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Dokumentenidentifikation DE69831528T2 22.06.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0000880253
Titel Blinde Anpassung eines entscheidungsrückgekoppelten Entzerrers
Anmelder Lucent Technologies Inc., Murray Hill, N.J., US
Erfinder Werner, Jean-Jacques, Holmdel, New Jersey 07733, US;
Yang, Jian, Ocean, New Jersey 07712, US
Vertreter Klunker, Schmitt-Nilson, Hirsch, 80797 München
DE-Aktenzeichen 69831528
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 12.05.1998
EP-Aktenzeichen 983036971
EP-Offenlegungsdatum 25.11.1998
EP date of grant 14.09.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.06.2006
IPC-Hauptklasse H04L 25/03(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
Querbezug zu verwandten Anmeldungen

Ähnliche Gegenstände sind offenbart in der folgenden Patentanmeldung von Werner et al. der Anmelderin: EP 806 854, EP 831 622, EP 841 786, EP 854 891 und US 5 940 440.

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Kommunikationseinrichtung, insbesondere die Blind-Entzerrung in einem Empfänger mit einem Entscheidungs-Rückkopplungsentzerrer (DFE; decision feedback equalizer).

Bei der Blind-Entzerrung wird ein linearer Entzerrer in einem Empfänger ohne die Verwendung eines Übungssignals zur Konvergenz gebracht. Wie im Stand der Technik bekannt ist, gibt es zwei Methoden zur Blind-Entzerrung, von denen eine hier als "reduced constellation algorithm" (RCA), also etwa im Sinne von "reduzierter Konstellations-Algorithmus" bezeichnet wird, (vgl. Y. Sato, "A Method of Self-Recovering Equalization for Multilevel Amplitude-Modulation Systems", IEEE Trans. Commun. Seiten 679–682, Juni 1975; und US-Patent 4 227 152 vom 7. Oktober 1980 (Godard)); die andere Methode ist der so genannte "constant modulus algorithm" (CMA), also etwa ein "Algorithmus mit konstantem Modul " (vgl. zum Beispiel D. N. Godard, "Self-Recovering Equalization and Carrier Tracking in Two-Dimensional Data Communications Systems", IEEE Trans. Commun, Vol. 28, Nr. 11, Seiten 1867–1895, November 1980; und N. K. Jablon", Joint Blind Equalization, Carrier Recovery and Timing Recovery for High-Order OAM Signal Constellations", IEEE Trans. Signal Processing, Vol. 40, Nr. 6, Seiten 1383–1398, 1992). Außerdem stellt das US-Patent von Werner et al. der Anmelderin mit dem Titel "Blind Equalization" eine neue Blind-Entzerrungsmethode vor – den so genannten Multimodul-Algorithmus (MMA) – gedacht als Alternative zu den oben angesprochenen RCA- und CMA-Methoden.

Allerdings kann bei solchen Anwendungen, bei denen das vorherrschende Rauschen eine oder mehrere Hochfrequenz-(HF-)Störquellen beinhaltet, ein linearer Entzerrer nicht in der Lage ist, eine gute Leistung zu erbringen. In derartigen Fällen ist es wünschenswert, einen Entscheidungs-Rückkopplungsentzerrer (DFE; decision feedback equalizer) einzusetzen. Ein DFE enthält einen Feedforward-Teil und einen Feedback-, also Rückkopplungsteil. Letzterer dient zum Korrigieren von Nachläufer-Störung.

Unglücklicherweise eignen sich die oben angesprochenen Verfahren zur Blind-Entzerrung nicht besonders gut für die Blind-Entzerrung eines DFE.

Offenbarung der Erfindung

Wir haben erkannt, dass der Schlüssel zur blinden Konvergierung eines DFE in der Verwendung unterschiedlicher Typen von Anzapfpunkt-Aktualisierungs-Algorithmen für den Feedforward- und den Feedback-Teil liegt. Insbesondere reduzieren die oben angesprochenen Blind-Entzerrungsmethoden die Fehlerwahrscheinlichkeit in statistischem Sinn. Allerdings erfordert ein DFE, dass die aktuellen und hoffentlich korrekten Symbole zurückgeführt werden zu dem Rückkopplungsteil des DFE, um die Nachläuferstörung zu korrigieren. Werden die korrekten Symbole nicht zu dem Feedback-Filter zurückgeführt, kommt es zu einer Fehlerausbreitung, und sowohl das Feedforward- als auch das Feedback-Filter gelangen nicht in passender Weise zum Konvergieren. Deshalb wird gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept eine auf Statistik beruhende Anzapfpunkt-Aktualisierungsmethode auf den Feedforward-Teil angewendet und wird eine symbolbezogene Anzapfpunkt-Aktualisierungsmethode auf den Feedback-Teil angewendet.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung enthält ein DFE ein Feedforward-Filter und ein Feedback-Filter. Ein RCA-Anzapfpunkt-Aktualisierungs-Algorithmus dient dazu, das Feedforward-Filter blind zum Konvergieren zu bringen, und ein nach dem mit auf Teilsymbolen beruhenden kleinsten mittleren Fehlerwert (LMS) beruhender Anzapfpunkt-Aktualisieralgorithmus dient zum Konvergieren des Feedback-Filters.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält der DFE ein Feedforward-Filter und ein Feedback-Filter. Ein MMA-Anzapfpunkt-Aktualisierungs-Algorithmus dient zum blinden Konvergieren des Feedforward-Filters, und ein verallgemeinerter Anzapfpunkt-Aktualisierungs-Algorithmus dient zum Konvergieren des Feedback-Filters.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein anschauliches Blockdiagramm eines herkömmlichen Kommunikationssystems unter Verwendung eines linearen Entzerres;

2 ist ein anschauliches Blockdiagramm eines herkömmlichen Kommunikationssystems unter Verwendung eines Entscheidungs-Rückkopplungsentzerrers;

3 ist eine beispielhafte Impulsantwort unter Darstellung von Vorläufern und Nachläufern;

4 ist ein Blockdiagramm eines zum Stand der Technik gehörigen zweidimensionalen DFE;

5 ist ein Blockdiagramm eines zum Stand der Technik gehörigen eindimensionalen DFE während des Blind-Anlaufs unter Verwendung der RCA-Methode;

6 ist ein beispielhaftes Flussdiagramm als Ausführungsform für die erfindungsgemäßen Prinzipien; und

710 zeigen eine beispielhafte Ausführungsformen gemäß den Prinzipien der Erfindung;

11 ist ein Blockdiagramm eines zum Stand der Technik gehörigen, mit Phasenauftrennung arbeitenden Rausch-Vorhersage-Entscheidungs-Rückkopplungsentzerrers (NPDFE);

1213 zeigen weitere beispielhafte Ausführungsform gemäß den Prinzipien der Erfindung für den Einsatz bei einem NPDFE-Entzerrer; und

1415 sind anschauliche Blockdiagramme eines Teils eines Empfängers als Ausführungsform der Prinzipien der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung

Bevor das erfindungsgemäße Konzept beschrieben wird, soll etwas Hintergrundinformation bezüglich Entscheidungs-Rückkopplungs-Entzerrern (DFE) angeboten werden. Allgemein gesprochen, arbeiten Entzerrer in zwei Betriebsarten – einem so genannten Übungs- oder Trainingsmodus und einem stationären oder Dauerzustandsmodus. Während des Dauerzustands wird typischerweise von dem LMS-Algorithmus Gebrauch gemacht. In der Übungsphase kann es entweder ein Trainingssignal geben, oder der Trainingsvorgang kann blind ausgeführt werden. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf das Blind-Training eines DFE.

Entscheidungs-Rückkopplungs-Entzerrer

1 zeigt den typischen Aufbau eines Sende-Empfängers. Aus Gründen der Vereinfachung zeigen diese Figur und 2 ein eindimensionales Übertragungsschema. Allerdings lässt sich die Diskussion ebenso anwenden auf den gleichphasigen oder den Quadratursignalpfad eines zweidimensionalen Schemas, wie beispielsweise die CAP (trägerlose Amplituden-/Phasenmodulation). 1 zeigt ein Modell eines Kommunikationssystems 10, welches durch ein gewisses Rauschen &xgr;(t) gestört wird. Dieses Kommunikationssystem enthält einen Formungsfilter 15, einen Übertragungskanal 20 und einen linearen Entzerrer 50. Letzterer beinhaltet ein adaptives Filter 25 und eine Abkappschaltung 30. Wie im Stand der Technik bekannt, dient das Fehlersignal &thgr;n zur adaptiven Aktualisierung von Anzapfpunkt-Koeffizienten (nicht dargestellt) des linearen Entzerrers 50. In zahlreichen örtlichen Netzwerken (LAN), digitalen Teilnehmerleitungen (DSL) und anderen Anwendungen enthält das Rauschen &xgr;(t) manchmal eine oder mehrere dominante Hochfrequenz-(HF-)Störer. Unglücklicherweise verschlechtert das Vorhandensein erkennbarer HF-Störung die Leistungsfähigkeit im Empfänger, der nur von einem linearen Entzerrer Gebrauch macht.

Wie im Stand der Technik bekannt, wird die Auswirkung der HF-Störung dann gelindert, wenn ein Feedback-Filter in dem Entzerrer verwendet wird. Um die Entzerrungsleistung bei HF-Störungen zu verbessern, wurden in diesem Zusammenhang von Fachleuten DFEs vorgeschlagen. Im vorliegenden Zusammenhang wird ein typischer DFE als herkömmlicher oder konventioneller DFE (CDFE) bezeichnet. 2 zeigt den beispielhaften Aufbau eines CDFE 90, der von einem Feedforward-Filter 60 und einem Feedback-Filter 70 Gebrauch macht.

In beiden 1 und 2 ist w(t) definiert als Gesamt-Impulsantwort des Signalwegs, sodass gilt: w(t) = s(t) ⨂ h(t) ⨂ c(t)(1) wobei ⨂ die Faltung bedeutet, s(t), h(t) die Impulsantworten des Formfilters, des Kanals bzw. des Filters des Entzerrers sind. Für den in 1 gezeigten linearen Entzerrer wird das Entzerrer-Ausgangssignal (y)t angeschrieben in der Formel y(t) = &agr;(t) ⨂ w(t)(2)

In der 1 bedeutet &agr;(t) eine Sequenz realer Symbole &agr;n. Wenn das Ausgangssignal y(t) bei zeitlichen Augenblicken t = nT abgetastet wird, gilt

Bei dem Abtastzeitpunk nT in der Gleichung (3) bedeutet der erste Term das Soll-Symbol, der zweite Termin beinhaltet die Vorläufer-Kanalsymbole, der dritte Term beinhaltet die Nachläufer-Symbole und der letzten Term &xgr;n bedeutet additives Rauschen. 3 zeigt eine Interpretation der rechten Seite der Gleichung (3) im Zeitbereich der Impulsantwort. Im Fall der 2, in welchem der Entzerrer ein Feedback-Filter enthält, wird die Gleichung (3) folgendermaßen geschrieben:

wobei &agr;^n ein abgekapptes Symbol ist. Die Gleichung (4) stellt eine andere Ansicht des Entzerrers dar, gemäß der das Ausgangssignal des Entzerrers yn die Subtraktion des Ausgangssignals ynf des Feedforward-Filters und des Ausgangsssignals zn des Rückkopplungsfilters ist. Die rechte Seite der Gleichung (4) bedeutet, dass, wenn die vorhergehenden Entscheidungen korrekt sind, das heißt, der dritte Term
den Wert Null hat, das Ausgangssignal yn des Entzerrers gerade durch das laufende Symbol &agr;nw0, den Vorläufer ISI und den Rauschterm &xgr;(n) bestimmt zu werden braucht.

Es sei nun eine Kostenfunktion eines CDFE betrachtet, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Zum Zweck der Analyse ist ein zweidimensionaler CDFE 100 in 4 dargestellt, der von einer Phasentrenn-Filterstruktur Gebrauch macht. Der CDFE 100 enthält einen Analog-Digital-(A/D-)Wandler 105, ein nichtrekursives Gleichphasen-Filter (FIR-Filter) 110, einen Quadratur-Phasen-FIR-Filter 150, Symbol-Abkapper 115 und 155, Feedback-Filter 120, 125, 160, 165 sowie Addierer 130, 135, 170 und 175.

Der CDFE 100 minimiert die folgende Kostenfunktion: CF = E[|YnA^n|2](5) wobei A^n das komplexe Ausgangssignal des Abkappers ist. Wie in 4 gezeigt ist, besteht das Ausgangssignal des Entzerrers Yn aus zwei Komponenten Yf,n und Zn: Yn = Yf,n – Zn,(6) wobei Yn = yn + jy~n, Yf,n = yf,n + jy~f,n und Zn = zn = + jz~n. Damit ist das Eingangssignal des Abkappers Yn die Subtraktion des Ausgangssignals Yf,n des Feedforward-Filters und des Ausgangssignals Zn des Feedback-Filters. Die Vektoren der Eingangssignale des Feedback-Filters sind folgendermaßen definiert: &agr;^Tn = [&agr;^n-1, ..., &agr;^n-k-1](7) und b^Tn = [b^n-1, ..., b^n-k-1(8)

Man beachte, dass die Eingangssignale des Feedback-Filters verzögerte Versionen der abgekappten Symbole sind. Da es zwei Vektoren von Eingangssignalen gibt, nämlich &agr;^n und b^n und außerdem zwei Feedback-Filter, die b^1,n und b^2,n sind, ergeben sich folgende Ausgangsgrößen: zn = bT1,na^n + bT2,nb^n(9) und z~n = bT1,nb^n – bT2,na^n.(10)

Die Kostenfunktion in der Gleichung (5) eignet sich für den LMS-Algorithmus. Dies bedeutet, dass gute Leistung dann erreicht wird, wenn korrekte Entscheidungen in der Form A^n vorhanden sind.

Filter-Adaptations-Algorithmus für einen CDFE

In diesem Abschnitt werden Dauerzustands-Filteradaptions-Algorithmen für einen CDFE mit Phasenauftrennstruktur gemäß 4 abgeleitet. Die Gradienten der Kostenfunktion in der Gleichung (5) in Bezug auf die Feedforward-Filter-Vektoren cn und dn entsprechen: ∇c = 2E[er,nrn](11) und ∇d = 2E[e~r,nrn].(12)

Unter Verwendung dieser beiden Gleichungen in einem stochastischen Gradienten-Algorithmus erhält man die folgenden Anzapfpunkt-Aktualisierungs-Algorithmen für den LMS-Algorithmus: cn+1 = cn – &mgr;enrn = cn – &mgr;(yn&agr;~n)rn,(13) dn+1 = dn – &mgr;e~nrn = dn – &mgr;(y~n – bn)rn(14) wobei &mgr; die Schrittweite für das Feedforward-Filter ist. Die Gradienten der Kostenfunktion in der Gleichung (5) bezüglich der Rückkopplungs-Anzapfvektoren b1,n und b2,n lauten: b1 = –2E[ena^n + e~nb^n](15) und b2 = –2E[enb^n + e~na^n](16)

Die folgenden Anzapfpunkt-Aktualisierungs-Algorithmen für das Feedback-Filter ergeben sich wie folgt: b1,n+1 = b1,n + &mgr;b[ena^n + e~nb^n],(17) b2,n+1 = b2,n + &mgr;b[enb^ne~na^n],(18) wobei &mgr;b die Schrittweite des Feedbacks-Filters ist und en = yn&agr;^n e~n = y~nb^n.(19)

Probleme mit dem Blind-CDFE

Wie im Stand der Technik bekannt, besteht die Möglichkeit, mit einem CDFE eine vielversprechende Dauerzustands-Leistungsfähigkeit zu erreichen, wobei allerdings während des Blind-Startvorgangs keine guten Ergebnisse garantiert werden können. Die Bedingung dafür, dass ein Feedback-Filter konvergiert, besteht darin, den Ausdruck

in Gleichung (4) gegen Null konvergiert, was nur dann geschehen kann, wenn die Entscheidungen &agr;^n korrekt sind. Für ein CDFE kann diese Bedingung während des Blind-Startvorgangs nicht erfüllt werden.

Beispielsweise ist in 5 eine CDFE-Filterstruktur während es Blind-Startvorgangs unter Verwendung einer RCA-Blind-Startmethode dargestellt (es sei angemerkt, dass für die Signalpfade in den 5, 7, 8, 9, 10, 12 und 13 die komplexe Schreibweise verwendet wird, um entweder eindimensionale oder zweidimensionale Signale darzustellen, zum Beispiel Yf,n). Wie in 5 gezeigt ist, wird während des Blindstarts der RCA-Blindentzerrungs-Algorithmus sowohl für das Feedforward-Filter 905 als auch das Feedback-Filter 915 eingesetzt. Ein 4-Punkte-Abkapper 910 dient zum Generieren von Eingangssymbolen für das Feedback-Filter 915. Der RCA verwendet den 4-Punkte-Abkapper zum Reduzieren der Wahrscheinlichkeit einer Falschentscheidung in statistischem Sinn.

Unter Verwendung des RCA-Blindstartverfahrens wird die Gleichung (4) zu:

wobei R eine in dem RCA-Verfahren verwendete Konstante ist (vgl. beispielsweise das oben erwähnte US-Patent von Werner et al. hinsichtlich einer detaillierten Beschreibung der unterschiedlichen Blindstart-Möglichkeiten). Im Ergebnis wird unter Rückbezug zu der 4 die Kostenfunktion für die zweidimensionale Struktur zu: CF = E[(Yn – R sgn(Yn)2],(21) wobei das Ausgangssignal Yn des Entzerrers in der Gleichung (6) definiert ist.

Für ein CDFE, welches direkt von dem RCA-Blind-Algorithmus Gebrauch macht, ändert sich das Entscheidungs-Symbol &agr;^n in der Gleichung (4) zu dem Term Rsgn(yn) in der Gleichung (20). Hierdurch gelangt der Term

ersichtlich dazu, gegen Null zu Konvergieren, wenn mehr als zwei Werte für die Symbole &agr;n-m verwendet werden. Wie oben angemerkt, verringert der 4-Punkte-Abkapper 910 die Wahrscheinlichkeit für Fehlentscheidungen in statistischem Sinn. Dies ist dem Feedforward-Filter 905, allerdings nicht dem Feedback-Filter 915 zuträglich, weil letzteres die korrekten Eingabesignale benötigt, um die Nachläufer auszulöschen. Wenn die korrekten Symbole dem Feedback-Filter 915 nicht zugeführt werden, kommt es zu einer Fehlerausbreitung, und sowohl das Feedforward-Filter 905 als auch des Feedback-Filter 915 kommt nicht zur richtigen Konvergierung.

Algorithmische Strukturen eines Abkappsymbol-DFE

Gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept werden die Blindstart-Schwierigkeiten eines DFE dann überwunden, wenn das Feedforward-Filter und das Feedback-Filter separat während des Blindstartvorgangs trainiert werden. Ein beispielhaftes Verfahren ist in 6 gezeigt.

Eine Blindstart-Prozedur unter Verwendung eines Übergangs-Algorithmus' kann plangesteuert, ereignisgesteuert oder beides sein. Bei einem plangesteuerten Verfahren erfolgt das Umschalten zwischen zwei verschiedenen Anzapfpunkt-Aktualisier-Algorithmen nach einer gewissen festen Anzahl M von Iterationen (die beispielsweise mit Hilfe eines Zählers bestimmt werden). Bei einem ereignisgesteuerten Verfahren tritt das Umschalten dann auf, wenn eine gewisse Qualität der Augenöffnung erreicht ist. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass man die MSE andauernd überwacht und die Umschaltung vornimmt, wenn die MSE unterhalb eines gewissen Schwellenwerts T liegt. Werte für M und T hängen ab von dem Anwendungsfall und bestimmen sich experimentell. Beispielhaft zeigt 6 ein plangesteuertes Verfahren (ein ereignisgesteuertes Verfahren ist ähnlich und wird hier nicht beschrieben).

Im Schritt 205 wird das Feedforward-Filter unter Verwendung eines auf Statistik beruhenden oder Blind-Entzerrungs-Algorithmus, beispielsweise RCA oder MMA, der bekanntlich für einen linearen Entzerrer funktioniert und von statistischer Kenntnis der Symbole Gebrauch macht, trainiert. Im Schritt 210 allerdings wird das Feedback-Filter mit einem Algorithmus, beispielsweise LMS trainiert, der eine Kostenfunktion minimiert, die bezüglich der aktuellen Symbole der Signalkonstellation definiert ist und nicht von statistischer Kenntnis der Symbole Gebrauch macht, das heißt, Symbol-basiert ist.

Wie im Schritt 215 gezeigt ist, dient der SDFE-Algorithmus solange, bis die Anzahl der Iterationen n größer als M ist. Ist dieser Zustand erst erreicht, schaltet der Übergangs-Algorithmus um um Verwendung des LMS-Algorithmus im Schritt 230. Wenn schließlich die Augenöffnungen noch größer sind, beispielsweise bis hin zu einem MSE kleiner oder gleich groß T, schaltet der Empfänger in den Dauerzustandsmodus um.

Gemäß den Prinzipien der Erfindung ist ein neuer eindimensionaler CDFE in 7 dargestellt, bei dem ein Blind-RCA-Algorithmus für das Feedforward-Filter 955 und der LMS-Algorithmus für das Feedback-Filter 965 kombiniert sind. Bei diesem neuen CDFE-Algorithmus öffnet das Feedforward-Filter 955 das Auge mit der RCA, und das Feedback-Filter 965 führt eine Nachecho-Auslöschung mit dem LMS-Algorithmus durch.

Im Allgemeinen wird der in 7 gezeigte DFE hier als Symbol-Abkappungs-DFE (SDFE) deshalb bezeichnet, weil ein Symbol-Abkapper während des Trainings für das Feedback-Filter verwendet wird. Dieses SDFE-Verfahren verbessert die Konvergenzleistung während des Blindstarts. Vergleicht man die 5 und 7, so unterscheiden sich die Eingangssignale für das Feedback-Filter und die Anzapfpunkt-Aktualisierungs-Algorithmen für das Feedback-Filter. Für den in 5 gezeigten CDFE werden die Symbole A^r,n als Eingangssignale in das Feedback-Filter 915 eingegeben, während A^r,n die Ausgangsgrößen des 4-Punkte-Abkappers 910 sind. In anderen Worten: In 5 wird von RCA für das Feedback-Filter Gebrauch gemacht. Im Gegensatz dazu wird bei dem in 7 gezeigten SDFE von Eingangssignalen des Feedback-Filters 965 Gebrauch gemacht, die Ausgangssymbole A^n des Symbol-Abkappers 960 sind. Für ein 16-CAP-System beispielsweise ist dies ein 16-Punkte-Abkapper. In 7 dienen die LMS-Algorithmen für das Feedback-Filter 965. Auf diese Weise und gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept arbeitet das Feedforward-Filter mit einem Blind-Algorithmus, und das Feedback-Filter arbeitet mit dem LMS-Algorithmus oder dem Symbolbasierten Algorithmus.

Gemäß den Prinzipien der Erfindung können mehrere Typen von Blind-Entzerrungs-Algorithmen während des Blindstarts verwendet werden, so zum Beispiel RCA, CMA und MMA. RCA wird üblicherweise deshalb als Blind-Entzerrungs-Algorithmus eingesetzt, weil es am einfachsten zu implementieren ist. CMA ist zuverlässig, allerdings wegen der Verwendung eines Rotators teuer. MMA ist ein neuer Blind-Algorithmus, der ursprünglich in der oben angesprochenen anhängigen US-Patentanmeldung von Werner et al. vorgeschlagen wurde. MMA stellt einen guten Kompromiss zwischen Kosten und Leistung dar, insbesondere für die Phasenauftrennungs-Filterstruktur.

SDFE-RCA

Der in 7 dargestellte SDFE wird hier auch als SDFE-RCA bezeichnet, weil er von dem RCA als Blind-Entzerrungsmethode für ein Feedforward-Filter Gebrauch macht. In 7 minimiert der RCA die folgende Kostenfunktion für das Feedforward-Filter. CFf = E[|Yn – Ar,n|2] = E[|Yn – Rsgn(Yn)|2](22) wobei CF, sich auf die Kostenfunktion für den Feedforward-Weg bezieht. Die Vektoren von Symbol-gekappten Eingangssignalen, die für das Feedback-Filter benutzt werden, sind gegeben durch: &agr;^Tn = [&agr;^n-1, ...,&agr;^n-k-1](23) und b^Tn = [b^n-1, ...,b^n-k-1](24)

Weil die Eingangssignale für das Feedback-Filter verschieden sind von jenen des Blind-CDFE, muss eine neue Kostenfunktion entwickelt werden. Wie in 7 gezeigt ist, dient der LMS-Algorithmus als Anzapfpunkt-Adaptions-Algorithmus für das Feedback-Filter. Wie im Stand der Technik bekannt, lautet die Kostenfunktion für den LMS-Algorithmus: CFb = E[|YnA^n|2](25) wobei CFb sich auf die Kostenfunktion des Feedback-Filters bezieht.

SDFE-MMA

Nunmehr auf 8 bezugnehmend ist dort eine andere Abwandlung eines SDFE dargestellt, hier bezeichnet als SDFE-MMA, bei dem der MMA-Blind-Entzerrungs-Algorithmus für das Feedforward-Filter während des Blindstarts verwendet wird. 8 zeigt das Blockdiagramm eines SDFE-MMA-Filteraufbaus. Bei dem MMA minimiert der Algorithmus folgende Kostenfunktion: CFf = E[(y2n – R2) + (y~2n – R2)2,(26) wobei

(eine detaillierte Untersuchung der MMA findet sich in der oben erwähnten anhängigen US-Patentanmeldung von Werner et al.). Ähnlich wie bei dem SDFE-RCA sind die Eingangsgrößen des Feedback-Filters die Ausgangssignale des Symbol-Abkappers, definiert durch die Gleichungen (23) und (24). Allerdings unterscheidet sich der Anzapfpunkt-Adapations-Algorithmus für das Feedback-Filter gegenüber dem SDFE-RCA. Im Gegensatz zu dem RCA, bei dem es sich um einen Algorithmus zweiter Ordnung handelt, handelt es sich bei dem MMA um einen statistischen Algorithmus vierter Ordnung. Allerdings ist LMS ein Algorithmus zweiter Ordnung. Um ähnliche Konvergenzraten zu erzielen, ist es wünschenswert, den LMS-Algorithmus auf einen Algorithmus vierter Ordnung einzustellen. Die Kostenfunktion des Feedback-Filters wird entsprechend eingestellt auf eine Kostenfunktion vierter Ordnung, unter Bezug auf die abgekappten Symbole. Gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept wird dies erreicht durch: CFb = E[(y2n&agr;^2n)2 + (y~2n – b2n)2](27)

Im vorliegenden Zusammenhang wird die Gleichung (27) als verallgemeinerter LMS-Algorithmus vierter Ordnung bezeichnet (GLMS-4). Wie in 8 gezeigt ist, wird der MMA für das Feedforward-Filter verwendet, für das Feedback-Filter wird der GLMS-4-Algorithmus verwendet.

Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Konzepts sind möglich, dargestellt in den 9 und 10. In 9 dient der RCA für das Feedforward-Filter und GLMS-4 für das Feedback-Filter. In 10 dient MMA für das Feedforward-Filter und der LMS-Algorithmus für das Feedback-Filter. 9 und 10 zeigen alternative Ausführungsformen, die sich einfacher implementieren lassen. Allerdings werden der SDFE-RCA und der SDFE-MMA gemäß den 7 bzw. 8 deshalb empfohlen, weil die oben erwähnten Konvergenzraten-Erwägungen eine Rolle spielen. (Man beachte, dass bei Verwendung von CMA für das Feedforward-Filter beispielsweise in 10 ein Rotator hinter das Feedforward-Filter geschaltet werden muss.

Das erfindungsgemäße Konzept ist gleichermaßen anwendbar auf Rausch-Vorhersageentscheidungs-Feedback-Entzerrer (NPDFE). Wie weiter unten beschrieben wird, wird ein neuer NPDFE mit abgekappten Symbolen für das Feedback-Filter hier als SNPDFE bezeichnet. Aus Gründen der Vereinfachung sollen im Folgenden lediglich die Kostenfunktionen und die Filteradaptions-Algorithmen vorgestellt werden.

SNPDFE-RCA

Aus Gründen der Bezugnahme zeigt 11 einen zum Stand der Technik gehörigen NPDFE, der von einer Phasenauftrennstruktur Gebrauch macht. Erfindungsgemäß zeigt 12 den Aufbau eines SNPDFE mit einem Algorithmus zweiter Ordnung, hier als SNPDFE-RCA bezeichnet. Die Kostenfunktion für das Feedforward-Filter in 12 lautet: CFf = [|Yf,n – Rsgn(yf,n)|2].(28)

Die Eingangsgrößen für das Rückkopplungsfilter sind gegeben durch die Subtraktion zwischen den Entzerrer-Ausgangssignalen Yf,n und den Abschaltungs-Ausgangsgrößen An: e^Ti,n = [&agr;^n-1 – yn-1, ...,&agr;^n-k-1 – yn-k-1](29) und e^Tq,n = [b^n-1 y~n-1, ..., b^n-k-1y~n-k-1].(30)

Die Kostenfunktion für das Rückkopplungsfilter ist die gleiche, wie sich durch die Gleichung (25) gegeben ist. Wenn die in den Gleichungen (29) und (30) definierten Eingangs-Vektoren gegeben sind, sind die Eingangssignale für Abkappschaltung in der Gleichung (25) gegeben durch: yn = yf,n – zn = yf,n – (b1,nei,n + b2,neq,n)(31) und y~n = y~f,nz~n = y~f,n – (b1,neq,n – b2,nei,n).(32) SSNPDFE-MMA

13 zeigt einen Aufbau eines SNPDFE-Algorithmus vierter Ordnung, hier bezeichnet als SNPDFE-MMA. Die Eingangssignale des Feedback-Filters sind die gleichen wie bei dem SNPDFE-RCA, gegeben durch die Gleichungen (29) und (30). Allerdings unterscheiden sich die Kostenfunktionen für das Feedforward-Filter einerseits und das Feedback-Filter andererseits. Für das Feedforward-Filter lautet die Kostenfunktion: CFf = E(y2f,n – R2)2 + (y~2f,n – R2)2.(33)

Die Kostenfunktion für das Feedback-Filter ist die gleiche wie die in der Gleichung (27) definierte Funktion für den SDFE-MMA, wobei die Eingangssignale für das Feedback-Filter durch die Gleichungen (29) und (30) und die Eingangssignale für den Abkapper gemäß den Gleichungen (31) und (32) erhalten werden.

Filteradaption

In diesem Abschnitt werden die Anzapfpunkt-Aktualisierungs-Algorithmen vorgestellt. Aus Gründen der Vereinfachung werden lediglich zwei Abwandlungen des SDFE beschrieben.

SDFE-RCA

Für den SDFE-RCA wird die übliche RCA-Blind-Entzerrungsmethode für das Feedforward-Filter verwendet. Die Kostenfunktion des RCA ist durch die Gleichung (22) dargestellt, und der Aktualisierungs-Algorithmus für den Anzapfpunkt des Gleichphasen-Anzapf-Vektors cn und den Quadratur-Anzapfpunkt-Vektor dn lauten: cn+1 = cn – &mgr;(yn – Rsng(yn))rn,(34) dn+1 = dn – &mgr;(y~n – Rsng(y~n)rn.(35)

Die Kostenfunktion für den SDFE unterscheidet sich von jener des Blind-CDFE. Für das Rückkopplungsfilter ist die Kostenfunktion des SDFE in der Gleichung (25) definiert, die die gleiche ist wie der LMS-Algorithmus. Die Anzapfpunkt-Aktualisierungs-Algorithmen sind gegeben: b1,n+1 = b1,n + &mgr;b((yn&agr;^n)&agr;^n + (y~nb^n)b^n),(36) b2,n+1 = b2,n + &mgr;b((yn&agr;^n)b^n – (y~nb^n)a^n).(37) wobei die Vektoren a^n und b^n in den Gleichungen (23) und (24) definiert sind.

SDFE-MMA

Die Abgriffpunkt-Aktualisierungs-Algorithmen für den SDFE-MMA werden im Folgenden hergeleitet. Wir oben beschrieben wurde, ist in 8 ein beispielhafter Aufbau für einen SDFE-MMA dargestellt. Wiederum wird der MMA für das Feedforward-Filter verwendet. Die Anzapfpunkt-Aktualisierungs-Algorithmen für die MMA-Kostenfunktion sind gegeben durch: cn+1 = cn – &mgr;yn(y2n – R2)rn,(38) dn+1 = dn – &mgr;y~n(y~2n – R2)rn.(39)

Bei der SDFE-MMA sind die Eingangssignale des Feedback-Filters die gleichen wie bei dem SDFE-RCA. Um allerdings die Konvergenzrate in Übereinstimmung mit dem System zu bringen, wird der LMS-Algorithmus zu einem LMS-Algorithmus vierter Ordnung modifiziert, wie er durch die Gleichung (27) gegeben ist. Die Gradienten der Kostenfunktion in der Gleichung (27) in Bezug auf die Rückkopplungs-Anzapfpunkt-Vektoren b1,n und b2,n lauten:

Aktualisiert werden die Abgriffe in die entgegengesetzte Richtung der Gradienten. Im Ergebnis erhält man folgende Aktualisierungs-Algorithmen für die Abgriffpunkte: b1,n+1 = b1,n + &mgr;b[(y2n&agr;^2n)yna^n + (y~2nb^2n)y~nb^n](42) und b2,n+1 = b2,n + &mgr;b[(y2n&agr;^2n)ynb^n – (y~2nb^2n)y~na^n].(43)

SNPDFE-RCA

Für die Kostenfunktion in der Gleichung (28) werden die Filter-Adaptions-Algorithmen für das Feedforward-Filter folgendermaßen hergeleitet: cn+1 = = cn – &mgr;(yf,n – Rsng(yf,n))rn(44) und dn+1 = = dn – &mgr;(y~f,n – Rsng(y~f,n))rn.(45) für die Kostenfunktion der Gleichung (25) und die Definition gemäß den Gleichungen (31) und (32) lauten die Adapations-Algorithmen für das Feedback-Filter: b1,n+1 = b1,n + &mgr;b[(yn&agr;^n)e^i,n + (y~nb^n)e^q,n](46) und b2,n+1 = b2,n + &mgr;b[(y~nb~n)e^ – (yn&agr;^n)e^q,n)(47) wobei die Vektoren e^i,n und e^q,n in den Gleichungen (29) und (30) definiert sind.

SNPDFE-MMA

Für die in Gleichung (33) dargestellte Kostenfunktion sind die Filteradaptions-Algorithmen für das Feedforward-Filter gegeben durch: cn+1 = cn – &mgr;yf,n(y2f.n – R2)rn(48) und dn+1 = dn – &mgr;y~f,n(y~2f.n – R2)rn.(49)

Für die in Gleichung (27) dargestellte Kostenfunktion und die Definition gemäß der Gleichungen (31) und (32) leiten sich die Aktualisierungs-Algorithmen für das Feedback-Filter folgendermaßen her: b1,n+1 = b1,n + &mgr;b[(y2n&agr;^2n)yne^i,n + (y~2nb^2n)y~ne^q,n],(50) b2,n+1 = b2,n + &mgr;b[(y~2nb^2n)y~ne^i,n – (y2n&agr;^2n)y~ne^q,n](51)

Wie oben beschrieben wurde, wird ein neuer DFE-Algorithmus, hier als Symbolabgekappter DFE (SDFE) bezeichnet, zur Verbesserung der blinden Entzerrung verwendet. In dem SDFE verwendet das Feedforward-Filter eine Blind-Entzerrungs-Algorithmus, und das Feedback-Filter verwendet einen Symbol-basierten Algorithmus. Die kombinierte Verwendung eines Blind- und eines Symbolbasierten Algorithmus führt zu einer Verbesserung in der blinden Entzerrung.

Beispielhaftre Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Konzepts sind in den 14 und 15. dargestellt. 14 zeigt eine Ausführungsform eines digitalen Signalprozessors 400, der programmiert ist, um einen DFE gemäß den Prinzipien der Erfindung zu implementieren. Der digitale Signalprozessor 400 enthält eine zentrale Verarbeitungseinheit (Prozessor) 405 und einen Speicher 410. Ein Teil des Speichers 410 dient zum Speichern von Programmbefehlen, die bei Ausführung durch den Prozessor 405 den Betrieb des SDFE implementieren. Dieser Teil des Speichers ist mit 411 bezeichnet. Ein weiterer Teil 412 des Speichers dient zum Speichern von Abgriffpunkt-Koeffizientenwerten, die von dem Prozessor 405 gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept aktualisiert werden. Es sei angenommen, dass ein empfangenes Signal 404 an den Prozessor 405 gelangt, der dieses Signal gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept entzerrt, um ein Ausgangssignal 406 zu liefern. Lediglich als Beispiel sei angenommen, dass das Ausgangssignal 406 eine Sequenz Ausgabe-Abtastwerten eines Entscheidungs-Rückkopplungsentzerrers darstelle. (Wie im Stand der Technik bekannt, kann ein digitaler Signalprozessor zusätzlich empfangene Signale 404 verarbeiten, bevor das Ausgangssignal 406 gebildet wird). Ein beispielhaftes Softwareprogramm wird hier deshalb nicht angegeben, weil nach dem Erfassen des erfindungsgemäßen Konzepts gemäß dem in 6 gezeigten Flussdiagramm ein solches Programm für den Fachmann erstellbar ist. Außerdem sei angemerkt, dass mögliche Entzerrerstrukturen, wie sie oben bereits angesprochen wurden, von dem digitalen Signalprozessor 400 gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept implementiert werden können.

15 zeigt ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Konzepts. Die Schaltung 500 enthält eine zentrale Verarbeitungseinheit (Prozessor) 505 und einen Entzerrer 510. Letzterer sei ein DFE. Es sei angenommen, der Entzerrer 510 enthalte mindestens zwei Anzapfpunkt-Koeffizienten-Register zum Speichern von Werten, die Anzapfpunkt-Koeffizienten-Vektoren im Feedforward- und Feedback-Filter entsprechen. Der Prozessor 505 enthält einen nicht dargestellten Speicher, ähnlich dem in 14 dargestellten Speicher 410, zum Implementieren der SDFE-Algorithmen. Das Ausgangssignal 511 des Entzerrers, welches eine Sequenz von Entzerrer-Ausgangs-Abtastwerten repräsentiert, gelangt an den Prozessor 505, der das Entzerrerausgangssignal 510 gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept analysiert, um die Werte der Abgriff-Koeffizienten derart anzupassen, dass eine Konvergenz gegen eine korrekte Lösung stattfindet.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Konvergieren eines Entzerrers mit einem Feedforward-Teil und einem Feedback-Teil, umfassend folgende Schritte:

    Gebrauch-Machen von einer statistikbasierten Entzerrungsmethode zum Konvergieren des Feedforward-Teils, und

    Gebrauch-Machen von einer symbolbasierten Entzerrungsmethode zum Konvergieren des Feedback-Teils.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die statistikbasierte Entzerrungsmethode auf entweder einem reduzierten Konstellationsalgorithmus RCA oder einem Konstant-Modulus-Algorithmus MA oder einem Multimodulus-Algorithmus MMA basiert.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die symbolbasierte Entzerrungsmethode auf einem Algorithmus der kleinsten quadratischen Abweichung beruht.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die symbolbasierte Entzerrungsmethode auf einem Algorithmus der kleinsten quadratischen Abweichung vierter Ordnung beruht.
  5. Vorrichtung, umfassend:

    ein Feedback-Filter (965);

    ein Feedforward-Filter (955);

    einen N-Symbol-Begrenzer (970), der auf ein angelegtes Signal (Yn) einwirkt, welches als eine Funktion von Ausgangssignalen des Feedback-Filters und des Feedforward-Filters gebildet wird, um eine erste Sequenz von Symbolen (A^r,n) zu erzeugen, die aus einer Konstellation entnommen sind, welche N Symbole umfasst;

    einen M-Symbol-Begrenzer (960), der auf ein angelegtes Signal (Yn) einwirkt, um eine zweite Sequenz (A^n) von Symbolen zu generieren, die aus einer Konstellation von M Symbolen entnommen sind, wobei N < M;

    wobei das Feedforward-Filter konfiguriert ist, um als eine Funktion von Werten der ersten Sequenz von Symbolen angepasst zu werden, und das Feedback-Filter konfiguriert ist, um als eine Funktion von Werten der zweiten Sequenz von Symbolen angepasst zu werden.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der das Feedforward-Filter dazu konfiguriert ist, als eine Funktion eines Blind-Entzerrungs-Algorithmus angepasst zu werden, und das Feedback-Filter dazu konfiguriert ist, als eine Funktion eines symbolbasierten Algorithmus angepasst zu werden.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei dem das Feedback-Filter konfiguriert ist, um unter Verwendung eines Algorithmus' basierend auf der kleinsten quadratischen Abweichung als symbolbasierter Algorithmus zu konvergieren.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei dem das Feedback-Filter konfiguriert ist, um unter Verwendung eines Algorithmus auf der Grundlage der kleinsten quadratischen Abweichung vierter Ordnung als symbolbasierter Algorithmus zu konvergieren.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei dem das Feedforward-Filter und das Feedback-Filter konfiguriert sind zur Bildung eines Entzerrers mit Entscheidungsrückkopplung.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei dem das Feedforward-Filter und das Feedback-Filter dazu konfiguriert sind, einen Rauschvorhersage-Entzerrer mit Entscheidungsrückkopplung zu bilden.
Es folgen 9 Blatt Zeichnungen






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