專利名稱：自適應(yīng)頻道均衡器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可以通過比如電視接收機(jī)這樣的圖像處理和顯示裝置處理的代表圖像的信號(hào)的自適應(yīng)頻道均衡。
在接收機(jī)中從以符號(hào)形式傳送數(shù)字信息的調(diào)制信號(hào)中恢復(fù)數(shù)據(jù)通常需要三種功能用于符號(hào)同步的同步恢復(fù)、載波恢復(fù)(頻率解調(diào)為基帶)和頻道均衡。定時(shí)恢復(fù)為將接收機(jī)時(shí)鐘(時(shí)基)與發(fā)射機(jī)時(shí)鐘同步的處理過程。這允許在最佳時(shí)間點(diǎn)采樣的接收信號(hào)以降低與接收符號(hào)值的方向判定處理相關(guān)的限幅誤差概率。載波恢復(fù)為將接收的RF信號(hào)下變頻為較低的中頻通帶(也就是接近基帶)后頻率轉(zhuǎn)換為基帶以允許恢復(fù)調(diào)制的基帶信息的處理過程。
許多數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)使用自適應(yīng)均衡法以補(bǔ)償改變頻道條件時(shí)的失真效應(yīng)和信號(hào)傳輸頻道中的干擾。均衡處理過程估計(jì)傳輸頻道的傳遞函數(shù)并對(duì)接收的信號(hào)施加傳遞函數(shù)的反函數(shù)以降低或消除失真效應(yīng)。頻道均衡法通常使用濾波器去除與傳輸頻道的時(shí)變響應(yīng)相關(guān)的頻率導(dǎo)致的幅度和相位失真，比如，從而改善符號(hào)判定能力。均衡法去除由包括傳輸頻道的低通濾波效應(yīng)在內(nèi)的傳輸頻道干擾導(dǎo)致的基帶符號(hào)間干擾(ISI)。ISI導(dǎo)致由先前的和隨后的符號(hào)引起給定符號(hào)值失真，并且實(shí)際上代表“重影(ghosts)”符號(hào)，這是由于ISI包括在指定判定區(qū)域的相應(yīng)于基準(zhǔn)符號(hào)位置的超前和延遲符號(hào)。
自適應(yīng)均衡器實(shí)質(zhì)上是具有自適應(yīng)響應(yīng)功能以補(bǔ)償頻道失真的數(shù)字濾波器。幾個(gè)公知的算法可用來自適應(yīng)濾波器的系數(shù)并從而自適應(yīng)濾波器響應(yīng)以收斂均衡器。在收斂均衡器系數(shù)的過程中，在最初自適應(yīng)階段一般使用大步長以更快收斂系數(shù)，而在其他時(shí)間采用小步長變化以防止系數(shù)值急速改變。本發(fā)明針對(duì)支持有效使用此步長變化的過程。
按照本發(fā)明的原理，在自適應(yīng)過程中，作為比如可由FEC錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正網(wǎng)絡(luò)的輸出證實(shí)的分組錯(cuò)誤率的函數(shù)，通過動(dòng)態(tài)地改變均衡器濾波器的系數(shù)步長，來實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)均衡。


圖1為按照本發(fā)明原理的包括自適應(yīng)均衡器的高清晰度電視(HDTV)接收機(jī)的部分方框圖。
圖2為說明按照本發(fā)明原理的自適應(yīng)均衡器的工作流程圖。
在圖1中，地面廣播模擬輸入HDTV信號(hào)由包括無線頻率(RF)調(diào)諧電路14和用于產(chǎn)生IF通帶輸出信號(hào)的中頻(IF)處理器16的輸入網(wǎng)絡(luò)及合適的自動(dòng)增益控制(AGC)電路處理。在本實(shí)施例中，接收的信號(hào)為按照美國采用的ATSC地面廣播標(biāo)準(zhǔn)的多級(jí)8-VSB調(diào)制載波抑制信號(hào)。為了簡(jiǎn)化圖示，未示出對(duì)所示功能塊計(jì)時(shí)的時(shí)序信號(hào)。
來自單元16的通帶IF輸出信號(hào)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器19轉(zhuǎn)換為數(shù)字符號(hào)數(shù)據(jù)流。來自ADC19的輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流由解調(diào)器/載波恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)22解調(diào)為基帶信號(hào)。此工作由鎖相環(huán)響應(yīng)在接收的VSB數(shù)據(jù)流中的小基準(zhǔn)導(dǎo)頻信號(hào)載波完成。單元22產(chǎn)生一輸出I相解調(diào)符號(hào)數(shù)據(jù)流。單元22可以包括在大聯(lián)盟系統(tǒng)規(guī)范中描述的類型或在由T.J.Wang1998年8月26提交的序列號(hào)為第09/140,257的共同未決美國專利申請(qǐng)中描述的類型的解調(diào)器。
與ADC19相聯(lián)系的為段同步發(fā)生器和符號(hào)時(shí)鐘恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)24。網(wǎng)絡(luò)24恢復(fù)來自接收的隨機(jī)數(shù)據(jù)的每數(shù)據(jù)幀的重復(fù)數(shù)據(jù)段同步分量。段同步用來重新生成用于控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器19采樣的數(shù)據(jù)流符號(hào)的正確定相時(shí)鐘，比如每秒10.76兆符。
單元28通過比較每個(gè)接收的數(shù)據(jù)段與存儲(chǔ)在接收機(jī)的存儲(chǔ)器中的理想場(chǎng)基準(zhǔn)信號(hào)檢測(cè)數(shù)據(jù)場(chǎng)同步分量以提供場(chǎng)同步。NTSC同頻道干擾檢測(cè)和抑制由單元30執(zhí)行。然后，信號(hào)由下面將討論的依照本發(fā)明原理工作的頻道均衡器34自適應(yīng)均衡。均衡器34可以為幾種類型之一，比如在ATSC HDTV系統(tǒng)規(guī)范中和在1995年8月的IEEE消費(fèi)電子文集(Transactions on ConsumerElectronics)上由W.Bretl等發(fā)表的論文“大聯(lián)盟數(shù)字電視接收機(jī)的VSB調(diào)制解調(diào)器子系統(tǒng)設(shè)計(jì)(VSB Modem Subsystem Design for Grand Alliance DigitalTelevision Receivers)”中描述的類型。
均衡器34糾正頻道失真，但是相位噪聲隨機(jī)旋轉(zhuǎn)符號(hào)群。相位跟蹤網(wǎng)絡(luò)36去除均衡器34的輸出信號(hào)中包括前述載波恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)導(dǎo)頻信號(hào)沒有去除的相位噪聲在內(nèi)的殘留相位和增益噪聲。當(dāng)開始獲取信號(hào)時(shí)，自適應(yīng)均衡器34使用比如常模算法(CMA)的公知的盲目均衡算法工作在盲模式。在過去一段時(shí)間后，比如50毫秒，認(rèn)為均衡器的輸出足夠好，足以允許均衡器34工作在穩(wěn)定狀態(tài)的有向判定模式。
來自均衡器34的相位糾正信號(hào)由單元40網(wǎng)格解碼，然后由單元42解交織。來自單元40的解碼和解交織數(shù)據(jù)分組由前向糾錯(cuò)(FEC)單元44，比如里德-所羅門(Reed-Solomon)錯(cuò)誤檢測(cè)和檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)和糾正錯(cuò)誤。來自單元44的錯(cuò)誤糾正包由單元46使用眾所周知的過程解擾(去隨機(jī)化)。微控制器60為系統(tǒng)的其他單元提供適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)控制和時(shí)鐘信號(hào)，同時(shí)用作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通信鏈接。糾錯(cuò)器44和微控制器60按照將要討論的本發(fā)明的原理合作控制均衡器34的工作。然后，解碼的數(shù)據(jù)流由單元50進(jìn)行音頻、視頻和顯示處理。
依照本發(fā)明原理，均衡器濾波器系數(shù)的步長在系數(shù)更新處理期間作為由FEC單元44的輸出端的測(cè)量確定的分組錯(cuò)誤率的函數(shù)來改變。此測(cè)量由FEC單元自己依照公知的知道何時(shí)分組包含多于其能糾正的錯(cuò)誤的FEC算法執(zhí)行。在信號(hào)獲取時(shí)確定步長設(shè)定一次，然后保持到執(zhí)行另一次獲取。分組錯(cuò)誤率由微控制器60監(jiān)視。這里可以認(rèn)為分組錯(cuò)誤率為系統(tǒng)性能的直接和準(zhǔn)確測(cè)量，并因此方便地用作步長改變是否產(chǎn)生了可接收或不可接收結(jié)果(較低的或較高的分組錯(cuò)誤率)的累積測(cè)量。步長改變獨(dú)立于均衡器操作模式發(fā)生，也就是為盲目或有向判定工作模式。改變步長有助于均衡器從盲模式切換到有向判定工作模式。
改變均衡器步長允許折中動(dòng)態(tài)多路(“重影”)跟蹤性能以降低濾波器系數(shù)的隨機(jī)不準(zhǔn)確性的噪聲貢獻(xiàn)。大步長允許濾波器系數(shù)更快改變，故濾波器可以更快適應(yīng)動(dòng)態(tài)改變多路條件。這降低了濾波器系數(shù)在其公稱值附近隨機(jī)波動(dòng)引起的噪聲電平。由于接收機(jī)工作時(shí)必須經(jīng)常面臨的變化信號(hào)質(zhì)量下降的情況，這對(duì)于地面廣播高清晰度電視信號(hào)接收機(jī)特別有好處。
在某些情況下，限制接收機(jī)特性的因素包括熱產(chǎn)生的白噪聲或靜態(tài)多路徑。在其他情況下限制接收機(jī)性能的因素為動(dòng)態(tài)多路徑。在白噪聲和靜態(tài)多路條件下，當(dāng)已達(dá)到穩(wěn)態(tài)工作條件時(shí)濾波器系數(shù)不必快速自適應(yīng)，故步長可以很小。在動(dòng)態(tài)工作條件下，濾波器系數(shù)需要快速自適應(yīng)以改變多路參數(shù)。所公開的系統(tǒng)通過以合適的間隔在FEC檢測(cè)器的輸出作分組錯(cuò)誤率測(cè)量對(duì)于為典型的期望信號(hào)條件選擇的初始步長方便地解決這些需要考慮的事項(xiàng)。如果測(cè)量的錯(cuò)誤率大于可接收的閾值，設(shè)置一不同的步長并以相同的時(shí)間間隔測(cè)量另一個(gè)分組錯(cuò)誤。舉例來說，如果最初使用了一大步長，則第二次測(cè)量將使用一較小的步長。在兩次測(cè)量間隙結(jié)束時(shí)，一直采用產(chǎn)生較小錯(cuò)誤率(由控制器60判定)的步長，只要合適調(diào)諧的、有用的信號(hào)存在。保持該步長直到下一信號(hào)獲取時(shí)間，此時(shí)重復(fù)步長選擇過程。
可以設(shè)計(jì)此過程以適應(yīng)特定系統(tǒng)的需求。比如，可能出現(xiàn)在第一次步長改變后錯(cuò)誤非常少的情況。在此情況下一在給定系統(tǒng)中可行時(shí)可能會(huì)嘗試另一次降低步長。如果在第一次步長減小之后實(shí)際上具有相同的分組錯(cuò)誤，可以采用連接-斷路器(tie-breaker)規(guī)則。在此情況下當(dāng)前系統(tǒng)將使用較大步長以保持跟蹤質(zhì)量。但是，在不同的系統(tǒng)中可以使用較小步長，如果按照系統(tǒng)的需求認(rèn)為期望這樣做。
更為具體地說，均衡器系數(shù)步長是按照?qǐng)D2所示流程圖描述的方法來建立的。在步驟(1)中，在信號(hào)獲取時(shí)間，微控制器60以在此例中是基于獲取時(shí)的正常期望信號(hào)條件的默認(rèn)步長初始化均衡器34的操作。在大約為1秒的預(yù)定延時(shí)之后(步驟2)，微控制器60查詢FEC單元44以判定累積了多少分組錯(cuò)誤(步驟3)。1秒種的延時(shí)為標(biāo)稱延遲。也可以根據(jù)特定系統(tǒng)的需要使用其他延時(shí)。如果分組錯(cuò)誤數(shù)目沒有超過以經(jīng)驗(yàn)確定的可視性閾值(步驟4)，則保持當(dāng)前均衡器系數(shù)步長(步驟5)。然后直到下一信號(hào)獲取時(shí)間(步驟10)為止停止此過程(步驟9)。
如果分組錯(cuò)誤數(shù)目超過可視性閾值(步驟4)，控制器60命令均衡器34減小其系數(shù)步長(步驟5)。在預(yù)定延時(shí)之后(步驟6)，微控制器60查詢FEC單元44以判定分組錯(cuò)誤是否增加了(步驟7)。如果分組錯(cuò)誤的數(shù)目增加了，控制器60使均衡器步長返回到默認(rèn)步長(步驟8)。否則保持降低了的步長。然后直到下一次信號(hào)獲取時(shí)間(步驟10)為止停止此過程(步驟9)。
可以設(shè)計(jì)此過程以適應(yīng)特定系統(tǒng)的需求。比如，步驟7可判定分組錯(cuò)誤的數(shù)目沒有增加并保持不變，或者分組錯(cuò)誤數(shù)目已減少。如果在步驟7中分組錯(cuò)誤減少了，如果可行可能嘗試另一次步長減小(也就是說沒有達(dá)到最小步長限制)。如果在步驟7中分組錯(cuò)誤保持沒有改變，給定的系統(tǒng)可以采取使用較大或較小步長的預(yù)定規(guī)則。
權(quán)利要求
1．在處理包含有由包含數(shù)據(jù)分組的調(diào)制信號(hào)組成的代表圖象的數(shù)據(jù)流的接收信號(hào)的系統(tǒng)中，一種信號(hào)處理方法，其特征在于包括下列步驟解調(diào)所述接收信號(hào)，以產(chǎn)生解調(diào)信號(hào)；自適應(yīng)均衡所述解調(diào)信號(hào)，以產(chǎn)生均衡信號(hào)；錯(cuò)誤檢測(cè)所述均衡信號(hào)，以檢測(cè)所述均衡信號(hào)中的分組錯(cuò)誤；和在所述均衡步驟中作為所述檢測(cè)分組錯(cuò)誤函數(shù)調(diào)整濾波器系數(shù)步長值。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述接收信號(hào)為包含由多級(jí)符號(hào)群代表的高清晰視頻信息的殘留邊帶(VSB)調(diào)制信號(hào)，所述數(shù)據(jù)具有由連續(xù)數(shù)據(jù)幀構(gòu)成的數(shù)據(jù)幀格式。
3．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述錯(cuò)誤檢測(cè)步驟包括里德-所羅門錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正所述均衡信號(hào)。
4．在處理包含有包括數(shù)據(jù)分組的代表圖象的數(shù)據(jù)流的接收信號(hào)的系統(tǒng)中，一種信號(hào)均衡方法，其特征在于包括下列步驟(a)以默認(rèn)系數(shù)步長初始化均衡器；(b)判定分組錯(cuò)誤數(shù)量；(c)如果判定的分組錯(cuò)誤數(shù)量沒有超過預(yù)定值，保持初始步長；(d)如果判定的分組錯(cuò)誤數(shù)量超過預(yù)定值，減小初始步長；(e)在步驟(d)中減小系數(shù)步長之后，判定分組錯(cuò)誤數(shù)量是否增加；(f)如果在步驟(d)中減小系數(shù)步長之后分組錯(cuò)誤數(shù)量增加，返回到默認(rèn)系數(shù)步長。
5．如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述判定步驟包括判定與里德-所羅門FEC檢測(cè)器的操作相關(guān)的分組錯(cuò)誤數(shù)量。
全文摘要
在處理包含有包括數(shù)據(jù)分組在內(nèi)的地面廣播高清晰度電視信息的VSB調(diào)制信號(hào)的接收機(jī)中,將接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)(19)、解調(diào)(22)并由自適應(yīng)頻道均衡器(34)均衡。均衡信號(hào)由包括里德－所羅門FEC錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正網(wǎng)絡(luò)(44)的解碼網(wǎng)絡(luò)處理。均衡器濾波器系數(shù)步長在自適應(yīng)過程中作為分組錯(cuò)誤率的函數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整。本地微控制器(60)監(jiān)視里德－所羅門錯(cuò)誤檢測(cè)器的分組錯(cuò)誤率并指令均衡器按照減小分組錯(cuò)誤率的方向調(diào)整其系數(shù)步長。
文檔編號(hào)H04N5/44GK1323140SQ0110170
公開日2001年11月21日 申請(qǐng)日期2001年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月5日
發(fā)明者阿倫·R·博伊萊特, 馬修·T·邁耶, 約翰·S·斯圖爾特 申請(qǐng)人:湯姆森特許公司