专利名称：线性预测的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及线性预测的方法和设备，尤其涉及移动通信中对接收信号进行线性预测的方法，以及一种接收机。
在移动通信中，通常用最小二乘法作线性预测，因为对传输数据进行正确解码要求用诸如已知信号和临时判定信号等有限数量的线索预测诸如频率偏移、参考相位、同步和无线电信道等各种误差和参数。
使用常规的最小二乘法时，在线性预测过程中对所有观察值等加权。这意味着，可能观察值和不太可能观察值都会相同地影响线性预测的结果。
以下描述上述常规的最小二乘法。
图1示出了常规的最小二乘法的原理。图1所述的情况是对等间隔的六个观察点进行预测。
图1画出了观察值101-106、预测结果107和欧几里德距离108-113(即预测结果107与每个观察值之间的误差量。
假设预测结果107，以及观察值101-106与预测结果107之间的欧几里德距离为误差量108-113，那么可以用以下表达式(1)和(2)计算使误差量108-113的平方和为最小的预测结果107。
假设x(i)是一观察点；y(i)是一观察值；“N”是观察点的个数；而“Ax(i)+B”是要获得的线性表示，那么如下计算“A”和“B”。A=NΣi=0N-1{X(i)Y(i)}-Σi=0N-1X(i)Σi=0N-1Y(i)NΣi=0N-1{X(i)2}-(Σi=0N-1X(i))2···(1)]]>B=-AΣi=0N-1X(i)+Σi=0N-1Y(i)N···(2)]]>使“A”为0，仅计算“B”，那么将给出y(i)的平均值。
在图1中，水平轴表示观察点，垂直轴表示观察点处的观察值。“A”表示估计结果107的斜率，而“B”表示截距。
图2是一方框图，示出了接收机第一实施例的结构，该接收机用常规的最小二乘法进行线性预测。图2所示的接收机200是一例普通的接收机，它用常规的最小二乘法估计一系列接收信号。
图2所示的接收机200具有观察设备202和最小二乘法预测设备203。接收机200中并不包括加法器201，它被用来表示接收信号在输入观察设备202之前会与干扰叠加。
在该结构中，信号系列输入加法器201，假设该信号系列可以用一线性表达式表示。
在信号传播期间，热噪声之类的干扰在加法器201中与信号系列相加。观察设备202观察此结果。由于观察结果包括干扰，所以即使信号系列可以用线性表达式表示，但观察结果仍会包含一些误差量。
最小二乘法观测设备203根据上述表达式(1)和(2)使误差量的平方最小，从而估算观测系列。这使得即使在有干扰的情况下也可获得接近于信号系列的值作为预测系列。
图3是一方框图，示出了接收机第二实施例的结构，该接收机用常规的最小二乘法进行线性预测。
图3所示的接收机300具有天线301、频率偏移补偿器302、解调器303、频率偏移检测器304和最小二乘法预测设备305。
在该结构中，假设天线301的接收信号已含有干扰。频率偏移检测器304检测接收信号的频率偏移。
最小二乘法预测设备305用检测到的频率偏移计算上述表达式(1)和(2)，获得可能的频率偏移，而频率偏移补偿器302用该预测结果补偿接收信号。利用预测结果，解调器303获得具有较佳信道质量的解调数据，并使其频率偏移得到补偿。
图4是一方框图，示出了接收机第三实施例的结构，该接收机用常规的最小二乘法进行线性预测。图4所示的接收机400将图2的常规最小二乘法应用于检测同步所需的相位估算。如图3中说明的，在检测同步时，即使频率偏移补偿中一个小误差量也会降低性能，使参考相位随时间而旋转。这种相位旋转可以用时间和相位进行线性表示，所以常规的最小二乘法可以用来补偿这些相位旋转。
即使频率偏移得以完全补偿，但为了消除恒定的相位旋转的影响，仍必须利用最小二乘法或简单平均计算平均相位并补偿频率偏移。
图4所示的接收机400具有天线401、相位补偿器402、解调器403、相位误差检测器404以及最小二乘法预测设备405。
在该结构中，假设天线401的接收信号已包含干扰。相位补偿器402根据由过去的接收信号获得的预测结果补偿接收信号的相移，而解调器403对这些结果进行解调，并获得已解调的数据。
相位误差检测器404根据相位补偿器402已对其相移进行补偿的接收信号检测相移。
最小二乘法预测设备405用检测到的相位误差计算上述表达式(1)和(2)，从而获得可能的频率偏移，而相位补偿器302使用该预测结果补偿接收信号。通过利用预测结果，解调器403获得具有较佳信道质量的解调数据，其相移被补偿。
图5是一方框图，示出了接收机第四实施例的结构，该接收机用常规的最小二乘法进行线性预测。图5所示的接收机500将图2的常规最小二乘法应用于同步移动估计。由于发射和接收的时钟振荡频率之间有差异，所以会发生同步移动。由于可以利用时间对同步与同步移动之间的关系进行线性表示，所以可以用最小二乘法估计同步移动。
图5所示的接收机500具有天线501、同步定时调节器502、解调器503、同步移动检测器504和最小二乘法预测设备505。
在该结构中，假设天线501的接收信号已包含干扰。同步移动检测器504从发射和接收之间的接收信号中检测同步移动。
最小二乘法预测设备505用估计得到的信道质量计算上式(1)和(2)，获得可能的同步定时，并用该预测结果同步移动调节器502校正接收信号。用该预测结果，解调503可以获得可靠性较高的解调数据，并且同步移动得到校正。
图6是一方框图，示出了接收机第五实施例的结构，该接收机用常规的最小二乘法进行线性预测。图6所示的接收机600将图2的常规最小二乘法应用于信道估计，例示了分集合并的几种接收情况。
分集合并要求估计对每个天线之接收信号的加权系数。因为可以利用短期的时间和相位对信道质量进行线性表示，所以可将最小二乘法用来估计分集合并的系数。
图6所示的接收机600具有天线601和602、合并器603、解调器604、信道脉冲响应估计器605和606，以及最小二乘法预测设备607和608。
在该结构中，假设天线601和602的接收信号已包含干扰。信道脉冲响应估计器605估计对天线601接收到的信号的信道脉冲响应。
最小二乘法预测设备607用估计得到的信道质量计算上式(1)和(2)，获得可能的信道脉冲响应，并将该预测结果提供给合并器603，将结果反映在对天线601之接收信号的加权过程中。
信道脉冲响应估计器606对天线602的接收信号估计信道脉冲响应。最小二乘法预测设备608用观察值计算上式(1)和(2)，获得可能的信道脉冲响应，将该预测结果提供给合并器603，并且将结果反映在对天线602之接收信号的加权过程中。
在对天线601和602之接收信号加以最合适的加权系数之后，合并器603合并那些接收信号，并且通过合并分集获得可靠性较高的解调数据。
但是，上述所有接收机用常规的最小二乘法进行线性预测，即对所有的接收信号等加权。在常规的最小二乘法中，所有观察值对线性预测结果的影响是相同的。这意味着，相对预测值具有高可靠性的可能观察值以及因干扰或衰落而具有低可靠性的低可靠观察值，对线性预测结果的影响是相同的。
当观察值的可靠性较低时，欧几里德距离变长，用最小二乘法，观察值中包含较低可靠性的观察值可能对预测结果产生完全相反的影响。
换句话说，最小二乘法是一种确定线性表示之“斜率”和“截距”的方法，所述线性表示使离开每个观察点的欧几里德距离最小。当所有观察点具有相同概率时，它可以进行最佳预测，但如果可能性根据观察点而变化，那么较少可能的观察点将影响它，从而使其预测精度劣化。
对于用线性观测进行频率偏移补偿、相位补偿、同步移动校正和合并分集的接收机，低精度的线性预测不仅会降低接收信号校正的精度，还会增加信道的差错率。
本发明的要点是，在用每个观察点处的相应可能性对每个观察值加权之后，用最小二乘法对观察情况进行线性观测，从而通过增大可能观察值对观测结果的影响，来提高线性预测精度。
本发明通过使线性预测更可靠来提高接收机中接收信号校正的精度，其中所述线性预测用来进行频率偏移补偿，相移补偿，同步移动调节，合并分集和其它信号值的估计。
结合附图，阅读以下描述，将更清楚本发明的上述和其它目的和特征，通过举例示出的附图有图1示出了常规最小二乘法的原理；图2是一方框图，示出了接收机第一实施例的结构，该接收机用常规的最小二乘法进行线性预测；图3是一方框图，示出了接收机第二实施例的结构，该接收机用常规的最小二乘法进行线性预测；图4是一方框图，示出了接收机第三实施例的结构，该接收机用常规的最小二乘法进行线性预测；图5是一方框图，示出了接收机第四实施例的结构，该接收机用常规的最小二乘法进行线性预测；图6是一方框图，示出了接收机第五实施例的结构，该接收机用常规的最小二乘法进行线性预测；图7是一方框图，示出了本发明第一实施例中接收机的结构；图8是一方框图，示出了本发明第二实施例中接收机的结构；图9是一方框图，示出了本发明第三实施例中接收机的结构；图10是一方框图，示出了本发明第四实施例中接收机的结构；图11是一方框图，示出了本发明第五实施例中接收机的结构。
现参照附图，详细描述本发明的实施例。(实施例1)本发明的接收机在用最小二乘法对观察情况进行线性预测之前，用相应的可能性对所述观察值加权。
以下参照图7说明本实施例接收机的结构。图7是一方框图，示出了本发明第一实施例接收机的结构。
在图7中，接收机700具有观察设备702，最小二乘法预测设备703和可能性检测器704。接收机700中不包含加法器701，它用来表示接收信号在输入观察设备702之前与干扰相加。
在该结构中，将信号系列输入加法器701，假设所述信号系列可以用线性式表示。
在信号传播期间，象热噪声一样的干扰在加法器701中加入信号系列。观察设备702观察该结果。由于观察结果包括干扰，所以即使信号系列可以用线性式表示，观察结果仍包含某些误差量。
最小二乘法观测设备703根据下式(3)和(4)，通过使误差量的平方最小，来估计预测系列。即使存在干扰，它仍可以获得一个接近信号系列的值，作为预测系列。
假设x(i)为观察点，y(i)为观察值，“L”为y(i)的可能性，“N”为观察点的数目，而“Ax(i)+B”为所需的线性式，那么“A”和“B”计算如下A=Σi=0N-1L(i)·Σi=0N-1{L(i)Y(i)}-Σi=0N-1{L(i)X(i)}·Σi=0N-1{L(i)Y(i)}Σi=0N-1L(i)·Σi=0N-1{X(i)2-(Σi=0N-1{L(i)X(i)})2···(3)]]>B=-AΣi=0N-1{L(i)X(i)}+Σi=0N-1{L(i)Y(i)}Σi=0N-1L(i)···(4)]]>令“A”为零，并仅计算“B”，那么将给出用可能性L(i)加权的y(i)的平均值。
可能性检测器704检测接收信号的可能性，并将检测到的可能性固定为最小二乘法预测设备703使用的可能性。因此，观察值具有越高的可靠性，观察值在用上式(3)和(4)计算对线性预测结果的影响就越大。
如上所述，本实施例的接收机在使用最小二乘法对观察值进行线性观测之前，用相应的可能性对所有的观察值加权，因此，反映所检测观察值之每种可能性的预测信号系列改善了线性预测精度并消除了干扰的影响。(实施例2)本实施例的接收机在用最小二乘法对频率偏移进行线性预测之前，用对应帧的S/N对所有检测到的频率加权。
以下参照图8说明本实施例接收机的结构。图8是一方框图，示出了本发明第二实施例接收机的结构。
图8所示的接收机800具有天线801、频率偏移补偿器802、解码器803、频率偏移检测器804、最小二乘法预测设备805和帧S/N估计器806。
在该结构中，天线801的接收信号已包含干扰。频率偏移检测器804对接收信号检测发射和接收之间的频率偏移。
最小二乘法预测设备805用检测到的帧S/N计算上式(3)和(4)，获取可能的频率偏移，而频率偏移补偿器802用该预测结果补偿接收信号。通过利用预测结果，解码器803获得具有较佳信道质量的解码数据，并补偿了其频率偏移。
帧S/N估计器806接收信号的帧S/N值，并将估计得到的帧S/N固定为最小二乘法预测设备805使用的可能性。由接收信号被检测到的频率偏移具有越佳的S/N，通过计算上式(3)和(4)，检测到的频率偏移对线性预测结果的影响就越大。
如上所述，本实施例的接收机在用最小二乘法对检测到的频率偏移进行线性预测之前对所有检测到的频率偏移加权，从而反映所检测频率偏移之每种可能性的预测信号系列改善了线性预测的精度，并消除了干扰的影响。(实施例3)本实施例的接收机在用最小二乘法对相位偏移进行线性预测之前，用相应的振幅对所有检测到的相位误差加权。
以下参照图9说明本实施例接收机的结构。图9是一方框图，示出了本发明第三实施例接收机的结构。
图9所示的接收机900具有天线901、相位补偿器902、解码器903、相位误差检测器904、最小二乘法预测设备905和振幅计算器906。
在该结构中，假设天线901的接收信号已包含干扰。相位检测器904根据从过去的接收信号获得的预测结果对接收信号的相移进行补偿，而解码器903对这些结果解码，并获得解码数据。
相位误差检测器404根据相移被相位补偿器902补偿的接收信号检测相移。
最小二乘法预测设备905用检测到的振幅计算上式(3)和(4)，获取可能的相移，而相位补偿器902用该预测结果补偿接收信号。通过利用预测结果，解码器903获得具有较佳信道质量的解码数据，并补偿了其相移。
如上所述，本实施例的接收机在用最小二乘法对检测到的相位进行线性预测之前对所有检测相位加权，从而反映所检测相位之每种可能性的预测信号系列改善了线性预测的精度，并消除了干扰。(实施例4)本实施例的接收机在用最小二乘法对同步移动进行线性预测之前，用相应的信道质量对所有检测到的同步移动加权。
以下参照图10说明本实施例接收机的结构。图10是一方框图，示出了本发明第四实施例接收机的结构。
图10所示的接收机1000具有天线1001、同步定时调节器1002、解码器1003、同步移动检测器1004、最小二乘法预测设备1005和信道质量估计器1006。
在该结构中，假设天线1001的接收信号已包含干扰。同步移动检测器1004从发射和接收之间的接收信号检测同步移动。
最小二乘法预测设备1005用估计得到的信道质量计算上式(3)和(4)，获取可能的同步定时，而同步移动调节器502利用该预测结果校正接收信号。通过利用预测结果，解码器1003可以获得具有较高可靠性的解码数据，并校正了同步移动。
如上所述，本实施例的接收机在用最小二乘法对检测到的同步移动进行线性预测之前对所有检测到的同步移动加权，从而反映所检测同步移动之每种可能性的预测信号系列改善了线性预测的精度，并消除了干扰。(实施例5)本实施例的接收机在用最小二乘法对信道脉冲响应进行线性预测之前，用相应的信道质量对所有估计得到的信道脉冲响应加权。
以下参照图11说明本实施例接收机的结构。图11是一方框图，示出了本发明第五实施例接收机的结构。
图11所示的接收机1100具有天线1101和1102、合并器1103、解码器1104、信道脉冲响应估计器1105和1006、最小二乘法预测设备1107和1108，以及信道质量估计器1109。
在该结构中，假设天线1101和1102的接收信号已包含干扰。信道脉冲响应估计器1105对天线1101的接收信号估计信道脉冲响应。
最小二乘法预测设备1107用估计得到的信道质量计算上式(3)和(4)，获取可能的信道脉冲响应，并将该预测结果提供给合并器1103，以及将该结果反映在对天线1101之接收信号的加权处理中。
信道脉冲响应估计器1106对天线1102的接收信号估计信道脉冲响应。最小二乘法预测设备1108用估计到的信道质量计算上式(3)和(4)，获取可能的信道脉冲质量，并将该预测结果提供给合并器1103，以及将该结果反映在对天线1102之接收信号的加权处理中。
在对天线1101和1102的接收信号进行最合适系数加权后，合并器1103合并这些接收信号，并通过合并分集获得可靠性较高的解码数据。
如上所述，本实施例的接收机在用最小二乘法对估计得到的信道脉冲响应进行线性预测之前，用相应的信道质量对所有估计得到的信道脉冲响应加权，从而反映所估计信道脉冲响应之每种可能性的预测信号系列改善了线性预测的精度，并消除了干扰。
如上所述，在本发明中，是用观察点处的每种可能性对所有观察值加权之后，才用最小二乘法对观察对象进行线性预测的，从而通过使可能的观察值对预测结果影响较大，来改善线性预测的精度。
这样，本发明通过使对频率偏移补偿、相位移动补偿、同步移动调节、合并分集和其它信号值估计的线性预测更可靠，改善了接收机中接收信号校正的精度。
本发明不局限于上述实施例，可以不脱离本发明的范围进行各种变化和改变。
本申请以1998年5月22日的日本专利申请平10-141231为基础，该日本专利申请的整个内容通过引用包括在此。
权利要求
1．一种线性预测器，其特征在于，包括信号值检测器，用于在多个观察点观察包含干扰的信号，并检测每个观察信号的值；可能性检测器，用于检测所述每个观察值的可能性；和最小二乘法预测器，在用相应的所述检测到的可能性对所述观察值加权之后，用最小二乘法处理所述经加权的观察值。
2．一种通信终端，其特征在于，具有权利要求1所述的线性预测器。
3．一种基站，其特征在于，具有权利要求1所述的线性预测器。
4．一种接收机，其特征在于，包括频率偏移检测器，用于在多个观察点处检测接收信号的频率偏移值；最小二乘法预测器，在用每个检测点的相应可能性对所述检测值加权之后，用最小二乘法对所述经加权的检测值进行频率偏移的线性预测；频率偏移补偿器，它用所述线性预测的结果对接收信号的频率偏移进行补偿；和可能性固定器，用于对所述经补偿的接收信号解码，在每个所述检测点处根据所述解码信号估计帧S/N，并将每个估计得到的S/N固定为用于在相应的所述检测点进行所述线性预测所用的可能性。
5．一种接收机，其特征在于，包括相位误差检测器，用于在多个检测点处检测已被接收和解码的信号的相位误差值；最小二乘法预测器，在用每个检测点的相应可能性对所述检测值加权之后，用最小二乘法对所述经加权的检测值进行相位误差的线性预测；相位补偿器，它用所述线性预测的结果对接收信号的相位误差进行补偿；和可能性固定器，用于对所述经补偿的接收信号解码，在每个所述检测点处根据所述解码信号估计振幅值，并将每个检测到的振幅值固定为用于在相应的所述检测点进行所述线性预测所用的可能性。
6．一种接收机，其特征在于，包括同步移动检测器，用于在多个观察点处检测接收信号的同步移动值；最小二乘法预测器，在用每个检测点的相应可能性对所述检测值加权之后，用最小二乘法对所述经加权的检测值进行同步移动的线性预测；同步移动调节器，它用所述线性预测的结果调节接收信号的频率偏移；和可能性固定器，用于对所述经补偿的接收信号解码，在每个所述检测点处根据所述解码接收信号检测信道质量，并将每个检测到的信道质量信息固定为用于在相应的所述检测点进行所述线性预测所用的可能性。
7．一种接收机，其特征在于，包括脉冲响应估计器，用于在多个估计点分别对多个天线的接收信号进行脉冲响应值的估计；最小二乘法预测器，在用每个估计点处的相应可能性对所述估计值加权之后，用最小二乘法对所述经加权的估计值进行脉冲响应的线性预测；分集合并器，在用相应的所述经加权的估计值分别对多根天线的所述接收信号加权之后，合并从多根天线接收到的所述经加权的信号，并对所述合并后的信号解码；和可能性固定器，用于在每个所述估计点处根据所述解码信号检测信道质量，并将每个检测到的信道质量信息固定为用于在相应的所述估计点对脉冲响应进行所述线性预测所用的可能性。
8．一种线性预测的方法，其特征在于，包括以下步骤在多个观察点观察包含干扰的信号；检测每个观察信号的值和可能性；用相应的所述检测到的可能性对所述观察值加权；和用最小二乘法处理所述经加权的观察值。
9．一种接收方法，其特征在于，包括以下步骤在多个检测点检测接收信号的频率偏移值；用每个检测点处相应的可能性对所述检测值加权；用最小二乘法对所述经加权的检测值进行频率偏移的线性预测；用所述线性预测的结果对接收信号的频率偏移进行补偿；对所述经补偿的接收信号解码；在每个所述检测点处根据所述解码信号估计帧S/N；将每个估计得到的S/N固定为用于在相应的所述检测点进行所述线性预测所用的可能性。
10．一种接收方法，其特征在于，包括以下步骤在多个检测点检测已被接收和解码之信号的相位误差值；用每个检测点处相应的可能性对所述检测值加权；用最小二乘法对所述经加权的检测值进行相位误差的线性预测；用所述线性预测的结果对接收信号的相位误差进行补偿；对所述经补偿的接收信号解码；在每个所述检测点处根据所述解码信号检测振幅值；将每个检测到的振幅值固定为用于在相应检测点进行所述线性预测所用的可能性。
11．一种接收方法，其特征在于，包括以下步骤在多个检测点检测接收信号的同步移动值；用每个检测点处相应的可能性对所述检测值加权；用最小二乘法对所述经加权的检测值进行同步移动的线性预测；用所述线性预测的结果对接收信号的同步移动进行调节；对所述经调节的接收信号解码；在每个所述检测点处根据所述经解码的接收信号检测信号质量；将每个检测到的信号质量信息固定为用于在相应的所述检测点进行所述线性预测所用的可能性。
12．一种接收方法，其特征在于，包括以下步骤在多个估计点分别对多个天线的接收信号估计脉冲响应值；用每个估计点处相应的可能性对所述估计值加权；用最小二乘法对所述经加权的估计值进行脉冲响应的线性预测；用相应的所述经加权的估计值分别对多个天线的所述接收信号加权；合并从多个天线接收到的所述经加权的信号；对所述合并信号解码；在每个所述估计点处根据所述解码信号检测信道质量；将每个检测到的信道质量信息固定为用于在相应的所述估计点进行所述脉冲响应线性预测所用的可能性。
全文摘要
本发明的接收机在用每个观察点处的相应可能性对每个观察值加权之后,用最小二乘法对观察对象进行线性预测,从而通过使可能观察值对预测结果的影响较大,来改善线性预测的精度。本发明通过使用于频率偏移补偿、相移补偿、同步移动调节、合并分集和其它信号值估计的线性预测更可靠,改善了接收机中对接收信号校正的精度。
文档编号H04L27/00GK1237054SQ9910702
公开日1999年12月1日 申请日期1999年5月21日 优先权日1998年5月22日
发明者上杉充 申请人:松下电器产业株式会社