CN105099975B - 信道均衡和跟踪装置、方法以及接收机 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种信道均衡和跟踪装置、方法以及接收机。所述装置包括：傅里叶变换单元，将接收到的时域信号转换为频域信号；补偿及均衡单元，根据时延信息以及均衡系数，利用一次乘法对所述傅里叶变换单元所输出的信号进行相位补偿和频域均衡；判决单元，对均衡后的信号进行判决；以及信道跟踪单元，根据由所述傅里叶变换单元输出的信号和所述判决单元得到的误差信号对信道进行跟踪。通过本发明实施例，不仅可以减少整个系统的复杂度和硬件需求，而且不影响系统性能。

Description

信道均衡和跟踪装置、方法以及接收机

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种信道均衡和跟踪装置、方法以及接收机。

背景技术

在通常的数字通信系统中，由于发射端和接收端的时钟频率难以精确匹配，在接收端采样的信号与发射端信号存在着一定的采样频率误差，在频域表现为接收信号的相位偏移，需要在均衡前进行相位旋转。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

但是，发明人发现在目前的信道均衡和跟踪系统中，在频域的均衡和相位旋转同样表示为复数乘法，在多载波的情况下为了完成时钟恢复和信道跟踪功能，需要对每个子载波进行相位旋转操作，由此带来额外的硬件复杂度和功率代价。

本发明实施例提供一种信道均衡和跟踪装置、方法以及接收机，在不影响系统性能的情况下，减少整个系统的复杂度和硬件需求。

根据本发明实施例的第一个方面，提供一种信道均衡和跟踪装置，所述装置包括：

傅里叶变换单元，将接收到的时域信号转换为频域信号；

补偿及均衡单元，根据时延信息以及均衡系数，利用一次乘法对所述傅里叶变换单元所输出的信号进行相位补偿和频域均衡；

判决单元，对均衡后的信号进行判决；以及

信道跟踪单元，根据由所述傅里叶变换单元输出的信号和所述判决单元得到的误差信号对信道进行跟踪。

根据本发明实施例的第二个方面，提供一种信道均衡和跟踪方法，所述方法包括：

利用傅里叶变换将接收到的时域信号转换为频域信号；

根据时延信息以及均衡系数，利用一次乘法对所述傅里叶变换后的信号进行相位补偿和频域均衡；

对均衡后的信号进行判决；以及

根据由所述傅里叶变换后的信号和所述判决得到的误差信号对信道进行跟踪。

根据本发明实施例的第三个方面，提供一种接收机，所述接收机包括如上所述的信道均衡和跟踪装置。

本发明的有益效果在于：利用一次乘法对傅里叶变换后的信号进行相位补偿和频域均衡，并使用由判决结果得到的误差信号和未经过相位旋转的信号对信道进行追踪；不仅可以减少整个系统的复杂度和硬件需求，而且不影响系统性能。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是相关技术中的信道均衡和跟踪装置的一构成示意图；

图2是本发明实施例1的信道均衡和跟踪装置的一构成示意图；

图3是本发明实施例1的信道均衡和跟踪装置的另一构成示意图；

图4是某多载波系统中某时延下相位误差与子信道中心频率的一关系示意图；

图5是本发明实施例1的进行信道跟踪结果的一比较示意图；

图6是本发明实施例2的信道均衡和跟踪方法的一流程示意图；

图7是本发明实施例2的信道均衡和跟踪方法的另一流程示意图；

图8是本发明实施例3的接收机的一构成示意图。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本发明的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本发明的特定实施方式，其表明了其中可以采用本发明的原则的部分实施方式，应了解的是，本发明不限于所描述的实施方式，相反，本发明包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

图1是相关技术中的信道均衡和跟踪装置的一构成示意图，如图1所示，傅里叶变换(例如FFT，Fast Fourier Transformation)单元101将接收到的时域信号转换成频域信号；相位旋转单元102根据从时钟恢复(Clock Recovery)得到的时延信息(Time delay)对经过傅里叶变换单元101处理后残余的相位误差进行修正。均衡单元103根据均衡系数对相位旋转后的信号进行频域均衡。判决单元104对均衡后的信号进行判决，将其转换成对应星座点的值。信道跟踪单元105根据判决单元104的判决结果得出的误差信号，以及经过相位旋转单元102旋转后的信号对信道进行跟踪，输出新的均衡系数。

在单信道情况下，图1所示的信道均衡和跟踪装置可以较好的完成时钟恢复以及信道跟踪功能。但是在多载波情况下，相位旋转单元102需要对每个子载波进行相位旋转操作，这需要大量的运算，大大提升了硬件需求和功耗。针对上述技术问题，以下对本发明进行详细说明。

实施例1

本发明实施例提供一种信道均衡和跟踪装置。图2是本发明实施例的信道均衡和跟踪装置的一构成示意图，如图2所示，该信道均衡和跟踪装置200包括：傅里叶变换单元201、补偿及均衡模块202、判决单元203和信道跟踪单元204；其中，

傅里叶变换单元201将接收到的时域信号转换为频域信号；补偿及均衡单元202根据时延信息以及均衡系数，利用一次乘法对所述傅里叶变换单元201所输出的信号进行相位补偿和频域均衡；判决单元203对均衡后的信号进行判决；以及信道跟踪单元204根据由所述傅里叶变换单元201输出的信号和所述判决单元203得到的误差信号对信道进行跟踪。

在本实施例中，与图1所示的结构不同的是，图2中的补偿及均衡单元202不进行相位偏移量的计算，而是根据时延信息以及均衡系数，利用一次乘法对傅里叶变换单元201所输出的信号进行相位补偿和频域均衡。此外，输入信道跟踪单元204的信号并没有经过相位旋转，信道跟踪单元204根据由傅里叶变换单元201输出的信号和判决单元203得到的误差信号对信道进行跟踪。

由此，将相位旋转的系数与信道均衡系数合为一个，利用一次乘法即可实现。不需要对频域均衡和相位旋转分别采用复数乘法，由此可以有效的减少整个系统的复杂度和硬件需求。

在本实施例中，补偿及均衡单元202可以通过查表的方法实现相位补偿和频域均衡，例如可以根据时延信息和跟踪的均衡系数查找二维表，得到修正后的均衡系数。但本发明不限于此，可以根据实际情况利用一次乘法进行相位补偿和频域均衡。

在本实施例中，高频子信道的跟踪速度相对较慢。在信道高频处衰减比较严重的场景中，这种效应对系统的性能影响并不明显。因此，即使输入信道跟踪单元204的信号是没有经过相位旋转的信号，对系统的性能也没有大的影响。

为了进一步提升通信性能，还可以对多载波系统中的一个或几个指定的子载波进行相位选择，实现对指定子信道进行跟踪。

图3是本发明实施例的信道均衡和跟踪装置的另一构成示意图，如图3所示，该信道均衡和跟踪装置300包括：傅里叶变换单元201、补偿及均衡模块202、判决单元203和信道跟踪单元204；如上所述。

如图3所示，该信道均衡和跟踪装置300还包括：相位旋转单元305，根据时延信息以及由所述傅里叶变换单元201输出的信号计算某一个或多个子载波的相位误差，以获得指定子信道的相位偏移量，并根据所述相位偏移量对所述指定子信道进行相位旋转；并且，所述信道跟踪单元204还用于根据所述相位旋转单元305输出的信号和所述判决单元203得到的误差信号对信道进行跟踪。

在本实施例中，相位旋转单元305并不对所有的子载波计算相位误差，而是仅计算部分(一个或多个)子载波的相位误差，由此获得指定的子信道的相位偏移量。在慢变信道下没有必要对多载波系统的所有子信道同时进行信道跟踪；对子信道逐个或分组跟踪足以满足信道变化速度。

图4是某多载波系统中某时延下相位误差与子信道中心频率的一关系示意图。假设残余的时间误差为T，第k个子载波中心频率为F_k，系统的采样频率为F_s，则第k个子载波的相位误差为

根据式(1)可以知，子信道中心频率越高，相同时延下相位误差越大。在进行相位跟踪时此误差表现为迭代步长变小，收敛速度变慢。因此图2的结构中高频子信道的跟踪速度相对较慢。在信道高频处衰减比较严重的场景中，这种效应对系统的性能影响并不明显。

在本实施例中，相位旋转单元305是选择性相位旋转模块，根据时延信号和式(1)计算出指定子信道的相位偏移量，并对此信道单独进行相位旋转。信道跟踪单元204根据判决单元203的判决结果得出的误差信号和经相位旋转单元305相位旋转后的信号对指定信道进行跟踪，输出指定子信道新的均衡系数。通过改变指定的信道，达到对所有子信道进行跟踪的目的。

图5是本发明实施例的进行信道跟踪结果的一比较示意图，示出了某一典型的多载波系统中，利用图1所示的通常结构、图2所示的结构以及图3所示的结构进行信道跟踪的结果。其中，信道变化为信道衰减的阶跃变化。

如图5所示，图2所示的结构进行信道跟踪的结果与传统的图1所示的通常结构在结果上十分接近；图3所示的结构进行信道跟踪的结果与传统的图1所示的通常结构的结果完全一致。由图5可知，本发明的图2所示的信道均衡和跟踪装置以及图3所示的信道均衡和跟踪装置没有因为复杂度的降低而造成性能下降。

由上述实施例可知，利用一次乘法对傅里叶变换后的信号进行相位补偿和频域均衡，并使用由判决结果得到的误差信号和未经过相位旋转的信号对信道进行追踪；不仅不影响系统性能，而且可以减少整个系统的复杂度和硬件需求。

实施例2

本发明实施例提供一种信道均衡和跟踪方法，对应于实施例1中的信道均衡和跟踪装置，相同的内容不再赘述。

图6是本发明实施例的信道均衡和跟踪方法的一流程示意图，如图6所示，该信道均衡和跟踪方法包括：

步骤601，利用傅里叶变换将接收到的时域信号转换为频域信号；

步骤602，根据时延信息以及均衡系数，利用一次乘法对傅里叶变换后的信号进行相位补偿和频域均衡；

步骤603，对均衡后的信号进行判决；以及

步骤604，根据由傅里叶变换后的信号和经判决得到的误差信号对信道进行跟踪。

图7是本发明实施例的信道均衡和跟踪方法的另一流程示意图，如图7所示，该信道均衡和跟踪方法包括：

步骤701，利用傅里叶变换将接收到的时域信号转换为频域信号；

步骤702，根据时延信息以及均衡系数，利用一次乘法对傅里叶变换后的信号进行相位补偿和频域均衡；

步骤703，根据时延信息以及由傅里叶变换后的信号计算某一个或多个子载波的相位误差，以获得指定子信道的相位偏移量，并根据所述相位偏移量对所述指定子信道进行相位旋转；

步骤704，对均衡后的信号进行判决；以及

步骤705，根据相位旋转后的信号和经判决得到的误差信号对信道进行跟踪。

在本实施例中，可以采用如下公式计算某一个或多个子载波的相位误差：

其中，T为残余的时间误差，F_k为第k个子载波的中心频率，F_s为系统的采样频率，Ph_k为第k个子载波的相位误差。

由上述实施例可知，利用一次乘法对傅里叶变换后的信号进行相位补偿和频域均衡，并使用由判决结果得到的误差信号和未经过相位旋转的信号对信道进行追踪；不仅不影响系统性能，而且可以减少整个系统的复杂度和硬件需求。

实施例3

本发明实施例提供一种接收机，该接收机包括如实施例1所述的信道均衡和跟踪装置200或300。

图8是本发明实施例的接收机的一构成示意图。如图8所示，接收机800可以包括：中央处理器(CPU)400和存储器410；存储器410耦合到中央处理器400。其中该存储器410可存储各种数据；此外还存储信息处理的程序，并且在中央处理器400的控制下执行该程序。

在一个实施方式中，信道均衡和跟踪装置的功能可以被集成到中央处理器400中。其中，中央处理器400可以被配置为实现如实施例2所述的信道均衡和跟踪方法。

在另一个实施方式中，信道均衡和跟踪装置可以与中央处理器分开配置，例如可以将信道均衡和跟踪装置配置为与中央处理器400连接的芯片，通过中央处理器的控制来实现信道均衡和跟踪装置的功能。

此外，如图8所示，接收机800还可以包括：收发机420和天线430等；其中，上述部件的功能与现有技术类似，此处不再赘述。值得注意的是，接收机800也并不是必须要包括图8中所示的所有部件；此外，接收机800还可以包括图8中没有示出的部件，可以参考现有技术。

本发明实施例还提供一种计算机可读程序，其中当在接收机中执行所述程序时，所述程序使得计算机在所述接收机中执行实施例2所述的信道均衡和跟踪方法。

本发明实施例还提供一种存储有计算机可读程序的存储介质，其中所述计算机可读程序使得计算机在接收机中执行实施例2所述的信道均衡和跟踪方法。

本发明以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。

以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明的精神和原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种信道均衡和跟踪装置，其特征在于，所述装置包括：

傅里叶变换单元，将接收到的时域信号转换为频域信号；

补偿及均衡单元，根据时延信息以及均衡系数，将相位旋转的系数与信道均衡系数合为一个，利用一次乘法对所述傅里叶变换单元所输出的信号进行相位补偿和频域均衡；

判决单元，对均衡后的信号进行判决；以及

信道跟踪单元，根据由所述傅里叶变换单元输出的信号和所述判决单元得到的误差信号对信道进行跟踪。

2.根据权利要求1所述的信道均衡和跟踪装置，其中，所述装置还包括：

相位旋转单元，根据时延信息以及由所述傅里叶变换单元输出的信号计算某一个或多个子载波的相位误差，以获得指定子信道的相位偏移量，并根据所述相位偏移量对所述指定子信道进行相位旋转；

所述信道跟踪单元还用于根据所述相位旋转单元输出的信号和所述判决单元得到的误差信号对信道进行跟踪。

3.根据权利要求2所述的信道均衡和跟踪装置，其中，所述相位旋转单元采用如下公式计算某一个或多个子载波的相位误差：

其中，T为残余的时间误差，F_k为第k个子载波的中心频率，F_s为系统的采样频率，Ph_k为第k个子载波的相位误差。

4.一种信道均衡和跟踪方法，其特征在于，所述方法包括：

利用傅里叶变换将接收到的时域信号转换为频域信号；

根据时延信息以及均衡系数，将相位旋转的系数与信道均衡系数合为一个，利用一次乘法对所述傅里叶变换后的信号进行相位补偿和频域均衡；

对均衡后的信号进行判决；以及

根据由所述傅里叶变换后的信号和所述判决得到的误差信号对信道进行跟踪。

5.根据权利要求4所述的信道均衡和跟踪方法，其中，所述方法包括：

根据时延信息以及由所述傅里叶变换后的信号计算某一个或多个子载波的相位误差，以获得指定子信道的相位偏移量，并根据所述相位偏移量对所述指定子信道进行相位旋转；以及

根据所述相位旋转后的信号和所述判决得到的误差信号对信道进行跟踪。

6.根据权利要求5所述的信道均衡和跟踪方法，其中，采用如下公式计算某一个或多个子载波的相位误差：

其中，T为残余的时间误差，F_k为第k个子载波的中心频率，F_s为系统的采样频率，Ph_k为第k个子载波的相位误差。

7.一种接收机，所述接收机包括如权利要求1至3任一项所述的信道均衡和跟踪装置。