專利名稱：相位序列中相位跳變的檢測和校正的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種通信系統，包括至少一個發射機和一個打算接收來自PSK調制的符號的接收機，以及包括用于根據符號相位序列來估值有關符號的頻率誤差的估值裝置。本發明還涉及打算被使用于這樣的通信系統的接收機。
本發明也涉及根據符號相位序列估值與來自PSK調制的接收符號有關的頻率誤差的方法，以及涉及檢測和校正來自PSK調制的符號的初始相位序列中的相位跳變的方法。
本發明最后涉及包括用于實施這種方法的指令的計算機程序。
背景技術：
這樣的基于相位序列的、有關接收符號的頻率誤差的估值算法，例如在M.Morelli和U.Mengali的論文“Feedforward FrequencyEstimation for PSKa Tutorial Review(PSK的前向頻率估值指導性回顧)”的4.1節中描述，見雜志“European Transactions onTelecommunications，Vol.9，No.2，March-April 1998”。這個算法被稱為Tretter算法或最小平方法。
為了得到這樣的相位序列，已知要使用相位估值算法，它根據對各種接收符號作出的判決來估值有關接收符號的相位。例如，使用期望最大值算法，這種算法在F.Daffara和J.Lamour的、題目為“Comparison between digital recovery technique in thepresence of frequency shift(存在頻率漂移時數字恢復技術之間的比較)”的、“International Conference on Communications，New Orleans，USA，1994年5月1日-5日，Vol.2，第940和945頁”的會議報告的3.3段中描述。
提出的問題如下在包括2n點的PSK調制中，兩個相鄰的點具有π/2n-1的相位差。當頻率誤差是這樣，使得基于某個符號在判決中造成錯誤時，這個錯誤是由在得到的相位估值序列中的±π/2n-1的相位跳變轉換的。可能得到的相位跳變的數目取決于分組中包含的符號的數目和初始頻率差值。
當相位序列(被用來應用Tretter算法)包括一個或多個相位跳變時，得到的頻率估值是不準確的。本發明的主要目的是提供對這個問題的解決方案。
發明概要為此，按照本發明的、以及如開頭段落中描述的通信系統的特征在于，所述接收機包括用于根據對符號作出的判決計算相位序列(被稱為初始序列)的計算裝置；以及用于檢測和校正這個初始序列中的相位跳變以把一個相位序列(被稱為最后序列)提供給所述頻率誤差估值裝置的裝置。
有利地，所述用于檢測和校正相位跳變的裝置包括-修正裝置，用于修正所述初始序列，以便生成多個修正的序列，它們每個都補償相位跳變配置，-計算裝置，用于計算確定初始序列和修正序列的直線方程，-計算裝置，用于為初始序列和修正序列計算在初始或修正相位與通過相應的直線方程產生的相位之間的平均差值，所述最后序列由平均差值最小的序列構成。
附圖簡述參照后面描述的實施例，借助于非限制性的例子，可了解和闡明本發明的這些和其它方面。
在圖上
圖1是按照本發明的通信系統的例子的圖，圖2是描述相位估值方法的步驟的流程圖，圖3是描述由按照本發明的相位跳變校正和檢測裝置使用的操作的流程圖，圖4是包括一個相位跳變的相位序列的表示，圖5是包括兩個相位跳變的相位序列的表示，圖6是通過本發明得到的結果的曲線形式表示。
優選實施例描述在圖1上，給出按照本發明的通信系統的例子。這個通信系統包括交互用戶終端1，它們是本發明意義內的發射機，以及頭端站2，它是本發明意義內的接收機。頭端站2發射第一頻段Ku(12-14GHz)內的信號。這些信號被衛星3中繼到交互用戶終端1。交互用戶終端在第二頻段Ka(20-30GHz)中發射信號。這些信號被衛星3中繼到頭端站2。
每個終端1包括數據源10和信道編碼裝置12。信道編碼裝置傳遞N符號的分組，它們包含前同步符號和數據符號。這些分組然后被發送到濾波裝置13，最后到調制裝置14，后者使用具有頻率fc的本地振蕩器。
頭端站2包括解調裝置20，它們使用具有頻率fc+Δf0/Ts(其中Δf0是相對于符號頻率的歸一化頻率差值，以及Ts是符號持續時間)和初始相位Θ0的本地振蕩器。頭端站2還包括濾波裝置21和采樣裝置22，后者采樣濾波器21的輸出信號，以便傳遞被稱為接收符號的符號。該已接收符號被發送到頻率恢復裝置23，它估計歸一化頻率差值Δf0，和校正接收符號，以便補償估計的差值f0。頻率恢復裝置23傳遞頻率校正的符號。這些頻率校正的符號被發送到相位恢復裝置24。相位校正的和頻率校正的符號最后發送到信道譯碼裝置25，它傳遞數據27。
在這里描述的例子中，相位恢復裝置24包括相位與頻率估值裝置50和相位校正裝置51。相位估值裝置50是參照圖2描述的。它們由一個打算被經過L次的環路組成。在下文中，下標m(m＝1到L)是環路計數器。因此每個m值相應于一次環路路徑。環路包括-傳統的相位估值裝置52(例如期望最大值)，用于產生相關于符號分組rk(m-1)(m＝1到L，和k＝1到q，其中q≤N)的初始相位序列S1，-裝置53，用于根據初始序列S1計算相關于所述分組的頻率誤差，-裝置54，用于校正分組的符號的頻率，以便校正所述頻率誤差，-環路裝置55，把頻率校正的符號rk(m)提供給相位估值裝置52，用于下一個通過環路的路徑，-以及環路輸出裝置56，把相位估值裝置52估值的相位(或直接地，要作出的校正)和要被校正的符號提供到相位校正裝置51。
計算裝置53根據由相位估值裝置52產生的初始相位序列S1計算相關于同一個分組的符號rk(m-1)的頻率誤差估值fm。這個相位序列S1的值處在-∞和+∞之間。計算裝置53包括-裝置60，用于檢測和校正相位跳變，以便校正這個初始序列S1和傳遞最后序列S2，-裝置62，通過應用Tretter算法計算可能最接近序列S2的數值的直線的斜率。所得到的斜率構成相關于分組符號的頻率誤差估值fm。正是這個頻率誤差被發送到頻率校正裝置54。在頻率校正后得到的符號，rk(m)＝rk(m-1).e-2πjkfm，被發送到相位估值裝置52，用于新的通過環路的路徑。在最后的通過環路的路徑(m=L)期間，要被校正的符號rk(L-1)和要對這些符號作出的相位校正 被發送到相位校正裝置51。
用于檢測和校正相位跳變的裝置60顯示于圖3。它們包括-用于修正初始序列，以便補償多個相位跳變配置的裝置100；該校正裝置100產生每個相應于相位跳變配置的校正的多個修正序列；-裝置110，用于計算確定初始序列和修正序列的直線方程，-計算裝置120，用于為初始序列和修正序列計算在初始或修正相位與通過相應的直線方程產生的相位之間的平均差值，所述最后序列是由平均差值最小的序列構成的。
檢測和校正相位跳變的裝置60的使用是不同的，它取決于希望校正的相位跳變的數目。但應用的方法保持為相同的。因此，本發明可應用于任意數目的相位跳變。現在描述檢測和校正相位跳變的裝置60的實施例的兩個例子-第一例，其中檢測和校正相位跳變的裝置60打算校正單個±π/2的相位跳變；-第二例，其中檢測和校正相位跳變的裝置60打算校正在同一個方向的兩個±π/2的相位跳變；這個第二例相應于其中發送的分組是53八位位組的ATM信元的最可能的情形。
在將要描述的例子中，修正裝置100逐個相位地修正初始序列S1。但是，為了減小要執行的計算數目，有可能逐個相位組地修正序列。這等價于只補償某些的相位跳變配置。
現在參照圖4描述檢測和校正相位跳變的裝置60的實施例的第一例。在圖4上，給出包括+π/2的相位跳變的初始序列S1的例子。檢測和校正相位跳變的裝置60的功能是檢測相位跳變的位置和方向，然后校正它。所以，如圖3所示，它們執行以下的運算(a)把Tretter算法應用于由相位j(j＝0到q-1)構成的初始序列S1，得出確定這個序列的直線方程D0。這個方程被寫為D0y＝a0.x+b0具有a0＝α.S′-β.S和b0＝γ.S-β.S′其中 α＝12/(q.(q2-1))，β＝6/(q.(q+1))以及γ＝2(2q-1)/(q(q+1))當認為相位的不確定性對于無論哪個j都是恒定的時，這些表示式可以從以下的書中第523和524頁上顯示的計算中很容易地得出，該書是W.H.Press，S.A.Teukolsky，W.T.Vetterling和B.P.Flannery的、題目為“Numerical Recipes in C，the art ofscientific computing，second edition(用C語言的數字方法，科學計算技術，第二版)”，Cambridge University Press，1995年出版。
(b)計算在初始序列S1的相位j與來自直線方程D0的相位y(j)之間的初始平均差值(σ0)2。 (c)初始序列S1從末尾(序號q-1的符號)開始逐點運行；下標i是表示相位跳變的位置的計數器(i＝q-1，…，0)。
(d)對于每個步驟，相位j(j＝q-i，…，q-1)被修正+π/2，這樣，得到修正的序列Ci+。這個序列Ci+因此由以下相位組成 (e)對于每個步驟計算一個直線方程Di+，該直線確定修正序列Ci+。這個方程被寫為Di+y＝(ai)+.x+(bi)+具有ai+＝α.(Si′)+-β.(Si)+和bi+＝γ.(Si)+-β.(Si′)+其中 和 也就是說，ai+=a0+α.π2.i.(q-i+12)-β.i.π2=a0+(Ai+)]]>具有(Ai+)=α.π2.i.(q-i+12)-β.i.π2]]>以及bi+=b0+γ.i.π2-β.π2.i.(q-i+12)=b0+(Bi+)]]>具有(Bi+)=γ.i.π2-β.π2.i.(q-i+12)]]>(f)對于每個修正序列Ci+，計算在修正序列Ci+的相位j+與來自直線方程Di+的相位y(j)之間的平均差值(σi+)2。 (g)在-π/2的初始序列的相位j(j＝q-i…，q-1)被修正時重復進行運算(c)到(f)。對于i的每個值，得出另一個修正序列Ci-。它是由相位 組成的。
(h)最后序列S2由其平均差值最小的序列組成。
對于不太復雜的使用，根據初始的平均差值(σ0)2計算平均差值(σi+)2。可以得出 +b0[(Ai+).q.(q-1)+2.(Bi+).q-π.i]+a0[(Ai+).q.(q-1).(2q-1)3+(Bi+).q.(q-1)-π2.i.(2q-i-1)]]]> 通過在(σi+)2的表達式中用-π代替π，用-(Ai-)代替(Ai+)，用-(Bi-)代替(Bi+)，可以得出平均差值(σi-)2。
現在參照圖5描述用于檢測和校正相位跳變的裝置60的實施例的第二例。圖5上顯示包括+π/2的兩個相位跳變的初始序列S1的例子。在步驟(d)，對于從序號q-k-p到q-k-1的p個符號，相位被修正+π/2，以及對于從序號q-k到q的k個符號，相位被修正+π(k在1與q之間變化，以及p在1與q-k之間變化)。
在步驟(d)得到的修正的序列因此被寫為 在步驟(e)計算的直線方程被寫為Dp，k+y＝(ap，k+).x+(bp，k+)具有(ap，k)+＝α.(Sp，k′)+-β.(Sp，k)+和(bp，k)+＝γ.(Sp，k)+-β.(Sp，k′)+其中 以及 也就是說，ap,k+=a0+α[π2.p.(q-k-p+12)+π.k.(q-k+12)]-β[pπ2+kπ]=a0+(Ap,k+)]]>具有(Ap,k+)=α[π2.p.(q-k-p+12)+π.k.(q-k+12)]-β[pπ2+kπ]]]>和bp,k+=b0+γ[pπ2+kπ]-β[π2.p.(q-k-p+12)+π.k.(q-k+12)]=b0+(Bp,k+)]]>具有(Bp,k+)=γ[pπ2+kπ]-β[π2.p.(q-k-p+12)+π.k.(q-k+12)]]]>對于不太復雜的實施方案，根據初始的平均差值(σ0)2計算平均差值(σp，k+)2。可以得出以下的表示式 +b0[(Ap，k+).q.(q-1)+2.(Bp，k+).q-π(p+2k)]+a0[(Ap,k+).q.(q-1).(2q-1)3+(Bp,k+).q.(q-1)-π2.p.(2q-2k-p-1)-π.k.(2q-k-1)]]]>+q.(Bp,k+)2+(Ap,k+).(Bp,k+).q.(q-1)+(Ap,k+)2.q.(q-1).(2q-1)6]]>-π2.(Ap,k+).p.(2q-2k-p-1)-π.(Ap,k+).k.(2q-k-1)-π.(Bp,k+).(p+2k)+π24.(p+4k)]]>通過在(σp，k+)2的表示式中用-π代替π，用-(Ap，k-)代替(Ap，k+)，用-(Bp，k-)代替(Bp，k+)，得出平均差值(σp，k-)2。
可以看到，已描述的裝置是有利地以計算機程序的形式被使用的計算裝置，該計算機程序是打算由被放置在接收機中的微處理器執行的。
在圖6上顯示在參照圖1和2描述的系統中按照本發明得到的結果。圖6的曲線代表在以下三種情形下分組錯誤率(PER)對信號噪聲比(SNR)的繪制結果-曲線R3當沒有檢測到相位跳變時；-曲線R2當用按照本發明的方法檢測和校正相位跳變時；-曲線R1對于高斯信道(對于相位或頻率沒有缺陷)。
這些曲線是對于以下條件得到的-QPSK調制，-隨機初始頻率誤差Δf0處在符號頻率的-1％和+1％之間，-隨機初始相位誤差θ0處在-π和+π之間，
-分組，包括48個符號的已知的前同步信號[a1，…，a48]和544個符號的有效負荷部分[a49，…，a592]，-頻率恢復算法(裝置23所利用的)，它使用分組前同步信號，以及它在相位估值之前被應用，以使得在相位估值之前剩余的頻率誤差Δf1小于或等于符號頻率的0.3％，-相位估值裝置50，它由被通過L＝2次的環路組成，-在發送時，里德所羅門編碼和在64個狀態中被穿孔的卷積編碼。
本發明并不限于以上通過例子描述的實施例。更具體地，本發明涉及利用Tretter類型的頻率誤差校正設備和在這種設備的上游的相位估值設備(基于對接收符號作出的判決)的任何類型的接收機。
而且，通過應用這種方法可以檢測和校正的相位跳變的數目是任意的。當發送的數據分組較長時，有可能有兩個以上的相位跳變。在這種情形下，為了使得計算不會太復雜，可以有利地選擇把數據分組劃分成較小的部分，以便又在同一位置每個分組部分具有最大兩個相位跳變。上述的方法因此可以應用到分組的每個部分。它提供各個相位跳變的位置和方向。然后，把相位校正π/2的倍數，作為跳變的方向和它們的數目的函數。這樣，Tretter算法被應用到這個校正的序列，以得出最后頻率估值。為了避免在分組的兩個部分之間出現跳變，希望提供在同一個分組的各個部分之間的重疊。
通過考慮±2π/M的相位跳變(代替對于QPSK調制的±π/2)，所提出的方法通常被使用于任何的MPSK調制。
權利要求
1.一種通信系統，包括至少一個發射機(1)和打算接收來自PSK調制的符號的接收機(2)，以及包括估值裝置(62)，用于根據符號相位序列來估值有關符號的頻率誤差，其特征在于，所述接收機包括用于根據對符號作出的判決計算被稱為初始序列(S1)的相位序列的計算裝置(52)，以及用于檢測和校正這個初始序列中的相位跳變以把被稱為最后序列(S2)的相位序列提供給所述頻率誤差估值裝置(62)的裝置。
2.如權利要求1中要求的通信系統，其特征在于，所述用于檢測和校正相位跳變的裝置包括-修正裝置(100)，用于修正所述初始序列(S1)，以便生成多個修正的序列(Ci+；Ci-；Cp，k+；Cp，k-)，它們每個都補償相位跳變配置，-計算裝置(110)，用于計算確定初始序列(D0)和修正序列(Di+；Di-；Dp，k+；Dp，k-)的直線方程，-計算裝置(120)，用于為初始序列和修正序列計算在初始或修正相位與通過相應的直線方程產生的相位之間的平均差值(σ02；(σi+)2；(σi-)2；(σp，k+)2；(σp，k-)2)，所述最后序列由平均差值最小的序列構成。
3.如權利要求2中要求的通信系統，其特征在于，所述初始序列逐個相位組地被更新。
4.一種打算要在如權利要求1或2的任一項中要求的通信系統中使用的接收機。
5.如權利要求4中要求的接收機，其特征在于，所述初始序列逐個相位組地被更新。
6.一種用于根據符號相位序列來估值有關來自PSK調制的接收符號的頻率誤差的方法，其特征在于，該方法包括計算步驟，用于根據對符號作出的判決計算被稱為初始序列的相位序列，以及用于檢測和校正這個初始序列中的相位跳變以便產生被稱為最后序列的相位序列，供估值頻率誤差使用的步驟。
7.一種用于檢測和校正在來自PSK調制的符號相位的初始序列中的相位跳變的方法，其特征在于，它包括-修正所述初始序列(S1)的步驟(c，d)，以便生成多個修正的序列，它們每個都補償相位跳變配置，-計算確定初始序列(a)和修正序列(e)的直線方程的步驟，-計算步驟，為初始序列(a)和修正序列(f)計算在初始或修正相位與通過相應的直線方程產生的相位之間的平均差值，所述最后序列由平均差值最小的序列構成。
8.如權利要求7中要求的檢測和校正相位跳變的方法，其特征在于，所述初始序列逐個相位組地被修正。
9.一種包括指令的程序，當所述程序由處理器執行時，所述指令用于執行如權利要求7中要求的、檢測和校正相位跳變的方法的步驟。
10.一種包括指令的程序，當所述程序由處理器執行時，所述指令用于執行如權利要求6中要求的、估值有關接收符號的頻率誤差方法的步驟。
全文摘要
本發明涉及用于MPSK(M=文檔編號H04L27/22GK1389057SQ01802538
公開日2003年1月1日 申請日期2001年6月25日 優先權日2000年6月27日
發明者D·萊格蘭德, A·布拉亞爾, A·喬利 申請人:皇家菲利浦電子有限公司