正交振幅調制(qam)接收器的盲均衡器的制作方法

專利名稱：正交振幅調制(qam)接收器的盲均衡器的制作方法
技術領域：
一般而言，本發明的至少一些實施例涉及盲均衡器(blind equalizer)，且具體但不排外地涉及正交振幅調制(QAM)接收器的盲均衡器。
背景技術：
正交振幅調制(QAM)可用于通過改變或調制兩個載波的振幅來表示數據，所述兩個載波彼此異相90度，且因此被稱為正交載波(quadrature carrier)。可調制正交載波的振幅以表示正被傳輸的數字符號。當符號的兩個正交載波中的調制振幅沿復平面中的實軸和虛軸表示時，所述符號可表示為所述復平面中的一點。用于QAM方案中的一組符號可統稱為星座。星座圖展示復平面中的所述組符號。
矩形QAM星座包括排列在矩形網格上的一組符號。矩形QAM星座可能不是最優的，因為所述星座中的點并未最大限度地彼此隔開。非矩形QAM星座也可用于改進分隔，但與矩形QAM星座相比，非矩形QAM星座更難調制和解調。
隨著帶寬需求增加，很多最新應用(例如DVB-C接收器和電纜調制解調器)中已經采用越來越高的QAM尺寸。此類應用的規格包括處理例如低信噪比(SNR)或大回波的嚴峻信道條件的能力。為了減輕信道上的此類減損，且為了正確地恢復所傳輸的信號，利用各種信道均衡技術。
通過傳輸信道傳輸的信號具有非理想的信道特征，例如加性白高斯噪聲(AWGN)、符號間干擾(ISI)、衰落和相位失真等等。通常未知的信道特征可能會使所傳輸的信號失真。
均衡是用于減少失真且補償信號損失(衰減)的技術。通常，均衡器使用可調濾波器，其經調節以補償未知信道特征。盲均衡為一種技術，其不使用任何訓練序列，且因此降低了系統開銷。盲均衡已經廣泛用于使接收器適合于信道條件。已經開發了很多盲均衡算法。
C.R.Johnson等人在“Blind Equalization using the constant modulus criterionareview，Proc.of IEEE，第86卷，1998年10月”中描述了一種恒模算法(CMA)。
恒模算法(CMA)是達到信道均衡的一種簡單且有效的方法。恒模算法將用于均衡的誤差函數最小化。所述誤差函數是基于均衡器輸出與恒定星座半徑之間的差異[|y|p-K]q其中y為均衡器輸出；K為常數；且p和q通常為整數。
圖1展示常規的基于CMA的盲均衡器的方框圖。在圖1中，可調濾波器(101)具有若干系數，所述系數也可稱為抽頭加權(tap weight)，其可用于調節均衡器的轉換函數。由于未知信道特征的緣故，輸入到可調濾波器(101)的輸入信號可能會失真。適配引擎(109)根據誤差產生器(105)調節抽頭加權以減少可調濾波器(101)的輸出與恒模(107)之間的誤差。判定引擎(103)識別從可調濾波器(101)的輸出傳輸的符號，以產生判定輸出(103)。抽頭加權由適配引擎(109)連續調節以減少誤差，直到均衡器收斂為止。
常規的基于CMA的盲均衡器具有低收斂率的缺點。當信號條件變得更嚴峻時，收斂變得更加困難。為了提高收斂速度，常規CMA經修改以開發改進的算法，例如Sato算法(Sato algorithm)(參見，例如，M.Goursat等人的“Blind Equalizer，IEEETrans.of Communications，第COM-28卷，1984年8月”)和“間斷停起”判定導向算法(″stop-and-go″decision-directed algorithm)(參見，例如G.Picchi等人的“Blindequalization and carrier recovery using a′stop-and-go′decision-directed algorithm，IEEE Trans.Of Communications，第COM-35卷，1987年9月”)。
M.J.Ready和R.P.Gooch在“blind equalization based on radius directedadaptation，Proc.1990 IEEE Int.Conf.Acoust.，Speech，Signal Processing，Albuquerque，NM，PP 1699-1702，1990”中描述了多模數算法，其中半徑導向的適配是基于星座符號半徑的已知模數。誤差函數是基于均衡器輸出與最近的星座半徑之間的差異[|y|p-Kd]q其中y為均衡器輸出；Kd為均衡器輸出y的最近的星座符號的半徑；且(p，q)的公值為(1，1)、(1，2)、(2，1)、(2，2)等等。

發明內容
本文描述用于具有多個恒模的盲均衡器的方法和裝置。此部分中概述本發明的一些實施例。
電路包括濾波器，用以基于表示接收到的符號的輸入來產生輸出，所述符號為正交振幅調制(QAM)星座中的一個；判定引擎，其耦合到所述濾波器以產生指示QAM星座圖中的復數個區域中的一個區域的結果，濾波器的輸出位于包括星座圖中的不同半徑的復數個符號的所指示區域中；和誤差減少引擎，其耦合到所述判定引擎和所述濾波器，以減少復數個常數中的所選擇的一個與輸出的模數之間的差異；其中復數個常數中的每一個對應于所述復數個區域中的一個；且根據判定引擎的結果來選擇復數個常數中的所選擇的一個。
在本發明的一個實施例中，接收到的符號的半徑小于區域中的復數個符號中的一個的半徑。
在本發明的一個實施例中，誤差減少引擎包括與誤差產生電路耦合的盲適配引擎，誤差產生電路用以基于復數個常數中的所選擇的一個與輸出的模數之間的差異來產生誤差指示；且盲適配引擎用以根據誤差指示來調節濾波器。
本發明的一個實施例進一步包括耦合到濾波器的又一判定引擎，用以基于濾波器的輸出來確定符號。
在本發明的一個實施例中，誤差減少引擎包括多路復用器，以根據判定引擎的結果來從復數個常數中選擇一個常數。
在本發明的一個實施例中，通過使用小于星座圖中的符號的若干半徑的若干半徑來指定星座圖中的復數個區域。
在本發明的一個實施例中，其中復數個區域由一個或一個以上半徑分隔開，所述一個或一個以上半徑中至少有一個與QAM星座的半徑中的任何一個均不同。
正交振幅調制(QAM)接收器包括濾波器，用以產生輸出；第一判定引擎，其耦合到所述濾波器以識別濾波器的輸出中的符號；第二判定引擎，其耦合到所述濾波器以識別星座圖中的復數個區域中的一個區域，濾波器的輸出位于包括星座圖中的不同半徑的復數個符號的經識別區域中；和電路，其耦合到濾波器和第二判定引擎以調節濾波器，以便減少濾波器的輸出的模數與根據第二判定引擎的結果所選擇的常數之間的差異。
在本發明的一個實施例中，濾波器的輸出中識別的符號的半徑小于區域中的復數個符號中的一個的半徑。
在本發明的一個實施例中，電路包括盲適配引擎，其與濾波器耦合以根據濾波器的輸出的模數與根據第二判定引擎的結果所選擇的常數之間的差異來調節濾波器。
在本發明的一個實施例中，所述常數從對應于復數個區域的復數個常數中選擇。
在本發明的一個實施例中，電路包括多路復用器，以根據第二判定引擎的結果來從復數個常數中選擇一個常數。
在本發明的一個實施例中，其中通過使用小于接收器的星座圖中的符號的若干半徑的若干半徑來指定星座圖中的復數個區域；且所述星座圖具有多于16個的符號。
在本發明的一個實施例中，其中復數個區域由一個或一個以上半徑分隔開，所述一個或一個以上半徑中的每一個均與QAM星座的半徑中的任何一個不同。
在一個實施例中，本發明的方法包括將正交振幅調制(QAM)接收器的QAM星座分成復數個子群，所述復數個子群中至少有一個包括具有不同半徑的符號；和為盲均衡器確定復數個常數以分別用于所述復數個子群，所述盲均衡器用于減少盲均衡器的輸出的模數與基于確定所述輸出屬于哪個子群而選擇的所選常數之間的差異。
在本發明的一個實施例中，所述方法進一步包括確定由盲均衡器使用的一個或一個以上半徑，以確定所述輸出屬于所述子群中的哪一個。所述一個或一個以上半徑中至少有一個與星座中的任何半徑均不同。所述一個或一個以上半徑中的每一個均與星座的任何半徑不同。所述一個或一個以上半徑中的每一個均位于所述子群中的兩個不同者的兩個最近半徑之間的中間位置。
在本發明的一個實施例中，所述方法進一步包括通過使用復數個常數和一個或一個以上半徑來設計盲均衡器。
本發明包括方法和執行這些方法的裝置，所述裝置包括執行這些方法的數據處理系統，和當在數據處理系統上執行時會致使所述系統執行這些方法的計算機可讀媒介。
從附圖且從以下的詳細描述中將明了本發明的其它特點。


以實例的方式說明本發明，且本發明不限于附圖中的圖，在附圖中，相同參考標記指示相同元件。
圖1展示具有基于恒模算法(CMA)的盲均衡器的常規接收器的方框圖。
圖2-圖3說明根據本發明實施例的具有盲均衡器的接收器的方框圖。
圖4-圖7展示根據本發明一個實施例確定半徑以為盲均衡器選擇常數的實例。
圖8展示根據本發明一個實施例的盲均衡器中的處理過程的流程圖。
圖9展示根據本發明一個實施例的設計盲均衡器的方法的流程圖。
具體實施例方式
以下描述和圖式對本發明進行說明且不應認為其限制本發明。描述大量具體細節以提供對本發明的詳細理解。然而，在某些情況下，為了避免混淆本發明的描述，不再描述熟知或常規細節。參考本揭示案中的一個或一實施例未必是參考相同的實施例；且此類參考表示參考至少一個實施例。
本發明的一個實施例設法通過使用多于一個的比較點來為數字正交振幅調制(QAM)接收器中的高星座尺寸改進盲均衡器的收斂性。此為用于數字QAM接收器的盲均衡器，尤其為高星座尺寸，提供更好的采集能力。
例如電纜調制解調器和DVB-C接收器的很多數字通信系統利用盲均衡技術來校正由信道引入的失真。盲均衡器能夠在無需會消耗帶寬的訓練序列的幫助的情況下摘錄信道信息。
圖2-圖4說明根據本發明實施例的具有盲均衡器的接收器的方框圖。
在圖2中，粗判定引擎(coarse decision engine)(207)用以基于可調濾波器(201)的輸出和QAM星座數據來產生判定。在一個實施例中，粗判定引擎基于經預先計算的判定邊界來作出判定，獲得所述經預先計算的判定邊界以預先計算模數。誤差產生器(205)基于經預先計算的模數和來自粗判定引擎的判定來產生適配誤差。在一個實施例中，誤差產生器基于經預先計算的模數與可調濾波器(201)的輸出之間的差異來確定誤差。適配引擎(209)根據從誤差產生器(205)產生的誤差信號來調節可調濾波器(201)。
在一個實施例中，誤差函數基于[|y|p-Kr]q
其中y為均衡器輸出；Kr為基于粗判定引擎(207)的判定而選擇的經預先計算的模數；且(p，q)為設計參數。所述判定基于均衡器的輸出相對于經預先計算的判定邊界所處的位置。
因此，通過(1)基于盲均衡器的輸出來作出粗判定；和(2)基于所述判定來計算適配誤差信號，以改進肓均衡器的收斂能力。
在圖2中，判定引擎(203)用于識別從可調濾波器(201)的輸出傳輸的符號。可調濾波器(201)可為若干濾波器的組合。
常規基于CMA的盲均衡方案試圖減小均衡器的輸出與半徑的圓之間的距離，而不管輸出表示何種實際符號。此類最小化標準允許CMA移除ISI，但同時，其減慢均衡抽頭加權收斂到它們的最優值的速度。
本發明的一個實施例使用兩個或兩個以上模數，而不是單個恒模。基于基礎QAM星座的信息，可預先計算兩個或兩個以上判定邊界。粗判定引擎判定所述判定邊界中的哪個離濾波器的輸出最近。最近的判定邊界用以確定用于調適的誤差。均衡器減小均衡器的輸出與對應模數之間的距離。
在一個實施例中，判定邊界呈半徑的形式，其對應于星座圖上的圓。盲均衡器的輸出與判定半徑相比較。基于離均衡器的輸出最近的圓來計算適配誤差信號。因此，由根據本發明實施例的方案產生的誤差信號的量值小于根據單個邊界計算的量值。因此，尤其對于具有高星座尺寸(例如具有多于十六個符號的星座)的QAM接收器來說，提議方案的收斂速率可能比CMA快。
或者，可使用一組半徑來將星座圖分成若干區域。當盲均衡器的輸出位于所述區域中的一個的內部時，與其中有盲均衡器的區域相關的常數可用于確定要最小化的誤差函數。
圖3說明一實施例，其中符號群判定引擎(symbol group decision engine)(311)用于選擇其中有可調濾波器(301)的輸出的區域。基于符號群判定引擎(311)的判定，模數選擇邏輯電路(307)選擇對應模數，該對應模數將用于誤差產生器(305)以確定適配誤差。適配引擎(309)基于由誤差產生器(305)確定的誤差調節可調濾波器(301)以補償輸入信號因未知信道特征而導致的失真。符號判定引擎(303)確定從可調濾波器(301)的輸出傳輸的符號。
圖4-圖7展示根據本發明一個實施例判定半徑以為盲均衡器選擇常數的實例。
在圖4的實例中，星座的符號表示為點，例如點(411)。所述星座包括64個符號。將內側的32個符號設計在第一子群中；且將外側的32個符號設計在第二群中。圓(407)的半徑對應于內群中的符號的最大半徑；圓(405)的半徑對應于外群中的符號的最小半徑。圓(403)位于所述圓(407和405)之間的中間位置。圓(403)將第一子群的符號從第二子群的符號分隔開。
圓(401和409)到分隔兩個群的圓(403)的距離相同。
當均衡器的輸出(圖7中的503)位于圓(403)外的區域中時，所述輸出(503)更接近外圓(401)。可將輸出(503)看作圓(403)外的第一群中的符號中的一個。外圓(401)可用作誤差函數的常數，以使得均衡器將均衡器的輸出(503)與外圓之間的距離(505)最小化。根據由圓401的半徑表示的常數來調節可調濾波器，如同圓(403)內的第二子群為星座的僅有符號一樣(如圖5中所說明)。
當均衡器的輸出(圖7中的501)位于圓(403)內的區域中時，輸出(501)更接近內圓(409)。可將輸出(501)看作圓(403)內的第二群中的符號中的一個。內圓(409)可用作誤差函數的常數，以使得均衡器將均衡器的輸出與內圓(409)之間的距離(507)最小化。根據由圓409的半徑表示的常數來調節均衡器，如同圓外的第一子群為星座的僅有符號一樣(如圖6中所說明)。
圖4-圖7說明選擇符號的子群的設計過程，且接著確定將區域與用于將對應區域(符號子群)誤差最小化的常數分隔開的一個邊界或多個邊界。
通常，我們可基于星座中的符號的分布來設計用于誤差最小化的常數(例如，通過直接選擇對應于用于不同區域(符號的子群)的常數的圓的半徑)。
另外，分隔區域的一個邊界或多個邊界可或可不明確地確定且/或使用。當不明確地使用分隔區域的一個邊界或多個邊界時，均衡器可通過比較從輸出到常數的圓的距離來選擇對應常數。可選擇最近的圓和其對應常數，這樣有效地允許均衡器為不同區域(符號的子群)選擇不同常數。
圖8展示根據本發明一個實施例的在盲均衡器中的處理過程的流程圖。操作801基于確定接收器的濾波器的輸出是否位于符號的子群中來確定常數，所述符號子群在接收器的QAM星座圖上具有至少兩個半徑。操作803基于經確定的常數來產生信號。操作805根據所述信號來調整濾波器以減少所述常數與濾波器的輸出的模數之間的差異。在一個實施例中，濾波器的輸出可直接與常數相比較；且最小的一個被選為誤差指示符。因此，誤差函數可表示為
Min(||y|p-K1|q，||y|p-K2|q，...，||y|p-Kn|q)其中y為均衡器輸出；K1，K2，……，Kn為預先計算的模數；且n通常大于2且小于接收器的符號半徑的數目。常數K1，K2，……，Kn通常為設計參數且可或可不對應于接收器的符號半徑中的任何一個。
圖9展示根據本發明一個實施例的設計盲均衡器的方法的流程圖。操作901將QAM接收器的星座圖的符號分成復數個子群，所述子群中的至少一個具有至少兩個半徑。操作903為復數個子群確定復數個常數。舉例來說，以與常規CMA中相同的方式為每一子群確定相應常數，如同所述子群為常規的基于CMA的QAM接收器的所有符號一樣。操作905為接收器設計盲均衡器以基于確定其中有輸出的子群來減少常數中的一個與盲均衡器的輸出的模數之間的差異。
因此，在本發明的一個實施例中，基于盲均衡器的輸出來作出粗判定；且接著基于所述判定來計算適配誤差信號。使用粗判定使誤差信號比根據單個經預先計算的恒模而計算出的誤差信號更能提供信息。因此，尤其對于高星座尺寸的情況來說，適配效果在收斂能力方面得到改進。
通常，用于本發明的實施例中的常數可或可不對應于星座符號半徑中的任何已知模數。沒有必要使用很多常數且將星座分成很多區域。當QAM星座尺寸增加時，半徑的數目也迅速增加。在本發明的一個實施例中，用于減少誤差的模數的數目為設計參數，其可與1一樣小(例如，降級到CMA)，或與星座符號的半徑的數目一樣大。
在前面的說明書中，已經參考本發明的特定示范性實施例描述了本發明。顯然，可在不脫離隨附權利要求書所陳述的本發明的更廣泛的精神和范疇的前提下，對本發明作各種修改。因此，以說明性意義而非限制性意義來看待說明書和圖式。
權利要求
1.一種電路，其包含一濾波器，用以基于一表示接收到的一符號的輸入來產生一輸出，所述符號為一正交振幅調制(QAM)星座中的一個符號；一判定引擎，其耦合到所述濾波器以產生一指示一QAM星座圖中的復數個區域中的一個區域的結果，所述濾波器的所述輸出位于所述所指示的區域中，所述所指示的區域包括所述星座圖中的具有不同半徑的復數個符號；和一誤差減少引擎，其耦合到所述判定引擎和所述濾波器以減少復數個常數中的所選擇的一個與所述輸出的一模數之間的一差異；其中所述復數個常數中的每一個均對應于所述復數個區域中的一個；且根據所述判定引擎的所述結果選擇所述復數個常數中的所述所選擇的一個。
2.根據權利要求1所述的電路，其中接收到的所述符號具有一小于所述區域中的所述復數個符號中的一個的半徑的半徑。
3.根據權利要求1所述的電路，其中所述誤差減少引擎包含一與一誤差產生電路耦合的盲適配引擎，所述誤差產生電路用以基于所述復數個常數中的所述所選擇的一個與所述輸出的一模數之間的所述差異來產生一誤差指示，且所述盲適配引擎用以根據所述誤差指示來調節所述濾波器。
4.根據權利要求1所述的電路，其進一步包含又一判定引擎，其耦合到所述濾波器以基于所述濾波器的所述輸出來確定一符號。
5.根據權利要求1所述的電路，其中所述誤差減少引擎包含一多路復用器以根據所述判定引擎的所述結果來從復數個常數中選擇一個常數。
6.根據權利要求1所述的電路，其中通過使用小于所述星座圖中的符號的若干半徑的若干半徑來指定所述星座圖中的所述復數個區域。
7.根據權利要求1所述的電路，其中所述復數個區域由一個或一個以上半徑分隔開，所述一個或一個以上半徑中的至少一個與所述QAM星座的半徑中的任何一個不同。
8.一種正交振幅調制(QAM)接收器，其包含一濾波器，用以產生一輸出；一第一判定引擎，其耦合到所述濾波器以識別所述濾波器的所述輸出中的一符號；一第二判定引擎，其耦合到所述濾波器以識別一星座圖中的復數個區域中的一個區域，所述濾波器的所述輸出位于所述經識別的區域中，所述經識別的區域包括所述星座圖中的具有不同半徑的復數個符號；和一電路，其耦合到所述濾波器和所述第二判定引擎以調節所述濾波器，以便減少所述濾波器的所述輸出的一模數與根據所述第二判定引擎的一結果所選擇的一常數之間的一差異。
9.根據權利要求8所述的接收器，其中所述濾波器的所述輸出中所識別的所述符號具有一小于所述區域中的所述復數個符號中的一個的半徑的半徑。
10.根據權利要求8所述的接收器，其中所述電路包含一盲適配引擎，所述盲適配引擎與所述濾波器耦合以根據所述濾波器的所述輸出的所述模數與根據所述第二判定引擎的一結果所選擇的所述常數之間的一差異來調節所述濾波器。
11.根據權利要求8所述的接收器，其中從對應于所述復數個區域的復數個常數中選擇所述常數。
12.根據權利要求8所述的接收器，其中所述電路包含一多路復用器以根據所述第二判定引擎的所述結果從復數個常數中選擇一個常數。
13.根據權利要求8所述的接收器，其中通過使用小于所述星座圖中的符號的若干半徑的若干半徑來指定所述星座圖中的所述復數個區域；且所述星座圖具有多于十六個的符號。
14.根據權利要求8所述的接收器，其中所述復數個區域由一個或一個以上半徑分隔開，所述一個或一個以上半徑中的每一個均與所述QAM星座的半徑中的任何一個不同。
15.一種方法，其包含將一正交振幅調制(QAM)接收器的一QAM星座分成復數個子群，所述復數個子群中至少有一個包括具有不同半徑的符號；和為一盲均衡器確定復數個常數以分別用于所述復數個子群，所述盲均衡器用于減少所述盲均衡器的一輸出的一模數與基于確定所述輸出屬于所述子群中的哪一個而選擇的所述常數中的所選擇的一個之間的一差異。
16.根據權利要求15所述的方法，其進一步包含確定要由所述盲均衡器使用的一個或一個以上半徑，以確定所述輸出屬于所述子群中的哪一個。
17.根據權利要求16所述的方法，其中所述一個或一個以上半徑中的至少一個與所述星座的任何半徑均不同。
18.根據權利要求17所述的方法，其中所述一個或一個以上半徑中的每一個均與所述星座的任何半徑不同。
19.根據權利要求16所述的方法，其中所述一個或一個以上半徑中的每一個均位于所述子群中的兩個不同者的兩個最近半徑之間的中間位置。
20.根據權利要求16所述的方法，其進一步包含通過使用所述復數個常數和所述一個或一個以上半徑來設計所述盲均衡器。
全文摘要
用于具有多個恒模的盲均衡器的方法和裝置。在一個實施例中，一電路包括一濾波器，用以基于一表示接收到的一符號的輸入來產生一輸出，所述符號為一正交振幅調制(QAM)星座中的一個符號；一判定引擎，其耦合到所述濾波器以產生一指示一QAM星座圖中的復數個區域中的一個區域的結果，所述濾波器的所述輸出位于所述所指示的區域中，所述所指示的區域包括所述星座圖中的具有不同半徑的復數個符號；和一誤差減少引擎，其耦合到所述判定引擎和所述濾波器，以減少復數個常數中的所選擇的一個與所述輸出的一模數之間的一差異；其中所述復數個常數中的每一個對應于所述復數個區域中的一個；且根據所述判定引擎的所述結果來選擇所述復數個常數中的所述所選擇的一個。
文檔編號H04L27/06GK101030954SQ20061007630
公開日2007年9月5日 申請日期2006年4月18日 優先權日2006年3月1日
發明者陳曉鵬 申請人:瀾起科技(上海)有限公司