CN101369821B - 下采样的方法及装置、信号均衡方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种下采样的方法及装置、信号均衡方法及系统。所述信号均衡方法包括：选择能量最大的采样点进行信道估计值下采样和接收信号下采样；将得到的信道估计值下采样值计算均衡器权值；利用所述权值均衡接收信号下采样值。本发明实施例通过使信道估计值和接收信号都动态选取能量最大的采样点下采样，提高了均衡器性能的稳定性。

Description

下采样的方法及装置、信号均衡方法及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体地说，涉及一种下采样的方法及装置，信号均衡方法及系统。

背景技术

RAKE接收机通过多个相关检测器接收多径信号中的各路信号，并把它们合并在一起。在WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址)下行接收中，由于多径导致的码间干扰和多用户干扰，RAKE接收机的性能会受到影响，特别是在高数据传输速率情况(例如HSDPA，High SpeedDownlink Packet Access，高速下行链路分组接入)下，扩频因子较小，不仅RAKE接收机的接收抗干扰能力较低，而且由多径合并引入的分集增益也大大降低。因此在WCDMA高数据传输速率的环境下，为了获得较理想的性能，一般会采用LMMSE(Linear Minimum Mean Square Error，线性最小均方误差)均衡的接收技术，LMMSE均衡器的原则为经过LMMSE均衡器处理后输出的均衡信号与发送信号之间的均方误差最小，这样就可以消除多径产生的干扰。

下面介绍一下LMMSE均衡器的工作方式。如图1所示，信息信号x(k)经过发送成型滤波器(RRC(Root Raised Cosine，根升余弦)滤波器)滤波后发送。经过叠加AWGN(Additive White Gaussian Noise，加性高斯白噪声)的多径衰落信道后，接收端对接收信号进行接收RRC滤波得到信号y(k)。信道估计模块基于信号y(k)进行信道估计，得到信道估计值h。均衡器权值计算模块根据信道估计值h和噪声功率估计模块得到的噪声功率估计值

σn2得到均衡器权值w_d。LMMSE均衡器结合信号y(k)和w_d实现均衡，得到均衡信号x′(k)。然后解扰解扩模块将对均衡信号x′(k)进行处理。

将发送RRC滤波器、多径衰落信道和接收RRC滤波器作为一个等效多径信道，则接收到的信号y(k)可以表示成：

y(k)＝Гx(k)+n(k)                        (1)

其中，k表征码片序号；

y(k)＝[y₁(k)，...y_p(k)，....，....，y₁(k+E-1)，...，y_p(k+E-1)]^T，y_p(k)表示接收信号的第k码片的第p个采样；

x(k)＝[x(k)，x(k+1)，x(k+2)....，....，x(k+E+L-2)]^T为码片速率的发送信号的向量表示。

Г是信道矩阵，可以表示为

$\mathrm{\Γ}=\left[\begin{array}{ccccc}{h}_1(L-1)& L& h_1\left(0\right)& & \\ M& & M& & \\ h_P(L-1)& L& h_P\left(0\right)& & \\ & & O& & \\ & & h_1(L-1)& L& h_1\left(0\right)\\ & & M& & M\\ & & h_P(L-1)& L& h_P\left(0\right)\end{array}\right]---\left(2\right)$

其中h_p(l-1)(l＝1，...，L)和(p＝1，...，P)是第l个码片第p个采样的信道系数，L是以码片为单位的信道时延扩展。

根据均衡信号与发送信号之间均方误差最小的原则，

w_d＝argminE{‖w_dy(k)-x(k+d)‖²}                      (3)

经推导得到

$w_d=e_d{\mathrm{\Γ}}^H{\{{\mathrm{\Γ\Γ}}^H+\frac{{\mathrm{\σ}}_n^2}{{\mathrm{\σ}}_x^2}I\}}^{-1}$

其中

表示发送信号x(k)的能量，

表示噪声能量。

由此可以看出，在求取权值的计算过程中含有矩阵求逆的过程，该矩阵的维数为PE，其中，P为一个码片内的采样点数，E为均衡器的长度。权值计算的复杂度是矩阵的维数的函数。如矩阵求逆的Cholesky(乔莱斯基)算法为o(N³)，其中N为矩阵维数。均衡器的长度与信道长度有关，一旦信道长度确定，均衡器的长度就基本确定了。因此采样点数目是影响权值计算复杂度的关键因素。

现有技术中一般采用码片级均衡器或者1/2码片级均衡器，其中1/2码片级均衡器性能优于码片级均衡器。为了实现均衡器间隔为码片级或者1/2码片级，现有的技术方案将接收信号与信道估计值选取固定点下采样。由式(1)和(2)可以得知，信道估计的时刻与接收信号的时刻是同一个时刻，则，码片级均衡器可以固定选取每码片内的第一个采样点；由于接收信号的一个码片内有四个采样点，并且信道估计值是根据接收信号y(k)估计出的，则可以得出每个1/4码片位置的信道估计值，所以1/2码片级均衡器可以固定选取每码片内的第一个采样点和第三个采样点。然而，采用未下采样的信号能够更好地进行信道估计，因此现有技术的方案中，采用未下采样的接收信号来进行信道估计。图2给出了现有技术固定下采样的工作方式示意图。在一个更新周期内，采用接收信号y(k)估计一组信道估计值h，然后分别将接收信号y(k)和信道估计值h下采样为y′和h′，再利用h′计算均衡器的权值w_d，最后用权值w_d均衡下采样后的信号y′。

该方案中的均衡器采用系数可变的FIR(Finite Impulse Response，有限冲击响应)滤波器，其由一系列的移位寄存器加权累加构成。例如码片级均衡器，如图3所示，其中D单元表示延迟单元，E表示均衡器的长度。假设每个更新周期内有N个码片，采用码片级均衡器需要所有寄存器都装载满数据，输出的结果才有效，即需要输入N+E-1个码片，输出N个码片才有效。由于FIR滤波器的抽头是时变的，而每个更新周期采样点的位置不发生变化，因此在相邻更新周期之间，均衡器接收的信号y(k)不需要重新装载。而均衡器的抽头的更新方式为：每输入N码片的接收信号，更新一次抽头权值，即每个更新周期更新一次均衡器的抽头。

码片级均衡器对采样偏差比较敏感，因为在固定位置对信道估计和接收信号下采样，当信道中的强径均没有落在该固定位置的采样点时，均衡器的性能会有较大的损失。在实际应用中，当信道产生变化，或者采样点的密度不够时，都会发生这种情况，均衡器的性能就会不稳定。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于提供一种下采样的方法及装置、信号均衡方法及系统，提高均衡器性能的稳定性。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

一种下采样的方法，包括：

选择能量最大的位置作为采样点，；

在所述采样点进行信道估计值下采样和接收信号下采样。

一种信号均衡的方法，包括：

选择能量最大的采样点进行信道估计值下采样和接收信号下采样；

将得到的信道估计值下采样值计算均衡器权值；

利用所述权值均衡接收信号下采样值。

一种信号均衡系统，包括：

下采样装置，用于选取能量最大的采样点进行信道估计值下采样和接收信号下采样；

权值计算模块，用于根据所述得到的信道估计值下采样值计算均衡器权值，得到权值；

均衡器，用于利用所述权值均衡接收信号下采样值。

一种下采样的装置，包括：

采样点选择模块，用于选取所述能量和最大的信道估计值所在的多个码片位置作为各码片的采样点；

第一下采样模块，用于在所述各码片的采样点进行信道估计值下采样，得到信道估计值下采样值。

本发明实施例通过使信道估计值和接收信号都动态选取能量最大的采样点下采样，提高了均衡器性能的稳定性。

附图说明

图1为现有技术的LMMSE均衡器的工作方式示意图；

图2为现有技术的固定下采样的工作方式示意图；

图3为现有技术的码片级均衡器的结构示意图；

图4为本发明实施例的下采样方法流程示意图；

图5为本发明实施例的信号均衡方法流程示意图；

图6为现有技术接收信号与均衡后信号的关系示意图；

图7为本发明实施例的信号均衡系统的结构示意图；

图8为本发明实施例的均衡器的结构示意图。

具体实施方式

在本发明实施例中，实时选取能量最大的采样点进行信道估计值下采样和接收信号下采样，将得到的信道估计值下采样的值计算均衡器权值，然后利用该权值均衡下采样后的接收信号。

以下以码片级均衡器为例，详细说明本发明实施例的技术方案。

本发明实施例提供的一种下采样的方法，选择能量最大的位置作为采样点，然后在所述采样点进行信道估计值下采样和接收信号下采样，如图4所示，包括：

步骤401、根据接收信号对接收信号的各码片的每隔1/4码片位置上的径进行信道估计，得到所述接收信号的各码片的每隔1/4码片位置上的径的信道估计值；

步骤402、根据所述接收信号的各码片的每隔1/4码片位置上的径的信道估计值，分别计算各码片相应位置的信道估计值的能量和；即分别计算各码片1/4、2/4、3/4、4/4码片位置的信道估计值的能量和；

步骤403、选取所述能量和最大的信道估计值所在的多个码片位置作为各码片的采样点，并将作为采样点的码片位置信息作为采样偏置量输出；

步骤404、在所述各码片的采样点进行信道估计值下采样，得到信道估计值下采样值；

步骤405、根据所述采样偏置量获取各码片的采样点信息，在所述各码片的采样点进行接收信号下采样，得到接收信号下采样值；这样，接收信号下采样与信道估计值下采样在相同时刻的采样点进行下采样。

所述步骤404与步骤405没有先后顺序。

本发明提供的下采样方法，相对于增加采样点提高处理信号的性能稳定性，简化了信号处理过程，降低了信号处理复杂度。

本发明实施例相应提供了一种信号均衡的方法，如图5所示，包括：

步骤501、根据接收信号对接收信号的各码片的每隔1/4码片位置上的径进行信道估计，得到所述接收信号的各码片的每隔1/4码片位置上的径的信道估计值；

步骤502、根据所述接收信号的各码片的每隔1/4码片位置上的径的信道估计值，分别计算各码片相应位置的信道估计值的能量和；即分别计算各码片1/4、2/4、3/4、4/4码片位置的信道估计值的能量和；

步骤503、选取所述能量和最大的信道估计值所在的多个码片位置作为各码片的采样点，并将作为采样点的码片位置信息作为采样偏置量输出；

步骤504、在所述各码片的采样点进行信道估计值下采样，得到信道估计值下采样值h′；

步骤505、根据所述采样偏置量获取各码片的采样点信息，在所述各码片的采样点进行接收信号下采样，得到接收信号下采样值；这样，接收信号下采样与信道估计值下采样在相同时刻的采样点进行下采样；

其中，步骤504和步骤505没有一定的先后顺序。

步骤506、根据所述得到的信道估计值下采样值h′计算均衡器权值，得到权值w_d，利用所述权值w_d均衡所述接收信号下采样值。

选取能量大的信道估计采样点，则信噪比高，就能提高均衡器的性能。根据能量选择采样点，每次选择的都是能量最大的采样点，避免了现有技术固定选择采样点，选择的有可能不是能量最大的采样点，提高了均衡器的性能稳定性。如下式所示，为LMMSE均衡器的接收方程：

$\left[\begin{array}{c}{y}_1\left(k\right)\\ M\\ y_P\left(k\right)\\ M\\ y_1(k+E-1)\\ M\\ y_P(k+E-1)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccccc}{h}_1(L-1)& L& h_1\left(0\right)& & \\ M& & M& & \\ h_P(L-1)& L& h_P\left(0\right)& & \\ & & O& & \\ & & h_1(L-1)& L& h_1\left(0\right)\\ & & M& & M\\ & & h_P(L-1)& L& h_P\left(0\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x\left(k\right)\\ x(k+1)\\ x(k+2)\\ M\\ M\\ M\\ x(k+E+L-2)\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{n}_1\left(k\right)\\ M\\ n_P\left(k\right)\\ M\\ n_1(k+E-1)\\ M\\ n_P(k+E-1)\end{array}\right]$

可以看出，信道估计值下采样动态选择采样点，接收信号下采样选取相同时刻的采样点下采样就可以实现本发明的实施例。

以上实施例是基于单天线发射和单天线接收的方案，对于多天线发射和多天线接收的情况，对于每个信道分别采用以上实施例的方案即可实现。

由于采样点可能变化，每两个相邻更新周期之间的一部分接收信号无法在两个更新周期内重复使用。如图6所示，图中的两块阴影部分是两个更新周期内相同时刻的接收信号，当由于在不同的更新周期中均衡器抽头更新后，采样点发生变化，均衡器中的以前的值需要重新装载才可以继续进行均衡操作。为了解决这个问题，可以将每个更新周期的N+E-1码片中的后E-1码片所有采样点的值进行缓存，当采样点发生变化时，均衡器可以重新装载后对接收信号下采样值进行均衡操作。当然这是一个可选的步骤，当信道变化缓慢，在不同更新周期中采样点选取变化很慢时，可以不使用以上步骤。

本发明实施例还提供了一种信号均衡的系统，如图7所示，包括下采样装置71、权值计算模块72和均衡器73；

所述下采样装置71，用于选取能量最大的采样点进行信道估计值下采样和接收信号下采样；包括：

信道估计模块711，用于根据接收信号对接收信号的各码片的每隔1/4码片位置上的径进行信道估计，得到所述接收信号的各码片的每隔1/4码片位置上的径的信道估计值；

能量计算模块712，用于根据所述接收信号的各码片的每隔1/4码片位置上的径的信道估计值，分别计算各码片相应位置的信道估计值的能量和；即分别计算各码片1/4、2/4、3/4、4/4码片位置的信道估计值的能量和；

采样点选择模块713，用于选取所述能量和最大的信道估计值所在的多个码片位置作为各码片的采样点；

第一下采样模块714，用于在所述各码片的采样点进行信道估计值下采样，得到信道估计值下采样值h′；

采样偏置输出模块715，用于将作为采样点的码片位置信息作为采样偏置量输出；

第二下采样模块716，用于根据所述采样偏置量获取各码片的采样点信息，在所述各码片的采样点进行接收信号下采样，得到接收信号下采样值；这样，接收信号下采样与信道估计值下采样在相同时刻的采样点进行下采样。

所述权值计算模块72，用于根据所述得到的信道估计值下采样值h′计算均衡器权值，得到权值w_d；

所述均衡器73，用于利用所述权值w_d均衡所述接收信号下采样值；如图8所示，包括：至少一个移位寄存器；

所述至少一个移位寄存器，用于装载数据；当所述移位寄存器为多个时，多个移位寄存器加权累加；

由于采样点可能变化，每两个相邻更新周期之间的一部分接收信号无法在两个更新周期内重复使用。当由于在不同的更新周期中均衡器抽头更新后，采样点发生变化，均衡器中的以前的值需要重新装载才可以继续进行均衡操作。为了解决这个问题，所述均衡器还可以包括数据缓冲器，用于缓存每个更新周期的N+E-1码片中的后E-1码片所有采样点的值。当采样点发生变化时，均衡器可以重新装载后对下采样后的接收信号进行均衡操作。当然这是一个可选的构建，当信道变化缓慢，在不同更新周期中采样点选取变化很慢时，可以不使用。

本发明的实施例同样适用于1/2码片级均衡器，不同之处在于，将等间隔的采样点分组，间隔不相邻的采样点为一组，例如，1/4码片位置和3/4码片位置为一组，2/4码片位置和4/4码片位置为一组，每一组的实施方式同码片级均衡器的实施方式相同。

本发明实施例通过实时选取能量最大的采样点进行信道估计值下采样和接收信号下采样，将得到的信道估计值下采样的值计算均衡器权值，然后利用该权值均衡下采样后的接收信号。提高了均衡器性能的稳定性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种下采样的方法，其特征在于，包括：

计算各码片相同码片位置的信道估计值的能量和；

选取所述能量和最大的码片位置，作为各码片的采样点；

在所述各码片的采样点进行信道估计值下采样，得到信道估计值下采样值；

将作为采样点的码片位置信息作为采样偏置量输出；

根据所述采样偏置量获取各码片的采样点信息，在所述各码片的采样点进行接收信号下采样，得到接收信号下采样值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据接收信号对接收信号的各码片的每隔1/4码片位置上的径进行信道估计，得到所述接收信号的各码片的每隔1/4码片位置上的径的信道估计值；

根据所述接收信号的各码片的每隔1/4码片位置上的径的信道估计值，分别计算各码片相应位置的信道估计值的能量和。

3.一种信号均衡的方法，其特征在于，包括：

计算各码片相同码片位置的信道估计值的能量和；

选取所述能量和最大的码片位置，作为各码片的采样点；

在所述各码片的采样点进行信道估计值下采样，得到信道估计值下采样值；

将作为采样点的码片位置信息作为采样偏置量输出；

根据所述采样偏置量获取各码片的采样点信息，在所述各码片的采样点进行接收信号下采样，得到接收信号下采样值；

将得到的信道估计值下采样值计算均衡器权值；

利用所述权值均衡接收信号下采样值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据接收信号对接收信号的各码片的每隔1/4码片位置上的径进行信道估计，得到所述接收信号的各码片的每隔1/4码片位置上的径的信道估计值；

根据所述接收信号的各码片的每隔1/4码片位置上的径的信道估计值，分别计算各码片相应位置的信道估计值的能量和。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将每个更新周期的N+E-1码片中的后E-1码片所有采样点的值进行缓存；

当采样点发生变化时，均衡器重新装载后对接收信号下采样值进行均衡。

6.一种信号均衡系统，其特征在于，包括：

下采样装置，用于选取能量最大的采样点进行信道估计值下采样和接收信号下采样；

权值计算模块，用于根据得到的信道估计值下采样值计算均衡器权值，得到权值；

均衡器，用于利用所述权值均衡接收信号下采样值；

所述下采样装置包括：

采样点选择模块，用于选取能量和最大的码片位置作为各码片的采样点，其中能量和为各码片相同码片位置的信道估计值的能量和；

第一下采样模块，用于在所述各码片的采样点进行信道估计值下采样，得到信道估计值下采样值；

采样偏置输出模块，用于将作为采样点的码片位置信息作为采样偏置量输出；

第二下采样模块，用于根据所述采样偏置量获取各码片的采样点信息，在所述各码片的采样点进行接收信号下采样，得到接收信号下采样值。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述下采样装置还包括：

信道估计模块，用于根据接收信号对接收信号的各码片的每隔1/4码片位置上的径进行信道估计，得到所述接收信号的各码片的每隔1/4码片位置上的径的信道估计值；

能量计算模块，用于根据所述接收信号的各码片的每隔1/4码片位置上的径的信道估计值，分别计算各码片相应位置的信道估计值的能量和。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述均衡器包括：

至少一个移位寄存器，用于装载数据。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述均衡器还包括：

数据缓冲器，用于缓存每个更新周期的N+E-1码片中的后E-1码片所有采样点的值。

10.一种下采样的装置，其特征在于，包括：

采样点选择模块，用于选取能量和最大的码片位置作为各码片的采样点，其中能量和为各码片相同码片位置的信道估计值的能量和；

第一下采样模块，用于在所述各码片的采样点进行信道估计值下采样，得到信道估计值下采样值；

采样偏置输出模块，用于将作为采样点的码片位置信息作为采样偏置量输出；

第二下采样模块，用于根据所述采样偏置量获取各码片的采样点信息，在所述各码片的采样点进行接收信号下采样，得到接收信号下采样值。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述下采样装置还包括：

信道估计模块，用于根据接收信号对接收信号的各码片的每隔1/4码片位置上的径进行信道估计，得到所述接收信号的各码片的每隔1/4码片位置上的径的信道估计值；

能量计算模块，用于根据所述接收信号的各码片的每隔1/4码片位置上的径的信道估计值，分别计算各码片相应位置的信道估计值的能量和。

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