SE512377C2 - Förfarande för finavstämning av en transversalutjämnare som används i en mottagare i ett dataöverföringssystem - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 512 377 funktion C(k) fås ur relationen C(k) = A(k)/H(k), där A(k) är ett referensspektrum, m a o en önskad korri- gerad överföringsfunktion (överföringskanalens och ut- jämnarens gemensamma överföringsfunktion). Utjämnarens koefficienter fås ur C(k) med invers DFT. Ett dylikt förklarats till exempel i FI- patentansökan 891186 och i artikeln "Rapid Training of förfarande har a voiceband data modem receiver employing an equalizer IEEE Transac- 869-876, ok- with fractional-T spaced coefficients", tions on Communications, Vol. COM-35, s. tober 1987.

Ett dylikt förfarande, som använder en periodisk träningssignal ger som lösning en faltad version av en oändligt lång utjämnare. Denna faltade utjämnare kan i teorin fullständigt korrigera kanalens diskreta fre- kvenser, som finns i grupper med jämna intervall, men pà frekvenserna mellan dessa diskreta frekvenser fås inte en fullständig korrektion, eftersom kanalens överföringsfunktion inte är känd på dessa nællanlig- gande frekvenser.

Genast då utjämnarens koefficienter har be- räknats och inledandet av mottagarens övriga funktio- ner har slutförts, är nwttagaren färdig för funktion och de“korrigerade samplen för bärvàgsföljaren och de- _tektorn kan beräknas med hastigheten 1/T. I denna punkt kan det ännu finnas kvar ett flertal av trä- ningssekvensens symboler innan en slumpmässig data- signal dyker upp i utjämnarens utgång. Denna tid kan användas för finjustering av utjämnaren, eftersom trä- Mellan trä- data- ningssekvensen är känd för mottagaren. ningssekvensen och den senare slumpmässiga signalen kan eventuellt även sändas några ringssymboler med låg bithastighet. träningssekvensens signale- Sálunda är den symboler inte längre signal, som under sista finns på utjämnarens fördröjningslinje, 10 15 20 25 30 35 512 377 3 cyklisk. Sålunda skulle det vara möjligt att träna ut- jämnaren under några symbolers intervall med en delvis slumpmässig signal, från vilken man skulle erhålla in- formation om kanalen även på nämnda mellanfrekvenser.

Tidigare har föreslagits användning av en sto- kastisk gradientalgortim för uppdatering av tappkoef- ficienterna i finavstämningen (jfr ovannämnda arti- kel). Eftersom man dock i allmänhet strävar efter en kort träningssekvens, står inte många symboler till förfogande för finavstämningen och förbättringen som uppnås med gradientalgoritmen är ganska liten. En mera exakt finavstämning med gradientalgoritmen erhålls en- Ifall signalsekvensen som. används i finavstämningen bildas dast genom att öka träningssekvensens längd. enbart genom att öka antalet perioder av den ursprung- liga periodiska träningssekvensen, konvergerar gradi- entalgortimen aningen snabbare än med den slumpmässiga datasignalen, men inte nödvändigtvis i rätt riktning.

Detta beror på att gradientalgoritmen på den cykliska träningssekvensen strävar till att ändra utjämnarens koefficienter så, att en så bra cyklisk korrektion som möjligt uppnås och förstärkningen av bruset minimeras.

Därför borde den signalsekvens som används vara icke- periodisk.

- Ifall en mycket snabb igàngsättning av mottaga- ren önskas, är det inte möjligt att öka träningssek- vensens längd. Däremot måste man hitta ett sätt att öka gradientalgoritmens konvergeringshastighet eller något helt nytt förfarande för finavstämning av utjäm- naren. Samtidigt skulle antalet operationer, sonl fi- navstämningsförfarandet kräver, inte just få vara större än det, som i datafasen behövs för uppdatering av utjämnarens koefficienter.

Föreliggande uppfinning avser att åstadkomma ett nytt finjusteringsförfarande, med vilket ovan fram- 10 15 20 25 30 35 512 377 förda problem undviks.

Detta uppnås med förfarandet enligt uppfin- ningen, vilket är kännetecknat därav, att finavstäm- ningen utförs endast för en del av frekvenskomponen- terna i utjämnarens överföringsfunktion, varvid de öv- riga bibehàller sina värden före finavstämningen.

I uppfinningen antar man att den med grundför- farandet erhållna faltade utjämnaren är tillräckligt bra på de N diskreta frekvenser, på vilka kanalens egenskaper estimerades medelst träningssekvensen. Sà- lunda kan utjämnarens överföringsfunktion under finjusteringen hållas konstant på de flesta av dessa frekvenser, varvid antalet justerbara parametrar och härigenom antalet operationer som behövs för uppdate- ring av utjämnaren kan minskas avsevärt. Härvid är det till exempel nßjligt att finjustera utjämnaren nànga gånger användande samma mottagna signalsekvens. Denna signalsekvens kan nu vara rätt så kort, eftersom anta- let justerbara parametrar (frekvenskomponenter) är mindre än antalet tappar i utjämnaren. I praktiken kan sålunda i finjusteringen utnyttjas en icke-periodisk signalsekvens, som. utgörs av' några kända symboler i slutet av träningssekvensen. Minskningen av antalet justerbara utjämnareparametrar ändrar emellertid inte -nödvändigtvis konvergeringshastigheten för ett itera- tionsvarv, eftersom alla frekvenser i utjämnarens överföringsfunktion konvergerar väsentligen oberoende av varandra.

Finjusteringsförfarandet enligt uppfinningen, i vilket utjämnarens överföringsfunktion delvis låses, möjliggör även användning av icke-iterativa för- faranden, eftersom antalet justerbara parametrar är litet, varvid till exempel användning av kriteriet för minsta kvadratfel blir praktiskt.

Uppfinningen beskrivs nu mera detaljerat med G1 5 10 15 20 25 30 35 512 377 5 hjälp av exempel med hänvisning till bifogade figur, där en utjämnares överföringsfunktion har åskådlig- gjorts. Överföringssystemets och transversalutjämnarens allmänna konstruktion och funktion är kända för fack- män pà området och beträffande dessa hänvisas till ex- empel till artikeln ovan och till US-patentskriften 4 152 649. Uppfinningen kan tillämpas i de visade eller i andra utjämnareer.

Grundprinciperna för förfarandet, som använts för bestämning av transversalutjämnarens koefficienter förklaras även i. ovannämnda artikel och i. ovannämnda FI-patentansökan 891186.

Före sändning av egentlig data sänder sändaren Den sända en periodisk träningssignal. signalen går genom dataöverföringskanalen. I mottagaren observeras den inkommande signalen kontinuerligt för att upptäcka den periodiska träningssignalen. Då träningssignalen upptäcks, avskiljs därav en period r(n) av den mottag- na signalen, vilken. period används för beräkning av utjämnarens tappkoefficienter. Sekvensen r(n) fås ge- nom att kopiera utjämnaren från fördröjningslinjen, såsom förklarats t ex i ovannämnda artikel. Üêd det kända cykliska grundförfarandet beräknas -den 'diskreta Fourier-transformationen för utjämnaren med T/2 intervall C(k) = A(k)D(M)/R(k), k=O,1...,N-1, (1) där D(k) sekvensens och R(k) och den mottagna träningssekvensens är respektive den sända tränings- dis- kreta Fourier-transformationer, N=2M är antalet utjäm- narekoefficienter hos en utjämnare med T/2-intervall, symboler trä- ningssekvensen och <>M avser modulo-M-operationen. Det M är antalet per_ en period av 10 15 20 25 30 35 512 377 6 tidigare definierade referensspektret A(k) uppfyller Nyquists kriterium, med andra ord A(k)+A(k+M) = 1, k=0,l,...,M-1, (2) där k och k+M är ett frekvenspar (t ex frekven- serna A och B i bifogade figur), som faltas till samma frekvens i utjämnarens utgång (frekvens A i figuren).

Referensspektret A(k) kan antas vara reellt för alla värden på k.

Såsom ovan förklarats finns i slutet av trä- ningssignalsekvensen före egentlig data en icke-pe- riodisk signal till hands, som har längden av ett flertal symboler, vilka motsvarande sända symboler an- tingen är exakt kända (träningssekvensen) eller vilka kan uttryckas tillförlitligt med den utjämnare, som erhållits med leringssymboler som eventuellt följer pà en periodisk ovannämnda kända förfarande (signa- träningssekvens med en låg överföringshastighet). I en primär utföringsfornx av uppfinningen finjusteras ut- jämnaren medelst denna mottagna icke-periodiska se- kvens så, att finjusteringen minimerar de fel och för- vrängningar, som överföringskanalen förorsakat denna kända šignal. W ' I den primära utföringsformen av uppfinningen hålls justeringen konstant pá de frekvenser, pà vilka A(k) utjämnarens överföringsfunktion under fin- är 0 eller l (företrädesvis alla övriga frekvenser ut- om de på Nyquist-ramperna). På de resterande frekven- utjämnarens serna bestäms överföringsfunktion genom finjustering av referensspektret genom att ändra spektralkomponenterna parvis.

Då utjämnarens överföringsfunktion hålls kon- stant enligt uppfinningen på en del av frekvenserna, kan utjämnarens impulsrespons uttryckas JI 10 15 20 25 30 512 377 Nf-1 c(i) Cf(i)+Z[xqCq(i)+(l-xq)cq|(i)], i=0,l,...N, (3) q=0 där cf(i) är den impulsrespons som motsvarar ut- jämnarens överföringsfunktions låsta frekvenser och Nf är antalet finjusteringsparametrar. Ekvationens slut- del utgörs av impulsresponsernas cq(i) och cq'(i) par, där q=0,l,...,Nf_1, av vilka var och en motsvarar par med två frekvenser, vilka faltas till samma frekvens i utjämnarens utgång och vilka har erhållits som inversa diskreta Fourier-transformationer av relationerna D(k)/R(k) och D(k+M)/ R(k+M) för vissa värden på k.

Dessa impulsresponspar vägs med realtals- koefficienterna xq och (1-xq), vilka för varje värde på q motsvarar A(k) och A(k+M) för något värde på k.

Genom att ändra dessa frekvenspars viktkoefficienter kan man ändra korrektionen på mellanfrekvenserna, utan att utjämnarens cykliska korrektion förändras.

Eftersom utjämnarens överföringsfunktion kan hållas konstant på de flesta av frekvenserna under finjusteringen, blir antalet justerbara 'utjämnare- parametrar rätt så litet. Till exempel om tränings- -sekvensens period är 24T och kanalens överlopps band- bredd är 20 %, är antalet tappkoefficienter för en ut- jämnare med T/2 intervall 48, men för finjusteringen av utjämnaren behövs endast 5 reella parametrar. Med överlopps bandbredden 20 % avses i bifogade figur det frekvensområde, som blir utanför frekvensområdet - T/2...T/2.

Enligt uppfinningen kan många iterativa eller icke-iterativa förfaranden och algoritmer användas för finavstämning av en delvis låst utjämnare. Ett sätt är att använda en gradientalgortim, som är samma stokas- 5 10 15 20 25 30 512 3/77 tiska gradientalgoritm,_som_allmäntaanvänds för uppda- tering av utjämnarens koefficienter. Som felkriterium kan t ex en felfunktion av medelkvadratsumman mellan den sända signalsekvensen och den i utjämnarens utgång förekommande sekvensen. Gradientalgoritmens konverge- ringshastighet är emellertid så låg, att den kräver för' många iterationsvarv för erhållande av en till- räcklig korrektion, i synnerhet beträffande svårt för- vrängda kanaler.

I den primära utföringsformen av uppfinningen används i stället för en gradientalgortim en icke- iterativ algoritm, som löser finjusteringsparametrarna eller viktkoefficienterna xq i en fas. Användningen av icke-iterativa algoritmer är i förfarandet enligt fö- religgande uppfinning praktiskt och möjligt, eftersom antalet parametrar som skall lösas är mycket litet och parametrarna är reella.

I den primära utföringsformen av uppfinningen används en icke-iterativ algoritm, i vilken presta- tionsförmågakriteriet är den sk minsta kvadratsummans felfunktion Ill N-l z d-cn(i)r<2n-1> |2, (4) där r(n) är sekvensen för de sampel av den mottagna signalen som tagits med sampeltagningshastigheten 2/T och d(n) detta kriterium löses utjämnarens koefficienter så, att effekten av differenssekvensen mellan den sända är sekvensen för de sända signalerna. Med signalsekvensen d(n) och den i utjämnarens utgång fö- rekommande mottagna sekvensen r(n) minimeras på ett visst kontrollintervall. Summeringsgränserna no och nl 10 15 20 25 30 \ \\ 512 377 \ \š-.

Rx\\> 9 har valts så, att felen räknas q att använda den mottagna träningssekvensens icke-periodis a del; Då en del av utjämnarens överföringsfunktion hålls konstant under finjusteringen, kan detta felkriterium skrivas nl Nf-1 Jn = 2 |a(n)-y n=n0 q=0 där y(n) och zq(n) är utgångssekvenser för Nf+1:s fix- erade transversalfilter, N-1 Nf'1 Y(n) = E [cf(i) + 2 Cq'(i)]r(2n-i) (6) i=O q=0 i N-1 zq(n) = 2 [cq(i)-cq'(i)]r(2n-i), q=O,1...,Nf-l (7) i=O Då ekvationen (5) skrivs på nytt i xnatrisform -fås ' nl T Jn = 2 |d(n>-y(n)-xnzn|2 (8) D=D0 T n n där Xn = {x0,xl,...xNf_1“} är en vertikalvektor, som T utgörs av finjusteringsparametrar, och Zn=z0(n), 21 (n),...,ZNf_1(n). Ifall utjämnarens parametrar x an- q 10 15 20 25 30 512 37? 10 tas vgfa Ieella, ar envatlöñens (8) nàllande till termen Xn gradient i. för- nl Nf~l Gn = dJn/Zdxn = 2 R8{Zq*(n) [y(n)+2 XpZp(1'1)-d(n)]} (9) n=no p=o =Anx'Bn där matrisernas An och Bn element fås ur ekvationerna nl apqn = Z Re{zq*(n)zp(n)}, p,q=0,l,...,Nf-l (10) n=n0 nl bqn = 2 Re{zq*(n)[d(n)-y(n>]}, q=o,1,...Nf-1. (11) n=n0 Finjusteringsparametrarna xq, som minimerar fel- kriterigt 8, fås genom att ställa gradienten pà noll och lösa de som resultat erhållna Nf stycken lineära ekvationerna. I matrisform är lösningen n n. (12) I praktiken kan ekvationen (12) ersättas med ek- vationen x = '1Bn, (13) där 6 är en liten positiv konstant, som adderas 10 15 20 512 577 11 till matrisens diagonal för att säkra, att den inver- terbara matrisen inte är singulär. Konstanten har även den inverkan, att den minskar den effekt som ökar bru- set hos den som resultat erhållna utjämnaren.

Eftersom man nu känner till felfunktionens verk- beträffande kan utjämnaren finavstämmas även genom att använda en liga gradient finjusteringsparametrarna, deterministisk gradientalgoritm Xm+1=Xm*°*UAn+ï>Xm'Bn1 (14) där d är en stegstorleksparameter.

Då parametrarna xq har lösts, insätts de i ek- vationen (3), fràn vilken utjämnarens impulsrespons fås.

Förfarandet enligt föreliggande uppfinning kan lätt förverkligas programmatiskt i nuvarande trans- versalutjämnareer, då initialjusteringen av utjämnaren sker genom att först bestämma kanalens och utjämnarens frekvensresponser i N diskreta frekvenspunkten.

Ovan visade exempel är endast avsedda att åskåd- liggöra uppfinningen. Beträffande detaljerna kan för- farandet enligt uppfinningen variera inom ramen för de bifogade patentkraven.

Claims (7)

5 10 15 20 25 30 35 512 377 12 Patentkrav

1. Förfarande för finavstämning av en transver- salutjämnare, som används i. en nmttagare i ett da- taöverföringssystem, medelst en i den mottagna sig- nalen kort, omedelbart efter att koefficienter har bestämts pà basen av en mottagen innehállen icke-periodisk signalsekvens initialvärdena för utjämnarens träningssekvens, k ä n n e t e c k n a t därav, att finavstämningen utförs endast för en del av frekvens- komponenterna i utjämnarens överföringsfunktion, medan de andra bibehåller sina värden före finavstämningen.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e- t e c k n a t därav, att under finavstämningen bibe- hålls de frekvenskomponenter i utjämnarens överföring- sfunktion oförändrade, vilka motsvarande frekvenskom- ponenter i referensspektret har värdet 1 eller 0.

3. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att frekvenskomponen- terna, som finavstämmer utjämnarens överförings- funktion, indelas i grupper om två frekvenskomponen- ter, vilka faltas i utjämnarens utgång till samma fre- kvens, och att den ena frekvenskomponenten i varje grupp vägs med en viktkoefficient x och den andra med -en víktkoefficient (1-x).

4. Förfarande enligt patentkravet 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t därav, att finavstämbara fre- kvenskomponenter i utjämnarens överföringsfunktion korrigeras i en riktning, där felet mellan den sända signalsekvensen och den i dess utjämnares utgång före- kommmande sekvensen minimeras.

5. Förfarande enligt patentkravet 4, k ä n n e- t e c k n a t därav, att som felkriterium används en felfunktion av den minsta kvadratsumman mellan den sä- nda signalsekvensen och den i dess utjämnares utgång 10 512 377 13 förekommande versionen.

6. Förfarande enligt patentkravet 4, k ä n'n e- t e c-k n a t därav, att som felkriterium används en felfunktion av medelkvadratsumman mellan den sända signalsekvensen och den i dess utjämnares utgång före- kommande versionen.

7. Förfarande enligt patentkravet 6, k ä n n e- t e c k n a t därav, att finavstämningen utförs en eller ett flertal gånger i rad iterativt med samma signalsekvens.