一種時域信道同步跟蹤器的製作方法
2023-06-14 01:00:16 4
專利名稱：一種時域信道同步跟蹤器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種時域信道跟蹤器，通過對信道的時域估計和同步跟蹤，結合改進的時域線性均衡技術，起到對抗時變多徑效應，屬於同步信道估計和自適應均衡技術領域。
背景技術：
在諸如聲音、數據和視頻通訊等許多不同的數字信息的實際應用中，均衡器是一種非常重要的元件。均衡器被用作全雙工通信中喇叭擴音器的回聲消除器或補償器、數位電視或數字電纜傳輸中的視頻消重影器、無線數據機和無線電話的信號調節器等。在信號傳輸過程中，信道中多徑信號的存在會帶來碼間幹擾(ISI)，而碼間幹擾是產生誤差的一個重要原因。在大部分單載波數字應用中，一般都使用時域自適應均衡器來修正ISI錯誤。
在信號傳輸過程中，由於周圍反射物的移動和接收或發射臺的移動，使得各個反射回波的大小，方向和時延都隨著時間發生了變化，即信道在傳輸過程中隨時間的變化而發生了變化，通常稱為傳輸中的都卜勒效應。
在信道發生時變時，傳統的時域自適應均衡器無法跟蹤變化的主徑信號，從而無法對抗時變的多徑效應，而具有虛擬中心的時域線性均衡器無需固定跟蹤主徑信號，從而使得對抗時變多徑效應成為可能。由於均衡器本身的長度是有限的，需要通過合理設置均衡器虛擬中心，使多徑信號更好被均衡器覆蓋，從而提高均衡器對抗多徑信號的能力；同時，均衡器動態跟蹤能力也是有限的，需要通過對信道的及時估計和動態調整虛擬中心的位置，提高均衡器對抗時變多徑信號能力。
發明內容
本發明的目的在於提供一種時域信道同步跟蹤器。該時域信道同步跟蹤器通過對信道同步估計來跟蹤動態多徑的變化，可以幫助確定均衡器的虛擬中心，根據信道的變化對信號進行重採樣，動態調整多徑信號相對於虛擬中心的位置，使多徑信號最優地被自適應均衡器覆蓋，從而最佳的對抗動態多徑信道。
本發明目的是通過以下技術方案實現的本發明所提供的時域信道同步跟蹤器，包括信號重採樣模塊、均衡器中心指示器、信道相關估計器、大步長同步調整控制器、小步長同步調整控制器、信道信息分析器和信號疊加器。均衡器中心指示器的輸入為信號重採樣模塊輸出的信號，信道相關估計器的輸入與信號重採樣模塊的輸出相連接，信道相關估計器的輸出和信道信息分析器的輸入相連接，信道信息分析器的輸出同時和大步長同步調整控制器、小步長同步調整控制器及均衡器中心指示器的輸入相連接，大步長同步調整控制器及小步長同步調整控制器的輸出通過信號疊加器疊加後與信號重採樣模塊相連接。
信號重採樣模塊完成對輸入模擬信號R進行採樣，得到數位訊號T；信道相關估計器完成對信道信息參數的估計；均衡器中心指示器，根據信道信息分析器的輸出結果，動態調整多徑信號相對於「具有虛擬中心的自適應均衡器」的虛擬中心的位置，從而使得該種均衡器能隨著信道變化而自適應的變化；大步長同步調整控制器，根據信道信息分析器的分析結果，完成對信道的大步長同步跟蹤控制；小步長同步調整控制器，根據信道信息分析器的分析結果，完成對信道的小步長同步跟蹤控制。
數字採樣信號T作為信道相關估計器和均衡器中心指示器的輸入，信道相關估計器的輸出H為信道信息分析器和小步長同步調整控制器的輸入，信道信息分析器輸出控制信息C為均衡器中心指示器、大步長同步調整控制器和小步長同步調整控制器的輸入，信道信息分析器輸出步長控制信息L給大步長同步調整控制器。大步長同步調整控制器輸出S1和小步長同步調整控制器輸出S2，加和產生步長控制信號S給壓控晶體振蕩器控制或重採樣器，均衡器中心指示器的輸出信號為數據信號O和控制信號I。數位訊號T為採樣後的數據覆信號，數位訊號O為輸出給均衡器的信號，數位訊號C、G、I為布爾型控制信號，用於指示控制的狀態，數位訊號H、S1、S2、S、L為數據型控制信號，用於指示具體控制的大小。
信號重採樣模塊可以由一個A/D採樣器和一個壓控晶體振蕩器構成，輸入模擬信號R進入A/D採樣器，A/D採樣器在壓控晶體振蕩器的控制下生成數字採樣信號T，此時信號疊加器的輸出連接到信號重採樣模塊的壓控晶體振蕩器；信號重採樣模塊還可以由一個A/D採樣器、一個固定晶體振蕩器和一個信號重採樣器構成，A/D採樣器受固定晶體振蕩器的控制，輸入模擬信號R通過A/D採樣器後再進入信號重採樣器，得到數字採樣信號T，此時信號疊加器的輸出連接到信號重採樣模塊的固定晶體振蕩器。
所述信號重採樣器包括一個加法和控制器、兩個內插器、一個數據選通控制器和三個延時單元。加法和控制器的三個輸出分別和三個延時單元連接，兩個延時單元的輸出和內插器連接，另一個延時單元的輸出和兩個內插器的輸出連到接數據選通控制器。加法和控制器的輸入為步長變化量Δu，加法和控制器對Δu取模運算得到步長輸出u；內插器完成數據的內插運算，根據步長輸出u的大小，對數據進行重採樣，內插器可以是正弦結構的內插器，也可以是Farrow結構的內插器；數據選通控制器，根據內插器和加法和控制器的輸出決定輸出重採樣後的信號。
信道相關估計器包括兩個信道相關器、兩個平方器、一個信號疊加器和一個能量聚合濾波器。信道相關器的兩個輸入分別為採樣信號的同相分量II和正交分量IQ，信道相關器的輸出為平方器的輸入，同相路信號和正交路信號的平方器輸出為信號疊加器的輸入，信號疊加器的輸出為能量聚合濾波器的輸入，能量聚合濾波器的輸出即為信道相關器的輸出。
所述信道相關器，為時域信號相關器，通過前導字或其他預置序列的相關得到信道的時域衝擊響應；平方器對信號進行平方運算，以消除掉相位偏差的影響；信號疊加器對信號進行加和運算；能量聚合濾波器對信號相關估計能量信號進行匹配聚合。
信道相關器利用傳輸信號中的前導字或其他已知信息，對輸入信號進行異步相關運算，考慮到噪聲的影響對相關的輸出進行門限檢測，超過門限的響應數值作為信道的時域衝擊響應，其中相關器可以是整數倍的相關器，也可以是分數倍的相關器。如「PN255+0」的M序列採用對角的BPSK映射得到256個符號，對於將此256個符號作為前導字、1024個符號作為數據的幀結構，信道相關器選用該256個符號做異步相關，再對相關器的輸出門限選擇，對超過門限的相關值作為信道時域衝擊響應。
所述能量聚合濾波器，其濾波器結構為一個FIR濾波器，濾波器要能滿足信號疊加的效果，該濾波器係數要求和相關器輸出信號相匹配。考慮到相關器為平方和的相關，該濾波器係數應為SINC函數的平方。另外，考慮到硬體實現上的問題，該濾波器係數可以簡化為「中間大，兩邊小」的形狀，如三角型的濾波器係數、半圓型的濾波器係數、或拋物線的濾波器係數等係數模型。
信道信息分析器包括一個信息檢測器、一個區域劃分器、一個區域峰值檢測器、一個狀態控制機和一個方向置信計數器。信息檢測器的輸入信號為信道估計信息，信息檢測器的輸出為區域劃分器的輸入，區域劃分器的輸出為區域峰值檢測器的輸入，區域峰值檢測器的輸出為狀態控制機的輸入，狀態控制機的輸出為方向置信計數器的輸入。
所述信息檢測器，完成對信道相關估計器估計的信道信息進行檢測，找到信息所在的區域位置，為區域劃分器的工作做準備；區域劃分器，對信息檢測器找到的信道信息進行時間區域上的劃分；區域峰值檢測器，對不同區域內的信道信息進行提取，找出該區域內相關值最大的峰值的大小和相對位置並輸出；狀態控制機，以區域峰值檢測器輸出的各區域內峰值的大小和位置為觸發，以狀態機的工作流程圖為機制，調整工作狀態；方向置信計數器，通過對控制信號的置信來最終產生輸出的控制信息。
所述信息檢測器，完成從信道相關估計器輸出的信息中檢測到要分析的信道信息，包括一個門限檢測器、位置信息計數器和一個置信計數器。如對於上述「256前導字+1024數據」的幀結構，信道相關估計器估計的信道信息為信道的時域衝擊響應，該時域衝擊響應會根據幀結構的情況周期出現，每1280個符號出現一次，信息檢測器首先對相關值進行門限檢測，超過門限則置信計數器開始計數，當每隔1280個符號超過門限的情況又出現則計數加1，否則減1，門限值為0時信息檢測器復位，如果置信計數器超過門限置信數，比如6，則標誌信道信息的位置已經找到。通過該種置信的方法，信息檢測器完成對信道信息的檢測。
所述狀態控制機，為幾個狀態之間的狀態協調控制機，根據區域劃分器和區域峰值檢測器的輸出結果，動態調整系統狀態的變化，同時輸出控制信號給置信計數器，控制信號為+1、-1或0的布爾型信號，其中+1指示為大步長加快採樣速率，-1指示為大步長減慢採樣速率，0為不做大步長調整。
所述方向置信計數器確定調整的方向，防止調整方向的變化過於頻繁，計數器對持續為正的情況或持續為負的情況計數，當計數滿足一定的門限時，則輸出方向控制信號。
大步長同步調整控制器大步長地調整數據在均衡器中的位置，使多徑信號最優地被均衡器覆蓋，從而增強均衡器對抗多徑信號的能力。大步長調整控制器根據信道信息分析器輸出的控制信號C和L的具體數值，產生步長調整信號S1。S1的符號決定加快或者減慢採樣速率，步長調整信號的具體數值決定採樣速率調整的大小。S1的符號根據控制信號C的符號決定的，S1的具體數值是通過對L採用適當的加權來決定的，要求變化的過程為平滑的變化過程，即加權函數的一階導數連續，加權的方法有很多，如採用y＝x3的加權方法。L越大，S1就越大，「拉動」的速度就越快；L越小，S1就越小，「拉動」的速度就越慢，目的是完成一個不間斷的、平滑的、漸進的「拉動」。
小步長同步調整控制器包括一個信道鑑頻濾波器和一個環路濾波器。信道鑑頻濾波器的輸入為信道估計信息和信道信息分析器輸出的控制信息，信道鑑頻濾波器的輸出為環路濾波器的輸入，環路濾波器的輸出為小步長控制信息。
所述信道鑑頻濾波器為一個FIR結構的濾波器和一個數據選通器，濾波器的輸出結果輸入到數據選通器中，數據選通器根據指示信號決定濾波器的輸出是否作為信道鑑頻濾波器的輸出，從而使濾波器完成了一種「照相方式」的鑑頻濾波功能。濾波器的長度為區域劃分器劃分的中心區域大小，濾波器的抽頭係數模型為中心奇對稱的模型，即「兩邊大、中間小」的模型，濾波器抽頭係數模型可以是一階線性函數型，或者正餘切函數型或者拋物線函數型。
所述環路濾波器為二階有源比例積分低通濾波器的結構，具體的係數根據環路公式計算。
本發明設計的時域信道同步跟蹤器，通過對信道同步估計來跟蹤動態多徑的變化，可以幫助確定均衡器的虛擬中心，根據信道的變化對信號進行重採樣，動態調整多徑信號相對於虛擬中心的位置。隨著多徑信號的變化，本發明採用大步長和小步長的聯合調整來實現多徑信號的「拉動」，從而使得多徑信號被均衡器最優地覆蓋，提高了均衡器對抗多徑信號的能力。
圖1為本發明信道同步跟蹤器結構模塊框圖。
圖2為本發明第一實施例信道結構模塊框圖。
圖3為本發明第二實施例信道結構模塊框圖。
圖4為信號重採樣器的功能模塊框圖。
圖5為Farrow內插器的結構模塊框圖。
圖6為信道相關估計器功能模塊框圖。
圖7為能量聚合濾波器示例係數簡圖。
圖8為信道信息分析器功能模塊框圖。
圖9為小步長同步調整控制器功能模塊框圖。
圖10為信道信息分析器功能示例簡圖。
圖11為狀態機控制流程圖。
圖12為信道鑑頻濾波器係數示例簡圖。
圖13為環路濾波器結構模塊框圖。
圖14為大步長同步調整控制加權示例(y＝x3)。
圖15為小步長同步調整控制示例簡圖。
具體實施例方式
以數位電視地面廣播傳輸系統為應用實例。該系統發端採用單載波調製方式，傳輸幀的幀結構為「前導字+數據」的結構，其中前導字為「PN255+0」的M序列，映射方式為對角的BPSK方式，即，0映射為(4.5，4.5)，1映射為(-4.5，-4.5)；數據為經過編碼保護的傳輸信息和系統信息，長度為1024個符號，映射方式為4QAM方式。為了對抗地面廣播環境下的惡劣信道情況，即接收到的信號為各種反射波的疊加，同時為了能實現高質量的移動接收，系統採用「一種具有虛擬中心的時域自適應均衡器」。本發明的信道同步跟蹤器利用前導字做信道估計，得到動態信道的信道信息，通過控制重採樣器或A/D採樣器來調整多徑信號，使得多徑信號最優的被均衡器覆蓋。
模擬信號R經過採樣後成為數位訊號T，數位訊號T為QAM的解調信號，採樣率為符號率的2倍，解調信號經過信號重採樣器進行重採樣(也可以通過控制壓控晶體振蕩器來進行重採樣)，重採樣器受控於輸入的調整步長。經過重採樣後的複數據信號送入到工作在採樣率上的信道相關估計器，信道相關估計器將輸入信號的I路和Q路分別同「PN255+0」的前導字進行相關，並平方累加，得到相關信息，即信號的時域相關能量值。再經過如圖7所示的能量聚合濾波器進行能量匹配濾波，然後將經過能量匹配的相關信息分別送入大步長同步控制器和小步長同步控制器。
本發明所提供的時域信道同步跟蹤器，包括信號重採樣模塊、均衡器中心指示器、信道相關估計器、大步長同步調整控制器、小步長同步調整控制器、信道信息分析器和信號疊加器。均衡器中心指示器的輸入為信號重採樣模塊輸出的信號，信道相關估計器的輸入與信號重採樣模塊的輸出相連接，信道相關估計器的輸出和信道信息分析器的輸入相連接，信道信息分析器的輸出同時和大步長同步調整控制器、小步長同步調整控制器及均衡器中心指示器的輸入相連接，大步長同步調整控制器及小步長同步調整控制器的輸出通過信號疊加器疊加後與信號重採樣模塊相連接。
信號重採樣模塊完成對輸入模擬信號R進行採樣，得到數位訊號T；信道相關估計器完成對信道信息參數的估計；均衡器中心指示器，根據信道信息分析器的輸出結果，動態調整多徑信號相對於「具有虛擬中心的自適應均衡器」的虛擬中心的位置，從而使得該種均衡器能隨著信道變化而自適應的變化；大步長同步調整控制器，根據信道信息分析器的分析結果，完成對信道的大步長同步跟蹤控制；小步長同步調整控制器，根據信道信息分析器的分析結果，完成對信道的小步長同步跟蹤控制。
數字採樣信號T作為信道相關估計器和均衡器中心指示器的輸入，信道相關估計器的輸出H為信道信息分析器和小步長同步調整控制器的輸入，信道信息分析器輸出控制信息C為均衡器中心指示器、大步長同步調整控制器和小步長同步調整控制器的輸入，信道信息分析器輸出步長控制信息L給大步長同步調整控制器。大步長同步調整控制器輸出S1和小步長同步調整控制器輸出S2，加和產生步長控制信號S給壓控晶體振蕩器控制或重採樣器，均衡器中心指示器的輸出信號為數據信號O和控制信號I。數位訊號T為採樣後的數據覆信號，數位訊號O為輸出給均衡器的信號，數位訊號C、G、I為布爾型控制信號，用於指示控制的狀態，數位訊號H、S1、S2、S、L為數據型控制信號，用於指示具體控制的大小。
信號重採樣模塊可以由一個A/D採樣器和一個壓控晶體振蕩器構成，輸入模擬信號R進入A/D採樣器，A/D採樣器在壓控晶體振蕩器的控制下生成數字採樣信號T，此時信號疊加器的輸出連接到信號重採樣模塊的壓控晶體振蕩器；信號重採樣模塊還可以由一個A/D採樣器、一個固定晶體振蕩器和一個信號重採樣器構成，A/D採樣器受固定晶體振蕩器的控制，輸入模擬信號R通過A/D採樣器後再進入信號重採樣器，得到數字採樣信號T，此時信號疊加器的輸出連接到信號重採樣模塊的固定晶體振蕩器。
所述信號重採樣器包括一個加法和控制器、兩個內插器、一個數據選通控制器和三個延時單元。加法和控制器的三個輸出分別和三個延時單元連接，兩個延時單元的輸出和內插器連接，另一個延時單元的輸出和兩個內插器的輸出連到接數據選通控制器。加法和控制器的輸入為步長變化量Δu，加法和控制器對Δu取模運算得到步長輸出u；內插器完成數據的內插運算，根據步長輸出u的大小，對數據進行重採樣，內插器可以是正弦結構的內插器，也可以是Farrow結構的內插器；數據選通控制器，根據內插器和加法和控制器的輸出決定輸出重採樣後的信號。
信道相關估計器包括兩個信道相關器、兩個平方器、一個信號疊加器和一個能量聚合濾波器。信道相關器的兩個輸入分別為採樣信號的同相分量II和正交分量IQ，信道相關器的輸出為平方器的輸入，同相路信號和正交路信號的平方器輸出為信號疊加器的輸入，信號疊加器的輸出為能量聚合濾波器的輸入，能量聚合濾波器的輸出即為信道相關器的輸出。
所述信道相關器，為時域信號相關器，通過前導字或其他預置序列的相關得到信道的時域衝擊響應；平方器對信號進行平方運算，以消除掉相位偏差的影響；信號疊加器對信號進行加和運算；能量聚合濾波器對信號相關估計能量信號進行匹配聚合。
信道相關器利用傳輸信號中的前導字或其他已知信息，對輸入信號進行異步相關運算，考慮到噪聲的影響對相關的輸出進行門限檢測，超過門限的響應數值作為信道的時域衝擊響應，其中相關器可以是整數倍的相關器，也可以是分數倍的相關器。如「PN255+0」的M序列採用對角的BPSK映射得到256個符號，對於將此256個符號作為前導字、1024個符號作為數據的幀結構，信道相關器選用該256個符號做異步相關，再對相關器的輸出門限選擇，對超過門限的相關值作為信道時域衝擊響應。
所述能量聚合濾波器，其濾波器結構為一個FIR濾波器，濾波器要能滿足信號疊加的效果，該濾波器係數要求和相關器輸出信號相匹配。考慮到相關器為平方和的相關，該濾波器係數應為SINC函數的平方。另外，考慮到硬體實現上的問題，該濾波器係數可以簡化為「中間大，兩邊小」的形狀，如三角型的濾波器係數、半圓型的濾波器係數、或拋物線的濾波器係數等係數模型。
信道信息分析器包括一個信息檢測器、一個區域劃分器、一個區域峰值檢測器、一個狀態控制機和一個方向置信計數器。信息檢測器的輸入信號為信道估計信息，信息檢測器的輸出為區域劃分器的輸入，區域劃分器的輸出為區域峰值檢測器的輸入，區域峰值檢測器的輸出為狀態控制機的輸入，狀態控制機的輸出為方向置信計數器的輸入。
所述信息檢測器，完成對信道相關估計器估計的信道信息進行檢測，找到信息所在的區域位置，為區域劃分器的工作做準備；區域劃分器，對信息檢測器找到的信道信息進行時間區域上的劃分；區域峰值檢測器，對不同區域內的信道信息進行提取，找出該區域內相關值最大的峰值的大小和相對位置並輸出；狀態控制機，以區域峰值檢測器輸出的各區域內峰值的大小和位置為觸發，以狀態機的工作流程圖為機制，調整工作狀態；方向置信計數器，通過對控制信號的置信來最終產生輸出的控制信息。
所述區域峰值檢測器為一個數據搜尋器，從區域劃分器的幾個緩存器中找到最大值，將該最大值的數值和相對位置輸出。對於3個區域的情況，將緩存器R0中的33個數據中，找到最大值P0和相對位置L0，從緩存器R1中的240個數據中找到最大值P1和相對位置L1，從緩存器R2中的240個數據中找到最大值P2和相對位置L2。
所述區域劃分器，對信息檢測器找到的信道信息進行時間區域上的劃分，通過該種方法，對信道信息進行簡化提取，區域劃分的數目優選為3。如圖9通過信息檢測器確定了信息位置，按時間區域劃分3個區域，分別為R0、R1和R2區域，R0為中心區域，R1和R2為對稱的兩邊區域，3個區域的大小分別為33個符號、240個符號和240符號，3個區域內的相關值分別存儲在3個緩存器中。
所述信息檢測器，完成從信道相關估計器輸出的信息中檢測到要分析的信道信息，包括一個門限檢測器、位置信息計數器和一個置信計數器。如對於上述「256前導字+1024數據」的幀結構，信道相關估計器估計的信道信息為信道的時域衝擊響應，該時域衝擊響應會根據幀結構的情況周期出現，每1280個符號出現一次，信息檢測器首先對相關值進行門限檢測，超過門限則置信計數器開始計數，當每隔1280個符號超過門限的情況又出現則計數加1，否則減1，門限值為0時信息檢測器復位，如果置信計數器超過門限置信數，比如6，則標誌信道信息的位置已經找到。通過該種置信的方法，信息檢測器完成對信道信息的檢測。
所述狀態控制機，為幾個狀態之間的狀態協調控制機，根據區域劃分器和區域峰值檢測器的輸出結果，動態調整系統狀態的變化，同時輸出控制信號給置信計數器，控制信號為+1、-1或0的布爾型信號，其中+1指示為大步長加快採樣速率，-1指示為大步長減慢採樣速率，0為不做大步長調整。
所述方向置信計數器確定調整的方向，防止調整方向的變化過於頻繁，計數器對持續為正的情況或持續為負的情況計數，當計數滿足一定的門限時，則輸出方向控制信號。
大步長同步調整控制器大步長地調整數據在均衡器中的位置，使多徑信號最優地被均衡器覆蓋，從而增強均衡器對抗多徑信號的能力。大步長調整控制器根據信道信息分析器輸出的控制信號C和L的具體數值，產生步長調整信號S1。S1的符號決定加快或者減慢採樣速率，步長調整信號的具體數值決定採樣速率調整的大小。S1的符號根據控制信號C的符號決定的，S1的具體數值是通過對L採用適當的加權來決定的，要求變化的過程為平滑的變化過程，即加權函數的一階導數連續，加權的方法有很多，如採用y＝x3的加權方法。L越大，S1就越大，「拉動」的速度就越快；L越小，S1就越小，「拉動」的速度就越慢，目的是完成一個不間斷的、平滑的、漸進的「拉動」。
大步長控制器對輸入的相關信息進行信息檢測，從相關信息中找到要分析的信道信息，工作步驟為設定一個門限值，當超過門限值時認為已經初步找到信道相關信息的位置了，考慮到信道相關信息是周期出現的，每隔1280個符號應周期出現一次，所以對於1280個符號後相關峰值又出現的情況，計數器加1，否則減1，當計數器為0時，認為前面的檢測是錯誤的，而當計數器為6時認為足夠可信的找到了信道相關信息的位置，並把這個位置信息傳給區域劃分器。
小步長同步調整控制器包括一個信道鑑頻濾波器和一個環路濾波器。信道鑑頻濾波器的輸入為信道估計信息和信道信息分析器輸出的控制信息，信道鑑頻濾波器的輸出為環路濾波器的輸入，環路濾波器的輸出為小步長控制信息。
所述信道鑑頻濾波器為一個FIR結構的濾波器和一個數據選通器，濾波器的輸出結果輸入到數據選通器中，數據選通器根據指示信號決定濾波器的輸出是否作為信道鑑頻濾波器的輸出，從而使濾波器完成了一種「照相方式」的鑑頻濾波功能。濾波器的長度為區域劃分器劃分的中心區域大小，濾波器的抽頭係數模型為中心奇對稱的模型，即「兩邊大、中間小」的模型，濾波器抽頭係數模型可以是一階線性函數型，或者正餘切函數型或者拋物線函數型。
所述環路濾波器為二階有源比例積分低通濾波器的結構，具體的係數根據環路公式計算。
所述的狀態控制機，為幾個狀態之間的狀態協調控制機，根據區域劃分器和區域峰值檢測器的輸出結果，調整系統狀態的變化，使得多徑信號最優的被均衡器覆蓋。圖11所示的為3個狀態的流程圖，根據3個區域的最大值之間的關係，動態調整狀態的變化，同時輸出控制信號給置信計數器，控制信號為+1、-1或0的布爾型信號，其中+1指示為大步長加快採樣速率，-1指示為大步長減慢採樣速率，0為不做大步長調整。
所述的方向置信計數器，目的是為了確定調整的方向，防止調整方向的變化過於頻繁，計數器對持續為正的情況或持續為負的情況計數，當計數滿足一定的門限時，則輸出方向控制信號。
區域劃分器基於該位置信息，將相關信息按時間分成3個區域，如圖10所示，3個區域為R0、R1和R2，R0區域大小為33個採樣點，R1區域為496個採樣點，R2區域也為496個採樣點。通過區域劃分器得到的三個緩存器，大小分別為33、496和496。區域峰值檢測器對於此3個緩存器內的數據進行最大值搜索，如找到最大值P0、P1和P2，同時得到最大值對應的三個相對位置L0、L1和L2。假定P0＝100，P1＝10，P2＝120，L0＝0，L1＝-20，L2＝30。
狀態機根據區域峰值檢測器輸出的三個區域的最大值P0、P1和P2調整工作狀態，根據P0＝100、P1＝10和P2＝120的情況，狀態機將即通過加快採樣率，將峰值P2的位置「拉進」R0的區域，因為「具有虛擬中心的自適應均衡器」的中心位置對應著R0的區域的中心，所以將P2的位置「拉進」R0區域將使得強徑落在均衡器的中心位置，從而提高時域均衡器對抗多徑信號的能力。狀態機輸出方向控制信號+1表示加快採樣率，同時輸出要調整的距離30給方向置信計數器。方向置信計數器在連續收到4個+1時，認為確實是要加快採樣的速率，從而輸出方向控制信號C為+1，同時輸出要調整的距離L為30。
小步長同步調整控制器僅當C為0時候工作，在C為+1時不工作，內部的計數器全部復位為0。大步長同步調整控制器在C為+1的時候開始工作，輸出S1根據C＝+1和L＝30，採用y＝x3的加權，S1輸出為+27000。
通過步長的加權S為+27000，壓控振蕩器或信號重採樣器根據輸入的步長調整+27000，將加快信號的採樣率，使得多徑信號被「拉動」，從而使得多徑P2被均衡器中心覆蓋，提高了均衡器對抗多徑的性能。
其中，隨著採樣率的加快，P2逐漸被「拉動」靠近均衡器中心R0區域，L越小，步長S也就越小，「拉動」的速度也就越緩慢。從而實現了平滑的、不間斷的、漸進的「拉動」，這種方式對應採用LMS自適應算法的均衡器很重要。
另外，當峰值P2通過大步長同步調整控制器被「拉動」進入R0區域後，大步長同步調整控制器將停止工作，而小步長同步調整控制器開始工作。小步長同步調整控制器舉例如圖15。其中在R0區域內有2個多徑的信號，通過信道相關估計器得到其相關值為3和2，若R0區域的中心如圖a所示，則通過信道鑑頻濾波器「照相」方式得到鑑頻濾波輸出值為3×0.5+2×(-0.5)＝0.5，數值0.5通過環路濾波將控制壓控振蕩器或信號重採樣器加快採樣速率，從而調整R0區域的中心為圖b所示，此時鑑頻濾波器的輸出值為3×0.4+2×(-0.6)＝0，從而環路進入穩定的狀態。
以上所述的例子中可以看出，隨著多徑信號的變化，本發明採樣大步長和小步長的聯合調整來實現多徑信號的「拉動」，從而使得多徑信號被均衡器最優地覆蓋，提高均衡器對抗多徑信號的能力。
權利要求
1.一種時域信道同步跟蹤器，其特徵在於，包括信號重採樣模塊、均衡器中心指示器、信道相關估計器、大步長同步調整控制器、小步長同步調整控制器、信道信息分析器和信號疊加器；均衡器中心指示器的輸入為信號重採樣模塊輸出的信號，信道相關估計器的輸入與信號重採樣模塊的輸出相連接，信道相關估計器的輸出和信道信息分析器的輸入相連接，信道信息分析器的輸出同時和大步長同步調整控制器、小步長同步調整控制器及均衡器中心指示器的輸入相連接，大步長同步調整控制器及小步長同步調整控制器的輸出通過信號疊加器疊加後與信號重採樣模塊相連接；信號重採樣模塊完成對輸入模擬信號R進行採樣，得到數位訊號T；信道相關估計器完成對信道信息參數的估計；均衡器中心指示器，根據信道信息分析器的輸出結果，動態調整多徑信號相對於「具有虛擬中心的自適應均衡器」的虛擬中心的位置，從而使得該種均衡器能隨著信道變化而自適應的變化；大步長同步調整控制器，根據信道信息分析器的分析結果，完成對信道的大步長同步跟蹤控制；小步長同步調整控制器，根據信道信息分析器的分析結果，完成對信道的小步長同步跟蹤控制。
2.根據權利要求1所述的時域信道同步跟蹤器，其特徵在於，信號重採樣模塊由一個A/D採樣器和一個壓控晶體振蕩器構成，輸入模擬信號R進入A/D採樣器，A/D採樣器在壓控晶體振蕩器的控制下生成數字採樣信號T，此時信號疊加器的輸出連接到信號重採樣模塊的壓控晶體振蕩器。
3.根據權利要求1所述的時域信道同步跟蹤器，其特徵在於，信號重採樣模塊由一個A/D採樣器、一個固定晶體振蕩器和一個信號重採樣器構成，A/D採樣器受固定晶體振蕩器的控制，輸入模擬信號R通過A/D採樣器後再進入信號重採樣器，得到數字採樣信號T，此時信號疊加器的輸出連接到信號重採樣模塊的固定晶體振蕩器；所述信號重採樣器包括一個加法和控制器、兩個內插器、一個數據選通控制器和三個延時單元；加法和控制器的三個輸出分別和三個延時單元連接，兩個延時單元的輸出和內插器連接，另一個延時單元的輸出和兩個內插器的輸出連到接數據選通控制器；內插器可以是正弦結構的內插器，也可以是Farrow結構的內插器；數據選通控制器，根據內插器和加法和控制器的輸出決定輸出重採樣後的信號。
4.根據權利要求1所述的時域信道同步跟蹤器，其特徵在於，信道相關估計器包括兩個信道相關器、兩個平方器、一個信號疊加器和一個能量聚合濾波器；信道相關器的兩個輸入分別為採樣信號的同相分量II和正交分量IQ，信道相關器的輸出為平方器的輸入，同相路信號和正交路信號的平方器輸出為信號疊加器的輸入，信號疊加器的輸出為能量聚合濾波器的輸入，能量聚合濾波器的輸出即為信道相關器的輸出；所述信道相關器，為時域信號相關器，通過前導字或其他預置序列的相關得到信道的時域衝擊響應；平方器對信號進行平方運算，以消除掉相位偏差的影響；信號疊加器對信號進行加和運算；能量聚合濾波器對信號相關估計能量信號進行匹配聚合；信道相關器利用傳輸信號中的前導字或其他已知信息，對輸入信號進行異步相關運算，考慮到噪聲的影響對相關的輸出進行門限檢測，超過門限的響應數值作為信道的時域衝擊響應，其中相關器可以是整數倍的相關器，也可以是分數倍的相關器；所述能量聚合濾波器，其濾波器結構為一個FIR濾波器，濾波器要能滿足信號疊加的效果，該濾波器係數要求和相關器輸出信號相匹配；濾波器係數為三角型的濾波器係數、半圓型的濾波器係數、或拋物線的濾波器係數等係數模型。
5.根據權利要求1所述的小步長同步調整控制器，其特徵在於，信道信息分析器包括一個信息檢測器、一個區域劃分器、一個區域峰值檢測器、一個狀態控制機和一個方向置信計數器；信息檢測器的輸入信號為信道估計信息，信息檢測器的輸出為區域劃分器的輸入，區域劃分器的輸出為區域峰值檢測器的輸入，區域峰值檢測器的輸出為狀態控制機的輸入，狀態控制機的輸出為方向置信計數器的輸入。
6.根據權利要求1所述的時域信道同步跟蹤器，其特徵在於，大步長同步調整控制器大步長地調整數據在均衡器中的位置，使多徑信號最優地被均衡器覆蓋，從而增強均衡器對抗多徑信號的能力；大步長調整控制器根據信道信息分析器輸出的控制信號C和L的具體數值，產生步長調整信號S1；S1的符號決定加快或者減慢採樣速率，步長調整信號的具體數值決定採樣速率調整的大小；S1的符號根據控制信號C的符號決定的，S1的具體數值是通過對L採用適當的加權來決定的，要求變化的過程為平滑的變化過程，即加權函數的一階導數連續。
7.根據權利要求1所述的時域信道同步跟蹤器，其特徵在於，小步長同步調整控制器包括一個信道鑑頻濾波器和一個環路濾波器；信道鑑頻濾波器的輸入為信道估計信息和信道信息分析器輸出的控制信息，信道鑑頻濾波器的輸出為環路濾波器的輸入，環路濾波器的輸出為小步長控制信息；所述信道鑑頻濾波器為一個FIR結構的濾波器和一個數據選通器，濾波器的輸出結果輸入到數據選通器中，數據選通器根據指示信號決定濾波器的輸出是否作為信道鑑頻濾波器的輸出；濾波器的長度為區域劃分器劃分的中心區域大小，濾波器的抽頭係數模型為中心奇對稱的模型，可以是一階線性函數型，或者正餘切函數型或者拋物線函數型；所述環路濾波器為二階有源比例積分低通濾波器的結構，具體的係數根據環路公式計算。
全文摘要
本發明公開了一種時域信道同步跟蹤器。該時域信道同步跟蹤器包括信號重採樣模塊、均衡器中心指示器、信道相關估計器、大步長同步調整控制器、小步長同步調整控制器、信道信息分析器和信號疊加器。均衡器中心指示器的輸入為信號重採樣模塊輸出的信號，信道相關估計器的輸入與信號重採樣模塊的輸出相連接，信道相關估計器的輸出和信道信息分析器的輸入相連接，大步長同步調整控制器及小步長同步調整控制器的輸出通過信號疊加器疊加後與信號重採樣模塊相連接。本發明採用大步長和小步長的聯合調整來實現多徑信號的「拉動」，從而使得多徑信號被均衡器最優地覆蓋，提高了均衡器對抗多徑信號的能力。
文檔編號H04L27/01GK1845538SQ200510065459
公開日2006年10月11日 申請日期2005年4月8日 優先權日2005年4月8日
發明者管雲峰, 歸琳, 孫軍, 張文軍, 何大治 申請人:上海奇普科技有限公司