TWI393395B - 對接收信號執行等化的標準化最小均方(nlms)等化器及方法 - Google Patents

Description

對接收信號執行等化的標準化最小均方(NLMS)等化器及方法

本發明係有關無線通信系統。更特別是，本發明係有關頻道評估強化LMS等化器。

【背景】

調整適應濾波器之濾波係數方法之一係為LMS(最小均方)演算法。LMS濾波器中，濾波器係數係以LMS濾波器實際輸出及參考值間之誤差為基礎被更新。該誤差係被回饋以更新濾波器係數，而該被更新濾波器係數係以步長及誤差為基礎被產生，其係被迭代更新直到收斂為止。

因為收斂速度不能趕上快速改變頻道，所以若使用小步長，則快速改變頻道中之LMS等化器(或正規LMS(NLMS)等化器)效能係被降級。使用大步長可增加收斂速度，因而可強化LMS等化器效能。然而，使用大步長可能產生超額錯誤調整誤差。因此，追蹤能力及錯誤調整誤差之間係具有置換關係。大步長追蹤頻道較佳。然而，小步長降低錯誤調整誤差較佳。因此，步長被設定來最佳化總效能，但LMS演算法實施通常會產生次佳收斂時間。

Griffith演算法係以不需誤差信號但需參考信號及資料向量乘積預測值之先驗知識之LMS演算法適應為基礎。

因此，預測不需限制先前技術即可執行頻道評估。

本發明係有關使用頻道評估之一強化等化器。依據本發明，頻道評估之定標版本係被當作用於實施Griffith演算法之被傳送信號及被接收信號乘積之預測平均行為。本發明亦使用事先或預測頻道評估來克服存在於隨時間改變頻道中之LMS演算法變異中之延遲問題。因此，本發明可促成小步長使用達成以大步長之相同追蹤能力。未來某時點之頻道評估係被用於更新等化器濾波器分接點係數。此可以預測濾波器來實施。可替代是，因為對濾波器分接點係數產生器輸入資料被延遲，所以延遲可被引進輸入資料至濾波器分接點係數產生器，其使頻道評估類似對濾波器分接點係數產生器之預測。

【較佳實施例之詳細說明】

本發明特性可被併入積體電路(IC)或被配置於包含多互連組件中之電路中。

本發明提供可維持良好收斂特性下較佳追蹤高行動性頻道之一等化器(也就是適應性濾波器)。Griffith演算法係被設計允許無誤差信號(適應天線陣列以拒絕干擾之脈絡)，但需得知被傳送信號及被接收信號乘積之預測平均行為時使用類似LMS演算法。通常，接收器處並不知此被預測行為。依據本發明，該行為係被評估，而該評估係被用來實施Griffith演算法。依據本發明之一實施例，頻道評估之定標版本係被當作被傳送信號及被接收信號乘積之預測平均行為。若已知引示序列被嵌入傳輸中(如藉由將被接收信號與已知引示信號相關聯)，則可輕易獲得頻道評估。

本發明亦使用事先或預測頻道評估來克服存在於隨時間改變頻道中之LMS演算法變異中之延遲問題，藉此促成小步長使用達成以大步長之相同追蹤能力。依據本發明，未來某時點之頻道評估係被用於更新等化器濾波器分接點係數。此可以預測濾波器來實施。可替代是，因為對濾波器分接點係數產生器輸入資料被延遲，所以延遲可被引進輸入資料至濾波器分接點係數產生器，其使頻道評估類似對濾波器分接點係數產生器之預測。

依據漏洩NLMS演算法更新等化器濾波器之濾波器分接點係數係可被重寫如下： 其中誤差信號e _k ＝(1＋j )－y _k c _k ，a為漏洩因子，w為等化器濾波器分接點係數，為等化器濾波器中之輸入資料向量，y為等化器濾波器輸出，y ＝，c為亂碼共軛，而下標k意指第k迭代。

記註乘積yc＝eq_descram，且使及引示信號p＝{1＋j}，方程式(1)可被重寫如下：

記註(c _{k k} )＝sym _vec ，方程式(2)可被重寫如下：

依據發明之NLMS演算法強化係藉由以下其預期取代方程式(3)之()左項來達成：

依據本發明，該預測係從頻道評估被近似。只要引示被傳送，該預測項將產生無雜訊例中之頻道脈衝響應。因此，頻道評估可取代方程式(4)中之預測。此外，被預測頻道評估係被使用，而非僅計算頻道評估來取代預測。若頻道評估於未來某時被頻道狀態評估取代，則附加效能改良可被實施。此補償NLMS演算法中既存之延遲。如上述，該預測可藉由被放置等化器濾波器前方之延遲來實施。

第1圖為依據本發明之等化器100方塊圖。等化器100係包含一等化器濾波器106，一頻道評估器112，一濾波器分接點係數產生器114及一乘法器110。等化器100可選擇性進一步包含一延遲緩衝器104，一信號組合器102及一向下採樣器108。

數位化樣本132，134係被饋入信號組合器102。本發明可被擴充使用多天線來接收分集。如樣本132，134之多樣本流係可經由多天線從被接收信號被產生，而多樣本流132，134係被信號組合器102多路傳送以產生一被組合樣本流136。應注意，第1圖描繪來自兩接收天線之兩樣本流132，134例(無圖示)，但僅一或兩個以上樣本流視天線配置而定被產生。若僅一樣本流被產生，則不需信號組合器102，而樣本流被直接饋入延遲緩衝器104及頻道評估器112。信號組合器102可替代地僅內插樣本132，134來產生一樣本流136。

被組合樣本136係被饋入延遲緩衝器104及頻道評估器112。延遲緩衝器104可於輸出被延遲組合樣本139至等化器濾波器106之前儲存被組合樣本136以延遲一預定時間區間。此使頻道評估類似對濾波器分接點係數產生器之預測。可替代是，樣本136可被直接饋送至等化器濾波器106。等化器濾波器106可使用被濾波器分接點係數產生器114更新之濾波器分接點係數148來處理該被延遲組合樣本138並輸出被濾波樣本140。

若採樣速率大於晶片速率或多樣本流被產生，則被濾波樣本140可藉由向下採樣器108被向下採樣，藉此向下採樣器108產生晶片速率資料。較佳是，樣本132，134係以兩倍晶片速率被產生。例如，若兩樣本流以兩倍晶片速率被產生，則下採樣器108藉由四(4)之因子向下採樣被濾波樣本140。

被向下採樣樣本142接著藉由乘法器110將該被向下採樣樣本142乘上亂碼157之共軛被解擾亂。該被解擾亂濾波樣本144係從等化器100被輸出藉由其他下游組件處理，且亦被回饋至濾波器分接點係數產生器114。

作為輸入之頻道評估器112可接收被組合樣本136及較佳引示序列152並輸出一頻道評估150。頻道評估可藉由使用任何先前技術方法來產生。當引示信號被包含於被接收信號時，該引示信號知識係可強化頻道評估。

濾波器分接點係數產生器114可產生被用於濾波等化器濾波器106中之被組合樣本138之濾波器分接點係數114。濾波器分接點係數產生器114當作輸入，被解亂碼濾波樣本144，分接延遲線146中之樣本狀態向量，頻道評估器112所產生之頻道評估150，一步長參數μ154及一漏洩參數α 156。

第2圖為等化器濾波器106之詳細方塊圖。等化器濾波器106包含一分接延遲線202及一向量內乘積乘法器204。被延遲組合樣本138係被移入分接延遲線202，而向量內乘積乘法器204係計算被移入分接延遲線之樣本狀態向量146及複合濾波器分接點係數148之向量內乘積。該向量內乘積係從等化器濾波器106被輸出為被濾波樣本140。

第3圖為濾波器分接點係數產生器114之詳細方塊圖。濾波器分接點係數產生器114係包含一第一共軛單元302，一第二共軛單元304，一第一乘法器306，一加法器308，一第二乘法器310，一向量範數平方產生器320，一除法器314及一迴路濾波器311。頻道評估器112所產生之頻道評估150係被饋送至第一共軛單元302以產生頻道評估332之共軛。等化器濾波器106之分接延遲線202中之樣本狀態向量146係被饋送至第二共軛單元304以產生狀態向量334之共軛。狀態向量334及藉擾亂濾波樣本144係被乘上第一乘法器306。第一乘法器306係為可產生向量信號之純量－向量乘法器305。第一乘法器306之輸出336係藉由加法器308被擷取自頻道評估332之共軛以產生未定標修正項338，其對應方程式(4)中之(E {p ．sym _vec ^H }－eq _descram ．sym _vec ^H )項。

狀態向量146亦被饋送至向量範數平方產生器320以計算狀態向量340之向量範數平方。步長參數μ154係藉由除法器314被除以狀態向量340之向量範數平方以產生定標因子342(也就是方程式(4)中之β)。定標因子342係藉由第二乘法器310被乘上未定標修正項338以產生定標修正項344。定標修正項344係被饋送至迴路濾波器311以被添加至先前迭代濾波器分接點係數以產生被更新濾波器分接點係數148。

迴路濾波器311係包含一加法器312，一延遲單元318及一乘法器316。濾波器分接點係數148係被儲存於延遲單元318中被用於下一迭代當作先前濾波器分接點係數。被延遲濾波器分接點係數346係被乘上漏洩參數α 156以產生定標先前濾波器分接點係數348，而該定標先前濾波器分接點係數348係藉由加法器312被添加定標修正項344以產生濾波器分接點係數148。

依據本發明之效能改良係被顯示於第4圖作為模擬結果。該模擬係針對10dB之信號雜訊比(SIR)，正交移相鍵控(QPSK)調變，具有ITU VA120頻道之一接收天線，及第三代高速下鏈封包存取(HSDPA)固定參考頻道(FRC)測試被配置。該模擬顯示本發明高行動性頻道(120kph行動速度)之優點。2dB以上效能改良係被實現。

第5圖為依據本發明執行被接收信號等化處理500之流程圖。樣本係被產生自被接收信號(步驟502)。樣本係於轉送該樣本至等化器濾波器之前被暫時儲存於延遲緩衝器中以延遲樣本一段預定期間(步驟504)。頻道評估係以該樣本為基礎被產生(步驟506)。被延遲緩衝器延遲之樣本係藉由等化器濾波器處理以產生被濾波樣本(步驟508)。亂碼共軛係被乘上該被濾波樣本以產生解亂碼濾波樣本(步驟510)。新濾波器分接點係數係使用該頻道評估被產生(步驟512)。

第6圖為依據本發明產生濾波器分接點係數處理600流程圖。頻道評估之共軛係被產生(步驟602)。被移入等化器濾波器之分接延遲線中之樣本狀態向量共軛係被乘上解擾亂濾波樣本(步驟604)。乘法結果係被扣除自頻道評估之共軛係以產生未定標修正項(步驟606)。定標因子係藉由步長除以被移入分接延遲線中之樣本狀態向量之向量範數平方被產生(步驟608)。定標向量係被乘上該未定標修正項以產生定標修正項(步驟610)。該定標修正項係被添加至先前迭代之濾波器分接點係數以產生被更新濾波器分接點係數(步驟612)。

雖然本發明之特性及元件被以特定組合說明於較佳實施例中，但各特性及元件係不需較佳實施例之其他特性及元件，或有或無本發明其他特性及元件之各種組合中被單獨使用。

110、204、306、310、316．．．乘法器

106．．．等化器濾波器

136、138．．．組合樣本

142．．．向下採樣樣本

146．．．樣本狀態向量

148．．．濾波器分接點係數

150．．．頻道評估

154．．．步長參數μ

156．．．漏洩參數α

308、312．．．加法器

311．．．迴路濾波器

340．．．除法器

342．．．定標因子

QPSK．．．正交移相鍵控

LMS．．．(最小均方)演算法

w．．．等化器

第1圖為依據本發明之等化器方塊圖。

第2圖為第1圖之等化器濾波器方塊圖。

第3圖為第1圖之濾波器分接點係數產生器方塊圖。

第4圖顯示與先前技術NLMS等化器相較之效能改良模擬結果。

第5圖為依據本發明執行被接收信號等化處理流程圖。

第6圖為依據本發明產生濾波器分接點係數處理流程圖。

110．．．乘法器

136、138．．．組合樣本

142．．．向下採樣樣本

146．．．樣本狀態向量

148．．．濾波器分接點係數

150．．．一頻道評估

154．．．一步長參數μ

156．．．一漏洩參數α

w．．．等化器濾波器分接點係數

Claims (14)

1. 一種標準化最小均方(NLMS)等化器，包含：一頻道評估器，可產生一頻道評估；一等化器濾波器，以一濾波器分接點係數來處理樣本以產生一經濾波樣本，其中該等化器濾波器包含：一分接延遲線，該樣本係被依序移入該分接延遲線；及一向量內乘積乘法器，用於計算被移入該分接延遲線之該樣本及該濾波器分接點係數之一向量內乘積；及一濾波器分接點係數產生器，可基於一Griffith演算法更新該濾波器分接點係數，該頻道評估係用以執行該Griffith演算法。
2. 如申請專利範圍第1項之等化器，其中該濾波器分接點係數產生器包含：一第一共軛單元，可產生該頻道評估之一共軛；一第二共軛單元，可產生被移入該分接延遲線之一樣本狀態向量之一共軛；一第一乘法器，可將被解擾亂濾波樣本乘上該狀態向量之共軛；一加法器，可從該頻道評估之共軛扣除該第一乘法器之輸出，以產生一未定標修正項；一向量範數平方產生器，可計算該狀態向量之一向量範數平方； 一除法器，可將一步長參數除以該向量範數平方，以產生一定標因子；一第二乘法器，可將該定標因子乘上該未定標修正項，以產生一定標修正項；以及一迴路濾波器，可藉由將該定標修正項添加至一先前迭代之該濾波器分接點係數來儲存一先前迭代之該濾波器分接點係數，及輸出新濾波器分接點係數。
3. 如申請專利範圍第2項之等化器，其中該濾波器分接點係數產生器進一步包含一第三乘法器，可將一漏洩參數乘上該先前迭代之該濾波器分接點係數。
4. 如申請專利範圍第1項之等化器，其中該頻道評估為未來某時點的一頻道評估之一預測。
5. 如申請專利範圍第4項之等化器，進一步包含一延遲緩衝器，可於該樣本被轉送至該等化器濾波器之前延遲該樣本一預定時間區間。
6. 如申請專利範圍第1項之等化器，進一步包含一向下採樣器，可向下採樣該經濾波樣本，藉此該向下採樣器可以一晶片速率輸出該經濾波樣本。
7. 如申請專利範圍第6項之等化器，進一步包含一信號組合器，可組合經由複數天線所接收之信號為基礎而產生之複數樣本流。
8. 如申請專利範圍第7項之等化器，其中該信號組合器可內插該複數樣本流以產生一組合樣本流。
9. 一種用於對接收信號執行等化的方法，該方法包含： 產生所接收信號之一樣本；以該樣本為基礎產生一頻道評估；使用濾波器分接點係數利用一等化器濾波器處理該樣本以產生經濾波樣本，當使用該頻道評估執行Griffith演算法時，該濾波器分接點係數基於該Griffith演算法而更新；依序將該樣本移入；以及計算被移入之該樣本及該濾波器分接點係數之一向量內乘積。
10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該頻道評估為未來某時點的一頻道評估之一預測。
11. 如申請專利範圍第10項之方法，進一步包含：於利用該等化器濾波器以處理該樣本之前，將該樣本儲存於一延遲緩衝器以延遲該樣本一預定時間區間。
12. 如申請專利範圍第9項之方法，進一步包含以產生經濾波樣本而向下採樣該經濾波樣本以產生經濾波樣本。
13. 如申請專利範圍第12項之方法，進一步包含組合經由複數天線所接收信號為基礎所產生之複數樣本流。
14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該複數樣本流係被內插以產生一組合樣本流。