Способ и устройство адаптивной предварительной коррекции

Способ и устройство адаптивной предварительной коррекции

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для коррекции характеристик передачи схемы обработки сигналов, такой как передатчик с прямым преобразованием или гетеродинный передатчик с использованием, например, схемы мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (МОЧР, OFDM).

Уровень техники

Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) разработал новую спецификацию 802.11a, которая направлена на следующее поколение беспроводных локальных сетей (LAN) класса предприятия. Среди преимуществ, которыми она обладает по сравнению с используемыми в настоящее время технологиями, можно перечислить большую степень масштабируемости, лучшую защиту от помех и существенно более высокую скорость передачи, что одновременно позволяет использовать ее с большей полосой пропускания.

OFDM используется как новая схема кодирования, которая обеспечивает преимущества по сравнению с подходом с расширенным спектром по доступности канала и скорости передачи данных. Доступность канала является существенным параметром, поскольку чем больше количество доступных независимых каналов, тем больше степень масштабируемости беспроводной сети. Высокая скорость передачи данных обеспечивается путем комбинирования множества поднесущих, работающих с низкой скоростью, для создания одного высокоскоростного канала. Большой (широкий) канал позволяет передавать более подробную информацию за каждый сеанс передачи, чем малый (узкий) канал. Передача по поднесущим выполняется параллельно, что означает, что передача и прием на них выполняются одновременно. Приемное устройство обрабатывает эти отдельные сигналы, каждый из которых представляет фракцию общих данных, которые вместе составляют собственно передаваемый сигнал. При использовании такого большого количества поднесущих, составляющих каждый канал, можно одновременно передавать огромное количество информации.

Стандарт беспроводной локальной сети IEEE 802.11a определяет высокие характеристики системы и поэтому требует обеспечения определенной точности сигнала на выходе передатчика OFDM. С учетом неточностей аналогового фильтра основной полосы частот и радиочастоты (РЧ) фильтра необходимо обеспечить коррекцию потока сигналов перед его передачей. Рабочая характеристика выходного сигнала передатчика строго зависит от точности аналогового фильтра. Для обеспечения высокой точности сигнала требуется использовать дорогостоящие и точные фильтры. Однако при большом объеме производства рекомендуется, чтобы эти фильтры были как можно более дешевыми. При этом можно устанавливать неточные аналоговые фильтры передатчиков, имеющие низкую стоимость, если будет установлено улучшенное устройство коррекции для компенсации значительных колебаний амплитуды и групповой задержки в полосе пропускания передатчика.

Сущность изобретения

Таким образом, настоящее изобретение направлено на улучшенные способ и устройство коррекции, с помощью которых точность сигнала на выходе передатчика может быть улучшена, благодаря чему можно снизить требования, предъявляемые к фильтру.

Эта задача решается с помощью способа коррекции характеристики передачи схемы обработки сигналов, заключающегося в том, что

получают разность между выходным сигналом схемы обработки сигналов и входным сигналом функции коррекции,

аппроксимацируют градиент указанной разности на основе указанной полученной разности и аппроксимации указанной характеристики передачи и

обновляют контрольные значения указанной функции коррекции на основе указанного аппроксимированного градиента.

Кроме того, вышеуказанная задача решается с помощью устройства, предназначенного для коррекции характеристик передачи схемы обработки сигналов, содержащего

средство сравнения, предназначенное для получения разности между выходным сигналом схемы обработки сигналов и входным сигналом средства коррекции,

средство аппроксимации, предназначенное для аппроксимации градиента указанной разности на основе указанной полученной разности и аппроксимации указанной характеристики передачи, и

средство обновления, предназначенное для обновления контрольных значений, передаваемых в указанное средство коррекции, на основе указанного аппроксимированного градиента.

В соответствии с этим предложена адаптивная схема предварительной коррекции, которая позволяет анализировать неточности схемы обработки сигналов и вводить предварительное искажение в сигнал, передаваемый в схему обработки сигналов. Благодаря этому, спецификации или требования к схеме обработки сигналов могут быть снижены, или, в качестве альтернативы, обеспечивается свобода использования более строгих спецификаций в будущих стандартах.

Кроме того, благодаря использованию адаптивной функции предварительной коррекции, такое решение становится независимым от типа используемой схемы обработки сигналов, например, от того, используется ли прямое преобразование или архитектура на основе гетеродина. Этап аппроксимации может содержать этап расчета аппроксимации наименьшего среднеквадратичного значения вектора градиента указанной разности. Вектор градиента может быть рассчитан из дифференциального уравнения с частными производными функции стоимости системы.

Кроме того, значение разности может быть получено путем сравнения огибающих указанных входных и выходных сигналов. В частности, входной сигнал может быть представлен цифровым сигналом, а выходной сигнал может представлять собой аналоговый сигнал.

В качестве контрольных значений можно использовать коэффициенты адаптивного цифрового фильтра.

Кроме того, характеристика передачи может быть аппроксимирована как функция задержки. В этом случае значение задержки функции задержки может соответствовать положению максимального пика аналогового фильтра в характеристике передачи.

Средство сравнения устройства коррекции может быть установлено для сравнения входных и выходных сигналов на основе их огибающих. Кроме того, средство аппроксимации может быть выполнено с возможностью указанной характеристики передачи, как функции задержки, и аппроксимации указанного градиента, путем использования функции аппроксимации наименьшего среднеквадратического отклонения.

Схема обработки сигналов может иметь архитектуру передатчика с прямым преобразованием или архитектуру гетеродинного передатчика.

Устройство коррекции может содержать цифровое средство предварительной коррекции.

Другие предпочтительные варианты выполнения определены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет более подробно описано ниже на основе предпочтительных вариантов его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых

на фиг. 1 показана архитектура передатчика, содержащего функцию коррекции, в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения;

на фиг. 2A показана принципиальная схема известной адаптивной последующей коррекции;

на фиг. 2B показана принципиальная схема компоновки адаптивной предварительной коррекции в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения;

на фиг. 3 показана схема предварительной коррекции в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения; и

на фиг. 4 показана схема последовательности выполнения операций в схеме предварительной коррекции, в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Предпочтительный вариант выполнения настоящего изобретения будет описан ниже на основе архитектуры гетеродинного передатчика OFDM для архитектуры передатчика беспроводной локальной сети в соответствии со стандартом IEEE 802.11a, показанной на фиг. 1.

Как показано на фиг. 1, входной сигнал, который может быть сигналом, модулированным с использованием двоичной фазовой манипуляции (ДФМ, BPSK), квадратурной фазовой манипуляции (КФМ, QPSK) или квадратурной амплитудной модуляции (КАМ, QAM), преобразуют с повышением частоты и обрабатывают с использованием фильтра низкой частоты перед передачей в цифровую область в цифровую схему 10 промежуточной частоты (ПЧ) на промежуточной частоте, например, 20 МГц. Сгенерированный сигнал ПЧ подают в адаптивный предварительный корректор 15, установленный для обеспечения предварительной коррекции потока сигнала так, что искажения, образующиеся в результате обработки схемами неидеального аналогового фильтра, в следующих каскадах позволяют снова получить поток точного сигнала. Предварительно скорректированный сигнал передают в схему 200 передатчика, в которой сигнал обрабатывают для передачи через передающую антенну 55.

Схема 200 передатчика построена на основе архитектуры гетеродинного передатчика и содержит аналоговую схему 20 основной полосы частот, в которой производится подготовка предварительно скорректированного сигнала для передачи, например, в результате фильтрации, кодирования канала, формирования импульса или других соответствующих операций обработки. Затем обработанный сигнал основной полосы частот передают в первый каскад преобразователя с повышением частоты, содержащий модулятор или умножитель 25, в который подают сигнал, полученный из первого генератора 30, на частоте, например, 1,5 ГГц, для преобразования частоты сигнала в диапазон 1,5 ГГц. Затем преобразованный с повышением частоты сигнал подают в схему 35 аналогового фильтра ПЧ, для подавления нежелательных частотных компонентов, образующихся в результате нелинейных или других искажений. Отфильтрованный сигнал, преобразованный с повышением частоты, затем передают во второй каскад преобразования с повышением частоты, который содержит второй модулятор или умножитель 40, в который подают сигнал преобразования с повышением частоты в корректируемом диапазоне от 3,5 до 4,5 ГГц, от управляемого второго генератора 45. Таким образом, сигнал от аналоговой схемы 35 ПЧ, наконец, преобразуют с повышением частоты в диапазон корректируемой частоты от 3,5 до 4,5 ГГц. Такой радиочастотный (РЧ) сигнал с двойным преобразованием частоты передают в схему второго фильтра, то есть в схему 50 аналогового РЧ фильтра, который позволяет пропускать только требуемый диапазон частот сигнала передачи, подаваемого в передающую антенну 55.

Схема 60 измерения огибающей, работа которой может быть основана на операции фиксации уровня и/или операции пропускания нижних частот или подобной операции, формирует сигнал огибающей на основе входного сигнала передающей антенны 55. Этот сигнал огибающей затем передают в схему 65 аналогово-цифрового преобразователя, где его преобразуют в поток цифрового сигнала, передаваемый в схему 70 детектирования ошибки цифровой огибающей. В схеме 70 детектирования ошибки огибающей сигнал огибающей после аналогово-цифрового преобразования сравнивают с цифровой огибающей выходного сигнала цифровой схемы 10 ПЧ для расчета или получения значения e[k] ошибки. При этом предполагается, что оба сигнала огибающей являются синхронизированными. Следует отметить, что соответствующие схемы синхронизации не показаны на фиг. 1.

На основе полученного значения e[k] ошибки получают заданное количество контрольных значений, например, коэффициентов фильтра, и передают в адаптивный предварительный корректор 15, чтобы, таким образом, обеспечить управление характеристикой коррекции. Таким образом, искажения, создаваемые неидеальными передающими фильтрами 20, 35, 50, можно измерять в схеме 70 детектирования ошибки огибающей для адаптивного управления функцией предварительной коррекции. В соответствии с этим, в цифровой области получают адаптивную схему предварительной коррекции для поддержания принятия решения.

На фиг. 2A показана принципиальная схема, представляющая известную компоновку схемы адаптивной последующей коррекции, в которой сигнал входных данных сначала проходит по каналу 100 и после этого через адаптивный последующий корректор 110. При этом петля обратной связи адаптивного последующего корректора, содержащая последующий корректор 110 и схему 90 вычитания, не включает в себя канал 100. Выходной сигнал y[k] последующего корректора 110 вычитают в схеме 90 вычитания из сигнала d[k] входных данных для получения, таким образом, сигнала ошибки или значения e[k], используемого для управления адаптивным последующим корректором 110. Сигнал входных данных или вектор d[k] вначале проходит через канал 100, который может иметь определенную характеристику или вектор передачи. Выходной сигнал x[k] канала 100 умножают на характеристику или вектор передачи адаптивного фильтра последующего корректора 110. Получаемое в результате скалярное значение y[k] вычитают из входной выборки d[k], и получаемое значение e[k] ошибки используют для обновления коэффициентов фильтра адаптивного последующего корректора 110 для следующих входных выборок. Таким образом, не нужно знать подробную характеристику или вектор передачи канала, поскольку входные данные x[k] последующего корректора 110 автоматически содержат информацию канала. Таким образом, необходимо определять только одно неизвестное значение, то есть оптимальный вектор коэффициента.

Однако в процессе предварительной коррекции, в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, корректор установлен перед неидеальными аналоговыми фильтрами или каналом и, следовательно, содержит аналоговые фильтры или канал в петле обратной связи. Поэтому при расчете вектора оптимального коэффициента требуется учитывать две неизвестные переменные или векторы, характеристику или вектор передачи аналогового фильтра и набор оптимальных коэффициентов адаптивного предварительного корректора.

На фиг. 2B представлена соответствующая компоновка схемы адаптивной предварительной коррекции, которая основана на предпочтительном варианте выполнения, схема которого показана на фиг. 1. Как показано на фиг. 2B, адаптивный предварительный корректор 15 генерирует входной сигнал x[k] для схемы 200 передатчика, при этом выходной сигнал y[k] схемы 200 передатчика подают в устройство вычитания или схему 130 сравнения, в которую также подают сигнал d[k] входных данных для получения значения e[k] ошибки, на основе которого выполняют управление предварительным корректором 15.

Подход предварительной коррекции, показанный на фиг. 2B, может быть описан на основе следующих уравнений:

В вышеприведенных уравнениях (1) и (2) w[k] обозначает коэффициент или весовой вектор предварительного корректора 15, и h[k] обозначает вектор передачи схемы 200 передатчика.

Значение e[k] ошибки может быть получено на основе вышеприведенных двух уравнений (1) и (2) при использовании следующего уравнения.

Если ввести уравнение (1) в уравнение (3), получим следующее уравнение:

В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения, решение вышеприведенного уравнения (4), содержащее два неизвестных вектора, может быть получено на основе обработки аппроксимации и одиночной адаптации. Аппроксимация может быть выполнена для вектора градиента значения e[k] ошибки. В частности, может быть определено минимальное среднеквадратичное (МСК, LMS) отклонение вектора градиента. Исходная точка для определения аппроксимации градиента представляет собой вышеприведенное уравнение (4). Следующее уравнение описывает функцию J{w[k]} стоимости системы, используемую для аппроксимации градиента:

Следовательно, вектор градиента функции характеристики ошибки может быть получен на основе определения частной производной вышеуказанной функции стоимости системы. Это приводит к следующему уравнению:

где x^˜[k] обозначает вектор направления градиента, который соответствует оценке матрицы D[k] данных с вектором h[k] передачи схемы 200 передатчика. Это может быть описано на основе следующего уравнения:

в котором матрица D[k] данных представляет матрицу преобразования, которая выполняет поворот неидеального вектора h[k] передачи схемы 200 передатчика,h_τ представляет аппроксимированное значение передачи аналогового фильтра, напримерh_τ = 1 (в то время как все другие коэффициенты вектора передачи установлены в "0").

На фиг. 3 показан пример выполнения схемы 70 детектирования ошибки огибающей по фиг. 1, на основе схемы компоновки адаптивной предварительной коррекции по фиг. 2B. Следует отметить, что на фиг. 3 схема 60 измерения огибающей и аналогово-цифровой преобразователь 65 не показаны для упрощения. Таким образом, выходное значение y[k] схемы 200 передатчика соответствует оцифрованному выходному значению аналогово-цифрового преобразователя 65.

На фиг. 3 выходной сигнал y[k] передают в схему 71 вычитания, которая генерирует значение e[k] ошибки. Значение e[k] ошибки передают в адаптивную схему 72, установленную для определения обновленного или нового вектора w[k+1] коэффициента управления предварительным корректором 15. Кроме того, установлена схема 73 аппроксимации, предназначенная для аппроксимации характеристики передачи или вектора h[k] передачи схемы 200 передатчика. В соответствии с этим выходной сигнал схемы 73 аппроксимации соответствует вышеприведенному вектору x^˜[k] сигнала. С учетом того факта, что вектор h[k] передачи аппроксимирован в схеме 73 аппроксимации, в схеме 72 адаптации необходимо определить только одну неизвестную переменную.

Ниже описано получение вектора w[k+1] коэффициента предварительной коррекции.

Вектор x^˜[k] сигнала может быть получен путем осуществления копии характеристики аналогового фильтра схемы 200 передатчика в схеме 73 аппроксимации. Однако это также потребовало бы проведения процесса идентификации характеристики такого аналогового фильтра. В качестве предпочтительного упрощенного решения схема 73 аппроксимации может быть адаптирована для осуществления характеристики фильтра схемы 200 передатчика в виде простого блока или функции задержки. Тогда требуемое значение задержки соответствует задержке τ аналогового фильтра, то есть положению максимального пика характеристики фильтрации аналогового фильтра схемы 200 передатчика. Этот максимальный пик затем может быть заменен значением "1" в векторе h[k] передачи, в то время как другие компоненты вектора могут быть установлены в значение "0".

Характеристика аналогового фильтра схемы 200 передатчика может, таким образом, быть аппроксимирована в виде простого фильтра FIR (КИХ, конечной импульсной характеристики) с оцененным коэффициентом h_τ[k] = "1" и со всеми другими коэффициентами, установленными в значение "0".

Такая аппроксимация приводит к упрощению приведенного выше уравнения (6), которое можно записать в следующем виде:

На основе упрощенного уравнения (8) коэффициенты предварительного корректора 15 могут быть обновлены с использованием следующего уравнения:

При использовании вышеуказанной аппроксимации можно обеспечить простые расчеты или определение коэффициентов адаптивного предварительного корректора 15 в схеме 72 адаптации.

На фиг. 4 показана более общая схема последовательности выполнения операций для этапов работы вышеописанной адаптивной схемы предварительной коррекции в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения.

На этапе S101 определяют разность между выходным сигналом y[k] скорректированной схемы, то есть схемы 200 передатчика, и входным сигналом d[k] функции коррекции предварительного корректора 15. Эта разность соответствует значению e[k] ошибки и может быть получена на основе сравнения огибающих сигнала, как описано выше. Однако для получения этой разности можно использовать любой другой параметр сигнала. Затем, на этапе S102, выполняют аппроксимацию характеристики передачи скорректированной схемы. Здесь можно использовать любую аппроксимацию для получения одной из двух неизвестных переменных в уравнении (4). Затем выполняют оценку входного сигнала функции коррекции с аппроксимированной характеристикой передачи (этап S103). На основе определенной разности и оценки входного сигнала получают аппроксимацию градиента разности, например, на основе уравнения (8) (этап S104). После определения градиента разности контрольные значения или коэффициенты функции предварительной коррекции обновляют на этапе S105 на основе аппроксимированного градиента.

В настоящем изобретении предложено использовать адаптивный подход для предварительной коррекции, например, для коррекции характеристики аналогового фильтра схемы передатчика или любой другой схемы обработки сигналов. Коррекция основана на аппроксимации, например, аппроксимации LMS, и не требует выполнения процесса идентификации характеристики аналогового фильтра системы, но обеспечивает аппроксимацию этой характеристики с помощью простого блока задержки или любой упрощенной характеристики передачи. Благодаря этому, обеспечивается очень высокая гибкость, поскольку не требуется учитывать вариации характеристик схемы 200 передатчика. Фактически обеспечивается анализ недостатков, формируется модель, и эту модель используют для предварительного искажения сигнала перед подачей его в цепи передатчика. Благодаря этому могут быть скомпенсированы даже изменения формы колебаний передаваемого сигнала, возникающие из-за недостатков передатчика. Настоящее изобретение обеспечивает свободу выбора или перехода к более жестким спецификациям в отношении величины значения или вектора ошибки в будущих стандартах. Кроме того, может быть улучшен допуск расширения из-за многоканальной задержки, благодаря снижению межсимвольной помехи (МСИП, ISI), образующейся в результате коррекции групповой задержки. Предложенное несложное адаптивное решение хорошо соответствует потребностям массового производства, что позволяет обеспечить больший доступ в спецификациях. Оно также может привести к повышению производительности.

Следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено описанным выше предпочтительным вариантом выполнения, но его можно использовать в любой схеме обработки сигналов для снижения искажений сигнала. Сравнение может быть выполнено по любому параметру сигнала, который пригоден для получения разности, образующейся в результате искажений в схеме обработки сигналов. Характеристика передачи схемы обработки сигналов может быть аппроксимирована с использованием любой подходящей аппроксимации. Аналогично, контрольные значения, предназначенные для управления предварительным корректором, могут быть получены с помощью любой соответствующей аппроксимации, для получения градиента значения разности или значения ошибки. Предварительная коррекция может быть адаптирована для использования в гетеродинных архитектурах или в архитектурах с прямым преобразованием. Ее также можно использовать для компенсации недостатков в амплитуде, например, недостатков амплитуды синфазных (I) сигналов и квадратурных сигналов (Q), для архитектур с прямым преобразованием. Предпочтительные варианты выполнения, таким образом, могут изменяться в пределах объема приложенной формулы изобретения.

1. Способ предварительной коррекции характеристики передачи схемы (200) обработки сигналов, заключающийся в том, что

а) получают разность между выходным сигналом схемы (200) обработки сигналов и входным сигналом средства (15) предварительной коррекции,

b) аппроксимируют градиент указанной разности на основе указанной полученной разности и аппроксимации указанной характеристики передачи и

c) обновляют контрольные значения указанного сигнала средства (15) предварительной коррекции на основе указанного аппроксимированного градиента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный этап аппроксимации содержит этап расчета аппроксимации минимального среднеквадратичного отклонения вектора градиента указанной разности.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что указанную разность получают путем сравнения огибающих указанных выходного и входного сигналов.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что указанный входной сигнал представляет собой цифровой сигнал, а указанный выходной сигнал представляет собой аналоговый сигнал.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные контрольные значения представляют собой коэффициенты адаптивного цифрового фильтра.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанную характеристику передачи аппроксимируют как функцию задержки.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что задержка указанной функции задержки соответствует положению максимального пика аналогового фильтра указанной характеристики передачи.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап расчета вектора указанного аппроксимированного градиента с использованием следующего уравнения:

▿{E}=-2e[k]·d[k-τ],

в котором ▿{E} обозначает указанный вектор градиента;

e[k] обозначает указанную полученную разность и

d[k-τ] обозначает представление вектора указанного входного сигнала, оценка которого была произведена по указанной аппроксимации задержки указанной характеристики передачи.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что указанные контрольные значения представляют собой коэффициенты адаптивного цифрового фильтра, которые обновляют на указанном этапе обновления на основе следующего уравнения:

w[k+1]=w[k]+μe[k]·d[k-τ],

в котором w[k+1] обозначает представление вектора обновленных коэффициентов фильтра;

w[k] обозначает представление вектора текущих коэффициентов фильтра и

μ обозначает заданный коэффициент пропорциональности.

10. Устройство, предназначенное для предварительной коррекции характеристики передачи схемы (200) обработки сигналов, содержащее

a) средство (71) сравнения, предназначенное для получения разности между выходным сигналом схемы (200) обработки сигналов и входным сигналом средства (15) предварительной коррекции,

b) средство (72) аппроксимации, предназначенное для аппроксимации градиента указанной разности на основе указанной полученной разности и аппроксимации указанной характеристики передачи, и

c) средство (72) обновления, предназначенное для получения контрольных значений, передаваемых в средство (15) предварительной коррекции на основе указанного аппроксимированного градиента.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что средство (71) сравнения выполнено с возможностью сравнения указанных входного и выходного сигналов на основе их огибающих.

12. Устройство по п.10 или 11, отличающееся тем, что средство (72) аппроксимации выполнено с возможностью аппроксимации указанной характеристики передачи как функции задержки и аппроксимации указанного градиента в результате использования функции аппроксимации минимального среднеквадратичного отклонения.

13. Устройство по п.10, отличающееся тем, что указанная схема обработки сигналов представляет собой архитектуру (200) передатчика с прямым преобразованием или гетеродинного передатчика.

14. Устройство по п.10, отличающееся тем, что средство предварительной коррекции выполнено в виде цифрового средства (15) предварительной коррекции.