CN101379722B - 均衡装置以及均衡方法 - Google Patents

Abstract

修正系数计算部(20)计算修正系数β，使得成为与检测路径的传输路径估计值和相邻路径的传输路径估计值相当的噪声功率。噪声功率修正部(21)计算修正后的噪声功率βN0。权重计算部(8)输入作为FFT部(7)的输出的频域的传输路径估计值H(f)以及通过噪声功率修正部(21)修正的噪声功率βN0，并通过MMSE计算均衡滤波器的权重。

Description

均衡装置以及均衡方法

技术领域

本发明涉及均衡装置以及均衡方法，尤其涉及使用基于时域的传输路径估计的传输路径响应向量，通过最小均方误差法(MMSE：MinimumMean Square Error)计算均衡权重并进行接收信号的均衡的均衡装置以及均衡方法。

背景技术

在下一代移动通信的无线通信方式中实现高速数据传输是非常重要的，但是如果数据速度变快就会存在多路径上的符号间干扰、即多路径干扰的问题。存在多种用于抑制所述多路径干扰的方法，而作为比较简单的方法，提出了具有线性均衡器并在频域中进行该均衡处理的频率均衡器。例如，可参考现有技术文献1(D.Falconer，S.L.Ariyavisitakul，A.Benyamin-seeyar，and B.Eidson，“Frequency Domain Equalization for Single-Carrier Broadband Systems，”IEEE Commun.Mag.，vol.40，no.4，pp.58-66，Apr.2002.)。

图1是表示应用了在上述现有技术文献1中记载的频率均衡器和在现有技术文献2(松本、吉田、後川、“HSDPA端末用MMSEチツプ等化器における高精度チヤネル分離の検討、”2005年信学総大、B-5-120.)中记载的多路径采样法的以往的均衡装置的一个结构例。以往的均衡装置包括：接收天线1；路径定时检测部2；检测路径的传输路径估计部3；相邻路径的传输路径估计部4；传输路径响应向量生成部5；串并(S/P)转换部6、10；快速傅立叶变换(FFT：Fast Fourier Transform)部7、11；权重计算部8；保护间隔(guard interval，GI)去除部9；均衡滤波器12；快速傅立叶逆变换(IFFT：Inverse Fast Fourier Transform)部13；并串(P/S)转换部14；以及噪声功率估计部15。

应用多路径采样法的均衡装置具有如下特点：通过用多个传输路径估计值样点表示各个路径，能够改善路径接近存在的环境中的均衡特性并具有抗路径定时误差的特性。

接收天线1接收被数字调制的单载波信号。路径定时检测部2输入被过采样的接收信号，并使用包含在接收信号中的导频信号来检测多个路径的定时。检测定时的方法可使用基于包含在接收信号中的导频信号和已知的导频信号序列间的滑动相关检测结果来检测高电平的多个路径定时的方法。检测路径的传输路径估计部3输入被过采样的接收信号和通过路径定时检测部2检测出的路径定时，并使用包含在接收信号中的导频信号来估计检测路径定时中的传输路径估计值。

相邻路径的传输路径估计部4输入被过采样的接收信号和通过路径定时检测部2检测出的路径定时，并使用包含在接收信号中的导频信号来估计检测路径定时的前后多个定时(相邻路径定时)中的传输路径估计值。传输路径响应向量生成部5输入通过检测路径的传输路径估计部3和相邻路径的传输路径估计部4估计出的传输路径估计值，并生成传输路径响应向量。

图2是表示传输路径响应向量生成部5中的传输路径响应向量的生成情形的图。实线表示检测路径定时中的传输路径估计值，虚线表示相邻路径定时中的传输路径估计值。通过对检测路径定时和相邻路径定时的传输路径估计值(多路径采样的传输路径估计值)进行排列来生成传输路径响应向量。

S/P转换部6对通过传输路径响应向量生成部5生成的传输路径响应向量进行S/P转换。FFT部7输入通过S/P转换部6转换后的传输路径响应向量，输出转换为频域上的传输路径估计值。噪声功率估计部15输入被过采样的接收信号和通过检测路径的传输路径估计部3估计出的传输路径估计值，并估计噪声功率。

权重计算部8输入FFT部7的输出、即频域上的传输路径估计值和通过噪声功率估计部15估计出的噪声功率，并通过最小均方误差法(MMSE)来计算均衡滤波器的权重。如果将由FFT部7将传输路径响应向量转换到频域上的副载波f中的传输路径估计值设为H(f)，则均衡滤波器的权重W(f)可由下面的数学式(1)表示，所述传输路径估计值是。

$W\left(f\right)=\frac{H^{*}\left(f\right)}{{\left|H\left(f\right)\right|}^2+N_0}---\left(1\right)$

这里，符号*表示复数的共轭，N₀表示通过噪声功率估计部15估计的噪声功率。

GI去除部9输入被过采样的接收信号并去除与GI相当的部分的接收信号。S/P转换部10对在GI去除部中去除了GI的接收信号进行S/P转换。FFT部11输入通过S/P转换部10转换后的接收信号并将其转换到频域。均衡滤波器12输入通过权重计算部8计算的均衡权重和通过FFT部11进行频率转换后的接收信号，并在频域上进行接收信号的均衡。

IFFT部13输入作为均衡滤波器12的输出的频域的均衡信号，并使用IFFT将其转换到时域。P/S转换部14对转换到时域上的信号进行P/S转换，输出解调信号。

发明内容

在以往的均衡装置中存在以下问题。在权重计算部8中，在均衡滤波器的权重计算中使用的噪声功率采用了根据被过采样的接收信号和通过检测路径的传输路径估计部3估计出的传输路径估计值而计算出的噪声功率。但是，如多路径采样法那样，当使用对检测路径的传输路径估计部3和相邻路径的传输路径估计部4所估计出的传输路径估计值进行排列而生成的传输路径响应向量来计算均衡权重时，存在MMSE权重的精度发生偏差、均衡性能恶化的问题。

本发明的目的在于，提供一种均衡装置以及均衡方法，从而在使用对检测路径定时及其相邻路径定时的传输路径估计值进行排列而得的传输路径响应向量来计算均衡权重的均衡装置中，能够进行正确的MMES控制来实现优异的均衡特性。

本发明第一方面涉及的均衡装置，包括：均衡滤波器，接收被数字调制的单载波信号并对其进行均衡；以及权重计算部，使用对该接收信号的检测路径定时的传输路径估计值(检测路径的传输路径估计值)及其相邻路径定时的传输路径估计值(相邻路径的传输路径估计值)进行了排列的传输路径响应向量来计算所述均衡滤波器的均衡权重；所述均衡装置的特征在于，包括使用根据所述检测路径的传输路径估计值和所述相邻路径的传输路径估计值生成的修正系数来修正在所述均衡权重的计算中使用的噪声功率的单元。

本发明第二方面涉及的均衡装置，接收被数字调制的单载波信号，使用对检测路径定时及其相邻路径定时的传输路径估计值进行了排列的传输路径响应向量来计算均衡权重，所述均衡装置的特征在于，包括：路径定时检测部，使用被过采样的接收信号中所包含的导频信号来检测出L(L是大于等于1的整数)路径的定时；检测路径的传输路径估计部，估计所述检测路径定时中的传输路径估计值；相邻路径的传输路径估计部，估计所述检测路径定时的前后Nps(Nps是大于等于1的整数)个样点的相邻路径定时中的传输路径估计值；传输路径响应向量生成部，基于所述检测路径和相邻路径的传输路径估计值而生成传输路径响应向量；噪声功率估计部，使用所述接收信号和所述检测路径的传输路径估计值来估计噪声功率N0；修正系数计算部，计算修正系数β，使得成为与所述检测路径和相邻路径的传输路径估计值相当的噪声功率；噪声功率修正部，使用通过所述噪声功率估计部估计的噪声功率N0和通过所述修正系数计算部计算的修正系数β来计算修正后的噪声功率βN0；权重计算部，使用所述传输路径响应向量和所述修正后的噪声功率，通过最小均方误差法计算均衡权重；以及均衡滤波器，使用所述均衡权重进行所述接收信号的均衡。

本发明第三方面涉及的均衡方法，包括：接收被数字调制的单载波信号并通过均衡滤波器进行对其均衡的步骤；以及权重计算步骤，使用对所述接收信号的检测路径定时的传输路径估计值(检测路径的传输路径估计值)及其相邻路径定时的传输路径估计值(相邻路径的传输路径估计值)进行了排列的传输路径响应向量，计算所述均衡滤波器的均衡权重；所述均衡方法的特征在于，还包括修正步骤，该修正步骤使用根据所述检测路径的传输路径估计值和所述相邻路径的传输路径估计值而生成的修正系数，修正在所述均衡权重的计算中使用的噪声功率。

本发明第四方面涉及的均衡方法，其接收被数字调制的单载波信号，使用对检测路径定时及其相邻路径定时的传输路径估计值进行了排列的传输路径响应向量来计算均衡权重，所述均衡方法的特征在于，该方法使用被过采样的接收信号中所包含的导频信号来检测出L(L是大于等于1的整数)路径的定时；估计所述检测路径定时中的传输路径估计值；估计所述检测路径定时的前后Nps(Nps是大于等于1的整数)个样点的相邻路径定时中的传输路径估计值；基于所述检测路径和相邻路径的传输路径估计值而生成传输路径响应向量；使用所述接收信号和所述检测路径的传输路径估计值来估计噪声功率N0；计算修正系数β，使得成为与所述检测路径和相邻路径的传输路径估计值相当的噪声功率；使用所述噪声功率N0和所述修正系数β来计算修正后的噪声功率βN0；使用所述传输路径响应向量和所述修正后的噪声功率，通过最小均方误差法计算均衡权重；并且，使用所述均衡权重进行所述接收信号的均衡。

发明效果

根据本发明，在使用对检测路径定时及其相邻路径定时的传输路径估计值进行排列而得的传输路径响应向量来计算均衡权重的均衡装置中，为了进行正确的MMES控制，将在均衡滤波器的权重计算中使用的噪声功率修正为与检测路径的传输路径估计值和相邻路径的传输路径估计值相当的噪声功率，并计算均衡滤波器的权重，由此能够实现优异的均衡特性。

附图说明

图1是表示以往的均衡装置的一个示例的结构图；

图2是表示传输路径响应向量生成部5中的传输路径响应向量的生成情形的图；

图3是表示本发明均衡装置的一个实施例的结构图；

图4是表示本发明修正系数计算部20的结构的框图。

具体实施方式

下面，参考附图对本发明的实施方式进行详细的说明。图3是表示本发明均衡装置的一个实施例的结构图，与图1相同的部分用相同标号进行表示。如图3所示，本发明的均衡装置包括：接收天线1；路径定时检测部2；检测路径的传输路径估计部3；相邻路径的传输路径估计部4；传输路径响应向量生成部5；S/P转换部6、10；FFT部7、11；权重计算部8；GI去除部9；均衡滤波器12；IFFT部13；P/S转换部14；噪声功率估计部15；修正系数计算部20；以及噪声功率修正部21。

接收天线1接收被数字调制的单载波信号。路径定时检测部2输入被过采样的接收信号，并使用包含在接收信号中的导频信号来检测出L(L是大于等于1的整数)路径的定时。检测定时的方法可使用基于包含在接收信号中的导频信号和已知的导频信号序列间的滑动相关检测结果来检测高电平的多个路径的定时的方法等。

检测路径的传输路径检测部3输入被过采样的接收信号和通过路径定时检测部2检测出的路径定时，并使用包含在接收信号中的导频信号来估计出检测路径定时中的传输路径估计值。相邻路径的传输路径估计部4输入被过采样的接收信号和通过路径定时检测部2检测出的路径定时，并使用包含在接收信号中的导频信号来估计检测路径定时前后Nps(Nps为大于等于1的整数)个样点的相邻路径定时中的传输路径估计值。

传输路径响应向量生成部5输入通过检测路径的传输路径估计部3和相邻路径的传输路径估计部4估计出的传输路径估计值，并通过对检测路径定时和相邻路径定时的传输路径估计值进行排列来生成传输路径响应向量。S/P转换部6对通过传输路径响应向量生成部5生成的传输路径响应向量进行S/P转换。FFT部7输入通过S/P转换部6转换后的传输路径响应向量，输出转换到频域上的传输路径估计值。

噪声功率估计部15输入被过采样的接收信号和通过检测路径的传输路径估计部3估计出的传输路径估计值，并估计噪声功率N0。噪声功率的估计方法有各种方法，但由于与本发明没有直接关系，因此省略其详细的构成和说明。

修正系数计算部20输入通过检测路径的传输路径估计部3和相邻路径的传输路径估计部5估计出的传输路径估计值、以及修正系数K(K为任意实数)，并计算修正系数β，使得成为与检测路径的传输路径估计值和相邻路径的传输路径估计值相当的噪声功率。噪声功率计算部21输入通过噪声功率估计部15估计出的噪声功率N0和通过修正系数计算部20算出的修正系数β，并计算修正后的噪声功率βN0。

图4是表示修正系数计算部20的结构的框图。修正系数计算部20包括：检测路径的传输路径功率计算部30、相邻路径的传输路径功率计算部31、传输路径功率加法运算部32、传输路径功率标准化部33、以及修正系数乘法运算部34。检测路径的传输路径功率计算部30输入通过图3的检测路径的传输路径估计部3估计的传输路径估计值，计算检测路径的传输路径功率。相邻路径的传输路径功率计算部31输入通过图3的相邻路径的传输路径估计部4估计的传输路径估计值，计算相邻路径的传输路径功率。

传输路径功率加法运算部32输入通过检测路径的传输路径功率计算部30计算出的检测路径的传输路径功率和通过相邻路径的传输路径功率计算部31计算出的相邻路径的传输路径功率，将检测路径的传输路径功率和相邻路径的传输路径功率相加。传输路径功率标准化部33输入通过检测路径的传输路径功率计算部30计算出的检测路径的传输路径功率以及通过传输路径功率加法运算部32相加后的检测路径与相邻路径的传输路径功率，并用检测路径的传输路径功率对检测路径和相邻路径的传输路径功率进行标准化(除法运算)。

修正系数乘法运算部34输入在传输路径功率标准化部33中标准化后的传输路径功率和修正系数K，通过在标准化后的传输路径功率上乘以修正系数K来计算修正系数β，使得成为与检测路径的传输路径估计值和相邻路径的传输路径估计值相当的噪声功率。如果将路径1(1≤1≤L)中的检测路径的传输路径估计值设为h_1，0，将相邻路径的传输路径估计值设为h_1，n(-Nps≤n≤Nps)，则修正系数β可由下述数学式(2)求出。

$\mathrm{\β}=K\·\frac{\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=-N_{\mathrm{ps}}}{\overset{N_{\mathrm{ps}}}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_{l,n}\right|}^2}{\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\left|h_{l,0}\right|}^2}---\left(2\right)$

权重计算部8输入作为FFT部7的输出的频域上的传输路径估计值H(f)和在噪声功率修正部21中修正后的噪声功率βN0，通过最小均方误差法(MMSE)如下述数学式(3)所示来计算均衡滤波器的权重W(f)。

$W\left(f\right)=\frac{H^{*}\left(f\right)}{{\left|H\left(f\right)\right|}^2+\mathrm{\β}{N}_0}---\left(3\right)$

GI去除部9输入被过采样的接收信号，去除与GI相当的部分的接收信号。S/P转换部10对通过GI去除部9去除了GI的接收信号进行S/P转换。FFT部11输入通过S/P转换部10转换后的接收信号，并将其转换到频域。均衡滤波器12输入通过权重计算部8计算的均衡权重以及通过FFT部11进行频率转换后的接收信号，并在频域上进行接收信号的均衡。IFFT部13输入作为均衡滤波器12的输出的频域上的均衡信号，并使用IFFT将其转换到时域。P/S转换部14对转换到时域上的信号进行P/S转换，输出解调信号。

如上所述，在本实施例中，将在均衡滤波器的权重计算中使用的噪声功率修正为与检测路径的传输路径估计值和相邻路径的传输路径估计值相当的噪声功率，并计算均衡滤波器的权重，由此能够进行正确的MMSE控制，可实现优异的均衡特性。

在本实施例中，说明了通过时域上的信号处理来生成传输路径响应向量，并通过频域上的信号处理来进行均衡的频率均衡器，但是本发明也能够应用于使用同样的传输路径响应向量并通过时域上的信号处理来进行均衡的芯片均衡器。

本发明例示了假定收发天线各为一个的均衡装置，但是本发明也能够应用于收发天线分别有多个的MIMO(Multiple Input Multiple Output，多输入多输出)方式。另外，本发明还能够应用在移动通信系统的基站无线装置以及移动台无线装置中的任一个上。

Claims (9)

1.一种均衡装置，包括：

均衡滤波器，接收被数字调制的单载波信号并进行对其均衡；以及

权重计算部，使用对检测路径的传输路径估计值及相邻路径的传输路径估计值进行了排列的传输路径响应向量来计算所述均衡滤波器的均衡权重，所述检测路径的传输路径估计值是该接收信号的检测路径定时的传输路径估计值，所述相邻路径的传输路径估计值是该接收信号的相邻路径定时的传输路径估计值；

所述均衡装置的特征在于，

包括修正单元，该修正单元使用根据所述检测路径的传输路径估计值和所述相邻路径的传输路径估计值生成的修正系数，修正在所述均衡权重的计算中使用的噪声功率。

2.如权利要求1所述的均衡装置，其特征在于，

所述修正单元包括：

功率加法运算单元，从所述检测路径的传输路径估计值以及所述相邻路径的传输路径估计值分别计算出检测路径的传输路径功率以及相邻路径的传输路径功率并将两者进行相加；

标准化单元，使用所述检测路径的传输路径功率对所述相加功率进行标准化；以及

乘法运算单元，在所述标准化后的传输路径功率上乘以预定系数来生成所述修正系数。

3.一种均衡装置，接收被数字调制的单载波信号，使用对检测路径定时及其相邻路径定时的传输路径估计值进行了排列的传输路径响应向量来计算均衡权重，

所述均衡装置的特征在于，包括：

路径定时检测部，使用接收信号中所包含的导频信号来检测出L路径的定时，其中，L是大于等于1的整数；

检测路径的传输路径估计部，估计所述检测路径定时中的传输路径估 计值；

相邻路径的传输路径估计部，估计所述检测路径定时的前后Nps个样点的相邻路径定时中的传输路径估计值，其中，Nps是大于等于1的整数；

传输路径响应向量生成部，基于所述检测路径和相邻路径的传输路径估计值而生成传输路径响应向量；

噪声功率估计部，使用所述接收信号和所述检测路径的传输路径估计值来估计噪声功率N0；

修正系数计算部，计算修正系数β，使得修正系数β成为与所述检测路径和相邻路径的传输路径估计值相当的噪声功率；

噪声功率修正部，使用通过所述噪声功率估计部估计的噪声功率N0和通过所述修正系数计算部计算的修正系数β来计算修正后的噪声功率βN0；

权重计算部，使用所述传输路径响应向量和所述修正后的噪声功率，通过最小均方误差法计算均衡权重；以及

均衡滤波器，使用所述均衡权重进行所述接收信号的均衡。

4.如权利要求3所述的均衡装置，其特征在于，

所述修正系数计算部包括：

检测路径的传输路径功率计算部，根据通过所述检测路径的传输路径估计部估计出的传输路径估计值来计算检测路径的传输路径功率；

相邻路径的传输路径功率计算部，根据通过所述相邻路径的传输路径估计部估计出的传输路径估计值来计算相邻路径的传输路径功率；

传输路径功率加法运算部，将通过所述检测路径的传输路径功率计算部计算出的检测路径的传输路径功率、和通过所述相邻路径的传输路径功率计算部计算出的相邻路径的传输路径功率相加；

传输路径功率标准化部，使用所述检测路径的传输路径功率计算部计算出的检测路径的传输路径功率，对在所述传输路径功率加法运算部中相加的检测路径和相邻路径的传输路径功率进行标准化；以及

修正系数乘法部，在通过所述传输路径功率标准化部标准化了的传输 路径功率上乘以修正系数K，其中，K是任意的实数。

5.如权利要求1至4中任一项所述的均衡装置，其特征在于，

所述权重计算部以及所述均衡滤波器执行频域上的信号处理。

6.如权利要求1至4中任一项所述的均衡装置，其特征在于，

所述权重计算部以及所述均衡滤波器执行时域上的信号处理。

7.一种均衡方法，包括：

接收被数字调制的单载波信号并通过均衡滤波器对其进行均衡的步骤；以及

权重计算步骤，使用对检测路径的传输路径估计值及相邻路径的传输路径估计值进行了排列的传输路径响应向量，计算所述均衡滤波器的均衡权重，所述检测路径的传输路径估计值是该接收信号的检测路径定时的传输路径估计值，所述相邻路径的传输路径估计值是该接收信号的相邻路径定时的传输路径估计值；

所述均衡方法的特征在于，还包括修正步骤，该修正步骤使用根据所述检测路径的传输路径估计值和所述相邻路径的传输路径估计值而生成的修正系数，修正在所述均衡权重的计算中使用的噪声功率。

8.如权利要求7所述的均衡方法，其特征在于，

所述修正步骤包括：

功率加法运算步骤，从所述检测路径的传输路径估计值以及所述相邻路径的传输路径估计值分别计算出检测路径的传输路径功率以及相邻路径的传输路径功率并将两者相加；

标准化步骤，使用所述检测路径的传输路径功率对所述相加功率进行标准化；以及

乘法运算步骤，在所述标准化后的传输路径功率上乘以预定系数来生成所述修正系数。

9.一种均衡方法，接收被数字调制的单载波信号，使用对检测路径定时及其相邻路径定时的传输路径估计值进行了排列的传输路径响应向量来计算均衡权重，

所述均衡方法的特征在于，包括以下步骤： 

使用接收信号中所包含的导频信号来检测出L路径的定时，其中，L是大于等于1的整数；

估计所述检测路径定时中的传输路径估计值；

估计所述检测路径定时的前后Nps个样点的相邻路径定时中的传输路径估计值，其中，Nps是大于等于1的整数；

基于所述检测路径和相邻路径的传输路径估计值而生成传输路径响应向量；

使用所述接收信号和所述检测路径的传输路径估计值来估计噪声功率N0；

计算修正系数β，使得修正系数β成为与所述检测路径和相邻路径的传输路径估计值相当的噪声功率；

使用所述噪声功率N0和所述修正系数β来计算修正后的噪声功率βN0；

使用所述传输路径响应向量和所述修正后的噪声功率，通过最小均方误差法计算均衡权重；以及

使用所述均衡权重进行所述接收信号的均衡。 

Images