一种消除码间干扰的方法及系统与流程

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种消除码间干扰的方法及系统。

背景技术：

目前，短距离无线通信的传输速率及信号带宽越来越高，且由于信道密集多径延时，往往造成严重的码间干扰，因此，需要通过自适应均衡器来消除码间干扰。

现有的均衡器设计方法通常先通过载波跟踪恢复出正确的载波，再通过均衡器进行均衡处理。具体来说，现有的均衡器包括很多种，例如，判决反馈均衡(DFE)和单载波频域均衡(SC-FDE)。其中，DFE利用之前判决符号的信息来对下一个符号做判决，反馈的作用是将之前正确的符号送入前馈，以消除之前检测符号引起的符号间干扰，从而判决下一个符号；SC-FDE利用正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)中循环前缀的思想，在发端加入循环前缀以克服数据块之间的干扰，同时利用循环前缀将线性卷积转化为循环卷积，利用信道循环矩阵的可对角化特性，在接收端做简单的快速傅里叶变换(FFT，Fast Fourier Transformation)和其逆变换(IFFT，Inverse Fast Fourier Transform)来均衡信道。

然而，现有的DFE由于反馈环路的存在，因此数据吞吐率较低；而SC-FDE的计算复杂度较高。也就是说，现有的消除码间干扰的方法无法在提高数据吞吐率的同时，降低运算的复杂度。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种消除码间干扰的方法及系统，能够在提高数据吞吐率的同时，降低运算的复杂度。

本发明的技术方案是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供一种消除码间干扰的方法，方法包括：

将输入数据与第一载波相乘，获得第一输出数据，第一载波为通过载波跟踪装置恢复出的本地载波；

将第一输出数据输入到至少两路均衡器，并获得第二输出数据；

将第二输出数据作为最终输出数据进行输出，将第二输出数据输入到载波跟踪装置。

进一步的，在将输入数据与第一载波相乘获得第一输出数据之前，方法还包括：

利用载波跟踪装置对第二输出数据进行载波跟踪，并获得第一载波。

进一步的，将第一输出数据输入到至少两路均衡器，并获得第二输出数据，具体包括：

将第一输出数据分割为与至少两路均衡器对应的至少两路第一子数据；

将至少两路第一子数据输入到对应的至少两路均衡器；

根据至少两路第一子数据，及预设的各均衡器的均衡器系数，获得与至少两路均衡器对应的至少两路第二子数据；

根据至少两路第二子数据生成第二输出数据。

进一步的，载波跟踪装置包括鉴相器组、环路滤波器、累加器和映射器，利用载波跟踪装置对第二输出数据进行载波跟踪并获得第一载波，具体包括：

将第二输出数据输入到鉴相器组获得相位误差；

将相位误差输入到环路滤波器获得相位偏移量；

将相位偏移量输入到累加器获得当前载波相位；

将当前载波相位输入到映射器获得第一载波。

进一步的，鉴相器组的相位误差提取方程为：

Δθ＝f(y(L_n))+f(y(L_n+1))+…+f(y(L_n+L-1))

其中，y(L_n)是第二输出数据中的第n路均衡器输出的数据，0<n<L，Δθ为鉴相器组提取的相位误差。

第二方面，本发明实施例提供一种消除码间干扰的系统，系统包括乘法器、并行均衡器组、输出装置和载波跟踪装置，其中：

乘法器，用于将输入数据与第一载波相乘，获得第一输出数据，第一载波为通过载波跟踪装置恢复出的本地载波；

并行均衡器组，用于根据乘法器获得的第一输出数据获得第二输出数据，并行均衡器组包括至少两路均衡器；

输出装置，用于将并行均衡器组获得的第二输出数据作为最终输出数据进行输出；

载波跟踪装置，用于根据并行均衡器组获得的第二输出数据输出第一载波。

进一步的，载波跟踪装置，具体用于：

对第二输出数据进行载波跟踪，并获得第一载波。

进一步的，并行均衡器组，具体用于：

将乘法器获得的第一输出数据分割为与至少两路均衡器对应的至少两路第一子数据；将至少两路第一子数据输入到对应的至少两路均衡器；根据至少两路第一子数据，及预设的各均衡器的均衡器系数，获得与至少两路均衡器对应的至少两路第二子数据；根据至少两路第二子数据生成第二输出数据。

进一步的，载波跟踪装置包括鉴相器组、环路滤波器、累加器和映射器，载波跟踪装置，具体用于：

将第二输出数据输入到鉴相器组获得相位误差；

将相位误差输入到环路滤波器获得相位偏移量；

将相位偏移量输入到累加器获得当前载波相位；

将当前载波相位输入到映射器获得第一载波。

进一步的，鉴相器组的相位误差提取方程为：

Δθ＝f(y(L_n))+f(y(L_n+1))+…+f(y(L_n+L-1))

其中，y(L_n)是第二输出数据中的第n路均衡器输出的数据，0<n<L，Δθ为鉴相器组提取的相位误差。

本发明实施例提供了一种消除码间干扰的方法及系统，通过将输入数据与第一载波相乘，获得第一输出数据，第一载波为通过载波跟踪装置恢复出的本地载波；将第一输出数据输入到至少两路均衡器，并获得第二输出数据；将第二输出数据作为最终输出数据进行输出，将第二输出数据输入到载波跟踪装置。采用本发明实施例提供的技术方案，由于采用了包括至少两路均衡器的均衡器组同时将多路数据进行处理，因而提高了数据吞吐率；同时，由于并行均衡器组与载波跟踪装置的算法运行简单，因而降低了运算的复杂度，可见，本发明实施例提供的消除码间干扰的方法及系统在提高数据吞吐率的同时，降低了运算的复杂度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种消除码间干扰的方法的流程示意图一；

图2为本发明实施例提供的一种消除码间干扰的方法的流程示意图二；

图3为本发明实施例提供的一种环路滤波器的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种消除码间干扰系统的结构示意图一；

图5为本发明实施例提供的一种消除码间干扰系统的结构示意图二；

图6为本发明实施例提供的一种有频偏时恢复出的载波相位图；

图7为本发明实施例提供的一种误码率曲线对比示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一

图1为本发明实施例提供的一种消除码间干扰的方法的流程示意图，参见图1所示，方法包括：

步骤101：将输入数据与第一载波相乘，获得第一输出数据，第一载波为通过载波跟踪装置恢复出的本地载波；

实际应用中，输入数据通常是复数数据，因此，将输入数据与第一载波相乘可以通过复数乘法器实现。

可理解的，通过将输入数据与第一载波相乘而获得第一输出数据，能够消除载波频偏的影响。

示例性的，参考图2所示，在步骤101之前，方法还包括步骤100，其中，步骤100具体为：

步骤100：利用载波跟踪装置对第二输出数据进行载波跟踪，并获得第一载波。

需要说明的是，载波跟踪通常用于恢复出正确的载波，从而解决载波频偏的问题。

进一步的，载波跟踪装置包括鉴相器组、环路滤波器、累加器和映射器，步骤100包括步骤1001-步骤1004，其中，步骤1001-步骤1004具体如下：

步骤1001：将第二输出数据输入到鉴相器组获得相位误差；

步骤1002：将相位误差输入到环路滤波器获得相位偏移量；

步骤1003：将相位偏移量输入到累加器获得当前载波相位；

步骤1004：将当前载波相位输入到映射器获得第一载波。

以下，对载波跟踪装置包括的鉴相器组、环路滤波器、累加器和映射器进行说明，其中：

1、鉴相器用于提取第二输出数据，即并行均衡器组输出的数据，能够计算出输出数据相对于理想星座图中数据的相位误差。

2、环路滤波器用于根据提取的相位误差计算本地载波与实际发送载波的相位变化量，如果本地载波的相位小于实际发送载波的相位，则产生一个正的相位偏移量，如果本地载波的相位大于实际发送载波的相位，则产生一个负的相位偏移量。

3、累加器用于将得到的载波相位偏移量通过累加得到当前载波相位。

4、映射器用于根据当前载波相位通过映射表恢复出第一载波，即本地载波。并通过输入乘法器与输入数据相乘，实现对输入数据进行相位旋转。

如此一来，将第二输出数据依次输入到载波跟踪装置的鉴相器组、环路滤波器、累加器和映射器，利用载波跟踪装置对第二输出数据进行载波跟踪，并获得第一载波，即恢复出正确的本地载波。

优选的，鉴相器组的相位误差提取方程为：

Δθ＝f(y(L_n))+f(y(L_n+1))+…+f(y(L_n+L-1))

其中，y(L_n)是第二输出数据中的第n路均衡器输出的数据，0<n<L，Δθ为鉴相器组提取的相位误差。

可理解的，鉴相器组中的单个鉴相器的相位误差提取方程为：

f(y)＝-sgn(real(y))×sgn(imag(y))×sgn(real(y)+imag(y))×sgn(real(y)-imag(y))

其中，y为第二输出数据，即鉴相器组中的单个鉴相器的输入数据，f(y)为单个鉴相器提取的相位误差；根据载波跟踪环路的并行化得出鉴相器组的相位误差提取方程。

实际应用中，环路滤波器的结构有多种，例如，可以采用图3所示的常用结构。其中，系数K_P与K_i是环路滤波器的两个关键系数，分别用于控制载波跟踪的快慢和精度。K_P与K_i这两个参数的选取需要结合具体的应用环境，如载波频偏的大小、训练序列的长度等，通过仿真的方法计算其参考值。当然，本发明实施例对环路滤波器的结构的具体形式不做限定。

步骤102：将第一输出数据输入到至少两路均衡器，并获得第二输出数据；

需要说明的是，可以通过并行均衡器组实现将第一输出数据输入到至少两路均衡器，其中，并行均衡器组包括至少两路均衡器。并行均衡器组用于动态地估计无线信道的变化从而消除码间干扰。将第一输出数据输入到并行均衡器组能够解决码间干扰的问题。

可理解的，并行均衡器组由于包括至少两路均衡器，即将第一输出数据分别输入到并行均衡器组中的各个均衡器。具体的，图4示出了消除码间干扰系统的结构示意图，参考图4所示，第一输出数据分为至少两路即x[L_n：L_n+L-1]，数据x[L_n]输入第一路均衡器，数据x[L_n+1]输入第二路均衡器，依次类推，将数据x[L_n+L-1]输入第L路均衡器。可见，通过并行化均衡器组的结构，能够实现数据的并行处理，从而提高了数据吞吐率。

进一步的，步骤102具体包括：将第一输出数据分割为与至少两路均衡器对应的至少两路第一子数据；将至少两路第一子数据输入到对应的至少两路均衡器；根据至少两路第一子数据，及预设的各均衡器的均衡器系数，获得与至少两路均衡器对应的至少两路第二子数据；根据至少两路第二子数据生成第二输出数据。

实际中，至少两路均衡器可以由并行均衡器组实现，其中，并行均衡器组的更新方程，包括：

其中，x(L_n)是输入数据，y(L_n)是第二输出数据中的第n路均衡器输出的数据，0<n<L，W(n)是均衡器系数，d(n)是导师序列，e(L_n)是误差序列，μ是迭代步长。

需要说明的是，并行均衡器组中的每一路均衡器的更新方程为：

可理解的，根据并行均衡器组中的每一路均衡器的更新方程，通并行运算能够推导得到并行均衡器组的更新方程。

需要说明的是，均衡器采用线性均衡，通常采用基于梯度的算法，例如，最小均方误差算法(LMS，Least mean square)、迫零算法、最陡下降算法、递推最小二乘算法(RLS，Recursive Least Square)，以及各种盲均衡算法等。当然，自适应均衡器还可以采用其他算法实现自适应，例如，本发明实施例对自适应算法不做具体的限制。

另外，并行均衡器组的性能参数主要在于每一路均衡器的更新方程，若本发明实施例提供的一种消除码间干扰的方法的应用场景多为准静态信道场景，则均衡器系数更新的速度较慢，因此采用并行算法不会影响到系统的性能。

需要补充的是，由于并行均衡器组包括至少两路并联的均衡器，因此每次输出的第二输出数据的形式可以是并行输出L比特的并行数据，也可以是串行输出1比特的串行数据。需要说明的是，第二输出数据可以通过并串转换来更改形式。

需要说明的是，并行均衡器组的结构采用低延迟的设计方法，保证整个环路的收敛性。并且由于通过并行化均衡器结构，实现了较高的数据吞吐率，例如，符号级速率高达300MSPS；并且能够同时克服符号间干扰和载波频偏的影响，并能满足后级译码器的误码率需求。

步骤103：将第二输出数据作为最终输出数据进行输出，将第二输出数据输入到载波跟踪装置。

实际应用中，将第二输出数据输入到载波跟踪装置以便经过若干次迭代后，使得整个系统能达到收敛状态，即最终输出数据既无载波频偏，又消除了码间干扰。

可理解的，并行均衡器组输出的第二输出数据既为最终输出数据进行输出，同时也用来输入到载波跟踪装置提取当前的载波相位误差，使得载波跟踪装置输出第一载波，从而令整个系统构成了一个环路。

实际应用中，通过在TSMC 0.13um的工艺下进行了流片，结果表明，本发明实施例提供了的消除码间干扰的方法的功耗仅为12.4mW，符号速率达300MSPS。也就是说，根据实践验证结果，本发明实施例提供了的消除码间干扰的方法，能够提高吞吐率和误码性能，节省了功耗。

本发明实施例提供了一种消除码间干扰的方法，通过将输入数据与第一载波相乘，获得第一输出数据，第一载波为通过载波跟踪装置恢复出的本地载波；将第一输出数据输入到至少两路均衡器，并获得第二输出数据；将第二输出数据作为最终输出数据进行输出，将第二输出数据输入到载波跟踪装置。采用本发明实施例提供的技术方案，由于采用了并行均衡器组同时将多路数据输入到各路均衡器处理，因而提高了数据吞吐率；同时，由于并行均衡器组与载波跟踪装置的算法运行简单，因而降低了运算的复杂度，可见，本发明实施例提供的消除码间干扰的方法及系统在提高数据吞吐率的同时，降低了运算的复杂度。

实施例二

图5为本发明实施例提供的一种消除码间干扰的系统的结构示意图，参考图5所示，系统包括乘法器101、并行均衡器组102、输出装置103和载波跟踪装置104，其中：

乘法器101，用于将输入数据与第一载波相乘，获得第一输出数据，第一载波为通过载波跟踪装置恢复出的本地载波；

并行均衡器组102，用于根据乘法器101获得的第一输出数据获得第二输出数据，并行均衡器组102包括至少两路均衡器；

输出装置103，用于将并行均衡器组102获得的第二输出数据作为最终输出数据进行输出；

载波跟踪装置104，用于根据并行均衡器组102获得的第二输出数据输出第一载波。

进一步的，载波跟踪装置104，具体用于：对第二输出数据进行载波跟踪，并获得第一载波。

进一步的，并行均衡器组102具体用于：将乘法器获得的第一输出数据分割为与至少两路均衡器对应的至少两路第一子数据；将至少两路第一子数据输入到对应的至少两路均衡器；根据至少两路第一子数据，及预设的各均衡器的均衡器系数，获得与至少两路均衡器对应的至少两路第二子数据；根据至少两路第二子数据生成第二输出数据。

实际应用中，并行均衡器组102的更新方程，包括：

其中，x(L_n)是输入数据，y(L_n)是第二输出数据中的第n路均衡器输出的数据，0<n<L，W(n)是均衡器系数，d(n)是导师序列，e(L_n)是误差序列，μ是迭代步长。

需要说明的是，并行均衡器组中的每一路均衡器的更新方程为：

可理解的，根据并行均衡器组中的每一路均衡器的更新方程，通并行运算能够推导得到并行均衡器组的更新方程。

需要说明的是，均衡器采用线性均衡，通常采用基于梯度的算法，例如，最小均方误差算法(LMS，Least mean square)、迫零算法、最陡下降算法、递推最小二乘算法(RLS，Recursive Least Square)，以及各种盲均衡算法等。当然，自适应均衡器还可以采用其他算法实现自适应，例如，本发明实施例对自适应算法不做具体的限制。

另外，并行均衡器组的性能参数主要在于每一路均衡器的更新方程，若本发明实施例提供的一种消除码间干扰的方法的应用场景多为准静态信道场景，则均衡器系数更新的速度较慢，因此采用并行算法不会影响到系统的性能。

需要补充的是，由于并行均衡器组包括至少两路并联的均衡器，因此每次输出的第二输出数据的形式可以是并行输出L比特的并行数据，也可以是串行输出1比特的串行数据。需要说明的是，第二输出数据可以通过并串转换来更改形式。

需要说明的是，并行均衡器组的结构采用低延迟的设计方法，保证整个环路的收敛性。并且由于通过并行化均衡器结构，实现了较高的数据吞吐率，例如，符号级速率高达300MSPS；并且能够同时克服符号间干扰和载波频偏的影响，并能满足后级译码器的误码率需求。

进一步的，载波跟踪装置104包括鉴相器组、环路滤波器、累加器和映射器，载波跟踪装置104具体用于：

将第二输出数据输入到鉴相器组获得相位误差；

将相位误差输入到环路滤波器获得相位偏移量；

将相位偏移量输入到累加器获得当前载波相位；

将当前载波相位输入到映射器获得第一载波。

以下，对载波跟踪装置包括的鉴相器组、环路滤波器、累加器和映射器进行说明，其中：

1、鉴相器用于提取第二输出数据，即并行均衡器组输出的数据，能够计算出输出数据相对于理想星座图中数据的相位误差。

2、环路滤波器用于根据提取的相位误差计算本地载波与实际发送载波的相位变化量，如果本地载波的相位小于实际发送载波的相位，则产生一个正的相位偏移量，如果本地载波的相位大于实际发送载波的相位，则产生一个负的相位偏移量。

3、累加器用于将得到的载波相位偏移量通过累加得到当前载波相位。

4、映射器用于根据当前载波相位通过映射表恢复出第一载波，即本地载波。并通过输入乘法器与输入数据相乘，实现对输入数据进行相位旋转。

如此一来，将第二输出数据依次输入到载波跟踪装置的鉴相器组、环路滤波器、累加器和映射器，利用载波跟踪装置对第二输出数据进行载波跟踪，并获得第一载波，即恢复出正确的本地载波。

进一步的，鉴相器组的相位误差提取方程为：

Δθ＝f(y(L_n))+f(y(L_n+1))+…+f(y(L_n+L-1))

其中，y(L_n)是第二输出数据中的第n路均衡器输出的数据，0<n<L，Δθ为鉴相器组提取的相位误差。

可理解的，鉴相器组中的单个鉴相器的相位误差提取方程为：

f(y)＝-sgn(real(y))×sgn(imag(y))×sgn(real(y)+imag(y))×sgn(real(y)-imag(y))

其中，y为第二输出数据，即鉴相器组中的单个鉴相器的输入数据，f(y)为单个鉴相器提取的相位误差；根据载波跟踪环路的并行化得出鉴相器组的相位误差提取方程。

实际应用中，环路滤波器的结构有多种，例如，可以采用图3所示的常用结构。其中，系数K_P与K_i是环路滤波器的两个关键系数，分别用于控制载波跟踪的快慢和精度。K_P与K_i这两个参数的选取需要结合具体的应用环境，如载波频偏的大小、训练序列的长度等，通过仿真的方法计算其参考值。当然，本发明实施例对环路滤波器的结构的具体形式不做限定。

本发明实施例提供了一种消除码间干扰系统，通过将输入数据与第一载波相乘，获得第一输出数据，第一载波为通过载波跟踪装置恢复出的本地载波；将第一输出数据输入到至少两路并行均衡器，并获得第二输出数据；将第二输出数据作为最终输出数据进行输出将第二输出数据输入到载波跟踪装置。采用本发明实施例提供的技术方案，由于采用了并行均衡器组同时将多路数据输入到各路均衡器处理，因而提高了数据吞吐率；同时，由于并行均衡器组与载波跟踪装置的算法运行简单，因而降低了运算的复杂度，可见，本发明实施例提供的消除码间干扰的系统在提高数据吞吐率的同时，降低了运算的复杂度。

在实际应用中，为了使整个系统经过若干次迭代后，能达到收敛状态，需要在初始运算时，输入一个初始的输入数据。具体的，以输入数据的格式为[训练序列，传输数据]为例进行说明。其中，训练序列是一段已知序列，用于使均衡器系数收敛到一个较稳定的状态，训练序列的数据个数为400，每个传输数据都为复数，实部和虚部的值都用8bit表示，值为32或-32。设置系统的初始状态为：并行均衡器组以两路并行为例，均衡器系数为[0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0]，初始载波相位设置为0或者由前级载波捕获模块给出，环路滤波器的参数K_P为64，与K_i为1，系统采用正交相移键控(QPSK，Quadrature Phase Shift Keying)的调制方式，存在10PPM的载波频偏，有视距的信道的情况下工作。

系统在运行过程中，首先处理数据个数为400的训练序列，使得均衡器系数收敛到一个较稳定的状态，载波跟踪装置得到一个较准确的载波相位，即系统处于一个相对稳定的状态；然后，再处理实际数据，由于无线信道是动态地，因此，在处理实际数据时，均衡器组会一直微调均衡器系数，不断地均衡变化着的信道，而载波跟踪装置则跟踪载波相位。

另外，需要说明的是，本发明实施例提供的消除码间干扰系统在实际运行时，需要在输入前经过前级模块的处理，在输出后需要经过后级模块(例如，译码器)的处理。可选的，在前级模块与本发明提供的消除码间干扰系统之间还可以增加一个数字自动增益控制(AGC，Automatic Gain Control)模块，用于控制输入数据的幅值起伏，例如将数据幅值控制在32左右。

通过对实际系统的仿真运行，对本发明实施例提供的消除码间干扰系统进行验证。具体的，图6示出了在有频偏时恢复出的载波相位图，可以看出，由于载波存在10PPM的载波频偏，因此，载波跟踪装置得到的载波相位是线性的。图7示出了误码率曲线对比示意图，其中，点状曲线表示前级模块(RAKE)的输出性能；圆形状曲线表示本发明实施例提供的消除码间干扰系统的输出性能；方形状曲线表示后级模块的输出性能；三角形状曲线表示QPSK调制在高斯白噪声信道下的理论误码曲线。从图7中可以看出，由于载波频偏的影响，前级模块的输出误码率为50％，即几乎全错。但是经过示本发明实施例提供的消除码间干扰系统处理之后，载波频偏和码间干扰均得到了消除，性能有了明显改善。随着信噪比的增加，误码率呈明显下降趋势，送入后级模块后，后级模块也能正确的工作，获得了明显的编码增益，实践中，在10dB下可以获得优于10^-5的误码性能。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。