FI82336B - Foerfarande foer bestaemning av koefficienter i en transversal ekvalisator. - Google Patents

Description

1 82336

Menetelmä transversaalikorjaimen kertoimien määrittämiseksi

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdan-5 non mukainen menetelmä transversaalikorjaimen kertoimien alkuarvojen määrittämiseksi tiedonsiirtojärjestelmän vas-taanottimessa.

Synkronisissa tiedonsiirtojärjestelmissä siirrettävä data on bittisekvenssin muodossa. Lähettimessä (esim. 10 modeemi) bitit muunnetaan signalointisymboleiksi, jotka sitten lähetetään tiedonsiirtokanavaan tietyllä signaloin-ti nopeuden a 1/T, missä T on symboliväli. Vastaanottimessa (esim. modeemi) vastaanotetut symbolit ilmaistaan ja muunnetaan takaisin databittisekvenssiksi. Tiedonsiirtokana-15 vassa lähetetty signaali huononee erilaisten häiriölähteiden vaikutuksesta. Näihin sisältyy mm. lineaarinen vääristymä (amplitudi- ja viivevääristymä) ja kohina.

Tämän ongelman rajoittamiseksi järjestelmä voi olla varustettu adaptiivisella korjaimella, joka on esim. 20 transversaalisuodatin, jossa on muuttuvat tappikertoimet ja tappiväli T, joka on yhtä suuri tai pienempi (frac-tional-korjain) kuin signaalin symboliväli Τ'.

Artikkelissa "Rapid Training of a voiceband data-modem receiver employing an equalizer with fractional-T 25 spaced coefficients", IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-35, s. 869-876, lokakuu 1987, on esitetty eräs menetelmä tällaisen fractional-transversaalikorjaimen kertoimien alkuarvojen laskemiseksi.

Tässä tunnetussa menetelmässä siirtokanavaan lähe-30 tettyä dataa edeltää ennalta määrätty syklinen symboli-sekvenssi, jota kutsutaan opetus- eli training-sekvenssik-si. Kanavan siirtofunktio H(k) estimoidaan ensin laskemalla vastaanotetun opetussignaalin yhden tai useamman jakson DFT eli diskreetti Fourier-muunnos R(k) ja jakamalla se 35 lähetetyn opetussekvenssin DFT:llä S(k). Korjaimen siir- 2 82336 tofunktio C(k) saadaan suhteesta C(k) * A(k)/H(k), missä A(k) referenssispektri, ts. haluttu korjattu siirtofunktio (siirtokanavan ja korjaimen yhteinen siirtofunktio). Kor-jaimen kertoimet saadaan C(k):sta käänteisellä DFTrllä.

5 Fractional-korjaimelle (T<T*) on kuitenkin olemassa ääretön määrä ratkaisuja, joten niistä täytyy valita jonkin kriteerin avulla sopiva.

Edellä mainitussa artikkelissa sopiva korjaimen spektri valitaan siten, että korjaimen sisääntulossa ole-10 van valkoisen kohinan vahvistuminen minimoituu (vrt. artikkelin yhtälö 16). Korkean signaali-kohinasuhteen ja lyhyen korjaimen tapauksessa tämä ei kuitenkaan ole hyvä ratkaisu, koska tällöin suurin osa korjaimen jäännösvir-heestä syntyy korjaimen impulssivasteen laskostumisesta. 15 Lisäksi monissa sovellutuksissa, kuten kiertokyse lyä käyttävässä monipisteverkoissa, on edullista minimoida opetussekvenssin pituus. Toisaalta korjaimen kyky korjata siirtokanavan vääristymää heikkenee opetussekvenssin lyhentyessä .

20 Keksinnön päämääränä on aikaansaada transversaali- korjaimen kertoimen määrittämiseksi menetelmä, jossa käytetty kriteeri ottaa huomioon korjaimen impulssivasteen laskostumisen ja joka mahdollistaa korjaimen alustamisen aikaisempaa lyhyempää opetusjaksoa käyttäen.

25 Tämä saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle ovat tunnusomaista patenttivaatimuksessa 1 esitetyt tunnusmerkit.

Keksintö perustuu siihen, että nopeasti vaimeneva korjaimen impulssivaste johtaa korjaimen impulssivasteen 30 laskostumisen minimoitumiseen. Voitaisiin siten myös sanoa, että korjaimen impulssivasteen laskostumisen määrä minimoidaan käyttäen referenssispektriä A(k), joka on optimoitu kulloisellekin estimoidulle siirtokanavalle.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti referens-35 sispektri optimoidaan ja sopiva korjaimen spektri valitaan 3 82336 estimoimalla siirtokanavan ryhmäviive ja valitsemalla re-ferenssispektri tai korjaimen spektri sillä tavoin, että tuloksena saatava korjain käyttää niitä taajuuksia, joilla estimoitu ryhmäviivevääristymä on pienin. Tämän seurauk-5 sena korjaimella on nopeammin vaimeneva impulssivaste kuin mitä saataisiin kiinteää referenssispektriä käyttämällä. Laskostumisongelma helpottuu siten merkittävästi tehden mahdolliseksi käyttää lyhyempää opetusjaksoa. Tästä puolestaan seuraa siirtojärjestelmän tehokkuuden kasvu ja 10 korjaimen lyhyempi käynnistymisaika.

Keksintö selitetään nyt yksityiskohtaisemmin esimerkkien avulla viitaten oheiseen kuvioon, jossa on esitetty tyypillinen puhelinkanavan amplitudispektri ja ryh-mäviivefunktio.

15 Siirtojärjestelmän ja transversaalikorjaimen ylei nen rakenne ja toiminta ovat alan ammattimiehen tuntemia ja niiden osalta viitataan esimerkiksi edellä mainittuun artikkeliin ja US-patenttijulkaisuun 4 152 649. Keksintöä voidaan soveltaa niissä esitetyissä tai muissa sopivissa 20 korjäimissä.

Myös transversaalikorjaimen kertoimien määrittämiseen käytetyn menetelmän perusperiaatteet on selostettu edellä mainitussa artikkelissa. Keksinnön ymmärtämisen helpottamiseksi seuraavassa kuitenkin selostetaan menetel-25 män perusperiaatteita ennen varsinaisen keksinnöllisen osan selostamista.

Oletetaan että tiedonsiirtojärjestelmän siirtokanavan kantataajuinen ekvivalenttinen impulssivaste on korjattava käyttäen transversaalikorjainta, jonka tappiväli 30 on KT/L S T, missä T on signaalin symboliväli ja K ja L ovat pieniä kokonaislukuja. Ennen datan lähettämistä lähetin lähettää opetussignaalin s(t) = Σ s(i) δ (t-iT) (1) 35 i missä sekvenssi s(i) on jaksollinen jaksolla M = KN/L ja 4 82336 N on korjaimen tappikertoimien lukumäärä. Lähetetty signaali kulkee kanavan läpi ja vastaanottimessa siitä otetaan näytteitä näytteenottotaajuudella L/T. Vastaanotetut signaalinäytteet ovat 5 x(n) = Σ s(i)y(nT/L-r-iT)e32BAfnT / L+w(n) (2) i missä x on näytteenottovaihe, w(n) edustaa summautunutta 10 kompleksiarvoista kohinaa ja on tuntematon vakio taa-juussiirtymä. Muiden kanavan epäideaalisuuksien (vaihevä-rinä, amplitudivärinä, epälineaarisuudet, jne.) oletetaan olevan merkityksettömiä tai sisältyvän kohinatermiin w(n).

Vastaanottimessa sisääntulevaa signaalia tarkkail-15 laan jatkuvasti syklisen opetussignaalin havaitsemiseksi ja kantoaallon taajuussiirtymän estimaatti lasketaan kuten edellä mainitussa artikkelissa. Heti kun syklisen opetus-signaalin läsnäolo on ilmaistu, erotetaan vastaanotetun signaalin yksi jakso r(n), missä n = 0, 1,....,LM-1, ja 20 sitä käytetään korjaimen tappikertoimien laskemiseen. Sekvenssi r(n) saadaan kopioimalla LM näytettä korjaimen vii-velinjalta ja poistamalla kantoaallon taajuussiirtymän indusoima vaiheenkierto. Vastaanotetut näytteet on voitu myös keskiarvoistaa useiden jaksojen ajalta, jotta pienen-25 nettäisiin kohinan ja muiden kanavan epäideaalisuuksien vaikutusta kasvaneen opetusajan kustannuksella.

Vastaanotetun syklisen sekvenssin r(n) korjaamiseksi täydellisesti korjaimen tappikertoimet c(i) valitaan täyttämään yhtälö 30 N=1 Σ c( i )r [ ( Ln-Ki )„ „ d L M ] = s(n), n=0,1, . . . ,M-1 (3) i=0 35 missä modLM tarkoittaa modulo LM -operaatiota. Taajuustasossa tämä voidaan ilmaista ti 5 82336 L-l Σ C[(k+iM)eodl|]R( k+iM) = LS(k), k=0,1, . . . ,M-1 (4) i-0 5 missä C(k), R(k) ja S(k) ovat vastaavasti korjaimen, vastaanotetun sekvenssin ja opetussekvenssin impulssivastei-den diskreetit Fourier-muunnokset. Yhtälö (4) voidaan ilmaista myös referenssispektrin A(k) avulla 10 C(k„odN)R(k) = A(k)S(kBodM), k-0,1.....LM-1 (5) Tämä yhtälö on ekvivalentti yhtälön (4) kanssa, jos refe-renssispektri A(k) täyttää Nyqvistin kriteerin.

15 L-l Σ A(k+Mi) - 1, k=0,1,...,M-l (6) i=0

Referenssispektrillä A(k) tarkoitetaan haluttua 20 korjatun kanavan spektriä ennnen näytteenottoa symboli-taajuudella.

T-välisen korjaimen korjainspektrin laskeminen on . yksinkertaista, koska tällöin yhtälölle (4) tai (5) on enintään yksi ratkaisu. Korjaimen spektri saadaan 25 C(k) = S(k)/R(k), k-0,1.....N-l (7) mikäli R(k) eroaa nollasta kaikilla k:n arvoilla.

Fractional-korjaimelle spektrin laskeminen on vai-30 keampaa, koska yhtälö (4) antaa vain M yhtälöä ja C(k) muuttujien lukumäärä N>M. Yhtälöstä (5) nähdään, että fractional-korjaimelle löytyy ääretön määrä ratkaisuja, ellei vastaanotetun signaalin spektrissä ole L kappaletta spektrinollia 1/T Hz välein. Yhtälöstä (4) tulokseksi saa-35 duista äärettömästä määrästä mahdollisia ratkaisuja on jollain kriteerillä valittava sopiva.

6 82336

Ideaalisessa tapauksessa pitäisi löytää referenssi-spektri A(k), joka antaa optimaalisen N-pituisen korjaimen kanavan impulssivasteelle. Tämä ei yleensä ole mahdollista, koska se vaatii tietoa kanavan siirtofunktiosta kai-5 kiila taajuuksilla eikä optimaalisen N-pituisen korjaimen referensispektri välttämättä täytä Nyqvistin kriteeriä. Tämän vuoksi on käytettävä jotain vähemmän optimaalista ratkaisua.

Referenssispektristä riippuen saadaan korjain, joka 10 on enemmän tai vähemmän laskostunut versio "kuvitellusta" äärettömän pitkästä korjaimesta. Äärettömän pitkää kor-jainta ei kuitenkaan lasketa missään vaiheessa. Teoriassa äärettömän pitkä korjain olisi laskettavissa kasvattamalla opetussekvenssin jakso äärettömäksi.

15 Edellä mainitun artikkelin menetelmässä referenssi- spektri valitaan siten, että kohinan vahvistus minimoituu. Tämä ei kuitenkaan ole hyvä valinta korkean signaalikohi-nasuhteen ja/tai lyhyen korjaimen tapauksessa.

Keksinnön mukaisesti korjaimen impulssivasteen las-20 kostuminen minimoidaan kriteerillä N-l J = Σ f(k)|C(k)|2 (8) k=0 25 missä f (k) on painofunktio, joka painottaa enemmän taajuuksia, jotka ovat laskostumisen kannalta vaikeita, ja vähemmän taajuuksia, jotka ovat tässä suhteessa helppoja.

Painofunktio f (k) valitaan siten, että tuloksena 30 saatava äärettömän pitkä korjaimen impulssivaste on mahdollisimman nopeasti vaimeneva. Toisin sanoen korjaimen spektrin ryhmäviiveen vaihtelu minimoidaan taajuuksilla, joilla kanavan amplitudifunktio on merkittävä. Samanaikaisesti vältetään teräviä muutoksia korjaimen spektrin amp-35 litudissa, koska myös ne johtavat hitaasti vaimenevaan korjaimen impulssivasteeseen.

Il 7 82336

Kun referenssispektrillä oletetaan olevan lineaarinen vaihe korjaimen ryhmäviivefunktiosta tulee välttämättä kanavan ryhmäviiveen peilikuva. Tämän vuoksi keksinnön mukaisen menetelmän eräässä edullisessa suoritusmuodossa 5 minimoidaan korjaimen amplitudi niillä taajuuksilla, joilla kanavan ryhmäviive poikkeaa paljon keskiarvosta ja pidetään samanaikaisesti korjaimen amplitudispektri mahdollisimman tasaisena.

Tämä saavutetaan kun painofunktioksi F(k) valitaan 10 esimerkiksi F(k) = |x(k)-xava |n + Fo (9) missä x(k) on kanavan estimoitu ryhmäviive taajuudella k xava on keskimääräinen ryhmäviive ja n ä 1. Korjaimen 15 spektrin tasaisuus taataan lisäämällä positiivinen vakio Fo neliöityyn ryhmäviive-eroon. Tämän painofunktion tuloksena korjain käyttää pääasiassa niitä taajuuksia, joilla ryhmäviive on lähellä keskiarvoa, ja vahvistaa vähemmän taajuuksia, joilla ryhmäviive eroaa paljon keskiarvosta. 20 Painofunktio F(k) voi olla myös jokin muu ryhmäviive-eron funktio.

Esimerkiksi kuviossa, jossa on esitetty tyypillisen pahasti vääristyneen puhelinkanavan amplitudispektri D ja ryhmäviive E, taajuudet A ja B laskostuvat päällekkäin, 25 kun korjaimen lähtösignaalista otetaan näytteitä 1/T välein. Tällöin kannattaa tehdä korjaimen spektri sellaiseksi, että se käyttää lähinnä taajuutta B, koska taajuudella A kanavan ryhmäviive poikkeaa paljon enemmän keskiarvosta.

Edellä esitettyä painofunktiota F(k) varten täytyy 30 määrittää kanavan ryhmäviivefunktio. Kun kanavan siirto-funktio H(f) kirjoitetaan kompleksisessa eksponentiaali-muodossa H(f) = |H(f)|eJ'(f) 35 missä 0(f) on jatkuva vaihevaste, kanavan ryhmäviivefunk- β 82336 tio on d0(f) x(f) = -- 2udf 5

Keksinnön mukaisessa menetelmässä kanavan ryhmäviive estimoidaan laskemalla kanavan siirtofunktion H(k) = R(k)/ S(k) vaihe ja laskemalla siitä numeerisen derivoinnin avulla ryhmäviivefunktio.

10 Kun H(k):n vaihefunktio lasketaan tavanomaista arctan-operaatiota käyttäen, kaikki saadut arvot ovat välillä -π ja π. Näistä vaiheen perusarvon näytteistä muodostetaan jatkuvan vaihefunktion näytteet lisäämällä sopiva 2it:n monikerta perusarvon näytteisiin. Oikea 2n:n 15 monikerta voidaan määrittää, jos näytteet ovat niin lähellä toisiaan, että epäjatkuvuudet voidaan havaita.

Hyvin lyhyen korjaimen ja pahasti vääristyneen kanavan tapauksessa kanavan ryhmäviivevaihtelu voi olla suurempi kuin korjaimen ajallinen pituus. Toisin sanoen kana-20 van siirtofunktion H(k) kahden vierekkäisen taajuuden välinen vaihe-ero voi olla suurempi kuin n, mikä tekee mahdottomaksi määrittää, mikä 2n:n monikerta pitäisi lisätä vaiheen perusarvoon.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä tämä ratkaistaan 25 olettamalla, että kanavan ryhmäviiveessä ei voi olla äkillisiä muutoksia kahden vierekkäisen taajuuspisteen välillä, jolloin 2τι:η oikea monikerta vaihefunktiota varten tietyssä taajuuspisteessä voidaan valita tarkkailemalla tässä pisteessä lasketun ryhmäviivearvon ja yhdessä tai 30 useammassa edellisessä taajuuspisteessä lasketun ryhmäviivearvon eroa ja vertaamalla sitä siirtokanavan yleisiin tunnettuihin ryhmäviiveominaisuuksiin. Esimerkiksi puhe-linkanavan tapauksessa tiedetään, että ryhmäviivefunktion tulisi olla yleisesti parabolinen funktio (katso kuvio). 35 Ryhmäviivefunktion laskeminen aloitetaan edullises ti DC-taajuudelta tai muulta taajuudelta, jossa ryhmäviive 9 82336 oletetaan pieneksi, ja etenemällä sitten erikseen kohti kaistan kumpaakin reunaa.

Edellä esitetyt esimerkit on tarkoitettu vain havainnollistamaan keksintöä. Yksityiskohdiltaan keksinnön 5 mukainen menetelmä voi vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (8)

1. Menetelmä fractional-tyyppisen transversaalikor-jaimen kertoimien alkuarvojen määrittämiseksi tiedonsiirto-5 järjestelmässä, joka käsittää siirtokanavan, menetelmän sisältäessä vaiheet a) ennalta määrätyn jaksollisen datasekvenssin, jonka diskreetti Fourier-muunnos on S(k), lähettämisen siirtokanavan läpi, 10 b) siirtokanavan läpi kulkeneen jaksollisen sek venssin yhden jakson diskreetin Fourier-muunnoksen R(k) laskemisen, c) suhteen C(k) = A(k)S(k)/R(k) määrittämisen, missä A(k) on referenssispektri, ja 15 d) korjaimen kerrointen arvojen määrittämisen las kemalla suhteen C(k) käänteinen diskreetti Fourier-muunnos, tunnettu siitä, että kohdassa c) valitaan sellainen referenssispektri A(k), joka antaa korjaimelle mahdollisimman nopeasti vaimenevan impulssivasteen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että referenssispektri A(k) valitaan siirtokanavan estimoidun ryhmäviiveen avulla siten, että pienennetään korjaimen amplitudia niillä taajuuksilla, joilla ryhmäviive on korjaimen kannalta hankala, ja että 25 korjaimen spektrin amplitudissa ei esiinny nopeita muutoksia.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että referenssispektri A(k) valitaan siten, että korjain käyttää enemmän niitä taajuuksia, 30 joilla siirtokanavan estimoitu ryhmäviive on lähellä ryhmäviiveen keskiarvoa, ja vahvistaa vähemmän niitä taajuuksia, joilla ryhmäviive eroaa huomattavasti keskiarvosta.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siirtokanavan ryhmäviiveen 35 määrittäminen käsittää siirtokanavan estimoidun siirto- li 82336 funktion vaiheen laskemisen ja ryhmäviiveen laskemisen vaiheesta numeerisen derivoinnin avulla.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että siirtokanavan ryhmäviiveen 5 määrittäminen käsittää vaiheet: a) siirtokanavan siirtofunktion vaiheen laskemisen arctan-operaatiolla, joka antaa välillä -n ja n olevia vaihearvoja, b) jatkuvan vaihefunktion muodostamisen lasketuista 10 vaihearvoista lisäämällä sopiva 2n:n kokonaislukumonikerta kuhunkin alkuperäiseen vaihearvoon ja siirtokanavan ryhmä-viivearvojen laskemisen numeerisen derivoinnin avulla jatkuvan vaihefunktion arvoista, jolloin oikeaksi 2π:η moni-kerraksi valitaan se, joka antaa tuloksena ryhmäviivear- 15 von, joka edellisissä taajuuspisteissä laskettujen ryhmä-viivearvojen kanssa parhaiten seuraa siirtokanavan oletettua ryhmäviivefunktiota.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että oikeaksi 2π:η monikerraksi 20 valitaan se, Joka antaa tuloksena ryhmäviivearvon, joka vähiten poikkeaa edellisessä taajuuspisteessä lasketussa ryhmäviivearvosta.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ryhmäviiveen laskeminen aloi- 25 tetaan taajuudelta, jolla siirtokanavan ryhmäviiveen oletetaan olevan pienin.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että oikeaksi 2n:n monikerraksi valitaan se, joka antaa tuloksena ryhmäviivearvon, joka on edelli- 30 sessä taajuuspisteessä lasketusta ryhmäviivearvosta vähiten poikkeava suurempi arvo. 12 82336