CN1235457A - 自适应均衡器 - Google Patents

Abstract

由于普通的自适应均衡器将更新量控制参数μ作为一个固定的值,这种更新量控制参数μ不能最佳地适应信道状态的变化,并且BER特性出现恶化,因此本发明是按照一个估算的BER值用自适应算法运算部2来控制参数μ,从而控制对信道脉冲响应进行更新的更新量,用BER估算部4执行一个BER估算程序,并且用更新量控制参数调整部5执行一个更新量控制参数调整程序,在信道状态坏并且急剧变化的情况下增大参数μ,使其跟随信道状态的环境变化,并且在信道状态变化很小的良好环境下减少参数μ,从而减少BER特性的恶化。

Description

自适应均衡器

本发明要求1999年3月13日提交的日本专利申请No.10063170的优先权。

本发明涉及到一种自适应均衡器，特别是涉及到用来均衡接收信号的一种自适应均衡器，以便减少代码之间的交扰。

迄今为止，在诸如移动无线通信系统等等数字通信系统中已经出现了采用自适应均衡器对接收信号执行自适应均衡的技术，以便补偿传输信道中由于代码之间的交扰造成的性能恶化(参见日本专利申请公开No.5-3437,No.5-316083,No.5-110617等等)。

图9表示装有自适应均衡器的一种手持电话的一例方框图。在图9中，用一个模-数(A/D)转换器42将无线接收部41接收到的接收信号转换成数字信号，然后提供给自适应均衡器43，并且经过自适应均衡处理后变成均衡的数据信号。从自适应均衡器43输出的均衡的数据信号被提供给一个纠错译码器44，经过纠错和译码后被取出。

图10是象上述自适应均衡器43一样使用的一例普通自适应均衡器的方框图。在图10中，接收信号被输入到一个信道估算部1，自适应算法运算部10和一个维特比(维特比)译码器3。信道估算部1根据输入的接收信号估算出信道状态，从中获得信道的脉冲响应。自适应算法运算部10在接收信号和信道估算部1估算的脉冲响应的基础上用自适应算法来更新脉冲响应。

自适应算法的作用是随时更新信道的脉冲响应，以便使脉冲响应有可能符合信道的实际状态。这种更新是根据参考文献(“Waveform EqualizingTechniquesfor Mobile Digital Communication”,pp.33issued by TORIKKEPS)中详细描述的自适应算法来执行的，在以下给予简要的说明。

将自适应均衡处理中使用的脉冲响应和自适应均衡处理的结果相乘后获得的结果与接收的信号相比较。如果估算的脉冲响应是准确的，二者就应该彼此相等。二者之间的差被确定为误差，并且通过反馈来更新脉冲响应。假设将用来控制需要更新的脉冲响应的更新量的参数称为更新量控制参数μ。与另一个误差数量相等但是μ值较大的一个误差在脉冲响应中就具有较大的更新量，而与另一个误差数量相等但是μ值较小的一个误差在脉冲响应中就具有较小的更新量。

维特比译码器3根据接收的信号和通过自适应算法运算部10更新的一个信道的脉冲响应来执行维特比译码处理，用来均衡接收的信号。由这一维特比译码器3获得的均衡的数据信号被输出到后级，并且同时被反馈给自适应算法运算部10。这样，接收信号就变成了经过自适应处理后的均衡数据信号。

然而，由于上述的常规自适应均衡器中采用了固定值的更新量控制参数μ来控制脉冲响应的更新量，并且将其用来更新按照自适应算法估算的信道状态的结果，更新量控制参数μ不能最佳地适应信道状态的变化，这样就会造成BER(比特误差率)性能的恶化。

本发明就是考虑到上述问题，其目的是提供一种能够减少BER性能恶化的自适应均衡器，用来优化控制脉冲响应更新量的更新量控制参数μ，使其适应信道状态的变化。

为了实现上述的目的，本发明所提供的自适应均衡器包括：信道估算装置，用来输入一个接收信号，并且估算接收信号的信道的脉冲响应，一个自适应算法运算装置，用来自适应地更新由信道估算装置在自适应算法的基础上根据更新量控制参数估算出的该信道的脉冲响应，一个译码装置，根据接收的信号和自适应算法装置获得的脉冲响应来执行维特比译码程序，并且输出接收信号的均衡数据信号，一个比特误差率估算装置，用来估算从译码装置获得的均衡数据信号的比特误差率，以及一个更新量控制参数调整装置，用来根据比特误差率估算装置估算的比特误差率值来调整更新量控制参数，并且将其提供给自适应算法运算装置。

由于本发明是根据比特误差率估算装置估算的误差率值来调整更新量控制参数，并且将其提供给自适应算法运算装置的，它可以根据估算的比特误差率值来估算信道的状态，并且优化更新量控制参数μ的值，使其适应信道状态的变化。

本发明所提供的上述自适应均衡器进一步包括一个用来估算接收信号的平均功率的平均功率估算装置，在其中用更新量控制参数调整装置来确定平均功率估算装置估算的平均功率等级属于多个预定等级当中的哪一级，并且将与其确定的等级相对应的一个预定门限值的量值和估算的比特误差率值相互比较，并且对更新量控制参数进行更新，使其按照在此时获得的比较结果而增大或是减少。

由于本发明确定了接收信号的平均功率等级属于多个预定等级当中的哪一级，并且将通过确定所获得的对应着一个等级的预定门限值的量值和估算的比特误差率值相比较，并且按照在此时获得的比较结果而增大或是减少更新量控制参数，即使是在相同的信道状态下，它也可以对应着预期的比特误差率随着接收电场强度而变化的量值来调整更新量控制参数。

也就是说，更新量控制参数调整装置的特征在于对更新量控制参数进行更新，在比特误差率估算装置估算的比特误差率大于一个门限值时，它可以将原先设定的更新量控制参数的宽度增大一级，并且对更新量控制参数进行更新，在比特误差率估算装置估算的比特误差率小于一个门限值时，将原先设定的更新量控制参数的宽度减少一级。

按照本发明的比特误差率估算装置的特征在于取得与超出从译码装置获得的均衡数据的一个训练序列所对应的数据，将该数据和一个预定的参考序列相比较，对这些数据中彼此不同值的比特数量计数，并且将不同比特的数量除以对应着训练序列的数据的比特数量，将由此获得的一个值确定为估算的比特误差率值。

更新量控制参数调整装置可以限制通过对更新量控制参数进行更新而获得的一个值的上限，从而使其增大到预定的最大值，并且可以限制通过对更新量控制参数进行更新而获得的一个值的下限，从而使其减少到预定的最小值。

以下要参照附图来说明本发明的实施例。

图1是一个方框图，表示本发明一个实施例的自适应均衡器；

图2是一种自适应均衡程序的流程图；

图3是用来解释BER估算部的工作方式的一个流程图；

图4是用来解释更新量控制参数调整部的工作方式的一个流程图。

图5表示在良好信道状态下的BER特性；

图6表示在恶劣信道状态(多径衰落环境)下的BER特性；

图7A,7B和7C表示均衡的数据信号的一种信号格式；

图8是一个平均功率等级表；

图9是一个方框图，表示装有自适应均衡器的一种手持电话；

图10是一个方框图，表示一种普通的自适应均衡器。

图1是本发明一个实施例的自适应均衡器的示意性框图。本实施例的自适应均衡器是本发明用于手持电话的一个例子，它包括一个信道估算部1，一个自适应算法运算部2，一个维特比译码器3，一个BER估算部4，一个更新量控制参数调整部5，以及一个平均功率计算部6。

接收信号被输入到信道估算部1和维特比译码器3。信号估算部1根据输入的接收信号估算出信道状态，从中获得一个信道的脉冲响应。维特比译码器3根据接收信号和来自自适应算法运算部2的信道脉冲响应来执行维特比译码程序，均衡接收到的信号，并且输出均衡的数据信号。自适应算法运算部2利用一种自适应算法来更新信道估算部1估算的脉冲响应。

如上所述，自适应算法2是一种用来随时更新信道脉冲响应的算法，以便使脉冲响应尽可能地接近实际的信道状态。与现有技术的方式相同，将自适应均衡程序中使用的脉冲响应和自适应均衡程序的结果(从维特比译码器3输出的均衡数据信号)相乘后获得的结果与接收的信号相比较。如果估算的脉冲响应是准确的，二者就应该彼此相等。二者之间的差被检测为误差，并且按照更新量控制参数μ来更新脉冲响应。

图5是一个示意图，以良好的信道状态下获取的更新量控制参数μ作为参数来表示量化的BER特性。从图5的特性示意图中可见，在接收电场强度相同的情况下，更新量控制参数μ越小，BER特性就越好。而图6是一个示意图，以诸如多径衰落环境等等恶劣的信道状态下获取的更新量控制参数μ作为参数来表示量化的BER特性。从图6的特性示意图中可见，在接收电场强度相同的情况下，更新量控制参数μ越小，BER特性就越坏。

因此，一般来说，需要折衷地选择更新量控制参数μ，以便在某种程度上能够满足这两种特性的要求。在本实施例中是通过按照一个估算的BER值对更新量控制参数μ的值进行控制而减少信道状态变化所造成的BER特性恶化的。

图1中所示的BER估算部4是个用来估算BER的方框，它检测包含在一个均衡数据信号中的训练序列，并且计算训练序列中的误差数量。更新量控制参数调整部5根据估算的BER值和平均功率计算部6获得的接收信号在一帧当中的平均功率来确定和输出更新量控制参数μ。以下还要详细说明在更新量控制参数调整部内部执行的程序。

以下要参照图2所示的自适应均衡程序的流程图来说明本发明实施例的工作方式。首先要设定需要初始设定的参数(步骤S1)，用来控制更新量控制参数μ的值。假设需要初始设定的参数中包括初始值μ0，一级宽度μS，更新量控制参数μ的最大值μmax，更新量控制参数μ的最小值μmin，平均接收功率的等级数量及其门限值，对应着平均功率等级的BER的门限值等等，所有这些参数在整个自适应均衡程序中都是可以改变的。

然后，信道估算部1根据输入的接收信号估算信道状态，从中估算出信道的脉冲响应(步骤S2)。需要使用这一脉冲响应来执行自适应均衡程序，但是需要判断现行的自适应均衡程序是不是从本实施例适用的手持电话开机以来的第一个自适应均衡程序(步骤S3)。如果是第一程序，因为更新量控制参数μ的值设定得不够准确，就在自适应均衡程序中使用初始值μ0作为更新量控制参数μ(步骤5)。如果是第二或是后面的程序，由于在前面的自适应均衡程序中已经设定了更新量控制参数μ，就可以使用已经设定的参数值(步骤4)。设定的方式在以下说明。

此后，自适应算法运算部2就使用步骤S4或S5中设定的更新量控制参数μ在一帧上执行自适应均衡程序(步骤S6)。在一帧的自适应均衡程序结束时，BER估算部4执行BER估算程序(步骤S7)，然后由更新量控制参数调整部5执行更新量控制参数调整程序(步骤S8)。这样，当一帧的自适应均衡程序结束时(步骤S9)，系统就返回到步骤S2，并且估算个信道。按照这种方式，系统对每一帧都重复从步骤S2到步骤S8的程序。

接着要参照图3的流程图详细地解释步骤S7中的BER估算程序。BER估算部4首先从维特比译码器3获取一个数据序列rT(K)，它对应着一个超出均衡数据信号的训练序列(步骤71)。

在上述均衡数据信号的信号格式中，每一帧是由图7A所示的n个时隙构成的，每个时隙的结构是由图7B所示的一个数据序列21和跟在它后面的一个数据序列22构成的，或者是这样一种结构，即在数据序列31和32之间多路复用一个训练序列。无论在哪一种情况下，由于在均衡数据中多路复用的训练序列的数据序列所在的位置是预先可以知道的，仅有训练序列的数据序列可以被提取。

接着，BER估算部4将训练序列21或32的数据序列rT(K)与接收机一侧保存的一个训练序列(称为参考序列)的数据相比较(步骤S72)。按照比较的结果，在自适应均衡程序中具有不同值的比特被判断为误差比特。

因此，BER估算部4对具有不同值的比特的数量计数(步骤S73)，然后将通过计数获得的这些不同比特的数量除以训练序列的比特数量，并且将所得的商作为估算的BER值(步骤S74)。BER估算部4将估算的BER值输出到更新量控制参数调整部5(步骤S75)。

接着要参照图4的流程图更详细地说明更新量控制参数调整部5在图2的步骤S8中执行的更新量控制参数调整程序。更新量控制参数调整部5首先从BER估算部4中取出一个估算的BER值，并且接收由平均功率计算部6计算出的整个一帧接收信号的平均功率(平均接收功率)，从中获得目前所处理的平均接收电场(步骤S81)。

此后，由更新量控制参数调整部5来确定接收的平均接收电场在图8所划分的平均接收功率N个等级当中属于哪一个等级(步骤S82)。由于BER的量值在预料中是随着接收电场的强度而变化的，即使是在相同的信道状态下，也要设定这些等级。并且预先为接收电场的每一级设定一个BER门限值。在图8中，为这些等级设定的间隔是10dBm，但是代表这种等级精度的级数N是可以根据设备的条件而增大的。

然后，更新量控制参数调整部5将估算的BER值与(图2的步骤S1中设定的)一个等级中的BER门限值相比较，该等级对应着在步骤S82中确定的平均接收功率的量值(步骤S83)。也就是说当平均接收功率例如是-55dBm时，它在图8的等级中属于6级，因此就将6级的门限值与估算的BER值相互比较。

根据比较的结果，更新量控制参数调整部5确定估算的BER值是否大于门限值(步骤S84)，当估算的BER值较大时，就判断信道状态坏，并且将更新量控制参数μ增大一级的宽度μS，如果增大的参数值＂μ+μS＂超出了最大值μmax，就将参数值限制在最大值μmax(步骤S85)。

另一方面，当估算的BER值等于或是小于该等级的门限值时，就判断信道状态好，并且将更新量控制参数μ减少一级的宽度μS，如果减少的参数值＂μ-μS＂等于或是小于最小值μmin，就将参数值限制在最小值μmin(步骤S86)。在步骤S85和S86中，一级的宽度μS，最大值μmax，最小值μmin已经被初始设定在图2的S1级。之所以将已经更新的更新量控制参数μ的上限和下限限制在最大值μmax和最小值μmin是因为自适应均衡程序是在与本发明所适用的系统中对应的一个正常和适当的范围内执行的。

更新量控制参数调整部5将步骤S85和S86中更新的更新量控制参数输出到自适应算法运算部2，以便在下一帧中使用(步骤S87)。

这样，本实施例是通过BER估算程序和更新量控制参数调整程序根据一个估算的BER值来控制一个更新量控制参数μ的，并且对更新量控制参数μ进行控制，在信道状态坏并且急剧变化的情况下通过改变参数μ而使其跟随信道状态的环境变化，从而减少BER特性的恶化，如图6所示。另一方面，在信道状态变化很小的良好环境下，如图5所示，如果减小更新量控制参数μ，就能减少BER特性的恶化，否则，不能最佳地适应信道状态变化的一个更新量控制参数的值有可能会造成BER特性的恶化。

如上所述，由于本发明是根据一个估算的比特误差率值来调整更新量控制参数的，并且将其提供给自适应算法运算部，从而根据估算的比特误差率值估算出信道的状态，并且优化更新量控制参数μ，使其适应信道状态的变化，它可以对更新量控制参数μ进行控制，以便在信道状态坏并且急剧变化的情况下通过改变控制着自适应算法所执行的信道估算结果的更新程度的参数μ而使其跟随信道状态的环境变化，并且在信道状态变化很小的良好环境下减小更新量控制参数μ，从而减少比特误差率(BER)特性的恶化，否则，不能最佳地适应信道状态变化的一个更新量控制参数的值有可能会造成BER特性的恶化。

由于本发明将接收信号的平均功率量值划分成了多个等级，为每个等级设定一个门限值，将此门限值与估算的比特误差率的量值相互比较，并且按照比较的结果而增大或是减少一个更新量控制参数，从而对更新量控制参数进行调整，使其适应预期的比特误差率值，即使是在相同的信道状态下，这种值仍是随着接收电场的强度而变化的，本发明可以对接收的信号执行精确和优化的自适应程序。

Claims (6)

1．一种自适应均衡器包括：

信道估算装置，用来输入一个接收信号，并且估算上述接收信号的信道的脉冲响应，

一个自适应算法运算装置，用来自适应地更新由上述信道估算装置在自适应算法的基础上根据更新量控制参数估算出的信道脉冲响应，

一个译码装置根据上述接收信号和上述自适应算法装置获得的信道脉冲响应来执行维特比译码程序，并且输出上述接收信号的均衡数据信号，

一个比特误差率估算装置，用来估算从上述译码装置获得的均衡数据的比特误差率，以及

一个更新量控制参数调整装置，用来根据上述比特误差率估算装置估算的比特误差率值来调整上述更新量控制参数，并且将其提供给上述自适应算法运算装置。

2．按照权利要求1的自适应均衡器，其特征是进一步包括一个用来计算上述接收信号的平均功率的平均功率计算装置，在其中用上述更新量控制参数调整装置来确定上述平均功率估算装置计算的平均功率等级属于多个预定等级当中的哪一级，并且将与其确定的等级相对应的一个预定门限值的量值和上述比特误差率估算装置估算出的比特误差率值相互比较，并且对更新量控制参数进行更新，使其按照上述比较结果而增大或是减少。

3．按照权利要求2的自适应均衡器，其特征是上述更新量控制参数调整装置对上述更新量控制参数进行更新，在上述比特误差率估算装置估算的比特误差率值大于上述门限值时，它可以将原先设定的更新量控制参数的宽度增大一级，并且对上述更新量控制参数进行更新，在上述比特误差率估算装置估算的上述比特误差率值等于或是小于上述门限值时，将原先设定的更新量控制参数的宽度减少上述的一级。

4．按照权利要求1的自适应均衡器，其特征在于，上述比特误差率估算装置取得与超出从上述译码装置获得的上述均衡数据的一个训练序列相对应的数据，将该数据和一个预定的参考序列相比较，对彼此不同值的比特数量计数，并且将不同比特的数量除以对应着上述训练序列的数据的比特数量将由此获得的一个值确定为上述估算的比特误差率值。

5．按照权利要求1的自适应均衡器，其特征在于，上述更新量控制参数调整装置限制通过对上述更新量控制参数进行更新而获得的一个值的上限，从而使其增大到预定的最大值，并且限制通过对上述更新量控制参数进行更新而获得的一个值的下限，从而使其减少到预定的最小值。

6．按照权利要求2的自适应均衡器，其特征在于，上述更新量控制参数调整装置将上述多个等级设定为与上述平均功率计算装置计算的平均功率量值相当的数量，让这一数量适合一个设备的条件。

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