CN1498487A - 迭代循环短训练序列直至均方差低于目标阈值的最小均方差均衡方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于均衡经由通信系统的信道发送的信号的方法和系统在主缓冲器中存储经由信道接收的输入信号。在循环缓冲器中存储接收的输入信号的训练信号部分，作为循环训练信号。在估算发送信号时使训练信号的均方差减至最小，直至均方差小于预定阈值(T)。在此情况下，直接对经由信道接收的输入信号进行均衡，从而对经由信道发送的信号的符号作出判决(330)。在训练的初始阶段，直接根据训练信号(301)确定均方差，在随后的训练迭代阶段，采用循环信号(320)。即使使用短训练序列，也使计算简单的最小均方(LMS)算法可以收敛。

Description

迭代循环短训练序列直至均方差低于目标 阈值的最小均方差均衡方法和系统

技术领域

本发明一般涉及数字通信系统，更具体地说，涉及数字通信系统中的自适应信号均衡。

背景技术

在数字通信系统中，信号通常经由具有有限带宽的信道发送。对于高速数据传输，这种带宽有限的信道导致符号间干扰(ISI)。有线信道会出现频率选择性衰落，而无线信道遇到多径传播。此外，在大多数数字通信系统中，信道的频率响应通常不是先前已知的。这使得难以设计用于调制器和解调器的最佳滤波器。此外，对于大多数实际信道，频率响应特性是时变的，所以无法设计最佳固定解调滤波器。

对ISI问题的解决方案是设计一种接收机，它采用补偿或降低接收信号中的ISI的装置。用于ISI的补偿器称为均衡器。对于实际的数字通信系统，有许多已知的均衡器类型，如基于最大似然(ML)估算的均衡器、具有可调整系数的线性滤波、判定反馈均衡器(DFE)等，参见J.G.Proakis的《数字通信)》第四版(McGraw-Hill，New York，2001)。

为了用于未知信道，均衡器通常可对信道响应进行调整，并且对于时变信道，自适应于信道脉冲响应(CIR)的时间变化。本技术称为通过信道接收的信号的自适应均衡。

最小均方(LMS)处理因其计算简单而最常用于自适应均衡。LMS处理是基于使发送信号与在均衡器输出端的该信号的估算值之间的均方差(MSE)最小。

LMS处理的主要缺点是收敛速度取决于接收信号的自相关矩阵的本征值扩展。此外，LMS处理在训练阶段需要训练信号中相对较长的符号序列。

为了获得更快的收敛，可以采用递归最小平方(RLS)处理。因为这种处理需要估算发送信号的功率，这是比较复杂的，并且涉及到其它参数。当训练信号中的接收符号序列不是长得足以进行正确的功率估算时，这种技术还可能引入“过冲”或“不收敛”问题，参见S.Chem，J.Homg和K.M.Wong“混合LMS自适应算法的性能”(《信号处理》第44卷第1期第67-88页，1995年6月)。这个问题通常发生在初始训练阶段，尤其是在步长值较大时。

因此，需要一种降低复杂性的系统和方法，改进通过通信系统的信道接收的信号的均衡。

发明的公开

本发明提供一种系统和方法，组合自适应均衡器与训练信号循环，用于数字通信系统中的信号均衡。通过训练信号循环，本发明以降低的复杂性和较慢的收敛速度提高自适应均衡器的整体性能，特别是在训练信号中使用短符号序列的情况下。本发明可以与具有慢收敛速度的均衡器配合使用，但是它还可以有效地与具有短训练信号符号序列的其它类型的均衡器配合使用。

更具体地说，本发明提供一种用于均衡经由通信系统的信道发送的信号的方法和系统。经由信道接收的输入信号存储在主缓冲器中。接收输入信号的训练信号部分存储在循环缓冲器中作为循环训练信号。

使训练信号和发送信号的估算值的均方差最小，直至均方差小于预定阈值。在这种情况下，经由信道接收并存储在主缓冲器中的输入信号直接经过均衡，以便对经由信道传输的信号的符号进行判定。在初始训练阶段，直接从训练信号确定均方差，在随后的训练阶段，使用循环训练信号。

附图简介

图1是可使用本发明的接收机的组件的框图；

图2是根据本发明、适用于训练信号循环的接收机的框图；以及

图3是根据本发明的自适应均衡方法的流程图。

实施本发明的最佳方式

本发明提供一种手段，通过在进行信道脉冲响应的初始估算时让训练信号循环，利用训练信号中的短符号序列改进LMS类型均衡器的收敛特性。通过训练信号循环，即使训练信号中的符号序列非常短，LMS类型的均衡器也可以达到收敛阶段或稳定状态。因此，根据本发明的系统和方法具有LMS类型均衡器的低计算复杂性以及RLS类型均衡器的稳定状态性能。基本上，本发明采用以下主要功能：具有预定阈值的循环触发器，预定阈值是误差信号的目标误差值，即均方差(MSE)；训练信号循环；以及所需响应发生器和选择。本发明可以与LMS类型的均衡器配合使用，也可以与其它类型的均衡器以及训练信号中的短符号序列配合使用。

自适应均衡器

图1表示可采用本发明的接收机100的一些组件。接收机包括自适应均衡器110、判决装置120、反馈滤波器130以及加法器140。接收机100的输入信号101是带有噪声的发送信号的失真形式。输出信号102是判决102。一般来说，均衡器110采用具有可调整加权系数的自适应线性滤波器。对于LMS类型的均衡器，均衡器110的抽头的加权系数是如下递归调整的：

W_i(n+1)＝W_i(n)+μe(n)·v_i(n)其中i＝1，…，N (1)其中N是均衡器的长度，w是抽头加权矢量，n是时标，μ是步长，e是误差信号，v是输入信号101。输入均衡器的误差信号是由加法器140根据以下公式产生的：

e(n)＝d(n)-y(n)                                (2)

其中y(n)是自适应均衡器110的输出信号，d(n)是反馈滤波器120的输出。

一般来说，所需响应103是利用在训练阶段中训练信号中的符号序列以及均衡阶段中的输入信号来选择的。对于简化的均衡结构，可以将反馈滤波器130旁路。在这种情况下，误差信号e(n)是所需响应103与自适应均衡器的输出102之间的差。

具有训练信号循环的自适应均衡器

图2说明根据本发明、具有训练信号循环的接收机200的一些组件。这些组件包括主缓冲器210，用于存储和提供送到开关220的输入信号201。开关220还从循环缓冲器230接收输入。循环缓冲器的大小等于训练信号中符号序列的大小。

循环缓冲器230在初始训练阶段中填充输入训练信号。输入训练信号还馈送到均衡和判决装置240。接收机还包括与装置240连接的所需响应发生器250以及控制开关220和所需响应发生器250的循环触发器260。输出信号202是判决符号，所需响应发生器在训练阶段从训练符号203中选择输出，在均衡阶段从判决符号202选择输出。

如上所述，与RLS类型均衡器相比，LMS类型均衡器一般需要较长的训练符号序列。当训练信号太短时，LMS类型均衡器在初始均衡阶段无法良好地工作。但是，如果初始滤波器系数基本上接近稳定状态中的系数，那么即使训练序列短，均衡器仍可达到收敛状态。

在实际系统中，无法预测初始选择的最佳滤波器系数，因为信道脉冲响应在训练阶段之前是未知的。根据上述内容，本发明在训练阶段使接收的训练信号循环以作为均衡器的输入信号，并且可以使用在训练的第一次迭代中得出的系数作为在训练的后续迭代中的初始系数。因此，初始滤波器系数逼近稳定状态的最佳滤波器系数，而且即使训练信号中的符号序列短，均衡器也可以在均衡阶段中接近最佳加权矢量w之处工作。

系统操作

如图3所示，在工作期间，接收机200在初始和随后的训练阶段310以及均衡阶段330中工作。在初始训练阶段310中，开关220从主缓冲器210中选择输出，作为到装置240和循环缓冲器230的初始输入信号201。主缓冲器存储通过通信系统的信道接收的数据。

在训练阶段310，所需响应发生器250选择训练序列203作为输出，在均衡阶段选择判决信号202作为输出。在训练阶段310的初始迭代期间(i＝1)，确定训练序列301的MSE和发送的训练信号的估算值。循环触发器260比较MSE与阈值T303，阈值T是根据目标MSE预定的。

在步骤315，如果MSE大于预定阈值T303，则接收机尚未收敛，还需要附加训练阶段310。因此，触发训练信号循环320，接收机进入训练阶段320的第i次迭代，其中i＞1。现在，开关220从循环缓冲器230中选择输出，作为对均衡器240的输入，根据循环训练信号301执行下一次训练迭代。随后的训练迭代确定循环训练信号的MSE并且重复，直至MSE小于预定阈值T303。

当满足阈值要求时，接收机200进入均衡阶段330。在均衡阶段330，不使用循环缓冲器230，均衡器采用接收的输入信号302直接对通过信道发送的信号的符号进行判决。

虽然已经通过最佳实施例的示例对本发明进行了说明，但是应当理解，在本发明的精神和范围之内可以进行各种其它调整和修改。因此，所附权利要求书的目的在于涵盖属于本发明的真实精神和范围之内的所有这类变更和修改。

Claims (5)

1.一种用于均衡经由通信系统的信道发送的信号的方法，它包括：

在循环缓冲器中存储经由所述信道接收的训练信号，作为循环训练信号；

在估算所述训练信号时使所述训练信号的均方差最小；

确定所述均方差是否大于预定阈值，使所述循环训练信号和所述训练信号的估算值的均方差减至最小，直至所述均方差小于所述预定阈值；以及

如果所述均方差小于所述预定阈值，则均衡直接经由所述信道接收的输入信号，从而对经由所述信道发送的信号的符号作出判决。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述训练信号包括符号序列，所述序列中的符号数目小于五。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定阈值是目标均方差。

4.一种用于均衡经由通信系统的信道发送的信号的系统，它包括：

主缓冲器，配置成存储经由所述信道接收的输入信号；

循环缓冲器，配置成存储所述输入信号的训练信号，作为循环训练信号；

均衡和判决装置；

与所述均衡和判决装置连接的所需响应发生器；

与所述均衡和判决装置连接的循环触发器；以及

由所述循环触发器控制的开关，所述开关在训练阶段中把所述训练信号馈送给所述均衡和判决装置，所述开关在均衡阶段中把所述输入信号馈送给所述均衡和判决装置。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于还包括：

用于在估算所述训练信号时使所述训练信号的均方差减至最小的装置；

用于确定所述均方差是否大于预定阈值、使所述循环训练信号和所述训练信号的估算值的均方差减至最小、直至所述均方差小于所述预定阈值的装置；以及

用于在所述均方差小于所述预定阈值时均衡直接经由所述信道接收的输入信号、从而对经由所述信道发送的信号的符号作出判决的装置。

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