Способ оценки помехи в системе связи

Изобретение относится к системам связи. Технический результат заключается в усовершенствовании восстановления информации. Раскрыты способ и устройство для передачи информационного сигнала, содержащего информацию сообщения. Принятый информационный сигнал формируют из информационного сигнала, переданного по информационному каналу. Принятый информационный сигнал характеризуется отношением сигнал/шум. Информацию сообщения удаляют из принятого информационного сигнала для обеспечения символьной последовательности, которую затем подают на первый фильтр для обеспечения первого фильтрованного сигнала. Определяют мощность первого фильтрованного сигнала и подают ее на второй фильтр для обеспечения второго фильтрованного сигнала, выражающего отношение сигнал/шум принятого информационного сигнала. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Настоящее изобретение относится к системам связи и, в частности, к передаче сигналов сообщения в системе связи.

В системах мобильной радиосвязи сигналы, содержащие информацию сообщения, передают для приема множеством приемников. Сигналы передают по каналам связи, которые подвержены замиранию. Замирание на каналах связи может вносить помеху в принимаемый сигнал и может ухудшать принимаемый сигнал, тем самым приводя к потере информации сообщения в сигнале. Кроме того, обычно существуют и другие передающие источники переменного уровня мощности, создающие шум на приемнике. В качестве других источников шума могут выступать сигналы того же передатчика, сигналы других передатчиков или сигналы других устройств, например электродвигателей, телевизоров или проигрывателей компакт-дисков.

Успешное восстановление переданной информации зависит от отношения мощности принятого сигнала, содержащего информацию, к мощности принятого шума. Поэтому, используя указатель величины шума, который имеет место в процессе приема, можно значительно усовершенствовать восстановление информации из принятого сигнала. Например, для усовершенствования восстановления информации из принятого сигнала можно использовать турбодекодер, действие которого основано на точном знании мощности шума на приемнике. Указатель величины шума, который имеет место в процессе приема, можно также использовать для управления передаваемой мощностью сигнала, чтобы поддерживать отношение сигнал/шум принятого сигнала на надлежащем уровне.

Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованных способа и устройства для передачи информационного сигнала, содержащего информацию сообщения. Принятый информационный сигнал формируют из информационного сигнала, переданного по информационному каналу. Принятый информационный сигнал характеризуется отношением сигнал/шум. Информацию сообщения удаляют из принятого информационного сигнала для обеспечения символьной последовательности, которую затем подают на первый фильтр для обеспечения первого фильтрованного сигнала. Определяют мощность первого фильтрованного сигнала и подают ее на второй фильтр для обеспечения второго фильтрованного сигнала, выражающего отношение сигнал/шум принятого информационного сигнала.

Признаки, задачи и преимущества настоящего изобретения явствуют из подробного описания, изложенного ниже, в сочетании с чертежами, на которых соответствующие элементы обозначены аналогичными позициями и в которых представлены:

фиг.1 - график спектральной плотности доплеровского спектра;

фиг.2 - график спектральной плотности известных символов на канале связи с замиранием;

фиг.3 - блок-схема системы оценивания шума, соответствующая настоящему изобретению;

фиг.4 - блок-схема одного предпочтительного варианта фильтра высоких частот, пригодного для использования в системе оценивания шума, изображенной на фиг.3;

фиг.5 - блок-схема другого предпочтительного варианта фильтра высоких частот, пригодного для использования в системе оценивания шума, изображенной на фиг.3;

фиг.6 - блок-схема еще одного предпочтительного варианта фильтра высоких частот, пригодного для использования в системе оценивания шума, изображенной на фиг.3.

На фиг.1 изображен график 10 спектральной плотности доплеровского спектра. График 10 спектральной плотности известен специалистам в данной области. Доплеровский спектр, изображенный на графике 10, характеризуется доплеровской частотой f_d.

Когда когерентно модулированный сигнал, несущий информацию, передают по информационному каналу и принимают в отсутствие условий затухания, приемник может демодулировать сигнал в последовательность выборок s_i, имеющих вид:

где А - постоянное или относительно медленно изменяющееся комплексное число, n_i - действительный или комплексный шумовой член с постоянной или медленно изменяющейся дисперсией σ², и a_i - действительный или комплексный член, который содержит переданную информацию. Например, если переданный сигнал модулирован методом ДФМ (двоичной фазовой манипуляции), то принятый сигнал можно демодулировать для получения дискретизированного сигнала, который выражается уравнением (1), где a_i=+1 или -1, в зависимости от передаваемой информации. В технике a_i обычно именуют элементом группы, связанной со схемой модуляции.

Если переданная информация (a_i) заранее известна приемнику или ее можно определить в процессе декодирования, то, применив операции вращения и изменения масштаба, эту информацию нетрудно удалить из s_i, выраженной уравнением (1), и получить нижеследующее уравнение (2):

В идеальном случае отсутствия замирания на канале передачи спектр S_i' представляет собой центрированную дельта-функцию, соответствующую нулевой f_d, окруженную постоянным спектром шума, обусловленным членом n_i. Однако в большинстве практических случаев, на каналах связи, несущих сигнал, содержащий информацию сообщения, имеет место замирание. При наличии замирания значение А изменяется со временем и имеет спектральную плотность мощности, ограниченную полосой, что изображено на графике 10. Изменяющееся со временем значение А можно представить как A_i, и уравнение (2) можно, таким образом, представить в виде si'=a_i+n_i. Кроме того, заметим, что σ² мощности, выражаемой n_i, также меняется с течением времени, но сравнительно медленно. Спектр S_i', обусловленный изменяющейся со временем величиной A_i, выражен графиком 20, показанным на фиг.2.

Чтобы получить оценку уровня помехи σ² в принятом сигнале, способ, отвечающий настоящему изобретению, предусматривает использование априорного знания информации (a_i) сообщения, присутствующей в принятом сигнале, для вывода уравнения (2) из уравнения (1). Априорное знание можно получить с помощью пилот-сигнала или тренировочной последовательности. Кроме того, его можно получить, декодировав принятый сигнал, или любым другим способом, известным специалистам в данной области. Используя априорное знание информации в принятом сигнале, информацию (a_i) можно удалить из принятого сигнала. В результате получается сигнал (s_i'), по существу лишенный какого-либо информационного содержимого и потому выражающий условия замирания и шум на канале, по которому передан принятый сигнал. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, который рассматривается ниже, полное знание информации сообщения (a_i) не требуется, поскольку уравнение (3) можно вывести из уравнения (1) с помощью ограниченного априорного знания.

На фиг.2 показан типичный график 20 спектральной плотности последовательности s_i' на канале передачи с замиранием. Вне зависимости от величины замирания на канале передачи, несущем принятый сигнал, в последовательности s_i' присутствует спектр 26, ограниченный полосой низких частот, что отражено на графике 20. Таким образом, спектр 26, представленный на графике 20, соответствует A_i, а спектр 24 соответствует шуму n_i. Таким образом, спектр последовательности S_i' можно выразить как шумовой фон в сочетании с доплеровским спектром, ограниченным полосой низких частот.

На фиг.3 изображена блок-схема системы 50 оценивания шума, соответствующей настоящему изобретению. Система 50 оценивания шума принимает последовательность S_i' и выдает оценку σ² мощности шума, присутствующего на канале (именуемую также дисперсией), по которому передают последовательность s_i. Входная последовательность S_i' системы 50 оценивания сначала поступает на блок 52 фильтра высоких частот и дискретизатора. Блок 52 фильтра высоких частот и дискретизатора оценивает влияние A_i в последовательности s_i' и, предпочтительно, повторно дискретизирует последовательность на более низкой частоте.

Выборки на выходе блока 52 фильтра высоких частот и дискретизатора обозначены как сигнал u_i. Среднюю мощность сигнала u_i определяют, возводя его норму в степень N на блоке 54 оператора нормы, где N - любое действительное число, отличное от нуля. Блок 54 может представлять собой не только оператор возведения нормы в степень N, но также любым другим оператором, который удаляет знак символа и выдает значение, непосредственно связанное с мощностью его входного сигнала. Выходной сигнал блока 54 оператора поступает на блок 56 фильтра низких частот и дискретизатора. Выборки, обеспечиваемые на выходе блока 56 фильтра низких частот и дискретизатора, выражают дисперсию (σ²) шума (n_i) в принятом сигнале.

Согласно предпочтительному варианту осуществления системы 50 оценивания шума, блок 52 фильтра высоких частот и дискретизатора можно реализовать как фильтр с импульсной характеристикой конечной длительности (КИХ) с отводами [1,-1]. Это самый простой путь реализации требуемой функции, поскольку он требует только вычитания двух последовательных символов последовательности s_i'.

На фиг.4 показан предпочтительный вариант осуществления блока 52 фильтра высоких частот и дискретизатора в системе 50 оценивания шума. Входная последовательность s_i' системы 50 оценивания шума поступает на фильтр 62 низких частот блока 52 фильтра и дискретизатора. Фильтрованный выходной сигнал фильтра 62 низких частот поступает на вычитатель 64. Вычитатель 64 вычисляет разность между фильтрованным и нефильтрованным значениями последовательности s_i'. Результат вычисления, осуществляемого вычитателем 64, является искомым сигналом u_i. При использовании данного варианта осуществления фильтр низких частот может быть безусловным. В этом случае необходимо задерживать нефильтрованные символы s_i' прежде, чем вычислять разность. Операцию задержки можно осуществлять с помощью блока 74 задержки, расположенного между входной последовательностью s_i' и вычитателем 64.

На фиг.5 показан другой предпочтительный вариант осуществления блока 52 фильтра высоких частот и дискретизатора в системе 50 оценивания шума. Если входная последовательность s_i' системы 50 оценивания шума представляет собой поток символов пилот-сигнала, то в качестве фильтра низких частот можно использовать фильтр 72 канальной оценки и, таким образом, исключить необходимость в фильтре 62 низких частот. В этом случае полезный выход системы 50 оценивания шума представляет собой разность между символами s_i' и выходом фильтра 72 канальной оценки. При использовании этого варианта осуществления фильтр оценивания канала может быть безусловным. В этом случае необходимо задерживать нефильтрованные символы s_i' прежде, чем вычислять разность. Операцию задержки можно осуществлять с помощью блока 74 задержки, расположенного между входной последовательностью s_i' и вычитателем 64. Фильтр канальной оценки также обычно используют для осуществления когерентной демодуляции переданных данных. Кроме того, в данном варианте осуществления может быть желательно, чтобы после вычитателя 64 стоял дополнительный фильтр высоких частот для удаления любого смещения, обусловленного неправильной работой фильтра 72 канальной оценки в отдельной ситуации.

Перед обоими вариантами осуществления, описанными на фиг.4 и 5, или после них можно поставить дискретизатор с пониженной частотой, чтобы понизить необходимую частоту вычисления.

Согласно еще одному альтернативному варианту осуществления, сигнал s_i', выражаемый уравнением (1), можно преобразовать с помощью еще меньшего априорного знания в сигнал s", выражаемый нижеприведенным уравнением (3):

где В - неизвестное и, возможно, изменяющееся со временем комплексное число с известной фазой α. Величину α можно получить с помощью фильтра канальной оценки или любыми иными средствами, известными в технике. Блок 52 фильтра высоких частот, изображенный на фиг.3, можно заменить квадратурным оператором 80, изображенным на фиг.6, который возвращает меру составляющей s_i", неколлинеарной (перпендикулярной) комплексному вектору е^j*α, где j - мнимое число, выраженное √-1. Специалистам в данной области очевидно, что квадратурный оператор 80 можно реализовать просто проектируя s_i" на вектор е^-j*α и возвращая мнимую часть полученной проекции. Квадратурный оператор 80 можно также реализовать любым другим способом, известным специалистам в данной области техники.

При практическом осуществлении настоящего изобретения в области мобильной радиосвязи с множественным доступом с кодовым разделением (МДКР) различные элементы всех вариантов осуществления можно размещать где-либо между уровнем отводов приемника и выходом многоотводного объединителя. Например, фильтр высоких частот и оператор нормы или нормы в степени N можно реализовать на каждом отводе и выходные сигналы всех отводов можно объединить до ввода в общий фильтр низких частот.

Специалист в данной области сможет применять это изобретение, ориентируясь на вышеприведенное описание предпочтительных вариантов осуществления. Специалисты в данной области могут предложить различные модификации этих вариантов осуществления и применять изложенные здесь общие принципы к другим вариантам осуществления, которые не включены в настоящее описание, но не выходят за рамки настоящего изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не ограничивается представленными здесь вариантами осуществления, но охватывает наиболее широкий объем, соответствующий раскрытым принципам и отличительным признакам.

1. Способ передачи информационного сигнала, содержащего информацию сообщения, в системе связи по информационному каналу, содержащий этапы, на которых а) принимают информационный сигнал после передачи по информационному каналу, причем принятый информационный сигнал характеризуется отношением сигнал/шум; b) удаляют информацию сообщения из принятого информационного сигнала для обеспечения символьной последовательности; с) подают символьную последовательность на первый фильтр для обеспечения первого фильтрованного сигнала; d) определяют мощность первого фильтрованного сигнала для обеспечения сигнала определенной мощности и е) подают сигнал определенной мощности на второй фильтр для обеспечения второго фильтрованного сигнала, выражающего отношение сигнал/шум принятого информационного сигнала.

2. Способ по п.1, по которому первый фильтр содержит фильтр высоких частот.

3. Способ по п.2, по которому первый фильтр содержит фильтр высоких частот и вычитатель.

4. Способ по п.3, по которому вычитатель определяет разность между символьной последовательностью и первым фильтрованным сигналом.

5. Способ по п.1, по которому в качестве информационного сигнала используют пилот-сигнал и первый фильтр содержит фильтр канальной оценки и вычитатель.

6. Способ по п.5, по которому первый фильтр содержит схему задержки.

7. Способ по п.6, по которому схема задержки обеспечивает задержку символьной последовательности для подачи задержанной символьной последовательности на вычитатель.

8. Способ по п.1, по которому первый фильтр содержит средство определения фазы.

9. Способ по п.1, по которому на этапе определения мощности первого фильтрованного сигнала определяют норму первого фильтрованного сигнала.

10. Способ по п.1, по которому на этапе определения мощности первого фильтрованного сигнала определяют N-ю степень нормы первого фильтрованного сигнала, где N - действительное число, отличное от нуля.

11. Способ по п.1, по которому второй фильтр содержит фильтр низких частот.

12. Способ по п.2, по которому фильтр высоких частот содержит фильтр с импульсной характеристикой конечной длительности с отводами [1,-1].

13. Способ по п.1, по которому на этапе приема информационного сигнала используют априорное знание информации сообщения для удаления информации сообщения из принятого информационного сигнала.

14. Система связи, содержащая информационный канал, для осуществления способа передачи информационного сигнала, содержащего информацию сообщения, содержащая а) принятый информационный сигнал, характеризуемый отношением сигнал/шум, после того, как принятый информационный сигнал был передан по информационному каналу; b) символьную последовательность, сформированную путем удаления информации сообщения из принятого информационного сигнала; с) первый фильтрованный сигнал, сформированный путем подачи символьной последовательности на первый фильтр; d) сигнал определенной мощности, сформированный путем определения мощности первого фильтрованного сигнала; и е) второй фильтрованный сигнал, выражающий отношение сигнал/шум принятого информационного сигнала, сформированный путем подачи сигнала определенной мощности на второй фильтр.

15. Система связи, содержащая информационный канал, для осуществления способа передачи информационного сигнала, содержащего информацию сообщения, содержащая а) средство приема информационного сигнала после передачи по информационному каналу, причем принятый информационный сигнал характеризуется отношением сигнал/шум; b) средство удаления информации сообщения из принятого информационного сигнала для обеспечения символьной последовательности; с) средство подачи символьной последовательности на первый фильтр для обеспечения первого фильтрованного сигнала; d) средство определения мощности первого фильтрованного сигнала для обеспечения сигнала определенной мощности и е) средство подачи сигнала определенной мощности на второй фильтр для обеспечения второго фильтрованного сигнала, выражающего отношение сигнал/шум принятого информационного сигнала.