专利名称：一种校准mmse接收机输出数据的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种基于最小均方误差-块均衡(MMSE-BLE)的联合检测技术，尤其是涉及校准MMSE接收机输出数据幅度的装置及方法。
背景技术：
正交幅度调制(QAM)使用两路正交载波分别调制两路并行的信号，可以等效为两路分别承载在正交载波上的脉冲幅度调制(PAM)，在移动通信系统中QAM得到了广泛的应用。其中，16QAM、64QAM等高阶调制，可以更有效的利用带宽，支持高速率传输，3GPP的HSPA技术就使用了16QAM方式，高速分组接入(High Speed Packet Access，简称“HSPA”)技术的进一步演进即HSPA+则进一步引入了64QAM方式。
联合检测技术是多用户检测技术的一种次最佳方法，其核心就是利用均衡技术，将来自其他用户的符号间干扰(Inter-Symbol Inteference，简称“ISI”)也当作多址干扰(Multi-Address Inteference，简称“MAI”)而一并消除之。在时分同步码分多址(Time Division Synchronous CDMA，简称“TD-SCDMA”)系统中，基站和终端都采用了线性的联合检测来消除多址干扰(MAI)和符号间干扰(ISI)。常用的线性联合检测技术包括迫零块均衡(Zero Forcing Block Equalizer，简称“ZF-BLE”)和最小均方误差-块均衡(Minimum Mean Square Error-Block Equalizer，简称“MMSE-BLE”)两种。这两种技术的估计值如以下所描述。
假设信号的传输模型为 e＝Ad+n 其中 e为接收向量； A为系统传输矩阵； d为发送数据，其协方差矩阵Rd＝I，一般来说该数据为QAM调制符号； 噪声n为高斯白噪声向量，其协方差矩阵Rn＝σ2I。
基于ZF算法的准则
可以得到ZF-BLE估计值
可以看出，ZF-BLE输出的估计数据分为两部分，一部分是发送数据，另一部分是放大的噪声。
基于MMSE算法的准则
可以得到MMSE-BLE的估计值
可以看出，MMSE-BLE输出的估计数据分为三部分，第一部分是经diag(W)缩放后的发送数据，第二部分是残留的ISI和MAI，第三部分是噪声。
MMSE-BLE能克服ZF-BLE对噪声功率增强的缺陷，在消除ISI和MAI与不增强噪声功率之间取得了折衷，当噪声功率较小即高信噪比时，MMSE-BLE等价于ZF-BLE，当噪声功率远高于信号功率即低信噪比时，MMSE-BLE相当于白化匹配滤波器。
我们知道，QAM调制数据进行解调时，不仅依赖于相位，还依赖于接收星座图的欧式距离。对于ZF-BLE，由于其估计值中发送数据的幅度没有变换，因此可以基于发送星座图的欧式距离，直接对其进行解调；对于MMSE-BLE，在高信噪比时，其估计值中发送数据的缩放可以忽略，也可以基于发送星座图的欧式距离，直接进行解调。
由于调制阶数越低，解调对欧式距离的变化越不敏感，而之前的HSPA技术又没有采用高阶的64QAM调制，因此现有技术方案大多对MMSE-BLE接收机输出的数据直接解调输出。
然而由上文描述可以看出，对于MMSE-BLE输出的估计数据，由于估计数据中原始发送数据经过了diag(W)的缩放，如果直接基于先验的欧式距离进行解调，会引入一定的误差，造成性能下降，尤其是在64QAM等高阶调制时，性能下降更明显。
发明内容
本发明提供了一种对MMSE算法时输出的星座图幅度或欧式距离进行校准的装置及方法，通过对MMSE-BLE均衡器diag(W)造成的缩放进行补偿，提高高阶调制时的接收性能。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种校准MMSE接收机输出数据的装置，包括校准系数生成模块及校准模块。该校准系数生成模块根据该MMSE接收机的接收数据和/或输出数据估计一校准系数。该校准模块利用该校准系数校准该MMSE接收机的输出数据中的发送数据的幅度或者该输出数据被解调时使用的欧式距离。
在本发明的一实施例中，所述的校准系数生成模块执行以下步骤估计校准系数α估计该MMSE接收机的输出数据中的干扰及噪声功率之和与期望符号功率之间的比值γ，其中该干扰包括符号间干扰和多址干扰；以及根据
计算校准系数α，其中
为该发送数据的平均功率，
为该输出数据的输出功率。在一实施例中，该校准系数生成模块是通过测量ISCP和RSCP，得到该比值γ的估计值
其中，SF为扩频因子。在另一实施例中，该校准系数生成模块是通过估计MMSE接收机输出的信噪比SNR，得到γ的估计值
在本发明的一实施例中，所述的校准模块为一乘法器。
在本发明的一实施例中，所述的校准模块是结合于一解调模块，该解调模块用于使用该欧式距离解调该输出数据。
另一方面，本发明提出一种校准MMSE接收机输出数据的方法，包括以下步骤。根据该MMSE接收机的接收数据和/或输出数据估计一校准系数，以及利用该校准系数校准该MMSE接收机的输出数据中的发送数据的幅度或者该输出数据被解调时使用的欧式距离。
本发明由于采用以上技术方案，通过对接收机输出数据幅度的直接校准或者对解调时使用的欧式距离进行校准，可以提高均衡器后端测量准确性，并且提高译码性能和吞吐量。本发明还具有实现简单，计算量较小的特点。
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式
作详细说明，其中 图1示出本发明第一实施例的具有MMSE接收机输出数据校准装置的系统示意图。
图2示出本发明第二实施例的具有MMSE接收机输出数据校准装置的系统示意图。
图3示出本发明一实施例的接收机后端SNR测量曲线。
图4示出本发明一实施例在HSPA FRC测试中的接收性能示意图。
图5示出本发明一实施例在HSPA VRC测试中的接收性能示意图。
具体实施例方式 下面依据本发明的实施例来说明，该实施例在TD-SCDMA系统中实现。
根据本发明的第一实施例，具有MMSE接收机输出数据校准装置的系统示意图如图1所示。
系统100完成TD-SCDMA系统符号(symbol)级的接收数据处理，其输入为接收数据Drec(包括用户数据和训练序列)，输出为用于信道译码的软比特。系统100主要包含系统矩阵生成模块101、MMSE-BLE均衡器102(即MMSE接收机)，解调模块103以及校准装置110。校准装置110进一步包括校准系数生成模块111及校准模块112。
系统矩阵生成模块101用于根据训练序列进行信道估计等处理并生成系统传输矩阵，即前文所述矩阵A。该模块为本领域技术人员所公知，因此在此不进行详细说明。
MMSE-BLE均衡器102用于根据输入的用户数据和系统传输矩阵，根据MMSE准则得到发送数据的估计值。其中，用户数据即为前文所述接收向量e，MMSE-BLE均衡器102的输出数据为发送数据的估计值
该模块为本领域技术人员公知，在此不进行详细说明。其中，
可以看出，MMSE-BLE输出的发送数据的估计值分为三部分，第一部分是经diag(W)缩放后的发送数据，第二部分是残留的ISI和MAI，第三部分是噪声。
校准系数生成模块111用于根据系统100的接收数据Drec和/或MMSE-BLE均衡器102的输出数据
等估计校准系数α。
在本发明一个较佳实施例中，校准系数生成模块111近似认为所有数据使用相同校准系数，并估计MMSE-BLE均衡器输出的ISI/MAI功率(记为PISI/MAI)以及噪声(noise)功率(记为Pnoise)的功率之和与期望符号(desired symbols)功率(记为Pdesired)的比值γ，结合MMSE-BLE输出功率
得到校准系数α，其计算公式为 其中，
为发送数据的平均功率，是一个常数，在标准星座图中，
对于比值γ的估计，可以有不同的方式实现，在一个较佳实施例中，通过测量ISCP(Interference Signal Code Power)和RSCP(Received Signal Code Power)，得到γ的估计值
其中，SF为扩频因子；在另一较佳实施例中，通过估计MMSE-BLE均衡器输出的信噪比SNR，得到γ的估计值 与上述较佳实施例稍有区别，在本发明另一较佳实施例中，校准系数生成模块111进一步近似认为所MMSE-BLE输出功率
为常数，得到γ的估计值。例如，如果在处理MMSE-BLE时没有引入额外的缩放，则近似认为
根据本实施例，校准模块112为幅度校准模块，其作用是对输出数据中的发送数据(desired symbols)的幅度进行校准，α其实就是期望符合的缩放系数。
幅度校准模块112对MMSE-BLE输出的发送数据(为QAM符号)进行幅度校准并输出。在本发明的较佳实施例中，幅度校准模块112通过乘法器实现，通过将发送数据估计值
输入乘以系数
实现校准，经过校准后消除发送数据中的diag(W)的缩放。
解调模块103对输入的发送数据估计值
进行解调并输出供信道译码等模块使用的软比特。该模块103为本领域技术人员公知，在此不进行详细说明。
在实际实现时，幅度校准模块112和解调模块103可以统一实现，也就是说，将幅度校准模块112结合于解调模块103中，同时实现幅度校准与解调。
本领域的技术人员很容易理解，校准MMSE-BLE均衡器102输出数据幅度和校准解调时使用的欧式距离可以等效。因此本发明还可以由如下实施例实现。
图2示出本发明第二实施例的具有MMSE接收机输出数据校准装置的系统示意图。其中与图1中相同的符号表示相同或相似的部件。
系统200完成TD-SCDMA系统符号(symbol)级的接收数据处理，其输入为接收数据Drec(包括用户数据和训练序列)，输出为用于信道译码的软比特。系统200主要包含系统矩阵生成模块101、MMSE-BLE均衡器102(即MMSE接收机)、解调模块103以及校准装置210。校准装置210进一步包括校准系数生成模块111及校准模块212。其中系统矩阵生成模块101、MMSE-BLE均衡器102、解调模块103均描述于前一实施例，在此不再赘述。
校准系数生成模块111用于根据系统100的接收数据Drec和/或MMSE-BLE均衡器102的输出数据
等估计校准系数α。这一过程的具体细节请参见前一实施例。
根据本实施例，校准模块212是一欧式距离校准模块，用以对输出数据被解调时使用的星座图欧式距离进行校准。在解调模块103，使用经过校准后的欧式距离，将可消除发送数据中的diag(W)的缩放。
在实际实现时，欧式距离校准模块212和解调模块103可以统一实现，例如，将欧式距离校准模块112结合于解调模块103中，同时实现欧式距离校准与解调。
从上述实施例可以归纳出本发明的一种校准MMSE接收机输出数据的方法，请参照图1和图2所示，本方法包括以下步骤 首先，根据MMSE-BLE均衡器102的接收数据Drec和/或输出数据(即发送数据估计值
)估计校准系数α。然后利用校准系数α校准MMSE-BLE均衡器102的输出数据中的发送数据的幅度，或者校准输出数据被解调时使用的欧式距离。本实施例的其他细节请参见前述的两个实施例，在此不再详细描述。
针对本发明上述较佳实施例，分别从测量准确性和吞吐量两方面证实本发明方案对性能的改善。
首先，本发明方案可以提高接收机后端测量(例如SNR、FOE等)的准确性，例如接收机后端SNR测量曲线如图3所示。其中，曲线a为SNR测量理论值曲线，曲线c为不使用本发明方案时，SNR测量的曲线；曲线b为使用本发明方案后SNR测量的曲线。
其次，使用本发明方案，可以提高接收性能，尤其是低信噪比时的接收性能，如图4所示，在HSPA FRC测试中，第一组曲线e为64QAM 1.698kbps下的未经本发明校准和经过本发明校准的曲线；第二组曲线d为64QAM2.048kbps下的未经本发明校准和经过本发明校准的曲线。可见，低信噪比时，使用本发明方案，性能可以提升约1dB。
第三，在HSPA VRC仿真中，一方面由于测量准确性的提高导致信道自适应更加准确，另一方面由于本发明方案可以提高接收性能，使用本发明方案带来的效果更加明显，如图5所示。
综上所述，本发明的上述实施例，通过对接收机输出数据幅度的直接校准或者对解调时使用的欧式距离进行校准，可以提高均衡器后端测量准确性，并且提高译码性能和吞吐量，本发明还具有实现简单，计算量较小的特点。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
权利要求
1.一种校准MMSE接收机输出数据的装置，包括
校准系数生成模块，根据该MMSE接收机的接收数据和/或输出数据估计一校准系数；
校准模块，利用该校准系数校准该MMSE接收机的输出数据中的发送数据的幅度或者该输出数据被解调时使用的欧式距离。
2.如权利要求1所述的校准MMSE接收机输出数据的装置，其特征在于，该校准系数生成模块执行以下步骤估计该校准系数
估计该MMSE接收机的输出数据中的干扰及噪声功率之和与期望符号功率之间的比值γ，其中该干扰包括符号间干扰和多址干扰；以及
根据
进行计算，其中α为该校准系数，
为该发送数据的平均功率，
为该输出数据的输出功率。
3.如权利要求2所述的校准MMSE接收机输出数据的装置，其特征在于，该校准系数生成模块是通过测量ISCP和RSCP，得到该比值γ的估计值
其中，SF为扩频因子。
4.如权利要求2所述的校准MMSE接收机输出数据的装置，其特征在于，该校准系数生成模块是通过估计MMSE接收机输出的信噪比SNR，得到γ的估计值
5.如权利要求1所述的校准MMSE接收机输出数据的装置，其特征在于，该校准模块为一乘法器。
6.如权利要求1或5所述的校准MMSE接收机输出数据的装置，其特征在于，该校准模块是结合于一解调模块，该解调模块用于使用该欧式距离解调该输出数据。
7.一种校准MMSE接收机输出数据的方法，包括
根据该MMSE接收机的接收数据和/或输出数据估计一校准系数；
利用该校准系数校准该MMSE接收机的输出数据中的发送数据的幅度或者该输出数据被解调时使用的欧式距离。
8.如权利要求7所述的校准MMSE接收机输出数据的方法，其特征在于，估计该校准系数的方法包括
估计该MMSE接收机的输出数据中的干扰及噪声功率之和与期望符号功率之间的比值γ，其中该干扰包括符号间干扰和多址干扰；以及
根据
进行计算，其中α为该校准系数，
为该发送数据的平均功率，
为该输出数据的输出功率。
9.如权利要求8所述的校准MMSE接收机输出数据的方法，其特征在于，估计该比值γ的方法包括
通过测量ISCP和RSCP，得到γ的估计值
其中，SF为扩频因子。
10.如权利要求8所述的校准MMSE接收机输出数据的方法，其特征在于，估计该比值γ的方法包括
通过估计MMSE接收机输出的信噪比SNR，得到γ的估计值
全文摘要
本发明涉及一种校准MMSE接收机输出数据的装置及方法，通过对MMSE-BLE均衡器造成的缩放进行补偿，提高调制尤其是高阶调制时的接收性能。为此，本发明的装置包括校准系数生成模块及校准模块。该校准系数生成模块根据该MMSE接收机的接收数据和/或输出数据估计一校准系数。该校准模块利用该校准系数校准该MMSE接收机的输出数据中的发送数据的幅度或者该输出数据被解调时使用的欧式距离。
文档编号H04L25/02GK101827046SQ20091004714
公开日2010年9月8日 申请日期2009年3月6日 优先权日2009年3月6日
发明者王乃博, 李丹妮 申请人:联芯科技有限公司