自适应选择软符号的方法和装置 【技术领域】
本公开涉及数字通信领域。具体来说，本公开涉及一种自适应选择用于后续操作的软符号的装置和方法。其中所述后续操作例如为通信设备内的解码操作。本公开描述了一种为通信设备自适应选择用于后续操作的软符号的方法。
【发明背景】
无线通信正在向使用信息的所有形式的设备渗透，例如，蜂窝电话、网络、个人数字助理(PDA)、数码相机等。无线通信中有一种被称为码分多址(CDMA)扩频格式的形式，它是最常用的无线技术之一。由于需求的增长和资源的有限，已经有了提高无线通信设备和系统的保真度和性能的必要。
参照图1所示的现有技术，它给出了一个传统的基站104，如小区，和一个移动单元102，如蜂窝电话。CDMA系统对多个用户采用公用带宽，在基站104和移动单元102之间传输导频信号和数据信号106。因此，所述带宽是由许多信号联合占用的；并且，原始信号可能通过各种不同的路径到达目的设备，并因此形成各种形式地延迟和相移。这些从不同路径来的信号被称为多径信号，因为这些多径信号在信号强度和其它性能因素方面都可以有相当大的差别，因此需要一种适当估计接收到的信号的方法，以将之处理为有意义的数据，如语音数据。
一种传统的配置只标识结合信号固定位置或部分的比特，用于后续解码。通常，在许多不同的信号接收情形下，都会挑选结合信号的固定位置的比特作为它的整体性能。但是，这个现有技术配置在这些不同的各种信号接收场合中，通常得到标称性能；而且，这个结合信号的固定部分通常是在硬件和软件的设计阶段就被标识，然后编入电话的程序之中。所以，一个电话可能在它整个的寿命中都被限制于结合信号的这个固定部分。因此，需要一种方法来克服现有技术上只能从结合信号中选择固定位置的比特用于解码的局限。
综上所述，有必要提高无线通信设备和系统的保真度和性能。并且，需要一种方法来恰当估计接收到的信号，以将之处理为有意义的数据，例如，语音数据。最后，需要一种方法来克服现有技术上有关从结合信号中选择固定位置的比特用于解码的局限。
发明概述
本公开描述了一种用于改进数字通信设备和系统的保真度和性能的方法和装置。具体地说，本公开描述了一种恰当估计接收到的用于处理成诸如语音数据的有意义数据的方法。最后，本公开描述了一种克服现有技术中有关从结合信号选择固定位置的比特用于后续操作的局限的方法。
具体地说，一个公开的实施例提供了在通信设备中自适应选择用于后续操作的软符号的方法。在一个实施例中，在通信设备接收信号。接着，对信号进行解调。然后，确定诸如信噪比Eb/Nt的强度。最后，根据确定的信号强度，确定用于后续操作的信号比特的位置或连续序列。信号强度和比特的位置将随时间被自适应更新。应该理解，Eb/Nt是每比特结合能量与有效噪声功率谱密度之比，这是本领域的技术人员所知的。
在另一个公开的实施例中，在一种通信设备中实现上述的方法，所述通信设备包括例如通用处理器的处理器、存储器，分离多经接收机和数字信号处理器(DSP)。具体地说，通信设备的存储器部分存有数据和程序指令，当通过处理器执行时，它们实现上述方法：即在通信设备中，从复合信号中自适应选择用于后续操作的软符号。这种比特选择过程提供非常小的头空间(head room)，这种方案促使源(origin)周围的更高分辨率(resolution)，并使大信号幅值饱和。此过程是可行的，因为在大幅值情况下，信号不大可能被不正确解码，因此在这些信号幅值下不需要高分辨率。
对于本领域的普通技术人员，在读完以下对各个附图中所示的最佳实施例的详细描述之后，本公开中描述的这些和其它目的和优点将变得明显。
【附图说明】
结合在本说明书并构成本说明书一部分的附图说明公开的实施例，并且与说明书一起用来解释本公开提出的原理。除非具体注明，本说明书中提及的附图应理解为不是按比例绘制的。
图1(现有技术)是传统的基站和蜂窝电话的视图。
图2A是按照本发明的一个实施例的在其它通信操作情况下对信号进行的比特选择过程的功能方框图。
图2B是按照本发明一个实施例的比特选择引擎的详细功能方框图。
图2C是按照本发明一个实施例的预处理功能的详细功能方框图。
图2D是按照本发明的一个实施例的后处理功能的详细功能方框图。
图3是按照一个公开实施例的用于比特选择过程的通信设备的硬件方框图。
图4是按照一个公开实施例的信号性能及他们对结合信号的比特的相应影响的几个示例性情况。
图5是按照一个公开实施例的用来在通信设备中执行自适应选择用于例如解码操作的后续操作的软符号的方法的步骤流程图。
发明的详细描述
现将对本发明的最佳实施例进行详细描述，其示例在附图中示出。尽管结合最佳实施例对本发明进行描述，但要知道本发明不局限于这些实施例。相反，本发明包括后附权利要求书中定义的本发明精神和范围内的替代、修改和等效方案。并且，在下面对本发明的详细描述中，阐述大量的特定细节，以便提供对本发明的完整理解。但是对本领域的普通技术人员来说，显然没有这些特定的细节也可以实践本发明。其它情况下，不对众所周知的方法、过程、元件和电路进行详细描述，以免不必要地使本发明的方面不明显。
按照计算机或数字系统存储器中对数据比特操作或通信设备中对信号操作的程序、逻辑块、处理和其它符号表示来介绍接着的详细描述的一些部分，例如处理。这些描述和表示是数字通信领域中的技术人员用于向所述领域的其它技术人员最有效的传达他们工作的内容的手段。在此，程序、逻辑块、处理等一般都被认为是导致想要结果的自相一致的序列的步骤或指令。这些步骤是那些要求物理量的物理操作的步骤。通常，尽管不是必须的，这些物理操作采取电信号或磁信号的形式，其中电信号或磁信号可以在通信设备或处理器中储存、传输、结合、比较的或其它操作。为方便起见，并且对照通常用法，关于本发明，这些信号成为比特、值、元素、符号、字符、项、数字等。
但是应该记住，所有这些术语都被解释为引用物理操作和物理量，并且仅仅是考虑到本领域常用术语而要解释的方便标记。除非特别强调，否则在以下的讨论中，贯穿本发明的诸如“接收”、“解调”、“确定”、“选择”，“结合”，“乘”等的术语，指的是处理和传输数据的通信设备或类似的电子计算设备的动作和过程。数据表示为通信设备元件或计算机系统的寄存器和存储器中的物理(电子)量，并被转换为通信设备元件或计算机系统的存储器和寄存器或其它这样的信息存储器、传输或显示设备内的类似表示为物理量的其它数据。
现参考图2A，图中示出按照本发明一个实施例的在其它的通信操作情况下对信号进行的比特选择过程的功能方框图200。在本方案中，诸如如基站104的通信设备提供信号240，信号240可以包括导频信号和/或数据信号。数据信号由诸如蜂窝电话的通信设备进行处理，其功能由图2A中示出的功能块表示。但是，所示的功能也可以由许多种的通信设备来执行，这些通信设备包括基站、个人计算机(PC)、数码相机和其它具有无线通信能力的设备。本发明还适合于无线通信中正开发用于蓝牙技术规范的各类产品。
通信设备对信号执行解调功能242。在一个实施例中，如果可用于给定的应用，则对多个可能的多经信号242a中的每一个都执行解调功能。在功能上连接到解调块242的信道估计器功能块244估计信号的强度，例如估计被解调的各个多经信号的强度。信道估计器功能244可确定信号强度，诸如本领域技术人员熟知的信噪比Eb/Nt。但是，本发明适合于确定其它任何类型的信号强度指示器。Eb为指定信号的每比特的接收能量，单位为瓦-秒，而Nt为所述信号中噪声的每比特的接收能量。
图2A中功能上连接到解调块242的组合器功能块246添加多经信号以提供复合信号246a。尽管本方明适合使用任何信号配置，但在本实施例中，复合信号246a是24位的2的补数。组合器功能246可以由其它算法和管理系统来管理。Gibong Jeong等人的题为“用于管理多经信号的手指的方法和装置”的共同未决的美国专利申请No.60/172406提供了关于所述主题的其它细节，该申请的代理机构档案号为VLSI-3509。该相关申请被共同转让，通过引用结合在此。
功能上连接到组合器块246的预处理器功能块248执行预处理功能。预处理功能为比特选择功能块准备复合信号246a。有关预处理器功能块248的更详细描述在后面的图2C中提供。
功能上连接到预处理器块248和信道估计器块244的比特选择块250为后续操作自适应选择或隔离适当数量的信号比特。在一个实施例中，比特选择块250仅仅选择格式复合信号的六比特部分用于后面的解调操作，这六比特数通常被称为的“软符号”250a。但是，本发明适合于根据给定的应用要求选择信号的任意比特长度部分。在本实施例中，例如在同一个通信设备上，在一个时间点选择的信号的特定六比特部分可能与另一时间点选择的信号的特定六比特部分不一样。这样，本发明提供了自适应比特选择功能。该特点克服了与现有技术相关的局限性，即把软符号固定在复合信号中的固定比特位置上。图2B提供了用于决定使用信号哪一部分的示例性标准。
功能上连接到比特选择块250的后处理器功能块254执行后处理功能。后处理功能254为解调功能准备软符号250a。有关后处理器功能块254的更详细描述提供在后面的图2D中。
功能上连接到后处理器功能块254的解码功能块256执行解码功能。可以利用本领域技术人员众所周知的几种方法中的任何一种方法来实现解码功能256。这样一种解码器是用于码分多址(CDMA)系统的维特比(Viterbi)解码器。虽然本发明为解码操作自适应提供软符号，然而本发明也适合于提供软符号或其它一些比特序列，用于通信设备中一些其它类型的操作。
现参考图2B，图中示出按照本发明的一个实施例的比特选择功能块或引擎的详细功能方框图。比特选择引擎250从接口249接收到许多标准。这些标准将用于决定选择信号的哪些比特用于后续处理，例如解码。在一个实施例中，标准包括信号强度标准260，暂时性能262和性能模式264。之后的图4提供了这些标准可能对比特选择过程造成的影响的示例。但是，本发明也适合于使用这些标准的任何结合或使用其它类型的标准，后者允许它自适应选择所需数目的比特用于多个随后操作的任何一个操作。
匹配查找表(LUT)252中适当值和类别的接口249然后向换算功能块251提供相应的比特位置值。根据应用，比特位置值260可以有许多不同的配置。例如，位位置值260可以是换算值，在通过换算块251乘以复合信号248a时，隔离适当的比特范围，例如信号乘以小于1的值可以减小复合数的大小或比特数。另一方面，比特位置值260可作为表示要从复合信号的LSB(最低有效位)部分去掉的比特数的偏移值。
虽然图2B中的本实施例使用了LUT，然而可以使用相应数据的任何类型或方法，例如标志等。而且，本发明也适用于在用于比特选择功能的多个标准中采用优先化方案，也就是说，其中一个标准可能比其它因素有更大的加权，例如，如果它在诸如解码器的后续操作中对信号有更大的影响。
现在参考图2C，图中示出按照本发明一个实施例的预处理功能块的详细功能方框图。预处理可以包括多个子功能。例如，在一个实施例中，对复合信号246a的处理是通过下列子功能进行的：a)通过滤波器功能271；和b)格式化功能272。但是，预处理器功能块248可以根据给定应用被配置成提供或多或少的子功能。本实施例中的格式化功能去掉一个或多个最低有效位(LSB)。在本实施例中，24比特复合信号中的8个最低有效位被去掉。而且在另一个实施例中，没有使用预处理器功能。预处理器功能块248提供格式化信号248a。
现参考图2D，图中示出按照本发明一个实施例的后处理器功能块的详细功能方框图。后处理可以包括多个子功能。例如，在一个实施例中，对软符号信号250a的处理是通过下列子功能进行的：a)通过滤波器功能276；b)格式化功能278；c)固定点到双点转换280，(也叫作去交错(deinterleaver)，去孔(depuncture)，去重复(derepeat)，然后上舍入为六比特数)；和d)Z变换(也叫作延迟算子)282。Z本实施例中，格式化功能去掉信号的非整数部分，因此提供信号的整数部分。
尽管本实施例提供了特定数量和类型的子功能，然而根据给定应用，后处理器功能块254可以被配置成提供不同数量或类型的子功能。并且，在另一个实施例中，没有用到后处理功能。后处理器功能块250因此提供格式化软符号254a。所述比特选择过程提供非常小的头空间，而且使大信号幅值饱和。这个过程是可行的，因为大幅值时，信号不大可能被不正确解码，因此在这些信号幅值下不需高分辨率。这种方案促使在源周围的更高分辨率，并且使大信号幅值饱和。
现参考图3，图中示出按照本发明一个实施例的用于比特选择过程的通信设备的硬件方框图。图3中的通信设备300可以是一个独立的单元，诸如蜂窝电话。但是它也可能是大型设备的一个部件，诸如打印机、计算机、照相机、个人数字助理(PDA)等。应该理解：本发明适合于能够处理适当配置的无线数据的任何设备。
通信设备300c包括互相连接的固件/软件块310和特定用途集成电路(ASIC)块320。ASIC块320包括天线303、收发信机304和RAKE(分离多经)接收机326。天线303与收发信机304相连，收发信机304又连接至RAKE接收机326。在本实施例中，RAKE接收机326包括三个独立的手指(finger)：手指1321，手指2322，手指3323。各个手指对单独分配的多经信号进行解调。
固件/软件块310包括处理器314(例如通用处理器)、存储器316和数字信号处理器(DSP)317，他们通过总线302互相连接。数据和/或程序指令可以存储在存储器316并通处理器314或数字信号处理器317执行，涉及通信设备300的其它部件，包括本领域技术人员周知的部件(未示出)。本实施例的存储器316可以包括诸如只读存储器(ROM)的永久存储器和诸如随机存储器(RAM)的临时存储器。ROM存储器可用于储存专用服务模块中永久功能的数据，而RAM存储器可用于储存现场媒体服务数据相关的数据。存储器316可以包括其它类型的可以存储数据的存储器，诸如硬盘驱动器、CD-ROM或闪速存储器。可以设计状态机来执行请求的指令，以代替使用存储器储存指令。
尽管本实施例示出三个手指，然而但本发明适合于在RAKE接收机中使用任何数量的手指。另外，本发明可以包含比本实施例的通信设备300中示出的更多或更少的部件。通信设备300可用于执行图2A和图2B的功能块。例如，在一个实施例中，解调功能242可以由ASIC 320的收发信机304和RAKE接收机326部分完成。另一方面，解调功能也可以由通信设备中的固件/软件部分310来实现。在另一个示例中，预处理功能248、比特选择功能250和后处理功能254都可以通过通信设备300中的固件/软件部分310来实现。但是，他们也可以在ASIC设计中实现。
现参考图4，图中示出按照本发明一个实施例的信号性能以及他们对结合信号的比特的影响的几个示例性案例。首先将描述图形400，然后将讨论复合信号246a，最后将描述这两个实体之间的交互作用。
图形400的纵坐标为信号幅值402，横坐标为时间404。信号幅值可以代表信号功率或信噪比，诸如Eb/Nt。图4示出了信号性能的三种情况。每种情况又有三个单独的多经信号，例如关于图3中所示的三个手指解调器的每个手指解调器的信号。图4中的案例1411是三个信号的分组，全部都有大幅值408。这表示有从一个通信设备到另一个通信设备的强的直接信号路径。案例2412是三个信号的分组，全部都有小幅值410，这是通信设备之间的弱信号或延伸距离的表示。最后，案例3413是三个信号的分组，其中两个是大幅值408，一个是从大幅值408通过一段时间降为小幅值的衰落信号413a。
复合信号246a是一个数字二进制数，它代表增加的多经信号的强度。尽管信号可以有任意长度的比特，然而在本实施例中，复合信号由二十四个比特组成。最高有效位(MSB)在数字串的最左端。相反，最低有效位(LSB)在数字串的最右端。小数点可能在数字串的任何位置，以便形成一个实数。对于案例1411，大幅值408和通过一段时间后各个信号的小变化意味着大多数的复合信号246a的变化都将在较靠近MSB 440的比特，所以，六比特的软符号1451将是案例1411中信号幅值的变化的更能适当表示。而且信号的变化是在输出信号中提供有意义变化，如单词或其它数据。也就是说，信号的零变化同等于单音调，它表示基本可以忽略的数据。
对于案例2412，小幅值410和通过一段时间后各个信号小的变化意味着大多数的复合信号的变化将较靠近LSB 422的比特。所以，六比特的软符号2452将是案例2412的信号幅值的变化的更适当表示。对于案例3413的情况，其中两个信号的大幅值性能意味着大多数的信号重要变化都将在较靠近MSB 440的比特，但信号413a的衰落强度可能会将软符号的位置稍稍向LSB 442方向调节。比特的特定选择取决于特定的情况、特定的信号技术要求、特定的应用和特定的模拟水平(level)及用于评估情况的分析。本发明适合于适应所有这些特定的情况，以便提供用于后续操作而从信号自适应选择部分比特的广泛配置或步骤。
图5是按照一个公开实施例的用来在通信设备中执行自适应选择用于后续解码操作的软符号的方法的步骤流程图。流程图5000可以通过图2A或2B的功能块和图3的硬件方框图来实现。执行流程图5000的结果由图4的示例性信号案例说明。
流程图5000首先执行步骤5002，在本实施例步骤5002，接收信号。天线303可执行步骤5002。另一方面，诸如蝶型卫星天线等的其它任何无线装置都可接收信号。步骤5002之后，流程图5000继续到步骤5003。
在本实施例的步骤5003，对信号进行解调。在一个实施例中，利用图2的解调功能块242或利用图3的收发信机304和RAKE接收机326来实现步骤5003。解调使得可从载波信号中捕获数据信号。步骤5003之后，流程图5000继续到步骤5004。
在本实施例的步骤5004，确定信号的强度。这个强度可以是简单的强度，或是诸如Eb/Nt的信噪比5004a。并且，可以用变量来追踪通过一段时间5004b的信号的性能，例如，提供通过一段时间的平均信号强度。步骤5004可以利用信道估计器功能244实现，信道估计器功能244本身可以在图3的固件/软件块310中实现。步骤5004之后，流程图5000继续到步骤5006。
在本实施例的步骤5006，都经历了前面步骤的多经类型的信号被结合形成复合信号。步骤5006可以利用图2A的组合器功能块246实现，组合器功能块246本身可以由图3的固件/软件块310来实现。步骤5006之后，流程图5000继续到步骤5008。
在本实施例的步骤5008，为软符号选择比特位置。软符号是可被解码器评估的复合信号中的连续六比特序列。所需的比特位置可以通过多种方法从复合信号分离，诸如利用换算功能或通过对信号重新格式化。步骤5008可以利用图2A和图2B的比特选择功能250完成。但是本发明适合于根据各个多经信号和/或复合信号的性能利用各种方法选择软符号所需的比特位置。步骤5008之后，流程图5000继续到步骤5010。
在本实施例的步骤5010，自适应刷新信号的性能和选择用于软符号的相应比特位置。步骤5010可以根据适合给定设备的时间表来执行。例如，可以基于系统周期或其它一些类似的标准来实现自适应更新。在一个实施例中，刷新的执行是基于非连续信号值，例如，每125毫秒周期一次信号抽样。在另一个实施例中，设置给定比特位置为缺省值，用于初始化系统操作或一致的性能历史。其后，对于环境变化，可以改变比特位置，例如当信号性能变得超过阈值时。另一方面，本发明也适合于各种用于决定比特位置应该何时改变以及如何改变的的管理技术。
下面给出的表格1给出了利用本发明的比特选择过程的FER模拟结果。具体地说，HDS属性定义了用于维特比解码器的复合信号的实数和分数部分。换算表示复合信号是如何从原来的24位长度减少的。浮点和TR45栏表示数的浮点转换。最后，最左边栏中各个案例上面的那一行表示的是信号的K值，例如1.2K是1200循环系统。不同信号接收模式的案例在所述系统循环情况下面给出。例如，手指1衰落的信噪比Eb/Nt为9.6dB，这是一种适中的衰落情况。各栏列出的百分比值代表比特选择过程的有效性。总之，该表格给出了为解码操作选择不同的比特位置的有效性。
表1 HDS属性<16，8，t><16，7，t><16，6，t><16，5，t>浮点TR45 换算10.50.250.125---- 1.2K手指1(9.6dB) --1.340％1.260％ --0.980％3.00％手指1(13.1dB) --0.614％0.568％ --手指2(4.2dB) --0.700％0.500％1.000％0.010％3.000％手指2(6.8dB) --0.300％0.400％0.600％0.410％0.500％ 4.8K手指1(13.68dB) --0.445％0.495％0.510％0.530％0.600％手指1(7.68dB) --8.182％8.082％8.262％6.821％7.300％ 9.6手指2(7.6dB) --0.150％0.170％0.700％0.325％0.500％手指2(5.1dB) --2.900％3.200％4.000％n/a2.500％ 1.8K手指1(2.1dB) --2.351％2.301％2.952％n/an/a手指1(0.1dB) --20.46％20.46％21.96％n/an/a 14.4K手指1(7.1dB)0.450％0.500％0.750％1.601％n/a2.000％手指1(3.1dB)50.47％56.62％％51.37％68.58％n/a30.00％
通过自适应更新为软符号选择的比特，本发明为通信设备提供了更大的灵活性。这种灵活性允许通信设备适应改变的环境，这对移动通信设备可能重要。由此，本发明为后续解调提供了复合信号的最佳软符号部分。所述比特选择过程提供了非常小的头空间，而且，它使大信号幅值饱和。所述过程是可行，因为在大幅值时，信号不大可能被不正确解码，因此在这些信号幅值下不需要高分辨率。这种方案促使源周围的更高分辨率，并且使大信号幅值饱和。
尽管本实施例的流程图5000示出特定顺序和数量的步骤，然而本发明也适合于其它实施例。例如，本发明并不需要流程图5000提供的所有步骤。并且可以在目前这些步骤中添加另外的步骤。具体地说，流程图5000使用组合测试来建立可信度水平。
同样，根据应用可以修改步骤的顺序。而且，虽然流程图5000给出的是单一串联过程，然而可以将其实现为连续或并联过程。例如，对于连续信号值，可以连续或者间断地重复执行流程图5000。
流程图5000步骤中的许多指令和步骤中的输入和的输出数据利用存储器316、处理器314和/或处理器317。本实施例中的存储器可以是诸如只读存储器(ROM)的永久存储器或者是诸如随机存储器(RAM)的临时存储器。存储器316也可以是其它任意类型的可以存储程序指令的存储器，诸如硬盘驱动器、CD-ROM或闪速存储器。另一方面，可以由可以用某种形式的状态机来执行指令。
鉴于此处介绍的实施例，本发明有效地提供了用于改善数字通信的能力、保真度和性能的方法和装置。更具体地说，本发明提供一种用于适当评估所接收的用于处理为例如语音数据的有意义数据的信号的方法和装置。最后，如本描述中实现的那样，本发明提供的一种方法可以克服选择用于解码的结合信号的一部分的现有技术局限。这因此改善信号的质量和通信设备的灵活性。
出于说明和描述的目的，前面对有关本发明的特定实施例进行了描述。这些不意味着是排它的或者不意味着将本发明限制在所公开的精确形式，并且根据以上示教，许多修改和变化显然都是可能的。选择和描述这些实施例以便最好地解释本发明的原理及其实际应用，由此使本领域的其它技术人员能够最好地利用本发明和具有各种修改的不同实施例，其适合于预期的特定应用。本发明的范围由后附的权利要求书和其等效体定义。