专利名称：信道状态指标计算装置与方法
技术领域：
本发明揭露一种信道状态指标计算装置与方法，特别是应用于一双 载波调变的信道状态指标的计算，藉以提升通讯系统在多重路径衰减信 道中的效能。
背景技术：
在讯号解调过程中，由于接收讯号受到传输信道的影响，常会使得
整体系统效能变差，但如果能正确计算出信道状态指标(Channel State Information, CSI)，并运用在讯号译码过程中，便能明显的提升整体的系 统效能，使得传输距离增加。
在通讯系统中，上述信道状态指标用于事先了解讯号传送端与接收 端间的传输状况，接收端由分离的子信道判断此通讯系统的信道状态指 标，而传送端则得知此指标后，藉此产生效能较好的传输质量。
上述信道状态指标的应用主要有两类
其一是应用于传送端是将接收端所得到的信道状态指标值回传到 传送端，传送端便可利用此信道状态指标来适当调整传输方式，以获得 较好的讯号质量，但此方法会浪费系统的频宽。
请参阅习知技术如美国专利第6473467号所揭露的在高效能通讯系 统的信道状态指标计算方法，此处所述的信道状态指标即用于事先得知 一通讯系统的传输端(transmitter)与接收端(receiver)的传输状况，其 中分离的子信道(sub-channel)连接至传输端的天线上，子信道在传输端
5指标值产生质量较好的讯号。
上述习知技术请参阅图1所示的流程，其中叙述传送端140与接收 端145间的讯号往来，主要是由此正交分频多任务通讯系统的传送端140 将数据转换为多个子信道的数据后，经反快速傅利叶(inverse-Fast Fourier Transform, IFFT)转换产生时域上的讯号。而每个正交分频多任务子信道 产生符元(symbol)值，由一多输入多输出(Multiple Input and Multiple Output, MIMO)通讯系统的天线发出，由另一接收端的天线接收，使接 收的讯号再经过快速傅利叶转换(FFT)，分开通过各子信道。其中步骤 149则是表示由接收端145回馈信道状态指标值至传送端140。
流程中，传送端140将数据转送至各子信道中，各子信道中的数据 经事前处理(precondition)后，分送至各子信道与天线(步骤141)，接 着各经事前处理的数据经过反快速傅利叶转换运算(步骤142)，产生时 域上的讯号。之后将循环展延(cyclic extension)或循环前缀(cyclic prefix) 附加在各信道中的讯号上(步骤143)，藉此能维持正交分频多任务 (OFDM)系统中各子系统间的正交性(orthogonality),每个OFDM子 信道产生一个经延展的符元，成为OFDM符元，之后透过天线传送至接 收端145 (步骤144)。
接收端145接收讯号(步骤146)，并执行快速傅利叶转换(步骤147)， 将讯号信道化(channelize),分为多个子信道的讯号，之后经解调 (demodulate)将各讯号还原成数据资料，并同时将各信道特性撷取出来， 得出信道状态指标值(步骤148)，再回馈此信道状态指标值至传送端140 (步骤149)。接着传送端140则根据此信道状态指标值传递数据，能产
6生效能较好的传输质量，但会降低频道的使用效率。
另此等化量是于接收端接收讯号以前得出，有美国专利第6771706 号所揭露的一种应用信道状态指标在无线通讯系统的技术，此无线通讯 系统为多输入多输出的系统，当接收端接收由多个天线信道传送的讯号 时，各接收端的天线皆接收有一或多个传送端传送的讯号，再由这些讯 号得出能够反映传送信道特性的信道状态指标。同样，接收端所产生的 信道状态指标将回馈至传送端，信道状态指标至少包括有针对系统各信 道的讯噪比的估计、各传输信道特性、各传输信道的特征模态或特征值 (eigenmode, eigenvalue)等，此后所传递的讯息在压縮、解编码的处理 将根据此指标，因此能产生更好的通讯质量。
而另一种信道状态指标是应用于接收端接收端直接利用计算出的 信道状态指标值于解调过程，对解调讯号加入权重的观念，如此也能得 到较好的讯号质量，且因为不须将信道状态指标回传接收端，因而可以 提升信道使用效率。
由上述习知技术可知，使用习知的调变方法时，每一个数据仅透过 单一的子信道加以传送，如此的信道状态指标是很容易计算的。但是， 若习知技术应用于双载波调变(DCM)系统中，其中每一笔数据则需透 过两个子信道加以传送，如此的信道状态指标，习知技术将利用相等权 重相加(Equal-Gain Combining, EGC)或是以其它方法计算，但电路相当 复杂，且无法获得正确CSI值并有效提升系统效能。
发明内容
本发明主要将信道状态指标应用于通讯系统的接收端，但是用于每 一笔数据需要透过两个信道传送的双载波调变(DCM)系统中，如何正
7确利用信道状态指标来提升传输质量则会变得相当复杂。故针对此双载 波调变系统，有别于习知技术中一笔数据仅透过单一子信道传递的技术， 本发明所揭露的信道状态指标计算装置与方法主要能利用信道等化
(equalization)、将各信道分类(classification),再利用信道状态指标计 算解调后的数值，以产生较好的传输质量。
本发明所揭露的信道状态指标计算装置的较佳实施例包括绝对值计 算单元、信道分类单元与等化数值比较单元等。将信道等化量送入此系 统中，利用绝对值计算单元计算各等化量绝对值，其电性连接信道分类 单元，此单元将讯号分为两个信道上的数据，各信道电性连接等化数值 比较单元，经比较运算后得出较小的值，以此为本发明所定义的信道状 态指标。
而其信道状态指标计算方法的较佳实施例是应用于双载波调变系统 中，步骤为先由一接收端接收来自传送端的讯号，接着进行信道等化， 计算各信道的等化量，之后将各等化量的绝对值依据DCM解调方式俩俩 分为同一群组，再取同一群组中两信道等化量的较小值作为此群组的信 道状态指标。
使用此方式不仅能适用于双载波调变系统的信道状态指标的计算， 也可避免使用相等权重相加或是其它较复杂的计算方式，而能有效提升 系统效能。
图1为习用技术回馈信道状态指标的讯号传输流程图2为本发明信道状态指标计算方法的流程图3为本发明计算信道状态指标的电路方块示意图；图4为应用本发明的信道状态指标的电路示意图5为应用本发明产生的信道状态指标于其它电路的示意图。
主要组件符号说明
绝对值计算单元31 等化数值比较单元39 第二信道等化数值37 乘法器43
信道分类单元33 第一信道等化数值35 接收讯号分类单元41 译码器4具体实施例方式
在通讯系统中的讯号解调过程中，由于接收讯号受到传输信道的影 响，但如果能先撷取各信道的特性，而正确计算出信道状态指标(CSI)， 此信道状态指标用于事先了解信道的传输状况，接收端由分离(discrete) 的子信道判断此通讯系统的信道状态指标，运用在讯号解调过程中，藉 此提升整体的系统效能，并产生效能较好的传输质量。
上述应用于接收端的信道状态指标能对各传输信道估计其讯杂比 (SNR)，进一步描述该信道的特性。
本发明所揭示的信道状态指标计算装置与方法则更将此信道状态指 标应用于一双载波调变系统(dual-carrier modulation, DCM)，提出一种计 算信道状态指标的电路。此处所指的双载波调变系统是指在传输过程中， 每笔传送数据，在传送端透过线性组合成两个相似的数据，并分别透过 两个子载波(sub carrier)来传送，如此的传输技术，能增加抵抗信道衰 减造成数据错误的能力。
双载波调变方法请参考方程式(1)所使用的算法-<formula>formula see original document page 10</formula>(1)
其中，XT是传送端的原始数据，输入至此调变系统，经过调变后输
出的值YT，下标T表示为执行调变的传送端的讯号；而n与m分别为指
标值(index),用以区隔两个部分的子载波，n等于0至(N/4)-l，而m值 为0或1， N为100，即将相似的数据透过相隔(N/2)的子载波加以传送， 比如将100个子载波区隔为1至50与51至100分开处理，再至接收端 解调；N为一定值，为调变技术中一次处理的子载波的数量；#是用 以正规化(normalization)计算出来的数值。
举例来说，于一特定调变系统中，其中每个子信道中的频段各频段 可画分为128个子载波，每个子载波占有一定的频宽，数据传送则是使 用这128个子载波来同时发送，其中有IOO个子载波是用来传输数据(即 N值)，可传送200个位的数据量，其余的子载波则分别作为领航符元 (Pilot)、保护子载波(Guard)与不传送任何数据的Null。
以方程式(1)来看，由传输端输出的值YT下标为(n+mN/4)和 (n+mN/4+N/2)确实包含经过线性组合的两相似传送端讯号XT，分别透过 相隔(N/2)的载波传送。
双载波解调方法则如方程式(2)与方程式(3)所示
— —
之《 +附iV + -
2
2w + w7V" + — + 1 2
Re{W + _/Im{t/}
10(2)
其中
「 wiV、 A「 威TV)
"+-卜w +-+——
L 4 ,L 4
,"=0...!-1 4
附iV
附7V iV
"、 4 "
,"2 = 0,1
(3)
上述^ 为接收端收到的数值，而义w为解调后的数值，下标R表示
为执行解调的接收端的讯号。从方程式(2)与方程式(3)可以得知在 解调时，便透过相似的反向线性组合方式分别求出群组值U和V，并进
步计算出真正的传送端讯号义w(2" + ^V)，
之w + rf + l 2
J^(2" + miV + l)及^
广
、
+ m7V + — +1 、 2
其精神在于U、 V是两个不
同接收端子载波讯号^
广
4
及^
r,卩miV TV'
、4
+
2
相似的线性集合，接
着，要达成于上述双载波系统中计算信道状态指标的电路，首先须求出 各别子载波等化量的绝对值，以100个子载波的数据量为例，其等化量 绝对值计算方式如方程式(4)所示
G 二 (C2,…,C99,C咖j= A6iS([C^,C2，…,C99，C咖])
(4)
其中q,C2,…，C99,C咖为各信道的等化量，等化(channel equalization)
即于解调过程中或是在解调之前估计信道效应的方法，将已知的讯号量 传送至各信道中，用已知的数据估计各信道间的信道效应，可知信道好 坏，如讯号衰减量，之后可直接在接收端将衰减的部分等化回去，以消
ii除信道效应。
根据方程式(4)，分别取出两个信道的等化量绝对值'C"+^与 C ww w ，并进行比较，再得出等化量的最小值，同时作为U，V的CSI
W+-+—
4 2
C慮=C缓w = min
4 4 2
、
+- +-+—
、_1__^_乂
本发明即取出两个等化量的较小值，作为本发明引用的信道状态指 标，即为讯号传送端与接收端间的传输状况，也以较好的效率产生此信 道状态指标。
之后，将方程式(3)的U、 V等群组值分别乘上上述得出的信道状 态指标值，再将各解调后的数值，如A(2" +附^) 、 A(2" + wiV + /2)、 I"2" +附iV + l)及J^(2" + m;V + iV/2 + l)，输入至译码器中，完成系统 讯号处理的流程。
图2显示本发明信道状态指标计算方法的流程图。
此方法是计算双载波调变系统中两个信道的信道状态指标，开始时， 由一接收端接收来自一传送端的讯号，此为利用两个信道所承载的数据 量(步骤S201)，如OFDM讯号，接着进行信道等化，并计算各信道的 等化量(步骤S203)，此为信道效应估计方法，其实施例是将已知的讯号 量传送至各信道中，比较已知传送的量与输出的讯号量，以估计因为信 道间的信道效应产生的讯号衰减量，故能于数据接收时将衰减的部分等 化回去，以消除信道效应。
接着计算各等化量的绝对值(步骤S205)，之后执行信道分类，将各 等化量的绝对值分类为各个信道的数据量(步骤S207)，再比较各信道间
12的等化量绝对值，较佳实施例是比较此双载波调变系统中两个信道中的
数据量(步骤S209)，以此得出此系统的信道状态指标(步骤S211)。而 较佳实施例是以两信道等化量的较小值作为此两信道的信道状态指标。 使用此方式不仅能适用于双载波调变系统的信道状态指标的计算，也可 避免使用相等权重相加或是其它较复杂的计算方式，而能有效提升系统 效能-
图3为计算上述信道状态指标的电路方块示意图，实现本发明计算 信道状态指标的电路至少具有图式中的绝对值计算单元31、信道分类单 元33与等化数值比较单元39等。
于双载波调变系统运作之初，可先利用已知讯号量传送至各信道中， 比较己知传送的量与输出的讯号量，得出信道等化量，此信道等化量则 先经过绝对值计算单元31，计算各等化量绝对值，绝对值的计算是利用 电路将负值的讯号转变为正的，此绝对值计算单元31电性连接一信道分 类单元33，而信道分类单元33电性连接至两个讯号信道35、 37。之后 利用信道分类单元33将讯号的等化量分为复数个群组，各群组包含两个 等化数值，包括第一信道等化数值与第二信道等化数值，讯号路径分别 为第一信道35与第二信道37，各信道电性连接一等化数值比较单元39， 之后经等化数值比较单元39执行比较运算，得出较小的值，以此为此群 组的信道状态指标，也是本发明所定义的信道状态指标。
接着，将所计算出来的信道状态指标应用于所接收的讯号上，其中 电路方块示意图如图4所示。
上述透过等化数值比较单元39比较两个信道(包括第一信道与第二 信道)的等化量绝对值，较佳实施例是将较小值作为此系统的信道状态 指标，与经接收讯号分类单元41分类的群组值，以乘法器43进行乘法乘上方程式(3)的U、 V等群组值，之后 再将各解调后的数值输入至译码器45中进行后续步骤。
而本发明所提供的信道状态指标并非限于此例所述的范围，透过乘 法器，利用此信道状态指标能调整调变中的数据量，此有效应用等化数 值的方式也可应用于其它不同的用途。
阁s掃^^r未ii田^"憎状木丰旨未云^成爐调先骤的流超阁。光骤一开始.
传送端接收外部数据(步骤S501)，再于双载波调变系统的传送端中执行 调变(步骤S503)，并由一接收端接收经调变后的讯号(步骤S505)。接 着进行信道等化步骤，即利用已知的讯号量与经过信道的输出讯号量比 较得到各信道的等化量(步骤S507)，接收端利用此等化量执行以下步骤。
之后利用电路计算出各信道等化量的绝对值(步骤S509)，并利用信 道分类电路执行分类信道步骤，安排相应各讯号的信道，例如，将等化 量区分为复数个群组，而各群组包括两个等化量绝对值(步骤S511)，包 括区分为第一信道与第二信道，以各信道的等化量绝对值进行比较运算 (步骤S513)，得出信道状态指标(步骤S515)，较佳实施例是以比较结 果较小的等化量绝对值作为此分类信道的信道状态指标。
之后利用分类电路将接收端接收的讯号分类(接收讯号分类电路)， 再依照双载波调变系统的特性将接收讯号所分成的多个群组(步骤 S517)，再计算解调后的数值(步骤S519)，包括将各个群组值乘上之前 步骤产生的信道状态指标，最后将经调整的讯号输入译码器(步骤S521)。
综上所述，本发明为一信道状态指标计算装置与方法，其中特征仅 使用一比较电路便能计算正确的双载波调变系统的信道状态指标，而能 再利用另一乘法电路有效应用此信道状态指标在别的电路中，进而提升 系统效能与传输距离。
14但以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此即局限本发明的 专利范围，故举凡运用本发明说明书及图示内容所为的等效结构变化， 均同理包含于本发明的范围内，合予陈明。
权利要求
1、一种信道状态指标计算方法，是计算一双载波调变系统的两个信道的信道状态指标，其特征在于，包括有由一接收端接收来自一传送端的讯号，该讯号为利用两个信道所承载的数据量；进行信道等化，并计算各信道的等化量；计算各等化量的绝对值；分类信道，是将各等化量的绝对值分类为各个信道的数据量；以及比较各信道的数据量绝对值，以得出该双载波调变系统的信道状态指标。
2、 如权利要求1所述的信道状态指标计算方法，其特征在于于该 分类信道的步骤中，是将各等化量分类于复数个群组中，各群组包括有 两个信道的等化量。
3、 如权利要求1所述的信道状态指标计算方法，其特征在于于该 比较各信道的数据量绝对值步骤中，是比较分离于该双载波调变系统的 两个信道上的数据量。
4、 如权利要求3所述的信道状态指标计算方法，其特征在于经比 较该两个信道的等化量绝对值后，以一较小值作为该双载波调变系统的 信道状态指标。
5、 如权利要求1所述的信道状态指标计算方法，其特征在于所述 的信道等化步骤是利用己知的讯号量与经过信道的输出讯号量的比较得 到各信道的等化量。
6、 如权利要求1所述的信道状态指标计算方法，其特征在于所述的接收端的解调步骤是将该得出的信道状态指标乘上由该调变讯号分成 的群组值，以完成解调步骤。
7、 如权利要求6所述的信道状态指标计算方法，其特征在于是利 用 一乘法器达成乘法的步骤。
8、 一种信道状态指标计算装置，用于计算一双载波调变系统的信道状态指标，其特征在于，包括有-一绝对值计算单元，接收一或复数笔信道等化量，用以计算该信道等化量的绝对值；一信道分类单元，电性连接该绝对值计算单元，并电性连接至两个 讯号信道，用以将该信道等化量的绝对值分为复数个群组，各群组包括 有两个信道等化量，并分离为该两个讯号信道上；以及一等化数值比较单元，电性连接该讯号信道，用以执行各群组的两 个讯号信道中讯号的比较运算；藉此，经比较运算后得出该双载波调变系统的信道状态指标。
9、 如权利要求8所述的信道状态指标计算装置，其特征在于以该 等化数值比较单元执行比较后的较小值为该群组的信道状态指标。
10、 如权利要求8所述的信道状态指标计算装置，其特征在于利 用一乘法器执行经等化数值比较单元运算得出的信道状态指标与该双载 波调变系统中由调变讯号分成的群组的乘法运算。
11、 一种信道状态指标计算方法，用于一双载波调变系统的接收端 的解调，其特征在于，包括有接收由该双载波调变系统的一传送端传送的数据； 于该传送端执行调变；由该双载波调变系统的该接收端接收经调变后的讯号；进行一信道等化步骤，利用一已知的讯号量与经过该双载波调变系统的信道的输出讯号量比较得到各信道的等化量； 计算出该系统的各信道等化量的绝对值；利用信道分类电路执行一分类信道步骤，是将等化量区分为复数个 群组，而各群组包括两个信道的等化量绝对值； 以各信道的等化量绝对值进行一比较运算； 得出一信道状态指标； 分类由该接收端接收的讯号；依照该双载波调变系统的特性将接收讯号分成复数个群组；以及 计算解调后的数值。
12、 如权利要求ll所述的信道状态指标计算方法，其特征在于该 比较运算是比较分离于该双载波调变系统的两个信道上的数据量。
13、 如权利要求12所述的信道状态指标计算方法，其特征在于经 比较运算后，以各群组中的一较小值作为该双载波调变系统的信道状态 指标。
14、 如权利要求11所述的信道状态指标计算方法，其特征在于所 述的计算解调后的数值是利用一乘法器执行该多个群组与该信道状态指 标的乘法运算。
全文摘要
一种信道状态指标计算装置与方法，主要是应用于一双载波调变(Dual-Carrier Modulation，DCM)的信道状态指标(Channel State Information，CSI)的计算装置与其计算方法，其中信道等化量送入此系统中，利用绝对值计算单元计算各等化量绝对值，绝对值计算单元电性连接信道分类单元，将讯号分为两个信道上的数据，各信道电性连接等化数值比较单元，经比较运算后得出较小的值，以此为本发明所定义的两个信道上的信道状态指标，利用此信道状态指标于译码器中，能有效提升双载波调变电路在多重路径衰减信道(multi-path fading channel)中的效能。
文档编号H04L1/00GK101510812SQ200810008259
公开日2009年8月19日 申请日期2008年2月14日 优先权日2008年2月14日
发明者吴骏毅, 张琦栋, 陈毓麟 申请人:安国国际科技股份有限公司