TWI308443B - Channel estimation enhanced lms equalizer - Google Patents

Description

1308443 δ(ΤΤ2Γ^- 年月日修正替換頁 九、發明說明： ~ - 【發明領域】 本發明係有關無線通信系統。更特別是，本發明係有 關頻道評估強化LMS等化器。 【背景】 5周整適應濾波器之濾波係數方法之一係為LMS(最小 均方)演算法。LMS濾波器中，濾波器係數係以LMS濾波 器實際輸A及參考值間之誤差絲礎被麟。該誤差係被 回饋以更新濾波器係數，而該被更新濾波器係數係以步長 及誤差為基礎被產生，其係被重複更新直到收斂為止。 因為收斂速度不能趕上快速改變頻道，所以若使用小 步長，則快速改變頻道中之LMS等化器（或正規 LMS(NLMS)等化器)效能係被降級。使用大步長可增加收斂 速度，因而可強化LMS等化器效能。然而，使用大步長可 能產生超額錯誤調整誤差。因此，追蹤能力及錯誤調整誤 差之間係具有置換關係。大步長追縱頻道較佳。然而，小 步長降低錯誤調整誤差較佳。因此，步長被設定來最佳化 總效肖b ’但LMS肩鼻法實施通常會產生次佳收斂時間。

Griffith演算法係以不需誤差信號但需參考信號及資料 向量乘積預測值之先驗知識之LMS演算法適應為基礎。 因此，預測不需限制先前技術即可執行頻道評估。 【發明内容】 本發明係有關使用頻道評估之一強化等化器。依據本 發明’頻道評估之定標版本係被當作用於實施Griffith演算 1308443 法之被傳送信號及被接收信號乘積之預測平均行為。本發 明亦使用事先或酬頻道評估來克服存在於隨時間改變頻 道中之LMS演算法祕巾之延制題。因此，本發明可促 成小步長使用達成以大步長之相同追蹤能力。未來某時點 之頻道評估係被用於更新等化减波ϋ分接點係數Ϊ此; 以預測，波器來實施。可#代是，因騎濾波器分接點係

數產生器輸人資料被延遲，所以延遲可被引進輸入資料至 據波器分接點絲產生H，其使頻道評估触職波器分 接點係數產生器之預測。 “ ° 【較佳實施例之詳細說明】 本發明特性可被併入積體電路(1C)或被配置於包含多 互連組件中之電路中。 、、本發明提供可維純好⑽雜Τ較佳追蹤高行動性 頻道之-等化||(纽是適紐紐。Grifflth演算法係 被設計允許無誤差錄(軸天線_以拒絕干擾之脈 =)，但賴知被魏域倾概信縣積之 為時使用_⑽演算法。通常，接收器處並不知此被預 為。依據本發明，該行為係被評估，而該評估係被用 ΓΓ鮮法。雜本發批—實_，頻道評估 本储當倾觸信號及被接收信縣積之預測 Γ知引示序軸入傳輸中(如藉由將被接收 仏虎”已知引不信號相關聯），則可輕易獲得頻道評估。 2明亦使用事先或預_道評估來克服存在於隨 間改史頻道中之lms演算法變異中之延·題，藉此促成 7 1308443 ^ 12 3 0 - 年月日修正替換頁 小步長使騎成以大步長之相同追雜力。依據本發明， 未來某時點之頻道評估係被用於更料化器濾波器分接點 ，數此可以預峨波II來實施。可替代是，因為對遽波 盗分接點係數產生器輸人資料被延遲，所以延遲可被引進 輸入資料至舰器分接關數產生器，其使頻道評估類似 對滤波器分接點係數產生器之預測。依據漏⑨NLMS 法更料化⑽綠之滤波器分 接點係數係可被重寫如下：

<0kxk)H 方程式(1) 其中誤差信號4=(1+力-狀，a為漏朗子，w為等化器遽 波器分接點係數’尤為等化器滤j皮器中之輸人資料向量，y 為等化賊波ϋ輸出，·ν =為，e為亂碼雜，而下標k意 指第k重複。

記註乘積yC=eq_deSCram，且使心@及引示信號 P={l+j} ’方程式(1)可被重寫如下： ^ = cmk^ + fi[p{ckXk)H -ykCt{Ckxk^\ 方程式(2)

sym — vec 方程式（2)可被重寫如下： wk = aw^ + β(ρ. sym^vec11 - eq_descram sym vecHΊ — 方程式(3) 依據發明之NLMS演算法強化係藉由以下其預期取代 方程式(3)之（）左項來達成： wk = ocwk^ + β{Ε{ρ - sym_vecH} — eq descram sym

方程式(4) 1308443

__從頻道評估被近似。只要引示 被傳达，该預測項將產生益 此，頻道評估可取代方程：；=例中之頻道脈衝響應。因 用=非僅計算頻道評估來取代預測。若頻 二奸?日讀頻道狀態評估取代，則附加效能改良 可被貫施。此補償NLMS演算法中既存之延遲。如上述， 該預測可藉由被放解化^絲前方之延遲來實施。

第1圖為依據本發明之等化器i⑻方塊圖。等化器⑽ 係包含-等化器舰器⑽，—頻道評估器112，一渡波器 分接點係數產生器n4及一乘法器110。等化器刚可選擇 性進-步包含一延遲緩衝器谢，—信號組合器搬及一向 下採樣器108。 數位化樣本132，134係被饋入信號組合器1〇2。本發 明可被擴充使用多天線來接收分集。如樣本132，134之多 樣本流係可經由多天線從被接收信號被產生，而多樣本流 132 ’ 134係被信號組合器搬多路傳送以產生一被組合樣 本流136。應注意，第1圖描繪來自兩接收天線之兩樣本流 132，134例(無圖示），但僅一或兩個以上樣本流視天線配 置而定被產生。若僅一樣本流被產生，則不需信號組合器 102，而樣本流被直接饋入延遲緩衝器1〇4及頻道評估器 112。信號組合器1〇2可替代地僅内插樣本132，134來產 生一樣本流136。 被組合樣本136係被饋入延遲緩衝器1〇4及頻道評估 器112。延遲缓衝器104可於輸出被延遲組合樣本139至等 1308443 . 化器濾波器106之前儲存被組合樣本130以延遲一預定時 間區間。此使頻道評估類似對濾、波器分接點係數產生器之 預測。可替代是，樣本136可被直接饋送至等化器濾波器 觸。等化器攄波器1〇6可使用被濾波器分接點係數產生器 1Η更新之舰&分接點魏148來處理該被延遲組合樣本 138並輸出被濾波樣本14〇。 若採樣速率大於晶片速率或多樣本流被產生，則被濾、 • 140可藉由向下採樣器⑽被向下採樣，藉此向下 採樣器108產生晶片速率資料。較佳是，樣本132，134係 以兩倍晶片速率被產生。例如，若兩樣本流以兩倍晶片速 率被產生’則下採樣器⑽藉由四⑷之因子向下採樣被淚 波樣本140。 " 心被向下採樣樣本142接著藉由乘法器、11〇將該被向下 採樣樣本142乘上亂碼157之共輛被解擾亂。該被解擾亂 濾波樣本144係從等化_ 1〇〇被輸出藉由其他下游組件處 _ S ’且亦被回饋至遽波器分接點係數產生器ιΐ4。 ▲作為輸入之頻道評估n 112可接收被組合樣本136及 車乂佳引不序歹i 52並輸出一頻道評估i5〇。頻道評估可藉由 ❹任何先前技術方法來產生。當引示信號被包含於被接 收心遽％，该引不信號知識係可強化頻道評估。 〜慮，分接點係數產生11 114可產生被用赠波等化 -慮波為106中之被組合樣本138之濾波器分接點係數 ^。慮波器分接點係數產生器114當作輸入，被解亂石馬濟 波樣本144，分接延遲線146中之樣本狀態向量，頻道評估 10 1308443 器112所產生之頻道評估150，一步長參數μ154及一漏洩 參數α 156。 第2圖為等化器濾波器ι〇6之詳細方塊圖。等化器濾 波器106包含一分接延遲線2〇2及一向量内乘積乘法器 204。被延遲組合樣本138係被移入分接延遲線2〇2，而向 量内乘積乘法器204係計算被移入分接延遲線之樣本狀態 向里146及複合濾、波器分接點係數Mg之向量内乘積。該 向量内乘積係從等化器濾波器106被輸出為被濾波樣本 140。 第3圖為濾波器分接點係數產生器114之詳細方塊 圖。;慮波器分接點係數產生器114係包含一第一共幸厄單元 302，一第二共軛單元3〇4，一第一乘法器3〇6，一加法器 308，一第二乘法器310，一向量範數平方產生器32〇，一 除法器314及一迴路濾波器311。頻道評估器112所產生之 頻道評估150係被饋送至第一共軛單元3〇2以產生頻道評 估332之共輛。等化器濾波器1〇6之分接延遲線2犯中之 樣本狀態向量146係被饋送至第二共軛單元3〇4以產生狀 態向量334之共輛。狀態向量334及藉擾亂遽波樣本144 係被乘上第-乘法器3〇6。第—乘法器施係為可產生向量 信號之純量向量乘法器3G5。第—乘法器鄕之輸出挪 係藉由加法器308被擷取自頻道評估332之共軛以產生未 定標修正項338，其對應方程式（4)中之 (E{p. sym—vecH) — eq—descram. sym—vecH )項 狀態向量146亦被饋送至向量範數平方產生器32〇以 1308443 計算狀態向量340之向量範數平方。步長參數，係藉由 除法器314被除以狀態向量34〇之向量範數平方以產生定 標因子342(也就是方程式(4)中之幻。定標因子如係藉由 第二乘法器310被乘上未定標修正項338以產生定標修正 項3私。定標修正項344係被饋送至迴路濾'波器3ιι以被添 加至先前重複遽波器分接點係數以產生被更新滤波器分接 點係數148。 迴路濾波器311係包含一加法器312，一延遲單元 及-乘法器316。遽波器分接點係數148係被儲存於延遲單 疋训中被用於下-重複當作先前遽波器分接點係數。被 延遲濾波器分接點係數346係被乘上漏洩參數α 156以產 生定標先誠波齡接點雜348，而奴標先_波器分 接點係數348係藉由加法器312被添加定標修正項344以 產生濾波器分接點係數148。 依據本發明之效能改__示於第4圖作為模擬結 果。該模擬係针對10dB之信號雜訊比(SIR)，正交移相鍵 控(QPSK)霞，财而VA12G舰之—接收天線，及第 三代高速下鏈封包存取(HSDPA)固定參考頻道(FRC)測試 被配置。該模擬顯示本發明高行動性頻道(12〇kph行動速度） 之優點。2dB以上效能改良係被實現。 第5圖為依據本發明執行被接收信號等化處理5〇〇之 流程圖。樣本係被產生自被接收信號(步驟502)。樣本係於 轉送该樣本至等化器濾波器之前被暫時儲存於延遲緩衝器 中以延遲樣本—段預定期間(步驟504)。頻道評估係以該樣 12 1308443 97. 12.-30=- 年月曰修正替換頁 本為基礎被產生(步驟506)。被延遲緩衝器延遲之樣本係藉 由荨化益滤波益處理以產生被;慮波樣本(步驟。亂碼丘 軛係被乘上該被濾波樣本以產生解亂碼濾波樣本（步驟 51〇)。新濾波器分接點係數係使用該頻道評估被產生(步驟 512)。 第6圖為依據本發明產生濾波器分接點係數處理6〇〇 流程圖。頻道評估之共軛係被產生(步驟602)。被移入等化 器濾波器之分接延遲線中之樣本狀態向量共軛係被乘上解 擾亂濾波樣本(步驟604)。乘法結果係被扣除自頻道評估之 共軛係以產生未定標修正項(步驟606)。定標因子係藉由步 長除以被移入分接延遲線中之樣本狀態向量之向量範數平 方被產生(步驟608)。定標向量係被乘上該未定標修正項以 產生定標修正項(步驟610)。該定標修正項係被添加至先前 重複之濾波器分接點係數以產生被更新濾波器分接點係數 (步驟612)。 雖然本發明之特性及元件被以特定組合說明於較佳實 施例中’但各特性及元件係不需較佳實施例之其他特性及 元件’或有或無本發明其他特性及元件之各種組合中被單 獨使用。 13

"V 1308443 - 【圖式簡單說明】 第1圖為依據本發明之等化器方塊圖。 第2圖為第1圖之等化器濾波器方塊圖。 第3圖為第1圖之濾波器分接點係數產生器方塊圖。 第4圖顯示與先前技術NLMS等化器相較之效能改良模 擬結果。 第5圖為依據本發明執行被接收信號等化處理流程圖。 0 第6圖為依據本發明產生濾波器分接點係數處理流程圖。 【主要元件符號說明】 110、204、306、310、316 乘法器 106等化器濾波器 136、138 組合樣本 142向下採樣樣本 146樣本狀態向量 148濾波器分接點係數 φ 150頻道評估 w等化器 154步長參數μ 156漏洩參數〇c 308、312加法器 311迴路濾波器 340除法器 342定標因子 QPSK正交移相鍵控 LMS (最小均方)演算法 14

Claims (1)

1308443 197.…12. 3 Q-- - 年月日修正替換頁 I . . _ 十、申請專利範圍： 1. 一種等化器，包含： 一頻道評估器’用於產生一頻道評估； 一等化器濾波器，以濾波器分接點係數來處理樣本， 以產生濾波後樣本； 一延遲緩衝器，可於該樣本被轉送至該等化器濾波器 Φ 之前延遲該樣本一預定時間區間；以及 一濾波器分接點係數產生器，可使用該頻道評估更新 該濾波器分接點係數。 2. 如巾請專利範圍第丨項之該等化H，其中該等化器淚 波器包含： u 3. 4. 一分接延遲線，樣本係被依序移入該分接延遲線；及 一向置内乘積乘法器，用以計算被移入該分接延遲線 之該樣本與該濾波器分接點係數的 一向量内乘積。 如申請專利範圍第2項之等化器，其中職波器分接 點係數產纟器根據被解擾亂濾波後樣本、被移入該分 k遲線之樣本狀態向量及該頻道評估為基礎，計 异一組新濾波器分接點係數。 如申明專利域第3項之等化器，其中職波器分接 點係數產生器包含： 一，一共鱗元’產生該頻道評估之-共輛； 第一共軛單元，產生被移入該分接延遲線之該樣本 狀態向量之一共輕； 一第一乘法器，將該被解擾亂濾波後樣本乘上該狀態 15 •1308443 ψ^.ΐ2Λ(}} 年月日修正替換頁 向量之共軛； 加法器，從該頻道評估之共軛扣除該第一乘法器之 輸出，以產生一未定標修正項； ° 向量範數平方產生器，計算該狀態向量之一向量 數平方； 除去器，將步長參數除以該向量範數平方，以產生 一定榡因子； 了第二乘法器’將該定標因子乘上該未定標修正項， 以產生一定標修正項；以及 瘦路濾波器’藉由添加該定標修正項至一先前重複 =該據波H分接點係數以儲存該先前重複之該渡波器 分接點係數’並輸出新驗器分接點係數。 5. 如申請專利範圍第4項之等化器，其中該渡波器分接 點係數產生器進-步包含一第三乘法器，可將—漏沒 參數乘上該先前重複之該渡波器分接點係數。 6. 如申睛專利範圍第i項之等化器，進一步包含—向下 採樣盗’用以向下採樣該濾波後樣本，藉此該向下採 樣器以-晶片速率輸出該舰後樣本。 7. 如申，專利範圍第6項之等化器，進一步包含—信號 組合器’用以組合經由複數天線所接收之信號為基礎 而產生之複數樣本流。 8. 如申请專利範圍第7項之等化器，其中該信號纪合器 可内插該複數樣本流以產生一組合樣本流。 9’ -觀行等化的方法，該方法包含： 16 1308443 正替換頁 產生所接收信號之樣本； 以該樣本為基礎產生一頻道評估； 於轉送該樣核-等化器舰器之前，_樣本儲存 於一延遲緩衝器以延遲該樣本一預定時間區間； 以該等化nm處理錄本來產讀'波後樣本；以 及 使用該頻道評估產生該等化器滤波器之新滤波器分接 點係數。 H)·如申請專利範圍第9項之方法，其中該新滤波器分接 點係數係以被解擾㈣波後樣本、被移人該等化器淚 波器之-分接延遲線之-樣本狀態向量及該頻道評^ 為基礎所產生。 11.如申請專利範圍第9項之方法，進一步包含向下採樣 該滤波後樣本，以在u速率產生魏波後樣本。 • 12. t申請專利範15第11項之方法，進-步包含組合經由 複數天線所接收信號為基礎所產生之複數樣本流。 13·如申請專利範圍冑12項之方法，其中該複數樣本流係 被内插以產生一組合樣本流。 14. 一種用於等化的積體電路，包含： 一頻道評估器，用以產生一頻道評估； 一等化器濾波器，以濾波器分接點係數來處理樣本， 以產生濾波後樣本； 一延遲緩衝器，於該樣本被轉送至該等化器濾波器之 前延遲該樣本一預定時間區間；以及 17 •1308443 —— • 年月曰修正替換頁 -渡波ϋ分她係數產生器，使用麵道評 濾波器分接點係數。 μ 15. 如申請專利範圍第14項之積體電路，其中該 波器包含： 一分接延觀’該樣本制ί依序移人該分接延遲線； 及 φ -向量内乘積乘法器，用以計算被移入該分接延遲線 之°亥樣本與3亥據波器分接點係數的-向量内乘積。、 16. 如申凊專利範圍帛15項之積體電路，其中該遽波器分 接點係數產生器以被解擾礼濾波後樣本、被移入該分 接延遲線之一樣本狀態向量及該頻道評估為基礎計算 一組新濾波器分接點係數。 17. 如申睛專利範圍® 16項之積體電路，其中該渡波器分 接點係數產生器包含： • 一第一共軛單元’用以產生該頻道評估之一共軛； 一第二共軛單元，用以產生該狀態向量之一共軛； 一第一乘法器’用以將該被解擾亂濾波後樣本乘上該 狀態向量之共軛； 一加法器’用以從該頻道評估之共軛扣除該第一乘法 器之輸出，以產生一未定標修正項； 向置範數平方產生器，用以計算該狀態向量之一向 量範數平方； 一除法器，用以將一步長參數除以該向量範數平方， 以產生一定標因子； 18 -1308443 拉-1忿· 3-g~- - 年月日修正替換頁 一第二乘法器，用以將該定標因子乘上該未定標修正 項’以產生一定標修正項；以及 一迴路濾波器，用以藉由添加該定標修正項至一先前 重複之該濾波器分接點係數以儲存該先前重複之該濾 波器分接點係數，並輸出新濾波器分接點係數。 18. 如申請專利範圍第17項之積體電路，其中該濾波器分 ^ 接點係數產生器進一步包含一第三乘法器，用以將一 漏浪參數乘上該先前重複之該濾波器分接點係數。 19. 如申請專利範圍第14項之積體電路，進一步包含一向 下採樣器’可向下採樣該濾波後樣本，藉此該向下採 樣器可以一晶片速率輸出該濾波後樣本。 2〇.如申請專利範圍第19項之積體電路，進一步包含一信 號組合器’可組合經由複數天線所接收之信號為基礎 而產生之複數樣本流。 • .如申請專利範圍第20項之積罈電路，其中該信號組合 器可内插該複數樣本流以產生一組合樣本流。 22 •—種產生用於一適應性濾波器之濾波器分接點係數的 濾、波器分接點係數產生器，該濾波器分接點係數產生 器包含： —第—共軛單元，用以產生頻道評估之一共軛； 一第二共軛單元’用以產生被移入適應性濾波器之分 接延遲線之樣本狀態向量之一共幸厄； 一第—乘法器’用以將被解擾亂濾波後樣本乘上該狀 態向量之共軛； 19 -1308443 修正替換頁 。加去器，用以從該頻道評估之共軛扣除該第一乘法 器之輪出’以產生—未定標修正項； 一向量範數平方產生器’用以計算狀態向量之一向量 範數平方； 除法器，用以將步長參數除以該向量範數平方，以 產生一定標因子；

一第二乘法器，用以將該定標因子乘上該未定標修正 項’以產生定標修正項； 一迴路濾波器，用以藉由添加該定標修正項至一先前 重複之該濾波器分接點係數以儲存該先前重複之該濾 波器分接點係數，並輸出新濾波器分接點係數。 23.—種產生用於一適應性濾波器之濾波器分接點係數的 方法’該方法包含： 產生頻道評估之共軛；

將被移入一適應性濾波器分接延遲線之樣本狀態向量 之共軛乘上被解擾亂濾波後樣本； 從該頻道評估之共轭扣除乘法結果，以產生一未定標 修正項； 將步長參數除以該被移入分接延遲線之樣本狀態一向 量之向量範數平方，以產生一定標因子； 將該定標因子乘上該未定標修正項，以產生一定標修 正項；以及 添加該定標修正項至一先前重複之濾波器分接點係 數，以產生被更新濾波器分接點係數。 20