專利名稱：迭代循環(huán)短訓(xùn)練序列直至均方差低于目標(biāo)閾值的最小均方差均衡方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及數(shù)字通信系統(tǒng)，更具體地說，涉及數(shù)字通信系統(tǒng)中的自適應(yīng)信號(hào)均衡。
背景技術(shù)：
在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信號(hào)通常經(jīng)由具有有限帶寬的信道發(fā)送。對(duì)于高速數(shù)據(jù)傳輸，這種帶寬有限的信道導(dǎo)致符號(hào)間干擾(ISI)。有線信道會(huì)出現(xiàn)頻率選擇性衰落，而無線信道遇到多徑傳播。此外，在大多數(shù)數(shù)字通信系統(tǒng)中，信道的頻率響應(yīng)通常不是先前已知的。這使得難以設(shè)計(jì)用于調(diào)制器和解調(diào)器的最佳濾波器。此外，對(duì)于大多數(shù)實(shí)際信道，頻率響應(yīng)特性是時(shí)變的，所以無法設(shè)計(jì)最佳固定解調(diào)濾波器。
對(duì)ISI問題的解決方案是設(shè)計(jì)一種接收機(jī)，它采用補(bǔ)償或降低接收信號(hào)中的ISI的裝置。用于ISI的補(bǔ)償器稱為均衡器。對(duì)于實(shí)際的數(shù)字通信系統(tǒng)，有許多已知的均衡器類型，如基于最大似然(ML)估算的均衡器、具有可調(diào)整系數(shù)的線性濾波、判定反饋均衡器(DFE)等，參見J.G.Proakis的《數(shù)字通信)》第四版(McGraw-Hill，New York，2001)。
為了用于未知信道，均衡器通?？蓪?duì)信道響應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，并且對(duì)于時(shí)變信道，自適應(yīng)于信道脈沖響應(yīng)(CIR)的時(shí)間變化。本技術(shù)稱為通過信道接收的信號(hào)的自適應(yīng)均衡。
最小均方(LMS)處理因其計(jì)算簡單而最常用于自適應(yīng)均衡。LMS處理是基于使發(fā)送信號(hào)與在均衡器輸出端的該信號(hào)的估算值之間的均方差(MSE)最小。
LMS處理的主要缺點(diǎn)是收斂速度取決于接收信號(hào)的自相關(guān)矩陣的本征值擴(kuò)展。此外，LMS處理在訓(xùn)練階段需要訓(xùn)練信號(hào)中相對(duì)較長的符號(hào)序列。
為了獲得更快的收斂，可以采用遞歸最小平方(RLS)處理。因?yàn)檫@種處理需要估算發(fā)送信號(hào)的功率，這是比較復(fù)雜的，并且涉及到其它參數(shù)。當(dāng)訓(xùn)練信號(hào)中的接收符號(hào)序列不是長得足以進(jìn)行正確的功率估算時(shí)，這種技術(shù)還可能引入“過沖”或“不收斂”問題，參見S.Chem，J.Homg和K.M.Wong“混合LMS自適應(yīng)算法的性能”(《信號(hào)處理》第44卷第1期第67-88頁，1995年6月)。這個(gè)問題通常發(fā)生在初始訓(xùn)練階段，尤其是在步長值較大時(shí)。
因此，需要一種降低復(fù)雜性的系統(tǒng)和方法，改進(jìn)通過通信系統(tǒng)的信道接收的信號(hào)的均衡。
發(fā)明的公開本發(fā)明提供一種系統(tǒng)和方法，組合自適應(yīng)均衡器與訓(xùn)練信號(hào)循環(huán)，用于數(shù)字通信系統(tǒng)中的信號(hào)均衡。通過訓(xùn)練信號(hào)循環(huán)，本發(fā)明以降低的復(fù)雜性和較慢的收斂速度提高自適應(yīng)均衡器的整體性能，特別是在訓(xùn)練信號(hào)中使用短符號(hào)序列的情況下。本發(fā)明可以與具有慢收斂速度的均衡器配合使用，但是它還可以有效地與具有短訓(xùn)練信號(hào)符號(hào)序列的其它類型的均衡器配合使用。
更具體地說，本發(fā)明提供一種用于均衡經(jīng)由通信系統(tǒng)的信道發(fā)送的信號(hào)的方法和系統(tǒng)。經(jīng)由信道接收的輸入信號(hào)存儲(chǔ)在主緩沖器中。接收輸入信號(hào)的訓(xùn)練信號(hào)部分存儲(chǔ)在循環(huán)緩沖器中作為循環(huán)訓(xùn)練信號(hào)。
使訓(xùn)練信號(hào)和發(fā)送信號(hào)的估算值的均方差最小，直至均方差小于預(yù)定閾值。在這種情況下，經(jīng)由信道接收并存儲(chǔ)在主緩沖器中的輸入信號(hào)直接經(jīng)過均衡，以便對(duì)經(jīng)由信道傳輸?shù)男盘?hào)的符號(hào)進(jìn)行判定。在初始訓(xùn)練階段，直接從訓(xùn)練信號(hào)確定均方差，在隨后的訓(xùn)練階段，使用循環(huán)訓(xùn)練信號(hào)。
附圖簡介

圖1是可使用本發(fā)明的接收機(jī)的組件的框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明、適用于訓(xùn)練信號(hào)循環(huán)的接收機(jī)的框圖；以及圖3是根據(jù)本發(fā)明的自適應(yīng)均衡方法的流程圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式本發(fā)明提供一種手段，通過在進(jìn)行信道脈沖響應(yīng)的初始估算時(shí)讓訓(xùn)練信號(hào)循環(huán)，利用訓(xùn)練信號(hào)中的短符號(hào)序列改進(jìn)LMS類型均衡器的收斂特性。通過訓(xùn)練信號(hào)循環(huán)，即使訓(xùn)練信號(hào)中的符號(hào)序列非常短，LMS類型的均衡器也可以達(dá)到收斂階段或穩(wěn)定狀態(tài)。因此，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法具有LMS類型均衡器的低計(jì)算復(fù)雜性以及RLS類型均衡器的穩(wěn)定狀態(tài)性能?；旧?，本發(fā)明采用以下主要功能具有預(yù)定閾值的循環(huán)觸發(fā)器，預(yù)定閾值是誤差信號(hào)的目標(biāo)誤差值，即均方差(MSE)；訓(xùn)練信號(hào)循環(huán)；以及所需響應(yīng)發(fā)生器和選擇。本發(fā)明可以與LMS類型的均衡器配合使用，也可以與其它類型的均衡器以及訓(xùn)練信號(hào)中的短符號(hào)序列配合使用。
自適應(yīng)均衡器圖1表示可采用本發(fā)明的接收機(jī)100的一些組件。接收機(jī)包括自適應(yīng)均衡器110、判決裝置120、反饋濾波器130以及加法器140。接收機(jī)100的輸入信號(hào)101是帶有噪聲的發(fā)送信號(hào)的失真形式。輸出信號(hào)102是判決102。一般來說，均衡器110采用具有可調(diào)整加權(quán)系數(shù)的自適應(yīng)線性濾波器。對(duì)于LMS類型的均衡器，均衡器110的抽頭的加權(quán)系數(shù)是如下遞歸調(diào)整的Wi(n+1)＝Wi(n)+μe(n)·vi(n)其中i＝1，…，N (1)其中N是均衡器的長度，w是抽頭加權(quán)矢量，n是時(shí)標(biāo)，μ是步長，e是誤差信號(hào)，v是輸入信號(hào)101。輸入均衡器的誤差信號(hào)是由加法器140根據(jù)以下公式產(chǎn)生的e(n)＝d(n)-y(n)(2)
其中y(n)是自適應(yīng)均衡器110的輸出信號(hào)，d(n)是反饋濾波器120的輸出。
一般來說，所需響應(yīng)103是利用在訓(xùn)練階段中訓(xùn)練信號(hào)中的符號(hào)序列以及均衡階段中的輸入信號(hào)來選擇的。對(duì)于簡化的均衡結(jié)構(gòu)，可以將反饋濾波器130旁路。在這種情況下，誤差信號(hào)e(n)是所需響應(yīng)103與自適應(yīng)均衡器的輸出102之間的差。
具有訓(xùn)練信號(hào)循環(huán)的自適應(yīng)均衡器圖2說明根據(jù)本發(fā)明、具有訓(xùn)練信號(hào)循環(huán)的接收機(jī)200的一些組件。這些組件包括主緩沖器210，用于存儲(chǔ)和提供送到開關(guān)220的輸入信號(hào)201。開關(guān)220還從循環(huán)緩沖器230接收輸入。循環(huán)緩沖器的大小等于訓(xùn)練信號(hào)中符號(hào)序列的大小。
循環(huán)緩沖器230在初始訓(xùn)練階段中填充輸入訓(xùn)練信號(hào)。輸入訓(xùn)練信號(hào)還饋送到均衡和判決裝置240。接收機(jī)還包括與裝置240連接的所需響應(yīng)發(fā)生器250以及控制開關(guān)220和所需響應(yīng)發(fā)生器250的循環(huán)觸發(fā)器260。輸出信號(hào)202是判決符號(hào)，所需響應(yīng)發(fā)生器在訓(xùn)練階段從訓(xùn)練符號(hào)203中選擇輸出，在均衡階段從判決符號(hào)202選擇輸出。
如上所述，與RLS類型均衡器相比，LMS類型均衡器一般需要較長的訓(xùn)練符號(hào)序列。當(dāng)訓(xùn)練信號(hào)太短時(shí)，LMS類型均衡器在初始均衡階段無法良好地工作。但是，如果初始濾波器系數(shù)基本上接近穩(wěn)定狀態(tài)中的系數(shù)，那么即使訓(xùn)練序列短，均衡器仍可達(dá)到收斂狀態(tài)。
在實(shí)際系統(tǒng)中，無法預(yù)測(cè)初始選擇的最佳濾波器系數(shù)，因?yàn)樾诺烂}沖響應(yīng)在訓(xùn)練階段之前是未知的。根據(jù)上述內(nèi)容，本發(fā)明在訓(xùn)練階段使接收的訓(xùn)練信號(hào)循環(huán)以作為均衡器的輸入信號(hào)，并且可以使用在訓(xùn)練的第一次迭代中得出的系數(shù)作為在訓(xùn)練的后續(xù)迭代中的初始系數(shù)。因此，初始濾波器系數(shù)逼近穩(wěn)定狀態(tài)的最佳濾波器系數(shù)，而且即使訓(xùn)練信號(hào)中的符號(hào)序列短，均衡器也可以在均衡階段中接近最佳加權(quán)矢量w之處工作。
系統(tǒng)操作如圖3所示，在工作期間，接收機(jī)200在初始和隨后的訓(xùn)練階段310以及均衡階段330中工作。在初始訓(xùn)練階段310中，開關(guān)220從主緩沖器210中選擇輸出，作為到裝置240和循環(huán)緩沖器230的初始輸入信號(hào)201。主緩沖器存儲(chǔ)通過通信系統(tǒng)的信道接收的數(shù)據(jù)。
在訓(xùn)練階段310，所需響應(yīng)發(fā)生器250選擇訓(xùn)練序列203作為輸出，在均衡階段選擇判決信號(hào)202作為輸出。在訓(xùn)練階段310的初始迭代期間(i＝1)，確定訓(xùn)練序列301的MSE和發(fā)送的訓(xùn)練信號(hào)的估算值。循環(huán)觸發(fā)器260比較MSE與閾值T303，閾值T是根據(jù)目標(biāo)MSE預(yù)定的。
在步驟315，如果MSE大于預(yù)定閾值T303，則接收機(jī)尚未收斂，還需要附加訓(xùn)練階段310。因此，觸發(fā)訓(xùn)練信號(hào)循環(huán)320，接收機(jī)進(jìn)入訓(xùn)練階段320的第i次迭代，其中i＞1?，F(xiàn)在，開關(guān)220從循環(huán)緩沖器230中選擇輸出，作為對(duì)均衡器240的輸入，根據(jù)循環(huán)訓(xùn)練信號(hào)301執(zhí)行下一次訓(xùn)練迭代。隨后的訓(xùn)練迭代確定循環(huán)訓(xùn)練信號(hào)的MSE并且重復(fù)，直至MSE小于預(yù)定閾值T303。
當(dāng)滿足閾值要求時(shí)，接收機(jī)200進(jìn)入均衡階段330。在均衡階段330，不使用循環(huán)緩沖器230，均衡器采用接收的輸入信號(hào)302直接對(duì)通過信道發(fā)送的信號(hào)的符號(hào)進(jìn)行判決。
雖然已經(jīng)通過最佳實(shí)施例的示例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)可以進(jìn)行各種其它調(diào)整和修改。因此，所附權(quán)利要求書的目的在于涵蓋屬于本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍之內(nèi)的所有這類變更和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于均衡經(jīng)由通信系統(tǒng)的信道發(fā)送的信號(hào)的方法，它包括在循環(huán)緩沖器中存儲(chǔ)經(jīng)由所述信道接收的訓(xùn)練信號(hào)，作為循環(huán)訓(xùn)練信號(hào)；在估算所述訓(xùn)練信號(hào)時(shí)使所述訓(xùn)練信號(hào)的均方差最小；確定所述均方差是否大于預(yù)定閾值，使所述循環(huán)訓(xùn)練信號(hào)和所述訓(xùn)練信號(hào)的估算值的均方差減至最小，直至所述均方差小于所述預(yù)定閾值；以及如果所述均方差小于所述預(yù)定閾值，則均衡直接經(jīng)由所述信道接收的輸入信號(hào)，從而對(duì)經(jīng)由所述信道發(fā)送的信號(hào)的符號(hào)作出判決。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述訓(xùn)練信號(hào)包括符號(hào)序列，所述序列中的符號(hào)數(shù)目小于五。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定閾值是目標(biāo)均方差。
4.一種用于均衡經(jīng)由通信系統(tǒng)的信道發(fā)送的信號(hào)的系統(tǒng)，它包括主緩沖器，配置成存儲(chǔ)經(jīng)由所述信道接收的輸入信號(hào)；循環(huán)緩沖器，配置成存儲(chǔ)所述輸入信號(hào)的訓(xùn)練信號(hào)，作為循環(huán)訓(xùn)練信號(hào)；均衡和判決裝置；與所述均衡和判決裝置連接的所需響應(yīng)發(fā)生器；與所述均衡和判決裝置連接的循環(huán)觸發(fā)器；以及由所述循環(huán)觸發(fā)器控制的開關(guān)，所述開關(guān)在訓(xùn)練階段中把所述訓(xùn)練信號(hào)饋送給所述均衡和判決裝置，所述開關(guān)在均衡階段中把所述輸入信號(hào)饋送給所述均衡和判決裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括用于在估算所述訓(xùn)練信號(hào)時(shí)使所述訓(xùn)練信號(hào)的均方差減至最小的裝置；用于確定所述均方差是否大于預(yù)定閾值、使所述循環(huán)訓(xùn)練信號(hào)和所述訓(xùn)練信號(hào)的估算值的均方差減至最小、直至所述均方差小于所述預(yù)定閾值的裝置；以及用于在所述均方差小于所述預(yù)定閾值時(shí)均衡直接經(jīng)由所述信道接收的輸入信號(hào)、從而對(duì)經(jīng)由所述信道發(fā)送的信號(hào)的符號(hào)作出判決的裝置。
全文摘要
一種用于均衡經(jīng)由通信系統(tǒng)的信道發(fā)送的信號(hào)的方法和系統(tǒng)在主緩沖器中存儲(chǔ)經(jīng)由信道接收的輸入信號(hào)。在循環(huán)緩沖器中存儲(chǔ)接收的輸入信號(hào)的訓(xùn)練信號(hào)部分，作為循環(huán)訓(xùn)練信號(hào)。在估算發(fā)送信號(hào)時(shí)使訓(xùn)練信號(hào)的均方差減至最小，直至均方差小于預(yù)定閾值(T)。在此情況下，直接對(duì)經(jīng)由信道接收的輸入信號(hào)進(jìn)行均衡，從而對(duì)經(jīng)由信道發(fā)送的信號(hào)的符號(hào)作出判決(330)。在訓(xùn)練的初始階段，直接根據(jù)訓(xùn)練信號(hào)(301)確定均方差，在隨后的訓(xùn)練迭代階段，采用循環(huán)信號(hào)(320)。即使使用短訓(xùn)練序列，也使計(jì)算簡單的最小均方(LMS)算法可以收斂。
文檔編號(hào)H04B3/10GK1498487SQ0380014
公開日2004年5月19日 申請(qǐng)日期2003年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月14日
發(fā)明者J·霍恩格, 張錦云, P·奧里克, J 霍恩格, 錕 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社