CN110784424A - 一种自适应传输链路智能联合均衡装置 - Google Patents

一种自适应传输链路智能联合均衡装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自适应传输链路智能联合均衡装置，属于自适应编码调制、传输链路均衡等技术领域。其包括解调模块、第一级智能均衡模块和第二级智能均衡模块，第一级智能均衡模块和第二级智能均衡模块均包括前馈滤波器和反馈滤波器，其中，解调模块用于对插有先验导频的高阶调制信号进行时钟和载波恢复，第一级智能均衡模块和第二级智能均衡模块分别自适应地更新本模块中前馈滤波器和反馈滤波器的抽头系数，最终，第二级智能均衡模块根据均衡后的抽头系数对解调模块输出的解调后数据帧进行滤波，得到滤波后的有效载荷部分数据。本发明可自适应调整滤波器的抽头系数，实现对数据的快速、有效均衡。

Description

一种自适应传输链路智能联合均衡装置
技术领域
本发明涉及自适应编码调制、传输链路均衡等技术领域，特别是指一种自适应传输链路智能联合均衡装置，适用于采用高阶调制方式、逐帧调制且采用自适应编码调制技术的传输链路。
背景技术
当通信链路中采用自适应编码调制技术时，链路的传输速率和采用的调制方式是根据链路需求随时变化的。目前，均衡器并不支持传输速率变化，具体来说，现有的均衡器的输入时钟是保持不变的，一旦输入信号速率变化，均衡器的固定时钟采到的输入信号与实际传输的信号不同，均衡器的存在将失去意义，并且直接导致系统无法正常工作。
因此，现有的均衡器针对高阶调制方式只能采用盲均衡算法，该方法收敛速度慢，均衡效果差，并且要求调制方式已知且保持不变。此外，不同的高阶调制方式，还需要采用不同的盲均衡算法。这样，当调制方式发生变化时，将会造成盲均衡器的误差计算错误，无法收敛，导致系统误码更严重，甚至影响系统的正常工作。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种自适应传输链路智能联合均衡装置，该装置能够智能选择均衡器的输入数据，自适应调整滤波器的抽头系数，实现对数据的快速、有效均衡。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种传输链路智能联合均衡装置，其包括解调模块、第一级智能均衡模块和第二级智能均衡模块，第一级智能均衡模块和第二级智能均衡模块均包括前馈滤波器和反馈滤波器；其中，
所述解调模块用于对插有先验导频的高阶调制信号进行时钟和载波恢复，解调出数据帧X(n)并获取数据帧X(n)的调制方式信息，所述数据帧X(n)包括交错的导频部分X1(n)和有效载荷部分X2(n)，导频部分X1(n)的长度为N；
所述第一级智能均衡模块通过如下方式自适应更新本模块中前馈滤波器和反馈滤波器的抽头系数fi1和di1：
(101)以先验导频的判决值
Figure BDA0002259265300000026
作为本模块反馈滤波器的输入数据；
(102)以解调模块输出数据帧X(n)的导频部分X1(n)作为本模块前馈滤波器的初始输入数据；当第二级智能均衡模块输出均衡后的抽头系数fi1+fi2和di1+di2后，前馈滤波器的输入数据从X1(n)和X″1(n)中进行选择，所述X″1(n)为根据抽头系数fi1+fi2和di1+di2对X1(n)进行滤波所得的滤波后数据，选择方式为：
比较两种信号X1(n)和X″1(n)与判决值之间的均方误差值和
Figure BDA0002259265300000022
将均方误差值较小的信号作为前馈滤波器的输入数据；
(103)通过自适应最小均方误差算法更新抽头系数fi1和di1，记录前馈滤波器与反馈滤波器输出之差与判决值之间的误差值；当误差值收敛并小于第一阈值时得到均衡后的抽头系数fi1和di1，将均衡后的抽头系数fi1和di1发送给第二级智能均衡模块；
所述第二级智能均衡模块通过如下方式自适应更新本模块中前馈滤波器和反馈滤波器的抽头系数fi1+fi2和di1+di2：
(201)以解调模块输出数据帧X(n)的有效载荷数据X2(n)作为本模块前馈滤波器的输入数据；
(202)以X′2(n)的判决值
Figure BDA0002259265300000024
作为本模块反馈滤波器的输入数据，所述X2′(n)为根据抽头系数fi1和di1对X2(n)进行滤波所得的滤波后数据，所述判决值为根据数据帧X(n)的调制方式信息对X′2(n)解映射后进行再映射所得的数值；
(203)以第一级智能均衡模块发来的fi1和di1作为第二级智能均衡模块抽头系数的初态，通过自适应最小均方误差算法更新抽头系数fi1+fi2和di1+di2，记录前馈滤波器与反馈滤波器输出之差与判决值
Figure BDA0002259265300000031
之间的误差值；当误差值收敛并小于第二阈值时得到均衡后的抽头系数fi1+fi2和di1+di2，将均衡后的抽头系数fi1+fi2和di1+di2发送给第一级智能均衡模块；
第二级智能均衡模块抽头系数的更新速度慢于第一级智能均衡模块；
第二级智能均衡模块根据均衡后的抽头系数fi1+fi2和di1+di2对X2(n)进行滤波，得到的滤波后数据X″2(n)即为智能联合均衡装置的输出数据。
进一步的，所述解调模块输出的数据帧X(n)依次经过第一级智能均衡模块和第二级智能均衡模块，第一级智能均衡模块工作在数据帧X(n)的导频部分，第二级智能均衡模块工作在数据帧X(n)的有效载荷部分。
进一步的，所述第一级智能均衡模块和第二级智能均衡模块中前馈滤波器抽头系数的更新方式为：
f′＝f+μ*e(n)*X，
所述第一级智能均衡模块和第二级智能均衡模块中反馈滤波器抽头系数的更新方式为：
d′＝d+μ*e(n)*S，
式中，f′和f分别为更新后和更新前的前馈滤波器抽头系数,d′和d分别为更新后和更新前的反馈滤波器抽头系数，μ为误差更新步进，X为前馈滤波器的输入数据，S为反馈滤波器的输入数据，e(n)＝S-(f*X-d*S)为误差值。
本发明与背景技术相比，具有如下优点：
(1)本发明对导频部分进行有先验信息的第一级智能判决反馈均衡，实现均衡的快速收敛，在有效载荷部分沿用导频部分的抽头系数，主要实现信道特性的捕获和误差收敛。
(2)本发明根据已知的本帧的调制方式先解映射再映射得到有效载荷数据的判决值，并将该值作为第二级智能反馈均衡器的反馈滤波器的输入数据，完成第二级均衡，对信道特性进行跟踪。
(3)本发明中的两级均衡器智能交替更新抽头系数，在导频部分X1(n)，第一级均衡器更新抽头系数，智能选择第一级均衡器的前馈滤波器的输入数据；在有效载荷部分X2(n)，第一级均衡器保持最后一位导频数据更新的抽头系数，第二级均衡器更新抽头系数。
总之，本发明中的导频部分X1(n)和有效载荷部分X2(n)分步进行均衡，导频部分X1(n)以第一级均衡为主，有效载荷部分X2(n)以第二级均衡为辅，两级均衡器同时工作，充分消除了有效载荷部分的码间干扰，提高了系统传输性能。
附图说明
图1是本发明实施例中数据帧X(n)的帧结构示意图。
图2是本发明实施例中第一级智能均衡器的工作原理示意图。
图3是本发明实施例中第二级智能均衡器的工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
一种传输链路智能联合均衡装置，其包括解调模块、第一级智能均衡模块和第二级智能均衡模块，第一级智能均衡模块和第二级智能均衡模块均包括前馈滤波器和反馈滤波器；其中，
解调模块用于对插有先验导频的高阶调制信号进行时钟和载波恢复，解调出数据帧X(n)并获取数据帧X(n)的调制方式信息；数据帧X(n)的帧结构如图1所示，包括交错的导频部分X1(n)和有效载荷部分X2(n)，导频部分X1(n)的长度为N；
如图2所示，第一级智能均衡模块通过如下方式自适应更新本模块中前馈滤波器和反馈滤波器的抽头系数fi1和di1：
(101)以先验导频的判决值
Figure BDA0002259265300000041
作为本模块反馈滤波器的输入数据；
(102)以解调模块输出数据帧X(n)的导频部分X1(n)作为本模块前馈滤波器的初始输入数据；当第二级智能均衡模块输出均衡后的抽头系数fi1+fi2和di1+di2后，前馈滤波器的输入数据从X1(n)和X″1(n)中进行选择，所述X″1(n)为根据抽头系数fi1+fi2和di1+di2对X1(n)进行滤波所得的滤波后数据，选择方式为：
比较两种信号X1(n)和X″1(n)与判决值
Figure BDA0002259265300000051
之间的均方误差值
Figure BDA0002259265300000052
和
Figure BDA0002259265300000053
将均方误差值较小的信号作为前馈滤波器的输入数据；
(103)通过自适应最小均方误差算法更新抽头系数fi1和di1，记录前馈滤波器与反馈滤波器输出之差与判决值之间的误差值；当误差值收敛并小于第一阈值时得到均衡后的抽头系数fi1和di1，将均衡后的抽头系数fi1和di1发送给第二级智能均衡模块；
如图3所示，第二级智能均衡模块通过如下方式自适应更新本模块中前馈滤波器和反馈滤波器的抽头系数fi1+fi2和di1+di2：
(201)以解调模块输出数据帧X(n)的有效载荷数据X2(n)作为本模块前馈滤波器的输入数据；
(202)以X′2(n)的判决值作为本模块反馈滤波器的输入数据，所述X2′(n)为根据抽头系数fi1和di1对X2(n)进行滤波所得的滤波后数据，所述判决值
Figure BDA0002259265300000057
为根据数据帧X(n)的调制方式信息对X′2(n)解映射后进行再映射所得的数值；
(203)以第一级智能均衡模块发来的fi1和di1作为第二级智能均衡模块抽头系数的初态，通过自适应最小均方误差算法更新抽头系数fi1+fi2和di1+di2，记录前馈滤波器与反馈滤波器输出之差与判决值
Figure BDA0002259265300000056
之间的误差值；当误差值收敛并小于第二阈值时得到均衡后的抽头系数fi1+fi2和di1+di2，将均衡后的抽头系数fi1+fi2和di1+di2发送给第一级智能均衡模块；
第二级智能均衡模块抽头系数的更新速度慢于第一级智能均衡模块；
第二级智能均衡模块根据均衡后的抽头系数fi1+fi2和di1+di2对X2(n)进行滤波，得到的滤波后数据X″2(n)即为智能联合均衡装置的输出数据。
进一步的，所述解调模块输出的数据帧X(n)依次经过第一级智能均衡模块和第二级智能均衡模块，第一级智能均衡模块工作在数据帧X(n)的导频部分，第二级智能均衡模块工作在数据帧X(n)的有效载荷部分。
进一步的，所述第一级智能均衡模块和第二级智能均衡模块中前馈滤波器抽头系数的更新方式为：
f′＝f+μ*e(n)*X，
所述第一级智能均衡模块和第二级智能均衡模块中反馈滤波器抽头系数的更新方式为：
d′＝d+μ*e(n)*S，
式中，f′和f分别为更新后和更新前的前馈滤波器抽头系数,d′和d分别为更新后和更新前的反馈滤波器抽头系数，μ为误差更新步进，X为前馈滤波器的输入数据，S为反馈滤波器的输入数据，e(n)＝S-(f*X-d*S)为误差值。
上述装置中，第一级均衡定位为主要均衡器，它的输入是先验导频，均衡效果较好，快速确定信道特性，第二级均衡无先验导频，但是数据长度长，在第一级均衡工作基础上，小步进调整均衡器抽头，即μ值较小，因此第二级均衡器抽头系数变化小，第二级均衡器的输出和输入信号变化小。
本发明充分利用自适应传输链路的传输特点，采用已有的导频部分进行有先验信息的第一级判决反馈均衡，该均衡器在导频部分计算误差，调整前馈滤波器和反馈滤波器的抽头系数，在有效载荷部分不计算误差，维持原有的抽头系数；在有效载荷部分采用信令解析得到的调制方式进行调制方式自适应的第二级判决反馈均衡，即对载荷部分数据进行对应调制方式的解映射及映射，得到载荷部分数据的判决值，进行误差计算，完成第二级智能反馈均衡，两级均衡器交替工作，完成自适应传输链路的智能联合均衡，提高系统传输性能。
采用上述装置的传输链路智能联合均衡过程如下：
(1)首先将完成时钟和载波恢复，即解调后的数据帧X(n)送入第一级智能均衡器；
在将数据帧送入第一级均衡器工作之前，需要将数据帧的速率进行统一，使两级均衡器的工作时钟不会发生变化。如图1，第一级均衡器只在导频部分X1(n)更新抽头系数，需要标注导频部分X1(n)的位置。
(2)第一级智能均衡器分前馈滤波器和反馈滤波器两部分。前馈滤波器的输入数据智能选取解调输出的X(n)的导频数据X1(n)，而反馈滤波器的输入数据是先验导频的判决值
Figure BDA0002259265300000071
(3)第一级智能均衡器仅在接收到的导频部分调整前馈和反馈滤波器的抽头系数，而在有效载荷部分抽头系数停止更新，但前馈和反馈滤波器仍在工作，直到下一个导频部分出现再次更新抽头系数。
执行过程中，第一级均衡器调整步进较大，收敛速度较快，保证在导频部分X1(n)完成收敛。第一级均衡器在有效载荷部分X2(n)抽头系数不再更新，抽头系数保持最后一个导频数据X1(n)更新的抽头系数。在图1中有效载荷部分X2(n)结束后的下一个导频部分，重新更新抽头系数，根据误差值的大小，调整步进大小，再次完成收敛。
(4)第一级智能均衡器在有效载荷X2(n)部分工作时，同时启动第二级可识别调制方式的智能判决反馈均衡。第二级智能均衡器的前馈滤波器的输入数据是X(n)的有效载荷数据X2(n)，而反馈滤波器的输入数据是有效载荷数据的判决值
(5)第二级智能均衡器跟踪有效载荷部分X2(n)的误差变化，辅助第一级智能均衡器的工作。经过两级均衡器的有效载荷数据X″2(n)经解映射作为智能联合均衡器的最终输出信号(导频数据X1(n)在智能联合均衡器工作中仅作为辅助数据，不作为智能联合均衡器的最终输出信号)。
在有效载荷部分X2(n)两级均衡器的抽头系数叠加在一起工作，第一级均衡器为主均衡器，完成大误差的粗调整；第二级均衡器为辅均衡器，跟踪误差变化，对误差变化进行细微调整，共同完成对有效载荷部分X″2(n)的高效均衡。
解调后数据帧X(n)的传输速率是变化的，因此两级均衡器的工作方式是突发的。当数据帧X(n)的传输速率发生变化时，两级均衡器中断原来的工作，根据新的传输速率重新进入初始工作阶段，实时适应传输速率的变化。
总之，本发明在数据帧的导频部分进行有先验信息的第一级智能判决反馈均衡，并在导频部分完成信道特性捕获和误差收敛；同时，在有效载荷部分采用第二级智能判决反馈均衡辅助完成信道特性跟踪，消除码间干扰，两级均衡器在导频和有效载荷部分交替发挥作用，能够提高系统信号的传输质量和效率。
本发明采用自适应传输帧的导频部分进行有先验信息的第一级智能判决反馈均衡，并在导频部分完成信道特性捕获和误差收敛；在有效载荷部分采用调制方式自适应的第二级智能判决反馈均衡辅助完成信道特性跟踪，消除码间干扰，两级均衡器在导频和有效载荷部分交替发挥作用，提高系统信号的传输质量和效率，特别适用于采用高阶调制方式、逐帧调制且采用自适应编码调制技术的传输链路中。

Claims (3)

1.一种自适应传输链路智能联合均衡装置，其特征在于，包括解调模块、第一级智能均衡模块和第二级智能均衡模块，第一级智能均衡模块和第二级智能均衡模块均包括前馈滤波器和反馈滤波器；其中，
所述解调模块用于对插有先验导频的高阶调制信号进行时钟和载波恢复，解调出数据帧X(n)并获取数据帧X(n)的调制方式信息，所述数据帧X(n)包括交错的导频部分X1(n)和有效载荷部分X2(n)，导频部分X1(n)的长度为N；
所述第一级智能均衡模块通过如下方式自适应更新本模块中前馈滤波器和反馈滤波器的抽头系数fi1和di1：
(101)以先验导频的判决值
Figure FDA0002259265290000011
作为本模块反馈滤波器的输入数据；
(102)以解调模块输出数据帧X(n)的导频部分X1(n)作为本模块前馈滤波器的初始输入数据；当第二级智能均衡模块输出均衡后的抽头系数fi1+fi2和di1+di2后，前馈滤波器的输入数据从X1(n)和X″1(n)中进行选择，所述X″1(n)为根据抽头系数fi1+fi2和di1+di2对X1(n)进行滤波所得的滤波后数据，选择方式为：
比较两种信号X1(n)和X″1(n)与判决值
Figure FDA0002259265290000012
之间的均方误差值和
Figure FDA0002259265290000014
将均方误差值较小的信号作为前馈滤波器的输入数据；
(103)通过自适应最小均方误差算法更新抽头系数fi1和di1，记录前馈滤波器与反馈滤波器输出之差与判决值
Figure FDA0002259265290000015
之间的误差值；当误差值收敛并小于第一阈值时得到均衡后的抽头系数fi1和di1，将均衡后的抽头系数fi1和di1发送给第二级智能均衡模块；
所述第二级智能均衡模块通过如下方式自适应更新本模块中前馈滤波器和反馈滤波器的抽头系数fi1+fi2和di1+di2：
(201)以解调模块输出数据帧X(n)的有效载荷数据X2(n)作为本模块前馈滤波器的输入数据；
(202)以X2′(n)的判决值
Figure FDA0002259265290000021
作为本模块反馈滤波器的输入数据，所述X2′(n)为根据抽头系数fi1和di1对X2(n)进行滤波所得的滤波后数据，所述判决值为根据数据帧X(n)的调制方式信息对X′2(n)解映射后进行再映射所得的数值；
(203)以第一级智能均衡模块发来的fi1和di1作为第二级智能均衡模块抽头系数的初态，通过自适应最小均方误差算法更新抽头系数fi1+fi2和di1+di2，记录前馈滤波器与反馈滤波器输出之差与判决值之间的误差值；当误差值收敛并小于第二阈值时得到均衡后的抽头系数fi1+fi2和di1+di2，将均衡后的抽头系数fi1+fi2和di1+di2发送给第一级智能均衡模块；
第二级智能均衡模块抽头系数的更新速度慢于第一级智能均衡模块；
第二级智能均衡模块根据均衡后的抽头系数fi1+fi2和di1+di2对X2(n)进行滤波，得到的滤波后数据X2″(n)即为智能联合均衡装置的输出数据。
2.根据权利要求1所述的自适应传输链路智能联合均衡装置，其特征在于，所述解调模块输出的数据帧X(n)依次经过第一级智能均衡模块和第二级智能均衡模块，第一级智能均衡模块工作在数据帧X(n)的导频部分，第二级智能均衡模块工作在数据帧X(n)的有效载荷部分。
3.根据权利要求1所述的自适应传输链路智能联合均衡装置，其特征在于，所述第一级智能均衡模块和第二级智能均衡模块中前馈滤波器抽头系数的更新方式为：
f′＝f+μ*e(n)*X，
所述第一级智能均衡模块和第二级智能均衡模块中反馈滤波器抽头系数的更新方式为：
d′＝d+μ*e(n)*S，
式中，f′和f分别为更新后和更新前的前馈滤波器抽头系数,d′和d分别为更新后和更新前的反馈滤波器抽头系数，μ为误差更新步进，X为前馈滤波器的输入数据，S为反馈滤波器的输入数据，e(n)＝S-(f*X-d*S)为误差值。
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