一种最优的时域均衡器的滤波系数的算法的制作方法

专利名称：：一种最优的时域均衡器的滤波系数的算法的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种最优的时域均衡器滤波系数的算法，尤其是离散多音调制系统和正交频分复用通信系统中接收器的时域均衡器的滤波系数的算法。
背景技术：
：近几年来，多载波调制技术(MCM)，如正交频分复用(OFDM)和离散多音频(DMT)调制越来越受到人们的关注。离散多音频调制是多载波调制的一个子类，在许多数据传输(如数字电视的地面传输、移动通信以及铜双绞线上的高比特率数字信息传输等)领域具有广阔的应用前景。添加循环前缀主要目的是为了去除DMT调制中的码间干扰，但是只有当信道的冲激响应记忆长度小于或等于循环前缀的长度时，才可以完全消除码间干扰。达到上述目的，主要是通过接收端的时域均衡器(TDE)来缩短信道的冲激响应长度。为了达到上述目的，很多学者提出了不同的解决算法。其中基于最小均方误差(画SE)准则算法和基于最大缩短信噪比(MSSNR)准则算法是解决上述问题最有效的两类算法。上述两类算法关键问题是计算量大、耗时多、稳定性差，实现起来困难，特别是运算时间过长，难以实时实现。Melsa等人在1996年发表在IEEETrans,onComm.4(12):1662-1672的文章《Impulseresponseshorteningfordiscretemulti-tonetransceivers》.提出的最优信道缩短算法。然而Melsa的算法要求时域均衡器的抽头长度"必须小于或者等于目标冲激响应长度v。当"大于v时，该算法无法计算。当然YIN等人在1998年IEEElectronicsLetters,34(1):35-36的文章《Optimalimpulseresponseshorteningfordiscretemultitonetransceivers》提出了一个改进算法，克服上述局限性，但是计算量并没有改变。而本发明给出一种最优的时域均衡器的滤波系数的算法，克服了上述局限性，不仅可以用来计算任意长度时域均衡器(TDE)的抽头系数，而且计算量显著减低了。
发明内容本发明提供了一种最优的时域均衡器滤波系数的算法，它不但适用范围广，而且运算量大大降低了。本发明采用了以下技术方案一种最优的时域均衡器滤波系数的算法，它包括以下步骤步骤一，首先对信道/Z进行估计，得到信道W的冲激响应/^),假定W")为信道V的冲击响应，A(w)的响应长度为M;步骤二，经过时域均衡器w后，进一步得到缩短信道冲激响应/^("),/^=Kw,wO)为时域均衡器，w(")抽头数为"；步骤三，取~.(")中幅值最大的v+l个连续样值为_v力_-响)w(O)一w-《…ss好,^("v)_。《i。+幅值最大的v+1个连续样值的能量之和为H=h;T/C好^w，tw表示&中剩余的^+2各样值，0…0A(d-2)…")+2)-:w(一1)—0…0,-—1)_剩余的各样值的能量之和为《^^=h"T及乙J^。,;5步骤四，定义代价函数J(W),,==w(r)Vw:步骤五，定义矿—丄"T^L"及^,1,则本发明的最优时域均衡器的滤波系数的算法优化为IV—=脂力{H>TW^}，".IVTW=1步骤六，应用Cholesky分解和Lagrange乘子法，得到矩阵W最小特征值&对应的特征向量U步骤七，根据特征向量&,进一步得到时域均衡器抽头系数(=丄^;本发明步骤一中采用的是伪随机序列对信道i/进行估计。本发明步骤二中所述的缩短信道为信道w和时域均衡器w构成的联合信道，则縮短信道的冲激响应(SIR)为=**=()**=(M)*JC(W)。本发明具有以下有益效果本发明的所述的算法，可以使得均衡器能够在很短时间内完成信道缩短的效果，性能却达到非常理想。本发明算法比以往算法在运算时间上要快25%左右，运算效率非常明显。本发明可以计算任意抽头数目的时域均衡器，设置不同的信道长度、时域均衡器抽头个数和循环前缀(CP)长度，因而其适应范围更加广泛，在计算复杂度降低了，性能却达到非常理想的效果。而且分析代价函数J(MO可以发现及T及不是A的函数，因此在找到最佳的A之前，W好并不要进行很多次的Cholesky分解，只需要一次Uto/(好T/0-H)就可以了，所以运算量显然降低了。图l为本发明多载波调制系统模型示意图图2为本发明均衡器的抽头系数的示意3为本发明经过时域均衡器后初始信道与缩短信道示意图具体实施方式图1是多载波调制系统模型，编码器将输入信息比特在频域内映射到W/2+l个载波频率，得到W/2+l个复频信号义(;t)J-0,l,…,iV/2,根据复共轭对称条件，得到另外iV/2-l个复频信号义②,"7V/2+I，…，JV-1。该信号通过逆快速傅里叶变换(IFFT)被变换到时域，得到长度为AT的实信号i(",然后加入长度为v的循环前缀(CP)(即;c(W的最后v个样值)，送入物理信道进行传输。在接收端信道缩短是通过TDE来进行的，然后去掉CP，由FFT变换到频域进行在图2和图3中，本发明提供了一种最优的时域均衡器滤波系数的算法，它包括以下步骤:步骤一，首先釆用伪随机序列对信道/Z进行估计，得到信道F的冲激响应A(")，假定A(")为信道H的冲击响应，W")的响应长度为M;步骤二，经过时域均衡器w后，进一步得到缩短信道冲激响应、(")，縮短信遒为信道"和时域均衡器w构成的联合信道，则缩短信道的冲激响应(SIR)为<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>剩余的M+n-v-2各样值的能量之和为《人。=wT好二好^,m;;步骤四，定义代价函数/(的，J(M0=^^f^，由于^t及是正定矩阵，所以对好t好进行Cholesky分解c/z0/(HT//)=n其中矩阵i:是上三角矩阵，修改代价函数/(w)J、h^—f^f7—T步骤五，定义W^&')t^L,好^,r'，则本发明的最优时域均衡器的滤波系数的算法优化为,=『g脂"{wt>v=1步骤六，应用Cholesky分解和Lagrange乘子法，得到矩阵W最小特征值1对应的特征向量Lw〃t好不是A的函数。所以要找到最佳的A前，^"F并不要进行很多次的Cholesky分解，只需要一次(^/(^^)=27丄)就可以了，所以运算量显然降低了。步骤七，根据特征向量^,进一步得到时域均衡器抽头系数=1-、.。由图2和图3可以看出均衡后，信道的长度明显缩短了。举例说明在DMT-ADSL中，时延A的搜索范围为0~W-v,即0~480。其中FFT的长度是A^512。矩阵A,Cholesky分解要进行(；)3/3次操作,所以对于均衡器的抽头长度为；=32,节省的运算量大约为5242880-10923=5231957。其中10923是好t好要进行的运算量。权利要求1、一种最优的时域均衡器滤波系数的算法，它包括以下步骤步骤一，首先对信道H进行估计，得到信道H的冲激响应h(n)，假定h(n)为信道H的冲击响应，h(n)的响应长度为M；步骤二，经过时域均衡器w后，进一步得到缩短信道冲激响应heff(n)，heff＝Hw，w(n)为时域均衡器，w(n)抽头数为n；步骤三，取heff(n)中幅值最大的v+1个连续样值为幅值最大的v+1个连续样值的能量之和为<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><msubsup><mi>h</mi><mi>win</mi><mi>T</mi></msubsup><msub><mi>h</mi><mi>win</mi></msub><mo>=</mo><msup><mi>w</mi><mi>T</mi></msup><msubsup><mi>H</mi><mi>win</mi><mi>T</mi></msubsup><msub><mi>H</mi><mi>win</mi></msub><mi>w</mi><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0002"file="A2008102429370002C2.tif"wi="38"he="4"top="131"left="114"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>hwall表示heff中剩余的M+n-v-2各样值，剩余的M+n-v-2各样值的能量之和为<mathsid="math0002"num="0002"><math><![CDATA[<mrow><msubsup><mi>h</mi><mi>wall</mi><mi>T</mi></msubsup><msub><mi>h</mi><mi>wall</mi></msub><mo>=</mo><msup><mi>w</mi><mi>T</mi></msup><msubsup><mi>H</mi><mi>wall</mi><mi>T</mi></msubsup><msub><mi>H</mi><mi>wall</mi></msub><mi>w</mi><mo>;</mo></mrow>]]></math>id="icf0004"file="A2008102429370002C4.tif"wi="40"he="4"top="190"left="107"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>步骤四，定义代价函数J(w)，<mathsid="math0003"num="0003"><math><![CDATA[<mrow><mi>J</mi><mrow><mo>(</mo><mi>w</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mi>w</mi><mi>T</mi></msup><msubsup><mi>H</mi><mi>wall</mi><mi>T</mi></msubsup><msub><mi>H</mi><mi>wall</mi></msub><mi>w</mi></mrow><mrow><msup><mi>w</mi><mi>T</mi></msup><msup><mi>L</mi><mi>T</mi></msup><mi>Lw</mi></mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mi>w</mi><mi>T</mi></msup><msup><mrow><mo>(</mo><msup><mi>L</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>)</mo></mrow><mi>T</mi></msup><msubsup><mi>H</mi><mi>wall</mi><mi>T</mi></msubsup><msub><mi>H</mi><mi>wall</mi></msub><msup><mi>L</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mi>w</mi></mrow><mrow><msup><mi>w</mi><mi>T</mi></msup><mi>w</mi></mrow></mfrac><mo>;</mo></mrow>]]></math>id="icf0005"file="A2008102429370002C5.tif"wi="78"he="12"top="199"left="90"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>步骤五，定义<mathsid="math0004"num="0004"><math><![CDATA[<mrow><mi>W</mi><mo>=</mo><msup><mrow><mo>(</mo><msup><mi>L</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>)</mo></mrow><mi>T</mi></msup><msubsup><mi>H</mi><mi>wall</mi><mi>T</mi></msubsup><msub><mi>H</mi><mi>wall</mi></msub><msup><mi>L</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0006"file="A2008102429370002C6.tif"wi="38"he="6"top="214"left="64"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>则本发明的最优时域均衡器的滤波系数的算法优化为<mathsid="math0005"num="0005"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>w</mi><mi>opt</mi></msub><mo>=</mo><mi>arg</mi><munder><mi>min</mi><mi>w</mi></munder><mo>{</mo><msup><mi>w</mi><mi>T</mi></msup><mi>Ww</mi><mo>}</mo><mo>,</mo><mi>s</mi><mo>.</mo><mi>t</mi><mo>.</mo><msup><mi>w</mi><mi>T</mi></msup><mi>w</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>]]></math></maths>步骤六，应用Cholesky分解和Lagrange乘子法，得到矩阵W最小特征值λmin对应的特征向量ymin；步骤七，根据特征向量ymin，进一步得到时域均衡器抽头系数wopt＝L-1ymin。2、根据权利要求l所述的最优的时域均衡器滤波系数的算法，其特征是步骤一中釆用的是伪随机序列对信道^进行估计。3、根据权利要求1所述的最优的时域均衡器滤波系数的算法，其特征是步骤二中所述的缩短信道为信道"和时域均衡器w构成的联合信道，则缩短信道的冲激响应(SIR)为全文摘要本发明公开了一种最优的时域均衡器滤波系数的算法，一，首先对信道H进行估计，得到信道H的冲激响应h(n)；二，经过时域均衡器w后，进一步得到缩短信道冲激响应h_eff(n)，h_eff＝Hw，w(n)为时域均衡器，w(n)抽头数为n；三，取h_eff(n)中幅值最大的v+1个连续样值，幅值最大的v+1个连续样值的能量之和为h^T_winh_win=w^TH^T_winH_winw，h_wall表示h_eff中剩余的M+n-v-2各样值，剩余的M+n-v-2各样值的能量之和为h^T_wallh_wall=w^TH^T_wallH_wallw；四，定义代价函数J(w)，五，本发明的最优时域均衡器的滤波系数的算法优化为w_opt=argmin{w^TWw}，s.t.w^Tw＝1，六，应用Cholesky分解和Lagrange乘子法，得到矩阵W最小特征值λ_min对应的特征向量y_min；七，进一步得到时域均衡器抽头系数w_opt＝L^-1y_min。文档编号H04L27/26GK101540745SQ20081024293公开日2009年9月23日申请日期2008年12月31日优先权日2008年12月31日发明者刘水生申请人:江苏省烟草公司泰州市公司