干解调器，其中该相域准相干解调器在一个可操作地经短距离无线信号通信的装置中实现。

10.一种用于对准相干解调器计算相域中的信息的方法，该方法包括：

接收一个输入信号的至少一个相位分量；

通过一个判决单元基于一个延迟参考信号和该输入信号的该相位分量形成一个判决值；

从该输入信号的该相位分量中减去该判决值以形成一个旋转的输入相位；

从该旋转的输入相位中减去该延迟参考信号以形成一个瞬时误差信号；

对该瞬时误差信号定标以形成一个更新信号；以及

把该更新信号与该延迟参考信号相加以形成一个参考信号。

11.如权利要求10的方法，进一步包括通过一个相位求和加法器从该输入信号的相位分量中减去一个延迟参考信号的步骤。

12.如权利要求10的方法，进一步包括从接收自该相位求和加法器的信息中减去一个延迟判决以形成该相域准相干解调器的输出的步骤。

13.如权利要求10的方法，进一步包括从该判决单元的判决中减去一个延迟判决以形成该输出的一个判决的步骤。

14.如权利要求12的方法，进一步包括基于该输出的判决输出检测比特的步骤。

15.一件用于输入信号的相域准相干解调的制品，该件制品包括：

至少一个计算机可读介质；

包含在该至少一个计算机可读介质上的处理器指令，该处理器指令被配置为可通过至少一个处理器从该至少一个计算机可读介质上读取，从而引起该至少一个处理器操作为：

接收一个输入信号的至少一个相位分量；

通过一个判决单元基于一个延迟参考信号和该输入信号的该相位分量形成一个判决值；

从该输入信号的该相位分量中减去该判决值以形成一个旋转的输入相位；

从该旋转的输入相位中减去该延迟参考信号以形成一个瞬时误差信号；

对该瞬时误差信号定标以形成一个更新信号；以及

把该更新信号与该延迟参考信号相加以形成一个参考信号。

16.一种用于对准相干解调器在相域中计算信息的方法，该方法包括：

基于一个级数扩展计算一个更新值；以及

通过把该更新值和前一个参考相位相加来计算一个参考相位。

17.如权利要求16的方法，其中所述计算更新值的步骤包括以下步骤：

通过一个判决单元基于一个延迟参考信号和该输入信号的该相位分量形成一个判决值；

从该输入信号的该相位分量中减去该判决值以便形成一个旋转的输入相位；

从该旋转的输入相位中减去该延迟参考信号以便形成一个瞬时误差信号；以及

对该瞬时误差信号定标以形成一个更新信号。

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