專利名稱：帶有效系數(shù)更新操作的均衡裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于高清晰度電視(HDTV)信號接收系統(tǒng)中的均衡裝置，特別涉及一種改進的可提供有效系數(shù)的更新操作的均衡裝置。
在(HDTV)系統(tǒng)中，來自電視信號發(fā)射源的電視信號通過傳輸信道傳送至HDTV信號接收系統(tǒng)。這種通過傳輸信道傳輸電視信號的方式所固有的問題在于，信道失真和增加的噪聲往往會導(dǎo)致破壞例如包含在被傳送的電視信號中的數(shù)據(jù)符號，從而反過來影響HDTV信號接收系統(tǒng)識別所接收的符號的電平的能力。為解決這個問題，典型的HDTV信號接收系統(tǒng)包括一個信道自適應(yīng)均衡器。
這種現(xiàn)有技術(shù)的信道自適應(yīng)均衡器采用一個濾波裝置，從接收的信號中濾除例如由依據(jù)傳輸信道的時變響應(yīng)的頻率所引起的波幅和相位失真，以提供改進的符號判定能力。
HDTV信號接收系統(tǒng)中所使用的這樣一種均衡裝置被公開在一篇Samir N.Hulyalka等人所著的文章，“用于全球電視及無線電聯(lián)播的先進數(shù)字HDTV傳輸系統(tǒng)(Advanced Digital HDTV Transmisson System for Terrestrial VideoSimulcasting)”IEEE Journal on Selected Areas inCommunications，11，No.1，119-125頁(1993年1月)中，它包括一有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器，該濾波器采用多個稱為分支系數(shù)的均衡系數(shù)和一個系數(shù)更新模塊，以提供一種自調(diào)整而無需用訓(xùn)練(train)程序。該系數(shù)更新模塊可按兩種方式操作盲方式和判定引導(dǎo)方式。在盲方式中，對應(yīng)于近似誤差函數(shù)，將均衡系數(shù)粗調(diào)至它們的近似初值。其中該近似誤差函數(shù)通過采用一已知的非線性函數(shù)，即由高階方程表示的所謂費用函數(shù)來計算，在判定引導(dǎo)方式中，用判定誤差函數(shù)將均衡系數(shù)精確修正至它們的最佳值。其中該判定誤差函數(shù)通過使用已知的判定函數(shù)來計算。上述均衡系數(shù)的初值通過要求將費用函數(shù)的微分減至零而在一迭代處理中求得，從而使費用函數(shù)收斂至一個最小值。然而在此情況下，費用函數(shù)有時收斂于一個局部最小值，而非整體最小值。結(jié)果很難將均衡系數(shù)正確調(diào)整至對應(yīng)于誤差函數(shù)的整體最小值的初始最佳值。
因此本發(fā)明的主要目的是提供一種可將均衡系數(shù)收斂至它們的最佳值的改進的電視信號均衡裝置。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于電視信號接收系統(tǒng)中的均衡裝置，它包括一個均衡濾波器，其具有一組均衡系數(shù)用于均衡在發(fā)射頻道中自原始信號畸變的輸入電視信號，產(chǎn)生經(jīng)濾波的輸出信號，其中該輸入電視信號包括多個數(shù)據(jù)采樣，且經(jīng)濾波的輸出信號具有相應(yīng)的多個經(jīng)濾波的輸出數(shù)據(jù)采樣；及更新電路，用于響應(yīng)數(shù)據(jù)采樣和相應(yīng)的經(jīng)濾波的輸出數(shù)據(jù)采樣，產(chǎn)生一組更新的補償系數(shù)作為一組用于均衡濾波器的均衡系數(shù)。其特征在于所述的更新電路包括誤差生成裝置，響應(yīng)于經(jīng)濾波的輸出數(shù)據(jù)采樣，用于生成一個表示經(jīng)濾波的輸出數(shù)據(jù)采樣和一預(yù)定的期望值之間的差的誤差值，并用于生成該誤差值的均方誤差值。
存儲裝置，用于儲存該組更新的濾波系數(shù)作為一組先前均衡系數(shù)，并用于儲存一預(yù)定步長。
第一運算裝置，用于將數(shù)據(jù)采樣、經(jīng)濾波的輸出數(shù)據(jù)采樣、預(yù)定的步長及誤差函數(shù)相乘以產(chǎn)生一第一運算值。
第二運算裝置，用于將該誤差值乘以一從一已知斷續(xù)分布函數(shù)中隨意選出的一隨機數(shù)值以提供—第二運算值。
加權(quán)裝置，根據(jù)該均方誤差值，用于將第一權(quán)重因數(shù)與第一運算值相乘及將第二運算值與第二權(quán)重因數(shù)相乘，從而產(chǎn)生第一和第二經(jīng)加權(quán)的運算值；及用于將第一和第二經(jīng)加權(quán)的運算值與該組先前均衡系數(shù)相加，以產(chǎn)生一組更新的均衡系數(shù)作為更新電路的輸出的裝置。
本發(fā)明的上述和其它目的及特征將在以下對結(jié)合附圖的較佳實施例的描述中變得顯然。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的采用一盲態(tài)均衡單元的電視信號均衡裝置的方框圖；圖2描繪了如圖1所示的盲態(tài)均衡單元的詳細方框圖。
參照圖1，示有一依據(jù)本發(fā)明的使用盲態(tài)均衡單元的電視信號均衡裝置。該電視信號均衡裝置包括一具有多個均衡系數(shù)的均衡濾波器10，一用于生成更新的系數(shù)的系數(shù)更新模塊20。
自傳輸信道接收的電視信號(圖中未表示)在一已知采樣電路(圖中未表示)中被采樣成多個被順序耦合至均衡濾波器10的輸入數(shù)據(jù)采樣。第一均衡濾波器10包括一有限脈沖響應(yīng)濾波器(FIR)，其中輸入數(shù)據(jù)采樣被順序地濾波并被以所含的多個均衡系數(shù)所均衡，以產(chǎn)生經(jīng)濾波的數(shù)據(jù)采樣。隨后，這些經(jīng)濾波的數(shù)據(jù)采樣被順序地耦合至系數(shù)更新模塊20，并通過一反旋轉(zhuǎn)器(derotator)30到下一個處理器，例如一個源解碼器(圖中未表示)。
也就是說，輸入數(shù)據(jù)采樣Y(n)’S通過均衡濾波器10被順序地并反復(fù)地濾波以通過使用均衡系數(shù)修正在傳輸信道中產(chǎn)生失真的輸入數(shù)據(jù)采樣Y(n)’S，并產(chǎn)生經(jīng)濾波的數(shù)據(jù)采樣作為經(jīng)均衡的數(shù)據(jù)采樣，其近似于傳輸前初始的無失真的數(shù)據(jù)采樣。
已知，來自均衡濾波器10的經(jīng)濾波的數(shù)據(jù)采樣Z(n)，可用下式表示z(n)=Σi=0Mn-1Wi(n)y(n-Mn2+i)---(1)]]>其中Wi(n)為一組均衡系數(shù)，相應(yīng)于與包含在均衡濾波器中的目標(biāo)輸入數(shù)據(jù)采樣Y(n)相鄰的Mn數(shù)據(jù)采樣，Mn是一正整數(shù)，代表濾波單元數(shù)的正整數(shù)。
均衡系數(shù)W(n)’S由系數(shù)更新模塊20反復(fù)更新，直至獲得滿意的經(jīng)均衡的采樣。這些系數(shù)可由下式表示w(n+1)＝w(n)+Δy(n)e(n)........(2)其中Δ為一表示一比例系數(shù)的很小的數(shù)字，例如為2-10或-12，e(n)為一表示經(jīng)濾波的數(shù)據(jù)采樣和未失真的數(shù)據(jù)采樣之間的差的誤差函數(shù)。
在系數(shù)更新模塊20連續(xù)反復(fù)更新濾波器系數(shù)W(n)’S，直至獲得一組最佳均衡系數(shù)W(n)’S，并且通過使用該組最佳均衡系數(shù)的均衡濾波器10獲得經(jīng)濾波的數(shù)據(jù)采樣Z(n)’S做為近似于初始數(shù)據(jù)采樣的經(jīng)均衡的數(shù)據(jù)采樣。
如Samir N.Hulyalkar等人的文章中所述的系數(shù)更新模塊以兩種方式操作，即盲方式和判定引導(dǎo)方式；并包括一盲態(tài)均衡單元21，一判定引導(dǎo)均衡單元22和一判定引導(dǎo)載波恢復(fù)單元23。在盲方式中，盲方式中，盲態(tài)均衡單元21接收來自均衡濾波器10的經(jīng)濾波的數(shù)據(jù)采樣并產(chǎn)生粗略更新的均衡系數(shù)，提供一粗略的初始收斂，通過一多路復(fù)用器24耦合至均衡濾波器10。在均衡濾波器10中，經(jīng)粗略更新的均衡系數(shù)取代其中包含的先前均衡系數(shù)。這個過程反復(fù)進行直至獲得滿意的初始收斂。
另一方面，在判定引導(dǎo)方式中，判定引導(dǎo)均衡單元22接收來自均衡濾波器10的經(jīng)濾波的數(shù)據(jù)采樣及來自判定引導(dǎo)載波恢復(fù)單元23的一相位誤差PE；并通過使用最小均方(LMS)算法生成經(jīng)精細更新的系數(shù)以獲得均衡系數(shù)的最佳收斂。判定引導(dǎo)載波恢復(fù)單元23也可在判定引導(dǎo)方式下操作，并產(chǎn)生耦合至判定引導(dǎo)均衡單元22和反旋轉(zhuǎn)器30的相位誤差PE以使傳輸前的原始數(shù)據(jù)采樣和相應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)采樣之間的相位偏移減至最小。提供最佳收斂的經(jīng)精細更新的系數(shù)通過一多路復(fù)用器24被耦合至均衡濾波器10，并且取代其中所保存的先前均衡系數(shù)。這個過程反復(fù)進行直至獲得滿意的經(jīng)均衡的數(shù)據(jù)采樣。
方式轉(zhuǎn)換操作由一均衡選擇邏輯電路25控制，產(chǎn)生兩種方式選擇信號盲方式選擇信號和判定引導(dǎo)方式選擇信號。均衡選擇邏輯電路25通過反旋轉(zhuǎn)器30接收經(jīng)均衡的數(shù)據(jù)采樣并計算出其一均方誤差(MSE)值。這個MSE值與一第一預(yù)定的誤差值相比較，該誤差值可在的謂的眼孔圖樣的基礎(chǔ)上用實驗方法確定，在眼孔圖樣表示數(shù)字通訊系統(tǒng)中的碼間干擾和噪聲的量，并通過使用常規(guī)的示波器來測量。當(dāng)MSE值大于第一預(yù)定的誤差值時，均衡選擇邏輯電路25生成一盲方式選擇信號，驅(qū)動多路復(fù)用器24以將自盲態(tài)均衡單元21輸出的作為經(jīng)更新的均衡系數(shù)的第一個經(jīng)粗略更新的系數(shù)耦合至均衡濾波器10。
另一方面，當(dāng)MSE值等于或小于第一預(yù)定誤差值時，均衡選擇邏輯單元25產(chǎn)生一判定引導(dǎo)方式選擇信號，將自判定引導(dǎo)均衡單元22輸出的經(jīng)精細更新系數(shù)耦合至均衡濾波器作為經(jīng)更新的系數(shù)。
上述的經(jīng)粗略更新的均衡系數(shù)可通過采用粗略的均方誤差函數(shù)取代誤差函數(shù)e(n)而被反復(fù)調(diào)整。其中粗略的均方誤差(MSE)函數(shù)可由費用函數(shù)來表示，該費用函數(shù)為一相對于均衡系數(shù)的已知非線性函數(shù)，特別地，如Samir N.Hulyalkar等人的文章中所述，盲態(tài)均衡單元21利用一具有一由四階方程表示的費用函數(shù)的已知常數(shù)模量算法(CMA)以降低硬件的復(fù)雜性。在此情況下，表示粗略MSE函數(shù)的費用函數(shù)D(2)可由下式表示D(2)＝E[|z(n)|2-R2]2................(3)其中Z(n)為在方程(1)中預(yù)先確定的經(jīng)濾波的數(shù)據(jù)采樣；R2是一正實常數(shù)，表示原始數(shù)據(jù)采樣的構(gòu)象(constellation)的平均半徑。(例如，基于電視系統(tǒng)的32-正交調(diào)幅(QAM)的R2＝26，186)；及E為一期望值函數(shù)。
所以，粗略的MSE函數(shù)的最小值可通過求費用函數(shù)D(2)的最小值來獲得，D(2)可由方程(1)中確定的均衡系數(shù)W(n)表示。因此，相對于均衡系數(shù)的求費用函數(shù)D(2)的最小值可按照一已知最陡下降法進行遞歸運算。所以一經(jīng)粗略更新的系數(shù)W(n)可用費用函數(shù)D(2)表示為下w(n+1)=w(n)-δ[dD(2)dw(n)]---(4)]]>其中δ是一步長參數(shù)。
按照現(xiàn)有技術(shù)中一公知標(biāo)準步驟，通過對方程(4)中費用函數(shù)D(2)求微分，可獲得一經(jīng)粗略更新的系數(shù)W(n)并表示為下w(n+1)＝w(n)+μy(n)z(n)[|z(n)|2-R2]...(5)其中μ為-表示一步長參數(shù)的很小的數(shù)，例如2-10或-12。
如方程(4)和(5)所示，誤差函數(shù)可表示為相對于均衡系數(shù)的一個四階方程的費用函數(shù)。其中四階方程可有一整體最小值和局部最小值。隨著通過使用最陡下降法對費用函數(shù)的微分逐漸減至零，均衡系數(shù)收斂于粗略的MSE函數(shù)的最小值。然而在此情況下，均衡系數(shù)有時收斂于粗略的MSE函數(shù)的局部最小值而非整體最小值。
所以，依據(jù)本發(fā)明，為使均衡系數(shù)始終收斂于粗略的MSE函數(shù)的整體最小值。方程(5)做以下修改w(n+1)＝w(n)+η[μy(n)z(n)(|z(n)|2-R2)]+(1-η)[(|z(n)|2-R2)C(K)]............(6)其中η為一表示一權(quán)重因數(shù)的正實常數(shù)，C(K)為一現(xiàn)有技術(shù)中公知的斷續(xù)分布函數(shù)。
由方程(6)可知，在依據(jù)本發(fā)明的盲態(tài)均衡單元中，均衡系數(shù)W(n)’S可通過使用兩個計算項來調(diào)整。一CMA項μY(n)Z(n)(|Z(n)|2-R2)；及一斷續(xù)項(|Z(n)|2-R2)C(K)，為有效地使均衡系數(shù)始終收斂于粗略的MSE函數(shù)的整體最小值，當(dāng)均衡系數(shù)趨近于最小值時，這兩項都減小至零，但方式不同。眾所周知，第一項CMA單一地減小至零；另一方面，第二項斷續(xù)項的值則依據(jù)斷續(xù)分布函數(shù)C(K)的所選的值而上下波動，所以在計算過程中允許即使包含的暫時的增大。帶有適當(dāng)選擇的權(quán)重因數(shù)η的兩項的結(jié)合防止了均衡系數(shù)收斂于粗略的MSE函數(shù)的局部最小值，并引導(dǎo)其始終收斂于粗略的MSE函數(shù)的整體最小值。
參照圖2，提供有滿足方程(6)的盲態(tài)均衡單元的詳圖。盲態(tài)均衡單元21包括一誤差產(chǎn)生單元22，一權(quán)值判定單元34，一CMA運算單元36，一斷續(xù)運算單元38，一存儲器40，一加法器42和一系數(shù)運算單元44。
經(jīng)濾波的數(shù)據(jù)采樣被順序地耦合至誤差產(chǎn)生單元34，產(chǎn)生一表示經(jīng)濾波的數(shù)據(jù)采樣與構(gòu)象平均半徑之間的差的粗略的誤差值，還產(chǎn)生一粗略的MSE值。該粗略的誤差函數(shù)被中斷至權(quán)值判定單元34，將該由粗略的誤差值求得的粗略的MSE值與一第二預(yù)定誤差值比較以產(chǎn)生第一和第二權(quán)重因數(shù)。其中第二權(quán)重因數(shù)被確定為(1-第一權(quán)重因數(shù))。第一權(quán)重因數(shù)被中斷至CMA運算單元36且第二權(quán)重因數(shù)被輸入CMA運算單元38。如方程(6)可知，當(dāng)粗略的MSE值大于預(yù)定的誤差值時，第一權(quán)重因數(shù)被定為一個很小的數(shù)，因此第二權(quán)重因數(shù)被定為一個大于第一權(quán)重因數(shù)的數(shù)。
該粗略的誤差值被同時輸入CMA運算單元36和斷續(xù)運算單元38。CMA運算單元36接收輸入數(shù)據(jù)采樣，經(jīng)濾波的數(shù)據(jù)采樣，粗略的誤差函數(shù)和第一權(quán)重因數(shù)以通過將它們相乘產(chǎn)生一CMA運算值。斷續(xù)運算單元38接收粗略的誤差值，第二權(quán)重因數(shù)和一來自存儲器38的隨機的斷續(xù)值以產(chǎn)生一斷續(xù)運算值。其中隨機斷續(xù)值從斷續(xù)分布函數(shù)中選出并隨機地預(yù)存在存儲器38中。
CMA和斷續(xù)運算值在加法器42中被組合以產(chǎn)生一組合值。該組合值隨后提供給系數(shù)運算單元44，將該組合值與儲存于其中的先前均衡系數(shù)相加，產(chǎn)生經(jīng)粗略更新的均衡系數(shù)。其中該系數(shù)運算單元44包括有多個存儲地址來存儲經(jīng)粗略更新的濾波系數(shù)作為先前均衡系數(shù)的一存儲器。均衡濾波器的先前均衡系數(shù)隨后在盲方式下在粗略更新濾波器中被更新。
為上所述，這組均衡系數(shù)通過使用輸入數(shù)據(jù)采樣和粗略誤差值被反復(fù)且有效地更新，直至獲得一組最佳初始均衡系數(shù)。
雖然本發(fā)明僅就一特定的較佳實施例做了描述，在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可有其它修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于電視信號接收系統(tǒng)中的均衡裝置，包括一均衡濾波器，該均衡濾波器具有一組均衡系數(shù)，用于均衡自初始信號失真的一輸入電視信號，從而產(chǎn)生經(jīng)濾波的輸出信號，其中輸入電視信號包括多個數(shù)據(jù)采樣，經(jīng)濾波的輸出信號具有相應(yīng)的多個經(jīng)濾波的輸出數(shù)據(jù)采樣；及一更新電路用于響應(yīng)一數(shù)據(jù)采樣和一相應(yīng)的經(jīng)濾波的輸出數(shù)據(jù)采樣，產(chǎn)生一組更新的均衡系數(shù)作為用于均衡濾波器的一組均衡系數(shù)，其特征在于所述更新電路包括誤差發(fā)生裝置，響應(yīng)于經(jīng)濾波的輸出數(shù)據(jù)采樣，用于產(chǎn)生一個表示經(jīng)濾波的輸出數(shù)據(jù)采樣和一預(yù)定的期望值之間的差的誤差值，并產(chǎn)生該誤差值的一均方誤差值；存儲裝置，用于儲存一組經(jīng)更新的濾波系數(shù)作為一組先前均衡系數(shù)，并儲存一個預(yù)定的步長第一運算裝置，用于將數(shù)據(jù)采樣、經(jīng)濾波的輸出數(shù)據(jù)采樣、預(yù)定步長和誤差函數(shù)相乘，以產(chǎn)生一第一運算值；第二運算裝置，用于將誤差值與從一斷續(xù)分布函數(shù)中任意選出的隨機值相乘，以提供一第二運算值；加權(quán)裝置，根據(jù)均方誤差值，用于將第一運算值與第一權(quán)重因數(shù)相乘及將第二運算值與第二權(quán)重因數(shù)相乘，從而產(chǎn)生第一和第二加權(quán)運算值；及用于將第一和第二加權(quán)運算值相加以產(chǎn)生一組經(jīng)更新的均衡系數(shù)作為用于均衡濾波器的均衡系數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的均衡裝置，其中第二運算裝置包括一用來儲存多個構(gòu)成斷續(xù)分布函數(shù)的任意值的存儲器。
3.如權(quán)利要求2所述的均衡裝置，其中誤差值e(n)由下式表示e(n)＝(|z(n)|2-R2)其中Z(n)為經(jīng)濾波的輸出數(shù)據(jù)采樣而R2是一表示電視信號的構(gòu)象的平均半徑的正實常數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的均衡裝置，其中經(jīng)更新的均衡系數(shù)W(n+1)由下式表示w(n+1)-w(n)+η[μy(n)z(n)(|z(n)|2-R2)]+(1-η)[(|z(n)|2-R2)C(K)]其中η為一表示第一權(quán)重因數(shù)的正實常數(shù)；(1-η)為第二權(quán)重因數(shù)；μ是一個代表預(yù)定的步長的很小的數(shù)；Y(n)是數(shù)據(jù)采樣；W(n)是先前均衡系數(shù)；C(K)是從斷續(xù)分布函數(shù)中選出的隨機值。
全文摘要
一種用于電視系統(tǒng)的均衡裝置，包括一具有多個均衡系數(shù)的均衡濾波器和一個更新電路。在更新電路中。均衡系數(shù)通過利用兩個計算項一個CMA項和一個斷續(xù)項而被調(diào)整以便有效地使均衡系數(shù)始終收斂于粗略的MSE函數(shù)的整體最小值。當(dāng)均衡系數(shù)趨近于最小值時，兩項均減至零，但方式不同第一個CMA項單一地遞減為零；第二個斷續(xù)項的值隨用于斷續(xù)分布函數(shù)的所選的值而上下波動，因此在運算過程中也允許包含暫時的遞增。
文檔編號H04N5/21GK1138793SQ9512043
公開日1996年12月25日 申請日期1995年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月14日
發(fā)明者崔榮培 申請人:大宇電子株式會社