CN1138388C - 无线通信的设备、方法和*** - Google Patents

Abstract

为了改善自适应均衡操作的跟踪性能，同时又减少计算量，产生包括一个训练序列和一个通过在数据序列中分散***白化序列的至少一个符号而形成的混合数据序列的帧。将帧变换成无线信号发送。接收到无线信号后，利用帧内训练序列设定均衡滤波器抽头系数。在接收混合数据序列期间，利用帧内白化序列的符号执行自适应操作，更新均衡滤波器抽头系数。

Description

无线通信的设备、方法和***

本发明属无线通信技术领域。具体地说，本发明与无线通信中对数据进行白化和自适应操作的跟踪性能有关。

在移动无线通信中，发射机所发送的信号通常如图6所示。也就是说，无线信号包括训练序列10、首标20和数据30。接收到这种类型的无线信号，接收机就用载波频率或某些其他参量与无线信号建立同步，用训练序列10计算和设定自身的均衡滤波器(所谓“自适应滤波器”)的抽头系数(用自适应算法进行的自适应操作)等，以便消除码间干扰的影响。一旦设定了均衡滤波器的抽头系数，就可以消除码间干扰的影响，这样才能正确接收跟在训练序列10后的首标20和数据30中所含的数据。首标20含有对数据30的控制信息以及其他一些信息，而数据30是发射机发送给接收机的内容。

如上所述，均衡滤波器的抽头系数是通过利用训练序列10来设定的。然而，这并不意味着在随后接收首标20和数据30期间不必进行任何校正操作。也就是说，即使是在室内，传输路径的状态(传播特性)也会由于人以低于符号率(数据传输率)的速度走动而发生变化。当传播特性这样改变时，均衡滤波器的抽头系数必需作相应改变。因此，即使在接收首标20和数据30时也需执行更新均衡滤波器抽头系数的运算。但是这种运算的计算量太大。例如，递归最小二乘(RLS)算法认为是收敛快而稳定的自适应算法，在复数形式，对于k级滤波器的抽头，需要执行k(7k+6)次乘法运算。如果k为7，而符号率为10MHz，那么要求运算能力为3.85GIPS。实际上，在接收首标20和数据30期间，甚至在接收训练序列10期间要完成这样的运算都是成问题的。

因此，作为现实的措施是采用一种性能较差但是简单的自适应算法，或者执行高速采样而利用一系列符号的一个免除了码间干扰的头部。然而，随着传输率的增大，这些技术就不再适用，从而越来越有必要采用象RLS算法那样的需要相当高的计算能力的算法。

为了在执行如上所述的自适应算法改善收敛特性，最好发送和接收的数据是白化的。所谓白化是指数据的频谱在整个频段内是平坦的。这是因为，如果自适应操作是对有偏的接收数据进行的话，抽头系数可能会朝不希望的方向变化，从而导致接收差错。通常，首标20和数据30也要加以白化，例如通过使用LFSR(线性反馈移位寄存器)之类的扰频处理。

已发表的未审专利申请(PUPA)No.7-162361揭示了一种用于象上面所提到的首标20和数据30的自适应算法。然而这个申请并没有揭示出有关首标20和数据30的似信号特性。PUPA No.5-145452提出将一个长的单个唯一字划分成一些小段，分别***数据部。其目的是利用这个唯一字的每个小段与相应的数据段同步。此外，一个唯一字通常只具有最短的必要长度，因为一个长的冗余唯一字会降低数据传输量。然而，一个唯一字象PUPA No.5-145452所揭示的那样划分成小段后所得到的每一小段是否会有一定意义是有疑问的。此外，如果这些小段只是作为整体才是有意义的，那么就必需在接收全部数据、存入缓冲存储器、接收唯一字的各小段和设置抽头系数后处理这个唯一字。

由上可见，现在还没有一种有效方法能减少在利用训练序列设定了均衡滤波器抽头系数后的抽头系数跟踪操作的计算量。

本发明的一个目的是减少抽头系数跟踪操作的计算量。

本发明的另一个目的是用为抽头系数跟踪操作准备的信号的白化形式来增强数据的白化程度。

为了达到上述目的，本发明所提出的无线通信设备包括：一个帧产生装置，用来产生包括一个训练序列和一个通过在数据序列中分散***白化序列的各个符号而形成的混合数据序列的帧；以及一个将帧变换成无线信号加以发送的装置。在这种情况下，数据序列中的信号是白化的，而在接收方的无线通信设备中，抽头系数可以得到无偏更新，因为自适应操作是根据白化序列进行的。此外，由于是分散***，因此可以降低对计算能力的要求。

与上述发送方无线通信设备相应，在接收方所使用的无线通信设备包括：一个用来接收帧无线信号的接收装置，一个帧包括一个训练序列和一个通过在数据序列中分散***白化序列的各个符号而形成的混合数据序列；一个与接收装置相连的均衡滤波器；一个利用帧内训练序列设定均衡滤波器抽头系数的自适应操作装置；以及一个在接收混合数据序列期间利用帧内白化序列的各个符号执行自适应操作从而更新均衡滤波器抽头系数的跟踪装置。

可以设想上面所提到的白化序列是一个训练序列的情况。由于训练序列这个信号不仅是发送、接收双方都确知的，而且还是白化了的，因此简化了跟踪操作。

跟踪装置包括：一个误差检测装置，用来对帧内白化序列的每个符号检测出在一个通过均衡滤波器得到的第一值与一个应该发送给这设备的、从所述第一值预测的第二值之间的误差；以及一个利用所得误差更新均衡滤波器抽头系数的装置。也就是说，即使白化序列无论在发送方还是在接收方都不确知的情况下，由于利用帧开始部分的训练序列已经设定了均衡滤波器抽头系数，因此仍然能检测出这种误差。

此外，可以设想有这样一种配置，其中的跟踪装置包括：一个比较装置，用来对帧内用作白化序列的训练序列的每个符号将一个通过均衡滤波器得到的第一值与训练序列相应符号的第二值进行比较；以及一个利用比较结果更新均衡滤波器抽头系数的装置。

上面所提到的帧产生装置可以包括一个为形成混合数据序列的每m个符号***白化序列的n个符号的装置。这种有规律地***白化序列的一些符号减轻了接收方的负担。N为一个等于或大于1的整数，但上限可以为自适应滤波器的抽头数。

此外，可以设想有这样一种配置，其中的帧产生装置包括一个用来执行白化数据序列的操作的装置。如果数据序列部受到白化，那么整个帧就被白化，从而有助于接收差错的减少。

还有，可以考虑通过在一个数据序列中分散***一个白化序列的各n个符号来形成混合序列。也可以考虑跟踪操作装置利用白化序列的部分符号进行自适应操作。

在本发明的附图中：

图1示出了一个依据本发明的传输帧；

图2为依据本发明的发送方无线通信设备的配置方框图；

图3示出了图2中的数据产生部150的详细情况；

图4为依据本发明的接收方无线通信设备的配置方框图；

图5示出了本发明的操作流程图；以及

图6示出了一个传统的传输帧。

首先参见图1，其中示出了一个帧的内容，它是本发明的传输信号。训练序列100与图6的训练序列相类似。数据序列部110a-110e合在一起就是图6的首标20和数据30。一个白化序列的各n个符号120a-120d插在这些数据序列部之间。就以这种方式形成一个由数据序列和白化序列组成的混合序列。通常，一个数据序列的每m-n个符号***一个白化序列的相应n个符号。如上所述，n为等于或大于1的整数，但上限最好为图4所示自适应滤波器320的抽头数。如果m增大，则选用较大的n就更能体现本发明的优点。

图2示出了用来产生如上所述的帧的发送方无线通信设备。数据产生部150和白化序列产生部160都连接到合并部170。训练序列提供部190也连接到合并部170。需发送的帧就由这四个部形成。合并部170连接到与天线200相接的输出部180、

数据产生部150是一个诸如计算机那样的产生需发送的数据序列的部件。所产生的数据序列经用例如前面所提到的LFSR进行扰频处理后被伪白化。另一方面，白化序列产生部160产生一个白化序列。合并部170为由数据序列产生部150产生的数据序列中的每m-n个符号从由白化序列产生器160产生的白化序列中提取n个符号。合并部160用由训练序列提供部190供给的一个训练序列作为头部，后接一个由数据序列的m-n个符号和白化序列的n个符号那样反复一定次数而形成的混合数据序列，构成一个帧，送至输出部180。输出部180将所接收的帧加以调制和放大后形成无线信号，通过天线200发送出去。

图3示出了数据产生部150的配置情况。产生数据的计算机主体或其他类似装置210接到数据扰频器220。如上所述，数据扰频器220的输出送至合并部170。

数据扰频器220由“异”运算器224、226和移位寄存器222组成。这是一个用LFSR的白化装置的例子。移位寄存器222初始化后，如果有一个确定值加到移位寄存器222的输入端，那么由于两个“异”运算器224、226的作用，在移位寄存器222的输出端就可得到一个伪白化序列。通过对移位寄存器222的输出与计算机主体之类装置210提供的数据进行“异”运算可产生一个白化的数据序列。采用这种处理，数据本身就被伪白化了。

白化序列产生部160可以用类似的方式构成。在这种情况下，由于不存在从计算机主体之类210送来的那样输入，因此就不需要“异”运算器224，而移位寄存器222的输出端接到合并部170和“异”运算器226。

值得注意的是，如上所述，由于训练序列是白化的，因此可以用训练序列来代替白化序列。这样，可以利用训练序列提供部190的输出将训练序列的n个符号***数据序列。

图4示出了接收上述发送方无线通信设备发送的帧的无线接收机的配置情况。天线300接到与均衡滤波器320和自适应操作部330连接的接收部310。自适应操作部330接到训练序列提供部340。自适应操作部330包括根据训练序列进行自适应操作的训练操作部332和作为本发明主要部分的跟踪部334。均衡滤波器320的输出送到与均衡滤波器320连接的计算机主体之类装置。均衡滤波器320类型可以与本技术领域中所使用的相同，因此不再予以说明。

天线300所接收的无线信号由接收部310解调后受到同步处理。此后，自适应操作部330中的训练部332进行工作，利用接收到的帧内的训练序列部分100设定均衡滤波器320的抽头系数。在这个操作中，由于必需与所存储的训练序列比较，因此使用了训练序列提供部340供给的信号。一旦计算出抽头系数，训练部332就对均衡滤波器320进行设定。训练部332中所用的算法可以是本技术领域中的一种基本算法。

接收了训练序列100后，在接收混合数据序列部分阶段，均衡滤波器320的输出送至跟踪部334。跟踪部334提取插在混合数据序列中的白化序列的符号120a-120d，根据所提取的这些符号进行自适应操作。也就是说，跟踪部334在通过了均衡滤波器320的混合数据序列的每m个符号中提取一个处在预定位置的符号，判定均衡滤波器320当前的抽头系数是否合适。为此，必需检测所接收到的有关白化序列的符号由于通过传输路径和均衡滤波器320而产生的失真。由于抽头系数已由训练部332设定，因此跟踪部334可以在假设来自均衡滤波器320的信号的值近似等于发送信号的值的条件下预测出可能的值，再根据预测值与均衡滤波器320的输出值之间的误差重新计算抽头系数。例如，如果均衡滤波器320的一个输出值为1.2，那么就可以判定相应的发送值为1。计算抽头系数最好采用上面提到的RLS方法。

虽然上述RLS方法要求的计算量很大，但是由于只是每m个符号执行一次，因此每个符号相应的乘法数减少为k(7k+6)/m。例如，在传输率与前面所例举的相同的情况下，如果m＝4，则计算量可以减少为962.5MIPS。

如果用与上述训练序列100相同的信号作为白化序列，那么训练序列提供部340的输出还提供给跟踪部334。跟踪部334将训练序列提供部340供给的值与均衡滤波器320的输出信号的相应值进行比较，利用比较结果进行自适应操作。

图5示出了上述处理的程序。

(1)产生一个帧，这个帧包括一个训练序列和一个通过将一个白化序列的各至少一个符号分散***一个数据序列而形成的混合数据序列(步骤410)。

(2)将所产生的帧变换成无线信号发送出去(步骤420)。

(3)接收帧无线信号(步骤430)。

(4)利用帧内训练序列设定均衡滤波器的抽头系数(步骤440)。

(5)在接收混合数据序列期间，根据帧内白化序列的各个符号执行自适应操作，更新均衡滤波器的抽头系数(步骤450)。

以上说明的只是一个实施例，其中可以作种种修改。例如，虽然在这个实施例中混合数据序列的每m个符号插有白化序列的n个符号，但是只要接收方确知白化序列符号的***位置，不必非要象这样有规律地***这些符号。例如，可以采用先是每四个符号插有一个符号再每三个符号插有一个符号的***方式。然而，如果偏差大，那么就可能出现减少不了自适应操作计算量的情况。此外，在传输路径的状态等是稳定的时候，可以设想，原一直采用每四个符号插有一个符号方式的发送方可以通知接收方，从现在起将采用每八个符号插有一个符号的方式。

类似，也可以采用在每四个符号插有一个符号后每八个符号插有两个符号的***方式。但是，采用这种方式增加了接收方设备的负担。跟踪操作也可以根据n个符号中的几个符号进行，而其他几个符号可以放弃不用。

此外，虽然在图3中计算机主体之类的装置210有数据扰频器220配合，但也可以不用数据扰频器220。这是因为***白化序列产生部160的输出本身就进行了一定程度的白化。还有，训练序列提供部190和340可以都是在各时刻以相同方式输出给定序列的存储器或寄存器。

模拟已证明，在超过三个符号存在强度为直接波的1/2左右的码间干扰的环境中，通过以每四个符号中有一个符号的比例将一个教导信号***一个数据序列就足以均衡一个由QAM(正交振幅调制)调制的信号。

如上所述，采用本发明可以减少抽头系数跟踪操作的计算量。

通过***一个白化序列，就能增强对一个数据序列的白化。

应当指出，***一个白化序列将降低传输率，然而传输率本身很容易提高，因为可以减少计算量而又不降低跟踪性能。

Claims (12)

1.一种无线通信设备，其特征在于，所述设备包括：

用于产生训练序列的装置；

用于产生数据序列的装置；

用于产生白化序列的装置；

用于与上述装置相连的合并装置，用于在数据序列中分散***白化序列的符号而形成混合数据序列，并将一个训练序列与混合后的数据序列合并成一个帧；

变换装置，用于将所述帧变换成无线信号加以发送。

2.按照权利要求1的无线通信设备，其特征在于，其中所述白化序列是一个训练序列。

3.按照权利要求1的无线通信设备，其特征在于，包括一个为混合数据序列的每m个符号***白化序列的n个符号的装置。

4.按照权利要求1的无线通信设备，其特征在于，包括一个执行使数据序列白化的操作的装置。

5.按照权利要求1的无线通信设备，其特征在于，所述混合数据序列是通过在数据序列中分散***白化序列的各n个符号而形成的。

6.一种无线通信设备，其特征在于，所述设备包括：

一个接收装置，用于接收一帧包括一个训练序列和一个通过在数据序列中分散***白化序列的符号而形成的混合数据序列的无线信号；

一个均衡滤波器，与所述接收装置连接；

一个自适应操作装置，用于利用帧内训练序列设定所述均衡滤波器的抽头系数；以及

一个跟踪装置，用于在接收混合数据序列期间利用帧内白化序列的各个符号执行自适应操作，从而更新所述均衡滤波器的抽头系数。

7.按照权利要求6的无线通信设备，其特征在于，其中所述白化序列是一个训练序列。

8.按照权利要求6的无线通信设备，其特征在于，其中所述跟踪装置包括：

一个检测装置，用于对帧内白化序列的每个符号检测出在一个通过所述均衡滤波器得到的第一值与一个会是发送给这个设备的、从所述第一值预测的第二值之间的误差；以及

一个更新装置，用于利用所述误差更新所述均衡滤波器的抽头系数。

9.按照权利要求7的无线通信设备，其特征在于，其中所述跟踪装置包括：

一个比较装置，用于对帧内作为白化序列的训练序列的每个符号将一个通过所述均衡滤波器得到的第一值与训练序列相应符号的第二值进行比较；以及

更新装置，用于利用比较结果更新所述均衡滤波器的抽头系数。

10.按照权利要求6的无线通信设备，其特征在于，所述混合数据序列是通过在数据序列中分散***白化序列的各n个符号而形成的。

11.一种无线通信方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

产生包括一个训练序列和一个通过在数据序列中分散***白化序列的符号而形成的混合数据序列的帧；

将所述帧变换成无线信号加以发送；

接收所述帧无线信号；

利用帧内训练序列设定均衡滤波器的抽头系数；以及

在接收混合数据期间利用帧内白化序列的各个符号执行自适应操作，更新均衡滤波器的抽头系数。

12.一种无线通信***，其特征在于，所述***具有一个无线发射机和一个无线接收机，所述发射机包括：

用于产生训练序列的装置；

用于产生数据序列的装置；

用于产生白化序列的装置；

用于与上述装置相连的合并装置，用于在数据序列中分散***白化序列的符号而形成混合数据序列，并将一个训练序列与混合后的数据序列合并成一个帧；以及

变换装置，用于将所述帧变换成无线信号加以发送；

而所述接收机包括：

一个接收装置，用于接收所述帧无线信号；

一个均衡滤波器，与所述接收装置连接；

一个自适应操作装置，用于利用帧内训练序列设定所述均衡滤波器的抽头系数；以及

一个跟踪装置，用于在接收混合数据序列期间利用帧内白化序列的各个符号执行自适应操作，更新所述均衡滤波器的抽头系数。

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