CN1845540B - 一种具有虚拟中心的时域自适应均衡器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种时域自适应均衡器，特别是一种具有虚拟中心的时域自适应均衡器，通过设置的虚拟中心提高了时域均衡器对抗信道多普勒效应的能力，属于对自适应均衡器作出的改进。与传统的固定中心相比，该虚拟中心也位于FIR内，对应某个抽头位置并作为均衡输出位置，但并不对应到所谓最强幅度的主径信号，即在初始化时，其初始化系数在一定量化范围内与其他抽头一致。在均衡器中设定这样一个虚拟的中心，保证均衡器不需要锁定某个主径上，无需主副径切换，从而不受动态多径响应带来的影响。该均衡器可以利用传输数据流中的数据帧头的预置序列进行训练时，将均衡器的抽头系数稳定在动态的信道响应上。

Description

一种具有虚拟中心的时域自适应均衡器

技术领域

本发明涉及一种时域自适应均衡器，特别是一种具有虚拟中心的时域自适应均衡器，通过设置的虚拟中心提高了时域均衡器对抗信道多普勒效应的能力，属于对自适应均衡器作出的改进。

背景技术

在诸如声音、数据和视频通讯等许多不同数字信息的实际应用中，均衡器是一种非常重要的元件。均衡器被用作全双工通信中喇叭扩音器的回声消除器(补偿器)、数字电视或数字电缆传输中的视频消重影器、无线调制解调器和无线电话的信号调节器等。

在信号传输过程中，由于信道中多径信号的存在，会带来码间干扰(ISI)，而码间干扰是产生误差的一个重要原因，在大部分单载波数字应用中，一般都使用时域自适应均衡器来修正ISI错误。

通常在数字接收机中，时域自适应均衡器包含一个控制器，一个有限脉冲响应(FIR)滤波器，一个硬判决器，和一个反馈均衡器。FIR滤波器用来接收输入信号，消除前向多径，即比主传输信号提前到达的多径信号。硬判决器会检查它的每个输入信息，并且决定将所接收到的信号中的哪一个传送给输出端。反馈均衡器将修改硬判决器的输入，以消除后向多径，即晚于主传输信号到达的多径信号，并且能够消除FIR滤波器产生的残留信号。误差信号是硬判决器的输出和输入信号之差，同时，硬判决器的输出作为反馈均衡器的一个输入。控制器根据误差信号值生成FIR滤波器和判决反馈均衡器的滤波器系数。

有很多可行的方法适用于产生滤波器系数，包括最小均方(LMS)和递归最小二乘方(RLS)算法。滤波器的形式也有多种，可以是实数滤波器，即，抽头系数和寄存器的数均为实数，滤波器的乘法运算也是实数运算；也可以是复数滤波器，即，抽头系数和寄存器的数均为复数，滤波器的乘法运算是复数运算；亦可以是准复数滤波器，即，抽头系数和寄存器的数虽然均为复数，但滤波器的乘法运算是实数运算。

传统的时域自适应均衡器在FIR滤波器内的确定的位置有一个固定的抽头，其初始值为‘1’(对应其他抽头初始值为‘0’)，均衡器将该位置定义为均衡器的中心位置，对应到均衡器输出的位置。均衡器将接收到的复合多径信号中的主径信号对应到该抽头，然后自适应的生成其他抽头系数，来实现主径信号消除副径信号的作用，从而对抗传输中的多径效应。

其中，在传统的线性均衡器中通常默认多径信号中的最强径为主径信号，用以消除多径信号中的副径信号。但在信道有多普勒效应时，信道的情况会随着时间发生变化，强径会随着时间变化变成弱径，弱径也会随着时间变化成为强径或消失，既主副径信号由于强度的变化，其位置会发生交换。

参见图6，由于传统固定中心的均衡器要求将所谓主径对应到中心抽头上，因此如果先将径1作为主径，径2作为副径，然后再将其互换，即将均衡器中心从主径A的位置切换到副径B位置时，均衡输出将重复恢复出A和B时刻之间数据(重复输出X0，X1)；而反之将主径B的位置切换到副径A位置时，均衡输出又将丢失A和B时刻之间数据(丢失了X1，X2).因此，传统均衡器无法跟踪变化的主径信号，也无法对抗时变的多径效应.

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足和缺陷，对传统均衡器进行改进，提出了一种新的具有虚拟中心的时域自适应均衡器。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种具有虚拟中心的时域自适应均衡器，包括：

在滤波器内确定位置的一个固定抽头，所述固定抽头定义为均衡器的中心位置，并对应到均衡器的输出位置；

其特征在于：

所述固定抽头的位置，根据输入滤波器的控制信号确定；

所述固定抽头的初始化系数值通过自适应算法生成，与滤波器内其它抽头的初始化系数值的设置，比特量化精度及取值范围一致。

所述固定抽头的位置根据输入滤波器的控制信号确定后，在按帧传输的数据流中，将预置序列作为数据帧头，对所述均衡器进行训练，使得均衡器输出的位置和固定抽头的位置对齐，并保持虚拟中心的位置在均衡器工作过程中不变，保证了信号传输的连续性。

所述固定抽头的系数值与其它抽头系数值通过同样的自适应算法更新。

所述滤波器的所有抽头系数初始化后，开始工作于预置序列的训练，通过充分的训练，得到对抗信道多径效应的抽头系数分布，然后再进入对数据流的自适应跟踪。

所述滤波器，可以是一个单独的前馈滤波器，也可以是一个判决反馈均衡器，还可以是具有重叠结构的时域线性均衡器。

所述滤波器的所有抽头系数初始值都设定为0，也可以在一定的比特量化精度范围内变化。例如：在(10，1，t)的有限精度，均衡器的抽头系数可以取自-256～255.5的范围。

所述抽头系数的自适应算法，可以是LMS算法，RLS算法或其它自适应更新算法，还可以是RCA等盲均衡算法。

所述预置序列可以是一个PN序列，也可以是几个PN序列的组合。

本发明的效果在于：与传统的固定中心相比，该虚拟中心也位于FIR内，对应的抽头位置作为均衡输出位置，但并不一定对应到所谓的最强幅度的主径信号，即在初始化时，其初始化系数在一定量化范围内与其他抽头一致。在均衡器中设定这样一个虚拟的中心，保证均衡器不需要锁定某个主径上，无需主副径切换，从而不受动态多径响应带来的影响。该均衡器可以利用传输数据流中的数据帧头的预置序列进行训练时，将均衡器的抽头系数稳定在动态的信道响应上。

附图说明

图1具有虚拟中心的时域自适应均衡器模块结构框图。

图2具有虚拟中心的含重叠结构的时域自适应均衡器模块结构框图。

图3具有虚拟中心的时域自适应均衡器工作流程图。

图4传统的时域自适应均衡器工作原理示例图。

图5具有虚拟中心的时域自适应均衡器工作原理示例图。

图6主副径切换时的均衡输出数据丢失和数据重复情况。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明：

如图1或图2所示，针对传输数据流，本发明所提供的具有虚拟中心的时域自适应均衡器包括：具有虚拟中心的前馈滤波器或具有虚拟中心的前馈重叠滤波器、反馈滤波器、信号叠加器、电平判决器、误差信号生成器和抽头系数更新器。

其中，各部件之间的相互连接关系为：前馈滤波器或前馈重叠滤波器的输出和信号叠加器的一个输入相连接，反馈滤波器的输出和信号叠加器另一个输入相连接，信号叠加器的输出与电平判决器的输入相连接，电平判决器的输出与反馈滤波器的输入相连接，信号叠加器的输出与电平判决器的输出与误差信号生成器相连接，误差信号生成器的输出与抽头系数更新器的输入相连接，抽头系数更新器分别控制前馈重叠滤波器或前馈滤波器和反馈滤波器的抽头系数更新。

具有虚拟中心的前馈滤波器或具有虚拟中心的前馈重叠滤波器与传统的前馈滤波器或前馈重叠滤波器相比较，在前馈滤波器或前馈重叠滤波器中设置了一个虚拟的中心，该虚拟中心的位置是固定的，但该虚拟中心的抽头系数值并不固定；所有均衡器的抽头系数，包括该虚拟中心抽头系数在内，都是通过自适应算法生成的；均衡器输出的位置对齐于该虚拟中心的位置。

具有虚拟中心的时域线性均衡器的工作流程如图3所示，均衡器根据时钟节拍对接收到数据信号进行移位；当接收到的控制时钟信号指示均衡器开始启动时，均衡器根据时钟节拍开始乘加和运算、产生误差信号、更新均衡器的所有的抽头系数；和传统的时域线性均衡器对比，虚拟中心的位置由输入的控制信号来设定的，所有的抽头系数从初始值0开始，均通过同样的自适应算法更新。

所述的具有虚拟中心的时域线性均衡器，在按帧传输的数据流中，用预置序列作为数据帧头，均衡器用该预置序列进行训练；该均衡器具有1个虚拟中心，该虚拟中心对应FIR内的某个抽头，其初始化系数值与其他FIR内的抽头初始化值的设置在一定量化范围内一致。

所述的具有虚拟中心的时域线性均衡器在收到控制信号后，虚拟中心位置确定，均衡器根据时钟的节拍开始连续不断的乘加运算，从而使得输出的位置和虚拟中心的位置始终对齐，并保持虚拟中心的位置在均衡器工作过程中不变，这将保证了信号传输的连续性。

所述的具有虚拟中心的时域线性均衡器的FIR的抽头系数初始值一般都设定为0，也可以在一定的比特量化精度范围内变化。例如：在(10，1，t)的有限精度，均衡器的抽头系数可以取自-256～255.5的范围内。

所述的具有虚拟中心的时域线性均衡器的抽头系数初始值一般设定为0，也可以根据信道估计进行系数的预设置.例如：在对信道参数预先有估计值的情况下，可以通过一些预设置算法，预设均衡器的抽头系数，一般该系数非0，从而提高均衡器收敛的速度和准确性.

所述的具有虚拟中心的时域线性均衡器，在均衡器开始工作后，该虚拟中心的抽头系数值与其他抽头系数值一样通过同样的系数更新算法产生。

所述的具有虚拟中心的时域线性均衡器的前馈滤波器或前馈重叠滤波器可以是实数均衡器，也可以是复数均衡器；均衡器的结构上可以是传统的FIR结构或判决反馈结构，也可以是重叠结构的时域线性均衡器。

所述的具有虚拟中心的时域线性均衡器的所有抽头系数随信道响应的变化而自适应的变化，自适应的算法可以是LMS算法，RLS算法，也可以是其他的自适应算法，及盲均衡算法。虚拟中心的抽头系数值同样随信道响应而变化。

结合本发明的内容提供以下实施例，应用在数字电视地面广播系统中。考虑到信道环境很恶劣，在移动传输时主径信号被建筑物完全阻断了，接收到的信号中是各种反射的多径信号的叠加，同时信道响应会随着时间的变化而发生变化。传统的时域线性均衡器要求均衡器能通过识别强径信号消除弱的副径信号来实现对抗传输中的多径效应，这就要求均衡器的中心对齐于复合多径信号中的强径信号。

在多径信号快速发生变化时，传统的均衡器无法正常有效的工作。因此采用具有虚拟中心的时域线性均衡器来有效对抗时变的多径效应，如图4所示，当传输的多径信号为两个0dB的多径信号的叠加时，传统的时域线性均衡器在固定的中心位置R0有一个固定的抽头系数1，通过在R4的位置生成一个抽头系数-1来实现主径信号对副径信号的消除。而当在发生主副径切换，即主径与副径位置发生交换时，均衡器将发生数据丢失或重复。

而具有虚拟中心的时域线性均衡器通过设定虚拟中心的位置，如图5中虚线的位置，自适应的生成两个抽头系数，在R2和R-2的位置分别产生抽头系数0.5，无需识别主副径的位置，从而不需要进行主副径切换，真正实现了信号匹配滤波器的功能。

Claims (9)

1.一种具有虚拟中心的时域自适应均衡器，包括：

在滤波器内确定位置的一个固定抽头，所述固定抽头定义为均衡器的中心位置，并对应到均衡器的输出位置；

其特征在于：

所述固定抽头的位置，根据输入滤波器的控制信号确定；

所述固定抽头的初始化系数值通过自适应算法生成，与滤波器内其它抽头的初始化系数值的设置，比特量化精度及取值范围一致。

2.根据权利要求1所述的具有虚拟中心的时域自适应均衡器，其特征在于：

所述固定抽头的位置根据输入滤波器的控制信号确定后，在按帧传输的数据流中，将预置序列作为数据帧头，对所述均衡器进行训练，使得均衡器输出的位置和固定抽头的位置对齐，并保持虚拟中心的位置在均衡器工作过程中不变，保证了信号传输的连续性。

3.根据权利要求2所述的具有虚拟中心的时域自适应均衡器，其特征在于：

所述固定抽头的系数值与其它抽头系数值通过同样的自适应算法更新。

4.根据权利要求2所述的具有虚拟中心的时域自适应均衡器，其特征在于：

所述滤波器的所有抽头系数初始化后，开始工作于预置序列的训练，通过充分的训练，得到对抗信道多径效应的抽头系数分布，然后再进入对数据流的自适应跟踪。

5.根据权利要求1所述的具有虚拟中心的时域自适应均衡器，其特征在于

所述滤波器，可以是一个单独的前馈滤波器，也可以是一个判决反馈均衡器，还可以是具有重叠结构的时域线性均衡器。

6.根据权利要求1所述的具有虚拟中心的时域自适应均衡器，其特征在于：

所述滤波器的所有抽头系数初始值都设定为0。

7.根据权利要求6所述的具有虚拟中心的时域自适应均衡器，其特征在于：

所述滤波器的所有抽头系数初始值可以在一定的比特量化精度范围内变化，在(10，1，t)的有限精度内，可以取自-256～255.5的范围。

8.根据权利要求1所述的具有虚拟中心的时域自适应均衡器，其特征在于：

所述抽头系数的自适应算法，可以是LMS算法，RLS算法或其它自适应更新算法，还可以是RCA等盲均衡算法。

9.根据权利要求1所述的具有虚拟中心的时域自适应均衡器，其特征在于：

所述预置序列可以是一个PN序列，也可以是几个PN序列的组合。

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