專利名稱：在數(shù)據(jù)輔助定時恢復(fù)中依賴于數(shù)據(jù)的噪聲預(yù)測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在同步通信系統(tǒng)中恢復(fù)定時的方法。
本發(fā)明也涉及用于執(zhí)行所述方法的系統(tǒng)和在所述系統(tǒng)中使用的接收器。
定時恢復(fù)是數(shù)字同步通信系統(tǒng)中用于可靠的數(shù)據(jù)檢測的關(guān)鍵功能之一。這樣的系統(tǒng)經(jīng)常使用于存儲系統(tǒng)，比如光學(xué)存儲裝置(例如，DVD、Blu-Ray(藍光)盤、高密度DVD等等)和磁存儲裝置(例如，硬盤)中。也存在有同步通信網(wǎng)絡(luò)，例如，IEEE 1394和USB。
定時恢復(fù)的關(guān)鍵問題是確定應(yīng)當(dāng)對接收信號進行采樣以用于可靠的數(shù)據(jù)恢復(fù)的時刻。這個問題多年來一直是研究的課題。在現(xiàn)有的解決方案中間，數(shù)據(jù)輔助(data aided，DA)定時恢復(fù)方案因更強有力而為人所知。DA方案使用所傳送的數(shù)據(jù)序列作為便于定時恢復(fù)的輔助信息(sideinformation)。這個信息以領(lǐng)先于用戶數(shù)據(jù)的已知前同步圖案的形式或作為從比特檢測器取得的判決而對于接收器是可用的?，F(xiàn)有的定時恢復(fù)方案假設(shè)在它們的輸入處的噪聲是穩(wěn)態(tài)的，以及噪聲統(tǒng)計是與所傳送的數(shù)據(jù)無關(guān)的。
隨著波特率增加，定時恢復(fù)變得更為關(guān)鍵。
本發(fā)明的目的是提供一種用于提供改進的定時恢復(fù)的、所闡述的種類的系統(tǒng)、接收器和方法。
為了達到本發(fā)明的目的，數(shù)字同步通信系統(tǒng)包括用于時間同步地傳送數(shù)據(jù)碼元序列a1，...，aN的數(shù)字同步通信信道以及接收器；該接收器包括 采樣單元，用于在采樣時鐘信號的控制下按時間順序采樣信道的輸出，所述采樣時鐘信號是與在所傳送的數(shù)據(jù)碼元的信道上數(shù)據(jù)碼元的傳送同步的；樣本序列的每個樣本包括數(shù)據(jù)碼元和噪聲的表示；以及 數(shù)據(jù)輔助定時誤差檢測器，用于提供一校正信號以校正采樣時鐘信號；定時誤差檢測器被耦合到采樣單元以接收樣本的時間序列的表示且包括 依賴于數(shù)據(jù)的(data-dependent)噪聲預(yù)測器，用于生成預(yù)測的噪聲序列

其中對于該序列的第k個樣本的每個預(yù)測的噪聲值

依賴于多個被采樣數(shù)據(jù)碼元的群集(cluster)；以及 噪聲白化(whiten)單元，用于通過去除所預(yù)測的噪聲值

而白化該樣本序列中的噪聲； 定時誤差檢測器被安排成根據(jù)白化的樣本序列來提供校正信號。
按照本發(fā)明，定時誤差檢測器根據(jù)多個被采樣的數(shù)據(jù)碼元來預(yù)測噪聲。它通過應(yīng)對在許多通信系統(tǒng)中噪聲不是穩(wěn)態(tài)的且噪聲統(tǒng)計依賴于所傳送數(shù)據(jù)的事實而提高現(xiàn)有的檢測器的性能。噪聲的這種依賴于數(shù)據(jù)的本性較大地使通常的定時恢復(fù)方案的性能惡化。它增加了在給定的環(huán)路帶寬下的定時抖動，即，在理想的和估計的采樣時刻之間的差別。大的定時抖動導(dǎo)致鎖定的頻繁丟失，從而導(dǎo)致增加的誤碼率。所以，按照本發(fā)明，通過去除噪聲的依賴于數(shù)據(jù)的估計而白化噪聲。因此，在其上進行定時恢復(fù)操作的信號是更干凈的，且允許更好地恢復(fù)。噪聲白化可以在仍舊包括數(shù)據(jù)碼元的表示的樣本序列(即，完全的樣本)上進行，或者僅僅在被采樣序列的噪聲部分上進行。
按照從屬權(quán)利要求2的措施，噪聲預(yù)測器被安排成使用依賴于數(shù)據(jù)的有限階馬爾可夫過程來對噪聲建模。使用這個模型給出了噪聲的良好估計，從而允許得到更干凈的信號。
按照從屬權(quán)利要求3的措施，定時誤差檢測器被安排成執(zhí)行最大似然(likelihood)定時誤差檢測。這是執(zhí)行定時誤差恢復(fù)的有效方式。
按照從屬權(quán)利要求4的措施，其中定時誤差檢測器被安排成在逐個樣本的基礎(chǔ)上自適應(yīng)地估計噪聲模型的參數(shù)。實際上，噪聲的統(tǒng)計是未知的，且需要從所接收的信號來估計。一種適配算法被使用來在逐個樣本的基礎(chǔ)上估計和跟蹤噪聲模型參數(shù)，使得系統(tǒng)能更好地對付非穩(wěn)態(tài)的噪聲和快速適配于改變。
按照從屬權(quán)利要求5的措施，定時誤差檢測器還包括用于確定樣本群集的可靠性測度的裝置，且還被安排成通過在為樣本群集提取定時信息中用所確定的可靠性測度來加權(quán)增益、把更高的增益權(quán)重指配給更可靠的群集，而提供校正信號。這樣，更可靠的(噪聲較少的)樣本群集在定時恢復(fù)中會比不太可靠的群集起更大的作用。這提高了恢復(fù)的精度。
按照從屬權(quán)利要求6的措施，可靠性測度是白化的噪聲序列的噪聲方差。這是用于區(qū)分更可靠的和不太可靠的群集的有效測度。
按照從屬權(quán)利要求7的措施，增益權(quán)重反比于噪聲方差的平方。這達到了最佳效果。
按照從屬權(quán)利要求8的措施，還包括存儲設(shè)備，用作為通信信道的源。可以使用任何適當(dāng)?shù)拇鎯υO(shè)備，諸如光學(xué)存儲裝置或磁存儲裝置。
本發(fā)明的目的也通過在系統(tǒng)中使用的、所闡述的那種接收器而達到。
本發(fā)明的目的也可以通過提供用于校正采樣時鐘信號的校正信號的方法而滿足，所述采樣時鐘信號用于按時間順序采樣數(shù)字同步通信信道的輸出，該數(shù)字同步通信信道用于在采樣時鐘信號的控制下時間同步地傳送數(shù)據(jù)碼元序列a1，...，aN，該采樣時鐘信號與信道上數(shù)據(jù)碼元的傳送同步；樣本序列的每個樣本包括數(shù)據(jù)碼元和噪聲的表示；該方法包括 接收樣本的時間序列的表示； 生成預(yù)測的噪聲序列

其中對于該序列的第k個樣本的每個預(yù)測的噪聲值

依賴于多個被采樣數(shù)據(jù)碼元的群集；通過去除被預(yù)測的噪聲值

而白化樣本序列中的噪聲；以及根據(jù)白化的樣本序列來提供校正信號。
參照此后描述的實施例，將明白和闡明本發(fā)明的這些和其它方面。圖上

圖1A和1B顯示其中可利用本發(fā)明的示例性系統(tǒng)的框圖； 圖2A和2B顯示按照本發(fā)明的接收器的更詳細的框圖； 圖3顯示按照本發(fā)明的三個主要步驟； 圖4顯示優(yōu)選實施例；以及 圖5顯示用于適配參數(shù)的優(yōu)選實施例。
圖1顯示按照本發(fā)明的數(shù)字同步通信系統(tǒng)100的框圖。系統(tǒng)100包括數(shù)字同步通信信道110，用于把數(shù)據(jù)碼元的序列a1，...，aN從源/發(fā)送器120時間同步地傳送到宿/接收器130。系統(tǒng)100可選地包括源、發(fā)送器120。該系統(tǒng)在這樣的意義下是同步的源/發(fā)送器和宿/接收器被同步到可以從通信信道得到的同一個時鐘。例如，雙方中的一方可以包括或被附屬于主時鐘。在一個簡單的安排中，源/發(fā)送器包括主時鐘122，且接收器試圖從通信信道盡可能好地恢復(fù)時鐘。源/發(fā)送器經(jīng)由信道110發(fā)送數(shù)據(jù)碼元的序列a1，...，aN。這樣的一系列數(shù)據(jù)碼元可以稱為塊或幀。
圖1A顯示其中使用同步的外部通信系統(tǒng)的示例性框圖。在這種情形下，源/發(fā)送器120是在系統(tǒng)100的外部。通信信道可以是任何適當(dāng)類型的外部同步通信信道，例如，IEEE 1394、USB、藍牙、IEEE 802.11、ADSL、GPRS等等。信道可包括有線或無線通信媒體。發(fā)送器和接收器包括用于執(zhí)行通信的適當(dāng)?shù)慕涌凇５湫偷?，塊被編碼/調(diào)制以便以這樣的方式傳輸，即使得接收方可以從它得出時鐘信號(或把自己的時鐘同步于/鎖定到接收的信號)。同步網(wǎng)絡(luò)和這種同步傳輸?shù)男问奖旧硎鞘熘?。信道可以是點對點的，但也可以允許多于兩方進行通信。如上所述，發(fā)送器可以提供主定時，這里接收器鎖定到由發(fā)送器通過信道提供的定時。然而，也知道接收器可以提供用于信道的主定時(發(fā)送器鎖定到信道)，或甚至第三方提供主定時(例如生成主幀結(jié)構(gòu)，這里源只把幀的有用負荷部分中的某些數(shù)據(jù)碼元插入到信道上的流中)。在同步通信總線中，這樣的第三方通常被稱為總線主控器，而發(fā)送器和接收器都鎖定到信道。將會理解，在這樣的安排中，從定時恢復(fù)的觀點來看，實際的數(shù)據(jù)碼元的發(fā)送器也是按照本發(fā)明的“接收器”，因為它從實際的通信主控器接收幀數(shù)據(jù)碼元，且恢復(fù)/同步到通信信道的時鐘信號。
圖1B顯示其中使用同步的‘內(nèi)部’通信信道的示例性框圖。這典型地是其中源數(shù)據(jù)被存儲在存儲媒體124，如光學(xué)存儲裝置(例如，DVD、Blu-Ray、高密度DVD)或磁存儲裝置，比如硬盤的情形。數(shù)字源數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)碼元a1，...，aN)在方塊121中、在主時鐘122的控制下從數(shù)字時域轉(zhuǎn)換到連續(xù)的(模擬)時域。寫單元123把數(shù)據(jù)寫入到存儲媒體124。在稍后的時刻，讀單元125從存儲媒體124讀出數(shù)據(jù)。接收器130在被鎖定到所接收流的時鐘信號的控制下采樣數(shù)據(jù)。在這種情形下，方塊121、123、124和125的組合可被看作為通信信道110。
在其余部分中，數(shù)據(jù)信號的源也將被稱為發(fā)送器，而宿/接收器將被稱為接收器。
圖2A和2B顯示優(yōu)選接收器130的框圖。在圖上使用相同的參考標(biāo)號處，基本上牽涉到相同的功能。接收器130包括采樣單元132，用于在采樣時鐘信號的控制下按時間順序采樣經(jīng)由信道110傳送的數(shù)據(jù)碼元。采樣單元是熟知的，因此將不做進一步描述。采樣時鐘信號是與信道上數(shù)據(jù)碼元的傳送同步的。接收器130還包括數(shù)據(jù)輔助的定時誤差檢測器(TED)133，用于提供校正信號以便校正采樣時鐘信號。定時誤差檢測器133被耦合到采樣單元132，以便接收樣本的時間序列的表示。圖2顯示本身已知的兩個示例性安排。圖2A顯示采樣時鐘信號的傳統(tǒng)的模擬鎖定(同步)，而圖2B顯示用于將采樣時鐘信號數(shù)字地鎖定到通信信道的常規(guī)安排。接收器可包括預(yù)濾波器131，用于預(yù)濾波為通信信道接收的信號r(t)。預(yù)濾波器131用來抑制噪聲，而且還可能調(diào)節(jié)(condition)碼間干擾(ISI)。(優(yōu)選地被預(yù)濾波的)接收的信號首先由采樣單元132進行采樣，然后被遞送到檢測器135，檢測器產(chǎn)生所接收的數(shù)據(jù)碼元的估計

這些估計可以取任何適當(dāng)?shù)男问?，諸如硬或軟比特判決。接收器包括定時恢復(fù)子系統(tǒng)，其目的是提供在頻率和相位上接近于原始時鐘的采樣時鐘。這樣，定時恢復(fù)子系統(tǒng)作為鎖相環(huán)運行。定時恢復(fù)子系統(tǒng)至少包括按照本發(fā)明的定時誤差檢測器133。它還可包括環(huán)路濾波器(LF)134，用來改進定時恢復(fù)的性能，具體地是改進采樣頻率的跟蹤。這樣的環(huán)路濾波器本身是已知的。在圖2A的模擬采樣中，定時恢復(fù)子系統(tǒng)還可包括壓控振蕩器(VCO)135。在圖2B的數(shù)字版本中，代替VCO，使用數(shù)控振蕩器(NCO)136。NCO的輸出接著被使用于所接收的數(shù)字信號的精確采樣。數(shù)字信號已經(jīng)由(例如，在從晶體得到的標(biāo)稱采樣頻率、在時鐘信號的控制下)自由運行的異步采樣單元139采樣。按照本發(fā)明的精確的同步采樣于是可以通過“重新采樣”已采樣的信號而數(shù)字地執(zhí)行，如方塊132所示。這可以采取適當(dāng)?shù)男问?，例如，通過內(nèi)插或采樣速率轉(zhuǎn)換(SRC)。初始被采樣的信號可以可選地在被重新采樣之前由數(shù)字濾波器138進行數(shù)字濾波。
在說明書的其余部分中，假設(shè)數(shù)據(jù)速率1/T的長度N的零中值數(shù)據(jù)序列ak，即，a1，...，aN，被施加到通信信道110。假設(shè)信道具有碼元響應(yīng)h(t)(h(t)的傅立葉轉(zhuǎn)移(fourier transfer)通常被稱為轉(zhuǎn)移函數(shù))。在通過信道傳送期間加入的噪聲被稱為u(t)。信道還加上了先驗未知的和可能是時變的延遲φ(以比特間隔T計)。為了讓說明清晰起見，假設(shè)預(yù)濾波器輸出處的超量帶寬(excess bandwidth)是可忽略的。說明還聚集在波特率采樣。該技術(shù)可以一次應(yīng)用于所采樣的任何數(shù)目的比特。本發(fā)明還可以擴展到使用過采樣(oversampling)的系統(tǒng)(即，采樣單元以比從信道直接得出的時鐘高的頻率運行)。在本說明書中，采樣時刻被表示為tk＝(k+ψ)T，其中ψ是采樣相位(按單位T歸一化)。根據(jù)被采樣的序列xk，接收器產(chǎn)生比特判決

以及指示采樣時刻tk的時鐘信號。為了讓檢測器恰當(dāng)?shù)剡\行，定時恢復(fù)子系統(tǒng)保證采樣相位ψ接近地趨近φ。
圖3顯示按照本發(fā)明的定時誤差檢測器133的框圖。定時誤差檢測器133包括依賴于數(shù)據(jù)的噪聲預(yù)測器310，用于生成預(yù)測的噪聲序列


其中對于序列的第k個樣本的每個預(yù)測的噪聲值

依賴于多個樣本的群集。定時誤差檢測器133還包括噪聲白化單元320，用于通過去除預(yù)測的噪聲值

而白化該樣本序列中的噪聲。定時誤差檢測器133然后把白化的信號饋送到單元330，后者根據(jù)白化的樣本序列提供校正信號。這個單元330可以是用于生成校正信號的常規(guī)單元，但現(xiàn)在按照本發(fā)明，它被饋送以已經(jīng)按依賴于數(shù)據(jù)的方式而被白化的信號，而單元330常規(guī)地是對未校正的信號進行操作的。在其余部分中，TED被描述為提供采樣相位誤差Δ＝φ-ψ的估計χk。將會理解，也可以提供其它合適的校正信號。在優(yōu)選實施例中，單元310和320的功能可以被集成，正如下面將更詳細地顯示的。
說明聚焦在數(shù)據(jù)輔助(DA)的TED，其中ak被假設(shè)為對于接收器是可用的。例如，數(shù)據(jù)序列ak以已知的前同步的形式給出。如果誤碼率小，則數(shù)據(jù)序列ak也可以是從檢測器取得的判決(實際上那么便會取估計的數(shù)據(jù)序列)。也可以使用糾錯技術(shù)來改進估計的精度。這樣的技術(shù)是熟知的，且是在本發(fā)明的范圍之外的。
按照本發(fā)明，噪聲預(yù)測器310是依賴于數(shù)據(jù)的，即，它依賴于接收的數(shù)據(jù)序列ak(或如上所述，估計的數(shù)據(jù)序列)。它生成預(yù)測的噪聲序列


其中對于序列的第k個樣本的每個預(yù)測的噪聲值

依賴于多個樣本的群集。正如下面更詳細地描述的，群集典型地包括至少樣本ak和至少一個緊接在前面或緊接在后面的樣本(即，ak-1和/或ak+1)。噪聲白化單元320通過從序列中去除(例如，減去)預(yù)測的噪聲值

而白化樣本序列中的噪聲。按照本發(fā)明的定時誤差檢測器因此被安排成根據(jù)白化的樣本序列來提供校正信號。
為了簡化說明，假設(shè)環(huán)路濾波器134具有足夠高的帶寬，以使得能夠跟蹤φ的變化。在這種假設(shè)下，φ可被看作為固定的。第二，采樣相位誤差Δ被限制為碼元間隔T的一小部分(這反映當(dāng)PLL是鎖定時的情形；PLL捕獲屬性不是本發(fā)明的部分，且它本身是熟知的)。在這種情形下，系統(tǒng)的等價的離散脈沖響應(yīng)qk向上直至(up until)檢測器輸入可被線性化為qΔk≈q0k+Δq’k為止，其中q’k是在Δ＝0處qΔk相對于Δ的導(dǎo)數(shù)。響應(yīng)q0k和q’k被假設(shè)為對于接收器是已知的。檢測器輸入序列可被寫為 xk≈～(q0*a)k+Δ(q′*a)k+nk， (1) 其中‘*’表示線性卷積，以及nk是在檢測器輸入處的等價噪聲序列，即，nk＝xk-(qΔ*a)k。除非另外規(guī)定，否則假設(shè)q0k相應(yīng)于由檢測器假設(shè)的理想的ISI結(jié)構(gòu)。在理想的采樣相位處的任何誤均衡ISI(線性或非線性)，即，由于在q0k與理想的檢測器響應(yīng)之間的失配，被嵌入在噪聲nk中。噪聲nk還包括信道噪聲，它們可以是線性地或非線性地依賴于數(shù)據(jù)的。
按照本發(fā)明，使用包括依賴于數(shù)據(jù)的噪聲預(yù)測器的數(shù)據(jù)輔助定時誤差檢測器，其中對于序列的第k個樣本的每個預(yù)測的噪聲值

依賴于多個被采樣的數(shù)據(jù)碼元的群集。優(yōu)選地，使用有限的依賴于數(shù)據(jù)的跨度，其中nk只依賴于它的頭K個鄰居碼元。按照本發(fā)明，這可包括K1個領(lǐng)先的數(shù)據(jù)碼元(K1≥1)和/或K2個相繼的數(shù)據(jù)碼元(K2≥1)。在其余部分中，假設(shè)噪聲nk依賴于K＝K1+K2+1個相繼的數(shù)據(jù)碼元(稱為碼元群集)，其中K1≥0和K2≥0，被指示為ak-K1k+K2。
在優(yōu)選實施例中，使用在A.Kavcic和A.Patapoutian的“ASignal-Dependent Autoregressive Channel Model，”IEEE Trans.Magn.，vol.35，No.5，pp.2316-2318，1999年9月中描述的噪聲模型。也可以使用其它適當(dāng)?shù)囊蕾囉跀?shù)據(jù)的噪聲模型。在這個優(yōu)選的模型中，噪聲預(yù)測器被安排成使用依賴于數(shù)據(jù)的有限階馬爾可夫過程來對噪聲建模。因此，使用有限的相關(guān)(correlation)長度噪聲nk被假設(shè)為是獨立于某個長度L≥0(有限的馬爾可夫存儲器長度)之前的過去的噪聲樣本的。這個獨立性意味著 其中p(.)表示以過去的噪聲樣本和數(shù)據(jù)a1N為條件的nk的概率密度函數(shù)(pdf)，其中對于j≥i。以a1N為條件意味著考慮噪聲nk的依賴于數(shù)據(jù)的相關(guān)性。
組合這個對于噪聲樣本的優(yōu)選的依賴性與對于數(shù)據(jù)碼元的依賴性意味著在公式(2)中給出的條件噪聲pdf變?yōu)? 對于說明書的其余部分，使用聯(lián)合高斯pdf。以數(shù)據(jù)序列為條件的聯(lián)合pd fp(nk|nk-1，...，nk-L，ak-L-K1k+K2)是具有尺寸(L+1)x(L+1)的協(xié)方差矩陣C(ak-L-K1k+K2)的高斯型，即， 其中[.]T表示轉(zhuǎn)置運算且(L+1)x1向量Nk＝[nk，...，nk-L]T。
優(yōu)選地，定時誤差檢測器被安排成執(zhí)行最大似然定時誤差檢測。當(dāng)沒有先驗的關(guān)于相位誤差Δ的統(tǒng)計知識可用時，數(shù)據(jù)輔助(DA)最大似然(ML)定時恢復(fù)是最佳的。在描述對于逐個樣本的定時恢復(fù)的DA ML TED之前，首先根據(jù)總的檢測器輸入序列x1，...，xN的觀察值得出相位誤差Δ的一次性(one-shot)ML估計量。為此，假設(shè)在N個碼元a1N傳輸期間噪聲統(tǒng)計是已知的和固定的。相位誤差Δ的DA ML估計通過使似然函數(shù)在所有的可能相位誤差δ上最大化而得出，似然函數(shù)即， 其中似然函數(shù)p(x1，...，XN/a1n，Δ＝δ)是以傳送的碼元a1N和以相位誤差Δ＝δ為條件的接收的樣本x1，...，xN的聯(lián)合概率密度函數(shù)。為了從(5)式得出實際的準(zhǔn)則，使用了某些常規(guī)的步驟。首先，應(yīng)用貝葉斯法則，它給出 在調(diào)用(1)，(2)和(3)以及再次應(yīng)用貝葉斯法則后，(6)式然后可被因式分解為 (7)式的右面的因子可以通過使用(4)而被重寫為 其中LxL矩陣ck是的下部主子矩陣(lower principalsubmatrix)，以及其中列向量Ek，ek，Sk和sk通過Ek＝[ek，...，ek-L]T，ek＝[ek-1，...，ek-L]T，Sk＝[sk，...，sk-L]T，sk＝[sk，...，sk-L]T而被給出為誤差信號ek＝xk-(q0*a)k和所謂的簽名信號sk＝(q’*a)k的函數(shù)。
在(8)式中的比例因子等于與δ無關(guān)的接著，通過取(7)的對數(shù)，ML相位誤差估計通過使得以下的費用函數(shù)最小化而得出 這個表示式仍舊相當(dāng)復(fù)雜，因為它牽涉到對于所有可能的碼元群集ak-L-K1k+K2進行矩陣Ck和ck的求逆。簡化的表示式可以經(jīng)由矩陣求逆引理而得出以及讀做 其中有尺寸(L+1)x1以及在(10)式中計算復(fù)雜度被降低到0(N(L+1))，而不是(9)式中的0(N(L+1)2)。向量ck-1vk可被解譯為依賴于數(shù)據(jù)的噪聲預(yù)測器，以及數(shù)值σk2被解譯為噪聲預(yù)測方差。事實上，對于給定的碼元群集ak-L-K1k+K2，通過從nk中減去來自過去的噪聲樣本的預(yù)測的成分，被用來白化噪聲nk。白化的噪聲，即wkTNk，的方差等于σk2。
ML一次性相位誤差估計ΔML可以容易地從(10)得出，以及由下式給出 ML相位誤差估計(11)可被看作為通過給出的瞬時定時誤差函數(shù)的歸一化平均。因為，在基于PLL的定時恢復(fù)方案中，平均運算由環(huán)路濾波器保證，ML定時誤差檢測器(ML-TED)可以簡單地寫為 其中向量和標(biāo)量相應(yīng)于群集ak-L-K1k+K2。
公式(12)給出兩個有趣的屬性。首先，用σk2的除法提供對于每個碼元群集ak-L-K1k+K2的加權(quán)。在這個優(yōu)選實施例中，給定的群集的權(quán)重反比于σk2。在如圖4所示的ML-TED的框圖中，加權(quán)(實際上用σk2的除法)在方塊410中顯示。與有噪聲的群集相比，具有較小的‘不可預(yù)測的’噪聲方差的更可靠的碼元群集在提取定時信息中被賦于(attribute)更高的增益。將會理解，也可以使用其它權(quán)重。第二，來自nk-1，...，nk-L的nk的‘可預(yù)測的’成分經(jīng)由與wk的標(biāo)量積而被去除，因此允許定時恢復(fù)子系統(tǒng)感測到較少的噪聲功率。圖4的方塊420執(zhí)行噪聲預(yù)測310以及圖3的白化320。在方塊430，估計的參數(shù)，具體地是w和σ2，被存儲在例如RAM中。
自適應(yīng)的依賴于數(shù)據(jù)的噪聲表征 在前面一節(jié)中，假設(shè)w(ak-L-K1k+K2)和σ2(ak-L-K1k+K2)對于所有的碼元群集是已知的。然而，噪聲的統(tǒng)計實際上是未知的，且需要從接收的信號來估計。而且，自適應(yīng)地跟蹤這些統(tǒng)計在許多應(yīng)用中是優(yōu)選的，因為噪聲可能是非穩(wěn)態(tài)的。噪聲模型參數(shù)的估計算法在A.Kavcic和A.Patapoutian的“ASignal-Dependent Autoregressive Channel Model，”IEEE Trans.Magn.，vol.35，No.5，pp.2316-2318，1999年9月中給出。這是基于首先估計協(xié)方差矩陣C(a)，然后經(jīng)由求解牽涉到對矩陣C(a)求逆的線性方程而得到向量w(a)和方差σ2(a)。這意味著在每次適配一個w(a)時，需要對協(xié)方差矩陣求逆，這對于高的L值可能是特別復(fù)雜的。在優(yōu)選實施例中，使用以下的、不牽涉到對協(xié)方差矩陣求逆的方法。事實上，如上所述，與的標(biāo)量積意味著對于碼元群集ak-L-K1k+K2來白化噪聲樣本nk，...，nk-L，以及σ2(ak-L-K1k+K2)是白化的噪聲的方差。因此，估計和跟蹤預(yù)測向量ρ(ak-L-K1k+K2)的方案可以只是基于使E[(wkTNk)2]最小化?？偟墓烙嫹桨革@示于圖5。在每個時鐘周期，一個預(yù)測向量ρ(ak-L-K1k+K2)和一個方差σ2(ak-L-K1k+K2)被適配。預(yù)測向量的適配是基于最小均方(LMS)技術(shù)，且尋求(wkTNk)2的最小化。ρ(ak-L-K1k+K2)的適配和σ2(ak-L-K1k+K2)的估計被給出為 ρ(a)new＝ρ(a)old+μp(wold(a)TNk)nk (16) 其中μρ和μσ2表示對于σ2(ak-L-K1k+K2)的估計和ρ(ak-K-K1k+K2)的適配的適配常數(shù)，nk＝[nk-1，...，nk-L]T， 實際上，nk對于接收器是不可得到的，且替代地，預(yù)測參數(shù)的適配必須基于誤差信號ek。估計的參數(shù)σ2(ak-L-K1k+K2)可被存儲在圖4的存儲器430中。
將會理解，本發(fā)明還擴展到計算機程序，具體地是在載體上或者在載體中的計算機程序，其適于使本發(fā)明付諸實踐。程序可以具有源代碼、目標(biāo)代碼、代碼中間源和目標(biāo)碼的形式，諸如部分編譯的形式，或適合于在按照本發(fā)明的方法的實現(xiàn)中使用的任何其它形式。載體可以是能夠承載程序的任何實體或設(shè)備。例如，載體可包括存儲媒體，諸如ROM，例如CD ROM或半導(dǎo)體ROM，或磁記錄媒體，例如軟盤或硬盤。而且，載體可以是可傳輸?shù)妮d體，諸如電或光信號，它們可以經(jīng)由電纜或光纜或通過無線電或其它裝置被輸送。當(dāng)程序以這樣的信號體現(xiàn)時，載體可以由這樣的纜或其它設(shè)備或裝置構(gòu)成。替換地，載體可以是集成電路，在其中嵌入程序，集成電路適于執(zhí)行相關(guān)的方法或是在執(zhí)行相關(guān)方法中使用。
應(yīng)當(dāng)指出，上述的實施例是例示而不是限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計許多替換實施例而不背離所附權(quán)利要求的范圍。在權(quán)利要求中，在括號之間放置的參考標(biāo)號不應(yīng)當(dāng)看作為限制權(quán)利要求。動詞“包括”及其變化形式不排除除了權(quán)利要求中闡述的那些以外的單元或步驟的存在。在單元前面的冠詞“一個”不排除多個這樣的單元的存在。本發(fā)明可以藉助于包括幾個不同的單元的硬件以及藉助于適當(dāng)編程的計算機來實施。在枚舉幾個裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，幾個這樣的裝置可以由同一個硬件項來體現(xiàn)。某些措施在互相不同的從屬權(quán)利要求中被闡述的事實，并不表示這些措施的組合不能用來獲益。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字同步通信系統(tǒng)，包括用于時間同步地傳送數(shù)據(jù)碼元序列a1，...，aN的數(shù)字同步通信信道(110)和接收器(130)；該接收器包括
采樣單元(132)，用于在采樣時鐘信號的控制下按時間順序采樣該信道的輸出，所述采樣時鐘信號是與在該信道上數(shù)據(jù)碼元的傳送同步的；樣本序列的每個樣本包括數(shù)據(jù)碼元和噪聲的表示；以及
數(shù)據(jù)輔助定時誤差檢測器(133)，用于提供校正信號來校正該采樣時鐘信號；該定時誤差檢測器被耦合到采樣單元來接收樣本的時間序列的表示且包括
依賴于數(shù)據(jù)的噪聲預(yù)測器(310)，用于生成預(yù)測的噪聲序列
其中對于序列的第k個樣本的每個預(yù)測的噪聲值
依賴于多個被采樣數(shù)據(jù)碼元的群集；以及
噪聲白化單元(320)，用于通過去除預(yù)測的噪聲值
而白化該樣
本序列中的噪聲；
該定時誤差檢測器被安排成根據(jù)白化的樣本序列來提供校正信號。
2.如在權(quán)利要求1中要求的系統(tǒng)，其中噪聲預(yù)測器被安排成使用依賴于數(shù)據(jù)的有限階馬爾可夫過程來對噪聲建模。
3.如在權(quán)利要求1中要求的系統(tǒng)，其中定時誤差檢測器被安排成執(zhí)行最大似然定時誤差檢測。
4.如在權(quán)利要求2中要求的系統(tǒng)，其中定時誤差檢測器被安排成逐個樣本地自適應(yīng)估計噪聲模型的參數(shù)。
5.如在權(quán)利要求1中要求的系統(tǒng)，其中定時誤差檢測器還包括用于確定樣本群集的可靠性測度的裝置，且還被安排成通過在為樣本群集提取定時信息中用所確定的可靠性測度來進行增益加權(quán)、把更高的增益權(quán)重指配給更可靠的群集，而提供校正信號。
6.如在權(quán)利要求5中要求的系統(tǒng)，其中可靠性測度是白化的噪聲序列的噪聲方差。
7.如在權(quán)利要求6中要求的系統(tǒng)，其中增益權(quán)重反比于噪聲方差的平方。
8.如在權(quán)利要求1中要求的系統(tǒng)，還包括用作通信信道的源的存儲設(shè)備。
9.一種在權(quán)利要求1的系統(tǒng)中使用的接收器；該接收器包括
采樣單元(132)，用于按時間順序采樣一個數(shù)字同步通信信道(110)的輸出，該數(shù)字同步通信信道被用于數(shù)據(jù)碼元序列a1，...，aN的時間同步的傳送；所述采樣是在與該信道上數(shù)據(jù)碼元的傳送同步的采樣時鐘信號的控制下；樣本序列的每個樣本包括數(shù)據(jù)碼元和噪聲的表示；以及
數(shù)據(jù)輔助定時誤差檢測器(133)，用于提供校正信號來校正該采樣時鐘信號；該定時誤差檢測器被耦合到采樣單元來接收樣本的時間序列的表示且包括
依賴于數(shù)據(jù)的噪聲預(yù)測器(310)，用于生成預(yù)測的噪聲序列
其中對于序列的第k個樣本的每個預(yù)測的噪聲值
依賴于多個被采樣數(shù)據(jù)碼元的群集；以及
噪聲白化單元(320)，用于通過去除預(yù)測的噪聲值
而白化樣本序列中的噪聲；
該定時誤差檢測器被安排成根據(jù)白化的樣本序列來提供校正信號。
10.一種提供校正信號來校正采樣時鐘信號的方法，所述采樣時鐘信號用于按時間順序采樣一個數(shù)字同步通信信道的輸出，該數(shù)字同步通信信道被用于在采樣時鐘信號的控制下時間同步地傳送數(shù)據(jù)碼元序列a1，...，aN，該采樣時鐘信號是與信道上數(shù)據(jù)碼元的傳送同步的；樣本序列的每個樣本包括數(shù)據(jù)碼元和噪聲的表示；該方法包括
接收樣本的時間序列的表示；
生成預(yù)測的噪聲序列
其中對于序列的第k個樣本的每個預(yù)測的噪聲值
依賴于多個被采樣數(shù)據(jù)碼元的群集；
通過去除預(yù)測的噪聲值
而白化樣本序列中的噪聲；以及根據(jù)白化的樣本序列來提供校正信號。
11.一種計算機程序產(chǎn)品，用于使得處理器執(zhí)行權(quán)利要求10的方法。
全文摘要
一種通信系統(tǒng)包括通信信道(110)，用于時間同步地傳送數(shù)據(jù)碼元a1，...，aN到接收器(130)。采樣單元(132)用于在與數(shù)據(jù)碼元的傳送同步的采樣時鐘信號的控制下按時間順序采樣信道。每個樣本包括數(shù)據(jù)碼元和噪聲的表示。數(shù)據(jù)輔助定時誤差檢測器(133)接收樣本的表示。檢測器包括依賴于數(shù)據(jù)的噪聲預(yù)測器(310)，用于生成預(yù)測的噪聲序列n1，...，nN，其中對于序列的第k個樣本的每個預(yù)測的噪聲值nk依賴于多個被采樣數(shù)據(jù)碼元的群集，以及噪聲白化單元(320)，用于通過去除預(yù)測的噪聲值nk而白化樣本序列中的噪聲。檢測器被安排成根據(jù)白化的樣本序列來提供信號以校正采樣時鐘信號。
文檔編號H04L7/02GK101223727SQ200680025495
公開日2008年7月16日 申請日期2006年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月13日
發(fā)明者J·里阿尼, S·J-M·L·范貝尼登, J·W·M·伯格曼斯, A·H·J·英明克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司