CN1199412C - 信道校正的方法 - Google Patents

Abstract

经过传输信道(H)传输的接收数据的信道校正方法，具有以下步骤：接收(S1)在接收数据包中的接收数据；从接收数据(X_k)中确定(S2)传输信道(H)的信道参数和将信道参数存储在数据区D中；计算(S3)预滤波器(P)的滤波器-调整系数(p)和通过数据区(D)的GIVENS-旋转计算校正器的校正器-调整系数(g)；用被计算出来的系数(p，g)调整(S4)预滤波器(P)和校正器；通过被调整的预滤波器(P)和被调整的校正器校正(S5)接收数据。

Description

信道校正的方法

技术领域

本发明涉及到经过传输信道传输的接收数据的信道的校正方法，在其中用少的计算费用和高的计算速度求出滤波器和校正器的调整系数。

背景技术

在通信系统中严重的问题在于多路径信号传播。

附图1叙述了多路径传播的难点。在发送机或基站T和作为接收机E的移动站之间一般来说有很多可能的信号传播路径。信号波在建筑物，山，树和其他障碍物上的反射和散射导致，接收场强度由很多一般来说不同强度和不同延迟的信号成分合成的。

为了考虑多路径传播可以将发送机T和接收机E之间的传输信道模型化为具有信道系数h_k的一个传输滤波器信道H，如在附图2上表示的。发送机T将发送数据或者发送符号S_K经过传输信道H输出给模型加法器，模型加法器通过一个噪声信号考虑了用h_k滤波的发送符号S_k的谐波部分。发送-数据符号S_k可以有多种状态，例如用3比特编码的八个状态。噪声信号h_k代表附加的具有变量σ_n ²的白高斯噪声，其中白高斯噪声与发送-信号符号S_K是不相关的。

通过传输信道H被滤波的和与噪声重叠的发送信号S_k作为接收信号X_k通过接收机接收。

与公式有关：

$X_k=\underset{i=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{h}_i{s}_{k-i}+n_k---\left(1\right)$

其中L代表模型化的传输信道滤波器H的级数。如人们从公式1中看出，在接收数据上存在符号间干扰(ISI)的问题，因为X_k不仅与S_k，而且还与S_k-1...，S_k-L有关。如果没有被校正的符号间干扰(ISI)导致高的比特误差率。为了避免符号间干扰在接收机E内安装一个校正器。通常其中涉及到线性校正器，决策反馈校正器(DFE：判决反馈均衡)或所谓的菲特比-校正器。

附图3用简图表示了按照现有技术的传统接收机的内部结构。接收信号X_k经过内部导线到达具有滤波系数P_k的预滤波器P。通过预滤波器P被滤波的输入信号Y_k输入给校正器和进行校正。将被校正的信号由校正器经过内部导线输出给数据处理电路进行内部的数据处理。预滤波器P是FIR滤波器和可以用下面的公式描述：

$Y_k=\underset{i=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i{x}_{k-i}---\left(2\right)$

滤波系数P_K的调整是由一个控制经过控制导线SL1进行的。校正器的调整同样是由内部的控制经过控制导线SL2进行的。此外控制经过一个内部数据导线DL得到接收信号X_k和为了滤波器系数P_k以及校正系数g_k的调整将这个进行处理。

预滤波器P级数为N是通过预滤波器P的硬件配置决定的。

在校正器上例如涉及到使用所谓的菲特比算法的菲特比校正器。在菲特比校正器上必要的计算操作次数随着传输信道系数h的数目成指数地增加。比较准确地说，必要的计算操作次数在菲特比算法时与数据传输率成正比和与m^L+1成指数地增加，其中m代表符号S可能的数据信号状态。一个实际的传输信道L的级数是相对高的和因此菲特比算法的计算费用变得非常高，为了计算费用最小化常常这样使用菲特比校正器，不考虑或者删去最后的信道系数。此时当然使接收信号校正质量变坏。在接收机E上按照现有技术与菲特比校正器有选择的将MMSE校正器(MMSE-DFE：最小均方误差-判决反馈均衡)特别是在xDSL接收机上使用。

附图4表示了MMSE-DFE-校正器内部结构的细节。MMSE-DFE包括一个减法器，减法器从通过预滤波器P被滤波的接收信号Y_k中减去由反馈滤波器G被滤波的反馈滤波信号g_k和经过内部导线输入给决策装置，例如Schmitt(施密特)-触发器-电路。反馈滤波器G与传输信道有同样的级数，即L。

将反馈滤波器G可以用下面的公式描述：

$q_k=\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{g}_i{s}_{k-N-i}---\left(3\right)$

因此得出决策装置的输入信号Z_k如下：

$Z_k=\underset{i=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i{x}_{k-i}-\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{g}_i{s}_{k-N-i}---\left(4\right)$

将滤波系数P_K，g_k这样调整，使Z_k尽可能相当于发送信号序列S_K-N。得出的误差e_k如下：

$e_k=S_{k-N}-Z_k=\underset{i=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{g}_i{s}_{k-N-i}-\underset{i=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i{x}_{k-i},(g_0\≡1)---\left(5\right)$

为了从传输信道-脉冲响应系数h₀，h₁...h_L以及信噪比中计算预滤波器系数P_K和反馈滤波器系数g_K将功率或者误差信号序列的第二个瞬间最小化。

在MMSE-DFE时计算费用也是很高的，这样就不能够将它使用在具有高传输信道级数L的实际的数据传输信道中。

下面详细叙述本发明涉及到的现有技术的摘录文献。

在与本发明有关的当代技术水平的文献Fuyun Ling“在Givens旋转基础上的最小平方格子及其有关算法”出版在IEEE信号处理会议文集，39卷，第7号，1991，1541-1551页中叙述了通过构成三角矩阵计算最小平方校正器的系数。计算是通过将多个连续的GIVENS(吉文斯)-矩阵旋转使用在一个数据矩阵中进行的，将数据矩阵用被接收的数据符号填充。将校正器系数可以在进行GIVENS-旋转之后从三角矩阵中选择出来。

在Joseph c.s.Cheng和Raymond Steele文献“在无绳移动无线信道上连续相位调制信号的软决策反馈均衡器”，出版在IEEE通信会议文集，42卷，2/3/4号，1994，1628-1638页，中建议为了校正CPM(连续相位调制)-信号将决策反馈校正器(DFE)用菲特比-算法组合在一起。

Yonghai Gu和Tho Le-Ngoc的文献“对于ISI信道DFE/MISE技术的匹配组合”出版在IEEE通信会议文集，44卷，7号，1996，847-857页，有集成在接收机上的决策反馈校正器，将这个设计为进行数据序列的最大-似然性-评价。

发明内容

因此本发明的任务是创建一种信道校正方法，在其中这样减少确定单个系数的计算费用，使传统的滤波器和校正器可以使用在经过高级数的传输信道传输的接收数据的信道校正上。

本发明涉及到用于接收数据的信道校正的一种方法，接收数据是经过传输信道传输的，具有以下步骤：

(a)接收在接收数据包中的接收数据；

(b)从接收数据中确定信道参数和在数据区中将信道参数进行缓冲存储；

(c)通过数据区的GIVENS-旋转计算预滤波器的滤波器调整系数和校正器的校正器调整系数；

(d)用已经计算出的系数调整预滤波器和校正器；

(e)通过被调整的滤波器和被调整的校正器校正接收数据；

其中将传输信道的信道参数从接收数据中确定出来和将信道参数存储在数据区中，和将预滤波器的滤波器-调整系数和校正器的校正器-调整系数通过数据区的GIVENS-旋转计算出来。

在本发明方法有益的扩展结构中将传输信道脉冲响应的复数的信道系数h和传输信道的信噪比SNR近似确定信道参数。

有益的是将信道参数h在数据行和数据列组成的二维数据区中用很多数据单元d_nm其中0≤n≤1和0≤-m≤N+L+1进行缓冲存储，其中数据列的数目S是与管道滤波器的级数N和传输信道的级数L有关的和数据行的数目Z是固定的。

有益的是数据列的数目S为：

S＝N+L+2

有益的是数据行的数目Z为二。

在按照本发明方法其他有益的扩展结构中将共轭的复数的信道系数h^*和信噪比SNR根的乘积作为数据单元d_om在数据区的第一行进行缓冲存储，和将复数的传输信道系数h作为数据单元在数据区的第二行进行缓冲存储。

有益的是在计算系数时在多个GIVENS-旋转步骤中进行数据区的GIVENS-旋转，其中GIVENS-旋转步骤的次数是与预滤波器级数N有关的。

在本发明方法有益的扩展结构中在每个GIVENS-旋转步骤之间将第二行的每个数据单元d_nm在数据区内向左移动一个数据单元位置。

在最后的GIVENS-旋转步骤之后有益的是将缓冲存储在数据区的第一行的那个数据单元选择出来作为被计算出来的系数用于调整预滤波器和校正器。

在本发明方法有益的扩展结构中在最后的GIVENS-旋转步骤之后将数据区第一行的和列1至L的数据单元d₀₁，d₀₂...d_L选择作为校正器的调整系数和将第一行和列(L+1)至(L+N+1)的数据单元d_0，L+1；d_0，L+2...d_0，L+N+1选择作为预滤波器的调整系数。

有益的是通过被计算出来的滤波系数将FIR(有限脉冲响应)滤波器进行调整。有益的是可调整的校正器有一个决策装置和一个反馈滤波器，反馈滤波器是通过被计算出来的校正器调整系数进行调整的。

按照本发明方法的其他扩展结构校正器是菲特比校正器，菲特比校正器是通过被计算出来的校正器调整系数进行调整的。

有益的是将接收数据包按照时分多址运行进行传输。

有益的是校正器是EDGD(全球演进增强型数据速率)校正器，这个是通过被计算出来的校正器调整系数调整的。

在按照本发明方法中有益的是接收数据是按照DSL(数字用户线路)数据通信标准经过传输信道传输的。有益的是预滤波器和校正器是串联的和构成为一个MMSE-DFE-校正器。

在按照本发明方法其他有益的扩展结构中这样计算滤波器调整系数和校正器调整系数，使得比特误差率由于信道校正变为最小。

在计算调整系数时计算操作的次数在按照本发明方法中是与预滤波器级数N和与传输信道级数L和预滤波器级数N的和的乘积成比例的。

附图说明

下面在说明本发明重要特征的附图基础上叙述按照本发明方法有益的实施形式。

附图表示：

附图1用于说明多路径传播难点的简图；

附图2将附图1表示的传输信道模型化的传输模型；

附图3用于说明按照现有技术接收机的框图；

附图4按照当代技术水平具有MMSE-DFE校正器的接收机；

附图5按照本发明方法的过程图；

附图6按照本发明方法计算可调整系数的过程图。

附图5表示了用于接收数据的信道校正的按照本发明的方法。

具体实施方式

在步骤S1上接收机E接收在接收数据包中的接收数据。将接收数据X_k用数据包块进行传输。将数据包块在时分多址传输系统的时隙上传输，如在移动无线领域中使用的。

在步骤S2上从被接收的接收数据X_k中确定或者估算信道H的传输信道的信道参数和存储在缓冲存储器的数据区中。在缓冲存储的信道参数中有益地涉及到传输信道脉冲响应的复数的信道系数h以及涉及到传输信道H的信噪比SNR。

信噪比SNR是通过与统计无关的发送符号S_k的变量σ_s ²和通过噪声信号n_k的变量σ_n ²之比确定的。

$\mathrm{SNR}=\frac{{\mathrm{\σ}}_s^2}{{\mathrm{\σ}}_n^2}---\left(6\right)$

二维数据区是具有多个数据行和数据列的一个数据矩阵。其中数据列的数目S是与预滤波器P的级数N和传输信道H的级数L有关的，其中与公式有关：

S＝N+L+2                                   (7)

数据区数据行的数目Z为：

Z＝2                                       (8)

将数据单元d_nm其中0≤n≤1和0-≤m≤N+L+1在信道参数的缓冲存储器中的占用是按照本发明预先规定的系统学方法进行的。下面示范性地表示将具有级数L＝2的传输信道和预滤波器级数L＝4的信道参数缓冲存储之后的一个数据区D。

将信道参数缓冲存储在数据区D₀之后将预滤波器P的滤波器调整系数P_k和校正器的校正器调整系数g_k在按照本方法的步骤S3上通过数据区D的GIVENS-旋转计算出来。下面与附图6联系在一起详细叙述数据区D的GIVENS-旋转。

在进行调整系数的计算之后在步骤S4上将预滤波器P和校正器用被计算出来的系数进行调整。

在步骤S5上通过被调整的预滤波器P和被调整的校正器将被接收的接收数据包中被接收的接收数据X_k进行校正和为了进一步的数据处理输出给后面的数据处理电路DV。然后将信道校正的按照本发明的方法返回到步骤S1以便接收下一个接收数据包中的接收数据。

下面在附图6基础上详细叙述预滤波器和校正器的调整系数的计算。其中附图6表示了在附图5计算步骤S3中的单个步骤。

在步骤S30上将被缓冲存储的数据区D₀与在其中缓冲存储的在步骤S2上被确定的信道参数选择出来用于执行如上所述的GIVENS-旋转。数据区D₀有两个行以及L+N+2列，其中L是传输信道的级数和M(应该是N-译者注)是预滤波器的级数。传输信道的信噪比SNR的根的倒数位于数据区D₀₀中的第一行和第一列。将复数的信道系数h的共轭值h^*与信噪比SNR的根的乘积各自存储在数据区D₀的第一行内的后面的(L+1)列上。将数据区D₀第一行内的其余数据单元d用零占用。

在数据区D₀的第二行内将第一个(L+1)列的数据单元d用数据传输信道H的复数的信道系数h₀，h₁...填充。将数据区D₀其余的第(N+1)数据单元d用零占用。

GIVENS-旋转是由单个的GIVENS-旋转步骤组成的，在其中将数据区D₀有步骤地对应于预先确定的数学公式进行改变。进行GIVENS-旋转是叙述在G.Golud“矩阵计算”中，1983，John Hopkins出版社。

下面叙述进行Givens-旋转步骤的数学公式：

$D_0=\left[\begin{array}{cccc}{r}_0& r_1& r_2& \·\·\·\\ x_0& x_1& x_2& \·\·\·\end{array}\right]\stackrel{G}{\→}{D}_1=\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\‾}{r}}_0& {\stackrel{\‾}{r}}_1& {\stackrel{\‾}{r}}_2& \·\·\·\\ 0& {\stackrel{\‾}{x}}_1& {\stackrel{\‾}{x}}_2& \·\·\·\end{array}\right]---\left(10\right)$

将数据区D₀通过GIVENS-旋转步骤G转送到数据区D₁。

其中数据区第一列的公式为

列0：

${\stackrel{\‾}{r}}_0=\sqrt{{r_0}^2+{{|x}_0|}^2}---\left(11\right)$

c＝r₀/ r₀                                   (12)

s＝x₀/ x₀                                   (13)

将数据区的其余的列对应于下面的公式进行改变：

列i＝1，2...：

r_c＝C·r_i+s^*·x_i                           (14)

x_i＝-s·r_i+c·x_i，                         (15)

其中s^*是S的复数-共轭系数。

如附图6表示的这种GIVENS-旋转步骤是在步骤S31上进行的。进行GIVENS-旋转步骤S31之后在步骤S32上将每个数据单元d在数据区D的第二行内向左移动一个位置将空闲下来的数据单元用零占用。在步骤S33上进行一个应答，是否GIVENS-旋转步骤S31和行移位步骤S32已经执行了(N+1)次，其中N代表预滤波器的级数。如果内部的循环次数小于N+1时，过程返回到步骤S31上和在另外情况下在步骤S34上将旋转数据区确定的数据单元选择出来用于系数的调整。旋转的数据区在执行(N+1)-旋转和移位步骤之后有以下的形式：

在步骤S34上执行最后GIVENS-旋转步骤之后将数据区D_N+1的第一行和第一列1至L的数据单元d₁，d₂...d_0L选择出来作为校正器的调整系数g₁，g₂...g_L。在步骤S34上将数据区D_N+1的第一行和列(L+1)至(L+N+1)列的数据单元d_0，L+1，d_0，L+2...d_0，L+N+1选择出来作为预滤波器P的调整系数p₀，p₁...p_N。将被选择的校正器调整系数g₁，g₂...g_L可以使用作为菲特比-校正器，EDGD-校正器或MMSE-DFE-校正器的反馈滤波器的调整系数。

将滤波器调整系数p₀，p₁...p_N选择出来用于FIR-预滤波器的系数的调整。将被计算出来的滤波器-调整系数p₀，p₁...p_N以及校正器-调整系数g₁，g₂...g_L在按照本发明方法的计算步骤S3中这样计算，使得接收信号的比特误差率由于信道校正变得最小。计算调整系数g，p时的计算操作次数非常少。

计算操作次数是与预滤波器P的级数N与传输信道H，预滤波器P的级数N的级数和(L+N)的乘积成比例的。

例如在包括了菲特比-校正器或MMSE-DFE-校正器的传统接收机上计算操作次数是按照指数增加的：

计算费用∽(N+L)³                           (17)

按照本发明方法的计算操作次数是对应于下面公式成正比增加的：

计算操作次数∽N(N+L)                       (18)

在移动无线通信时传输信道的级数L的典型数值为L＝5，此时例如使用级数为N＝20的预滤波器。将降低计算费用表示为必要的计算操作次数之比和按照下面公式为：

降低计算费用＝(N+L)³/[N(N+L)]                     (19)

其中L＝5和N＝20与按照本发明方法计算费用相比传统接收机提高31倍。通过降低必要的计算操作次数和随之而来的提高计算速度因此如全多工运行工作的移动无线电话在实时应用时，在具有比较高传输信道级数L的实际的传输信道上也可以使用MMSE-DFE-校正器或菲特比-校正器。从而可以显著地降低数据传输时的比特误差率。

可以将计算速度进一步提高或者将计算操作次数降低，如果人们代替传统的GIVENS-旋转(见公式11-15)使用一个所谓的无根的GIVENS-旋转，其中在公式(11)中避免了根的运算。

按照本发明的方法可以使用在时分多址传输系统的接收数据包内的任意的接收数据中。将数据例如可以借助于DSL-数据传输标准传输。

Claims (17)

1.经过传输信道H传输的接收数据的信道校正方法，具有以下步骤：

(a)接收(S1)在接收数据包中的接收数据；

(b)计算(S3)预滤波器(P)的滤波器-调整系数(p_k)和计算校正器的校正器-调整系数(g_k)；

(c)用被计算出来的系数(p_k，g_k)调整(S4)预滤波器(P)和校正器；

(d)通过被调整的预滤波器(P)和被调整的校正器校正(S5)接收数据；

其特征为，

将传输信道(H)的信道参数从接收数据(X_K)中确定出来(S2)和将信道参数存储在数据区(D)中，和

将预滤波器(P)的滤波器-调整系数(p_k)和校正器的校正器-调整系数(g_k)通过数据区(D)的GIVENS-旋转计算出来。

2.按照权利要求1的方法，

在其中，

将传输信道脉冲响应的复数的信道系数(h_k)和传输信道(H)的信噪比(SNR)近似确定为信道参数。

3.按照权利要求1或2的方法，

其特征为，

将信道参数存储在由数据行和数据列构成的具有数据单元d_nm的二维数据区(D)中，其中0≤n≤1和0-≤m≤N+L+1和其中数据列的数目S是与预滤波器级数N和与传输信道(H)级数L有关的和数据行的数目Z是固定的。

4.按照权利要求2的方法，

其特征为，

将共轭的复数信道系数(h_k ^*)和信噪比(SNR)的根的乘积缓冲存储在作为数据单元的数据区(D)的第一行中以及将传输信道(H)的复数的传输信道系数(h_k)缓冲存储在作为数据单元的数据区(D)的第二行中。

5.按照上述权利要求1-2之一的方法，

其特征为，

在多个GIVENS-旋转步骤中进行数据区(D)的GIVENS-旋转，其中GIVENS-旋转步骤的次数是与预滤波器(P)的级数N有关的。

6.按照权利要求3的方法，

其特征为，

在每个GIVENS-旋转步骤之间将第二行的每个数据单元在数据区(D)内向左移动一个位置。

7.按照权利要求3的方法，

其特征为，

在最后GIVENS-旋转步骤之后在数据区(D)第一行缓冲存储的那个数据单元被读出来以作为被计算出来的调整系数用于调整预滤波器(P)和校正器。

8.按照权利要求3的方法，

其特征为，

在最后GIVENS-旋转步骤之后将数据区的第一行和第1至L列的数据单元d₀₁，d₀₂...d_L选择出来作为校正器的调整系数和将第一行和列L+1至列L+N+1的数据单元d_0，(L+1)，d_0，(L+2)...d_0、(L+N+1)读出来作为预滤波器(P)的调整系数。

9.按照上述权利要求1-2之一的方法，

其特征为，

通过被计算出来的滤波器系数将FIR-滤波器进行调整。

10.按照上述权利要求1-2之一的方法，

其特征为，

校正器有一个决策装置和一个反馈滤波器，反馈滤波器是通过被计算出来的校正器-调整系数进行调整的。

11.按照上述权利要求1至2之一的方法，

其特征为，

校正器是菲特比-校正器，将这个菲特比-校正器通过被计算出来的校正器-调整系数进行调整。

12.按照上述权利要求1-2之一的方法，

其特征为，

将接收数据包用时分多址运行法进行传输。

13.按照上述权利要求1-2之一的方法，

其特征为，

校正器是EDGE-校正器，将这个EDGE-校正器通过被计算出来的校正器-调整系数进行调整。

14.按照上述权利要求1-2之一的方法，

其特征为，

将接收数据按照DSL-数据传输标准经过传输信道(H)进行传输。

15.按照上述权利要求1-2之一的方法，

其特征为，

将预滤波器(P)和校正器串连和构成为MMSE-DFE-校正器。

16.按照上述权利要求1-2之一的方法，

其特征为，

将滤波器调整系数(p_k)和校正器调整系数(g_k)这样计算，使得比特误差率由于信道校正变得最小。

17.按照上述权利要求1-2之一的方法，

其特征为，

计算调整系数时的计算操作次数是与预滤波器(P)的级数N同传输信道的级数L和预滤波器P的级数N之和L+N的乘积成正比的。

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