一种二态维特比检测系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于序列检测技术领域，尤其涉及一种二态维特比检测系统及方法。
【背景技术】
[0002]通信系统的解调技术通常分为相干解调和非相干解调。相干解调通常需要接收机首先恢复载波频率和载波相位，然后利用信道估计技术以及均衡技术对接收信号进行解调、恢复和判决。但接收机要想获得同频同相，通常是有一定困难的。非相干解调技术不需要接收机达到同频同相，相对容易实现一些，但非相干解调技术的解调性能通常要比相干解调技术的解调性能差。
[0003]目前，连续相位调制(Continuous Phase Modulat1n，CPM)技术，如高斯频移键控调制(Gauss frequency Shift Keying, GFSK)技术拥有良好的频谱效率，已经应用到了许多系统中，譬如蓝牙(Bluetooth, BT)和全球移动通信系统(Global system for mobilecommunicat1ns,GSM) ;GFSK系统可以采用相干解调，也可以采用非相干解调。但由于相干解调需要对载波频率和相位拥有良好的跟踪性能，在实际系统中往往十分困难。因此，非相干解调技术应用较为普遍。
[0004]非相干解调技术中很重要的一类解调技术是差分解调技术，也称为差分检测(Differential Detect1n, DD)技术。差分检测技术通常面向差分调制通信系统；也就是说，差分调制通信系统首先在发射端利用差分调制技术调制信源数据，然后在接收端利用差分检测技术解调接收到的信号。GFSK调制系统就是一类差分调制系统。差分检测技术通常包含三类；第一类属于直接判决技术，即直接对接收信号进行判决；第二类属于均衡技术，通常利用判决反馈均衡器，先尽可能地抑制干扰信号，再对均衡信号进行判决；第三类差分检测技术通常利用著名的维特比(Viterbi)检测原理，利用最大似然原则通过对多个接收符号进行联合判决，进一步提高检测性能，维特比技术通常可以获得较好的检测性能，但其复杂度也较高。
[0005]现有技术中，针对GFSK调制系统，人们为了获得维特比方案的优良性能，而同时又不希望付出较高的复杂度代价，因而积极地寻求一些次优方案，在性能损失不大的前提下，较大地降低复杂度，如人们利用Laurent分解技术将CPM信号表示成许多脉冲幅度调制(PAM)信号的累加结果，由于分解后的PAM信号拥有线性属性，Laurent分解技术可以简化接收机的设计，如图1所示，输入信号为时间域信号，h(t)为匹配滤波器，L为CPM信号的部分响应滤波器占据的时间长度(以符号周期T为单位)，此方案虽然可以获得良好的检测性能，但其复杂度太高，通常需要多个匹配滤波器，维特比检测器的状态数也较高(通常大于4)。另外，也可以将PAM信号的数目减小，也即近似CPM信号，进一步降低基于Laurent分解技术的接收方案的复杂度，可以将维特比检测器的状态数减小至2，但会引入性能的损失。
[0006]上述方案实际参考了最佳接收机的技术原理，也要求同频同相的前提条件。
[0007]对于非相干接收机不需要接收机达到同频同相，如图2所示为基于Laurent分解技术的非相干接收机的技术方案示意图，r(t)为接收到的时域信号，h(t)为匹配滤波器组，与各个PAM信号相匹配;WF代表白化滤波器，目的是将输入信号白化;WMF代表白化匹配滤波器组；信号经过白化后，先进行Branch Metric计算，再利用Viterbi处理器检测信息比特。
[0008]要想获得较好性能，上述次优方案中的白化匹配滤波器数目和Viterbi检测器中的栅格状态数目依然较多，且白化匹配滤波器需要经过精心的设计，以及上述方案还表现出对调制索引h的取值敏感等诸多弊端。
[0009]另外，还可以对CPM 信号米用 Rimoldi/Huber&Liu 分解技术，Rimoldi/Huber&Liu分解技术的思想是将CPM信号表示成有记忆的线性时不变栅格编码器和无记忆的时不变信号映射器的结合体。利用该分解技术，可对滤波器设计和栅格搜索分开单独处理，进而实现复杂度可明显下降。但其Viterbi检测器的栅格状态数目依然较多，且与调制索引h值有关。举例来说，如果h = 1/3，状态数目为6 ;如果h = 0.29 = 29/100，状态数目为200，这是无法实现的。因此，进一步地，可利用PSP思想降低状态数目，PSP技术的核心思想是与h有关的相位状态可以采用终止于当前状态的幸存路径临时决定。该方案可最少采用一个匹配滤波器和二态Viterbi检测器，其对应的一般的接收机方案如图3所示，r(t)为时域信号，先经过匹配滤波器，再进行维特比检测处理，最终获得检测比特序列。T为符号周期，M为序列长度，L为CPM信号的部分响应滤波器的长度(以符号周期为单位)，P为调制索引h的分母，h = q/p，q和P无法进一步约分。
[0010]该方案的复杂度可以接受，但该方案却对载波频偏和相位十分敏感，需要较高的估计精度，同时对匹配滤波器也较为敏感，需要精心设计匹配滤波器。
[0011]总之，上述三个具有代表性的Viterbi方案均工作于时间域中，复杂度较高或者对调制索引值、频偏、相位、匹配滤波器等因素较为敏感。
【发明内容】
[0012]有鉴于此，本发明实施例提出一种二态维特比检测系统及方法，以降低系统复杂度，提高序列检测的鲁棒性。
[0013]第一方面，本发明实施例提供了一种二态维特比检测系统，所述系统包括:
[0014]时域转换到频域模块，用于将输入的时间域样本点信号转换为频域样本点信号；
[0015]差分判决模块，用于获得判决比特和判决变量；
[0016]相位误差计算模块，用于计算误差获得判决误差变量；
[0017]频域二态维特比模块；用于对多个判决误差变量联合检测，获得修正后的判决误差变量值；
[0018]缓存模块，用于存储判决比特，以匹配频域二态维特比模块引入的处理延时；
[0019]判决比特修正模块，利用修正后的判决误差变量对判决比特进行修正。
[0020]第二方面，本发明实施例提供了一种二态维特比检测方法，所述方法包括:
[0021]利用时域转换到频域模块将输入的时间域样本点信号转换为频域样本点信号；
[0022]利用差分判决模块对频域样本点信号进行差分判决，获得判决比特和判决变量；
[0023]将判决比特输入缓存模块，以匹配频域二态维特比引入的处理延时，再将判决变量和判决比特输入到相位误差计算模块，以计算判决误差变量；
[0024]将所述判决误差变量输入到频域二态维特比模块，利用多个判决误差变量联合检测，获得修正后的判决误差变量值，其中，所述修正后的判决误差变量值即是频域二态维特比模块的某个栅格状态属性；
[0025]利用修正后的判决误差变量与缓存模块输出的判决比特进入到判决比特修正模块进行修正，输出修正比特。
[0026]本发明具有的优点和积极效果是:由于采用上述技术方案，既可获得良好的检测性能，又可降低系统复杂度，还对h值、频偏、相位、匹配滤波器等因素不敏感。
【附图说明】
[0027]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0028]图1是现有技术中基于Laurent分解技术的相干接收机技术方案示意图；
[0029]图2为现有技术中基于Laurent分解技术的非相干接收机的技术方案示意图；
[0030]图3为现有技术中PSP技术中接收机的技术方案示意图；
[0031]图4为本发明实施例提供的二态维特比检测系统的结构图；
[0032]图5为本发明实施例提供的二态维特比检测方法的流程图；
[0033]图6为蓝牙BDR模式和LE模式的发射机处理框图；
[0034]图7为蓝牙BDR和LE模式的接收机处理框图；
[0035]图8为蓝牙系统的BDR模式和LE模式的二态维特比检测技术方案的实现框图；
[0036]图9为维特比模块栅格图；
[0037]图10为蓝牙系统使用二态维特比检测方法后的性能效果示意图。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0039]如图4所示，一种二态维特比检测系统，包括:
[0040]时域转换到频域模块400，用于将输入的时间域样本点信号转换为频域样本点信号;