CN102510365A

CN102510365A - 一种基于压缩编码的频域均衡装置及方法

Info

Publication number: CN102510365A
Application number: CN2011103750383A
Authority: CN
Inventors: 吴凯; 管武; 梁利平
Original assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Current assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Priority date: 2011-11-23
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2012-06-20

Abstract

本发明涉及数字通信均衡技术领域，公开了一种基于压缩编码的频域均衡装置及方法，该装置包括除法转换单元、除数限幅及压缩编码单元、除数查表求倒数单元和倒数相乘均衡单元，除法转换单元将复数除法转换为实数除法；除数限幅及压缩编码单元根据选择的压缩编码方式对除数进行限幅，将限幅后的数据压缩编码得到码字；除数查表求倒数单元采用接收自除数限幅及压缩编码单元的码字作为索引进行查表，得到左移了N位的除数的倒数；倒数相乘均衡单元将接收自除法转换单元的被除数与接收自除数查表求倒数单元的倒数进行相乘，然后右移N位，得到均衡后的数据并输出。本发明可以利用简单的乘法和压缩的查表方法，快速的实现各种通信系统的均衡。

Description

一种基于压缩编码的频域均衡装置及方法

技术领域

本发明涉及数字通信均衡技术领域，特别涉及一种基于压缩编码的频域均衡装置及方法。

背景技术

随着通信技术的不断进步，信息传输速率的不断提高，对数字通信系统的要求也越来越高。其中，均衡技术是一个瓶颈，特别是在无线通信系统中。传统的均衡器是时域均衡器，随着无线传输速率的越来越高，时域均衡器的复杂度越来越高。为了兼容单载波和多载波，也为了降低系统的复杂度，提高系统性能，出现了采用频域均衡的方法。

现有采用频域均衡的数字通信接收机接收数据的流程一般如下：

步骤1：接收机将接收到的数据进行一系列预处理，得到时域数据y(n)，然后对y(n)进行FFT变换，得到频域数据Y(k)。

步骤2：接收机进行信道估计，得到信道的时域冲击响应

然后对

进行FFT变换，得到信道在频域的估计的响应

步骤3：进行频域均衡。

步骤4：均衡后的其他处理。

其中，频域均衡的原理如公式(1)所示：

\hat{X} (k) = \frac{Y (k)}{\hat{H} (k)} = \frac{H (k) \times X (k) + W (k)}{\hat{H} (k)} = \frac{H (k)}{\hat{H} (k)} * X (k) + \frac{W (k)}{\hat{H} (k)} . . . . . . (1)

公式(1)中，Y(k)和

分别是接收机在上述步骤1和步骤2所得到的频域数据，都是复数。H(k)是信道的实际的频域响应，W(k)是频域的噪声。忽略W(k)，并认为估计的信道的频域响应与实际的信道频域响应很接近，即

那么，可以得到

即接收机已经正确的恢复了发射机所发送的信息。所以，频域均衡可以理解为一个复数除法：

从上面的叙述可以看出，实现频域均衡的难点就在于在短时间内快速实现大量的复数除法。复数除法很难直接实现。复数除法用硬件实现，需要耗费大量的芯片面积；用软件实现，需要耗费大量的运算时间；使用传统的查表方法，需要占用大量的存储空间。这都提高了系统的成本，降低了系统的性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了克服现有技术的不足，本发明的主要目的在于提出一种占用存储空间少，运行速度快，成本低的基于压缩编码的频域均衡方法及装置。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于压缩编码的频域均衡装置，该装置包括除法转换单元、除数限幅及压缩编码单元、除数查表求倒数单元和倒数相乘均衡单元，其中：除法转换单元，用于将复数除法转换为实数除法，并将被除数输出给倒数相乘均衡单元，将除数输出给除数限幅及压缩编码单元；除数限幅及压缩编码单元，用于根据选择的压缩编码方式对除数进行限幅，将限幅后的数据压缩编码得到码字，并将该码字输出给除数查表求倒数单元；除数查表求倒数单元，用于采用接收自除数限幅及压缩编码单元的码字作为索引进行查表，得到左移了N位的除数的倒数，并将该倒数输出给倒数相乘均衡单元；倒数相乘均衡单元，用于将接收自除法转换单元的被除数与接收自除数查表求倒数单元的倒数进行相乘，然后右移N位，得到均衡后的数据并输出。

优选地，所述除数限幅及压缩编码单元根据选择的压缩编码方式对除数进行限幅，其选择的压缩编码方式为PCM的A-Law或μ-Law。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种基于压缩编码的频域均衡方法，该方法包括：除法转换单元将复数除法转换为实数除法，并将被除数输出给倒数相乘均衡单元，将除数输出给除数限幅及压缩编码单元；除数限幅及压缩编码单元根据选择的压缩编码方式对除数进行限幅，将限幅后的数据压缩编码得到码字，并将该码字输出给除数查表求倒数单元；除数查表求倒数单元采用接收自除数限幅及压缩编码单元的码字作为索引进行查表，得到左移了N位的除数的倒数，并将该倒数输出给倒数相乘均衡单元；以及倒数相乘均衡单元将接收自除法转换单元的被除数与接收自除数查表求倒数单元的倒数进行相乘，然后右移N位，得到均衡后的数据并输出。

优选地，所述除数限幅及压缩编码单元根据选择的压缩编码方式对除数进行限幅的步骤中，其选择的压缩编码方式为PCM的A-Law压缩方式或PCM的μ-Law压缩方式。

优选地，所述压缩编码方式为PCM的A-Law压缩方式，该方法具体包括：将Y(k)与

的共轭相乘，得到

记为r1，为复数；将

与

的共轭相乘，得到

记为r2，为正的实数；将r2限幅为12位的有符号数，记为r3；将r3进行PCM的A-Law编码，取编码后的低7位作为一个数，记为r4；将r4作为索引，从表格中取到相应的数据，取得此数记为r5，为实数；以及将实数r5与复数r1相乘，结果右移15位，得到均衡后的数据

优选地，所述压缩编码方式为PCM的μ-Law压缩方式，该方法具体包括：将Y(k)与的共轭相乘，得到

记为r1，为复数；将与

的共轭相乘，得到

记为r2，为正的实数；将r2限幅为13位的有符号数，记为r3；将r3进行PCM的μ-Law编码，取编码后的低7位作为一个数，记为r4；将r4作为索引，从表格中取到相应的数据，取得此数记为r5，为实数；以及将实数r5与复数r1相乘，结果右移15位，得到均衡后的数据

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的基于压缩编码的频域均衡方法及装置，是一种在查表前先进行数据压缩编码，然后使用压缩编码后的码字作为索引进行查表的方法，可以在只占用很少量存储空间的情况下，获得很好的性能，可以满足通信系统对于频域均衡的精度的要求。

2、本发明提供的基于压缩编码的频域均衡方法及装置，使用了查表的方法，较直接实现除法，可以节省大量的硬件资源和软件计算资源。

3、本发明提供的基于压缩编码的频域均衡方法及装置，使用将除数压缩编码后进行查表的方法，表格可以做的很小，较普通的查表而言，节省了很多的存储空间；同时，除数的范围可以做的很大，提高了计算的精度。

附图说明

图1是依照本发明实施例基于压缩编码的频域均衡装置的结构示意图；

图2是依照本发明实施例采用PCM的A-Law压缩编码的频域均衡方法的流程图；

图3依照本发明实施例采用PCM的μt-Law压缩编码的频域均衡方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明的基本思路是，将复数除法转换为一个新的复数除以一个实数，对实数分母进行限幅并压缩编码，以压缩编码为索引进行查表，将新的复数与查表查得的分母的倒数相乘，就得到均衡后的数据，

本发明使用的数据压缩编码方法是已经得到了广泛应用的PCMA-Law和μ-Law。A-Law和μ-Law压缩编码是国际电报电话协会(Consultative Committee for International Telegraph and Telephone，CCITT)最早推出的G.711语音压缩解压编码的一种格式的主要内容。在硬件电路或者是软件实现的时候，A-Law和μ-Law分别可以使用13折线法和15折线法近似实现。

图1是依照本发明实施例基于压缩编码的频域均衡装置的结构示意图，该装置包括：除法转换单元、除数限幅及压缩编码单元、除数查表求倒数单元和倒数相乘均衡单元。下面对上述各单元分别进行详细描述。

除法转换单元，该单元用于将复数除法转换为实数除法，即将复数除法转换为复数

的实部和虚部分别除以同一个实数

然后将被除数

输出给倒数相乘均衡单元，将除数

输出给除数限幅及压缩编码单元。

对复数除法

进行如公式2所示的变化：

\frac{Y (k)}{\hat{H} (k)} = \frac{Y (k) \times {\hat{H}}^{*} (k)}{\hat{H} (k) \times {\hat{H}}^{*} (k)} = \frac{Y (k) \times {\hat{H}}^{*} (k)}{{| \hat{H} (k) |}^{2}} . . . . . . . . . . . . (2)

如公式2所示，复数除法

可以被转换为实数除法，即将复数除法

转换为复数的实部和虚部分别除以同一个实数

所以要计算复数除法，先要计算两个复数乘法：将得到的Y(k)与的共轭相乘，得

和将

与

的共轭相乘，得到

除数限幅及压缩编码单元，该单元用于根据选择的压缩编码方式(比如PCM的A-Law或者是μ-Law)，对除数

进行限幅，然后将限幅后的数据压缩编码得到码字，并将该码字输出给除数查表求倒数单元。

除数查表求倒数单元，该单元采用接收自除数限幅及压缩编码单元的码字作为索引进行查表，得到左移了N位的除数的倒数，即得到

并将得到的倒数输出给倒数相乘均衡单元。

倒数相乘均衡单元，该单元用于将接收自除法转换单元的被除数

与接收自除数查表求倒数单元的倒数进行相乘，然后右移N位，就得到均衡后的数据，并输出。

由上面可知，在进行均衡处理之前，接收机已经将接收到的时域信息进行FFT变换，将时域信息转换成频域信息Y(k)，而且由信道估计得到了信道的冲击响应，然后经由FFT运算转换到频域，得到了信道的频域响应

这里的Y(k)和

都是复数。得到了这两组数据之后，就可以进行频域均衡了。

需要注意的是，本发明提出的频域均衡方法既可以单独使用软件或硬件实现，也可以使用软硬件结合的方法实现。

实施例一：采用PCM A-Law压缩编码方式

本发明在这一个实施例中的表格大小总共有128个Half Word(即64个Word)，使用0-127作为索引，根据PCM压缩编码的性质，每一个码字对应着一个或多个数据。当一个码字对应一个数据时，如果该数据是1或者0，则存储32767；否则，如果该数据不是1或者0，则对该数据取倒数，将倒数左移15位，存入相应的表格里。当一个码字对应多个数据时，取这些数据的平均数的倒数，左移15位存入相应的表格里。

本发明采用PCM的A-Law压缩编码方式实现基于压缩编码的频域均衡方法如图2所示，其具体步骤如下：

步骤1：将得到的Y(k)与

的共轭相乘，即

结果记为r1，为复数。

步骤2：将与

的共轭相乘，即

结果记为r2，为正的实数。

步骤3：将r2限幅为12位的有符号数，记为r3。即如果r2＞2047，r3＝2047；否则，r3＝r2。因为r2必然为非负的数，所以，不需要负方向的限幅。

步骤4：将r3进行PCM A-Law编码。因为r3必为非负的整数，所以，所编的码的最高位必然为0，仅低7位有效。取低7位作为一个数，记为r4。则r4的范围是0-127。

步骤5：将r4作为索引，从表格中取到相应的数据，即取得

此数记为r5。

步骤6：将r5(实数)与r1(复数)相乘，结果右移15位，就得到

即为均衡后的数据。

实施例二：采用PCM的μ-Law压缩编码方式。

本发明在这一个实施例中的表格大小总共有128个Half Word(即64个Word)，使用0-127作为索引，根据PCM压缩编码的性质，每一个码字对应着一个或多个数据，当一个码字对应一个数据时，如果该数据是1或者0，则存储32767；否则，如果该数据不是1或者0，则对该数据取倒数，将倒数左移15位，存入相应的表格里。当一个码字对应多个数据时，取这些数据的平均数的倒数，左移15位存入相应的表格里。

采用PCM的μ-Law压缩编码方式实现基于压缩编码的频域均衡方法如图3所示，其具体步骤如下：

步骤1：将得到的Y(k)与的共轭相乘，即

结果记为r1，为复数。

步骤2：将

与的共轭相乘，即结果记为r2，为正的实数。

步骤3：将r2限幅为13位的有符号数，记为r3。即如果r2＞4079，r3＝4079；否则，r3＝r2。因为r2必然为非负的数，所以，不需要负方向的限幅。

步骤4：将r3进行PCM μ-Law编码。因为r3必为非负的整数，所以，所编的码的最高位必然为0，仅低7位有效。取低7位作为一个数，记为r4。则r4的范围是0-127。

步骤5：将r4作为索引，从表格中取到相应的数据，即取得此数记为r5。

步骤6：将r5(实数)与r1(复数)相乘，结果右移15位，就得到

即为均衡后的数据。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。