專利名稱：基于zf的自適應(yīng)異步接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于以數(shù)據(jù)速率1/T發(fā)送數(shù)據(jù)序列的接收機(jī)，其中所述的數(shù)據(jù)序列是來(lái)自以與數(shù)據(jù)速率1/T異步的時(shí)鐘速率1/Ts進(jìn)行采樣的接收序列中，該接收機(jī)包括-自適應(yīng)均衡器，用于發(fā)送來(lái)自所述接收序列中的均衡序列，所述均衡器工作在時(shí)鐘速率1/Ts上，并具有通過控制環(huán)路由控制矢量序列控制的均衡器系數(shù)矢量；-采樣速率轉(zhuǎn)換器，用于將所述均衡序列轉(zhuǎn)換成等價(jià)的輸入序列以在數(shù)據(jù)速率1/T上提供給誤差生成器；-誤差生成器，用于發(fā)送來(lái)自所述輸入序列和誤差序列中的數(shù)據(jù)序列以在控制環(huán)路內(nèi)使用。
本發(fā)明還涉及一種數(shù)字系統(tǒng)，它包括用于通過信道發(fā)送數(shù)字序列的發(fā)射機(jī)和用于從所述信道提取所述數(shù)字序列的接收機(jī)，其中所述接收機(jī)是如上所述的接收機(jī)。
本發(fā)明還涉及一種用于所述接收機(jī)的均衡器自適應(yīng)方法。并最終涉及一種用于這種接收機(jī)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品和一種用于承載所述計(jì)算機(jī)程序的信號(hào)。
本發(fā)明應(yīng)用于在數(shù)字傳輸和記錄系統(tǒng)內(nèi)使用的各種異步接收機(jī)。在諸如DVR(數(shù)字視頻記錄)系統(tǒng)的光記錄系統(tǒng)內(nèi)尤其有用。
背景技術(shù)：
美國(guó)專利US 5 999 355描述了一種異步接收機(jī)，例如在開篇中描述的一種異步接收機(jī)。根據(jù)所引用的專利，均衡器是抽頭間距為Ts秒的抽頭延時(shí)線(有限脈沖響應(yīng)濾波器)，并且根據(jù)傳統(tǒng)的LMS(最小均方)算法來(lái)控制該均衡器。也就是說(shuō)，通過把抽頭序列與合適的誤差序列進(jìn)行相關(guān)來(lái)產(chǎn)生均衡器抽頭值的更新。傳統(tǒng)的LMS技術(shù)通常應(yīng)用于同步接收機(jī)，其中誤差和抽頭序列的采樣率相同，并且相位同步。因此，在所引用的專利中描述的異步接收機(jī)包括至少兩個(gè)設(shè)備以使誤差和抽頭序列具有相同的采樣率并且相位同步。后一條件意味著誤差序列內(nèi)的任何延時(shí)都應(yīng)當(dāng)通過相應(yīng)地延時(shí)抽頭序列來(lái)匹配。上述兩個(gè)設(shè)備包括一個(gè)逆采樣率轉(zhuǎn)換(ISRC)，用于將數(shù)據(jù)速率1/T上的同步誤差序列轉(zhuǎn)換為采樣速率1/Ts的等同誤差序列，和延時(shí)裝置，用于提供均衡器抽頭序列的延時(shí)形式以匹配在均衡器輸出中均衡誤差序列的形成過程中產(chǎn)生的“往返行程”延時(shí)。這個(gè)“往返行程”延時(shí)是不能精確地推出的，因?yàn)镾RC和逆SRC都引入了隨時(shí)間改變的延時(shí)。匹配延時(shí)代表“往返行程”延時(shí)的預(yù)期值或平均值?！巴敌谐獭焙推ヅ溲訒r(shí)之間的差異將導(dǎo)致自適應(yīng)方案得到一個(gè)錯(cuò)誤的解。此外，因?yàn)槠ヅ溲訒r(shí)不必是整數(shù)個(gè)碼元間隔Ts，匹配延時(shí)的實(shí)現(xiàn)可能需要某種形式的內(nèi)插。這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。逆SRC也增加了復(fù)雜性，所以自適應(yīng)相關(guān)電路的整體復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于同步的基于LMS的自適應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種克服上述缺點(diǎn)的基于迫零(ZF)技術(shù)、使用可選自適應(yīng)拓?fù)涞漠惒浇邮諜C(jī)。與現(xiàn)有的基于LMS方案相比，本發(fā)明以很低的復(fù)雜性來(lái)允許接近最佳的自適應(yīng)性能。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種如開篇所述的接收機(jī)，其中控制環(huán)路包括-控制信息生成裝置，用于從誤差序列和數(shù)據(jù)序列中以數(shù)據(jù)速率1/T導(dǎo)出同步控制矢量序列；和-時(shí)間內(nèi)插裝置，用于從所述同步控制矢量序列中導(dǎo)出控制矢量序列。
使用用于控制均衡器抽頭自適應(yīng)的ZF技術(shù)避免了匹配延時(shí)以及ISRC的使用。因而，所獲得的方案在本質(zhì)上與同步ZF方案同樣簡(jiǎn)單，甚至比同步的基于LMS的方案更簡(jiǎn)單。然而，性能卻可以與基于LMS的方案媲美。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，時(shí)間內(nèi)插裝置包括一組執(zhí)行零階內(nèi)插的鎖存器。使用鎖存器的可能性基于這一認(rèn)識(shí)控制環(huán)路鎖生成的抽頭設(shè)置僅緩慢地波動(dòng)，并且幅度很小。因此，可以使用非常簡(jiǎn)單的裝置來(lái)精確地予以重新采樣。一組鎖存器足以從同步域轉(zhuǎn)換到異步域。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施例，控制環(huán)路還包括空間轉(zhuǎn)換裝置，用于將在控制環(huán)路內(nèi)生成的初始給定T-間隔序列轉(zhuǎn)換成等價(jià)的Ts-間隔序列，以便在控制環(huán)路輸出上的控制矢量序列的抽頭是Ts間隔的?？刂菩盘?hào)在同步域中生成。因此，它們涉及控制T-間隔均衡器。因?yàn)榫馄髟诓蓸铀俾?/Ts上工作，所以它實(shí)際上具有Ts時(shí)間單元的抽頭間隔。因而，本發(fā)明提供了用于將T-間隔信息轉(zhuǎn)換成Ts-間隔信息的空間轉(zhuǎn)換裝置。


根據(jù)下面參考附圖的描述，本發(fā)明以及可被選擇用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的附加特征將是顯而易見的，在附圖中圖1是圖示在數(shù)字傳輸和記錄系統(tǒng)內(nèi)使用的普通異步接收機(jī)拓?fù)涞墓δ芊娇驁D；圖2是圖示根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)拓?fù)涞墓δ芊娇驁D；圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的接收機(jī)拓?fù)涞墓δ芊娇驁D；圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的接收機(jī)拓?fù)涞墓δ芊娇驁D；圖5是圖示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的接收機(jī)拓?fù)涞墓δ芊娇驁D；圖6是圖示根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的接收機(jī)拓?fù)涞墓δ芊娇驁D；圖7是圖示根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的接收機(jī)拓?fù)涞墓δ芊娇驁D；圖8是圖示根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字系統(tǒng)的示意方框圖。
附圖的詳細(xì)描述下面的描述涉及參考符號(hào)。相同的功能實(shí)體在所有的附圖中通常用相同的方框標(biāo)記來(lái)表示。當(dāng)用數(shù)字表示參考符號(hào)來(lái)指示功能塊時(shí)，一個(gè)功能塊的第一個(gè)數(shù)字可以不同于另一個(gè)相同功能塊的第一數(shù)字，從而區(qū)分功能塊的多個(gè)實(shí)施例。在這種情況下，第一數(shù)字通常是指圖示該實(shí)施例的圖。舉一個(gè)例子，執(zhí)行空間轉(zhuǎn)換功能的同一功能塊在圖4中稱作42，在圖7中稱作72，從而區(qū)分在圖4和圖7中分別圖示的空間轉(zhuǎn)換功能的兩個(gè)不同實(shí)施例。另外，我們也將根據(jù)習(xí)慣用帶下劃線的符號(hào)表示矢量，符號(hào)k和n是指采樣速率分別為1/T和1/Ts的序列。例如，根據(jù)習(xí)慣，標(biāo)記ak是指采樣速率1/T的標(biāo)量序列，標(biāo)記Sn是指采樣速率1/Ts的矢量序列。矢量的長(zhǎng)度將用符號(hào)N來(lái)表示，并將表示該符號(hào)的下標(biāo)用于該矢量。因此，例如，矢量Sn的長(zhǎng)度表示為Ns。
圖1圖示用于數(shù)字傳輸和記錄系統(tǒng)的異步基帶接收機(jī)的普通拓?fù)?。該接收機(jī)從所接收的信號(hào)r(t)中以數(shù)據(jù)速率1/T生成數(shù)據(jù)序列ak。將所接收的信號(hào)r(t)提供給模擬低通濾波器LPF，其主要功能是抑制帶外噪聲。由模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC將LPF的輸出數(shù)字化，它工作在與數(shù)據(jù)速率1/T異步的、晶體控制自由運(yùn)行的采樣速率1/Ts上，該速率對(duì)于防止混疊已經(jīng)足夠高。將ADC輸出提供給均衡器EQ，均衡器EQ用于調(diào)節(jié)碼間干擾和噪聲。均衡器工作在與數(shù)據(jù)速率1/T異步的采樣速率1/Ts上。采樣速率轉(zhuǎn)換器SRC生成等價(jià)的同步輸出，用作比特檢測(cè)器DET的輸入以發(fā)送數(shù)據(jù)速率ak。SRC構(gòu)成在圖1中未明確圖示的定時(shí)恢復(fù)環(huán)路的一部分。在圖1中分別用符號(hào)1/Ts和1/T來(lái)表示異步和同步時(shí)鐘域。
為了克服系統(tǒng)參數(shù)的各種變化，均衡器EQ通常需要是自適應(yīng)的。為此，由誤差生成電路EFC從比特檢測(cè)器DET提取誤差信息，并用于通過控制模塊CTL來(lái)控制(更新)均衡器抽頭。誤差信息出現(xiàn)在同步(1/T)時(shí)鐘域內(nèi)，而控制必須處于異步(1/Ts)域內(nèi)。在兩者之間，需要逆采樣速率轉(zhuǎn)換器ISRC。實(shí)際上，均衡器通常是抽頭間隔Ts秒的抽頭延時(shí)線(有限脈沖響應(yīng)濾波器)。
現(xiàn)有的異步自適應(yīng)技術(shù)基于LMS(最小均方)算法。使用LMS，通過把抽頭序列與合適的誤差序列進(jìn)行互相關(guān)來(lái)推導(dǎo)出均衡器抽頭的更新信息。為此，抽頭和誤差信號(hào)需要在采樣速率和相位上都是同步的。第一個(gè)條件通過ISRC來(lái)滿足。第二個(gè)條件需要在互相關(guān)之前通過相應(yīng)地延時(shí)抽頭信號(hào)來(lái)匹配SRC、比特檢測(cè)器、誤差形成電路和ISRC的總延時(shí)。ISRC和延時(shí)匹配都使技術(shù)解決方案復(fù)雜化。而且，因?yàn)镾RC和ISRC延時(shí)隨著時(shí)間變化的特性，延時(shí)匹配也可能是不準(zhǔn)確的。因此，自適應(yīng)性能可能會(huì)降低。
圖2圖示根據(jù)本發(fā)明的接收機(jī)包括克服了上述缺點(diǎn)的自適應(yīng)拓?fù)?。在圖2中僅圖示了一部分?jǐn)?shù)據(jù)接收機(jī)，即與數(shù)字均衡器自適應(yīng)有關(guān)的部分。具體而言，未圖示控制采樣速率轉(zhuǎn)換器(SRC)和時(shí)間內(nèi)插裝置(TI)的接收機(jī)的定時(shí)恢復(fù)子系統(tǒng)。該接收機(jī)包括自適應(yīng)均衡器(EQ)、采樣速率轉(zhuǎn)換器(SRC)和檢測(cè)器(DET)，以便從所接收的輸入序列rn中生成數(shù)據(jù)速率ak。均衡器的自適應(yīng)基于迫零(ZF)技術(shù)，例如在1996年由Kluwer Academic Publishers出版的J.W.M.Bergmans的“數(shù)字基帶傳輸和記錄(Digital Baseband Transmissionand Recording)”中所描述的，標(biāo)記為[ref]。這些技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)在于通過把自適應(yīng)(控制)環(huán)路的上述誤差序列ek和數(shù)據(jù)序列ak或等價(jià)的比特判決的已濾波形式vk＝(a*h)k進(jìn)行互相關(guān)，來(lái)推導(dǎo)出抽頭更新信息，其中hk是在[ref]第8章中所描述的合適脈沖響應(yīng)，符號(hào)‘*’表示線性卷積。因?yàn)檎`差和數(shù)據(jù)序列都與數(shù)據(jù)速率1/T是同步的，所以推導(dǎo)更新信息不需要ISRC。而且，因?yàn)閮蓚€(gè)序列是同時(shí)生成的，延時(shí)匹配幾乎無(wú)足輕重。與LMS中相同，通過一組積分器從抽頭更新信息中推導(dǎo)出抽頭數(shù)值。為了使自適應(yīng)環(huán)路閉合，需要一個(gè)時(shí)基轉(zhuǎn)換器來(lái)將該組輸出從同步時(shí)鐘域轉(zhuǎn)換到異步時(shí)鐘域。
在圖2中，rn表示通過定期采樣記錄信道的諸如模擬重放信號(hào)而獲得的序列。在自由運(yùn)行的時(shí)鐘速率1/Ts上執(zhí)行采樣，該速率1/Ts通常不同于數(shù)據(jù)速率1/T。序列rn通過具有Ts間隔抽頭wn的均衡器EQ以在其輸出上生成一個(gè)均衡序列yn。均衡器EQ是一個(gè)FIR(有限脈沖響應(yīng))橫向?yàn)V波器，但是也可以是包含線性組合器的任何均衡器。均衡器的用途是使(諸如記錄)信道的響應(yīng)整形為規(guī)定的目標(biāo)響應(yīng)，并調(diào)節(jié)噪聲頻譜。均衡器EQ之后是采樣速率轉(zhuǎn)換器SRC，用于將Ts間隔的均衡序列yn轉(zhuǎn)換成等價(jià)的T間隔序列xk，將在包括比特檢測(cè)器DET的誤差生成器21的輸入上提供所述T間隔序列xk。T間隔輸入序列xk理想上與信道數(shù)據(jù)序列ak的數(shù)據(jù)速率1/T同步。由比特檢測(cè)器生成信道比特ak的估計(jì)值k。假設(shè)比特檢測(cè)器生成正確的判斷，則數(shù)據(jù)速率和估計(jì)值k是相同的。有時(shí)候，比特錯(cuò)誤并不明顯影響系統(tǒng)的性能?？蛇x擇地，在傳輸開始時(shí)，預(yù)確定的數(shù)據(jù)序列(通常稱作前沿碼)可以先于實(shí)際的數(shù)據(jù)以便使初始的自適應(yīng)是基于這個(gè)預(yù)確定數(shù)據(jù)序列的副本，該預(yù)確定的數(shù)據(jù)序列可以在數(shù)據(jù)接收機(jī)內(nèi)在沒有任何比特錯(cuò)誤的情況下本地合成。實(shí)際上，通常在這個(gè)所謂的“數(shù)據(jù)協(xié)助”操作模式中執(zhí)行自適應(yīng)的初始階段，一旦自適應(yīng)環(huán)路已經(jīng)收斂就切換到圖2所示的“判決引導(dǎo)”操作模式。盡管在圖2中未明確圖示，但是將理解本說(shuō)明書也涉及上述“數(shù)據(jù)協(xié)助”操作模式。圖2的其余部分圖示了用于使用根據(jù)本發(fā)明的ZF技術(shù)來(lái)自適應(yīng)地更新均衡器抽頭系數(shù)矢量序列wn的控制環(huán)路機(jī)制。在該控制環(huán)路中涉及的所有數(shù)字操作都可以例如通過執(zhí)行合適計(jì)算機(jī)程序的微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)。兩塊之間的粗箭頭表示矢量信號(hào)傳輸，而細(xì)箭頭表示標(biāo)量信號(hào)。
因此，控制環(huán)路包括-控制信息生成裝置，用于從誤差序列ek和數(shù)據(jù)序列ak中以數(shù)據(jù)速率1/T獲得同步控制矢量序列Zk；和-時(shí)間內(nèi)插裝置TI，用于從所述同步控制矢量序列Zk中獲得控制矢量序列Sn。
在圖2中，控制矢量序列Sn直接控制均衡器，即與Sn簡(jiǎn)單一致的均衡器抽頭矢量序列Sn。
控制信息生成裝置生成的同步控制矢量序列Zk由一組Nz積分器22構(gòu)成，其輸入從向量積ekVk中獲得，其中Vk是包括Nv參考序列的參考矢量序列。通過下述方法獲得這個(gè)參考矢量序列，在移位寄存器SR執(zhí)行串并轉(zhuǎn)換以形成參考序列vk之后的矢量序列Vk之前，通過將數(shù)據(jù)序列ak提供給濾波器H以形成一個(gè)參考序列vk，所述濾波器H的脈沖響應(yīng)hk是可用于優(yōu)化自適應(yīng)特定的一個(gè)設(shè)計(jì)自由度(參見[ref]第8章)。下面詳細(xì)描述ZF均衡器自適應(yīng)方案。
標(biāo)記為zkj的積分器22輸出上的變量遵循下述等式zk+1j=zkj+μΔkj,j=0,...,Nz-1---(1)]]>其中-zkj是第j個(gè)積分器在時(shí)間k上的輸出；μ是確定閉環(huán)時(shí)間常數(shù)的小標(biāo)量因子(通常稱作步長(zhǎng))；-Δkj是在迭代k上的抽頭誤差估計(jì)值；和-Nz是積分器數(shù)量。
根據(jù)ZF方案，估計(jì)值Δkj通過下式給出Δkj=ek-Dvk-j=ek-D(a^*h)k-j---(2)]]>其中-ek是SRC輸出和所希望的檢測(cè)器輸入dk＝(a*g)k(的延時(shí)形式)之間的誤差，其中-gk是用于均衡器自適應(yīng)的(濾波器G)的目標(biāo)響應(yīng)；-vk是數(shù)據(jù)序列ak(估計(jì)值)的已濾波形式；-hk是合適的脈沖響應(yīng)(參見[ref]，第8章)；-D是取決于系統(tǒng)內(nèi)其它延時(shí)的合理延時(shí)。這個(gè)延時(shí)的目的是在時(shí)間上校準(zhǔn)誤差信號(hào)ek和序列vk。
如在[ref]中第8章更詳細(xì)地解釋的，在一些情況下，D可以是負(fù)值。在這些情況下，可以將(正)延時(shí)-D應(yīng)用于參考序列vk，而不是將(負(fù)的，并且因此是非物理的)延時(shí)D應(yīng)用于ek。為了完整性，應(yīng)當(dāng)指出所描述的等式(2)和圖2僅僅是根據(jù)誤差序列ek和數(shù)據(jù)序列ak推導(dǎo)出抽頭誤差估計(jì)值Δkj的各種可能的方式之一。例如，可以強(qiáng)烈量化兩個(gè)序列ek和(*h)k-j之一以便簡(jiǎn)化實(shí)施方式，并且可以通過選擇更新機(jī)制來(lái)替換等式(2)中的相乘。
圖2圖示每T秒(同步域)更新積分器輸出上的同步控制矢量序列Zk，而均衡器系數(shù)矢量Wn需要每Ts秒更新一次，因?yàn)榫馄鞴ぷ髟诋惒接騼?nèi)。通過用于從積分器組輸出上的同步控制矢量序列Zk中以采樣速率1/Ts推導(dǎo)出異步控制矢量序列Sn的時(shí)間內(nèi)插裝置TI來(lái)執(zhí)行必要的時(shí)基轉(zhuǎn)換。因?yàn)槌轭^數(shù)值對(duì)于兩個(gè)采樣速率僅緩慢地變化，因此例如可以通過執(zhí)行零階內(nèi)插的一組鎖存器以最簡(jiǎn)單的可能方式來(lái)執(zhí)行時(shí)間內(nèi)插。因此，異步迫零均衡基本上和同步均衡一樣簡(jiǎn)單。這與LMS不同，LMS在其同步形式中已經(jīng)比ZF復(fù)雜得多，其中異步增加了非常多的開銷。盡管簡(jiǎn)單，但是如果通過合理地設(shè)計(jì)，ZF環(huán)路的性能也接近于其LMS對(duì)應(yīng)物的性能。還存在一個(gè)問題。均衡器的抽頭間隔是Ts秒，即它用于在Ts秒的步驟中延時(shí)輸入序列以獲得Ts秒的抽頭間隔，從而獲得連續(xù)抽頭信號(hào)，然后將這些抽頭信號(hào)與通過系數(shù)矢量序列Wn定義的加權(quán)wnj，j＝1，...，Nw線性地組合。然而，該組積分器輸出上的控制矢量序列sn與T間隔均衡器相關(guān)，即sn連續(xù)的分量sj，j＝1，...，Ns原則上是指用于抽頭間隔T的均衡器的加權(quán)因子。這個(gè)T秒的標(biāo)稱抽頭間隔和Ts秒的實(shí)際抽頭間隔之間的差異不僅在均衡器固定的穩(wěn)態(tài)解決方案方面而且在環(huán)路效率降低方面導(dǎo)致自適應(yīng)性能上的降低。因此，圖2的拓?fù)渲饕m合于接近同步的應(yīng)用，例如1/Ts和1/T彼此接近的應(yīng)用，差值最好小于20-40％。在許多的實(shí)際系統(tǒng)內(nèi)符合這一條件，例如在用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的大多數(shù)信道IC(集成電路)中。
為了能夠在大范圍的應(yīng)用中使用本發(fā)明，推薦圖2中所描述方案的一種改進(jìn)。根據(jù)這種改進(jìn)，控制環(huán)路還包括空間轉(zhuǎn)換裝置，用于從在時(shí)間內(nèi)插裝置輸出上的異步控制矢量序列Sn中推導(dǎo)出均衡器系數(shù)矢量序列Wn。這導(dǎo)致將在控制環(huán)路內(nèi)生成的初始T間隔序列轉(zhuǎn)換成用于控制均衡器系數(shù)矢量Wn的等價(jià)Ts間隔序列。在圖3中，使用符號(hào)SI表示這些空間轉(zhuǎn)換裝置。因?yàn)楦伦兞縮nj描述T-間隔均衡器的系數(shù)，必須將這個(gè)T間隔信息轉(zhuǎn)換成Ts間隔信息。這需要由空間內(nèi)插器模塊SI執(zhí)行的在系數(shù)sj上的內(nèi)插。因此，更新標(biāo)量sj是底層時(shí)間連續(xù)均衡器濾波器的T-間隔采樣，其脈沖響應(yīng)表示為w(t)，即sj＝w(jT)，j＝1，...，Ns。假設(shè)w(t)可用，我們將必須在位置ti＝i×Ts上對(duì)其重新采樣，其中i＝0，...，Nw-1，從而生成必需的均衡器系數(shù)wi＝w(i×Ts)。在此，變量t并未表示時(shí)間而是位置，假設(shè)連續(xù)的數(shù)值來(lái)自某個(gè)間隔(濾波器的跨距)。在同樣的意義上，i是與時(shí)間無(wú)關(guān)的位置索引，即ti完全由i來(lái)確定，并不隨時(shí)間改變。然而，因?yàn)閮Hw(t)的T間隔采樣即sj可用，所以必須使用這些采樣的內(nèi)插來(lái)生成Ts間隔的標(biāo)量wi。
內(nèi)插最簡(jiǎn)單的一種形式是線性內(nèi)插，從計(jì)算的觀點(diǎn)來(lái)看很有吸引力，但是也可以考慮其它形式的內(nèi)插，例如甚至更簡(jiǎn)單的最近相鄰內(nèi)插。同樣可以將重新采樣的位置ti＝i×Ts表示為ti＝(mi+ci)T，其中0≤ci≤1，并且 ci=iTsT-mi.---(3)]]>因?yàn)閏i在0和1之間變化，所以ti在miT和(mi+1)T之間變化，w(t)在w(miT)=sim]]>和w((mi+1)T)=sim+1]]>之間變化。根據(jù)一種線性內(nèi)插的方法，然后將位置ti上的w(t)的數(shù)值計(jì)算為wi=w(ti)=(1-ci)×smi+ci×smi+1---(4)]]>借助于等式(4)，圖3的空間內(nèi)插器SI將鎖存器輸出上的T間隔抽頭sj轉(zhuǎn)換成表示均衡器抽頭的Ts間隔抽頭設(shè)置wi。為了執(zhí)行這一轉(zhuǎn)換，它必須知道或估計(jì)如等式(3)所表示的信道比特率與采樣率的比值Ts/T。然而，這個(gè)比值的估計(jì)值已經(jīng)可以在圖3的采樣率轉(zhuǎn)換器SRC內(nèi)獲得。SRC在時(shí)間tk＝kT上重新采樣Ts間隔序列yn，可以將其重新表示為tk＝(mk+μk)Ts。在存在相位誤差時(shí)，連續(xù)的采樣時(shí)刻之間的差值根據(jù)tk-tk-1＝T+τkT隨著T的標(biāo)稱值而改變，其中τk是重新構(gòu)建的T-間隔時(shí)鐘內(nèi)的相位誤差。然后，我們獲得下述等式
(mk-mk-1)+(μk-μk-1)=TTs+τkTTs---(5)]]>控制SRC的定時(shí)恢復(fù)環(huán)路用于將相位誤差的平均值迫零。因此，公式(5)左側(cè)的量值平均值將固定在T/Ts的實(shí)際值上或者線性內(nèi)插所需比值的倒數(shù)上。
等式(4)的轉(zhuǎn)換方案相對(duì)簡(jiǎn)單，然而從實(shí)施的立場(chǎng)來(lái)看可能不是最佳的。一種原因在于它涉及更復(fù)雜的多比特?cái)?shù)字的相乘。通過將內(nèi)插濾波器的系數(shù)ci量化成較少數(shù)量的比特，可以將其放松到某種程度，但是也可以實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單的方案。通過在鎖存器和積分器之前執(zhí)行空間轉(zhuǎn)換，基本上是“返回”ZF更新算法，來(lái)產(chǎn)生這些方案。這導(dǎo)致圖4的普通拓?fù)洹?br> 在圖4的拓?fù)渲校ㄟ^分?jǐn)?shù)(fractional)延時(shí)裝置42執(zhí)行空間轉(zhuǎn)換，所述裝置通過將Ts時(shí)間單元步長(zhǎng)的延時(shí)施加給數(shù)據(jù)序列ak的濾波形式，從數(shù)據(jù)序列ak獲得Ts間隔的參考矢量序列Vk。從誤差序列ek和參考矢量序列Vk獲得的同步控制矢量序列Zk具有Nz系數(shù)zj(j＝0，...，Nz-1)，現(xiàn)在它的間隔為Ts秒，而在圖3中為T秒。這是因?yàn)樵趫D4的拓?fù)渲?，通過分?jǐn)?shù)延時(shí)裝置42在同步時(shí)域內(nèi)執(zhí)行空間轉(zhuǎn)換。分?jǐn)?shù)延時(shí)裝置42可以包括一個(gè)線性矩陣M，它通過將比特判決 轉(zhuǎn)換成用于形成異步均衡器抽頭更新的適當(dāng)變量來(lái)執(zhí)行空間內(nèi)插和數(shù)字濾波操作。矩陣M工作在移位寄存器SR的輸出上，由其對(duì)比特流 執(zhí)行串并轉(zhuǎn)換。這種拓?fù)涫欠浅Ｆ胀ǖ?，它可以適用于任意的目標(biāo)響應(yīng)和任意形式的內(nèi)插。
因此，將說(shuō)明如何在不影響接收機(jī)性能的情況下在圖4的接收機(jī)拓?fù)鋬?nèi)的初始級(jí)上執(zhí)行(4)的空間轉(zhuǎn)換。在迭代k+1上，使用在時(shí)間內(nèi)插操作之前的速率1/T上的迭代，我們根據(jù)等式(4)獲得wk-1i=(1-ci)×zk+1mi+ci×zk+1mi+1,i=0,...,Nw-1---(6)]]>使用(1)和(6)，因?yàn)閣k+1i=(1-ci)×(zkmi+μΔkmi)+ci×(zkmi+1+μΔkmi+1]]>=wki+μ×((1-ci)×Δkmi+ci×Δkmi+1)---(7)]]>等式(7)所涉及的操作依然比等式(4)復(fù)雜。然而，等式(7)可以被進(jìn)一步修改以降低復(fù)雜性。為了最終使用等式(2)。為了使表達(dá)式很短，在下文中將D設(shè)置為零。將該表達(dá)式用于等式(7)中的Δkj，我們得到wk+1i=wki+μ×ek×((1-ci)×vk-mi+ci×vk-mi-1)---(9)]]>為了容易計(jì)算Δkj而通常進(jìn)行的一種簡(jiǎn)化是用sgn(vk)代替vk，在此運(yùn)算符sgn(x)表示提取變量x的符號(hào)的操作。在許多應(yīng)用中，特別注意在光記錄接收機(jī)中，通常如此選擇脈沖響應(yīng)hk以使 這隱含假設(shè)了檢測(cè)器不產(chǎn)生任何判斷誤差，因此 在(8)中，用sgn(vk)＝ak的普通替換中，偶爾的比特誤差不會(huì)影響隨后的結(jié)果以及系統(tǒng)性能，我們得到簡(jiǎn)化的更新wk+1i=wki+μ×ek×((1-ci)×ak-mi+ci×ak-mi-1)]]>=wki+μ×ek×αi---(9)]]>因?yàn)閍k∈{-1，1}，在不需要乘法的情況下可以根據(jù)簡(jiǎn)單的邏輯來(lái)計(jì)算等式(9)中的量值αi=(1-ci)×ak-mi+ci×ak-mi-1]]>通過將αi重新撰寫如下，這將是顯而易見的。
αi=ak-mi+ci×(ak-mi-1-ak-mi)=]]> 而且，因?yàn)镹w是固定的，如果在自適應(yīng)的整個(gè)過程中比值Ts/T基本上保持恒定，即在CLV(恒定線速度)模式中或者在CAV(恒定角速度)模式中所述比值基本上保持恒定，如果相應(yīng)地調(diào)整采樣速率，則可以為每個(gè)索引提供數(shù)值mi和ci的表格。因此，也可以提供四進(jìn)制變量αi的數(shù)值的表格。
圖5和圖6圖示了圖4的普通拓?fù)鋬?nèi)的分?jǐn)?shù)延時(shí)裝置42的兩種不同的實(shí)施例。這兩種實(shí)施例涉及兩種不同情況，即分別對(duì)應(yīng)于Ts＞T的欠采樣情況和Ts＜T的過采樣情況。在每種情況下考慮等式(9)的方案的含義。
圖5涉及欠采樣的情況，這是實(shí)際上更感興趣的情況，因?yàn)椴蓸釉O(shè)備均衡器和SRC工作在低于信道比特率1/T的速率1/Ts上。對(duì)于包括旋轉(zhuǎn)磁盤的記錄系統(tǒng)而言，在更高的旋轉(zhuǎn)速度上這可能尤其有利。我們舉DVR系統(tǒng)作為例子。因?yàn)镈VR通道的截止頻率大約為1/3T，信息無(wú)損采樣基本上降低到奈奎斯特速率2/3T。因?yàn)橛?jì)算的復(fù)雜性，考慮等式(9)內(nèi)插方案的可能簡(jiǎn)化。這可以通過用sgn(αi)替換等式(9)中的αi，根據(jù)下式通過ci來(lái)確定這個(gè)符號(hào) 這有效地產(chǎn)生最近采樣算法，也稱作最近相鄰內(nèi)插，為其將等式(9)中的系數(shù)更新降低到誤差ek與信息比特ak-Ji的相關(guān)值，其中盡可能靠近ti＝iTs地為JiT選擇Ji。
即Ji=argmink|kT-iTs|---(12)]]>只要ci≈0.5和ak-mi≠ak-mi-1，在等式(11)中就存在不確定性。在這種情況下，iTs介于miT和(mi+1)T之間，基于一個(gè)來(lái)選擇另一個(gè)將導(dǎo)致ZF系數(shù)更新中的符號(hào)翻轉(zhuǎn)。這說(shuō)明sgn(ai)在那種情況下基本上不傳送控制信息。為了避免所產(chǎn)生的梯度噪聲，對(duì)于ci≈0.5來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)在不存在轉(zhuǎn)變的情況下調(diào)整系數(shù)更新，即應(yīng)當(dāng)有效地使用三進(jìn)制量值 所獲得的更新均衡器系數(shù)的算法與它的同步ZF算法同樣簡(jiǎn)單。在圖5中圖示了所獲得的拓?fù)?。圖4中的特殊情況是線性矩陣M簡(jiǎn)化為執(zhí)行等式(11)和(13)操作的選擇器SEL。選擇器由變量mi和ci控制，其中i＝0，...，Nw-1，所述變量由計(jì)算器CAL提供，它又由通過SRC獲得的T/Ts的值提供。計(jì)算器執(zhí)行等式(3)所述的操作。
在欠采樣的情況下，再次參見圖3的拓?fù)?，抽頭間隔T秒的sn具有比抽頭間隔Ts秒的wn更多的系數(shù)。因此，所使用的積分器22的數(shù)量大于均衡器的抽頭數(shù)量Nw。通過在積分器級(jí)之前執(zhí)行空間轉(zhuǎn)換，如圖4所示，積分器輸入上的變量變成Ts間隔的，積分器的數(shù)量減少到Nw，這與硬件的節(jié)約有關(guān)。
圖6涉及過采樣的情況，這是一個(gè)較不實(shí)際的數(shù)值，尤其對(duì)于將其頻譜限制到低于奈奎斯特頻率的光記錄頻道來(lái)說(shuō)。然而，在某些情況下，例如為了克服在光記錄系統(tǒng)中在磁盤讀出過程中信道比特率的變化(在CAV模式中)，必須過采樣重放信號(hào)。當(dāng)過采樣重放信號(hào)時(shí)，或者Ts＜T時(shí)，T間隔控制矢量序列的空間轉(zhuǎn)換需要內(nèi)插。
在諸如數(shù)字記錄的應(yīng)用中，線性內(nèi)插將很好地執(zhí)行。然而，不能確保簡(jiǎn)單形式的內(nèi)插(例如最近相鄰內(nèi)插)很好地工作，尤其在很高的過采樣速率上。在圖6中圖示了在過采樣情況下分?jǐn)?shù)延時(shí)裝置42的最佳實(shí)施方式。實(shí)際上是用等式(10)表示的線性內(nèi)插的實(shí)現(xiàn)方式。系數(shù)選擇器CSEL的目的是從檢測(cè)器輸出序列中選擇出所希望的內(nèi)插ak-mi和ak-mi-1，假設(shè)由計(jì)算器CAL使用等式(3)來(lái)計(jì)算所述變量mi。隨后，將所有的i＝0，...，Nw-1的內(nèi)插收集成一個(gè)矢量，然后將其與矩陣Q相乘以生成等式(10)中的變量αi。矩陣Q具有Nw行和L列，其中L是內(nèi)插矢量的長(zhǎng)度。標(biāo)記為Qi的Q的每行正好具有兩個(gè)非零單元 其中ni＝0，...，L-2。圖6中的矩陣乘法僅是概念性的，因?yàn)槿绲仁?10)所示，不需要任何乘法也可以計(jì)算αi。因此，所獲得的在過采樣情況下用于ZF異步均衡器更新的算法幾乎與欠采樣情況下的算法一樣簡(jiǎn)單。
根據(jù)本發(fā)明的另一種具體實(shí)施例，如圖7所示，分?jǐn)?shù)延時(shí)裝置72包括-離散時(shí)間濾波器 用于濾波數(shù)據(jù)序列ak，以便濾波器輸出 類似于目標(biāo)濾波器輸出dk；和-分?jǐn)?shù)移位寄存器(FSR)，用于將Ts時(shí)間單元步長(zhǎng)的延時(shí)施加給離散時(shí)間濾波器輸出 根據(jù)這種實(shí)施例，如圖7所示，在兩個(gè)步驟中生成參考矢量序列Vk。第一步驟執(zhí)行離散時(shí)間濾波操作，其中將ak提供給濾波器 其脈沖響應(yīng) 類似于目標(biāo)響應(yīng)gk(或者，可選擇地，類似于信道的采樣脈沖響應(yīng))。將這個(gè)濾波器的輸出表示為 因?yàn)樗愃朴谒Ｍ臋z測(cè)器輸入dk。在許多種可能的情況中，對(duì)兩種 的選擇感興趣 其中d→k=dk,]]>和 其中d→k=ak.]]>在這兩種情況下，在圖4的拓?fù)渲幸呀?jīng)可以獲得 所以不需要為了計(jì)算它添加任何硬件。由標(biāo)記為FSR的方框執(zhí)行的圖7的拓?fù)渲械牡诙襟E向 提供Ts秒步長(zhǎng)的延時(shí)以獲得參考矢量序列的近似形式Vk。分?jǐn)?shù)延時(shí)的合成需要內(nèi)插。因?yàn)?將具有有限的帶寬，所以諸如最近相鄰(零階)和線性內(nèi)插的簡(jiǎn)單形式的內(nèi)插將很好地執(zhí)行。通常并不需要更高階的內(nèi)插。
圖8圖示根據(jù)本發(fā)明的包括圖1至7之一所示接收機(jī)的一種系統(tǒng)的例子。該系統(tǒng)例如可以是數(shù)字記錄系統(tǒng)。它包括記錄器81，用于在記錄載體82上記錄數(shù)字序列83；和接收機(jī)84，用于從所述記錄載體中讀取所記錄的序列85。記錄載體82例如是一張光盤。
在這里，附圖及其描述僅是說(shuō)明性的，而不能限制本發(fā)明。顯然存在許多種落入權(quán)利要求書保護(hù)范圍的可選實(shí)施方式。在這一方面，總結(jié)如下存在許多種利用硬件或軟件或兩者之組合來(lái)實(shí)現(xiàn)功能的方式。在這一點(diǎn)上，附圖是示意性的，每幅圖僅代表本發(fā)明的一種可能的實(shí)施例。因此，盡管附圖將不同的功能圖示為不同的方框，這絕不排除執(zhí)行多個(gè)功能的單一硬件或軟件。同時(shí)，也不排除由一組硬件或軟件或其組合來(lái)執(zhí)行一種功能。
權(quán)利要求
1.一種從以時(shí)鐘速率1/Ts采樣的接收序列(rn)中以數(shù)據(jù)速率1/T發(fā)送數(shù)據(jù)序列(ak)的接收機(jī)，所述時(shí)鐘速率1/Ts與數(shù)據(jù)速率1/T異步，該接收機(jī)包括-自適應(yīng)均衡器(EQ)，用于發(fā)送來(lái)自所述接收序列(rn)的已均衡序列(yn)，所述均衡器工作在時(shí)鐘速率1/Ts上，并具有通過控制環(huán)路由控制矢量序列(Sn)控制的均衡器系數(shù)矢量(Wn)；-采樣速率轉(zhuǎn)換器(SRC)，用于將所述已均衡序列(yn)轉(zhuǎn)換成等價(jià)的輸入序列(xk)以用于在數(shù)據(jù)速率1/T上提供給誤差生成器(21)；-誤差生成器(21)，用于發(fā)送來(lái)自所述輸入序列(xk)的數(shù)據(jù)序列(ak)和誤差序列(ek)以供在控制環(huán)路內(nèi)使用；其中所述控制環(huán)路包括-控制信息生成裝置(22，42，72，21)，用于從誤差序列(ek)和數(shù)據(jù)序列(ak)中導(dǎo)出在數(shù)據(jù)速率1/T上的同步控制矢量序列(Zk)；和-時(shí)間內(nèi)插裝置(TI)，用于從所述同步控制矢量序列(Zk)中導(dǎo)出控制矢量序列(Sn)。
2.如權(quán)利要求1所要求保護(hù)的接收機(jī)，其中所述時(shí)間內(nèi)插裝置(TI)包括零階內(nèi)插裝置。
3.如權(quán)利要求2所要求保護(hù)的接收機(jī)，其中所述零階內(nèi)插裝置至少包括一個(gè)鎖存器。
4.如權(quán)利要求1至3所要求保護(hù)的接收機(jī)，其中控制環(huán)路還包括空間轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)置(SI；42；72)，用于將在控制環(huán)路內(nèi)生成的給定的初始T-間隔序列轉(zhuǎn)換成等價(jià)的Ts-間隔序列以便控制所述均衡器系數(shù)矢量(Wn)。
5.如權(quán)利要求4所要求保護(hù)的接收機(jī)，其中所述空間轉(zhuǎn)換裝置(SI；42；72)被設(shè)置用于執(zhí)行線性內(nèi)插。
6.如權(quán)利要求4所要求保護(hù)的接收機(jī)，其中所述空間轉(zhuǎn)換裝置(SI；42；72)被設(shè)置用于執(zhí)行最近相鄰內(nèi)插。
7.如權(quán)利要求4-6所要求保護(hù)的接收機(jī)，其中所述空間轉(zhuǎn)換裝置包括空間內(nèi)插裝置(SI)，用于從時(shí)間內(nèi)插裝置(TI)的輸出上的控制矢量序列(Sn)中導(dǎo)出均衡器系數(shù)矢量(Wn)。
8.如權(quán)利要求4至6所要求保護(hù)的接收機(jī)，其中所述空間轉(zhuǎn)換裝置(SC)包括分?jǐn)?shù)延時(shí)裝置(42；72)，用于通過將步長(zhǎng)為Ts時(shí)間單元的延時(shí)施加給數(shù)據(jù)序列(ak)的濾波形式，從數(shù)據(jù)序列(ak)導(dǎo)出Ts-間隔的參考矢量序列(Vk)，并且其中從誤差序列(ek)和所述參考矢量序列(Vk)導(dǎo)出所述同步控制矢量序列(Zk)。
9.如權(quán)利要求8所要求保護(hù)的接收機(jī)，其中誤差生成器(21)包括-具有目標(biāo)響應(yīng)的比特檢測(cè)器(DET)，用于接收輸入序列(xk)和用于發(fā)送數(shù)據(jù)序列(ak)；-目標(biāo)濾波器(G)，用于接收所述數(shù)據(jù)序列(ak)和發(fā)送目標(biāo)濾波器輸出(dk)，所述目標(biāo)濾波器具有區(qū)別所述目標(biāo)響應(yīng)的脈沖響應(yīng)(gk)；和-比較裝置(+)，用于比較所述目標(biāo)濾波器輸出(dk)與所述輸入序列(xk)以獲得誤差序列(ek)；所述分?jǐn)?shù)延時(shí)裝置(72)，包括-離散時(shí)間濾波器(^G)，用于濾波數(shù)據(jù)序列(ak)，以使所述數(shù)據(jù)序列的濾波形式(^dk)類似于所述目標(biāo)濾波器輸出(dk)；和-分?jǐn)?shù)移位寄存器(FSR)，用于將步長(zhǎng)為Ts時(shí)間單元的延時(shí)施加給所述數(shù)據(jù)序列的所述濾波形式(^dk)。
10.如權(quán)利要求1至9中任一權(quán)利要求所要求保護(hù)的接收機(jī)，用于在數(shù)字記錄系統(tǒng)內(nèi)使用。
11.一種數(shù)字系統(tǒng)，包括用于通過信道載體發(fā)送數(shù)字序列的發(fā)射機(jī)，和用于從所述信道載體提取所述數(shù)字序列的接收機(jī)，其中所述接收機(jī)是如權(quán)利要求1至9中任一權(quán)利要求所要求保護(hù)的接收機(jī)。
12.在包括自適應(yīng)均衡器的接收機(jī)中，一種接收以時(shí)鐘速率1/Ts采樣的序列(rn)和以數(shù)據(jù)速率1/T發(fā)送數(shù)據(jù)序列(ak)的均衡器自適應(yīng)方法，該方法包括下述步驟-自適應(yīng)均衡步驟，使用均衡器系數(shù)矢量(Wn)發(fā)送來(lái)自所述接收序列(rn)中的已均衡序列(yn)；-采樣速率轉(zhuǎn)換器(SRC)，將所述已均衡序列(yn)轉(zhuǎn)換成等價(jià)的輸入序列(xk)用以在數(shù)據(jù)速率1/T上由誤差生成步驟(21)進(jìn)行處理；-誤差生成步驟(21)，從所述輸入序列(xk)中以數(shù)據(jù)速率1/T生成誤差序列(ek)和數(shù)據(jù)序列(ak)；-從誤差序列(ek)和數(shù)據(jù)序列(ak)生成控制矢量序列(Sn)，以用于控制所述均衡器系數(shù)矢量(Wn)的控制步驟；其中所述控制步驟包括-控制信息生成步驟，用于從誤差序列(ek)和數(shù)據(jù)序列(ak)中導(dǎo)出在數(shù)據(jù)速率1/T上的同步控制矢量序列(Zk)；和-時(shí)間內(nèi)插步驟(TI)，用于從所述同步控制矢量序列(Zk)中導(dǎo)出控制矢量序列(Sn)。
13.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，供接收機(jī)用來(lái)計(jì)算一組指令，當(dāng)將所述指令載入接收機(jī)內(nèi)時(shí)，使接收機(jī)執(zhí)行權(quán)利要求12所要求保護(hù)的方法。
14.一種承載計(jì)算機(jī)程序的信號(hào)，該計(jì)算機(jī)程序被設(shè)置用于執(zhí)行權(quán)利要求12所要求保護(hù)的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于數(shù)字傳輸和記錄系統(tǒng)的異步接收機(jī)。該接收機(jī)包括用于定時(shí)恢復(fù)的采樣速率轉(zhuǎn)換器(SRC)，它的前面是在與數(shù)據(jù)速率1/T異步的采樣速率1/Ts上操作的數(shù)字自適應(yīng)均衡器。描述了一種使用迫零(ZF)技術(shù)的均衡器自適應(yīng)方法，用于通過控制環(huán)路修改與數(shù)據(jù)速率異步的均衡器抽頭。為此，控制環(huán)路包括執(zhí)行時(shí)基轉(zhuǎn)換的時(shí)間內(nèi)插裝置，用于將信號(hào)從同步域(1/T)轉(zhuǎn)換到異步域(1/Ts)；和空間轉(zhuǎn)換，用于將T－間隔信號(hào)轉(zhuǎn)換成Ts－間隔信號(hào)。
文檔編號(hào)H04L25/03GK1579078SQ02821707
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2002年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月31日
發(fā)明者J·W·M·博格曼斯, C·波茲蒂斯, 汪建江 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司