CN116506263B - 加速收敛的时域自适应均衡系统及方法 - Google Patents

加速收敛的时域自适应均衡系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种加速收敛的时域自适应均衡系统,包括自适应均衡器、信道估计器、训练序列信号发生器、选择器及模式控制单元,所述信道估计器用于估算传输信道的冲击响应,所述训练序列信号发生器用于产生连续的伪随机序列,并与估算出的信道冲击响应进行卷积运算,从而产生无限循环的训练序列输出给选择器,所述模式控制单元用于通过控制选择器来对自适应均衡器的输入数据进行选择。本发明还提供了一种加速收敛的时域自适应均衡方法。上述系统及方法可加快自适应均衡器的收敛速度。

Description

加速收敛的时域自适应均衡系统及方法
技术领域
本发明属于无线信号传输技术,具体涉及一种加速收敛的时域自适应均衡系统。
背景技术
自适应均衡器是单载波数字通信接收机中重要的功能模块,用于消除由于无线传输信道中多径效应引发的符号间干扰(I SI:I nter-Symbol I nterference)。为了使自适应均衡器能够在较强的多径干扰环境下迅速收敛,并且能够及时跟踪时变信道的变化,通常需要在发送信号中周期性地插入已知的符号特征序列,一般会由低阶调制方式发送,比如QPSK或者2-VSB。北美数字电视广播标准ATSC、中国地面数字电视广播标准以及数字移动通信系统GSM、3G、EDGE等系统中都采用了特征序列用于训练。
在数字通信系统中,相比较于自适应均衡器的系数更新算法采用的盲均衡方式和直接判决方式,采用已知特征序列的数据辅助方式来更新均衡器的系数是性能最好的方式,但特征序列会占用有效传输数据的资源,因此考虑到信道频谱资源利用率,通常特征序列在整个发送数据中占比不会太高,如何充分利用特征序列的作用是均衡器设计的关键要素,如果仅仅将特征序列作为已知训练序列用于自适应均衡器抽头系数的更新,收敛过程将比较久。
发明内容
针对上述现有技术的不足,本发明所要解决的技术问题是:提供一种可加速收敛的时域自适应均衡系统。
本发明提供一种加速收敛的时域自适应均衡系统,包括自适应均衡器、信道估计器、训练序列信号发生器、选择器及模式控制单元,均衡输入信号输入信道估计器的第一端及选择器的第一输入端,所述信道估计器的第二端与训练序列信号发生器的第一端相连,所述训练序列信号发生器的第二端与选择器的第二输入端相连,所述选择器的输出端与自适应均衡器的第一端相连,所述自适应均衡器的输出端用于均衡输出信号,还与模式控制单元的第一端相连,所述模式控制单元的第二端与选择器的控制端及自适应均衡器的第二端相连,所述模式控制单元的第三端与训练序列信号发生器的第三端相连,所述模式控制单元的第四端与信道估计器的第三端相连;
所述信道估计器用于估算传输信道的冲击响应,所述训练序列信号发生器用于产生连续的伪随机序列,并与估算出的信道冲击响应进行卷积运算,从而产生无限循环的训练序列输出给选择器,所述模式控制单元用于通过控制选择器来对自适应均衡器的输入数据进行选择。
其中,所述模式控制单元包括训练模式及正常工作模式,在训练模式下,所述自适应均衡器的输入数据为本地产生的训练序列,在正常工作模式下,所述自适应均衡器的输入数据为均衡输入信号。
其中,所述自适应均衡器采用判决反馈结果。
其中,所述自适应均衡器包括前馈均衡滤波器、加法器、反馈均衡滤波器、多模式判决器及误差计算器,所述前馈均衡滤波器的输入端作为自适应均衡器的第一端与选择器的输出端相连,所述前馈均衡滤波器的输出端与加法器的第一输入端相连,所述加法器的输出端与多模式判决器的输入端及误差计算器的第一输入端均相连,所述多模式判决器的输出端与反馈均衡滤波器的输入端及误差计算器的第二输入端均相连,所述反馈均衡滤波器的输出端与加法器的第二输入端相连,所述误差计算器的输出端作为整个自适应均衡器的第二端与模式控制单元的第二端相连,所述多模式判决器的输出端还作为整个自适应均衡器的输出端用于均衡输出信号;
所述前馈均衡滤波器用于消除从选择器处接收到的信号中的前向多径,所述加法器用于将前馈均衡滤波器的输出与反馈均衡滤波器的输出进行相加,并将得到的结果输出至多模式判决器及误差计算器,所述反馈均衡滤波器用于消除从多模式判决器处接收到的信号中的后向多径,所述多模式判决器具有三种判决模式,第一种判决模式为用于对由加法器所输出的进行有效传输数据部分的高阶符号进行判决,第二种判决模式为用于对由加法器所输出的传输数据中的特征序列的低阶符号进行判决,第三种判决模式为用于对本地产生的训练序列进行直接判决,所述误差计算器用于对由多模式判决器的输出信号和由加法器输出的信号进行计算,以得到误差信号,该误差信号被传输至模式控制单元,用于均衡滤波器系数的自适应更新。
本发明还提供了一种加速收敛的时域自适应均衡方法,使用于加速收敛的时域自适应均衡系统,包括以下步骤:
完成对传输信道冲击响应的估计;
利用估算出的信道冲击响应,产生本地训练序列;
判断自适应均衡器是否处于收敛状态;
若处于未收敛状态,由于本地训练序列的低阶符号的特性,将加速自适应均衡器的收敛;以及
若判断自适应均衡器已经完成收敛,则切换自适应均衡器的输入数据,完成了收敛的自适应均衡器由此进入正常工作模式。
上述加速收敛的时域自适应均衡系统及方法通过信道估计器估算传输信道的冲击响应,并通过所述训练序列信号发生器进行卷积运算以产生无限循环的训练序列输出给选择器,再通过选择器进行两种模式的选择:在训练模式下,所述自适应均衡器的输入数据为本地产生的训练序列;在正常工作模式下,所述自适应均衡器的输入数据为均衡输入信号,在训练加速收敛完成后,切换到自适应均衡器的正常工作模式,从而加快了自适应均衡器的收敛速度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解,构成本申请的一部分,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
图1为本发明一种加速收敛的时域自适应均衡系统的较佳实施方式的示意图。
图2为图1中自适应均衡器的进一步示意图。
图3(a)为数字通信系统的数据流典型的帧结构示意图。
图3(b)为本地产生的PN训练序列的示意图。
图4为通过信道估计器的运算所估算出的传输信道的冲击响应示意图。
图5为本发明一种加速收敛的时域自适应均衡方法的较佳实施方式的示意图。
附图中各标号的含义为:
1-信道估计器、2-训练序列信号发生器、3-选择器、4-模式控制单元、5-自适应均衡器、50-前馈均衡滤波器、51-加法器、53-反馈均衡滤波器、55-多模式判决器、56-误差计算器。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示,本发明所述的一种加速收敛的时域自适应均衡系统的较佳实施方式包括信道估计器1、训练序列信号发生器2、选择器3、模式控制单元4及自适应均衡器5。为方便进行描述,图1中带有下划线的数字表示端口的顺序,如第一端、第二端等。均衡输入信号输入信道估计器1的第一端及选择器3的第一输入端,所述信道估计器1的第二端与训练序列信号发生器2的第一端相连,所述训练序列信号发生器2的第二端与选择器3的第二输入端相连。
所述选择器3的输出端与自适应均衡器5的第一端相连,所述自适应均衡器5的输出端用于均衡输出信号,还与模式控制单元4的第一端相连。所述模式控制单元4的第二端与选择器3的控制端及自适应均衡器5的第二端相连,所述模式控制单元4的第三端与训练序列信号发生器2的第三端相连。所述模式控制单元4的第四端与信道估计器1的第三端相连。
本发明中,所述信道估计器1用于估算传输信道的冲击响应,所述训练序列信号发生器2将产生连续的伪随机序列,并与估算出的信道冲击响应进行卷积运算,从而产生无限循环的训练序列输出给选择器3。所述模式控制单元4用于通过控制选择器3来对自适应均衡器5的输入数据进行选择,在训练模式下,所述自适应均衡器5的输入数据为本地产生的训练序列(即连通选择器3的第二输入端与输出端,将来自训练序列信号发生器2的训练序列传输给自适应均衡器5),在正常工作模式下,所述自适应均衡器5的输入数据为接收机经过解调后的传输数据(即连通选择器3的第一输入端与输出端,将均衡输入信号直接传输给自适应均衡器5),在训练加速收敛完成后,切换到自适应均衡器的正常工作模式。
请继续参考图2所示,本实施方式中,所述自适应均衡器5采用判决反馈结果,具体包括前馈均衡滤波器50、加法器51、反馈均衡滤波器53、多模式判决器55及误差计算器56。所述前馈均衡滤波器50的输入端作为自适应均衡器5的第一端与选择器3的输出端相连,所述前馈均衡滤波器50的输出端与加法器51的第一输入端相连,所述加法器51的输出端与多模式判决器55的输入端及误差计算器56的第一输入端均相连,所述多模式判决器55的输出端与反馈均衡滤波器53的输入端及误差计算器56的第二输入端均相连,所述反馈均衡滤波器53的输出端与加法器51的第二输入端相连,所述误差计算器56的输出端作为整个自适应均衡器5的第二端与模式控制单元4的第二端相连。所述多模式判决器55的输出端还作为整个自适应均衡器5的输出端用于均衡输出信号。
所述前馈均衡滤波器50用于消除从选择器3处接收到的信号中的前向多径,所述加法器51用于将前馈均衡滤波器50的输出与反馈均衡滤波器53的输出进行相加,并将得到的结果输出至多模式判决器55及误差计算器56。所述反馈均衡滤波器53用于消除从多模式判决器55处接收到的信号中的后向多径。所述多模式判决器55具有三种判决模式,第一种判决模式为用于对由加法器51所输出的进行有效传输数据部分的高阶符号进行判决,第二种判决模式为用于对由加法器51所输出的传输数据中的特征序列的低阶符号进行判决,第三种判决模式为用于对本地产生的训练序列进行直接判决。所述误差计算器56用于对由多模式判决器55的输出信号和由加法器51输出的信号进行计算,以得到误差信号,该误差信号被传输至模式控制单元4,用于均衡滤波器系数的自适应更新。
上述加速收敛的时域自适应均衡系统通过信道估计器1估算传输信道的冲击响应,并通过所述训练序列信号发生器2进行卷积运算以产生无限循环的训练序列输出给选择器3,再通过选择器3进行两种模式的选择:在训练模式下,所述自适应均衡器5的输入数据为本地产生的训练序列;在正常工作模式下,所述自适应均衡器5的输入数据为均衡输入信号,在训练加速收敛完成后,切换到自适应均衡器的正常工作模式,从而加快了自适应均衡器5的收敛速度。
下面将对本发明的工作原理进行简单的描述与说明:
请参考图3(a)所示,其为数字通信系统的数据流典型的帧结构示意图,一个数据帧由特征序列部分(可采用PN序列)和有效传输数据部分构成,如图3(a)所示,特征序列部分在数据流中会周期性出现。传输的数据中周期性插入已知的特征序列,可用于信道估计器1进行传输信道的冲击响应的估算。
图3(b)为本地产生的PN训练序列,本发明中通过训练序列信号发生器2对两者进行卷积运算后所输出无限循环的训练序列输出给选择器3。
本实施方式以单载波传输系统的自适应均衡器为例,系统采用的调制方式为8-VSB模式,该模式应用于北美标准的ATSC电视广播系统中,在本领域有经验的工程师可以由此推导出在其他调制模式比如QAM调制方式下的应用实现,在此不再赘述。
本实施方式中的数据帧的特征序列部分由832个符号组成,信号幅度为+5或-5,采用二阶调制(2VSB),此832个符号为接收机的已知信息,通过信道估计器1的运算可以估算出传输信道的冲击响应,典型如图4所示,其具有6条多径,除主径外还有前向多径和后向多径。本发明所述的自适应均衡系统可消除由于多径信道效应引入的符号间干扰,传统的自适应均衡算法仅仅在输入信号为特征序列部分时,可以采用基于已知序列的LMS算法,由此产生的误差较小,而当输入信号为有效数据传输部分时,由于输入信号为未知数据,因而通过直接判决方式得到的结果可能存在较大的误差。由于特征序列部分的长度相对于有效数据传输部分的长度来说较短,因此在自适应均衡器的收敛过程中,能够采用高效的LMS算法的时间较短,从而影响了均衡器的收敛速度。
本发明所述的加速收敛的时域自适应均衡系统充分利用传输数据中的特征序列,通过信道估计器1进行信道估计运算,在估算出传输信道的冲击响应后,将信道冲击响应与接收端本地产生的PN训练序列进行卷积运算,构造出与传输数据类似的数据流,连续输入到自适应均衡器中,从而加速了自适应均衡器5的收敛。
请继续参考图5所示,其为本发明所述的一种加速收敛的时域自适应均衡方法的较佳实施方式的流程示意图。所述加速收敛的时域自适应均衡方法包括以下步骤:
步骤S1:完成对传输信道冲击响应的估计;
步骤S2:利用估算出的信道冲击响应,产生本地训练序列;
步骤S3:判断自适应均衡器5是否处于收敛状态;若处于未收敛状态,由于本地训练序列的低阶符号的特性,将加速自适应均衡器5的收敛;若判断出均衡器已经完成收敛后,则执行步骤S4。
步骤S4:切换自适应均衡器5的输入数据为如图3(a)所示的数据流,完成了收敛的自适应均衡器5由此进入正常工作模式。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种加速收敛的时域自适应均衡系统,包括自适应均衡器,其特征在于:还包括信道估计器、训练序列信号发生器、选择器及模式控制单元,均衡输入信号输入信道估计器的第一端及选择器的第一输入端,所述信道估计器的第二端与训练序列信号发生器的第一端相连,所述训练序列信号发生器的第二端与选择器的第二输入端相连,所述选择器的输出端与自适应均衡器的第一端相连,所述自适应均衡器的输出端用于均衡输出信号,还与模式控制单元的第一端相连,所述模式控制单元的第二端与选择器的控制端及自适应均衡器的第二端相连,所述模式控制单元的第三端与训练序列信号发生器的第三端相连,所述模式控制单元的第四端与信道估计器的第三端相连;
所述信道估计器用于估算传输信道的冲击响应,所述训练序列信号发生器用于产生连续的伪随机序列,并与估算出的信道冲击响应进行卷积运算,从而产生无限循环的训练序列输出给选择器,所述模式控制单元用于通过控制选择器来对自适应均衡器的输入数据进行选择;
所述模式控制单元包括训练模式及正常工作模式,在训练模式下,所述自适应均衡器的输入数据为本地产生的训练序列,在正常工作模式下,所述自适应均衡器的输入数据为均衡输入信号;
所述自适应均衡器包括前馈均衡滤波器、加法器、反馈均衡滤波器、多模式判决器及误差计算器,所述前馈均衡滤波器的输入端作为自适应均衡器的第一端与选择器的输出端相连,所述前馈均衡滤波器的输出端与加法器的第一输入端相连,所述加法器的输出端与多模式判决器的输入端及误差计算器的第一输入端均相连,所述多模式判决器的输出端与反馈均衡滤波器的输入端及误差计算器的第二输入端均相连,所述反馈均衡滤波器的输出端与加法器的第二输入端相连,所述误差计算器的输出端作为整个自适应均衡器的第二端与模式控制单元的第二端相连,所述多模式判决器的输出端还作为整个自适应均衡器的输出端用于均衡输出信号;所述前馈均衡滤波器用于消除从选择器处接收到的信号中的前向多径,所述加法器用于将前馈均衡滤波器的输出与反馈均衡滤波器的输出进行相加,并将得到的结果输出至多模式判决器及误差计算器,所述反馈均衡滤波器用于消除从多模式判决器处接收到的信号中的后向多径,所述多模式判决器具有三种判决模式,第一种判决模式为用于对由加法器所输出的进行有效传输数据部分的高阶符号进行判决,第二种判决模式为用于对由加法器所输出的传输数据中的特征序列的低阶符号进行判决,第三种判决模式为用于对本地产生的训练序列进行直接判决,所述误差计算器用于对由多模式判决器的输出信号和由加法器输出的信号进行计算,以得到误差信号,该误差信号被传输至模式控制单元,用于均衡滤波器系数的自适应更新。
2.一种加速收敛的时域自适应均衡方法,使用于如权利要求1所述的加速收敛的时域自适应均衡系统,其特征在于:包括以下步骤:
完成对传输信道冲击响应的估计;
利用估算出的信道冲击响应,产生本地训练序列;
判断自适应均衡器是否处于收敛状态;
若处于未收敛状态,由于本地训练序列的低阶符号的特性,将加速自适应均衡器的收敛;以及
若判断自适应均衡器已经完成收敛,则切换自适应均衡器的输入数据,完成了收敛的自适应均衡器由此进入正常工作模式。
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