確定多載波頻率信號的數字時域均衡器的濾波係數的方法
2023-05-25 05:40:51
專利名稱：：確定多載波頻率信號的數字時域均衡器的濾波係數的方法越來越多地將多載波傳輸方法應用到以高傳輸速度而傳輸信息當中。已知的方法例如是OFDM(正交頻分多路復用)-傳輸方法和DMT(離散多音)-傳輸方法。這兩種方法是建立在由快速傅立葉變換實現的多載波信號的隱式合成基礎上和是建立在使用循環的保護間隔基礎上。將在本領域被稱為前綴的循環的時間間隔插入在相鄰的傳輸信號塊之間，且該時間間隔包括前面的預先規定數量的傳輸信號塊的採樣值。如果相等的，時間離散的傳輸信道的脈衝響應比前綴的長度短，則使用前綴使有效的頻域均衡成為可能。比較長的脈衝響應要求附加使用時域均衡器。將時域均衡器直接應用於到達接收機的傳輸信號的採樣值。例如將接收機和發送機的常用結構敘述在IEEE1996，56-64頁A1-Dhahir的「多載波無線電收發機的最佳有限長度的均衡」中。例如當應用在xDSL-傳輸技術(x數字的用戶線路)或者應用在利用供電導線的傳輸技術(電力線通信)上時，雙向協調的測量階段是可能的，此時可以求出信道脈衝響應的估算值。該估算值允許時域均衡器的匹配。從文獻IEEE1995，VanBladel和Moeneclay；167至171頁，「多載波通信的時域均衡器」中已知一種時域均衡器，在其中由信道脈衝響應藉助於置換系統-也就是說藉助於離散的均衡器模型-求出時域均衡器的係數。計算導致了特徵值問題，該特徵值是以適當定義的相關矩陣為基礎的。這種方法的缺點在於絕對的、平均的信噪比是最佳化的，該信噪比不會導致最佳的傳輸速率或者最小的比特故障概率。將這種最佳化或者求出濾波係數建議在Henkel和Kessler的「MaximizingtheChannelCapacityofMulticarrierTransmissionbyaSuitableAdaptionProcedureforTimeDomainEqualizer」中，德國電信。此外在一個矢量空間中進行總最佳化時，建議將其大小等於應該匹配的k＝32-64的典型傳輸濾波器的長度。矢量空間的不可避免的大小一方面導致非常大的計算費用，也就是說高的計算機功率，和另外一方面導致最佳化過程的不穩定性，該不穩定性可以導致降低可達到的數據傳輸速率。本發明的任務在於，改進時域均衡器係數的求出。此任務是通過專利權利要求1的特徵解決的。按照本發明方法的重要觀點在於，在被求出的脈衝響應的基礎上藉助於矢量空間-最佳化方法將包括各種幹擾信號的所有濾波係數的矢量空間通過正交基進行表示和依賴於當前估算的幹擾信號求出係數，該係數定義了最佳的濾波係數為矢量空間的元素。按照本發明方法的重要優點在於，在數據傳輸開始時，當劃分為矢量子空間時可以顯著地降低求出數據傳輸期間的濾波係數的計算費用，也就是說計算機費用。這是可能的，因為矢量子空間的適當的大小-例如d＝2-4-明顯地小於整個矢量空間的大小(例如d＝32-64)。此外通過將矢量空間劃分為矢量子空間而達到了抗幹擾影響的可靠性能。有益地在數據傳輸開始時在初始化過程範圍內求出矢量子空間和在數據傳輸期間將濾波係數作為矢量子空間的元素進行再調整-權利要求3。從而在數據傳輸開始時將計算費用集中在求出矢量子空間上和當數據傳輸期間明顯地減少計算費用，從而在數據傳輸期間對於高的傳輸速度計算濾波係數也成為可能。按照本發明方法有益的擴展方案從矢量子空間中通過非線性最佳化方法求出濾波係數，其中對於非線性最佳化確定每個載波頻率的信噪比-權利要求4。此外在初始化過程期間將非線性最佳化方法與傳輸速度的最大化進行匹配和在初始化過程之後將其與最大的信噪比進行匹配-權利要求5。這意味著，在確定矢量子空間之後將最大的傳輸速度作為重要的邊緣條件考慮以將信號/噪聲功率比引入到非線性的最佳化方法中。有益地將線性的矢量子空間確定為矢量空間的部分-特徵問題的解-權利要求6，其中將代表部分-特徵問題的解的特徵矢量子空間通過正交的迭代方法進行計算-權利要求7。已知和可以使用各種方法作為非線性最佳化方法的迭代方法。下面藉助三個附圖詳細敘述按照本發明的方法。其中附圖1在框圖中表示按照OFDM-方法工作的無線電收發機的結構，附圖2表示傳輸信道的脈衝響應和附圖3表示係數-匹配的功能結構。附圖1表示通過發送分支SE和接收分支EM-它們各自是用點劃線的矩形表示的-構成的多載波頻率信號的無線電收發機結構。將這種多載波信號使用於OFDM(正交頻分多路復用)-傳輸方法。此外將應該發送的比特流bs用塊方式存儲在編碼器COD中和將一個塊的單個比特最佳地分配給n個載波頻率或者n個子信道。將被分配的n子信道的比特藉助於編碼器COD映射到n個複數的子符號nfb-頻域。隨後將n個複數的子符號nfb通過傅立葉逆變換(快速傅立葉逆變換)-常常通過集成的開關迴路IFFT實現-變換為n個實數的的採樣值ntb-離散的時域-，和通過並聯串聯-轉換器PSC轉換為連續的格式，構成為傳輸塊∑tb。在ADD單元中將時間間隔或者前綴cp置於連續的，數字的傳輸塊Stb的前邊，當用數字/模擬轉換器DAC進行數字/模擬轉換之後將其作為模擬的傳輸信號x(t)-沒有表示-發送給傳輸信道或者傳輸介質。前綴cp在時間連續的傳輸塊tb之間代表一個保護間隔和包括了前面的傳輸塊tb的預先規定數量的採樣值。此外附圖3簡化表示了在接收分支中按照本發明方法工作的時域均衡器TEQ的匹配的工作方式。在匹配單元ADP中進行匹配-見附圖1-，其中為了求出有益地使用信號處理器。按照本發明的方法原則上使用估算的信道脈衝響應hchan以進行匹配，此時藉助於適當的估算方法將其求出-例如最小平方誤差法，如在Golub，vanLoan矩陣計算，JohnHopkins大學出版社，1996，236頁中敘述的-。如附圖2表示的可以將傳輸塊tb的脈衝響應hchan原則上分解為三個子脈衝響應-一個中央脈衝響應部分hcent，其長度相當於等於擴展一個採樣值的前綴cp的長度，-一個先導脈衝響應部分hpre，-一個後續脈衝響應部分hpost。為了從信道脈衝響應hchan中進行先導脈衝響應部分hpre和後續脈衝響應部分hpost的模型化，各自安排了一個延遲模塊zNprez-Npost-見附圖1。中央脈衝響應部分hcent對於信噪比有正的影響，也就是說提高信噪比，而先導脈衝響應部分hpre和後續脈衝響應部分hpost降低信噪比。在初始化階段期間考慮將估算的信道脈衝響應hchan，也就是說將所有三個脈衝響應部分hcent，hpre，hpost作為匹配的基礎，也就是說考慮作為求出時域均衡器TEQ的橫向濾波器係數的基礎-也見附圖3。從這三個估算的脈衝響應部分hcent，hpre，hpost中可以推導出各自的矩陣，其特徵矢量確定了相對小尺寸(d＝2至4)的最佳矢量子空間popt，以求出應該匹配的橫向濾波器(k＝32-64)的係數heq，opt。當激活給定的物理傳輸信道或者傳輸介質時或者當數據傳輸開始時，一次性地求出最佳的矢量子空間popt，在數據傳輸期間將其保持不變。對於求出矢量子空間popt可以有益地使用正交的矢量迭代，例如在Golub，vanLoan矩陣計算，JohnHopkins大學出版社，1996，332頁中敘述的。此外，匹配的輸入參數是循環的前綴cplen的長度，估算的信道脈衝響應hchan，和應該求出的矢量子空間popt的大小d。對於隨後的非線性的最佳化將最佳的矢量子空間popt通過基矢量ek表示-其長度相當於橫向濾波器係數的數量-，也就是說在非線性最佳化時所考慮的係數可以數學地進行如下描述heq(n)=k=1dakek(n)]]>其中d相當於矢量子空間的大小和ak代表還應該最佳化的係數。在數據傳輸期間在矢量子空間popt內連續進行非線性最佳化，也就是說匹配只涉及到n個係數ak，opt這n個係數對於識別矢量子空間popt的一個元素是需要的。橫向濾波器TEQ的最佳化係數則是通過以下公式給定的heq,opt(n)=k=1dak,optek(n)]]>當矢量子空間popt非線性最佳化時，考慮了附加幹擾w(n)的影響。此外時域均衡器TEQ的匹配也影響信號/噪聲功率比。為了避免由於幹擾w(n)和由於時域均衡器TEQ匹配時的影響而帶來的不穩定性，在通常的非線性最佳化方法中小的步距是有意義的。在時域均衡器TEQ中將信道脈衝響應hchan或者傳輸塊∑tb+cp進行時間均衡之後，在DROP裝置中將前綴cp重新刪除。藉助於串聯/並聯-轉換器SPC將傳輸塊Stb又分解為n個時間離散的採樣值和隨後通過傅立葉分析FFT(快速傅立葉變換)將其變換為n個頻率離散的子符號nfb。可以藉助於頻域均衡器FEQ在頻域中將代表n個載波頻率的子符號進行均衡。藉助於後置的解碼器DEC將包括在n個載波頻率中的信息進行解碼和組合成一個比特流bs。在子符號解碼的範圍內將信號/噪聲功率比SNR在與解碼器連接的信號單元SNR中進行測量。將信號/噪聲功率比SNR經過開關S輸入給匹配單元ADP，在其中求出時域均衡器TEQ的濾波係數heq，opt。為了求出數據傳輸期間，也就是說初始化階段之後的濾波係數heq，opt，將信號/噪聲功率比SNR引入到最佳化方法中。在初始化階段，也就是說當開始傳輸數據時將中央脈衝響應部分hcent引入到最佳化方法中，從而求出最大傳輸速度時的濾波係數heq，opt。對應於當前的傳輸階段-數據傳輸開始或當連續傳輸數據時-藉助於開關S或者將信號/噪聲功率比SNR或者將中央脈衝響應部分hcent連接在匹配單元ADP上。按照本發明方法的應用不僅限於上述實施例，而且還可以使用在所有的傳輸方法上，在其中從信道脈衝響應hchan求出大量的多維的矢量空間，和從其中對於時域均衡器的最佳化應該求出儘可能少數量的濾波係數。此外，還可以使用各種最佳化方法來確定矢量子空間或者特徵值問題，還可以用來對矢量子空間進行非線性的最佳化。權利要求1.確定用於均衡經過發散的傳輸介質傳輸的多載波頻率信號(x(t))的數字橫向濾波器(TEQ)的濾波係數的方法，-在其中在藉助於矢量空間-最佳化方法求出的脈衝響應(hchan)的基礎上，將包括各種幹擾信號(w(n))的所有濾波係數(heq)的矢量子空間(popt)通過一個正交基(e)進行表示，和-在其中依賴於當前估算的幹擾信號(w(n))求出係數(ak，opt)，該係數定義最佳的濾波係數(heq，opt)為矢量子空間的元素。2.按照權利要求1的方法，其特徵為，將最佳的濾波係數(heq，opt)按照heq,opt(n)=k=1dak,optek(n)]]>定義為矢量子空間的元素，其中n對應於係數的數目和d對應於矢量子空間的大小。3.按照權利要求1或2的方法，其特徵為，在數據傳輸開始時，在初始化過程範圍內求出矢量子空間(popt)，以及在數據傳輸期間將濾波係數(heq，opt)作為矢量子空間的元素進行再調整。4.按照權利要求1至3之一的方法，其特徵為，從矢量子空間(popt)中通過非線性的最佳化方法求出濾波係數(heq，opt)，其中對於非線性的最佳化確定每個載波頻率(n)的信噪比(SNR)。5.按照權利要求1至4之一的方法，其特徵為，將非線性的最佳化方法-在初始化過程期間與傳輸速度的最大化進行匹配，和-在初始化過程之後與最大的信噪比(SNR)進行匹配。6.按照上述權利要求之一的方法，其特徵為，將線性的矢量子空間(popt)確定為矢量空間的部分-特徵問題的解。7.按照權利要求6的方法，其特徵為，將表示所述部分-特徵問題的解的特徵矢量子空間通過正交的迭代方法進行計算。全文摘要在被求出的脈衝響應(h文檔編號H04L25/03GK1432246SQ01810663公開日2003年7月23日申請日期2001年4月12日優先權日2000年4月12日發明者T·布林恩,W·科澤克申請人:西門子公司