專利名稱：迭代循環(huán)短訓練序列直至均方差低于目標閾值的最小均方差均衡方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及數字通信系統(tǒng)，更具體地說，涉及數字通信系統(tǒng)中的自適應信號均衡。
背景技術：
在數字通信系統(tǒng)中，信號通常經由具有有限帶寬的信道發(fā)送。對于高速數據傳輸，這種帶寬有限的信道導致符號間干擾(ISI)。有線信道會出現頻率選擇性衰落，而無線信道遇到多徑傳播。此外，在大多數數字通信系統(tǒng)中，信道的頻率響應通常不是先前已知的。這使得難以設計用于調制器和解調器的最佳濾波器。此外，對于大多數實際信道，頻率響應特性是時變的，所以無法設計最佳固定解調濾波器。
對ISI問題的解決方案是設計一種接收機，它采用補償或降低接收信號中的ISI的裝置。用于ISI的補償器稱為均衡器。對于實際的數字通信系統(tǒng)，有許多已知的均衡器類型，如基于最大似然(ML)估算的均衡器、具有可調整系數的線性濾波、判定反饋均衡器(DFE)等，參見J.G.Proakis的《數字通信)》第四版(McGraw-Hill，New York，2001)。
為了用于未知信道，均衡器通?？蓪π诺理憫M行調整，并且對于時變信道，自適應于信道脈沖響應(CIR)的時間變化。本技術稱為通過信道接收的信號的自適應均衡。
最小均方(LMS)處理因其計算簡單而最常用于自適應均衡。LMS處理是基于使發(fā)送信號與在均衡器輸出端的該信號的估算值之間的均方差(MSE)最小。
LMS處理的主要缺點是收斂速度取決于接收信號的自相關矩陣的本征值擴展。此外，LMS處理在訓練階段需要訓練信號中相對較長的符號序列。
為了獲得更快的收斂，可以采用遞歸最小平方(RLS)處理。因為這種處理需要估算發(fā)送信號的功率，這是比較復雜的，并且涉及到其它參數。當訓練信號中的接收符號序列不是長得足以進行正確的功率估算時，這種技術還可能引入“過沖”或“不收斂”問題，參見S.Chem，J.Homg和K.M.Wong“混合LMS自適應算法的性能”(《信號處理》第44卷第1期第67-88頁，1995年6月)。這個問題通常發(fā)生在初始訓練階段，尤其是在步長值較大時。
因此，需要一種降低復雜性的系統(tǒng)和方法，改進通過通信系統(tǒng)的信道接收的信號的均衡。
發(fā)明的公開本發(fā)明提供一種系統(tǒng)和方法，組合自適應均衡器與訓練信號循環(huán)，用于數字通信系統(tǒng)中的信號均衡。通過訓練信號循環(huán)，本發(fā)明以降低的復雜性和較慢的收斂速度提高自適應均衡器的整體性能，特別是在訓練信號中使用短符號序列的情況下。本發(fā)明可以與具有慢收斂速度的均衡器配合使用，但是它還可以有效地與具有短訓練信號符號序列的其它類型的均衡器配合使用。
更具體地說，本發(fā)明提供一種用于均衡經由通信系統(tǒng)的信道發(fā)送的信號的方法和系統(tǒng)。經由信道接收的輸入信號存儲在主緩沖器中。接收輸入信號的訓練信號部分存儲在循環(huán)緩沖器中作為循環(huán)訓練信號。
使訓練信號和發(fā)送信號的估算值的均方差最小，直至均方差小于預定閾值。在這種情況下，經由信道接收并存儲在主緩沖器中的輸入信號直接經過均衡，以便對經由信道傳輸的信號的符號進行判定。在初始訓練階段，直接從訓練信號確定均方差，在隨后的訓練階段，使用循環(huán)訓練信號。
附圖簡介

圖1是可使用本發(fā)明的接收機的組件的框圖；圖2是根據本發(fā)明、適用于訓練信號循環(huán)的接收機的框圖；以及圖3是根據本發(fā)明的自適應均衡方法的流程圖。
實施本發(fā)明的最佳方式本發(fā)明提供一種手段，通過在進行信道脈沖響應的初始估算時讓訓練信號循環(huán)，利用訓練信號中的短符號序列改進LMS類型均衡器的收斂特性。通過訓練信號循環(huán)，即使訓練信號中的符號序列非常短，LMS類型的均衡器也可以達到收斂階段或穩(wěn)定狀態(tài)。因此，根據本發(fā)明的系統(tǒng)和方法具有LMS類型均衡器的低計算復雜性以及RLS類型均衡器的穩(wěn)定狀態(tài)性能?；旧?，本發(fā)明采用以下主要功能具有預定閾值的循環(huán)觸發(fā)器，預定閾值是誤差信號的目標誤差值，即均方差(MSE)；訓練信號循環(huán)；以及所需響應發(fā)生器和選擇。本發(fā)明可以與LMS類型的均衡器配合使用，也可以與其它類型的均衡器以及訓練信號中的短符號序列配合使用。
自適應均衡器圖1表示可采用本發(fā)明的接收機100的一些組件。接收機包括自適應均衡器110、判決裝置120、反饋濾波器130以及加法器140。接收機100的輸入信號101是帶有噪聲的發(fā)送信號的失真形式。輸出信號102是判決102。一般來說，均衡器110采用具有可調整加權系數的自適應線性濾波器。對于LMS類型的均衡器，均衡器110的抽頭的加權系數是如下遞歸調整的Wi(n+1)＝Wi(n)+μe(n)·vi(n)其中i＝1，…，N (1)其中N是均衡器的長度，w是抽頭加權矢量，n是時標，μ是步長，e是誤差信號，v是輸入信號101。輸入均衡器的誤差信號是由加法器140根據以下公式產生的e(n)＝d(n)-y(n)(2)
其中y(n)是自適應均衡器110的輸出信號，d(n)是反饋濾波器120的輸出。
一般來說，所需響應103是利用在訓練階段中訓練信號中的符號序列以及均衡階段中的輸入信號來選擇的。對于簡化的均衡結構，可以將反饋濾波器130旁路。在這種情況下，誤差信號e(n)是所需響應103與自適應均衡器的輸出102之間的差。
具有訓練信號循環(huán)的自適應均衡器圖2說明根據本發(fā)明、具有訓練信號循環(huán)的接收機200的一些組件。這些組件包括主緩沖器210，用于存儲和提供送到開關220的輸入信號201。開關220還從循環(huán)緩沖器230接收輸入。循環(huán)緩沖器的大小等于訓練信號中符號序列的大小。
循環(huán)緩沖器230在初始訓練階段中填充輸入訓練信號。輸入訓練信號還饋送到均衡和判決裝置240。接收機還包括與裝置240連接的所需響應發(fā)生器250以及控制開關220和所需響應發(fā)生器250的循環(huán)觸發(fā)器260。輸出信號202是判決符號，所需響應發(fā)生器在訓練階段從訓練符號203中選擇輸出，在均衡階段從判決符號202選擇輸出。
如上所述，與RLS類型均衡器相比，LMS類型均衡器一般需要較長的訓練符號序列。當訓練信號太短時，LMS類型均衡器在初始均衡階段無法良好地工作。但是，如果初始濾波器系數基本上接近穩(wěn)定狀態(tài)中的系數，那么即使訓練序列短，均衡器仍可達到收斂狀態(tài)。
在實際系統(tǒng)中，無法預測初始選擇的最佳濾波器系數，因為信道脈沖響應在訓練階段之前是未知的。根據上述內容，本發(fā)明在訓練階段使接收的訓練信號循環(huán)以作為均衡器的輸入信號，并且可以使用在訓練的第一次迭代中得出的系數作為在訓練的后續(xù)迭代中的初始系數。因此，初始濾波器系數逼近穩(wěn)定狀態(tài)的最佳濾波器系數，而且即使訓練信號中的符號序列短，均衡器也可以在均衡階段中接近最佳加權矢量w之處工作。
系統(tǒng)操作如圖3所示，在工作期間，接收機200在初始和隨后的訓練階段310以及均衡階段330中工作。在初始訓練階段310中，開關220從主緩沖器210中選擇輸出，作為到裝置240和循環(huán)緩沖器230的初始輸入信號201。主緩沖器存儲通過通信系統(tǒng)的信道接收的數據。
在訓練階段310，所需響應發(fā)生器250選擇訓練序列203作為輸出，在均衡階段選擇判決信號202作為輸出。在訓練階段310的初始迭代期間(i＝1)，確定訓練序列301的MSE和發(fā)送的訓練信號的估算值。循環(huán)觸發(fā)器260比較MSE與閾值T303，閾值T是根據目標MSE預定的。
在步驟315，如果MSE大于預定閾值T303，則接收機尚未收斂，還需要附加訓練階段310。因此，觸發(fā)訓練信號循環(huán)320，接收機進入訓練階段320的第i次迭代，其中i＞1?，F在，開關220從循環(huán)緩沖器230中選擇輸出，作為對均衡器240的輸入，根據循環(huán)訓練信號301執(zhí)行下一次訓練迭代。隨后的訓練迭代確定循環(huán)訓練信號的MSE并且重復，直至MSE小于預定閾值T303。
當滿足閾值要求時，接收機200進入均衡階段330。在均衡階段330，不使用循環(huán)緩沖器230，均衡器采用接收的輸入信號302直接對通過信道發(fā)送的信號的符號進行判決。
雖然已經通過最佳實施例的示例對本發(fā)明進行了說明，但是應當理解，在本發(fā)明的精神和范圍之內可以進行各種其它調整和修改。因此，所附權利要求書的目的在于涵蓋屬于本發(fā)明的真實精神和范圍之內的所有這類變更和修改。
權利要求
1.一種用于均衡經由通信系統(tǒng)的信道發(fā)送的信號的方法，它包括在循環(huán)緩沖器中存儲經由所述信道接收的訓練信號，作為循環(huán)訓練信號；在估算所述訓練信號時使所述訓練信號的均方差最??；確定所述均方差是否大于預定閾值，使所述循環(huán)訓練信號和所述訓練信號的估算值的均方差減至最小，直至所述均方差小于所述預定閾值；以及如果所述均方差小于所述預定閾值，則均衡直接經由所述信道接收的輸入信號，從而對經由所述信道發(fā)送的信號的符號作出判決。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述訓練信號包括符號序列，所述序列中的符號數目小于五。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述預定閾值是目標均方差。
4.一種用于均衡經由通信系統(tǒng)的信道發(fā)送的信號的系統(tǒng)，它包括主緩沖器，配置成存儲經由所述信道接收的輸入信號；循環(huán)緩沖器，配置成存儲所述輸入信號的訓練信號，作為循環(huán)訓練信號；均衡和判決裝置；與所述均衡和判決裝置連接的所需響應發(fā)生器；與所述均衡和判決裝置連接的循環(huán)觸發(fā)器；以及由所述循環(huán)觸發(fā)器控制的開關，所述開關在訓練階段中把所述訓練信號饋送給所述均衡和判決裝置，所述開關在均衡階段中把所述輸入信號饋送給所述均衡和判決裝置。
5.如權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于還包括用于在估算所述訓練信號時使所述訓練信號的均方差減至最小的裝置；用于確定所述均方差是否大于預定閾值、使所述循環(huán)訓練信號和所述訓練信號的估算值的均方差減至最小、直至所述均方差小于所述預定閾值的裝置；以及用于在所述均方差小于所述預定閾值時均衡直接經由所述信道接收的輸入信號、從而對經由所述信道發(fā)送的信號的符號作出判決的裝置。
全文摘要
一種用于均衡經由通信系統(tǒng)的信道發(fā)送的信號的方法和系統(tǒng)在主緩沖器中存儲經由信道接收的輸入信號。在循環(huán)緩沖器中存儲接收的輸入信號的訓練信號部分，作為循環(huán)訓練信號。在估算發(fā)送信號時使訓練信號的均方差減至最小，直至均方差小于預定閾值(T)。在此情況下，直接對經由信道接收的輸入信號進行均衡，從而對經由信道發(fā)送的信號的符號作出判決(330)。在訓練的初始階段，直接根據訓練信號(301)確定均方差，在隨后的訓練迭代階段，采用循環(huán)信號(320)。即使使用短訓練序列，也使計算簡單的最小均方(LMS)算法可以收斂。
文檔編號H04B3/10GK1498487SQ0380014
公開日2004年5月19日 申請日期2003年2月12日 優(yōu)先權日2002年2月14日
發(fā)明者J·霍恩格, 張錦云, P·奧里克, J 霍恩格, 錕 申請人:三菱電機株式會社