CN100428640C - 滤波器、均衡器及决策回授等化方法 - Google Patents
滤波器、均衡器及决策回授等化方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种转换域自适应滤波器(transform domain adaptivefilter，TDAF)，包含一滤波器主体、一运算器与一自适应演算装置。滤波器主体具有一转换矩阵(transform matrix)装置用于前置白化(pre-whitening)一信号，滤波器主体用于还原信号成一还原信号。运算器用于比较还原信号与一期望信号以得一误差信号。自适应演算装置用于利用误差信号调整滤波器主体的一滤波器系数(filter coefficient)。其中自适应演算装置系采用一正规化最小均方(normalized least mean square，NLMS)算法。
Description
技术领域
本发明涉及一种转换域自适应滤波器、使用转换域自适应滤波器的均衡器与无线通讯装置，以及决策回授等化方法。
背景技术
信号传送时会受信道(channel)影响，因此在接收端需要均衡器(equalizer)来还原信号。一般均衡器架构如图6所示，包含自适应滤波器(adaptive filter)601、决策装置(decision device)602、信号产生器604、运算器606及多路转换器(multiplexer)608。多路转换器608受控制信号CS’控制，而选择决策装置602与信号产生器604产生的信号之一为期望信号d’(n)。在训练阶段，将已知的训练信号(training sequence)作为x(n)送入自适应滤波器601得还原信号y’(n)。此时信号产生器604也产生与已知训练信号相同的信号，并经多路转换器608输出为d’(n)。则运算器606运算出误差信号e’(n)以回馈给自适应滤波器601。如此自适应滤波器601被调校为信道的逆系统(inverse system)，则自适应滤波器适用于还原信号。而决策装置602用于比对还原信号y’(n)与多个预定信号，输出多个预定信号之一作为均衡器的输出信号s”(n)，并送给多路转换器608。在正式使用自适应滤波器601时，则由决策装置602决定的输出信号s”(n)作为期望信号d’(n)。
但是调校自适应滤波器时的收敛速度(convergence speed)与输入信号的特性有关。图6所示的均衡器使用的自适应滤波器601，会因输入信号的特性导致收敛速度下降，则均衡器整体表现也会变差。因此需要一种改善收敛速度的自适应滤波器及决策回授等化方法，并可应用于均衡器及无线通讯装置。
发明内容
本发明的主要目的在提供一种改善收敛速度的自适应滤波器及决策回授等化方法，并可应用于均衡器及无线通讯装置。本发明的自适应滤波器是具有转换矩阵(transform matrix)装置的转换域自适应滤波器(transformdomain adaptive filter，TDAF)。转换矩阵可将输入信号去相关(decorrelate)，达到前置白化的效果，进而改善收敛速度。且此转换域自适应滤波器采用正规化最小均方(normalized least mean square，NLMS)算法为其自适应算法(adaptive algorithm)，而可确保滤波器的输出稳定。
本发明提供一种转换域自适应滤波器，包含一滤波器主体、一运算器与一自适应演算装置。滤波器主体具有一转换矩阵装置用于前置白化一信号，滤波器主体用于接收信号还原成一还原信号。运算器用于比较还原信号与一期望信号以得一误差信号。自适应演算装置用于利用误差信号调整滤波器主体的一滤波器系数。其中该自适应演算装置还利用已前置白化的该信号调整该滤波器系数，并且该自适应演算装置采用一正规化最小均方算法。
前述转换矩阵装置可采用华氏转换(Walsh-Hadamard Transform，WHT)。自适应演算装置还可利用已前置白化的信号调整滤波器系数。自适应演算装置可包含一功率计算单元，用于计算已前置白化的信号的一功率。自适应演算装置还可包含一加法器，用于将功率加上一预定常数，以得一第一暂时数，预定常数用于使第一暂时数不为零。自适应演算装置还可包含一除法器，用于将一步长常数(step size constant)除以第一暂时数，得一第二暂时数，以执行正规化。自适应演算装置还可包含一乘法器，用于将第二暂时数乘以误差信号，以得一回授信号，回授信号用于调整滤波器系数。
本发明提供一种均衡器，包含一滤波器主体，具有一转换矩阵装置用于前置白化一信号，该滤波器主体用于还原该信号成一还原信号；一决策装置，用于比对该还原信号与多个预定信号，而输出该多个预定信号之一为该期望信号；一运算器，用于比较该还原信号与一期望信号以得一误差信号；以及一自适应演算装置，用于利用该误差信号调整该滤波器主体的一滤波器系数；其中该自适应演算装置采用一正规化最小均方算法。
前述的滤波器主体，还可包含前述的运算器及自适应演算装置。前述均衡器还可包含一决策装置(decision device)，用于比对还原信号与多个预定信号，而输出多个预定信号之一为期望信号。前述均衡器还可包含一信号产生器，用于产生期望信号。
本发明提供一种无线通讯装置，包含前述的均衡器。
本发明还提供一种决策回授等化(decision feedback equalization)方法，包含下列步骤。接收一信号x(n)，信号x(n)是一原信号s(n)经过具有一转换函数(transfer function)H(z)的一通道所产生。前置白化信号x(n)，以产生一白化信号p(n)。以及对白化信号p(n)进行包含多次迭代(iteration)的决策回授等化，以产生一输出信号s’(n)近似原信号s(n)。每一多次迭代产生一还原信号y(n)、一误差信号e(n)及一回授信号f(n)。误差信号e(n)由比较还原信号y(n)与一期望信号d(n)所产生。回授信号f(n)是根据误差信号e(n)所产生。其中回授信号f(n)是由一步长常数μ乘以误差信号e(n)，再除以白化信号p(n)的一功率所产生。
前述决策回授等化方法的前置白化步骤可采用华氏转换。前述期望信号d(n)可等于原信号s(n)。前述期望信号d(n)亦可藉以下步骤产生：比对还原信号y(n)与多个预定信号，而输出多个预定信号之一为期望信号d(n)。
附图说明
图1为本发明的转换域自适应滤波器实施例方块图；
图2为图1中自适应演算装置的方块图；
图3为本发明的均衡器实施例方块图；
图4为本发明的无线通讯装置实施例示意图；
图5为本发明的决策回授等化方法实施例流程图；以及
图6为已有技术中一均衡器方块图。
附图符号说明
100转换域自适应滤波器实施例
102滤波器主体 104转换矩阵装置
106运算器 108自适应演算装置组
110-116自适应演算装置 120-124延迟单元
126延迟线 130-136降低取样单元
140-146自适应滤波器单元
170功率计算单元 172加法器
174除法器 176乘法器
300均衡器实施例 302决策装置
304信号产生器 306多路转换器
400无线通讯装置实施例
601自适应滤波器 602决策装置
604信号产生器 606运算器
608多路转换器
具体实施方式
图1为本发明的转换域自适应滤波器实施例100的方块图。此转换域自适应滤波器实施例100包含滤波器主体102、运算器106及自适应演算装置组108。此实施例100是一24阶转换域自适应滤波器，藉4×4的转换矩阵装置104配合四个6阶自适应滤波器单元140-146实现。
滤波器主体102用于还原信号x(n)成一还原信号y(n)。信号x(n)由包含延迟单元120-124的延迟线(delay line)126拆成四路进入转换矩阵装置104。转换矩阵装置104用于将信号x(n)去相关(decorrelate)，以达到前置白化，进而改善收敛速度。此实施例100中，转换矩阵装置104采用华氏转换(WHT)，然亦可使用离散傅里叶转换(Discrete Fourier Transform，DFT)、实数离散傅里叶转换(Real Discrete Fourier Transform，RDFT)、离散哈特利转换(Discrete Hartley Transform，DHT)、离散余弦转换(Discrete Cosine Transform，DCT)及离散正弦转换(Discrete SineTransform，DST)等等。信号x(n)经前置白化成为白化信号p1(n)-p4(n)，再经降低取样(down sampling)单元130-136分别进入自适应滤波器单元140-146。自适应滤波器单元140-146的输出加总成为还原信号y(n)。
运算器106用于比较还原信号y(n)与一期望信号d(n)以得一误差信号e(n)。此实施例100中，是将期望信号d(n)减去还原信号y(n)而得误差信号e(n)。
自适应演算装置组108包含自适应演算装置110-116。自适应演算装置110-116采用正规化最小均方算法，用于确保实施例100输出的还原信号y(n)稳定。此实施例100中，自适应演算装置110-116分别利用误差信号e(n)及白化信号p1(n)-p4(n)产生回授信号f1(n)-f4(n)，以调整自适应滤波器单元140-146的滤波器系数，而使实施例100趋为信道的逆系统。
图2为图1中自适应演算装置110的方块图，而自适应演算装置112-116均与的相仿。自适应演算装置110可包含一功率计算单元170，用于计算已前置白化的白化信号p1(n)的功率。自适应演算装置110还可包含一加法器172，用于将功率计算单元170计算出的功率加上一预定常数a，以得一第一暂时数。预定常数a用于使第一暂时数不为零。自适应演算装置110还可包含一除法器174，用于将一步长常数μ除以第一暂时数，得一第二暂时数，以执行正规化。自适应演算装置110还可包含一乘法器176，用于将第二暂时数乘以误差信号e(n)，以得回授信号f1(n)。回授信号f1(n)用于调整滤波器系数。
图3为本发明的均衡器实施例300的方块图。此均衡器实施例300包含前述的滤波器主体102、运算器106及自适应演算装置组108。此实施例300还可包含一决策装置302、一信号产生器304及一多路转换器306。多路转换器306受控制信号CS控制，而选择决策装置302与信号产生器304产生的信号之一为期望信号d(n)。决策装置302用于比对还原信号y(n)与多个预定信号，而输出多个预定信号之一作为均衡器300的输出信号s’(n)，并送给多路转换器306。信号产生器304则用于直接产生一信号给多路转换器306。在训练转换域自适应滤波器100时，可由信号产生器304所产生已知的训练信号为期望信号d(n)。在正式使用转换域自适应滤波器100时，则由决策装置302决定的输出信号s’(n)作为期望信号d(n)。
图4为本发明的无线通讯装置实施例400的示意图。此无线通讯装置实施例400包含前述的均衡器实施例300。
图5为本发明的决策回授等化方法实施例流程图。此决策回授等化方法实施例包含下列步骤。接收一信号x(n)(步骤501)，信号x(n)是一原信号s(n)经过具有一转换函数H(z)的一通道所产生。前置白化信号x(n)，以产生一白化信号p(n)(步骤503)。步骤503可采用华氏转换，然亦可使用离散傅里叶转换(Discrete Fourier Transform，DFT)、实数离散傅里叶转换(Real Discrete Fourier Transform，RDFT)、离散哈特利转换(DiscreteHartley Transform，DHT)、离散余弦转换(Discrete Cosine Transform，DCT)及离散正弦转换(Discrete Sine Transform，DST)等等。
接着对白化信号p(n)进行包含多次迭代的决策回授等化，以产生一输出信号s’(n)近似原信号s(n)。每一多次迭代包含下列三个步骤。产生一还原信号y(n)(步骤505)。比较还原信号y(n)与一期望信号d(n)产生误差信号e(n)(步骤507)。以及根据误差信号e(n)产生回授信号f(n)(步骤509)。其中回授信号f(n)是由一步长常数μ乘以误差信号e(n)，再除以白化信号p(n)的一功率所产生。前述期望信号d(n)可等于原信号s(n)，亦可藉比对还原信号y(n)与多个预定信号，而输出多个预定信号之一为期望信号d(n)。
接着比对还原信号y(n)与多个预定信号，而输出多个预定信号之一为s’(n)(步骤511)。
上述说明并非对本发明范畴的限制，且上述说明以及各种改变与均等性的安排皆于本发明权利要求意欲保护的范畴内。
Claims (18)
1.一种转换域自适应滤波器，包含：
一滤波器主体，具有一转换矩阵装置用于前置白化一信号，该滤波器主体用于还原该信号成一还原信号；
一运算器，用于比较该还原信号与一期望信号以得一误差信号；以及
一自适应演算装置，用于利用该误差信号调整该滤波器主体的一滤波器系数；
其中该自适应演算装置包含一功率计算单元，用于计算该已前置白化的该信号的一功率，并且该自适应演算装置采用一正规化最小均方算法。
2.如权利要求1所述的转换域自适应滤波器，其中该转换矩阵装置采用华氏转换。
3.如权利要求1所述的转换域自适应滤波器，其中该自适应演算装置还利用已前置白化的该信号调整该滤波器系数。
4.如权利要求3所述的转换域自适应滤波器，其中该自适应演算装置还包含一加法器，用于将该功率加上一预定常数，以得一第一暂时数，该预定常数用于使该第一暂时数不为零。
5.如权利要求4所述的转换域自适应滤波器，其中该自适应演算装置还包含一除法器，用于将一步长常数除以该第一暂时数，得一第二暂时数，以执行正规化。
6.如权利要求5所述的转换域自适应滤波器，其中该自适应演算装置还包含一乘法器，用于将该第二暂时数乘以该误差信号，以得一回授信号，该回授信号用于调整该滤波器系数。
7.一种均衡器，包含：
一滤波器主体，具有一转换矩阵装置用于前置白化一信号，该滤波器主体用于还原该信号成一还原信号；
一决策装置，用于比对该还原信号与多个预定信号，而输出该多个预定信号之一为该期望信号；
一运算器，用于比较该还原信号与一期望信号以得一误差信号；以及
一自适应演算装置，用于利用该误差信号调整该滤波器主体的一滤波器系数；
其中该自适应演算装置采用一正规化最小均方算法。
8.如权利要求7所述的均衡器，其中该转换矩阵装置采用华氏转换。
9.如权利要求7所述的均衡器，还包含一信号产生器，用于产生该期望信号。
10.如权利要求7所述的均衡器，其中该自适应演算装置还利用已前置白化的该信号调整该滤波器系数。
11.如权利要求10所述的均衡器，其中该自适应演算装置包含一功率计算单元，用于计算该已前置白化的该信号的一功率。
12.如权利要求11所述的均衡器，其中该自适应演算装置还包含一加法器，用于将该功率加上一预定常数，以得一第一暂时数，该预定常数用于使该第一暂时数不为零。
13.如权利要求12所述的均衡器，其中该自适应演算装置还包含一除法器，用于将一步长常数除以该第一暂时数，得一第二暂时数，以执行正规化。
14.如权利要求13所述的均衡器，其中该自适应演算装置还包含一乘法器，用于将该第二暂时数乘以该误差信号，以得一回授信号，该回授信号用于调整该滤波器系数。
15.一种决策回授等化方法，包含下列步骤：
接收一信号x(n)，该信号x(n)是一原信号s(n)经过具有一转换函数H(z)的一通道所产生；
前置白化该信号x(n)，以产生一白化信号p(n)；以及
对该白化信号p(n)进行包含多次迭代的决策回授等化，以产生一输出信号s’(n)近似该原信号s(n)，每一该多次迭代产生一还原信号y(n)、一误差信号e(n)及一回授信号f(n)，该误差信号e(n)是比较该还原信号y(n)与一期望信号d(n)所产生，该回授信号f(n)是根据该误差信号e(n)所产生；
其中该回授信号f(n)是由一步长常数μ乘以该误差信号e(n)，再除以该白化信号p(n)的一功率所产生。
16.如权利要求15所述的决策回授等化方法，其中该前置白化步骤采用华氏转换。
17.如权利要求15所述的决策回授等化方法，其中该期望信号d(n)等于该原信号s(n)。
18.如权利要求15所述的决策回授等化方法，其中该期望信号d(n)藉以下步骤产生：
比对该还原信号y(n)与多个预定信号，而输出该多个预定信号之一为该期望信号d(n)。
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