專利名稱：濾波器、均衡器與無線通訊裝置及決策回授等化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)換域自適應濾波器、使用轉(zhuǎn)換域自適應濾波器的均衡器與無線通訊裝置，以及決策回授等化方法。
背景技術：
信號傳送時會受信道(channel)影響，因此在接收端需要均衡器(equalizer)來還原信號。一般均衡器架構如圖6所示，包含自適應濾波器(adaptive filter)601、決策裝置(decision device)602、信號產(chǎn)生器604、運算器606及多路轉(zhuǎn)換器(multiplexer)608。多路轉(zhuǎn)換器608受控制信號CS’控制，而選擇決策裝置602與信號產(chǎn)生器604產(chǎn)生的信號之一為期望信號d’(n)。在訓練階段，將已知的訓練信號(training sequence)作為x(n)送入自適應濾波器601得還原信號y’(n)。此時信號產(chǎn)生器604也產(chǎn)生與已知訓練信號相同的信號，并經(jīng)多路轉(zhuǎn)換器608輸出為d’(n)。則運算器606運算出誤差信號e’(n)以回饋給自適應濾波器601。如此自適應濾波器601被調(diào)校為信道的逆系統(tǒng)(inverse system)，則自適應濾波器適用于還原信號。而決策裝置602用于比對還原信號y’(n)與多個預定信號，輸出多個預定信號之一作為均衡器的輸出信號s”(n)，并送給多路轉(zhuǎn)換器608。在正式使用自適應濾波器601時，則由決策裝置602決定的輸出信號s”(n)作為期望信號d’(n)。
但是調(diào)校自適應濾波器時的收斂速度(convergence speed)與輸入信號的特性有關。圖6所示的均衡器使用的自適應濾波器601，會因輸入信號的特性導致收斂速度下降，則均衡器整體表現(xiàn)也會變差。因此需要一種改善收斂速度的自適應濾波器及決策回授等化方法，并可應用于均衡器及無線通訊裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在提供一種改善收斂速度的自適應濾波器及決策回授等化方法，并可應用于均衡器及無線通訊裝置。本發(fā)明的自適應濾波器是具有轉(zhuǎn)換矩陣(transform matrix)裝置的轉(zhuǎn)換域自適應濾波器(transformdomain adaptive filter，TDAF)。轉(zhuǎn)換矩陣可將輸入信號去相關(decorrelate)，達到前置白化的效果，進而改善收斂速度。且此轉(zhuǎn)換域自適應濾波器采用正規(guī)化最小均方(normalized least mean square，NLMS)算法為其自適應算法(adaptive algorithm)，而可確保濾波器的輸出穩(wěn)定。
本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)換域自適應濾波器，包含一濾波器主體、一運算器與一自適應演算裝置。濾波器主體具有一轉(zhuǎn)換矩陣裝置用于前置白化一信號，濾波器主體用于接收信號還原成一還原信號。運算器用于比較還原信號與一期望信號以得一誤差信號。自適應演算裝置用于利用誤差信號調(diào)整濾波器主體的一濾波器系數(shù)。其中自適應演算裝置采用一正規(guī)化最小均方算法。
前述轉(zhuǎn)換矩陣裝置可采用華氏轉(zhuǎn)換(Walsh-Hadamard Transform，WHT)。自適應演算裝置還可利用已前置白化的信號調(diào)整濾波器系數(shù)。自適應演算裝置可包含一功率計算單元，用于計算已前置白化的信號的一功率。自適應演算裝置還可包含一加法器，用于將功率加上一預定常數(shù)，以得一第一暫時數(shù)，預定常數(shù)用于使第一暫時數(shù)不為零。自適應演算裝置還可包含一除法器，用于將一步長常數(shù)(step size constant)除以第一暫時數(shù)，得一第二暫時數(shù)，以執(zhí)行正規(guī)化。自適應演算裝置還可包含一乘法器，用于將第二暫時數(shù)乘以誤差信號，以得一回授信號，回授信號用于調(diào)整濾波器系數(shù)。
本發(fā)明提供一種均衡器，包含前述的濾波器主體，還可包含前述的運算器及自適應演算裝置。前述均衡器還可包含一決策裝置(decision device)，用于比對還原信號與多個預定信號，而輸出多個預定信號之一為期望信號。前述均衡器還可包含一信號產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生期望信號。
本發(fā)明提供一種無線通訊裝置，包含前述的均衡器。
本發(fā)明還提供一種決策回授等化(decision feedback equalization)方法，包含下列步驟。接收一信號x(n)，信號x(n)是一原信號s(n)經(jīng)過具有一轉(zhuǎn)換函數(shù)(transfer function)H(z)的一通道所產(chǎn)生。前置白化信號x(n)，以產(chǎn)生一白化信號p(n)。以及對白化信號p(n)進行包含多次迭代(iteration)的決策回授等化，以產(chǎn)生一輸出信號s’(n)近似原信號s(n)。每一多次迭代產(chǎn)生一還原信號y(n)、一誤差信號e(n)及一回授信號f(n)。誤差信號e(n)由比較還原信號y(n)與一期望信號d(n)所產(chǎn)生?；厥谛盘杅(n)是根據(jù)誤差信號e(n)所產(chǎn)生。其中回授信號f(n)是由一步長常數(shù)μ乘以誤差信號e(n)，再除以白化信號p(n)的一功率所產(chǎn)生。
前述決策回授等化方法的前置白化步驟可采用華氏轉(zhuǎn)換。前述期望信號d(n)可等于原信號s(n)。前述期望信號d(n)亦可藉以下步驟產(chǎn)生比對還原信號y(n)與多個預定信號，而輸出多個預定信號之一為期望信號d(n)。


圖1為本發(fā)明的轉(zhuǎn)換域自適應濾波器實施例方塊圖；圖2為圖1中自適應演算裝置的方塊圖；圖3為本發(fā)明的均衡器實施例方塊圖；圖4為本發(fā)明的無線通訊裝置實施例示意圖；圖5為本發(fā)明的決策回授等化方法實施例流程圖；以及圖6為已有技術中一均衡器方塊圖。
附圖符號說明100轉(zhuǎn)換域自適應濾波器實施例102濾波器主體104轉(zhuǎn)換矩陣裝置106運算器108自適應演算裝置組110-116自適應演算裝置120-124延遲單元126延遲線130-136降低取樣單元140-146自適應濾波器單元170功率計算單元 172加法器174除法器176乘法器300均衡器實施例 302決策裝置304信號產(chǎn)生器306多路轉(zhuǎn)換器400無線通訊裝置實施例601自適應濾波器 602決策裝置604信號產(chǎn)生器606運算器608多路轉(zhuǎn)換器
具體實施例方式
圖1為本發(fā)明的轉(zhuǎn)換域自適應濾波器實施例100的方塊圖。此轉(zhuǎn)換域自適應濾波器實施例100包含濾波器主體102、運算器106及自適應演算裝置組108。此實施例100是一24階轉(zhuǎn)換域自適應濾波器，藉4x4的轉(zhuǎn)換矩陣裝置104配合四個6階自適應濾波器單元140-146實現(xiàn)。
濾波器主體102用于還原信號x(n)成一還原信號y(n)。信號x(n)由包含延遲單元120-124的延遲線(delay line)126拆成四路進入轉(zhuǎn)換矩陣裝置104。轉(zhuǎn)換矩陣裝置104用于將信號x(n)去相關(decorrelate)，以達到前置白化，進而改善收斂速度。此實施例100中，轉(zhuǎn)換矩陣裝置104采用華氏轉(zhuǎn)換(WHT)，然亦可使用離散傅里葉轉(zhuǎn)換(Discrete Fourier Transform，DFT)、實數(shù)離散傅里葉轉(zhuǎn)換(Real Discrete Fourier Transform，RDFT)、離散哈特利轉(zhuǎn)換(Discrete Hartley Transform，DHT)、離散余弦轉(zhuǎn)換(Discrete Cosine Transform，DCT)及離散正弦轉(zhuǎn)換(Discrete SineTransform，DST)等等。信號x(n)經(jīng)前置白化成為白化信號p1(n)-p4(n)，再經(jīng)降低取樣(down sampling)單元130-136分別進入自適應濾波器單元140-146。自適應濾波器單元140-146的輸出加總成為還原信號y(n)。
運算器106用于比較還原信號y(n)與一期望信號d(n)以得一誤差信號e(n)。此實施例100中，是將期望信號d(n)減去還原信號y(n)而得誤差信號e(n)。
自適應演算裝置組108包含自適應演算裝置110-116。自適應演算裝置110-116采用正規(guī)化最小均方算法，用于確保實施例100輸出的還原信號y(n)穩(wěn)定。此實施例100中，自適應演算裝置110-116分別利用誤差信號e(n)及白化信號p1(n)-p4(n)產(chǎn)生回授信號f1(n)-f4(n)，以調(diào)整自適應濾波器單元140-146的濾波器系數(shù)，而使實施例100趨為信道的逆系統(tǒng)。
圖2為圖1中自適應演算裝置110的方塊圖，而自適應演算裝置112-116均與的相仿。自適應演算裝置110可包含一功率計算單元170，用于計算已前置白化的白化信號p1(n)的功率。自適應演算裝置110還可包含一加法器172，用于將功率計算單元170計算出的功率加上一預定常數(shù)a，以得一第一暫時數(shù)。預定常數(shù)a用于使第一暫時數(shù)不為零。自適應演算裝置110還可包含一除法器174，用于將一步長常數(shù)μ除以第一暫時數(shù)，得一第二暫時數(shù)，以執(zhí)行正規(guī)化。自適應演算裝置110還可包含一乘法器176，用于將第二暫時數(shù)乘以誤差信號e(n)，以得回授信號f1(n)?；厥谛盘杅1(n)用于調(diào)整濾波器系數(shù)。
圖3為本發(fā)明的均衡器實施例300的方塊圖。此均衡器實施例300包含前述的濾波器主體102、運算器106及自適應演算裝置組108。此實施例300還可包含一決策裝置302、一信號產(chǎn)生器304及一多路轉(zhuǎn)換器306。多路轉(zhuǎn)換器306受控制信號CS控制，而選擇決策裝置302與信號產(chǎn)生器304產(chǎn)生的信號之一為期望信號d(n)。決策裝置302用于比對還原信號y(n)與多個預定信號，而輸出多個預定信號之一作為均衡器300的輸出信號s’(n)，并送給多路轉(zhuǎn)換器306。信號產(chǎn)生器304則用于直接產(chǎn)生一信號給多路轉(zhuǎn)換器306。在訓練轉(zhuǎn)換域自適應濾波器100時，可由信號產(chǎn)生器304所產(chǎn)生已知的訓練信號為期望信號d(n)。在正式使用轉(zhuǎn)換域自適應濾波器100時，則由決策裝置302決定的輸出信號s’(n)作為期望信號d(n)。
圖4為本發(fā)明的無線通訊裝置實施例400的示意圖。此無線通訊裝置實施例400包含前述的均衡器實施例300。
圖5為本發(fā)明的決策回授等化方法實施例流程圖。此決策回授等化方法實施例包含下列步驟。接收一信號x(n)(步驟501)，信號x(n)是一原信號s(n)經(jīng)過具有一轉(zhuǎn)換函數(shù)H(z)的一通道所產(chǎn)生。前置白化信號x(n)，以產(chǎn)生一白化信號p(n)(步驟503)。步驟503可采用華氏轉(zhuǎn)換，然亦可使用離散傅里葉轉(zhuǎn)換(Discrete Fourier Transform，DFT)、實數(shù)離散傅里葉轉(zhuǎn)換(Real Discrete Fourier Transform，RDFT)、離散哈特利轉(zhuǎn)換(DiscreteHartley Transform，DHT)、離散余弦轉(zhuǎn)換(Discrete Cosine Transform，DCT)及離散正弦轉(zhuǎn)換(Discrete Sine Transform，DST)等等。
接著對白化信號p(n)進行包含多次迭代的決策回授等化，以產(chǎn)生一輸出信號s’(n)近似原信號s(n)。每一多次迭代包含下列三個步驟。產(chǎn)生一還原信號y(n)(步驟505)。比較還原信號y(n)與一期望信號d(n)產(chǎn)生誤差信號e(n)(步驟507)。以及根據(jù)誤差信號e(n)產(chǎn)生回授信號f(n)(步驟509)。其中回授信號f(n)是由一步長常數(shù)μ乘以誤差信號e(n)，再除以白化信號p(n)的一功率所產(chǎn)生。前述期望信號d(n)可等于原信號s(n)，亦可藉比對還原信號y(n)與多個預定信號，而輸出多個預定信號之一為期望信號d(n)。
接著比對還原信號y(n)與多個預定信號，而輸出多個預定信號之一為s’(n)(步驟511)。
上述說明并非對本發(fā)明范疇的限制，且上述說明以及各種改變與均等性的安排皆于本發(fā)明權利要求意欲保護的范疇內(nèi)。
權利要求
1.一種轉(zhuǎn)換域自適應濾波器，包含一濾波器主體，具有一轉(zhuǎn)換矩陣裝置用于前置白化一信號，該濾波器主體用于還原該信號成一還原信號；一運算器，用于比較該還原信號與一期望信號以得一誤差信號；以及一自適應演算裝置，用于利用該誤差信號調(diào)整該濾波器主體的一濾波器系數(shù)；其中該自適應演算裝置采用一正規(guī)化最小均方算法。
2.如權利要求1所述的轉(zhuǎn)換域自適應濾波器，其中該轉(zhuǎn)換矩陣裝置采用華氏轉(zhuǎn)換。
3.如權利要求1所述的轉(zhuǎn)換域自適應濾波器，其中該自適應演算裝置還利用已前置白化的該信號調(diào)整該濾波器系數(shù)。
4.如權利要求3所述的轉(zhuǎn)換域自適應濾波器，其中該自適應演算裝置包含一功率計算單元，用于計算該已前置白化的該信號的一功率。
5.如權利要求4所述的轉(zhuǎn)換域自適應濾波器，其中該自適應演算裝置還包含一加法器，用于將該功率加上一預定常數(shù)，以得一第一暫時數(shù)，該預定常數(shù)用于使該第一暫時數(shù)不為零。
6.如權利要求5所述的轉(zhuǎn)換域自適應濾波器，其中該自適應演算裝置還包含一除法器，用于將一步長常數(shù)除以該第一暫時數(shù)，得一第二暫時數(shù)，以執(zhí)行正規(guī)化。
7.如權利要求6所述的轉(zhuǎn)換域自適應濾波器，其中該自適應演算裝置還包含一乘法器，用于將該第二暫時數(shù)乘以該誤差信號，以得一回授信號，該回授信號用于調(diào)整該濾波器系數(shù)。
8.一種均衡器，包含一濾波器主體，具有一轉(zhuǎn)換矩陣裝置用于前置白化一信號，該濾波器主體用于還原該信號成一還原信號。
9.如權利要求8所述的均衡器，還包含一運算器，用于比較該還原信號與一期望信號以得一誤差信號；以及一自適應演算裝置，用于利用該誤差信號調(diào)整該濾波器主體的一濾波器系數(shù)；其中該自適應演算裝置采用一正規(guī)化最小均方算法。
10.如權利要求9所述的均衡器，其中該轉(zhuǎn)換矩陣裝置采用華氏轉(zhuǎn)換。
11.如權利要求9所述的均衡器，還包含一決策裝置，用于比對該還原信號與多個預定信號，而輸出該多個預定信號之一為該期望信號。
12.如權利要求9所述的均衡器，還包含一信號產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生該期望信號。
13.如權利要求9所述的均衡器，其中該自適應演算裝置還利用已前置白化的該信號調(diào)整該濾波器系數(shù)。
14.如權利要求13所述的均衡器，其中該自適應演算裝置包含一功率計算單元，用于計算該已前置白化的該信號的一功率。
15.如權利要求14所述的均衡器，其中該自適應演算裝置還包含一加法器，用于將該功率加上一預定常數(shù)，以得一第一暫時數(shù)，該預定常數(shù)用于使該第一暫時數(shù)不為零。
16.如權利要求15所述的均衡器，其中該自適應演算裝置還包含一除法器，用于將一步長常數(shù)除以該第一暫時數(shù)，得一第二暫時數(shù)，以執(zhí)行正規(guī)化。
17.如權利要求16所述的均衡器，其中該自適應演算裝置還包含一乘法器，用于將該第二暫時數(shù)乘以該誤差信號，以得一回授信號，該回授信號用于調(diào)整該濾波器系數(shù)。
18.一種無線通訊裝置，其特征在于包含如權利要求8所述的均衡器。
19.如權利要求18所述的無線通訊裝置，其中該均衡器還包含一運算器，用于比較該還原信號與一期望信號以得一誤差信號；以及一自適應演算裝置，用于利用該誤差信號調(diào)整該濾波器主體的一濾波器系數(shù)；其中該自適應演算裝置采用一正規(guī)化最小均方算法。
20.如權利要求19所述的無線通訊裝置，其中該轉(zhuǎn)換矩陣裝置采用華氏轉(zhuǎn)換。
21.如權利要求19所述的無線通訊裝置，其中該自適應演算裝置還利用已前置白化的該信號調(diào)整該濾波器系數(shù)。
22.如權利要求21所述的無線通訊裝置，其中該自適應演算裝置包含一功率計算單元，用于計算該已前置白化的該信號的一功率。
23.如權利要求22所述的無線通訊裝置，其中該自適應演算裝置還包含一加法器，用于將該功率加上一預定常數(shù)，以得一第一暫時數(shù)，該預定常數(shù)用于使該第一暫時數(shù)不為零。
24.如權利要求23所述的無線通訊裝置，其中該自適應演算裝置還包含一除法器，用于將一步長常數(shù)除以該第一暫時數(shù)，得一第二暫時數(shù)，以執(zhí)行正規(guī)化。
25.如權利要求24所述的無線通訊裝置，其中該自適應演算裝置還包含一乘法器，用于將該第二暫時數(shù)乘以該誤差信號，以得一回授信號，該回授信號用于調(diào)整該濾波器系數(shù)。
26.一種決策回授等化方法，包含下列步驟接收一信號x(n)，該信號x(n)是一原信號s(n)經(jīng)過具有一轉(zhuǎn)換函數(shù)H(z)的一通道所產(chǎn)生；前置白化該信號x(n)，以產(chǎn)生一白化信號p(n)；以及對該白化信號p(n)進行包含多次迭代的決策回授等化，以產(chǎn)生一輸出信號s’(n)近似該原信號s(n)，每一該多次迭代產(chǎn)生一還原信號y(n)、一誤差信號e(n)及一回授信號f(n)，該誤差信號e(n)是比較該還原信號y(n)與一期望信號d(n)所產(chǎn)生，該回授信號f(n)是根據(jù)該誤差信號e(n)所產(chǎn)生；其中該回授信號f(n)是由一步長常數(shù)μ乘以該誤差信號e(n)，再除以該白化信號p(n)的一功率所產(chǎn)生。
27.如權利要求26所述的決策回授等化方法，其中該前置白化步驟采用華氏轉(zhuǎn)換。
28.如權利要求26所述的決策回授等化方法，其中該期望信號d(n)等于該原信號s(n)。
29.如權利要求26所述的決策回授等化方法，其中該期望信號d(n)藉以下步驟產(chǎn)生比對該還原信號y(n)與多個預定信號，而輸出該多個預定信號之一為該期望信號d(n)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)換域自適應濾波器(transformdomain adaptive filter，TDAF)，包含一濾波器主體、一運算器與一自適應演算裝置。濾波器主體具有一轉(zhuǎn)換矩陣(transform matrix)裝置用于前置白化(pre－whitening)一信號，濾波器主體用于還原信號成一還原信號。運算器用于比較還原信號與一期望信號以得一誤差信號。自適應演算裝置用于利用誤差信號調(diào)整濾波器主體的一濾波器系數(shù)(filer coefficient)。其中自適應演算裝置系采用一正規(guī)化最小均方(normalized least mean square，NLMS)算法。
文檔編號H04B1/12GK1681214SQ20041003340
公開日2005年10月12日 申請日期2004年4月7日 優(yōu)先權日2004年4月7日
發(fā)明者廖偉舜 申請人:明基電通股份有限公司