CN1127248C - Cap接收机中的电平控制及自适应滤波 - Google Patents

Abstract

在一种具有一个用于转换输入信号的时钟调节的A/D转换器、一个数字电平调节器、一个具有两个并列滤波器的自适应调节接收滤波器及一个用于输出重组信号坐标的后级判定器的CAP接收机中，数字电平调节及自适应接收滤波被去耦，其中，或使数字电平调节有效或使自适应接收滤波的系数调节有效。

Description

CAP接收机中的电平控制及自适应滤波

本发明涉及一种自适应CAP接收机及尤其涉及一种用于控制自适应CAP接收机的各个调节回路的方法，以保证该接收机的稳定启动及稳定工作。

AT&T及Bellcore的论文“数字无载波AM/PM收发机的设计”(TEI.1.4/92-149，1992年8月19日)给出设计数字无载波CAP收发机及接收机的介绍，因此这里仅简短地描述其基本结构。

在大数据量的情况下对于通过用户线的双重数据传输已证实，分频多路方法尽管带宽需要量大仍比具有回波补偿的基带同信道同时双向通信方法更合适，因为在速度区域占优势的近端线路串话通过选择的滤波被抑制。因此对于在电话用户的连接区域中的快速数据传输将用关键词“VDSL”(甚高位速数字用户线)来讨论现今注册的方法、如QAM(正交调幅)及CAP(无载波调幅/调相)，因为由此可通过载频或中频的适当选择以简单的方式实现用于来回方向的不同频率范围。在此情况下，数据速率在约2Mbit/s至50Mbit/s的范围中变动。对此应能实现对称的或非对称的工作。对称工作、即两个方向上相同的数据速率，通常为商业应用所需要；而不对称工作、即两个方向上不同的数据速率，通常可满足个人范围的需要(对用户高数据速率，对服务提供者低数据速率)。

在ADSL(非对称数据用户线)标准中迄今离散多音调方法已标准化。但是也应考虑，在该应用范围中也应将具有CAP技术的注册方法标准化。

在一个CAP系统中，在发送侧将二进制数据组合成L位的组及将其传送给一个编码器。该编码器将2L个组合的每个整理成一个两维信号空间中的一个点，该两维信号空间由笛卡儿坐标(x，y)定义。该信号点也可被看作为复数平面中的点。

首先来考察CAP调制器。由时刻kT上的两个笛卡儿坐标ak及bk定义的、待传输的信号点将以时钟脉冲(符号速率)f_T＝1/T被采样并输出给分开的支通道，其中每个支通道具有一个发送滤波器。然后将两个支通道的信号相加及将该发送信号输出给传输通道。

在一个相应的被构成CAP发送机的配偶装置的CAP接收机中，被接收的输入信号以预定的采样时钟经受A/D转换。在数字A/D转换后将执行数字电平调节，以使接收信号/有效信号的电平尽可能与传输功率及原发送信号的串扰以及所有另外的带外干扰无关地被保持在一个恒定值上。在数字电平调节后，采样值被送到一对接收滤波器。在此情况下，该滤波器对的系数必需自适应地调节，其中从一个对一定线路长度配置的固定的系数组开始。在接收滤波后以符号速率f_T被采样并传送给一个判定器。该判定器具有其任务，即对每个接收的数值对分配接收数据。在有效的调节及干扰足够小的情况下使该接收值与发送的数据值相一致，尽管有一个恒定的延时及复数数据矢量±90°或±180°的附加转动。

该自适应CAP接收机总共包括三个调节回路，即采样时钟的调节、数字电平适配的调节及滤波系数的调节。由此出现一个问题，即在调节回路耦合的情况下不能保证CAP接收机的稳定性能。

因此，本发明的任务在于建立一种使CAP接收机的调节回路去耦的方法，以便保证CAP接收机的稳定性能，及提供一种相应的CAP接收机。

该任务将通过权利要求1及11中的特征来解决。本发明的优选构型是从属权利要求的主题。

根据本发明，为了调节一种具有一个用于转换输入信号的时钟调节的A/D转换器、一个数字电平调节器、一个具有两个并列滤波器的自适应调节接收滤波器及一个用于输出重组信号坐标的后级判定器的CAP接收机，将使数字电平调节及自适应接收滤波去耦，其中，或者使数字电平调节有效或者使自适应接收滤波的系数调节有效。

为了控制去耦，最好产生两个ENABLE信号，其中第一ENABLE信号启动数字电平调节，而第二ENABLE信号启动自适应接收滤波的系数调节。为了产生ENABLE信号，可使用两个判定误差的平均值及用于接收电平的平均值。在此情况下将用于接收电平的平均值与一个预定参考值相比较，其中当该平均值大于参考值时使第一ENABLE信号置1及使第二ENABLE信号置0。当该用于接收电平的平均值小于参考值时使第一ENABLE信号置0，但当平均判定误差小于一个预定阈值时才使第二ENABLE信号置1。

最好在启动阶段即CAP接收机起动时仅用四级CAP信号工作。

此外，这样地调节放大系数，即在接收滤波器对的输出端获得一个预定的电平值。

另外，为了控制系数的调节将使用相应的判定误差。

再者，将由判定器前面及后面的值以及滤波器对的系数导出时钟调节。

以下将借助附图来描述本发明的优选实施形式。

图1表示一个自适应CAP接收机的电路框图，

图2表示电平调节部分的电路框图，

图3表示系数调节部分的电路框图，

图4表示时钟调节部分的电路框图，

图5表示推导用于产生ENABLE信号的中间值的电路框图，及

图6表示产生ENABLE信号的电路框图。

图1表示一个自适应CAP接收机的电路框图。接收信号I将在一个A/D转换器1中以一个采样频率f_T整数倍的频率f_A(f_A＝w·f_T)被转换成数字接收信号。该A/D转换器的采样频率可通过时钟调节器2来调节。在A/D转换器1后面将由一个乘法器4及一个可调节的放大器5组成的电平调节器3执行数字电平调节，以使接收信的电平尽可能与传输功率及原发送信号的串扰以及所有另外的带外干扰无关地被保持在一个恒定值上。在放大器5中产生的放大系数AGC将通过一个调节器6调节。在数字电平调节后接收信号的采样值将到达接收滤波器对7及8，其中接收滤波器7具有系数组h1及接收滤波器8具有系数组h2。滤波器对7及8h1，h2的系数组h1，h2必需自适应地调节，其中从一个对一定线路长度配置的固定的系数组开始。为此，滤波器7及8的系数各用一个滤波调节器9及10来调节。在滤波器7及8中的接收滤波后，这两个信号以符号速率f_T被采样并传送给一个判定器11。该判定器具有其任务，即对每个接收的数值对分配接收数据。在有效的调节及干扰足够小的情况下使输出的接收值ak及bk与发送的数据值相一致，尽管有一个恒定的延时及复数数据矢量±90°或±180°的附加转动。

图2表示电平调节部分的电路框图。其中调节器6这样地调节放大器5的放大系数，即在接收滤波器对7及8的输出端上得到一个可借助特定参考值预给定的电平。因此调节判据将由滤波器对7，8输出端上以符号节拍采样的值来求得，其方式为在幅值形成器20及21中求出被滤波数据的绝对值及将这些绝对值和一个参考值ref传送给一个加法器22。在一个平均值形成器23中求平均值后将产生的平均值传送给调节器6，用于调节放大系数AGC。

图3表示调节滤波系数的电路框图。为了调节相应的滤波系数，将使用判定器11的判定误差，即直接地由判定器11前、后信号的差值来获得用于调节滤波系数的调节信息。为此将滤波器7，8前、后的两个滤波支路的信号值各传送给一个加法器30，31，其中在判定器11后面的信号值取负值。这样获得的判定误差可用作调节滤波系数的相应调节器的调节信号。在无误差传输的情况下可通过使用适合的调节判据来保证其收敛。因为在通信连接形成开始时应考虑到判定器11有许多误差判定，首先不能考虑滤波器对7，8的可靠启动。因此在开始时首先对于传输使用四级CAP信号，以便使误差判定的数目不管接收滤波器对的误差调节如何仍保持尽可能小。

鉴于尽可能简单的实施对于系数调节可使用所谓SGN-SGN的算法。在此情况下将如下地计算滤波系数：

及式中n＝0，...，N-1为系数序号，i为调节步骤序号及k为时间循环变量。

调节量2^-μ将影响调节速度及滤波调节速度。有效的是，与误差的平均值相关地调节值μ。在滤波调节开始时在相应大的平均误差的情况下，为加速启动过程可用相对大的调节值(小的μ)来工作。随着误差的减小该调节量将逐步地增大到其终值。

与此相反，当存在大的带外干扰时将减小该调节量2^-μ，因为接收滤波器7，8的带外抑制相对系数变化的灵敏度很大。通过电平放大器3后平均值的确定可导出用于带外干扰量的判据，因为电平放大器3仅使有效信号的电平保持恒定。因此在带外干扰的情况下将考虑较大的调节时间。

图4表示用于采样时钟调节的框图。用于采样时钟调节的调节的信息的推导同样可借助判定器11前和后的值来获得。在未改变滤波系数的情况下采样相位的移动除引起符号干扰的增长外还引起接收数据矢量的转动。

我们例如可用以下式子得到可能的调节量：

或

也可以取代判定器前面的信号值u₁(k·T)及u₂(k·T)，而仅使用其符号SGN(u₁(k·T))及SGN(u₁(k·T))，以避免耗费的乘法。

因为当同时进行滤波系数的自适应调节及采样相位的调节时会引起这两个调节的耦合及由此引起不稳定的性能，故必需使这两个调节去耦。这可以通过一个滤波系数的附加加权相加来实现。在此情况下，这样地调节采样相位，即对于所使用的滤波系数得到零值。因此该系数在接收滤波器对启动清除时就应尽可能小。

在数字采样相位调节时，采样相位在确定步骤中可能跳跃式地被调节，有效的是，仅在通过M个符号间隔求中值后才执行时钟调节。因此得到如下的最终时钟调节判据： ${\mathrm{\Θ}}_{k,M}=\underset{i=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}\[{\mathrm{\Θ}}_{k,M-1}\mathrm{\β}\·h_{\mathrm{1,2}}\left(v\right)\]$

式中值ν表示接收滤波器7或8的系数的序号及β表示加权系数。

图5表示用于产生ENABLE信号的所需中值的示图。为了产生ENABLE信号，一方面要在判定器11的后面产生平均误差MERR，该值通过在相应幅值形成器51，52中产生的幅值Δa_k及Δb_k在加法器50中相加及接着在中值形成器53中求平均值来产生；及另一方面使用在接收滤波器后面的平均接收电平MY，它的形成已结合图2作过说明。其中在判定器11后面的平均误差MERR代表两个判定误差Δa_k及Δb_k的绝对平均值。

图6表示产生两个ENABLE信号的电路框图，他们用于电平调节及滤波系数调节的控制。

为了产生用于放大系数AGC调节的第一ENABLE信号，将在一个加法器60中从平均接收电平MY中减去一个参考电平RP。在一个幅值形成器61中将构成获得值的幅值。在另一加法器62中从该幅值中减去一个参考电平偏差值DRP。在下个限幅器63上当输入值大于或等于零时，其输出端将产生一个逻辑1。当限幅器63的输入值小于零时，则产生逻辑0。该信号构成了用于电平调节部分3的ENABLE信号ENABLE(AGC)。

为了产生用于控制系数调节的第二ENABLE信号ENABLE(Koeff)，将在一个加法器64中从判定器11后面的平均误差值MERR中减去一个参考误差RF。在下个限幅器65上当加法器64的输出信号大于或等于零时，该限幅器将在其输出端产生一个逻辑1。当加法器64的输出信号小于零时，该限幅器65将在其输出端产生一个逻辑0。限幅器63及65的这两个输出信号将在反相器66及67中被反相，及将这些反相信号输送到一个与门68，其输出信号就是用于调节滤波系数的ENABLE信号。通过用于控制滤波系数调节的ENABLE信号的逻辑连接可保证，仅当电平调节的第一ENABLE信号有效、即为逻辑“0”时，用于系数调节的第二ENABLE信号才有效、即为逻辑“1”。

Claims (10)

1.用于调节一种CAP接收机的方法，该接收机具有一个用于转换输入信号的时钟调节的A/D转换器(1)、一个数字电平调节器(3)、一个具有两个并列滤波器(7，8)的自适应调节接收滤波器及一个用于输出重组信号坐标的后级判定器(11)，

其特征在于，

-使数字电平调节与自适应接收滤波去耦，其中，或者使数字电平调节有效或者使自适应接收滤波的系数调节有效，

-使时钟调节(2)与自适应接收滤波去耦。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，为了控制去耦，产生两个ENABLE信号，其中第一个ENABLE信号，启动数字电平调节，而第二个ENABLE信号启动自适应接收滤波的系数调节。

3.根据权利要求2所述的方法，

其特征在于，为了产生所述ENABLE信号，使用判定误差的平均值及接收电平的平均值。

4.根据权利要求3所述的方法，

其特征在于，接收电平的平均值由滤波器(7，8)输出的信号值确定。

5.根据权利要求3或4所述的方法，

其特征在于，将接收电平的平均值与一个预定参考值相比较，当该平均值大于参考值时使所述第一个ENABLE信号置1及使所述第二个ENABLE信号置0。

6.根据权利要求5所述的方法，

其特征在于，当接收电平的平均值小于该参考值时，所述第一个ENABLE信号置0，但当平均判定误差小于一个预定阈值时，所述第二个ENABLE信号才置1。

7.根据权利要求1至4的其中之一所述的方法，

其特征在于，在启动阶段，仅用一个四级CAP信号工作。

8.根据权利要求1至4的其中之一所述的方法，

其特征在于，这样地调节放大系数，即在接收滤波器对(7，8)的输出端获得一个预定的电平值。

9.根据权利要求1至4的其中之一所述的方法，

其特征在于，使用相应的判定误差来控制系数的调节。

10.根据权利要求1至4的其中之一所述的方法，

其特征在于，由判定器(11)前面及后面的值以及滤波器对(7，8)的一个系数导出时钟调节(2)。

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