CN101888356A - 一种动态信道均衡器及其均衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动态信道均衡器，包括一判决反馈均衡器、主径位置检测模块、主径跳变检测模块、数据寄存器以及信噪比计算模块；利用主径位置检测模块、主径跳变检测模块、数据寄存器和信噪比计算模块来检测信道的变化，当检测到信道变化时，及时向判决反馈均衡器发出使能信号使判决反馈均衡器复位。本发明还提供了一种动态信道均衡方法。

Description

一种动态信道均衡器及其均衡方法

技术领域

本发明涉及一种信道均衡器及其均衡方法，特别涉及一种动态信道均衡器及其均衡方法。

背景技术

在通信系统中，信号在传输过程中会遇到障碍物而产生反射或者受到其它发射台的影响，这样，到达接收端的信号就会是多个不同时延信号的叠加从而产生码间干扰，致使通信系统无法正常工作。在单一载波的传输系统中，一般采用时域自适应均衡器来消除多径的影响。

自适应均衡器可以实时的跟踪移动通信信道的变化，并对未知的时变信道做出补偿。目前的自适应均衡方法有LMS、RCA、RLS的算法。然而，当接收台快速运动或者反射信号变化较快时，信号会产生较大的多普勒频移，这些时域均衡方法很难快速的跟踪上信道的变化而实现多径的消除。这样就需要一个信道跟踪器来跟踪动态信道的快速变化并配合时域均衡来达到还原信号本身的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动态信道均衡器及其均衡方法，其能够跟踪信道的变化并解决现有技术产生多普勒频移的问题。

本发明提供了一种动态信道均衡器，包括：一判决反馈均衡器、一主径位置检测模块、一主径跳变检测模块、一数据寄存器以及一信噪比计算模块；其中：

所述的主径位置检测模块用于检测信号帧的当前帧的起始位置；

所述的主径跳变检测模块用于将当前帧的主径位置与前一帧的主径位置进行比较，检测两个主径位置是否一致，当两个主径位置不一致时向所述判决反馈均衡器发送使能信号使所述判决反馈均衡器复位，同时向所述数据寄存器发送跳变信号；

所述的数据寄存器用于寄存当前信号帧开始一段数据与上一帧最后的一段数据，并根据所述主径跳变检测模块的跳变信号及时将其中寄存的数据送入所述反馈均衡器；

所述的信噪比计算模块用于计算信号帧的帧头数据与帧体数据的信噪比，当帧体的信噪比低于帧头的信噪比时，所述信噪比计算模块向所述判决反馈均衡器发送使能信号使所述判决反馈均衡器复位，复位后，判决反馈均衡器将均衡数据反馈给信噪比较计算模块。

本发明还提供了一种动态信道均衡方法，包括包括下列步骤：

a、通过主径位置检测模块检测信号帧的当前帧的起始位置；

b、通过主径跳变检测模块将当前帧的主径位置与前一帧的主径位置进行比较，检测两个主径位置是否一致，当两个主径位置不一致时向所述判决反馈均衡器发送使能信号使所述判决反馈均衡器复位，同时向所述数据寄存器发送跳变信号；

c、通过数据寄存器寄存当前信号帧开始一段数据与上一帧最后的一段数据，并根据所述主径跳变检测模块的跳变信号及时将其中寄存的数据送入所述反馈均衡器；

d、通过信噪比计算模块计算信号帧的帧头数据与帧体数据的信噪比，当帧体的信噪比低于帧头的信噪比时，所述信噪比计算模块向所述判决反馈均衡器发送使能信号使所述判决反馈均衡器复位，复位后，判决反馈均衡器将均衡数据反馈给信噪比较计算模块。

与现有技术相比，本发明通过检测主径位置以及检测信噪比来检测信道的变化并根据检测结果使判决反馈均衡器工作在相应的状态，根据信道判断的结果决定是否使判决反馈均衡器复位，当检测到信道变化时，及时向判决反馈均衡器发出使能信号使判决反馈均衡器复位，及时的清除判决反馈均衡器对信道变化前的记忆，使判决反馈均衡器快速跟踪上新的信道特性，从而达到抗多普勒频移的目的。

附图说明

图1为本发明动态均衡系统结构模块框图；

图2为本发明均衡器的结构简图；

图3为本发明主径检测模块流程图；

图4为本发明m序列相关示意图；

图5为本发明主径跳变检测模块结构框图；

图6为本发明数据寄存器的操作简图；

图7为本发明信噪比计算结构模块简图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，本发明提出的信道动态均衡器包括：判决反馈均衡器101、主径位置检测模块102、主径跳变检测模块103、数据寄存器104和信噪比计算模块105。

判决反馈均衡器1的结构如图2所示。所述判决反馈均衡器由前馈滤波器201、反馈滤波器202、分数间隔滤波器203、重叠结构滤波器204四个部分组成。其中，前馈滤波器n级；反馈滤波器n级；重叠结构滤波器与反馈滤波器重叠n/4级；分数间隔滤波器以虚拟主径为中心前后各n/4级。前馈滤波器可以去除前向多径，反馈滤波器可以去除后向多径。滤波器的系数更新方法可以采样LMS、RLS等方法。所述滤波器的级数n为正整数，其根据实际信号及滤波需求而定。在本具体实施例中取n＝40。

当所述判决反馈均衡器接收到复位使能信号时，所述判决反馈均衡器进行复位操作，即前馈滤波的系数d1-d40、重叠结构寄存器及其系数f1-f10、反馈结构寄存器及其系数e1-e40、分数间隔寄存器及其系数c1-c20清零。这样操作是为了保证本帧不受以前数据的影响。所述判决反馈均衡器复位后重新开始进行信道跟踪的速度远远快于在原有信道信息的基础上进行跟踪。

请一并参考图3，主径位置检测模块102在一个信号帧中找到当前帧的起始位置。帧起始位置是一个相对值，它的参考对象是初始的主径位置。

所述的主径位置检测模块102先寻找信号帧的初始主径，以后每帧的操作都以这个初始主径位置作为相对参考位置。当前的主径相对位置是当前信号帧的主径位置与初始主径位置的相对偏移，提示的信息是当前主径相对于初始主径位置的变化。主径检测的流程具体流程是：输入的数据与本地的最大长度线性反馈移位序列(m序列)作滑动相关，找到最大的相关峰值位置作为初始主径位置。以后的每个信号帧都在初始主径位置的前后各n个符号范围内作滑动相关操作，再在2n个相关值之中在找到最大的相关峰值，然后在相关值中找到最靠前的且大于最大相关峰值四分之一相关值，它的位置即主径的起始位置，当前主径的起始位置与初始主径的相对位置即为当前帧主径相对位置。

请一并参考图4。该图揭示了滑动相关工作原理，系统中存有一个单载波标准约定的m序列401，它与输入数据402对应相乘，并把595个相乘值进行求和404，得到相关值405。根据m序列的性质，本地的m序列与被测量的经过传输路径延迟的m序列相关，当两个序列相位相同时可以得到相关峰。

主径跳变检测模块103将当前帧的主径位置与前一帧的主径位置相比较，检查两个主径位置是否一致。所述主径跳变检测模块103包括一第一比较器和一第二比较器。其工作原理如图5所示。主径跳变检测模块103主要是比较当前主径位置与上一帧的主径位置是否不同，并输出均衡复位使能信号与跳变指示信号。对于输入的当前主径相对位置，首先要判断它是否超过均衡器的级数范围，如果超过，则不进行比较，均衡复位使能信号无效；如果在均衡级数范围内，则与前一帧的主径位置相比较，如果前后两个主径位置不相同，主径跳变检测模块输出的均衡复位使能信号有效，使均衡器复位，并且输出跳变指示信号与当前主径位置给数据寄存器，提示数据寄存器从当前主径开始的位置并行送n个数据给均衡器的前馈滤波器。本具体实施例中取n＝40。

所述第一比较器判断当前主径与上一主径位置的相对位置是否超过均衡器的级数范围，所述第二比较器将当前主径位置与上一帧主径位置进行比较。第一比较器判断所述相对位置超过均衡器的级数范围，则第二比较器不工作且不发出使能信号；若不超过则第二比较器工作，前后两个主径位置不一致时，主径跳变模块向判决反馈均衡器发送使能信号使所述判决反馈均衡器复位。

请一并参阅图6。数据寄存器104寄存了当前信号帧开始一段数据与上一帧最后的一段数据，是为了在信号帧主径跳变时及时从主径开始的位置将一段数据同时灌入均衡器中的前馈滤波器。本具体实施例中，数据寄存器里寄存着以初始主径为起始的当前帧的前2n(n＝40)个符号601与上一帧的最后n个符号数据602。当跳变指示信号604到来时，数据寄存器从主径开始的位置605并行送n个数据给均衡器的前馈滤波器603，自适应均衡器开始重新工作。

数据寄存器104是不可缺少的。当系统检测了主径以后，数据已经传输了一段时间。在主径跳变时，系统复位，但仍需要处理这段已经传输过的数据，所以需要将数据寄存起来，在系统检测主径变化后再将数据输入判决反馈均衡器进行处理。

请一并参阅图7。信噪比计算模块105计算一帧的帧头数据的信噪比与帧体数据的信噪比，用于对信号变化的观测。在信道没有大的波动的情况下，帧体的信噪比会高于帧头的信噪比，如果帧体的信噪比低于帧头的信噪比，则说明信道正在发生变化，需要及时调整均衡。信噪比的计算可以转化为求误差值，误差值越大则信噪比小，误差值越小则信噪比越高。所述的求误差值即为求帧头误差与帧体误差。

所述信噪比计算模块包括一减法器701、一平方器702、一累加器703以及一平均器704，所述帧头数据与均衡结果通过减法器求差后依次经过平方器、累加器以及平均器后得到所述帧头误差，所述均衡结果与判决后数据求差后依次经过平方器、累加器以及平均器后得到所述帧体误差。以求帧头误差为例，均衡的结果与已知的帧头数据作差，再将这个差值求平方，平方后的数据进行累加，比如采用帧头512个数据累加，得到一个误差累加和，然后将这个累加和进行平均，得到每个帧头符号均衡后的平均误差。如果帧头误差比帧体误差小，则均衡复位使能有效；否则，均衡复位使能无效。

从上述可知，通过主径位置的跳变与帧头、帧体误差的变化来跟踪信道的变化，并且及时将所述判决均衡器复位，减小了过时的信道信息对自适应均衡的影响，使系统可以很好的处理信道的变化，实现了很好的抗多普勒效应的性能。

本发明动态信道均衡方法主要工作流程如下：

检测判断步骤：利用主径位置检测模块102、主径跳变检测模块103、数据寄存器104和信噪比计算模块105检测信道的变化并根据检测结果决定是否向所述判决反馈均衡器101发送使能信号，当信道变化时，向所述判决反馈均衡器发送使能信号。所述检测判断方法一为检测信号帧的当前帧的起始位置，将当前帧的主径位置与前一帧的主径位置进行比较，检测两个主径位置是否一致，当两个主径位置不一致时向所述判决反馈均衡器发送使能信号。在向所述判决反馈均衡器发送使能信号的同时向所述数据寄存器发送跳变信号，所述数据寄存器寄存了当前信号帧开始一段数据与上一帧最后的一段数据，并根据所述的跳变信号及时将其中寄存在数据寄存器中的当前信号帧开始一段数据与上一帧最后的一段数据送入所述判决反馈均衡器。

另一检测判断方法为计算信号帧的帧头数据与帧体数据的信噪比，当帧体的信噪比低于帧头的信噪比时，向所述判决反馈均衡器发送使能信号使所述判决反馈均衡器复位。所述的信噪比是通过计算帧头误差值与帧体误差值来实现的，误差值越大则信噪比越小。

上述两方法同时使用，其中，检测信噪比主要用于对信道变化的预测，在信道即将有大的变化之前提示系统信道即将变化，使系统做出复位操作，以使均衡器更快的跟踪上信道的变化；检测主径位置方法主要是用于指示系统信道已经变化，使系统做出复位操作。

复位步骤：所述判决反馈均衡器1接收由所述检测判断装置发送的使能信号后复位，由于使能信号在信道变化时发出，复位后清除了所述判决反馈均衡器对信道变化前的记忆，从而使均衡器能快速跟踪新的信道特性，有效达到抗多普勒频移的目的。

该方法中各步的细节工作原理已经在前面介绍动态信道均衡器中作了详细描述，故在此不再重复。

以上公开内容仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种动态信道均衡器，其特征在于包括：一判决反馈均衡器、一主径位置检测模块、一主径跳变检测模块、一数据寄存器以及一信噪比计算模块；

所述的主径位置检测模块用于检测信号帧的当前帧的起始位置；

所述的主径跳变检测模块用于将当前帧的主径位置与前一帧的主径位置进行比较，检测两个主径位置是否一致，当两个主径位置不一致时向所述判决反馈均衡器发送使能信号使所述判决反馈均衡器复位，同时向所述数据寄存器发送跳变信号；

所述的数据寄存器用于寄存当前信号帧开始一段数据与上一帧最后的一段数据，并根据所述主径跳变检测模块的跳变信号及时将其中寄存的数据送入所述反馈均衡器；

所述的信噪比计算模块用于计算信号帧的帧头数据与帧体数据的信噪比，当帧体的信噪比低于帧头的信噪比时，所述信噪比计算模块向所述判决反馈均衡器发送使能信号使所述判决反馈均衡器复位，复位后，判决反馈均衡器将均衡数据反馈给信噪比较计算模块。

2.如权利要求1所述的动态信道均衡器，其特征在于：所述主径位置检测模块将输入数据与本地的最大长度线性反馈移位序列做滑动相关，找到最大的相关峰值作为初始主径位置，以后每个信号帧都在初始主径位置的前后各n个信号范围内作滑动相关，再在2n个相关值之中找到最大的相关峰值，然后在相关值中找到最靠前的且大于最大相关峰值四分之一相关值，该相关值对应的位置即当前主径的起始位置；所述滑动相关通过将一单载波标准约定序列与输入数据对应相乘，并将相乘值求和得到相关值，本地的m序列与被测量的经过传输路径延迟的m序列相关，当两个序列相位相同时得到相关峰值。

3.如权利要求1所述的动态信道均衡器，其特征在于：所述主径跳变检测模块包括第一比较器和第二比较器，第一比较器判断当前主径与上一主径位置的相对位置是否超过均衡器的级数范围，第二比较器将当前主径位置与上一帧主径位置进行比较，当第一比较器判断所述相对位置超过均衡器的级数范围时，第二比较器不工作且不发出使能信号；当第一比较器判断所述相对位置不超过均衡器的级数范围时，第二比较器工作，前后两个主径位置不一致时，主径跳变模块向判决反馈均衡器发送使能信号使所述判决反馈均衡器复位。

4.如权利要求1所述的动态信道均衡器，其特征在于：所述信噪比计算模块通过计算帧头误差值与帧体误差值来计算所述帧头数据与帧体数据的信噪比，误差值越大则信噪比越小。

5.如权利要求4所述的动态信道均衡器，其特征在于：所述信噪比计算模块包括一减法器、一平方器、一累加器以及一平均器，所述帧头数据与均衡结果通过减法器求差后依次经过平方器、累加器以及平均器后得到所述帧头误差值，所述均衡结果与判决后数据通过减法器求差后依次经过平方器、累加器以及平均器后得到所述帧体误差。

6.一种动态信道均衡方法，其特征在于包括下列步骤：

a、通过主径位置检测模块检测信号帧的当前帧的起始位置；

b、通过主径跳变检测模块将当前帧的主径位置与前一帧的主径位置进行比较，检测两个主径位置是否一致，当两个主径位置不一致时向所述判决反馈均衡器发送使能信号使所述判决反馈均衡器复位，同时向所述数据寄存器发送跳变信号；

c、通过数据寄存器寄存当前信号帧开始一段数据与上一帧最后的一段数据，并根据所述主径跳变检测模块的跳变信号及时将其中寄存的数据送入所述反馈均衡器；

d、通过信噪比计算模块计算信号帧的帧头数据与帧体数据的信噪比，当帧体的信噪比低于帧头的信噪比时，所述信噪比计算模块向所述判决反馈均衡器发送使能信号使所述判决反馈均衡器复位，复位后，判决反馈均衡器将均衡数据反馈给信噪比较计算模块。

7.如权利要求6所述的动态信道均衡方法，其特征在于：检测信号帧的起始位置的方法为：将输入数据与本地的最大长度线性反馈移位序列做滑动相关，找到最大的相关峰值作为初始主径位置，以后每个信号帧都在初始主径位置的前后各n个信号范围内作滑动相关，再在2n个相关值之中找到最大的相关峰值，然后在相关值中找到最靠前的且大于最大相关峰值四分之一相关值，该相关值对应的位置即当前主径的起始位置；所述滑动相关通过将一单载波标准约定序列与输入数据对应相乘，并将相乘值求和得到相关值，本地的m序列与被测量的经过传输路径延迟的m序列相关，当两个序列相位相同时得到相关峰值。

8.如权利要求6所述的动态信道均衡方法，其特征在于：所述检测判断步骤中的所述的信噪比是通过计算帧头误差值与帧体误差值来实现的，误差值越大则信噪比越小。

9.如权利要求8所述的动态信道均衡方法，其特征在于：所述帧头误差值是通过帧头数据与均衡结果通过求差后依次经过平方、累加以及平均后得到，所述帧体误差值是通过所述均衡结果与判决后数据求差后依次经过平方、累加以及平均后得到。

Images