專利名稱：基于疊加結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)判決反饋均衡器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種數(shù)字信號處理技術(shù)領(lǐng)域的均衡裝置，具體是一種頻率選擇性 MIMO系統(tǒng)中基于疊加結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)判決反饋均衡器。
背景技術(shù)：
判決反饋均衡器(DFE)是單輸入單輸出系統(tǒng)中比較常見的信道均衡器，它在數(shù)字 通信系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，主要用來抑制ISI。多徑傳播會使信道頻譜出現(xiàn)頻譜零點，線性均衡 (LE)在這種情況下性能很差，DFE表現(xiàn)出更好的性能，復(fù)雜度也比較適中。一般來說，DFE 包含前饋濾波器(FFF)和反饋濾波器(FBF)，F(xiàn)FF對接收信號進行處理，抑制前徑ISI，F(xiàn)BF 對已檢測符號進行操作，抑制后徑ISI，F(xiàn)FF和FBF都是有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器，DFE的 輸出采用一個非線性硬判決器，如果判決誤差的概率很小，判決器的輸出可以正確的表示 發(fā)射信號，但是如果一個符號檢測錯誤，通過FBF環(huán)路會造成錯誤不斷累積，導(dǎo)致判決器的 下一個輸出也是錯誤的，這就是誤差傳播現(xiàn)象。尤其是在高速移動的無線通信環(huán)境中，信道 環(huán)境是不斷變化的，主徑的幅度隨時可能發(fā)生變化，當副徑的強度大于主徑時，有限長度的 FFF無法對消強的副徑的影響，主徑信號會淹沒在多徑和噪聲中，系數(shù)無法收斂。傳統(tǒng)的時 域自適應(yīng)DFE均衡器的前饋部分和反饋部分在時間域上不重疊，因此副徑干擾由前饋濾波 或反饋濾波器分別抵消，無法生成合適的抽頭系數(shù)來穩(wěn)定地對抗動態(tài)強多徑。近年來MIMO系統(tǒng)受到了極大的關(guān)注，在發(fā)射機和接收機配置多個天線，可以大 大提高通信系統(tǒng)的頻譜效率。為了減輕發(fā)射天線和接收天線之間頻率選擇性衰落的影 響，MIMO接收機的設(shè)計是極大的挑戰(zhàn)，因為需要檢測的信號同時淹沒在同信道干擾(CCI)， ISI，還有噪聲之中。其中一種解決方案考慮MIM0-DFE，對于傳統(tǒng)的MIMO DFE，M根發(fā)射 天線的符號同時檢測，不考慮檢測順序。由于同時受天線之間的CCI和多徑傳播的影響， 對于MIMO DFE，誤差傳播的問題比單天線系統(tǒng)更加嚴重。為了減少誤差傳播的影響，采 用 G. J. Foschini 等學(xué)者于 1999 年在論文"Simplified processing for high spectral efficiency wireless communicationemploying multi-element arrays", IEEE Journal on Selected Areas in communications中提出V-BLAST的思想，也就是說，每一級選擇均 方誤差(MMSE)意義上最小的數(shù)據(jù)流進行檢測，因為考慮數(shù)據(jù)流的檢測排序是提高接收機 性能的一個重要因素。這種排序的串行干擾消除(SIC) —定程度上只能有效地抑制CCI，而 對于ISI的消除，需要在SIC的每一級采用能夠有效地對抗多徑的均衡方案，自適應(yīng)的DFE 就是頻率選擇性信道中一種有用的降低ISI的均衡方案。后來，G. Ginis和J. M. Cioffi于 2001 年在論文”O(jiān)n the relation between V-BLAST and theGDFE，，，IEEE Commun. Lett.中 又提出一種等價于V-BLAST的廣義的DFE結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)比較適合和自適應(yīng)的DFE相結(jié)合， 不需要明確的信道跟蹤，實現(xiàn)比V-BLAST更簡單一些。有很多可行的辦法適用于產(chǎn)生FFF和FBF的濾波器系數(shù)更新，包括最小均方和遞 歸最小二乘算法。濾波器的形式也有多種，可以是實數(shù)濾波器，即抽頭系數(shù)和寄存器的數(shù)均 為實數(shù)，濾波器的乘法運算也是實數(shù)運算；也可以是復(fù)數(shù)濾波器，即抽頭系數(shù)和寄存器的數(shù)均為復(fù)數(shù)，濾波器的乘法運算是復(fù)數(shù)運算；亦可以是準復(fù)數(shù)濾波器，即抽頭系數(shù)和寄存器的 數(shù)雖然均為復(fù)數(shù)，但濾波器的乘法運算是實數(shù)運算。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于疊加結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)判決反饋 均衡器，該結(jié)構(gòu)復(fù)雜度較低，適合于硬件實現(xiàn)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括一個排序模塊以及多級級聯(lián)的 自適應(yīng)多輸入單輸出判決反饋均衡器模塊，其中排序模塊的輸入端接收所有接收天線的 信息，第一級自適應(yīng)多輸入單輸出判決反饋均衡器模塊接收排序模塊輸出的優(yōu)先級最高的 發(fā)射天線對應(yīng)的數(shù)據(jù)流信息，并輸出這個數(shù)據(jù)流的判決信息至第i級自適應(yīng)多輸入單輸出 判決反饋均衡器模塊，第i級自適應(yīng)多輸入單輸出判決反饋均衡器模塊接收排序模塊輸出 的已排序的第i個數(shù)據(jù)流的信息和前一級數(shù)據(jù)流的當前判決信息并輸出第i個數(shù)據(jù)流的判 決信息到下一級，i為自適應(yīng)多輸入單輸出判決反饋均衡器模塊的級數(shù)且i大于等于2。所述的排序模塊包括信道能量檢測模塊和能量排序模塊，其中各個天線的接 收信號與信道能量檢測模塊連接，信道能量檢測模塊輸出各個天線之間的信道能量到能量 排序模塊，能量排序模塊分別計算同一發(fā)射天線到不同接收天線的能量之和，然后由大到 小排序，能量最大的那個發(fā)射天線的數(shù)據(jù)流具有最高的優(yōu)先權(quán)。所述的信道能量檢測模塊利用每幀的幀頭序列分別和不同的接收天線的接收信 號進行相關(guān)，以獲得所有發(fā)射天線和接收天線之間的信道能量。所述的自適應(yīng)多輸入單輸出判決反饋均衡器模塊為疊加結(jié)構(gòu)的時域自適應(yīng)判決 反饋均衡器。所述的時域自適應(yīng)判決反饋均衡器包括接收天線、信號疊加器、電平判決器、誤 差信號生成器和抽頭系數(shù)更新器，其中每個接收天線分別與前饋濾波器相連接并傳輸前 饋濾波輸出信號、各個發(fā)射天線的已判決信號和反饋濾波器相連接傳輸反饋濾波器的輸出 信號，信號疊加器與前饋濾波輸出信號和反饋濾波器的輸出信號相連接并傳輸疊加結(jié)構(gòu)的 判決反饋均衡器的輸出信息，電平判決器與各個具有疊加結(jié)構(gòu)的判決反饋均衡器的輸出總 和相連接并傳輸每一級的輸出信號，誤差信號生成器與判決器的輸入和輸出端相連接并傳 輸誤差信號，抽頭系數(shù)更新器與誤差信號生成器相連接并進行所有前饋濾波器和反饋濾波 器的抽頭系數(shù)更新。所述的多級級聯(lián)的自適應(yīng)多輸入單輸出判決反饋均衡器模塊中的每一級自適應(yīng) 多輸入單輸出判決反饋均衡器模塊分別設(shè)有反饋濾波器。所述的抽頭系數(shù)更新器采用最小均方法、遞歸最小二乘法或恒模算法進行抽頭數(shù) 的更新。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過先對M根發(fā)射天線的數(shù)據(jù)流排序，然后再進行MIMO DFE均衡，有效地降低了同信道干擾，誤碼性能得到明顯改善；使用具有疊加結(jié)構(gòu)的判決反 饋均衡器，更有效地對抗頻率選擇信道中的多徑傳輸問題，消除強多徑信號的干擾。因此， 該結(jié)構(gòu)的提出使得MIMO均衡器的收斂速度和誤碼性能得到很大改善。


圖1是本發(fā)明的裝置組成示意圖。圖2是本發(fā)明的第一級的自適應(yīng)多輸入單輸出判決反饋均衡器框圖。圖3是本發(fā)明的第m級的自適應(yīng)多輸入單輸出判決反饋均衡器框圖。圖4是基于疊加結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)判決反饋均衡器框圖(以接收天線1為例)。圖5是排序模塊框圖。圖6是MIMO系統(tǒng)基于疊加結(jié)構(gòu)和非疊加結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)判決反饋均衡器的均方誤 差曲線比較。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，本實施例包括多級級聯(lián)的排序模塊及其每一級相對應(yīng)連接的自適 應(yīng)多輸入單輸出判決反饋均衡器模塊，級數(shù)等于發(fā)射天線的數(shù)目。系統(tǒng)利用M根發(fā)射天線 和N根接收天線，接收天線的數(shù)目N要大于或等于發(fā)射天線的數(shù)目M。如圖5所示，所述的排序模塊包括信道能量檢測模塊和能量排序模塊，其中各 個天線的接收信號均與信道能量檢測模塊連接，信道能量檢測模塊輸出各個天線之間的信 道能量到能量排序模塊，能量排序模塊分別計算同一發(fā)射天線到不同接收天線的能量之 和，然后由大到小排序，能量最大的那個發(fā)射天線的數(shù)據(jù)流具有最高的優(yōu)先權(quán)。圖5完成對多路數(shù)據(jù)流的排序后，均衡模塊依次選擇能量最大的對應(yīng)發(fā)射天線的 數(shù)據(jù)流進行均衡。對于慢時變信道，不需要每時每刻進行排序，只需在開始串行檢測前的第
一級排序。關(guān)于能量計算，以發(fā)射天線ι為例，其對應(yīng)的能量為
權(quán)利要求
一種基于疊加結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)判決反饋均衡器，包括一個排序模塊以及多級級聯(lián)的自適應(yīng)多輸入單輸出判決反饋均衡器模塊，其特征在于排序模塊的輸入端接收所有接收天線的信息，第一級自適應(yīng)多輸入單輸出判決反饋均衡器模塊接收排序模塊輸出的優(yōu)先級最高的發(fā)射天線對應(yīng)的數(shù)據(jù)流信息，并輸出這個數(shù)據(jù)流的判決信息至第i級自適應(yīng)多輸入單輸出判決反饋均衡器模塊，第i級自適應(yīng)多輸入單輸出判決反饋均衡器模塊接收排序模塊輸出的已排序的第i個數(shù)據(jù)流的信息和前一級數(shù)據(jù)流的當前判決信息并輸出第i個數(shù)據(jù)流的判決信息到下一級，i為自適應(yīng)多輸入單輸出判決反饋均衡器模塊的級數(shù)且i大于等于2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于疊加結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)判決反饋均衡器，其特征是，所述的 排序模塊包括信道能量檢測模塊和能量排序模塊，其中各個天線的接收信號與信道能 量檢測模塊連接，信道能量檢測模塊輸出各個天線之間的信道能量到能量排序模塊，能量 排序模塊分別計算同一發(fā)射天線到不同接收天線的能量之和，然后由大到小排序，能量最 大的那個發(fā)射天線的數(shù)據(jù)流具有最高的優(yōu)先權(quán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于疊加結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)判決反饋均衡器，其特征是，所述的 信道能量檢測模塊利用每幀的幀頭序列分別和不同的接收天線的接收信號進行相關(guān)，以獲 得所有發(fā)射天線和接收天線之間的信道能量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于疊加結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)判決反饋均衡器，其特征是，所述的 自適應(yīng)多輸入單輸出判決反饋均衡器模塊為疊加結(jié)構(gòu)的時域自適應(yīng)判決反饋均衡器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的基于疊加結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)判決反饋均衡器，其特征是，所 述的時域自適應(yīng)判決反饋均衡器包括接收天線、信號疊加器、電平判決器、誤差信號生成 器和抽頭系數(shù)更新器，其中每個接收天線分別與前饋濾波器相連接并傳輸前饋濾波輸出 信號、各個發(fā)射天線的已判決信號和反饋濾波器相連接傳輸反饋濾波器的輸出信號，信號 疊加器與前饋濾波輸出信號和反饋濾波器的輸出信號相連接并傳輸疊加結(jié)構(gòu)的判決反饋 均衡器的輸出信息，電平判決器與各個具有疊加結(jié)構(gòu)的判決反饋均衡器的輸出總和相連接 并傳輸每一級的輸出信號，誤差信號生成器與判決器的輸入和輸出端相連接并傳輸誤差信 號，抽頭系數(shù)更新器與誤差信號生成器相連接并進行所有前饋濾波器和反饋濾波器的抽頭 系數(shù)更新。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于疊加結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)判決反饋均衡器，其特征是，所述的 多級級聯(lián)的自適應(yīng)多輸入單輸出判決反饋均衡器模塊中的每一級自適應(yīng)多輸入單輸出判 決反饋均衡器模塊分別設(shè)有反饋濾波器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于疊加結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)判決反饋均衡器，其特征是，所述的 抽頭系數(shù)更新器采用最小均方法、遞歸最小二乘法或恒模算法進行抽頭數(shù)的更新。
全文摘要
一種數(shù)字信號處理技術(shù)領(lǐng)域的基于疊加結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)判決反饋均衡器，包括一個排序模塊以及多級級聯(lián)的自適應(yīng)多輸入單輸出判決反饋均衡器模塊，排序模塊的輸入端接收所有接收天線的信息，第一級自適應(yīng)多輸入單輸出判決反饋均衡器模塊接收排序模塊輸出的優(yōu)先級最高的發(fā)射天線對應(yīng)的數(shù)據(jù)流信息，并輸出這個數(shù)據(jù)流的判決信息至第i級自適應(yīng)多輸入單輸出判決反饋均衡器模塊，第i級自適應(yīng)多輸入單輸出判決反饋均衡器模塊接收排序模塊輸出的已排序的第i個數(shù)據(jù)流的信息和前一級數(shù)據(jù)流的當前判決信息并輸出第i個數(shù)據(jù)流的判決信息到下一級。本發(fā)明結(jié)構(gòu)復(fù)雜度較低，適合于硬件實現(xiàn)。
文檔編號H04L25/03GK101958862SQ20101051685
公開日2011年1月26日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者劉華芬, 歸琳, 李素月, 熊箭, 謝輝 申請人:上海交通大學(xué)