CN100583667C - 自适应均衡器 - Google Patents

Abstract

一种自适应均衡器，能够减少信号处理所需的运算量到不使自适应处理精度劣化的程度，从而降低功率消耗。通过从以前的接收性能判断，传输路径状况处在衰落影响小的情况时，传输路径状况判定部(106)生成使相关窗口大小控制部(105)改变相关窗口大小的控制信号，生成不使矩阵运算器(103)进行运算操作的控制信号，并且生成使选择器(104)选择第1相关器(101)的输出的控制信号。结果，在传输路径状况较佳时可减少运算量。

Description

自适应均衡器

技术领域

本发明涉及一种自适应均衡器，主要应用于涉及衰落的数字无线通信的接收机。

背景技术

在无线通信接收机中，通常因多径衰落影响而同时接收到传播时间不同的多个路径的无线电波。因此接收信号中产生延迟失真，而其比特差错率特性劣化。此延迟失真在码元率的速率越高时越大，在未来的高速数字移动通信设备中不能再忽视延迟失真的影响。因此，对数字无线通信接收机进行延迟失真的去除正在变得必不可少。

自适应均衡器作为估计上述延迟失真的代表性部件，向来被设置在进行高速传输的接收机中，而近年来也开始被设置在作为欧洲数字蜂窝电话标准的基于GSM的蜂窝电话等中。

在进行有多径衰落发生的传输路径的均衡时，使用具有训练期间的传输数据。也就是说，以时隙为单位来切割传输数据，在各个时隙的开始处设有训练期间。在该训练期间插入被称为“训练序列”的缺省数据，也就是插入有缺省波形的发送信号。被设置在接收机中的自适应均衡器与在该训练期间的缺省数据进行比较，并且估计上述的延迟失真。然后设计自适应均衡器使得在训练期间以外的时隙部分则根据上述估计出的延迟失真进行数据判定。以下参照图1概略说明传统的自适应均衡器。

图1是表示传统的自适应均衡器的配置例的方框图。图1的自适应均衡器具备第1相关器1、第2相关器2以及矩阵运算器3作为其基本配置。

第1相关器1接收变换为基带信号的接收信号和在所述接收信号中对接收机来说是已知的信号的训练序列作为输入，计算两信号之间的交叉相关，并且将计算出的第1相关值输至矩阵运算器3。这里，相关样本间隔τ以T为码元周期、K为过采样率，则表示为τ＝T/K。另外，相关窗口大小为L(L≥1)。

第2相关器2计算并存储所述训练序列之间的自相关矩阵的逆矩阵。或事先计算自相关矩阵的逆矩阵并存储起来。第2相关器2的计算结果(第2相关值)输至矩阵运算器3。

以第1相关器1的输出(第1相关值)作为行向量，以第2相关器2的输出(第2相关值)作为矩阵，矩阵运算器3将这些行向量和矩阵相乘后将传输路径信道系数(c₁～c_M)输出至接收处理系统。

现说明上述配置中的传统的自适应均衡器的操作。根据下式(1)由输入信号更新传输路径信道脉冲响应：

C^T＝(∑_{k＝[t-L+1，t]}X_kA_k ^T)×(∑_{k＝[t-L+1，t]}A_kA_k ^T)^-1...(1)

在式(1)中，右边第一项表示第1相关器1的输出(接收信号和训练序列之间的交叉相关)，右边第二项表示第2相关器2的输出(训练序列之间的自相关逆矩阵)。

然而在算式(1)上方的上标T表示矩阵转置运算。另外，附有下标k的变量X_k表示在所述时隙中位于时刻t＝kτ的采样值。L表示窗口大小。而附有下标k的变量A_k代表在时刻t＝kτ的各个数值，表示如下式(2)：

A_k＝(a_k、a_k-1、··、a_k-M+1)^T...(2)

在算式(2)中，a_k表示在所述时隙中位于时刻t＝kτ的已知码元。

算式(1)的传输路径信道脉冲响应C用由所述自适应均衡器估计出的传输路径信道脉冲响应的系数C_n、根据下式(3)表示。

C＝(c₁、c₂、··、c_M)^T    ...(3)

然而，传统的自适应均衡器需要1×M矩阵和M×M矩阵之间的矩阵乘法，并要求M²次的复数(complex)乘法和M²次的复数加法。结果，运算量和所计算的传输路径信道脉冲响应的系数的个数M的平方成比例地增加，因而存在消耗功率增加的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自适应均衡器，能够将进行信号处理所需的运算量减少到自适应处理的精度不至于劣化的程度，由此利于减低功率消耗。

本发明的主旨在于能够使自适应处理的运算量根据传输路径的状况改变，平均减少运算量。

根据本发明的一方面，一种自适应均衡器包括：第1相关部件，计算变换为基带信号的接收信号和在接收前对接收机已知的所述接收信号的已知信号的输入之间的交叉相关；第2相关部件，计算从所述已知信号之间得出的自相关值所形成的相关逆矩阵；矩阵运算部件，对接收作为输入的所述第1相关部件的输出和所述第2相关部件的输出，并且进行矩阵乘法；选择部件，选择所述矩阵运算部件的输出和所述第1相关部件的输出；相关窗口大小控制部件，改变所述第1相关部件的相关窗口大小；以及传输路径状况判定部件，根据表示以前的接收性能的信息判定传输路径的状况，并且生成各个控制信号以表示：是否使所述相关窗口大小控制部件改变相关窗口大小，所述选择部件应该选择哪个输出，以及是否使所述矩阵运算部件进行运算操作。

附图说明

此后通过考虑下面参照附图的说明，本发明的上述和其它目的和特征会更完全地显现，说明中通过举例说明了一个示例，其中：

图1是表示传统的自适应均衡器的配置例子的方框图；

图2是表示根据本发明的实施例的自适应均衡器的配置的方框图；

图3是表示图2所示的传输路径状况判定部的配置的例子的方框图；以及

图4是表示图2所示的传输路径状况判定部的另一个配置例子的方框图。

具体实施方式

以下参照附图将详细说明本发明的实施例。

图2是根据本发明的实施例的自适应均衡器的配置方框图。图2所示的自适应均衡器的基本结构为具备第1相关器101、第2相关器102、矩阵运算器103、选择器104、相关窗口大小控制部105以及传输路径状况判定部106。

第1相关器101接收变换为基带信号的接收信号和在所述接收信号中对接收机来说是已知的信号的训练序列作为输入，计算两信号之间的交叉相关，并且将计算出的第1相关值输出至矩阵运算器103。在此，相关样本间隔τ以T为码元周期、K为过采样率，则表示为τ＝T/K。另外，相关窗口大小为L(L≥1)。

第2相关器102计算并存储所述训练序列之间的自相关矩阵的逆矩阵。或事先计算自相关矩阵的逆矩阵并存储起来。第2相关器的计算结果(第2相关值)输至矩阵运算器103和选择器104。

在传输路径状况判定部106的控制下，以第1相关器101的输出(第1相关值)作为行向量，以第2相关器102的输出(第2相关值)作为矩阵，矩阵运算器103将这些行向量和矩阵相乘。将矩阵运算器103的相乘结果输至选择器104。

选择器104在传输路径状况判定部106的控制下，选择第1相关器101的输出和矩阵运算器103的输出，并输出选择输出至接收处理系统作为传输路径信道系数(c₁～c_M)。

相关窗口大小控制部105在传输路径状况判定部106的控制下，改变第1相关器101的相关窗口大小。

传输路径状况判定部106，根据从外部输入的表示以前的接收性能的信息，判定传输路径的状况，并且分别生成控制矩阵运算器103、选择器104和相关窗口大小控制部105的信号。

现说明具备上述配置的本实施例的自适应均衡器的操作。根据下式(4)、(5)由输入信号更新传输路径信道脉冲响应：

C^T＝(∑_{k＝[t-L+1，t]}X_kA_k ^T)×(∑_{k＝[t-L+1，t]}A_kA_k ^T)^-1...(4)

C^T＝(∑_{k＝[t-L’+1，t]}X_kA_k ^T)...(5)

在算式(4)和(5)中，上标T表示矩阵转置运算。另外，附有下标k的变量X_k表示在所述时隙中位于时刻t＝kτ的采样值。L和L’表示窗口大小。

另外，附有下标k的变量A_k代表在时刻t＝kτ的各个数值，并且表示如下式(6)：

A_k＝(a_k、a_k-1、··、a_k-M+1)^T...(6)

在算式(6)中，a_k表示在所述时隙中位于时刻t＝kτ的已知码元。

算式(4)和(5)中的传输路径信道脉冲响应C用由所述自适应均衡器估计出的传输路径信道脉冲响应的系数C_n、根据下式(7)表示：

C＝(c₁、c₂、··、c_M)^T...(7)

这里，算式(4)的右边第一项和算式(5)的右边表示第1相关器101的输出(接收信号和训练序列之间的交叉相关)，算式(4)的右边第二项表示第2相关器102的输出(训练序列之间的自相关逆矩阵)。

另外，算式(4)的右边第二项为单位矩阵时则与算式(5)等效。也就是说，这意味着在衰落环境下使用根据算式(5)的自适应处理时，接收性能比根据算式(4)的自适应处理劣化。

亦即，衰落影响大时，通过来自传输路径状况判定部106的控制信号，使矩阵运算器103接通，而相关窗口大小控制部105被变更以用于算式(4)。选择器104将矩阵运算器103的输出结果选择为传输路径信道脉冲响应。

此外，在衰落影响小时，通过来自传输路径状况判定部106的控制信号，使矩阵运算器103断开，相关窗口大小控制部105的被变更以用于算式(5)、也就是变更为窗口大小L’，从而算式(4)的右边第二项变为单位矩阵。选择器104将第1相关器101的输出结果选择为传输路径信道脉冲响应。

如上所述，根据本实施例，传输路径判定部106判断衰落的影响，以在衰落影响大时选择如用传统的自适应均衡器的自适应处理(算式(4))，或者在衰落影响小时选择根据本实施例的自适应处理(算式(5))，因此可能不使接收性能明显下降而平均地减少运算量。也就是说，传输路径的状况较好的情况下，本实施例减少运算量，从而可以按传输路径的状况平均地减少信号处理运算量，而不使自适应处理的精度大幅下降。

具体说来，传统的自适应均衡器需要M×L+M²次的复数乘法和M×L+M²次的复数加法。相反，根据本实施例的自适应均衡器在非衰落影响下仅需要M×L次的复数乘法和M×L次的复数加法。也就是说，在判定为在非衰落环境下的次数增加时，可能减少运算量。例如在M＝L时，在计算上，运算量大约被削减50％。

这里，追加的传输路径状况判定部106可采用如图3和图4所示的简单配置。图3是表示图2的传输路径状况判定部的配置的例子的方框图。图4是表示图2的传输路径状况判定部的配置的另一个例子的方框图。

如图3所示，传输路径状况判定部106可用比较接收性能(例如，BER)和事先规定的阈值的比较器201来构成。因此，可能以少的运算量进行传输路径状况的判定。

也就是说，具备如图3所示的配置的传输路径状况判定部106能够比较以前的接收性能值和阈值，在接收性能值大于阈值时，判断为接收性能差，也就是衰落影响大，而在接收性能值小于阈值时，判断为接收性能佳，也就是衰落影响小。

另外，如图4所示，传输路径状况判定部106的结构为包括：第1比较器301，对接收各种接收性能值(例如，BER)作为输入，将各值和第1阈值进行比较；第2比较器302，对接收性能值(例如，BER)和第2阈值进行比较；判定部303，接收第1比较器301和第2比较器302的比较结果并且输出控制信号；以及存储部304，存储从判定部303输出的控制信号，并将该控制信号作为以前的判定结果供应至判定部303。

根据上述配置，在接收性能值位于第1阈值和第2阈值之间时，判定部303将存储部304的输出作为控制信号输出，在其他的情况下判定部303则仅将第1比较器301或是第2比较器302的输出作为控制信号输出。

也就是说，具备如图4所示的配置中的传输路径状况判定部106在假定第1阈值大于第2阈值的情况下，将以前的接收性能值与第1阈值和第2阈值相比较，在接收性能值大于第1阈值时，可判断为接收性能差，也就是可以高可靠性地判断为衰落影响大，在接收性能值小于第2阈值时，可判断为接收性能佳，也就是可高可靠性地判断为衰落影响小。

然后，在接收性能值小于第1阈值且大于第2阈值时，难以判断接收性能是否好，也就是可靠性低而不可判断衰落影响是大或小，因此可根据以前的判定结果进行判断。也就是说，具备如图4所示的配置的传输路径状况判定部106在传输路径状况的判定困难时，可根据以前的判定结果来判定传输路径的状况，因此能以少的运算量进行传输路径状况的判定，并且还避免对传输路径上的些微变化反应过度而进行判定。

如上所述，本实施例可使自适应处理的运算量根据传输路径状况改变，平均地降低运算量。因此，当接收机的使用者在静态时，或是在多径衰落的影响小时等，可能在传输路径的状况被判断为非常良好时，对于传输路径估计运算量最高约削减50％，从而利于降低功率消耗。

本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。

本申请基于2003年4月3日提交的日本专利申请第2003-100210号。于此参考以表示包含其全部内容。

Claims (3)

1、一种自适应均衡器，包括：

第1相关部件，计算变换为基带信号的接收信号和在接收前对接收机已知的所述接收信号的已知信号的输入之间的交叉相关；

第2相关部件，计算从所述已知信号之间得出的自相关值所形成的相关逆矩阵；

矩阵运算部件，接收作为输入的所述第1相关部件的输出和所述第2相关部件的输出，并且，对所述第1相关部件的输出和所述第2相关部件的输出进行矩阵乘法；

选择部件，选择所述矩阵运算部件的输出和所述第1相关部件的输出；

相关窗口大小控制部件，改变所述第1相关部件的相关窗口大小；以及

传输路径状况判定部件，根据表示以前的接收性能的信息判定传输路径的状况，并且生成各个控制信号以表示：是否使所述相关窗口大小控制部件改变相关窗口大小，所述选择部件应该选择哪个输出，以及是否使所述矩阵运算部件进行运算操作。

2、如权利要求1所述的自适应均衡器，其中，所述传输路径状况判定部件包括比较部件，比较以前的接收性能和事先规定的阈值并且判定传输路径的状况。

3、如权利要求1所述的自适应均衡器，其中所述传输路径状况判定部件包括：

比较部件，比较以前的接收性能和事先规定的两个不同的阈值；以及

判定部件，当能够从所述比较部件的输出判断出以前的接收性能位于所述两个阈值之间时，根据以前的判定结果来判定传输路径的状况。

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