信號處理任務(wù)用的復(fù)數(shù)值的類似數(shù)字計(jì)算機(jī)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)的方法

專利名稱：信號處理任務(wù)用的復(fù)數(shù)值的類似數(shù)字計(jì)算機(jī)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如權(quán)利要求1的前序部分特征所述的、信號處理任務(wù)用的復(fù)數(shù)值的類似CORDIC(數(shù)字計(jì)算機(jī)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn))的方法，以及用于實(shí)現(xiàn)這樣方法的一種通信系統(tǒng)，其中本發(fā)明尤其涉及在采用多個天線時用于數(shù)據(jù)檢測的一種方法。
在無線通信領(lǐng)域中，譬如在按UMTS標(biāo)準(zhǔn)(UMTS通用移動電信系統(tǒng))的第三代移動無線電中，數(shù)目增長的實(shí)時應(yīng)用使得有必要開發(fā)用于并行信號處理的算法和結(jié)構(gòu)體系。對此，大多數(shù)公知的算法和結(jié)構(gòu)體系以輸入實(shí)數(shù)數(shù)據(jù)為前提。這尤其適用于所述結(jié)構(gòu)體系應(yīng)實(shí)現(xiàn)VLSI實(shí)施的情況。通常借助于標(biāo)準(zhǔn)化的裝置來覆蓋具有復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的情況，譬如通過應(yīng)用四個實(shí)數(shù)和乘法來執(zhí)行一個復(fù)數(shù)的乘法。但是在許多實(shí)際應(yīng)用中，譬如在自適應(yīng)的波束整形中—在這里尤其是指天線陣列的電可調(diào)方向特性—或在接收多個用戶時，復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的處理將具有越來越大的重要性。
用于MVDR自適應(yīng)波瓣整形(MVDR最小方差無失真響應(yīng))的處理器裝置借助最小二乘法(最小二乘問題)基本上實(shí)現(xiàn)了復(fù)數(shù)值問題的解決方案，這是通過將一個或多個邊界條件引入到給定的最小化問題中來獲得的。對此，在MVDR中是在同時遵守如下補(bǔ)充條件的情況下將輸出信號的對應(yīng)于平均功率的方差最小化，該補(bǔ)充條件就是應(yīng)該無失真地、即沒有放大和衰減地接收某個入射方向的信號。此外，借助最后將右側(cè)的輸出信號與變換因子的平方根相乘來實(shí)現(xiàn)所述輸出信號的直接計(jì)算。在此，不在這些處理器陣列中執(zhí)行所述考慮邊界條件的計(jì)算，而是在一種預(yù)處理步驟中進(jìn)行。所述的處理器陣列完全由一些計(jì)算圓形旋轉(zhuǎn)的(對角的單元)或采用圓形旋轉(zhuǎn)的處理器單元(非對角的單元)組成。譬如從J.Ma、K.K.Parhi、Ed F.Deprettere著的＂基于流水線CORDIC的QRD-MVDR波束整形＂，IEEE聲學(xué)語音國際會議匯編，信號處理，3025-3028頁，西雅圖(美國)，1998中公開了MVDR自適應(yīng)的波瓣整形(QDR矩陣的QR分解)。在擴(kuò)充的處理器陣列上實(shí)現(xiàn)具有多個線性邊界條件的MVDR波束整形。在采用舒爾(Schur)補(bǔ)數(shù)的條件下，將所述的線性邊界條件引入到所述的最小化問題可以表達(dá)為一種部分的高斯消除法。借助一種通常的QR分解來解決從中所產(chǎn)生的最小二乘問題。甚至所述輸出信號的直接計(jì)算在最后所采用的乘法也可以通過使用Schur補(bǔ)數(shù)而被表達(dá)為一種線性變換。因此可以達(dá)到如下的實(shí)施，即所述的實(shí)施完全基于線性的高斯變換和圓形的Givens旋轉(zhuǎn)，并可以借助一種由處理器組成的上三角形陣列來實(shí)現(xiàn)。
為了實(shí)現(xiàn)所述的復(fù)數(shù)值變換，以一種因子分解的形式來表達(dá)它們。這種因子分解相應(yīng)地由實(shí)數(shù)值的線性變換和圓形變換組成，并將所述復(fù)數(shù)的相位旋轉(zhuǎn)引入到所述的變換中。在復(fù)數(shù)平面中也可以將這些相位旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)用到圓形變換上。因此，可以將所述的復(fù)數(shù)變換轉(zhuǎn)用到若干實(shí)數(shù)變換上，譬如可以通過四個實(shí)數(shù)乘法來表達(dá)一個復(fù)數(shù)乘法。然而在利用這種因子分解的條件下，可以詳細(xì)地表達(dá)復(fù)數(shù)變換的因子分解旋轉(zhuǎn)圖，也就是說，在一種在算法期間伴隨于所含有關(guān)矩陣的對角矩陣中累加所述相位旋轉(zhuǎn)中的一個。這相當(dāng)于因子分解旋轉(zhuǎn)的基本思想，其中將標(biāo)度因子轉(zhuǎn)移到一種對角矩陣中。在計(jì)算結(jié)束時補(bǔ)償所述的對角矩陣。由此減少了所需的實(shí)數(shù)旋轉(zhuǎn)的數(shù)目，以至于僅需要實(shí)數(shù)旋轉(zhuǎn)中的兩個就能消除所含復(fù)數(shù)的虛部。
正如所討論的那樣，基于實(shí)施線性和圓形的復(fù)數(shù)2×2變換的處理器單元，可以實(shí)現(xiàn)具有多個邊界條件的MVDR波束整形的整個上三角處理器陣列。將這些變換稱為實(shí)數(shù)的線性和圓形的2×2變換。在采用一種線性或圓形的CORDIC處理器的條件下實(shí)現(xiàn)每個實(shí)數(shù)變換(CORDIC數(shù)字計(jì)算機(jī)上的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn))。在所述的CORDIC方法中，借助簡單的移位和加法運(yùn)算實(shí)施一個二元矢量的旋轉(zhuǎn)。通過用于直接計(jì)算輸出信號的最后線性變換來補(bǔ)償在對角矩陣中所聚集的相位因子。
當(dāng)前的MVDR波束整形器在這里尤其涉及一種具有電可調(diào)方向特性的、考慮了多個邊界條件的天線陣列，它在一種調(diào)制的數(shù)字信號上、譬如在一種4-QAM信號上得到應(yīng)用(4-QAM在信號空間具有4個點(diǎn)的正交調(diào)幅)。仿真已表明，尤其在考慮近似精度和標(biāo)度的條件下，所需的計(jì)算工作量在很大程度上取決于應(yīng)用的專門條件，譬如SNR(SNR信號噪聲比/信噪比或信號干擾比)。
通常的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括布置在平面的位置mi上的無方向性的M個傳感器元件。所述的天線陣列接收一種混合信號，它由要解碼的所希望的信號、來自未知方向的不受歡迎的干擾信號、和在所有方向上平均相等的背景噪聲組成。在附

圖1中所示的這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中應(yīng)該考慮到，從接收信號s1(t)的角度看，第二信號s2(t)也是一種入射方向?yàn)橐阎母蓴_源，而信號s3(t)應(yīng)該是一種具有未知到達(dá)方向的干擾源。為了簡化，假設(shè)在每個傳感器上的傳播方向是相同的，并且波形是平面的，使得可以采取遠(yuǎn)場近似。所述的各個傳感器輸出信號xi(t)作為復(fù)數(shù)的基帶信號出現(xiàn)，其中，應(yīng)考慮到所接收的信號通常是某些已變換成等效低通信號的已調(diào)制信號。因此可以采取一種窄帶近似，也就是說，每個天線元件都接收相同的信號，但具有時間延遲。在一個傳感器i上的等效低通信號可以描述為xi(t)=x~(t)exp(-j2πfCτi)+ni(t),---(1)]]>式中， 為在布置在附圖1中所示天線坐標(biāo)系原點(diǎn)上的一種虛擬基準(zhǔn)傳感器元件上的復(fù)數(shù)基帶信號、τi為傳感器i相對于所述基準(zhǔn)傳感器的信號時間延遲、fc為載頻、和ni(t)為高斯白噪聲。因此需要兩個方程用于完整地描述附圖1。在N×M矩陣C中，可以通過屬于每個天線和每個已知傳播方向的指數(shù)表達(dá)式的組合來實(shí)現(xiàn)更緊湊的符號表示法，其中，N為已知信號方向的數(shù)目。按如下來定義所述的矩陣 式中，Φi，k＝-2πfcτi，k。下標(biāo)k相當(dāng)于一種給定的場幾何形狀的第k個到達(dá)方向，而在給定的到達(dá)方向上可以通過投影觀測較容易地計(jì)算出所述的時間延遲τi，k。將所述的離散信號xi(n)考慮作為模擬前端的、或與每個傳感器的前端相連的前側(cè)端子的輸出信號。結(jié)合以下的實(shí)施例來討論與此有關(guān)的細(xì)節(jié)。所采樣的信號布置在一種n×M矩陣X中 式中，n為在每個天線上所采集的采樣值的數(shù)目或號碼。通過用復(fù)數(shù)的因子wm給所述傳感器的輸出信號或輸出值進(jìn)行加權(quán)，這些乘積的總和便產(chǎn)生一種空間濾波器、即所謂的波瓣整形器或波束整形器?；诿總€加權(quán)因子wi＝[w1，…，wM]T屬于一個所希望的輸出信號ei這種事實(shí)，定義一種含有所述濾波器輸出值的信號矩陣E＝[e1e2…el]，式中L≤N。
用于方向預(yù)給定的定向技術(shù)在于，要求應(yīng)放大所述希望的信號，而應(yīng)抑制從另外的方向入射的噪聲和干涉信號。這便產(chǎn)生了以下的最小二乘表達(dá)式minwi||ei=Xwi*||22]]>其中i∈[1，L]， CW*＝B，(4)式中，L為所希望輸出信號的數(shù)目，而B表示所述的放大矩陣，尤其是增益矩陣。N×K矩陣B中的元素大多是取自數(shù)集{0，1}；0代表干擾抑制，1代表所述信息信號的單位增益。所述的加權(quán)矩陣W又由矢量wi組成，使得W＝[w1w2…wL]。以這種方式和方法用所述的最小二乘判據(jù)來嘗試使所述波瓣整形器的輸出功率最小化，而且同時滿足所述的邊界條件。針對附圖1中所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)獲得兩個已知信號方向s1(t)、s2(t)的N＝2個邊界條件，使得C2xM，B＝I2，以便獲得E＝[e1e2]。
在迄今已知的在處理器陣列上實(shí)現(xiàn)MVDR波束整形算法的方法中，不是在所述的處理器陣列內(nèi)部一同計(jì)入所述的補(bǔ)充條件，而是在一個單獨(dú)的預(yù)處理步驟中考慮它們。因此既在硬件方面，也在編程方面都需要相應(yīng)高的工作量，以便尤其能在采用多個天線時進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測。
本發(fā)明的任務(wù)在于改善信號處理任務(wù)用的復(fù)數(shù)值的類似CORDIC的方法，以及改善一種用于實(shí)現(xiàn)這樣方法的通信系統(tǒng)。
通過一種具有權(quán)利要求1特征的復(fù)數(shù)值的類似CORDIC的方法，或通過一種用于實(shí)施這樣方法的且具有權(quán)利要求6特征的通信系統(tǒng)來解決此任務(wù)。有利的改進(jìn)方案由從屬權(quán)利要求給出。
這樣的方法尤其能夠在構(gòu)造形式相同的和基于CORDIC的實(shí)數(shù)單元中實(shí)現(xiàn)所述完整的復(fù)數(shù)值信號處理。為此在一種處理器陣列中實(shí)施所述的方法，其中一同計(jì)入所述的補(bǔ)充條件，并因此取消一個單獨(dú)的預(yù)處理步驟。
以所建議的方式實(shí)現(xiàn)把所述復(fù)數(shù)的相位因子轉(zhuǎn)移到對角矩陣中的方法也是有利的。
所述的方法特別提供了如下可能性，即尤其在通信系統(tǒng)中進(jìn)行很簡單的硬件實(shí)施，因?yàn)樗龅膯卧环矫鎿碛谢ハ嗪芟嗨频臉?gòu)造，而另一方面通過所述的CORDIC實(shí)施只須執(zhí)行移位和加法運(yùn)算。
以下借助附圖來闡述一個實(shí)施例。所展示的圖1為一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它具有四個傳感器元件、兩個來自已知方向的載有信息的信號s1(t)和s2(t)、和一個來自未知方向的干涉信號或干擾信號s3(t)；圖2為復(fù)數(shù)的CORDIC，圖中(a)為一種線性的分析處理、(b)為一種線性的應(yīng)用、(c)為一種圓形的分析處理、和(d)為一種圓形的應(yīng)用，其中，所示的塊由以矢量工作方式和旋轉(zhuǎn)工作方式運(yùn)行的、線性和圓形的實(shí)數(shù)CORDIC模塊組成；圖2a為在此所采用的符號的說明；圖3中的(a)為一種按照所述CORDIC原理的乘法單元，(b)與(c)為執(zhí)行所述相位旋轉(zhuǎn)的γ計(jì)算和累加的三角單元；圖4為一種完整的處理器陣列；圖5為在采用具有標(biāo)度因子補(bǔ)償?shù)念愃艭ORDIC的近似旋轉(zhuǎn)的情況下，用于示出比特差錯率的一種表格，其中，由每個實(shí)數(shù)值的CORDIC處理器單元執(zhí)行相同數(shù)目的CORDIC迭代(μ旋轉(zhuǎn))，以及另外還示出了在采用準(zhǔn)確旋轉(zhuǎn)的情況下的比特差錯率；圖6為所述處理器陣列的一種所產(chǎn)生的方向圖。三種信號從不同的方向射入。兩種信號應(yīng)受到抑制，其中，應(yīng)以0dB的增益來接收來自-90°的信號。所有入射的信號另外還受到了噪聲(信噪比為每個天線8dB)的干擾。從公式a(ξ)=20log10|[ejφ1(ξ),...,ejφM(ξ)]W1|]]>中計(jì)算出振幅特性；圖7為相對于μ旋轉(zhuǎn)數(shù)目的所述比特差錯率的一種示圖(信噪比＝8dB)，其中，所示的虛線示出了在準(zhǔn)確旋轉(zhuǎn)情況下的比特差錯率；和圖8為一種基站的示意性構(gòu)造。
為了說明實(shí)施例，首先闡述所述帶有邊界條件的優(yōu)化問題的解決方案。用于解決所述的帶有邊界條件的優(yōu)化問題的一種措施在于，將所述的問題表達(dá)為一種沒有邊界條件的最小二乘問題(最小二乘問題最小誤差二乘法)。用C＝[C1C2]、WT＝[WT1WT2]和X＝[X1X2]可以將所述補(bǔ)充條件的方程描述為(式中，*＝[*1*2]表示把矩陣*分解成兩個子矩陣，其中第一子矩陣具有N個列)C1W1*+C2W2*=B.---(5)]]>解矩陣W1得出W1*=C1(B-C2W2*)---(6)]]>從中產(chǎn)生XW1*=(X2-X1C1-1C2)W2*-(-X1C1-1B)]]>為此可以用X‾2=X2-X1C1-1C2]]>以及B‾2=-X1C1-1B---(7)]]>解決最小二乘問題minW2||X2W2*-B‾2||22---(8)]]>以便獲得W2，并在此從(6)中計(jì)算出W1。在進(jìn)一步的步驟中可以借助
E＝XW*(9)計(jì)算出所希望的輸出信號。尤其從并行的硬件實(shí)施的角度來看，優(yōu)選地把在求解帶有邊界值的最小二乘問題中所包括的，也即在求解過程(6)、(7)、(8)和(9)中所包括的步驟納入到一種三角矩陣的生成過程中。假設(shè)將(n+N)×(M+K)矩陣M定義為 將一系列高斯變換Gpq(s)應(yīng)用到所述的矩陣M上，其中，Gpq(s)消除了所述的元素mpq，使得C1變成上三角形狀，而且完全消除X1，得出 式中，R1為一種上三角矩陣，而所述的n×(M-N+K)矩陣|X2B2|為M的Schur補(bǔ)數(shù)。要說明的是，可以如此來選擇所述的變換，使得R1的對角元素變成實(shí)數(shù)值。
通過|X2|的QR分解，可以如此來解與下部左側(cè)塊有關(guān)的最小二乘問題，使得X‾2=[Q2Qs-]R20]]>式中，[Q2Qs]是一種酉矩陣。由Givens旋轉(zhuǎn)Jpq(θ)組成所述必要的酉變換。矩陣的定義[P2HPsH]=B‾2H[Q2Qs]]]>和將一系列Givens旋轉(zhuǎn)應(yīng)用到M′上可以看出，通過酉變換來繼續(xù)(11)的部分的三角形成過程 正如以前所述的那樣，可以如此選擇所述的Givens旋轉(zhuǎn)，使得R2的對角元素變成實(shí)數(shù)值。通過應(yīng)用以上方程，實(shí)際上沒有W的明確計(jì)算就可以確定所述的輸出信號。E=XW*=Q2R2W2*-B‾2.---(13)]]>由于R2W2*＝P2，和B2＝Q2P2+QsPs，所以獲得E=-QsPs.---(14)]]>用一種處理器陣列來實(shí)施所述的算法。由于整個算法是從所述矩陣M的三角形成的角度來表達(dá)的，所以可以在一個上三角處理器陣列中實(shí)現(xiàn)它。
由于所述的信號是復(fù)數(shù)值的，所以所述的處理器單元必須處理復(fù)數(shù)值的數(shù)據(jù)。在通常的實(shí)施情況下，所述的單元必須基本上執(zhí)行乘法和累加。然而計(jì)算線性變換和酉變換的邊緣單元必須相應(yīng)地計(jì)算方根和除法。由于它們在計(jì)算技術(shù)上的復(fù)雜性，這些計(jì)算比乘法要求更多的時間。為了完成這個問題，下面來研究所述處理器單元的內(nèi)部構(gòu)造。
以下將復(fù)數(shù)的CORDIC模塊化為實(shí)數(shù)的CORDIC，也就是說轉(zhuǎn)化為如下方法，即用簡單的移位和加法運(yùn)算來執(zhí)行一個二元矢量的旋轉(zhuǎn)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，首先以因子分解的形式來表達(dá)所述的復(fù)數(shù)旋轉(zhuǎn)。可以看出，在將這些一般復(fù)數(shù)模塊用于所述MVDR波束整形器的情況下，所述的一般復(fù)數(shù)模塊可以被簡化。從酉旋轉(zhuǎn)的角度首先研究一種應(yīng)用于矢量v＝[ra]T的酉2×2矩陣Tu，式中，不僅r而且a都代表復(fù)數(shù)；也就是說，r＝ 和a＝ 。于是通過Tu=c*s*-sc---(15)]]>來定義Tu，式中， 并因此Tuv=[|r|2+|a|20]T]]>以下設(shè)a和r為a或r的相位角?，F(xiàn)在可以將Tu分解為4個矩陣 式中，sinδ=|a||r|2+|a|2]]>以及cosδ=|r||r|2+|a|2]]>如果現(xiàn)在通過具有實(shí)數(shù)元素的一種四元矢量 來描述所述的二元復(fù)數(shù)矢量v，式中 那么就能夠以下述的方式和方法以具有四個實(shí)數(shù)變換的表達(dá)式來表達(dá)方程(16)中的因子分解的復(fù)數(shù)變換。將Givens旋轉(zhuǎn) 和 應(yīng)用到所述的矢量 ，也即相當(dāng)于乘法re-jr或ae-ja。將矩陣 應(yīng)用到所述的矢量 ，這同樣相當(dāng)于將T3z(δ)應(yīng)用到v。迄今已置換了方程(16)中的四個復(fù)數(shù)因子中的三個。也可以將所余下的因子γ表達(dá)為一種實(shí)數(shù)旋轉(zhuǎn)。然而有利的是，不結(jié)合其它的旋轉(zhuǎn)來執(zhí)行所述的旋轉(zhuǎn)，而是延遲這些步驟。假設(shè)不結(jié)合其它變換來執(zhí)行所述的相位移γ，也就是說存在著一種由獨(dú)立的相位因子e-j1或e-j2組成的剩余2×2對角矩陣。為了執(zhí)行所述Givens旋轉(zhuǎn)序列中的下一個消除步驟，需要執(zhí)行在方程(15)中規(guī)定的所述酉變換。因此應(yīng)計(jì)算 式中， 以及 在少數(shù)幾個代數(shù)變換之后從中得出 重要之處在于，在所述的引導(dǎo)對角矩陣中可以累加所述的相位因子。因此在最后的變換步驟中可以進(jìn)行所述的相位補(bǔ)償，而不必在每個處理器單元中計(jì)算所述的相位補(bǔ)償。這類似于在因子分解旋轉(zhuǎn)時所采用的原理，在那里是在一種伴隨對角矩陣中累加所述旋轉(zhuǎn)的標(biāo)度。由于可以將(16)的Tu看作因子分解的旋轉(zhuǎn)，所以可以相應(yīng)地處理所述的第一對角矩陣。與因子分解的旋轉(zhuǎn)相反，為了避免溢出而在所述的算法期間不需要補(bǔ)償所述的對角矩陣，因?yàn)樗龅膶蔷仃嚘毛袃H含有相位因子。
以下研究線性的旋轉(zhuǎn)。與所述的酉旋轉(zhuǎn)相似，可以將一種復(fù)數(shù)的線性旋轉(zhuǎn)描述為由四個適合于實(shí)數(shù)表達(dá)的矩陣所組成的乘積。在線性的情況下，通過 給出所述的2×2變換矩陣T1，將此2×2變換矩陣T1應(yīng)用到所述的矢量v＝[ra]T，以便消除所述矢量v的第二組分。類似于Tu，將T1的分解定義為 通過將方程(25)中的表達(dá)式與方程(16)中的表達(dá)式作比較可以發(fā)現(xiàn)，在兩種情況下都產(chǎn)生了所述的變換T1和T2。但通過一種線性的變換T31來代替所述的酉變換T3Z。又可以將這種復(fù)數(shù)變換表達(dá)為一種實(shí)數(shù)的4×4變換矩陣T31(|s|)=10000100-|s|0100-|s|01.---(26)]]>如在方程(16)中那樣，應(yīng)該用γ執(zhí)行最后的乘法，這實(shí)際上相當(dāng)于T31T2T1v的所述兩個元素的相位修正。象以上所述的那樣，將所述的相位旋轉(zhuǎn)寫入一種對角矩陣中，換言之，可以在一種單獨(dú)的對角矩陣中累加這些相位旋轉(zhuǎn)。
下面來講述一個示范性的實(shí)施。如果現(xiàn)在置換CORDIC塊的所有實(shí)數(shù)變換，則產(chǎn)生由所述因子分解的表達(dá)式所組成的復(fù)數(shù)CORDIC單元。附圖2中示出了基于實(shí)數(shù)CORDIC單元的復(fù)數(shù)塊。在此，R1或R2的對角值是實(shí)數(shù)值的。所以在上述的復(fù)數(shù)CORDIC塊中可以略去多個實(shí)數(shù)的CORDIC單元。在附圖2中用實(shí)線示出了這些塊。附圖4中示出了基于CORDIC單元的整個處理器陣列。上側(cè)的兩個處理器系列實(shí)施了所述的部分高斯消除法，而位于其下的行中的單元則實(shí)施所述的QR分解。此處在一個第二DOA處理塊中(DOA到達(dá)方向/接收方向)執(zhí)行用于從[C1C2B]生成矩陣[C~B~]=[R1C‾2B‾1]]]>的部分高斯變換。由DOA算法估測入射信號的方向。由于方向估測算法的高分辨能力，所以通過具有高精度的變換計(jì)算可以達(dá)到一種較好的效率。由于不必在每個描掃步驟中更新所述陣列的上面部分中的寄存值-因?yàn)樗鲂盘柕娜肷浞较?DOA)在時間方面變化比較緩慢-，所以所述方向估測器的執(zhí)行時間不是關(guān)鍵的。于是給所述線性處理器單元的寄存器分配所述的值 和 在采用基于CORDIC的近似變換時，這種方法可以提高所述邊界條件的精度。但是要說明的是，所述的處理器陣列以某種精度為所有的CORDIC模塊工作，也即針對每個CORDIC模塊以固定數(shù)目的μ旋轉(zhuǎn)進(jìn)行工作。通過由三角單元組成的處理器陣列的各列來實(shí)施從方程(14)得出的γ因子計(jì)算，而且也實(shí)施所述的相位補(bǔ)償γ和 。附圖3(b)和3(c)中示出了相應(yīng)的單元。
從方程(14)得出的γ因子補(bǔ)償不是作為一種通常的乘法單元來實(shí)現(xiàn)的，而是通過具有象所述陣列的余下部分那樣的內(nèi)部構(gòu)造的塊來實(shí)現(xiàn)。以下將bi和c看作為任意的復(fù)數(shù)。通過將高斯變換在形式上應(yīng)用到M=-1[b1,b2,...]c0T]]>可以消除c，以便計(jì)算M的Schur補(bǔ)數(shù)，也就是G2,1(s)M=-1[b1,b2,...]0c[b1,b2,...].---(27)]]>所述的Schur補(bǔ)數(shù)顯然相當(dāng)于所述的乘積c[b1，b2，…]。因此可以將所述的乘法實(shí)施為一種變換計(jì)算和變換應(yīng)用?？梢杂欣貫槭噶炕捎孟嗤膯卧笏挥迷谒鲫嚵械纳厦娌糠种心菢?附圖2(a))。此外，附圖3(a)所示的應(yīng)用單元具有象六角單元那樣的構(gòu)造。
以下討論仿真結(jié)果。在以下的仿真中假設(shè)所述要解碼的信號是4-QAM調(diào)制的信號。已經(jīng)如此選擇了所述的參數(shù)，使得表現(xiàn)為一種具有M＝5個天線和3個入射信號的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。所述的天線均勻地分布在一種圓形裝置中，其中，將相鄰傳感器之間的間距設(shè)置在半個波長上。
利用以角度-90°或63.4°從所述的已知方向入射的兩個在功率上相同的信號來進(jìn)行第一仿真試驗(yàn)。一個具有未知方向的干擾信號以128.7°入射。將從此得出的比特差錯率作為附圖5所示的信噪比或信號干擾比的函數(shù)來示出。所述的處理器單元利用不同數(shù)目的CORDIC迭代進(jìn)行工作。已經(jīng)將所述的結(jié)果與采用準(zhǔn)確旋轉(zhuǎn)的仿真試驗(yàn)作了比較。可以發(fā)現(xiàn)，三個μ旋轉(zhuǎn)已經(jīng)導(dǎo)致幾乎與準(zhǔn)確計(jì)算相同的比特差錯率。
下面接著研究從中得出的波束圖或方向圖，在這里是一種天線系統(tǒng)或天線陣列的波束圖或方向圖。為了確定陣列的方向圖，已經(jīng)在某些仿真步驟之后讀出所述陣列的寄存器單元。象在討論處理器陣列之前已經(jīng)討論過的那樣，可以從中計(jì)算出固有的加權(quán)因子。附圖6中示出了所產(chǎn)生的方向圖。借助虛線示出了所述的信號方向和干涉信號或干擾信號方向。盡管所示的曲線具有一種不同的走向，但是它們滿足所述的期望。無論所述的準(zhǔn)確計(jì)算的方向圖，還是所述的近似求解的方向圖，它們在所述MVDR判據(jù)的意義上都最佳地滿足了所述的邊界條件＂增益等于1＂。此外，所述已知干擾信號或干涉信號的抑制是很準(zhǔn)確的。所述未知干擾信號的抑制隨著μ旋轉(zhuǎn)的數(shù)目而增長。
為了表征所述的近似法，已經(jīng)在費(fèi)用方面考慮了輸出信號質(zhì)量(BER比特差錯率)和計(jì)算費(fèi)用之間的折衷。對此，在采用具有標(biāo)度因子補(bǔ)償?shù)念愃艭ORDIC的近似旋轉(zhuǎn)時，圖7示出了所述陣列的效率分布圖。可以發(fā)現(xiàn)，4個μ旋轉(zhuǎn)已足夠達(dá)到整個可能的效率。
為了實(shí)現(xiàn)所述的方法，建議提供象附圖8中所示基站那樣的基站，這些基站在使用所述處理器陣列1的任意空間裝置中具有多個偶極天線2。可因此獲得的數(shù)據(jù)流被供給所述處理器陣列1的各一個單元。由一個單獨(dú)的到達(dá)方向塊DOA3提供關(guān)于所述入射的有用和干擾信號的方向信息。在所述處理器陣列的用戶側(cè)的輸出端4上施加有代表N個入射信號的基帶信息的N個復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)流，對于這些信號存在著入射方向。每個輸出端由此提供一個在所述MVDR判據(jù)的意義上最佳地指向所述發(fā)送機(jī)天線陣列的信號。
優(yōu)選在ASIC(ASIC專用集成電路/客戶/應(yīng)用專用集成電路)上，或在FPGA(FPGA現(xiàn)場可編程門陣列/由規(guī)則結(jié)構(gòu)所構(gòu)造的、可自由編程的邏輯模塊組成)上實(shí)現(xiàn)上述的三角陣列1。這種規(guī)則的結(jié)構(gòu)也使得多處理器系統(tǒng)的采用成為可能。尤其通過CORDIC塊來實(shí)現(xiàn)各個單元的旋轉(zhuǎn)裝置。在此，將所述復(fù)數(shù)值的CORDIC塊化為實(shí)數(shù)值的CORDIC模塊。所述的處理器陣列1在原則上適合于處理所述復(fù)數(shù)信號處理中的、可以化為具有補(bǔ)充條件的最小二乘問題的任何問題。建議一種MMMSE接收器作為優(yōu)選的實(shí)施例(MMMSE改進(jìn)的最小均方誤差)。MMSE表示用于調(diào)節(jié)濾波器系數(shù)的一般判據(jù)，其中，在CDMA傳輸系統(tǒng)中采用MMMSE接收器(CDMA碼分多址)。譬如在經(jīng)無線接口傳輸?shù)奈磥硪苿訜o線電系統(tǒng)中，譬如在UMTS(通用移動電信系統(tǒng))中，或在具有約2000MHz頻帶中的頻率的第三代其它系統(tǒng)中采用CDMA。在此，所述的改進(jìn)方案也可以應(yīng)用于滿足瑞利統(tǒng)計(jì)的信道中。
權(quán)利要求
1.信號處理任務(wù)用的復(fù)數(shù)值的類似CORDIC的方法，所述的信號處理任務(wù)可以化為具有至少一個補(bǔ)充條件的最小二乘問題，其中在一種處理器陣列(1)上執(zhí)行一種算法，其特征在于，在所述處理器陣列內(nèi)部的至少一個工作步驟中考慮所述的補(bǔ)充條件。
2.按權(quán)利要求1的方法，其中在構(gòu)造形式相同的、基于實(shí)數(shù)CORDIC的單元中實(shí)施一種完整的復(fù)數(shù)值的信號處理。
3.按權(quán)利要求1和2的方法，其中將復(fù)數(shù)的相位因子轉(zhuǎn)移到一種對角矩陣(1)中。
4.按上一權(quán)利要求的方法，其中在CORDIC實(shí)施中僅執(zhí)行移位和加法運(yùn)算。
5.按上一權(quán)利要求的方法，其中將復(fù)數(shù)值的CORDIC塊化為實(shí)數(shù)值的CORDIC模塊。
6.尤其是無線電通信系統(tǒng)的通信系統(tǒng)，用于實(shí)施如一個以上權(quán)利要求所述的、尤其是信號處理任務(wù)用的復(fù)數(shù)值的類似CORDIC的方法，-具有至少一個發(fā)送和接收臺，尤其是在任意空間裝置中具有許多偶極天線(2)的基站，和-具有一種處理器陣列(1)，所述的處理器陣列(1)具有許多用于接收多個偶極天線(2)的天線信號的前側(cè)輸入端，和許多用于輸出具有N個入射信號的基帶信息的N個復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)流的輸出端(4)。
7.按權(quán)利要求6的通信系統(tǒng)，其中所述處理器陣列(1)的所述許多輸出端(4)是與一種常規(guī)的單天線接收器(5)相耦合的。
8.按權(quán)利要求7的通信系統(tǒng)，其中所述的處理器陣列(1)是三角形構(gòu)造的。
9.按權(quán)利要求6至8之一的通信系統(tǒng)，其中由一種到達(dá)方向塊(DOA，3)提供關(guān)于入射的有用和干擾信號的方向信息。
10.處理器陣列(1)，用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至5之一所述的、信號處理任務(wù)用的復(fù)數(shù)值的類似CORDIC的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及信號處理任務(wù)用的一種復(fù)數(shù)值的類似CORDIC的方法,所述的信號處理任務(wù)可以化為具有至少一個補(bǔ)充條件的最小二乘問題,其中在一種處理器陣列(1)上執(zhí)行一種算法。為了避免計(jì)算所述補(bǔ)充條件用的前聯(lián)計(jì)算機(jī)級,建議在所述處理器陣列內(nèi)部的至少一個工作步驟中考慮所述的補(bǔ)充條件,其中,尤其在構(gòu)造形狀相同的、基于實(shí)數(shù)CORDIC的單元中進(jìn)行一種完整的復(fù)數(shù)值的信號處理。相應(yīng)地也建議一種無線電通信系統(tǒng),用于為信號處理任務(wù)執(zhí)行復(fù)數(shù)值的類似CORDIC的方法,所述的無線電通信系統(tǒng)配備有至少一個發(fā)送和接收臺,尤其是配備有在任意空間裝置中具有許多偶極天線(2)的基站,并配備有一種處理器陣列(1),所述的處理器陣列(1)具有許多用于接收多個偶極天線(2)的天線信號的前側(cè)輸入端,和許多用于輸出具有N個入射信號的基帶信息的N個復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)流的輸出端(4)。
文檔編號G06F7/544GK1382272SQ0081462
公開日2002年11月27日 申請日期2000年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月20日
發(fā)明者M·奧特, M·比克, J·格策 申請人:西門子公司