CN1206970A - 双向均衡的发射和接收设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一个发射/接收设备,它通过一个用分布的调制/解调处理装置的信道,和一个远程设备交换数据。发射/接收设备包括均衡从所说的远程设备接收到一个第一信号的均衡装置(23)和预失真发射给所说的远程设备的一个第二信号的预失真装置。根据本发明,这个设备的特征在于调制/解调处理装置工作在一种非线性方式,并且这个设备包括存储代表所说的调制/解调处理装置的非线性失真,并且定义一个非线性基准的信息的装置。

Description

双向均衡的发射和接收设备

本发明涉及一个数据发射/接收设备，它通过一个用非线性调制/解调处理装置，例如频率调制/解调装置的信道，和一个远程设备交换数据。

GFSK型的，和用在无线电通信DECT的欧洲标准中的相似的，诸频率调制方法的应用，例如值得推荐的，是通过诸鉴别器利用诸频率解调器；在这种方式中，可通过一个简单的阈值检测器，在两个逻辑值“1”或“0”之间作出决定来实现数据的恢复。

在应用这些方法的一些领域中，由于在接收机中信号的最大的暂时的色散相当小于一个符号，和因此几乎不能将在诸符号之间由于无线电信道产生的干扰检测出来这样一个事实，这种类型的接收机是足够了。

然而，在无线电复盖范围比较大和感应出诸波的多个轨迹的其它诸应用中，我们不得不考虑在它的传播中发生的衰减和反射的诸种效应。所以，利用均衡器是值得推荐的，均衡器纠正了这种使信号质量下降，很大地增加被恢复的诸符号的发生误差的概率的效应。因为这个原因，我们用某种均衡器，如在J.Fuhl和G.Schultes于1993年11月25日发表在期刊“Electronics Letters”’vol.29，N 24，pp2076-2077的论文“用于工作在诸低时间色散信道中的诸DECT系统的自适应均衡”中所示。在这篇论文中，我们用了一个著名的DFE(decision feedback equalizer，判定反馈均衡器)型的自适应均衡器，并且在那里将在DECT中定义的色同步信号的16位用作一个调整序列。将调整序列存储在一个ROM(只读存储器)存储器中，并当和接收到的调整序列相对应的信号出现在它的输入端时将调整序列加到均衡器上。这就避免了当诸滤波器的诸系数仍然不适合时在检测器中产生的可能的诸误差被反馈到均衡器，并容许较快地发生收敛。

当调制/解调的类型是非线性时，甚至在诸理想的传播条件下由于提到的非线性效应也可能使解调的信号有很大的失真。在这些条件下，因为没有适当地考虑接收信号经受到的非线性过程，均衡器可能产生不适当的收敛。例如，如果一方面电压—频率变换特性和另一方面频率—电压变换特性不是如在理想情形中的一个常数，则频率调制器和频率鉴别器会引入非线性失真。

更特别的是，本发明涉及一个发射/接收设备，它包括一个对于通过无线电信道的两个方向作用的符号间干扰进行校正的一个双向校正器件。双向校正器件允许校正在数据路由的两个方向中的诸干扰，它包括在接收电路中的一个均衡器和在发射电路中的一个预失真器。将在同一个发射/接收设备中符号间干扰的双向校正功能结合起来的目的是为了降低和所说的设备交换数据的诸其它(诸)设备的价格。

这种类型的一个器件，包括一个均衡器和一个预失真器，已从W.Zhuang等于1994年9月15日发表在期刊“Electronics Letters”’vol.30，N 19，pp1570-1571的论文“用于个人通信的自适应信道预编码”中知道了。在这篇论文中，提出了一个解决线性调制/解调问题的办法，这就是相位调制。

这个限制是诸非线性效应和由于诸波的多轨道产生的诸符号间干扰效应叠加的结果，它妨碍在只有一个的发射/接受设备中的一个“双向均衡”。如果非线性效应不允许在接收信号中有符号间干扰的有效校正，则导致一个不完善的预失真，这可能比不用这个预失真更坏。而且，我们不得不考虑对用一个短信号序列去存取访问信道状态的每个发射/接收周期，更新均衡器诸系数和预失真器诸系数的诸要求。

本发明的一个目的是对工作在一个非线性模式中的一个通信系统提出一个发射/接收设备，它包括一个对于符号间干扰的双向校正器件。本发明用于DECT系统，但不是排它的。

结果，一个数据发射/接收设备通过一个用分布在所说的数据发射/接收设备和所说的远程设备之间的分布式调制/解调处理装置的信道，和一个远程设备交换数据，所说的发射/接收设备包括均衡从所说的远程设备接收到的一个第一信号的均衡装置，和预失真发射给所说的远程设备的一个第二信号的预失真装置，根据本发明，数据发射/接收设备的特征在于(a)调制/解调处理装置按照一个非线性模式工作，并且(b)数据发射/接收设备包括

(b1)存储代表所说的调制/解调处理装置的一个非线性失真和定义一个非线性基准的信息的装置和

(b2)根据从远程设备接收到的信号和所说的代表信息调整均衡装置的诸系数的装置，将提到的被调整的诸系数发射给所说的预失真装置。

所以，在均衡器和预失真器两者中，和从调制/解调引起的非线性失真无关地实施符号间干扰的校正。

根据一个第一个实施例，发射/接收设备的特征在于调整装置是一方面根据从所说的远程设备接收到的所说的信号，和另一方面根据提到的代表信息，使均衡装置中的一个误差信号最小的计算装置。

根据一个第二个实施例，调整装置包括：

将从远程设备接收到的所说的第一信号取样到一个频率的装置，这个频率高于和接收信号相关的诸逻辑符号的一个频率，并定义诸取样的多个组，每个组都由一个取样相位定义。

将所说的代表信息和从远程设备接收到的信号的诸取样组中的每一个相关起来，以便确定一个先验的最佳取样组的装置。

在所说的先验的最佳取样组和由在所说的先验的最佳取样组的取样相位附近的各各取样相位定义的所说的诸取样组中的某个之间选择一个取样组的装置，选出的取样组是这样一个组，它相对于诸逻辑符号的一个序列产生最小的均衡误差信号，和

一方面根据从远程设备接收到的所说的信号并且所说的信号被用选择的取样组的取样相位取样，和另一方面根据所说的逻辑符号序列，使均衡装置中的一个误差信号最小的计算装置。

在下面的基于所附诸图的描述中给出本发明的一个较详细的说明，其中：

图1表示按照一个相位预失真模式工作的一个发射/接收设备的一个方框图。

图2表示按照对于90°相移中的诸分量的一个预失真模式工作的一个发射/接收设备的一个方框图。

图3表示根据目前技术水平的一个均衡器的一个方框图。

图4表示根据本发明的优先实施例发射/接收设备的一部分接收电路的一个方框图。

图5表示根据本发明的一个第二个实施例的一个算法。

在一个优先实施例中，将本发明用于有在欧洲的无线电远程通信的数字系统(DECT)中使用的GFSK调制的一个数字通信系统的一个基地台。这个基地台和一个远程设备，例如一个用一个时间分割的双工模式的终端，交换数据。

在图1中，基地台包括一个发射电路和一个接收电路。发射电路包括，串联连接的一个二进制数据源10，一个高斯滤波器11，一个积分器12，一个预失真器13，二个为了分开有90°相移的诸分量的电路14a和14b，一个低通滤波器15和一个升降机变换器16，它的输出端和一个天线连接。接收电路包括串联连接的一个RF滤波器20，一个频率减压器21，一个限幅器/鉴别器22，一个均衡器23和一个数字系统24。高斯滤波器11和积分器12用来频率调制发送的二进制数据，而限幅器/鉴别器22用来频率解调接收到的信号。

图2表示包括二个预失真电路13a和13b的预失真器。每一个电路预失真和一个同相的分量和一个有90°相移的分量相对应的一个信号。在这个实施例中，将积分器12的输出加到二个为了使同相的和有90°相移的诸分量分开的电路14a和14b上。将这二个电路14a和14b的诸输出分别加到二个预失真电路13a和13b上。在图1中，将均衡器23的一个系数传递输出加到预失真器13的一个系数更新输入端。在图2中，将均衡器23的一个系数传递输出加到二个预失真电路13a和13b中的每一个的一个系数更新输入端。

在第三个实施例(没有画出来)中，接收电路包括，串联连接的数字数据源，一个预失真器，一个高斯滤波器，一个VCO(电压控制振荡器)和一个升降机变换器。

预失真器13(图1)或预失真电路13a和13b(图2)用一个补偿由于无线电信道产生的符号间的干扰的传递函数修正在它们的输入端接收到的信号。

图3和4表示本发明的一个第一个实施例。图4表示基地台的接收电路的限幅器/鉴别器22，它包括一个振幅限幅器220，一个鉴别器221和一个低通滤波器222。

限幅器220的功能是修整信号，使得在它的输出端信号的振幅总是恒定的。这允许不需要依靠诸自动增益控制方法就能实施信号的解调。对于一个有频率调制和不变的包络的系统，当用一个中频滤波器再次滤波经过修整的信号时，我们得到一个有和接收的信息相同的信息的信号，但是这一次有一个总是常数的振幅。

频率鉴别器221通常是一个乘法器，它是一个非线性元件，它用另一个从前一个导出并且除去90°相移的信号乘以被解调的信号。将鉴别器221的输出信号送入低通滤波器222，低通滤波器222消除噪声，特别是其效应有更大危害的较高频率的噪声，因为就我们所知，在一个频率解调器的输出端的频谱噪声密度有抛物线的型式。

最后，通过均衡器23，将前面提到的低通滤波器222的输出信号送入属于数字系统24的一个符号检测器24a。这个检测器24a，在最简单的情形中，是一个比较器，它有一个和当不存在一个调制信号，即当只接收到载波时由解调器提供的电平相对应的基准电平；在这种情形中，高于基准电平的诸值等效于一个逻辑值，而低于基准电平的诸值等效于另一个逻辑值。显然，能够用复杂得多的检测器，它对于相同的诸噪声条件有一个较低的误差概率，但是这并不影响本发明的目的。

通过远程终端发射电路直到基地台的符号检测器24a的输入端，信号通过非线性地失真信号的不同的诸元件，当根据由W.Zhuang等于1994年9月15日发表在期刊“Electronics Letters”’vol.30，N 19，pp1570-1571的论文“用于个人通信的自适应信道预编码”中描述的目前技术水平进行均衡和预失真时，原则上不考虑这一点。

因为这个原因，根据本发明，均衡器23包括一个波形成形器230，它接收用有逻辑态“1”和“0”的诸位形成的一个调整序列TS的诸符号。这个序列在本地存储在基地台中并且和远程终端发出的一个序列相同。波形成形器230存储代表分布在基地台和远程终端或远程设备之间的非线性调制/解调装置的一个非线性失真的信息。这个信息定义一个非线性基准。在波形成形器230的传递函数中考虑的诸部件，例如，在远程终端的发射部分中，是预调制高斯滤波器和频率调制器，而在基地台的接收部分中，是振幅限幅器220，频率鉴别器221和低通滤波器222。专家能将波形成形器230的传递函数限制在引起诸非线性效应的基地台的终端发射电路和接收电路的这些电路部件中的一些部件中。调整序列TS，它在这种情形对于DECT是脉冲串调整序列，存储在一个逻辑电路231中。对于每个DECT脉冲串，产生一个均衡器调整相位。当在基地台的均衡器23的一个第一FFF滤波器的一个输入端接收到由远程终端发射的调整序列时，产生这个调整相位。在这个时刻，通过一个开关232，借助于波形成形器230将存储的TS序列加到一个第二FBF滤波器的一个输入端上。

如图3和4所示，根据一个已知的实施例，均衡器23包括有反馈FFF(馈送前向滤波器)的线性滤波器和有反馈FBF(反馈滤波器)的线性滤波器，以及一个计算模块233，这两个线性滤波器都由一个时延“T”和诸系数CO定义，诸系数CO是c_-2，c_-1，c₂，c₁和c₂。根据本发明，均衡器23也包括存储脉冲串同步序列TS的逻辑电路231和其输入端与逻辑电路231的一个输出端连接的波形成形器230。一个FFF滤波器输出端，通过一个其第二个输入端和一个FBF滤波器输入端连接的加法器，和符号检测器24a的一个输入端连接。在调整相位期间，将波形成形器230的输出加到一个FBF滤波器的输入端。除了这个相位期间，将符号检测器24a的输出加到一个FBF滤波器的输入端。

在均衡器调整相位期间，存储在计算模块233中的一个算法改变FFF和FBF滤波器的诸CO系数＝(c_-2，c_-1，c₀，c₁和c₂)，使得当波形成形器230接收存储在一个逻辑电路中的调整序列TS时，由波形成形器230产生的信号尽可能地和在符号检测器输入端产生的信号相似，从而在它们的均方值渐近地趋向零的这两个信号之间得到一个误差信号ES。

在均衡器23的调整相位的末端，在计算模块233中发展的自适应算法被冻结，使得在均衡器23的两个FFF和FBF滤波器中计算得到的系数c_-2，c_-1，c₀，c₁和c₂直到脉冲串(burst)或栅(raster)的末端都保持常数。根据本发明，将在调整相位的末端得到的诸系数，发射给预失真器13(图1)或13a和13b(图2)。将这些同样的系数用来均衡在一个暂时跟随在序列TS的时间间隔之后的接收时间间隔中接收到的数据，包括数据和通过基地台的发射电路发射的信号的预失真。预失真器包括和均衡器EQU的相同的FFF及FBF滤波器(图3)。这导致预失真器在相对于接收时间间隔定义的一个发射时间间隔中，用和均衡器EQU的相同的诸系数工作，接收时刻间隔有一个和在DECT的时间双工模式中定义的时延相等的时延。

图5表示本发明的一个第二个实施例。在这个实施例中，将鉴别器221的输出加到一个模拟/数字变换器A/D的输入端。这个变换器用一个比和接收信号相关的诸逻辑符号的频率高的取样频率对从远程设备接收的信号进行取样。这些逻辑符号是将调制/解调加到其上的诸位。所以定义有N个取样的诸组为{(k，T)}，其中N是一个整数，由被偏移有M个取样的一个节距的各个窗口所界定，这里M，例如，等于1。由接收信号的一个相同取样相位(在0和2π之间)定义一组取样。在符号{(k，T)}中，k表示这组的第一个取样的范围和T表示分开这组的两个相邻的取样的位周期。一个相关器COR将一个序列{l}和得到的诸取样组的每一个相关，以便定义一个先验的最佳取样组{(k＝K，T)}，它定义一个最大的相关值。序列{l}，存储在例如一个ROM(只读存储器)存储器中，包括在通过远程设备的发射电路和基地台的接收电路接收到的一个预先确定的序列的位频率上进行的诸取样。所以序列{l}是分布在基地台和远程终端之间的调制/解调装置的非线性失真的代表。预先确定的序列典型地是在每一个DECT栅中发射的同步序列。

将先验的最佳取样组{(k，T)}加到均衡器EQU的一个输入端上，并且将由在先验的最佳取样组的取样相位附近的各个取样相位定义的其它取样组的一些{(k-2，T)}，{(k-1，T)}，{(k，T)}，{(k+1，T)}}和{(k+2，T)}也加到均衡器EQU的一个输入端上。均衡器EQU一方面接收存储在一个ROM存储器中的一个逻辑符号序列TS，它在DECT中对应于调整序列，和另一方面接收取样组{(k-2，T)}，{(k-1，T)}，{(k，T)}，{(k+1，T)}和{(k+2，T)}。

均衡器EQU对于取样组{(k-2，T)}，{(k-1，T)}，{(k，T)}，{(k+1，T)}和{(k+2，T)}中的每一个产生一个误差信号ε(k-2)，ε(k-1)，ε(k)，ε(k+1)和ε(k+2)。一个选择器选择取样相位，对于它均衡误差信号ε(k-2)，ε(k-1)，ε(k)，ε(k+1)和ε(k+2)最小。所以得到对于接收信号的取样的一个最佳相位Ksel。

在这个同步安排相位之后，在均衡器EQ中的一个计算模块，一方面根据当它被用选出的取样组的取样相位取样时从远程设备接收到的所说的信号，另一方面根据一个调整序列TS，定义使误差信号最小的均衡器的诸系数。

将这些系数发射给预失真器，使被发射的信号预失真。

在这个第二个实施例的另一个可能的方案中，能用一个内插算法定义诸取样组{(k-2，T)}，{(k-1，T)}，{(k+1，T)}和{(k+2，T)}，这些取样组是由在先验的最佳取样组的取样相位附近的各个取样相位定义的。这个解决办法允许降低A/D变换器的取样频率。

在DECT系统中，对于上述的诸实施例，将用于在一个接收时间间隔中均衡信号的均衡装置中的诸系数发射给在接着的发射时间间隔中预失真信号的预失真器。在DECT中，递增栅成功地包括一个同步序列，一个调整序列和在暂时的双工模式中的诸发射及接收信道。

为了改善预失真信号的质量，可将一个频谱控制加到预失真信号上。这个频谱控制可能有一个自动增益控制的形式，将频谱控制加到预失真信号上，从而在预失真信号上加上一个不变的包络。

另一个改善预失真信号质量的方法是由研究或不研究预失真的方便性组成。当接收信号的非线性度小于一个基准水平时激活预失真器。另一方面，当接收信号的非线性度大于这个基准水平时不激活预失真器。

Claims (8)

1.一个数据发射/接收设备，它通过一个用分布在所说的数据发射/接收设备和所说的远程设备之间的调制/解调处理装置的信道和一个远程设备交换数据，所说的发射/接收设备包括均衡从所说的远程设备接收到一个第一信号的均衡装置(23)和预失真发射给所说的远程设备的一个第二信号的预失真装置(13；13a，13b)。

其特征在于(a)：调制/解调处理装置按照一个非线性模式工作和(b)：这个数据发射/接收设备包括(b1)：存储代表所说的调制/解调处理装置的一个非线性失真并定义一个非线性基准的信息的装置(230，231；1)，和(b2)：根据从远程装置接收的信号和所说的代表信息调整在均衡装置(23)中的诸系数(CO)的装置(233；COR，EQU)，将所说的经调整的诸系数据发射给所说的预失真装置(13；13a，13b)。

2.根据权利要求1的发射/接收设备，其特征在于数据发射/接收设备和所说的用一个被时间分割的双工模式的远程设备交换数据，和将所说的经调整的诸系数据(CO)用于均衡装置中，以便在一个接收时间间隔中均衡所说的第一信号，和将所说的经调整的诸系数据(CO)发射给所说的预失真装置，以便在接着的发射时间间隔中预失真所说的第二信号。

3.根据权利要求1的发射/接收设备，其特征在于调整装置是计算装置(233)，计算装置(233)一方面根据所说的从远程装置接收的信号而另一方面根据所说的代表信息使在均衡装置(23)中的一个误差信号(ES)最小。

4.根据权利要求2的发射/接收设备，其特征在于非线性调制/解调处理装置是频率调制/解调处理装置。

5.根据权利要求3的发射/接收设备，其特征在于所说的装置是根据DECT标准有许多移动电话的一个无线电通信系统的一个基地台。

6.根据权利要求1的发射/接收设备，其特征在于调整装置包括：

一个装置(A/D)，它在一个比与接收的信号相关的诸逻辑符号的一个频率高的频率，对从远程设备接收的所说的第一信号进行取样，并定义诸取样组({(k，T)})，其中每一个都分别地由一个取样相位定义，

一个装置(COD)，它将所说的代表信息({l})和从远程设备接收的信号诸取样组({(k，T)})中的每一个相关起来，并定义先验的最佳取样组({(k，T)})，

一个装置，它在所说的先验的最佳取样组({(k，T)})和由在所说的先验的最佳取样组的取样相位附近的诸取样相位定义的所说的诸取样组({(k-2，T)}，{(k-1，T)}，{(k+1，T)}和{(k+2，T)})中的某一个之间选择一个取样组，选出的取样组是关于一个逻辑符号序列(TS)产生最小的均衡误差信号的取样组，和

一个计算装置，它一方面根据当它被用选出的取样组的取样相位取样时所说的从远程装置接收的信号，和另一方面根据所说的逻辑符号序列(TS)使均衡装置中的一个误差信号最小。

7.根据权利要求5的发射/接收设备，其特征在于非线性调制/解调处理装置是频率调制/解调处理装置。

8.根据权利要求6的发射/接收设备，其特征在于所说的装置是根据DECT标准有许多移动电话的一个无线电通信系统的一个基地台。

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