專利名稱：一種具有虛擬中心的時(shí)域自適應(yīng)均衡器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種時(shí)域自適應(yīng)均衡器，特別是一種具有虛擬中心的時(shí)域自適應(yīng)均衡器，通過設(shè)置的虛擬中心提高了時(shí)域均衡器對(duì)抗信道多普勒效應(yīng)的能力，屬于對(duì)自適應(yīng)均衡器作出的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
在諸如聲音、數(shù)據(jù)和視頻通訊等許多不同數(shù)字信息的實(shí)際應(yīng)用中，均衡器是一種非常重要的元件。均衡器被用作全雙工通信中喇叭擴(kuò)音器的回聲消除器(補(bǔ)償器)、數(shù)字電視或數(shù)字電纜傳輸中的視頻消重影器、無線調(diào)制解調(diào)器和無線電話的信號(hào)調(diào)節(jié)器等。
在信號(hào)傳輸過程中，由于信道中多徑信號(hào)的存在，會(huì)帶來碼間干擾(ISI)，而碼間干擾是產(chǎn)生誤差的一個(gè)重要原因，在大部分單載波數(shù)字應(yīng)用中，一般都使用時(shí)域自適應(yīng)均衡器來修正ISI錯(cuò)誤。
通常在數(shù)字接收機(jī)中，時(shí)域自適應(yīng)均衡器包含一個(gè)控制器，一個(gè)有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器，一個(gè)硬判決器，和一個(gè)反饋均衡器。FIR濾波器用來接收輸入信號(hào)，消除前向多徑，即比主傳輸信號(hào)提前到達(dá)的多徑信號(hào)。硬判決器會(huì)檢查它的每個(gè)輸入信息，并且決定將所接收到的信號(hào)中的哪一個(gè)傳送給輸出端。反饋均衡器將修改硬判決器的輸入，以消除后向多徑，即晚于主傳輸信號(hào)到達(dá)的多徑信號(hào)，并且能夠消除FIR濾波器產(chǎn)生的殘留信號(hào)。誤差信號(hào)是硬判決器的輸出和輸入信號(hào)之差，同時(shí)，硬判決器的輸出作為反饋均衡器的一個(gè)輸入。控制器根據(jù)誤差信號(hào)值生成FIR濾波器和判決反饋均衡器的濾波器系數(shù)。
有很多可行的方法適用于產(chǎn)生濾波器系數(shù)，包括最小均方(LMS)和遞歸最小二乘方(RLS)算法。濾波器的形式也有多種，可以是實(shí)數(shù)濾波器，即，抽頭系數(shù)和寄存器的數(shù)均為實(shí)數(shù)，濾波器的乘法運(yùn)算也是實(shí)數(shù)運(yùn)算；也可以是復(fù)數(shù)濾波器，即，抽頭系數(shù)和寄存器的數(shù)均為復(fù)數(shù)，濾波器的乘法運(yùn)算是復(fù)數(shù)運(yùn)算；亦可以是準(zhǔn)復(fù)數(shù)濾波器，即，抽頭系數(shù)和寄存器的數(shù)雖然均為復(fù)數(shù)，但濾波器的乘法運(yùn)算是實(shí)數(shù)運(yùn)算。
傳統(tǒng)的時(shí)域自適應(yīng)均衡器在FIR濾波器內(nèi)的確定的位置有一個(gè)固定的抽頭，其初始值為‘1’(對(duì)應(yīng)其他抽頭初始值為‘0’)，均衡器將該位置定義為均衡器的中心位置，對(duì)應(yīng)到均衡器輸出的位置。均衡器將接收到的復(fù)合多徑信號(hào)中的主徑信號(hào)對(duì)應(yīng)到該抽頭，然后自適應(yīng)的生成其他抽頭系數(shù)，來實(shí)現(xiàn)主徑信號(hào)消除副徑信號(hào)的作用，從而對(duì)抗傳輸中的多徑效應(yīng)。
其中，在傳統(tǒng)的線性均衡器中通常默認(rèn)多徑信號(hào)中的最強(qiáng)徑為主徑信號(hào)，用以消除多徑信號(hào)中的副徑信號(hào)。但在信道有多普勒效應(yīng)時(shí)，信道的情況會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生變化，強(qiáng)徑會(huì)隨著時(shí)間變化變成弱徑，弱徑也會(huì)隨著時(shí)間變化成為強(qiáng)徑或消失，既主副徑信號(hào)由于強(qiáng)度的變化，其位置會(huì)發(fā)生交換。
參見圖6，由于傳統(tǒng)固定中心的均衡器要求將所謂主徑對(duì)應(yīng)到中心抽頭上，因此如果先將徑1作為主徑，徑2作為副徑，然后再將其互換，即將均衡器中心從主徑A的位置切換到副徑B位置時(shí)，均衡輸出將重復(fù)恢復(fù)出A和B時(shí)刻之間數(shù)據(jù)(重復(fù)輸出X0，X1)；而反之將主徑B的位置切換到副徑A位置時(shí)，均衡輸出又將丟失A和B時(shí)刻之間數(shù)據(jù)(丟失了X1，X2)。因此，傳統(tǒng)均衡器無法跟蹤變化的主徑信號(hào)，也無法對(duì)抗時(shí)變的多徑效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和缺陷，對(duì)傳統(tǒng)均衡器進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種新的具有虛擬中心的時(shí)域自適應(yīng)均衡器。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種具有虛擬中心的時(shí)域自適應(yīng)均衡器，包括在濾波器內(nèi)確定位置的一個(gè)固定抽頭，所述固定抽頭定義為均衡器的中心位置，并對(duì)應(yīng)到均衡器的輸出位置；其特征在于所述固定抽頭的位置，根據(jù)輸入濾波器的控制信號(hào)確定；所述固定抽頭的初始化系數(shù)值通過自適應(yīng)算法生成，與濾波器內(nèi)其它抽頭的初始化系數(shù)值的設(shè)置，在一定量化的范圍內(nèi)一致。
所述固定抽頭的位置根據(jù)輸入濾波器的控制信號(hào)確定后，在按幀傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流中，將預(yù)置序列作為數(shù)據(jù)幀頭，對(duì)所述均衡器進(jìn)行訓(xùn)練，使得均衡器輸出的位置和固定抽頭的位置對(duì)齊，并保持虛擬中心的位置在均衡器工作過程中不變，保證了信號(hào)傳輸?shù)倪B續(xù)性。
所述固定抽頭的系數(shù)值與其它抽頭系數(shù)值通過同樣的自適應(yīng)算法更新。
所述濾波器的所有抽頭系數(shù)初始化后，開始工作于預(yù)置序列的訓(xùn)練，通過充分的訓(xùn)練，得到對(duì)抗信道多徑效應(yīng)的抽頭系數(shù)分布，然后再進(jìn)入對(duì)數(shù)據(jù)流的自適應(yīng)跟蹤。
所述濾波器，可以是一個(gè)單獨(dú)的前饋濾波器，也可以是一個(gè)判決反饋均衡器，還可以是具有重疊結(jié)構(gòu)的時(shí)域線性均衡器。
所述濾波器的所有抽頭系數(shù)初始值都設(shè)定為0，也可以在一定的比特量化精度范圍內(nèi)變化。例如在(10，1，t)的有限精度，均衡器的抽頭系數(shù)可以取自-1/64～1/64的范圍。
所述抽頭系數(shù)的自適應(yīng)算法，可以是LMS算法，RLS算法或其它自適應(yīng)更新算法，還可以是RCA等盲均衡算法。
所述預(yù)置序列可以是一個(gè)PN序列，也可以是幾個(gè)PN序列的組合。
本發(fā)明的效果在于與傳統(tǒng)的固定中心相比，該虛擬中心也位于FIR內(nèi)，對(duì)應(yīng)的抽頭位置作為均衡輸出位置，但并不一定對(duì)應(yīng)到所謂的最強(qiáng)幅度的主徑信號(hào)，即在初始化時(shí)，其初始化系數(shù)在一定量化范圍內(nèi)與其他抽頭一致。在均衡器中設(shè)定這樣一個(gè)虛擬的中心，保證均衡器不需要鎖定某個(gè)主徑上，無需主副徑切換，從而不受動(dòng)態(tài)多徑響應(yīng)帶來的影響。該均衡器可以利用傳輸數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)幀頭的預(yù)置序列進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，將均衡器的抽頭系數(shù)穩(wěn)定在動(dòng)態(tài)的信道響應(yīng)上。


圖1具有虛擬中心的時(shí)域自適應(yīng)均衡器模塊結(jié)構(gòu)框圖。
圖2具有虛擬中心的含重疊結(jié)構(gòu)的時(shí)域自適應(yīng)均衡器模塊結(jié)構(gòu)框圖。
圖3具有虛擬中心的時(shí)域自適應(yīng)均衡器工作流程圖。
圖4傳統(tǒng)的時(shí)域自適應(yīng)均衡器工作原理示例圖。
圖5具有虛擬中心的時(shí)域自適應(yīng)均衡器工作原理示例圖。
圖6主副徑切換時(shí)的均衡輸出數(shù)據(jù)丟失和數(shù)據(jù)重復(fù)情況。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明如圖1或圖2所示，針對(duì)傳輸數(shù)據(jù)流，本發(fā)明所提供的具有虛擬中心的時(shí)域自適應(yīng)均衡器包括具有虛擬中心的前饋濾波器或具有虛擬中心的前饋重疊濾波器、反饋濾波器、信號(hào)疊加器、電平判決器、誤差信號(hào)生成器和抽頭系數(shù)更新器。
其中，各部件之間的相互連接關(guān)系為前饋濾波器或前饋重疊濾波器的輸出和信號(hào)疊加器的一個(gè)輸入相連接，反饋濾波器的輸出和信號(hào)疊加器另一個(gè)輸入相連接，信號(hào)疊加器的輸出與電平判決器的輸入相連接，電平判決器的輸出與反饋濾波器的輸入相連接，信號(hào)疊加器的輸出與電平判決器的輸出與誤差信號(hào)生成器相連接，誤差信號(hào)生成器的輸出與抽頭系數(shù)更新器的輸入相連接，抽頭系數(shù)更新器分別控制前饋重疊濾波器或前饋濾波器和反饋濾波器的抽頭系數(shù)更新。
具有虛擬中心的前饋濾波器或具有虛擬中心的前饋重疊濾波器與傳統(tǒng)的前饋濾波器或前饋重疊濾波器相比較，在前饋濾波器或前饋重疊濾波器中設(shè)置了一個(gè)虛擬的中心，該虛擬中心的位置是固定的，但該虛擬中心的抽頭系數(shù)值并不固定；所有均衡器的抽頭系數(shù)，包括該虛擬中心抽頭系數(shù)在內(nèi)，都是通過自適應(yīng)算法生成的；均衡器輸出的位置對(duì)齊于該虛擬中心的位置。
具有虛擬中心的時(shí)域線性均衡器的工作流程如圖3所示，均衡器根據(jù)時(shí)鐘節(jié)拍對(duì)接收到數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行移位；當(dāng)接收到的控制時(shí)鐘信號(hào)指示均衡器開始啟動(dòng)時(shí)，均衡器根據(jù)時(shí)鐘節(jié)拍開始乘加和運(yùn)算、產(chǎn)生誤差信號(hào)、更新均衡器的所有的抽頭系數(shù)；和傳統(tǒng)的時(shí)域線性均衡器對(duì)比，虛擬中心的位置由輸入的控制信號(hào)來設(shè)定的，所有的抽頭系數(shù)從初始值0開始，均通過同樣的自適應(yīng)算法更新。
所述的具有虛擬中心的時(shí)域線性均衡器，在按幀傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流中，用預(yù)置序列作為數(shù)據(jù)幀頭，均衡器用該預(yù)置序列進(jìn)行訓(xùn)練；該均衡器具有1個(gè)虛擬中心，該虛擬中心對(duì)應(yīng)FIR內(nèi)的某個(gè)抽頭，其初始化系數(shù)值與其他FIR內(nèi)的抽頭初始化值的設(shè)置在一定量化范圍內(nèi)一致。
所述的具有虛擬中心的時(shí)域線性均衡器在收到控制信號(hào)后，虛擬中心位置確定，均衡器根據(jù)時(shí)鐘的節(jié)拍開始連續(xù)不斷的乘加運(yùn)算，從而使得輸出的位置和虛擬中心的位置始終對(duì)齊，并保持虛擬中心的位置在均衡器工作過程中不變，這將保證了信號(hào)傳輸?shù)倪B續(xù)性。
所述的具有虛擬中心的時(shí)域線性均衡器的FIR的抽頭系數(shù)初始值一般都設(shè)定為0，也可以在一定的比特量化精度范圍內(nèi)變化。例如在(10，1，t)的有限精度，均衡器的抽頭系數(shù)可以取自-1/64～1/64的范圍內(nèi)。
所述的具有虛擬中心的時(shí)域線性均衡器的抽頭系數(shù)初始值一般設(shè)定為0，也可以根據(jù)信道估計(jì)進(jìn)行系數(shù)的預(yù)設(shè)置。例如在對(duì)信道參數(shù)預(yù)先有估計(jì)值的情況下，可以通過一些預(yù)設(shè)置算法，預(yù)設(shè)均衡器的抽頭系數(shù)，一般該系數(shù)非0，從而提高均衡器收斂的速度和準(zhǔn)確性。
所述的具有虛擬中心的時(shí)域線性均衡器，在均衡器開始工作后，該虛擬中心的抽頭系數(shù)值與其他抽頭系數(shù)值一樣通過同樣的系數(shù)更新算法產(chǎn)生。
所述的具有虛擬中心的時(shí)域線性均衡器的前饋濾波器或前饋重疊濾波器可以是實(shí)數(shù)均衡器，也可以是復(fù)數(shù)均衡器；均衡器的結(jié)構(gòu)上可以是傳統(tǒng)的FIR結(jié)構(gòu)或判決反饋結(jié)構(gòu)，也可以是重疊結(jié)構(gòu)的時(shí)域線性均衡器。
所述的具有虛擬中心的時(shí)域線性均衡器的所有抽頭系數(shù)隨信道響應(yīng)的變化而自適應(yīng)的變化，自適應(yīng)的算法可以是LMS算法，RLS算法，也可以是其他的自適應(yīng)算法，及盲均衡算法。虛擬中心的抽頭系數(shù)值同樣隨信道響應(yīng)而變化。
結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容提供以下實(shí)施例，應(yīng)用在數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)中?？紤]到信道環(huán)境很惡劣，在移動(dòng)傳輸時(shí)主徑信號(hào)被建筑物完全阻斷了，接收到的信號(hào)中是各種反射的多徑信號(hào)的疊加，同時(shí)信道響應(yīng)會(huì)隨著時(shí)間的變化而發(fā)生變化。傳統(tǒng)的時(shí)域線性均衡器要求均衡器能通過識(shí)別強(qiáng)徑信號(hào)消除弱的副徑信號(hào)來實(shí)現(xiàn)對(duì)抗傳輸中的多徑效應(yīng)，這就要求均衡器的中心對(duì)齊于復(fù)合多徑信號(hào)中的強(qiáng)徑信號(hào)。
在多徑信號(hào)快速發(fā)生變化時(shí)，傳統(tǒng)的均衡器無法正常有效的工作。因此采用具有虛擬中心的時(shí)域線性均衡器來有效對(duì)抗時(shí)變的多徑效應(yīng)，如圖4所示，當(dāng)傳輸?shù)亩鄰叫盘?hào)為兩個(gè)0dB的多徑信號(hào)的疊加時(shí)，傳統(tǒng)的時(shí)域線性均衡器在固定的中心位置R0有一個(gè)固定的抽頭系數(shù)1，通過在R4的位置生成一個(gè)抽頭系數(shù)-1來實(shí)現(xiàn)主徑信號(hào)對(duì)副徑信號(hào)的消除。而當(dāng)在發(fā)生主副徑切換，即主徑與副徑位置發(fā)生交換時(shí)，均衡器將發(fā)生數(shù)據(jù)丟失或重復(fù)。
而具有虛擬中心的時(shí)域線性均衡器通過設(shè)定虛擬中心的位置，如圖5中虛線的位置，自適應(yīng)的生成兩個(gè)抽頭系數(shù)，在R2和R-2的位置分別產(chǎn)生抽頭系數(shù)0.5，無需識(shí)別主副徑的位置，從而不需要進(jìn)行主副徑切換，真正實(shí)現(xiàn)了信號(hào)匹配濾波器的功能。
權(quán)利要求
1.一種具有虛擬中心的時(shí)域自適應(yīng)均衡器，包括在濾波器內(nèi)確定位置的一個(gè)固定抽頭，所述固定抽頭定義為均衡器的中心位置，并對(duì)應(yīng)到均衡器的輸出位置；其特征在于所述固定抽頭的位置，根據(jù)輸入濾波器的控制信號(hào)確定；所述固定抽頭的初始化系數(shù)值通過自適應(yīng)算法生成，與濾波器內(nèi)其它抽頭的初始化系數(shù)值的設(shè)置，在一定量化的范圍內(nèi)一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有虛擬中心的時(shí)域自適應(yīng)均衡器，其特征在于所述固定抽頭的位置根據(jù)輸入濾波器的控制信號(hào)確定后，在按幀傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流中，將預(yù)置序列作為數(shù)據(jù)幀頭，對(duì)所述均衡器進(jìn)行訓(xùn)練，使得均衡器輸出的位置和固定抽頭的位置對(duì)齊，并保持虛擬中心的位置在均衡器工作過程中不變，保證了信號(hào)傳輸?shù)倪B續(xù)性。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有虛擬中心的時(shí)域自適應(yīng)均衡器，其特征在于所述固定抽頭的系數(shù)值與其它抽頭系數(shù)值通過同樣的自適應(yīng)算法更新。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有虛擬中心的時(shí)域自適應(yīng)均衡器，其特征在于所述濾波器的所有抽頭系數(shù)初始化后，開始工作于預(yù)置序列的訓(xùn)練，通過充分的訓(xùn)練，得到對(duì)抗信道多徑效應(yīng)的抽頭系數(shù)分布，然后再進(jìn)入對(duì)數(shù)據(jù)流的自適應(yīng)跟蹤。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有虛擬中心的時(shí)域自適應(yīng)均衡器，其特征在于所述濾波器，可以是一個(gè)單獨(dú)的前饋濾波器，也可以是一個(gè)判決反饋均衡器，還可以是具有重疊結(jié)構(gòu)的時(shí)域線性均衡器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有虛擬中心的時(shí)域自適應(yīng)均衡器，其特征在于所述濾波器的所有抽頭系數(shù)初始值都設(shè)定為0。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有虛擬中心的時(shí)域自適應(yīng)均衡器，其特征在于所述濾波器的所有抽頭系數(shù)初始值可以在一定的比特量化精度范圍內(nèi)變化，在(10，1，t)的有限精度內(nèi)，可以取自-1/64～1/64的范圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有虛擬中心的時(shí)域自適應(yīng)均衡器，其特征在于所述抽頭系數(shù)的自適應(yīng)算法，可以是LMS算法，RLS算法或其它自適應(yīng)更新算法，還可以是RCA等盲均衡算法。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有虛擬中心的時(shí)域自適應(yīng)均衡器，其特征在于所述預(yù)置序列可以是一個(gè)PN序列，也可以是幾個(gè)PN序列的組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種時(shí)域自適應(yīng)均衡器，特別是一種具有虛擬中心的時(shí)域自適應(yīng)均衡器，通過設(shè)置的虛擬中心提高了時(shí)域均衡器對(duì)抗信道多普勒效應(yīng)的能力，屬于對(duì)自適應(yīng)均衡器作出的改進(jìn)。與傳統(tǒng)的固定中心相比，該虛擬中心也位于FIR內(nèi)，對(duì)應(yīng)某個(gè)抽頭位置并作為均衡輸出位置，但并不對(duì)應(yīng)到所謂最強(qiáng)幅度的主徑信號(hào)，即在初始化時(shí)，其初始化系數(shù)在一定量化范圍內(nèi)與其他抽頭一致。在均衡器中設(shè)定這樣一個(gè)虛擬的中心，保證均衡器不需要鎖定某個(gè)主徑上，無需主副徑切換，從而不受動(dòng)態(tài)多徑響應(yīng)帶來的影響。該均衡器可以利用傳輸數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)幀頭的預(yù)置序列進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，將均衡器的抽頭系數(shù)穩(wěn)定在動(dòng)態(tài)的信道響應(yīng)上。
文檔編號(hào)H04L27/01GK1845540SQ200510065448
公開日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2005年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月8日
發(fā)明者歸琳, 管云峰, 孫軍, 張文軍, 梁偉強(qiáng) 申請(qǐng)人:上海奇普科技有限公司