專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于時(shí)域信號(hào)處理的均衡器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，特別涉及到在時(shí)域信號(hào)處理中所用到的均衡器的設(shè)計(jì)。
數(shù)字信號(hào)處理，就是用數(shù)字的方法對(duì)信號(hào)的波形進(jìn)行變換，通常是將一個(gè)信號(hào)變換成在某種意義上的原始信號(hào)，成為更合乎要求的另一種信號(hào)形式。
信號(hào)在傳輸和變換過(guò)程中，常因傳輸信道或接收機(jī)內(nèi)部元件的某些缺陷或干擾而出現(xiàn)信失真。例如重影(ghost，雙重圖象，又稱(chēng)“鬼影”，也稱(chēng)“多經(jīng)”)，是指那些由于傳輸系統(tǒng)存在對(duì)主傳輸信號(hào)的反射所引起的比主傳輸信號(hào)超前或滯后到達(dá)的信號(hào)。因此在數(shù)字傳輸中就要使用到均衡器，或稱(chēng)消重影器，用以補(bǔ)償頻道失真。均衡器的主要組成部分是依靠各種數(shù)字濾波器，數(shù)字濾波過(guò)程涉及各種離散數(shù)據(jù)序列的處理，以便移去噪聲、提取信息、改變?nèi)勇屎鸵阅撤N形式或前后關(guān)系來(lái)修改輸入信息。它的主要任務(wù)是從離散輸入序列X(n)構(gòu)成離散輸出序列Y(n)。每個(gè)輸出取樣都是由某種方式從很多個(gè)輸入取樣計(jì)算而得?，F(xiàn)有技術(shù)常使用的均衡器示于圖1，它由4個(gè)基本部分組成1)有限沖激響應(yīng)濾波器(FIR)，它接收輸入端所傳輸?shù)男盘?hào)，用于消除超前鬼影(比主傳輸信號(hào)提前到達(dá)的鬼影信號(hào))；2)判決器，它檢驗(yàn)其輸入并判決在輸入端的哪一個(gè)所接收的信號(hào)應(yīng)作為傳輸給輸出端的信號(hào)?，F(xiàn)有技術(shù)中所使用的判決器僅是一個(gè)數(shù)值切割器；3)反饋濾波器，它用于消除滯后鬼影(比主傳輸信號(hào)落后到達(dá)的鬼影信號(hào))，并用于更正判決器；4)控制器，它用于接收輸入端的數(shù)據(jù)和輸出端的數(shù)據(jù)，并為FIR濾波器和判決反饋濾波器生成濾波系數(shù)；已經(jīng)有許多算法能生成這些系數(shù)，例如LMS算法、RMS算法等等。
現(xiàn)有的均衡器在工作中不能保持穩(wěn)定，例如，當(dāng)一種滯后鬼影信號(hào)與主傳輸信號(hào)幅度完全相等的情況下，主傳輸信號(hào)是M，表示相對(duì)幅度為1(0dB)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間延遲D，一個(gè)與信號(hào)M幅度相等的滯后鬼影信號(hào)G到達(dá)，此時(shí)，已有均衡器將無(wú)法挑選主傳輸信號(hào)M為輸出端的正確輸出。若鬼影信號(hào)G被作為超前鬼影對(duì)待，則FIR波器將會(huì)產(chǎn)生數(shù)值為1的抽頭系數(shù)并趨向無(wú)限長(zhǎng)。若鬼影信號(hào)G被視為滯后鬼影，則反饋濾波器的誤差將被放大，使濾波器變得不穩(wěn)定。進(jìn)而，若由于鬼影信號(hào)的相位或信道的變化使鬼影G的幅度發(fā)生變化，主信號(hào)M和鬼影G會(huì)互換角色，即主信號(hào)一會(huì)兒是真的主信號(hào)，一會(huì)兒又是鬼影。這種互換使原均衡器無(wú)法工作，需要重新計(jì)算所有濾波器的抽頭系數(shù)值。在重新計(jì)算的過(guò)程中，信道得不到均衡，所輸出的數(shù)據(jù)也是無(wú)用的。此外，這種互換還將造成系統(tǒng)同步困難，因?yàn)橄到y(tǒng)忽兒鎖定于主信號(hào)M，忽兒又鎖定于鬼影信號(hào)G。為此，需要一個(gè)更有效的用于時(shí)域信號(hào)處理的均衡器問(wèn)世。
本發(fā)明的目的，是為了克服已有技術(shù)中均衡器工作狀態(tài)出現(xiàn)不穩(wěn)定使信道得不到均衡、系統(tǒng)同步困難等缺陷，而重新設(shè)計(jì)一種更穩(wěn)定有效的時(shí)域信號(hào)處理均衡器，使鬼影信號(hào)被有效消除。
本發(fā)明是依靠以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一種用于時(shí)域信號(hào)處理的均衡器，主要包括FIR濾波器、反饋濾波器、判決器和控制器。其特征在于，在輸入信號(hào)進(jìn)入FIR濾波器之前，在回路中加入一個(gè)作為預(yù)置信道濾波器工作的線性濾波器，它的濾波系數(shù)與FIR濾波器、判決反饋濾波器的濾波系數(shù)一道由控制器生成。
所述預(yù)置信道濾波器具有與傳輸信道復(fù)共軛的沖激響應(yīng)，其響應(yīng)函數(shù)是傳輸信道響應(yīng)函數(shù)的復(fù)共軛值。
預(yù)置信道濾波器的系數(shù)可以通過(guò)對(duì)傳輸信道的分析獲得，例如已知訓(xùn)練序列的自相關(guān)結(jié)果。現(xiàn)時(shí)使用的一些傳輸系統(tǒng)，如用于地面數(shù)字電視廣播的傳輸系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)碼流中插入訓(xùn)練序列以輔助接收機(jī)實(shí)現(xiàn)同步、均衡和初始化。通常使用的訓(xùn)練序列是一個(gè)最大長(zhǎng)度的偽隨機(jī)序列。例如，在美國(guó)地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中(ATSC，8VSB)，每隔313數(shù)據(jù)段(24毫秒)插入511比特的二進(jìn)制偽隨機(jī)訓(xùn)練序列。用該已知序列與接收的實(shí)際序列進(jìn)行自相關(guān)將可以獲得信道沖激響應(yīng)。
本技術(shù)方案的積極效果是，這種增加了預(yù)置信道濾波器的均衡器，可以有效對(duì)付嚴(yán)重的鬼影信號(hào)，包括鬼影信號(hào)與主信號(hào)幅度相等的情形，并使均衡器的穩(wěn)定性、收斂速度及精確度都得到大幅度提高，改善了系統(tǒng)的同步性。同時(shí)也簡(jiǎn)化了硬件的設(shè)計(jì)。該均衡器可以用以對(duì)付0dB鬼影信號(hào)狀態(tài)。
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例


圖1為現(xiàn)有的時(shí)域均衡器原理方框2為本發(fā)明所采用的時(shí)域均衡器原理方框3為0dB鬼影情況下的幅度時(shí)間4為0dB時(shí)預(yù)置信道濾波器的時(shí)間響應(yīng)函數(shù)圖5為0dB時(shí)鬼影情況下采用預(yù)置信道濾波器的輸出幅度時(shí)間6為理想FIR濾波器的輸出幅度與時(shí)間關(guān)系7為理想方案(虛線)和優(yōu)化近似方案(實(shí)線)的FIR濾波器包絡(luò)8為優(yōu)化近似方案FIR濾波器的輸出幅度與時(shí)間關(guān)系中，1表示有限沖激響應(yīng)濾波器FIR，它與信號(hào)輸入端5之間加入了預(yù)置信道濾波器7，將所接收的輸入信號(hào)通過(guò)加法器疊加入位于其后的判決器2，加法器的另一端連接到反饋濾波器3，由判決器2傳輸?shù)捷敵龆?的信號(hào)，一路反饋回反饋濾濾器2，另一路進(jìn)入控制器4的輸出端。
在實(shí)施例中，當(dāng)處于0dB鬼影信號(hào)情形時(shí)，主信號(hào)M和與延遲D的等幅度鬼影信號(hào)G疊加在一起，如圖3所示，預(yù)置信道濾波器7具備與傳輸信道復(fù)共軛的沖激響應(yīng)，該濾波器的抽頭系數(shù)值由圖4表示，其輸出如圖5所示，可以看出，0dB鬼影信號(hào)G已被轉(zhuǎn)變成為信號(hào)幅度遠(yuǎn)小于0dB的一對(duì)鬼影信號(hào)A和B，同時(shí)峰值信號(hào)Mn的現(xiàn)在位置在采樣點(diǎn)6，而不在圖3中的采樣點(diǎn)0。系統(tǒng)現(xiàn)在應(yīng)該鎖定在新的峰值位置上，而不應(yīng)鎖定于原來(lái)的主信號(hào)M或是鬼影信號(hào)G。該均衡器將把最大的信號(hào)峰值視作主信號(hào)。正是在該均衡器中使用了預(yù)置信道濾波器7，才能確保一個(gè)且僅有一個(gè)峰值Mn。本峰值信號(hào)Mn由原來(lái)的主信號(hào)M和所有的鬼影信號(hào)共同貢獻(xiàn)生成。由于利用了全部有用信號(hào)功率，使用這種新生成的主信號(hào)將極大增進(jìn)系統(tǒng)均衡的性能。另外，該均衡器利用新生成的峰值信號(hào)作為主信號(hào)Mn，由于該信號(hào)幅度永遠(yuǎn)大于其它所有的鬼影信號(hào)，包括原主信號(hào)M，該均衡器將不會(huì)像傳統(tǒng)的均衡器那樣來(lái)回切換其濾波器參數(shù)。需要指出的是，預(yù)置信道濾波器可以只在鬼影信號(hào)幅度大于一定預(yù)設(shè)值時(shí)起作用。例如，只有當(dāng)鬼影信號(hào)幅度大于主信號(hào)幅度的0.7或0.5時(shí)，預(yù)置信道濾波器才在該點(diǎn)上有系數(shù)。當(dāng)鬼影信號(hào)幅度小于這一預(yù)設(shè)值時(shí)，預(yù)置信道濾波器在該點(diǎn)上系數(shù)為零。
這一預(yù)設(shè)值可以極大地簡(jiǎn)化預(yù)置信道濾波器的硬件復(fù)雜度。即該濾波器的精度可以很低。另外，如前所敘，預(yù)置信道濾波器使得信道的響應(yīng)增長(zhǎng)，因而可以縮短均衡器的長(zhǎng)度。本專(zhuān)利所設(shè)計(jì)的均衡器的另一個(gè)好處是沒(méi)有鬼影信號(hào)幅度會(huì)大于主信號(hào)的50％(3dB功率)，由此，均衡器的收斂速度、穩(wěn)定性及精確度都得到大幅度提高。由于系統(tǒng)與新生成的峰值信號(hào)Mn位置鎖定，該位置將不因主信號(hào)和鬼影信號(hào)的幅度變化而改變，預(yù)置信道濾波器7與FIR濾波器可以因此而結(jié)合以簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)。
在新的設(shè)計(jì)中，F(xiàn)IR濾波器1的抽頭系數(shù)長(zhǎng)度需要比反饋濾波器3的系數(shù)長(zhǎng)度要長(zhǎng)。從圖5中可以看到新的主信號(hào)Mn位置在采樣點(diǎn)6，該采樣點(diǎn)位于原主信號(hào)M和鬼影信號(hào)B的中間，換言之，新生成的主信號(hào)Mn移向整個(gè)信道響應(yīng)的中間，因此，F(xiàn)IR濾波器1需要有足夠的抽頭長(zhǎng)度以消除新生成的超前鬼影A。中心抽頭(新生成主信號(hào)Mn的位置)應(yīng)靠近(整個(gè)均衡器)中間以使得兩側(cè)的鬼影信號(hào)都能被有效去除。應(yīng)該指出的是，F(xiàn)IR濾波器應(yīng)該長(zhǎng)于反饋濾波器，這一點(diǎn)與現(xiàn)在使用的均衡器設(shè)計(jì)不同。現(xiàn)時(shí)均衡器的FIR濾波器1的長(zhǎng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于反饋濾波器3，通常只是其1/4到/10。
FIR濾波器用于消除經(jīng)過(guò)預(yù)置信道濾波器之后的主信號(hào)之前的任何干擾信號(hào)，能夠完全消除由0dB多徑所引起的碼間干擾(ISI)的理想方案，F(xiàn)IR濾波器需要無(wú)限長(zhǎng)。此時(shí)，經(jīng)過(guò)理想濾波，只有噪聲增強(qiáng)而無(wú)碼間干擾。然而，可以通過(guò)一個(gè)縮短長(zhǎng)度的FIR濾波近似方案，此舉將產(chǎn)生碼間干擾，在碼間干擾和噪聲增強(qiáng)之間可作折衷，以得到優(yōu)化結(jié)果。換言之，在一個(gè)實(shí)際的系統(tǒng)中，一定量的碼間干擾可以允許換取較小的噪聲增加。因此，優(yōu)化的系統(tǒng)包括有限長(zhǎng)度的FIR濾波器及碼間干擾殘留值與噪聲增加之間的折衷。
對(duì)于小于0dB多經(jīng)的情況下，圖7指出理想方案FIR濾波器抽頭數(shù)目的包絡(luò)是一條線性遞減的直線，近似優(yōu)化方案可以通過(guò)截短FIR濾波器長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)，截短FIR濾波器的優(yōu)化方案是一條具有指數(shù)下降斜率的包絡(luò)。反饋濾波器用于消除主信號(hào)之后的所有干擾信號(hào)，這些干擾信號(hào)來(lái)自FIR濾波器，對(duì)于經(jīng)過(guò)信道濾波器的信號(hào)進(jìn)行濾波之后。
圖6表示經(jīng)過(guò)了理想FIR濾波之后的輸出幅度圖，圖中只存在噪聲增加而沒(méi)有碼問(wèn)干擾出現(xiàn)。
圖7表示了在理想和近似條件下，F(xiàn)IR濾波器抽頭數(shù)目的包絡(luò)，在理想方案中濾波器將會(huì)無(wú)限長(zhǎng)，有虛直線可見(jiàn)，而近似優(yōu)化方案中，有實(shí)曲線可見(jiàn)，濾波器要短很多，同時(shí)理想方案有一個(gè)線性遞減斜率，而優(yōu)化近似方案有一個(gè)指數(shù)遞減斜率。
圖8表示經(jīng)過(guò)近似優(yōu)化FIR濾波器的輸出，既包括碼間干擾又有噪聲增加。
權(quán)利要求
1一種用于時(shí)域信號(hào)處理的均衡器，主要包括FIR濾波器、反饋濾波器、判決器和控制器。其特征在于，在輸入信號(hào)進(jìn)入FIR濾波器之前，在回路中加入一個(gè)作為預(yù)置信道濾波器工作的線性濾波器，它的濾波系數(shù)與FIR濾波器、判決反饋濾波器的濾波系數(shù)一道由控制器生成。
2按照權(quán)利要求1所述的均衡器，其特征在于，所述預(yù)置信道濾波器具有與傳輸信道復(fù)共軛的沖激響應(yīng)，其響應(yīng)函數(shù)是傳輸信道響應(yīng)函數(shù)的共軛值。
3按照權(quán)利要求1所述的均衡器，其特征在于，該均衡器中，所述FIR濾波器的抽頭系數(shù)長(zhǎng)度比反饋濾波器的系數(shù)長(zhǎng)度要長(zhǎng)。
4按照權(quán)利要求1所述的均衡器，其特征在于，該均衡器中出現(xiàn)的鬼影信號(hào)，其幅度均小于或等于主信號(hào)幅度的50％。
5按照權(quán)利要求1所述的均衡器，其特征在于，該均衡器可以用以對(duì)付0dB鬼影信號(hào)狀態(tài)。
全文摘要
一種用于時(shí)域信號(hào)處理的均衡器,在輸入信號(hào)進(jìn)入FIR濾波器之前,在回路中加入一個(gè)預(yù)置信道的線性濾波器,它的濾波系數(shù)與FIR濾波器、判決反饋濾波器的濾波系數(shù)一道由控制器生成,它具有與傳輸信道復(fù)共軛的沖激響應(yīng),其響應(yīng)函數(shù)是傳輸信道響應(yīng)函數(shù)的共軛值。該均衡器可以用以對(duì)付OdB鬼影信號(hào)狀態(tài)。它的穩(wěn)定性、收斂速度及精確度都得到大幅度提高,改善了系統(tǒng)的同步性。同時(shí)也簡(jiǎn)化了硬件的設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)H04B7/005GK1373567SQ0110931
公開(kāi)日2002年10月9日 申請(qǐng)日期2001年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月28日
發(fā)明者張文軍, 夏勁松, 理查得·西塔(Richard, W.Citta), 思哥特·勒皮萊斯托(Scott, Lopresto) 申請(qǐng)人:上海奇普科技有限公司