專利名稱：均衡器狀態監視器的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及在接收數字通信信號中使用的均衡器，尤其涉及可以由高清晰電視(HDTV)接收機處理的圖像表示信號的自適應信道均衡。
背景技術：
圖1描述了現有技術HDTV系統21的一部分的示例。在這樣的系統中，陸地廣播信號1被傳送到輸入網絡，該輸入網絡包括RF調諧電路14和用于產生IF通帶輸出信號2的中頻處理器16。廣播信號1是由HDTV標準大聯盟規定的載波抑制的八位殘留邊帶(VSB)調制信號。這樣的VSB信號由一維數據符號星座(constellation)表示，其中僅一個軸包含將被接收機21恢復的信號。通帶IF輸出信號2被模擬-數字轉換器(ADC)19轉換成過采樣(oversample)的數字符號數據流。過采樣的數字數據流3被數字解調器和載波恢復網絡22解調成基帶。
從傳送數字信息的符號形式的調制信號來恢復數據通常需要由接收機21執行的三種功能。第一種功能是符號同步的定時恢復，第二種功能是載波恢復(頻率解調成基帶)，最后一種是信道均衡。定時恢復是一種使接收機時鐘(時基)被同步為發送機時鐘的處理。這允許在最佳點及時對接收到的信號進行采樣，從而減少與接收到的符號值的直接判決(decision directed)處理相關的限幅或截斷錯誤。自適應信道均衡是一種用于對改變數字傳輸信道上的狀況和干擾產生的影響進行補償的處理。該處理通常利用濾波器來消除導致頻率依賴、傳輸信道的時變特性的幅度和相位失真，從而提高符號判決能力。
載波恢復是一種將接收到的RF信號轉換成較低的中頻通帶(通常接近基帶)之后再移頻為基帶的處理，從而允許恢復正在調制的基帶信息。將在抑制的載波頻率的小導頻信號添加到被發送的信號1，以便在VSB接收機21輔助實現載波鎖定。響應于包含在信號1中的參考導頻載波來實現由解調器22執行的解調功能。單元22產生解調符號數據流4作為輸出。
ADC 19用21.52MHz采樣時鐘(兩倍于接收符號率)過采樣每秒10.76百萬符號輸入的VSB符號數據流2，從而提供具有每符號兩個樣本的過采樣21.52M樣本/秒數據流。與每符號一個樣本相比，使用每符號兩個樣本方案的優點在于提高了符號定時獲取和跟蹤，例如使用Gardner符號定時恢復子系統。互連到ADC 19和解調器22的是段同步和符號時鐘恢復網絡24。網絡24檢測每個數據幀的重復性數據段同步分量并且將其與隨機噪聲相分離。段同步信號6用來重新生成適當定相的21.52MHz時鐘，該時鐘用于控制由ADC19執行的數據流符號采樣。DC補償器26使用自適應跟蹤電路從解調的VSB信號4中消除由于導頻信號的存在導致的DC偏移分量。場同步檢測器28通過將每個接收到的數據段與存儲在接收機21的存儲器中的理想場參考信號進行比較來檢測場同步分量。場同步檢測器28也將訓練信號提供給信道均衡器34，很快將詳細討論該信道均衡器。在Bouillet等人的、于2002年12月3日發布的美國專利第6490007號(標題為ADAPTIVE CHANNELEQUALIZER)，以及Labat等人的、于1999年6月1日發布的美國專利第5909466號(標題為ADAPTIVE EQUALIZER FOR DIGITALCOMMUNICATIONS SYSTEMS)中公開了自適應信道均衡器的示例。NTSC干擾檢測和濾波由單元5執行，在Hulyalkar的、于1996年4月30日發布的美國專利第5512957號(標題為METHOD AND APPARATUS FORCOMBATING CO-CHANNEL NTSC INTERFERENCE FOR DIGITAL TVTRANSMISSION)中公開了其示例。
均衡器34糾正信道失真，但是相位噪聲隨機旋轉符號星座。相位跟蹤網絡36消除在從均衡器34接收的輸出信號中的殘留相位和增益噪聲，包括未被在前載波恢復網絡22響應導頻信號而消除的相位噪聲。隨后跟蹤網絡36的相位校正輸出信號9被單元25格子解碼，被單元24去交織，被單元23Reed-Solomon(里德-索羅蒙)糾錯并且被單元27解擾。最后的步驟是將解碼的數據流10傳送到音頻、視頻和顯示處理器50。
信號7被信道均衡器34自適應均衡，該信道均衡器可以以盲、訓練和直接判決模式的結合進行操作。均衡器34試圖盡可能消除符號間干擾。均衡處理估計發送信號的傳輸函數，并且對接收到的信號1應用反傳遞函數，從而減少由改變信號傳輸信道的信道條件和干擾引起的失真影響。自適應均衡器實質上是自適應響應信道失真的補償的數字濾波器。如果已知或測量了通信信道的傳輸特性，則可以直接設置均衡濾波器參數。在調節均衡濾波器參數之后，接收到的信號被傳送通過均衡器，均衡器通過將補償“失真”引入接收到的信號來補償不理想的通信信道，該接收到的信號往往抵消了通信信道帶來的失真。
幾種公知的算法可用于適應濾波器系數，并且因此濾波器響應于均衡器的收斂。然而，在大多數情形中，例如在廣播時，每個接收機相對于發送機處于唯一的位置。預先并不知道通信信道的特性。在通信信道預先沒有定性或者隨時間改變的這些情形中，使用自適應均衡器。自適應均衡器具有在接收機中計算出的變化的參數，該參數。自適應均衡器中要解決的問題是如何調節均衡器濾波器參數，以將信號質量恢復到由隨后糾錯解碼可接受的性能級別。在一些自適應均衡系統中，使用定期從發送機發送到接收機的預定參數信號(訓練序列)來設定均衡濾波器的參數。將接收到的訓練序列與已知的訓練序列進行比較，從而推導出均衡濾波器的參數。在連續訓練序列上幾次迭代來源于適應的參數設置之后，均衡濾波器收斂到趨向于補償通信信道的失真特性的設置。
在盲均衡系統中，均衡器濾波器參數來源于接收到的信號本身，而不使用訓練序列。在現有技術中，眾所周知，使用最小均方(LMS)算法來盲目地調節均衡器參數，其中訓練符號用硬判決或者原始輸入符號的最佳估計代替。以這種方式使用LMS的盲均衡系統被稱作直接判決(DD)。DD算法需要對輸入信號1進行良好的初始估計。對于大多數實際的通信信道狀況，缺乏初始信號估計導致高判決誤差率，這導致了連續計算的均衡器濾波器參數繼續波動，而不是朝期望的解決方案收斂。在這種情況下這些參數被認為是發散的。
具有無限脈沖響應的自適應信號均衡器可能會發散或者適于無效狀態。當均衡器處于發散狀態時，它的輸出不穩定并且常常不能被其他監視方案檢測到。需要一些機制來監視由自適應均衡器產生的輸出信號并且檢測何時存在那樣的發散或無效狀況。
解決該問題的現有技術包括監視均衡器輸出8的信噪比(SNR)。對于一些發散情形，SNR將會不合理的高。指定最大SNR，并且如果輸出信號超過最大SNR，則復位均衡器34。另一種技術是監視前向糾錯計數器23(Reed-Solomon解碼器)。在一些環境下，當均衡器輸出變得不穩定時，錯誤計數器急劇增加。在這種情形，復位錯誤計數器并且隨后在指定間隔之后對其進行監視。如果在所述間隔期間錯誤率超過預定閾值，則認為存在發散模式，并且復位均衡器34。這些機制中的一個或兩者都可以檢測與一些均衡器結構相關的所有發散情形。然而，其他均衡系統的結構能夠以發散模式進行操作，該發散模式不能被上述技術中的任一種檢測到。因此，需要另一種測試來全面地檢驗均衡器輸出信號的完整性。
發明內容
本發明解決了當根據調制的信號恢復數據時可靠地檢測發散或者不穩定的自適應均衡器的問題。本發明的監視器從自適應均衡器的輸出信號收集數據樣本。隨后將該數據發送至限幅器。與監視器連接的存儲器包括在接收到的信號中期望出現的每個輸出電平的最小閾值數。如果沒有滿足每個輸出電平的閾值數，則復位自適應均衡器并且重新開始自適應處理。對數據進行限幅的好處是簡化測試邏輯標準，從而減少相關硬件的復雜性。
圖1是現有技術高清晰電視接收機的一部分的方框圖；圖2是包括根據本發明原理構造的自適應信道均衡器的HDTV接收機的方框圖；和圖3是描述本發明的實現的流程圖。
具體實施例方式
圖2描述了HDTV接收機12的一部分，圖3圖解說明了對應于圖2的數據流程圖，圖解說明了通過圖2的系統的數據流。圖2和3中的相應元件由相同的附圖標記表示，并且將在下面一起討論。從諸如NTSC同信道干擾抑制網絡的HDTV接收機的前一級接收輸入信號15。整個通信信道13將系統失真17和噪聲18引入信號15。參考圖3，將接收到的信號15輸入到自適應信道均衡器20，該信道均衡器通常實現為無限脈沖響應濾波器。均衡器20的輸出28是到限幅器29的輸入信號，該限幅器是“最近元件”判決器件。限幅器29響應于在它的輸入端的信號28，并且它的輸出30是殘留在星座點的網格之內的最近符號值的投影。因此，限幅器29的輸出30對應于允許的離散符號值。例如，如果允許發送的符號值是-1和+1，則限幅器將僅輸出那些值。因此，例如{0.9，-0.1，0.5，-0.5}的均衡器輸出將產生來自限幅器29的輸出數據流30{1，-1，1，-1}。類似地，在所示的8-VSB信號的實施例中，允許的符號值是{7，5，3，1，-1，-3，-5，-7}。限幅器29可以是為其數據收集目的而設計的專用硬件電路，或者它可以是被適當編程用來收集和檢查有關數據的微處理器。無論如何，限幅器輸出數據流30除了被傳送到接收機12的后續塊(例如相位跟蹤環路33)之外，也被耦合到在圖2和3中是微處理器31的監視電路31，用以進一步估計。
為了確定是否達到收斂，微處理器31必須檢查由在預定時間周期期間聚集的多個限幅樣本組成的數據樣本。在優選實施例中，所述時間周期必須足以獲得大約400000個符號。對于10MHz時鐘頻率，符號率是100毫微秒，從而聚集數據所需的時間周期是近似40毫秒。對于微處理器31需要附加時間周期來檢查所收集的限幅器數據。盡管較少的符號(例如1000)對于確定收斂可以提供統計上有效的樣本，但是隨著所檢查的符號的數量增加，可信度也增加。實際上，均衡器20具有近似200毫秒的時間來達到收斂。如果在該時間過去之后仍未達到收斂，則如在步驟35所示，微處理器31向均衡器20發送復位信號32，檢衡器20作為響應開始再次采集。
微處理器31包含或者訪問其中存儲了所聚集的限幅器數據29和合適的測試協議或標準的存儲器。確定收斂時由微處理器31應用的標準可以是變化的并且在某些情形中可以是用戶可編程的。由于在測試周期期間聚集了大量的符號，因此一種合適的測試標準是在符號樣本中每個可能發送的符號值至少發生一次。也就是，允許的符號值({7，5，3，1，-1，-3，-5，-7})中的每一個在所聚集的400000符號的樣本中至少發生一次。如果是這樣，則認為均衡器已經收斂。如果不是，則如上所述，將復位信號發送到均衡器。根據所發送的信號的特性，可以修改標準來要求更大量的每個可能符號，或者僅僅是所有可能符號值的某些部分。本領域的技術人員將理解如何估計這些特性和得到用于這些特性的合適標準。
盡管在所示的實施例中，監視電路由以公知方式編程的微處理器31形成，用以執行上述處理并如圖3所示，但是本領域的技術人員將理解監視電路也可以被構造成用于執行該處理的專用硬件，包括用于存儲被采樣的符號和測試標準的獨立存儲器，或者構造成獨立硬件和微處理器的組合。
權利要求
1.一種用于確定均衡器(20)的收斂的裝置，包括均衡器(28)輸出信號；最近元件判決器件(29)，該最近元件判斷器件(29)接收均衡器(28)輸出信號并且產生包含允許符號值的判決器件(29)輸出信號；和監視電路(31)，該監視電路(31)接收判決器件(29)輸出信號，并且對包含在判決器件(29)輸出信號中的數據應用測試標準，從而確定均衡器(28)的收斂。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中所述均衡器(28)被形成為包括無限脈沖響應濾波器。
3.根據權利要求1所述的裝置，其中所述最近元件判決器件(29)是限幅器。
4.根據權利要求1所述的裝置，其中所述監視電路(31)對于表示獲取期望數目的被發送符號值的一段預定時間接收判決器件(29)輸出信號。
5.根據權利要求4所述的裝置，還包括存儲器，該存儲器連接到監視電路(31)并用于存儲判決器件(29)輸出信號和測試標準。
6.根據權利要求5所述的裝置，其中用于確定均衡器(28)收斂的測試標準包括識別期望的被發送符號值的樣本。
7.根據權利要求6所述的裝置，其中所述期望的被發送符號值的樣本包括全部可能符號值中的至少一個。
8.根據權利要求1所述的裝置，其中所述監視電路(31)耦合到均衡器(28)，當均衡器(28)發散時所述監視電路(31)復位均衡器(28)。
9.根據權利要求1所述的裝置，其中所述監視電路(31)耦合到均衡器(28)，當均衡器(28)達到無效狀態時所述監視電路(31)復位均衡器(28)。
10.根據權利要求1所述的裝置，其中所述均衡器(28)輸出信號包括包含數據分組的圖像表示性數據流。
11.根據權利要求1所述的裝置，其中所述監視電路(31)是微處理器。
12.一種在數字通信系統中使用的均衡器狀態監視設備，所述設備包括自適應信道均衡器(28)、限幅器(29)和監視電路(31)，其中所述數字通信系統接收包含有由多級符號星座表示的高清晰視頻信息的殘留邊帶調制信號，所述數據具有由連續數據幀組成的數據幀格式，所述自適應信道均衡器(28)生成輸入到限幅器(29)的第一輸出信號，所述限幅器(29)生成輸入到監視電路(31)的第二輸出信號，所述監視電路(31)對第二輸出信號應用測試標準以便確定自適應信道均衡器(28)的收斂。
13.根據權利要求12所述的系統，其中所述監視電路(31)耦合到自適應信道均衡器(28)，并且當自適應信道均衡器(28)發散時復位自適應信道均衡器(28)。
14.根據權利要求12所述的系統，其中所述監視電路(31)耦合到自適應信道均衡器(28)，并且當自適應信道均衡器(28)呈現無效狀態時復位自適應信道均衡器(28)。
15.根據權利要求12所述的系統，其中用于確定收斂的測試標準需要識別至少一些發送的符號值。
16.根據權利要求12所述的系統，所述自適應信道均衡器(28)還包括無限脈沖響應濾波器。
17.根據權利要求12所述的系統，其中用于確定收斂的測試標準需要識別每個可能發送的符號值中的至少一個。
18.根據權利要求12所述的系統，其中所述監視電路(31)是微處理器。
19.在包括自適應均衡濾波器(28)的數字通信接收機中，所述自適應均衡濾波器期望達到收斂狀態并且不期望達到發散狀態或無效狀態，一種監視均衡濾波器(28)的狀態的方法，包括步驟將來自均衡濾波器(28)的輸出信號耦合到監視電路(31)；對于一段有限時間周期使監視電路(31)檢查包含在輸出信號內的數據；使監視電路(31)將測試協議應用到被檢查的數據；和當測試協議檢測到發散狀態時使監視電路(31)復位均衡濾波器(28)。
20.根據權利要求19所述的方法，還包括步驟當測試協議檢測到均衡濾波器(28)已經達到無效狀態時，使監視電路(31)復位均衡濾波器(28)。
21.根據權利要求19所述的方法，還包括步驟將均衡濾波器(28)輸出信號耦合到限幅器(29)；和將限幅器(29)耦合到監視電路(31)，從而監視電路(31)檢查由限幅器(29)生成的數據。
22.根據權利要求21所述的方法，其中所述測試協議要求檢測由限幅器(29)生成的數據內的每個可能發送的符號值，以便發現均衡濾波器(28)已經達到收斂狀態。
23.根據權利要求19所述的方法，其中所述監視電路(31)是微處理器。
全文摘要
一種監視自適應信道均衡器(20)的輸出(28)，以便確定是否已經達到收斂的系統。限幅器(29)在預定周期期間對來自均衡器(20)的數據采樣。來自限幅器(29)的輸出數據(30)被傳送到微處理器(31)，以便對限幅器數據應用測試標準。例如，如果微處理器(31)檢測到一種可能發送的符號，則假設已經發生了收斂。如果不滿足測試標準，則將復位信號(32)發送到均衡器(20)。
文檔編號H03K5/159GK1656676SQ03812140
公開日2005年8月17日 申請日期2003年4月11日 優先權日2002年4月17日
發明者阿倫·R·布伊萊特 申請人:湯姆森特許公司