用於數位電視的判定反饋均衡器及其方法

2023-05-30 18:16:41

專利名稱：用於數位電視的判定反饋均衡器及其方法
技術領域：
本發明涉及一種用於數字廣播的均衡器，具體涉及一種使用格式編碼調製(TCM)解碼器作為碼元檢測器的地面數字廣播的均衡器，所述TCM解碼器的追溯深度(Trace Back Depth，TBD)是1(TBD＝1)。
背景技術：
在一般的數字廣播系統中，因為通過有限頻率帶寬來發送數據，因此會發生時間擴散效應碼元的脈衝能量被擴散到相鄰碼元的脈衝。
而且，在所發送的數字數據中，由於多徑、頻率偏移和相位抖動等而會發生碼元之間的幹擾(ISI)。
數字廣播的中繼器和接收器使用信道均衡器，具體上使用用於更新濾波係數的判定反饋均衡器，以便自適應地補償溝道效應。
圖1是傳統判定反饋均衡器的方框圖。如圖所示，傳統的判定反饋均衡器包括前饋濾波器(FFF)100和反饋濾波器(FBF)140，用於去除碼元之間幹擾(ISI)；碼元檢測器120，用於通過與預定門限值相比較而從濾波的信號檢測碼元；誤差計算單元180，用於計算更新濾波器的係數所使用的誤差；訓練序列存儲單元160，用於存儲所接收的數據的預定訓練序列。
所述訓練序列按照預定間隔被插入數字廣播數據，並且用於通過估計數字廣播信道特徵而降低均衡器的判定誤差。
因此，如果接收到來自數字廣播發送器的預定訓練序列，則傳統的判定反饋均衡器根據在訓練序列存儲單元160存儲的訓練序列而打開作為性能的判定因子和用於確定輸出信號的基準的眼圖。
如果眼圖清楚地打開，則傳統的判定反饋均衡器從沒有訓練序列的數據判定碼元。因為FBF 140去除由前一個檢測的碼元引起的ISI，因此不發生噪音增強，噪音增強經常發生在線性均衡器中。
但是，因為傳統的判定反饋均衡器使用簡單的限幅器來作為碼元檢測器，因此它非常依賴於眼圖，如果不正確地打開眼圖，則容易不正確地檢測碼元。
如果在碼元判定中有誤差，則所述誤差在通過FBF 140時通過反饋環累積性地在整個均衡器上傳播開。所述誤差影響碼元判定，並且最終降低判定反饋均衡器的可靠性。
另一方面，存在許多試驗，用於降低在沒有訓練序列的數據中的判定反饋均衡器的判定誤差。
作為代表，在G.Long的文章、題目為「The LMS Algorithm with DelayedCoefficient Adaptation」，IEEE Trans.Acoust.，Speech，Signal Processing，vol.ASSP-37，on October，1989(「具有延遲的係數適配的最小均方算法」，電氣和電子工程師協會會報 聲音、語音、信號處理，第ASSP-37卷，1989年10月)中提出了一種技術，它使用沒有解碼延遲的維特比解碼器，並且允許均衡器的係數更新具有解碼延遲。
而且，在M.V.Eyuboglu的文章、題目為「Detection of Coded ModulationSignals on Linear，Severely Distorted Channels Using Decision-Feedback NoisePrediction with Interleaving」，IEEE Trans.Commun.，vol.COM-36，p.401-409，on April，1988(「使用具有交織的判定反饋噪音預測來在線性、嚴重失真的信道上檢測編碼調製的信號」，電氣和電子工程師協會會報 通信，第COM-36卷，第401-409頁，1988年4月)中和在美國專利第4,833,693號中提出了一種技術，它使用維特比解碼器，並且通過增加周期交織器和去交織器來解決解碼延遲。
但是，因為這些技術使用其延遲值是(TBD-1)的維特比解碼器作為碼元檢測器，因此存在這樣的缺陷不僅需要附加的器件來去除解碼延遲，而且需要是在解碼中使用的存儲器的5倍的存儲器，以便獲得隨後的均衡器部分的足夠的性能。
而且，因為美國標準地面數字廣播系統使用12個TCM編碼器，因此所述判定反饋均衡器的實際解碼延遲值是12x(TBD-1)。
具有大解碼延遲的判定反饋均衡器不適合於需要快速判定所接收的信號的數字廣播系統。
因此，非常需要從沒有訓練序列的數據正確地檢測碼元並且具有小解碼延遲的判定反饋均衡器。


從下面結合附圖給出的本發明優選實施例的下面說明中，本發明的上述和其他目的和特點將會變得清楚，其中圖1是傳統判定反饋均衡器的方框圖；圖2是按照本發明的判定反饋均衡器的方框圖。
圖3是在作為美國地面數位電視標準的8殘餘邊帶(VSB)系統中的格式編碼調製編碼器的方框圖和格子圖；圖4是用於說明按照本發明的TCM解碼器的操作的圖；圖5是示出了按照本發明的TCM解碼器和傳統限幅器的碼元誤差率的圖。

發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種判定反饋均衡器，用於在沒有解碼延遲的情況下判定碼元，其中，所述判定反饋均衡器使用其追溯深度(TBD)是1(TBD＝1)的格式編碼調製(TCM)解碼器來作為判定反饋均衡器的碼元檢測器。本發明的另一個目的是通過使用絕對距離來作為TCM解碼器的解碼算法來降低TCM解碼器的複雜性。
按照本發明的一個方面，提供了一種用於數字廣播的判定反饋均衡器，包括濾波單元，用於從所接收的信號去除碼元之間的幹擾(ISI)以產生濾波的信號；碼元檢測單元，用於從所述濾波器接收被濾波的信號，並且使用格式解碼算法來判定濾波信號的碼元而沒有解碼延遲；以及誤差計算單元，用於根據碼元檢測單元的判定碼元來計算誤差信號，以便更新濾波係數。
按照本發明的一個方面，提供了一種用於數位電視的判定反饋均衡器，其中，所述判定反饋均衡器根據預定的訓練序列來估計信道特徵，並且根據所估計的信道特徵來判定沒有訓練序列的發送信號的碼元，所述判定反饋均衡器包括濾波單元，用於從所接收的信號去除碼元之間的幹擾(ISI)以產生濾波信號，其中，濾波單元根據發送信號和誤差信號來更新係數；碼元檢測單元，用於使用其追溯深度(TBD)是1的格式解碼算法來判定濾波信號的碼元；誤差計算單元，用於根據所判定的碼元和所濾波的信號來計算誤差信號。
按照本發明的一個方面，提供了一種用於數字廣播的判定反饋均衡方法，包括步驟a)從所接收的信號去除碼元之間的幹擾(ISI)以產生濾波的信號；b)接收被濾波的信號，並且使用沒有解碼延遲的格式解碼算法來判定基於濾波信號的碼元；以及c)根據所判定的碼元來計算誤差信號，以便更新濾波係數。
按照本發明的一個方面，提供了一種用於數字廣播的判定反饋均衡方法，其中，所述判定反饋均衡方法根據預定的訓練序列來估計信道特徵，並且根據所估計的信道特徵來判定沒有訓練序列的發送信號的碼元，所述方法包括步驟a)根據發送信號和誤差信號來更新濾波裝置的係數，並且去除所述發送信號的幹擾；b)使用其追溯深度(TBD)是1的格式解碼算法來判定濾波信號的碼元；c)根據所判定的碼元和所濾波的信號來計算誤差信號。
在包括本發明的領域的那些技術人員可以容易地從本發明的詳細說明和權利要求識別出其他目的和益處。
具體實施例方式
對於在本說明書中提供的條件術語和實施例的使用僅僅意欲使得本發明的思想被理解，它們不限於在說明書中所述的實施例和條件。
另外，應當明白，對於本發明的原理、觀點和實施例以及特定實施例的詳細說明包括與它們等同的結構和功能。所述等同內容不僅包括當前公知的等同內容，而且包括要在未來開發的那些內容，即被發明來執行同一功能的所有器件，而不論它們的結構如何。
從參照附圖給出的實施例的如下說明中，本發明的其他目的和方面將變得清楚。
圖2是示出了按照本發明的判定反饋均衡器的方框圖。如圖所示，按照本發明的判定反饋均衡器包括前饋濾波器(FFF)200和反饋濾波器(FBF)240，用於去除信號的碼元之間的幹擾(ISI)；格式編碼調製(TCM)解碼器220，其追溯深度(TBD)是1(TBD＝1)，用於檢測濾波信號的碼元；誤差計算單元280，用於計算誤差信號；訓練序列存儲單元260，用於存儲所接收的數據的預定訓練序列。
在濾波器的輸入信號x[k]和濾波器的輸出信號y[k]之間的關係被方程(1)表達。
y[k]=i=0Nb-1bi[k]x[k-i]-j-1Na-1aj[k]y^[k-j]]]>方程1其中，Nb是FFF 200的係數的數量，Na是FBF 240的係數的數量，bi[k](i＝0，...，Nb-1)是在時間k的前向均衡器抽頭，aj[k](j＝0，...，Na-1)是在時間k的反饋抽頭， 是其碼元由按照本發明的TCM解碼器220判定的信號。
誤差計算單元280按照方程(2)來計算誤差信號，用於更新濾波器的係數。
e[k]=y^[k]-y[k]]]>方程2根據由誤差計算單元280計算的e[k]，FBF 200按照方程(3)來更新係數。
bi[k+1]＝bi[k]+μe[k]x[k-i]aj[k+1]=aj[k]-e[k]y^[k-j]]]>方程3其中，μ是步長和用於判定在穩定狀態中的均方誤差(MSE)和收斂速率的值。
如果所述步長大，則均衡器的收斂速率快，並且在穩定狀態中的殘餘MSE大。如果所述步長小，則在穩定狀態中的殘餘MSE小，並且均衡器的收斂速率快。
同時，按照本發明的判定反饋均衡器使用在訓練序列存儲單元260中存儲的預定訓練序列來打開眼圖，然後當接收到非訓練數據信號時根據所述眼圖來檢測碼元。
因此，如果有判定誤差，則因為所述誤差在反饋環中累積並且在通過FBF240的同時傳播開。所以所述誤差對於碼元判定影響很大。
因此，本發明使用其TBD是1(TBD＝1)的TCM解碼器來作為碼元檢測器，可以在接收非訓練數據信號期間正確地檢測碼元。
而且，當眼圖由於遠距離引起的切斷的環境而不能打開時，按照本發明的TCM解碼器可以正確地檢測碼元。
以下，將使用美國地面數位電視標準的一個示例、即8殘餘邊帶(VSB)系統來說明本發明。具體上，按照本發明的均衡器可以用於美國地面數位電視廣播系統的中繼器和接收器中。但是，很顯然，對於本領域的普通技術人員而言，本發明的精神不限於所述美國地面數位電視廣播系統。
8-VSB系統使用313段的一個段來作為訓練序列，其發送碼元是±1、±3、±5、±7，它們是一維的碼元，不像二維星座的正交調幅(QAM)那樣。
圖3是在作為美國地面數位電視標準的8-VSB系統中的TCM解碼器的方框圖和格子圖。美國地面數位電視標準使用12個TCM編碼器300來執行信道編碼。
如圖所示，在格子圖320中，實線321示出了當卷積編碼器310的輸入信號x1是0(x1＝0)時的存儲器的狀態轉移，虛線322示出了當卷積編碼器310的輸入信號x1是1(x1＝1)時的存儲器的狀態轉移。
由TCM編碼器300編碼的所編碼數字TV信號被發送到數字廣播系統的中繼器和接收器。
使用按照本發明的判定反饋均衡器來判定所接收的數字TV信號，以由此產生正確的碼元。
圖4是描述按照本發明的TCM解碼器的圖。
假定在初始狀態中發送信號(1.0，1.0，1.0，-3.0，-5.0)，其中，存儲器是TCM編碼器311的0(m1＝0，m0＝0)。
同樣，假定通過FFF 200和FBF 240並且被輸入到碼元檢測器的信號是(1.7，-0.4，2.5，-1.8，-5.2)。
在此，因為傳統的碼元檢測器是簡單的限幅器，因此它將輸入信號與一個8-VSB門限值相比較，並且將最接近的門限值判定為一個碼元。傳統限幅器的輸出信號是(1.0，-1.0，3.0，-1.0，5.0)。
因此，按照傳統技術，顯然，通過將所檢測的信號(1.0，-1.0，3.0，-1.0，5.0)與發送信號(1.0，1.0，1.0，-3.0，-5.0)相比較而錯誤地判定了三個碼元。
但是，因為按照本發明的判定反饋均衡器使用其TBD是1(TBD＝1)的TCM解碼器220來作為碼元檢測器，所以按照本發明的判定反饋均衡器可以大大地減少碼元的判定誤差而沒有解碼延遲。
具體上，按照本發明的TCM解碼器220根據在輸入信號y[k]中的4個碼元對中的累積絕對距離410和格子圖320來檢測碼元。因為計算所述絕對距離的處理與一般TCM解碼的乘方計算相比較要簡單，因此它可以降低TCM解碼器220的複雜性。
按照方程4來計算按照本發明的絕對距離。
絕對距離＝|y[k]-Di|，i＝0，1，2，3 方程(4)其後，TCM解碼器選擇在所計算的絕對距離對410中的最近的絕對距離420，並且通過將先前計算的累積絕對距離與在格子圖中出現的每個狀態的絕對距離相加來計算新的累積絕對距離。
其後，在時間索引k，選擇在格子圖中出現的狀態中具有最小累積絕對值的狀態，並且從轉變到格子圖的所選擇狀態中的一個節點獲得所確定的碼元。
TCM解碼器220在每個時間索引k重複地進行所述處理，並且參見圖4，其碼元被TCM解碼器220提取的信號是(1.0，1.0，1.0，-3.0，-5.0)。
因此，顯然，由按照本發明的TCM解碼器220判定的信號(1.0，1.0，1.0，-3.0，-5.0)等於發送信號(1.0，1.0，1.0，-3.0，-5.0)。
如上所述，本發明使用其TBD是1(TBD＝1)的TCM解碼器220來作為碼元檢測器，以便它可以正確地判定碼元而沒有解碼延遲，具體上，它通過在TCM解碼處理中使用絕對距離而降低了TCM解碼器的複雜性。
圖5是描述在按照本發明的TCM解碼器220和傳統均衡器的碼元判定誤差之間的比較結果的圖。
其TBD是1(TBD＝1)的TCM解碼器220和按照本發明通過使用絕對距離來降低複雜性的TCM解碼器220的碼元誤差率520、530比傳統的限幅器510的碼元誤差率小得多。
按照本發明，其TBD是1(TBD＝1)的判定反饋均衡器可以正確地判定碼元而沒有解碼延遲。
另外，在本發明中，通過使用絕對距離來作為TCM解碼器的解碼算法，降低了TCM解碼器220的複雜性。
而且，通過降低碼元檢測器的碼元判定誤差，可以提高判定反饋均衡器的收斂速率和大大降低在收斂後在穩定狀態中的MSE。
因此，所述判定反饋均衡器可以用於數位電視系統的中繼器和接收器中。
雖然已經參照特定的優選實施例而說明了本發明，但是對於本領域的技術人員顯然，可以在不脫離所附的權利要求限定的本發明的範圍的情況下，進行各種改變和修改。
權利要求
1.一種用於數字廣播的判定反饋均衡器，包括濾波裝置，用於從所接收的信號去除碼元之間的幹擾(ISI)以產生濾波的信號；碼元檢測裝置，用於從所述濾波器接收被濾波的信號，並且使用格式解碼算法來判定濾波信號的碼元而沒有解碼延遲；以及誤差計算裝置，用於根據碼元檢測裝置的判定碼元來計算誤差信號，以便更新濾波係數。
2.按照權利要求1的判定反饋均衡器，其中，碼元檢測裝置使用格式編碼調製(TCM)解碼器，其追溯深度(TBD)是1(TBD＝1)。
3.按照權利要求2的判定反饋均衡器，其中，所述格式解碼算法使用在濾波信號和格柵碼元Di之間的最小絕對距離。
4.按照權利要求3的判定反饋均衡器，其中，格柵碼元Di是8-殘餘邊帶(VSB)碼元對，D1＝-7或+1，D2＝-5或+3，D3＝-1或+5和D4＝-1或+7。
5.按照權利要求1的判定反饋均衡器，其中，格式解碼算法使用在濾波信號和格柵碼元Di之間的最小絕對距離。
6.按照權利要求5的判定反饋均衡器，其中，格柵碼元Di是8-殘餘邊帶(VSB)碼元對，D1＝-7或+1，D2＝-5或+3，D3＝-1或+5和D4＝-1或+7。
7.一種用於數位電視的判定反饋均衡器，其中，所述判定反饋均衡器根據預定的訓練序列來估計信道特徵，並且根據所估計的信道特徵來檢測沒有訓練序列的發送信號的碼元，所述判定反饋均衡器包括濾波裝置，用於從所接收的信號去除碼元之間的幹擾(ISI)以產生濾波信號，其中，濾波裝置根據發送信號和誤差信號來更新係數；碼元檢測裝置，用於使用其追溯深度(TBD)是1的格式解碼算法來判定濾波信號的碼元；誤差計算裝置，用於根據所判定的碼元和所濾波的信號來計算誤差信號。
8.按照權利要求7的判定反饋均衡器，其中，所述格式解碼算法使用在濾波器的輸出信號和格柵碼元Di之間的最小絕對距離。
9.按照權利要求8的判定反饋均衡器，其中，格柵碼元Di是8-殘餘邊帶(VSB)碼元對，D1＝-7或+1，D2＝-5或+3，D3＝-1或+5和D4＝-1或+7。
10.一種用於數字廣播的判定反饋均衡方法，包括步驟a)從所接收的信號去除碼元之間的幹擾(ISI)以產生濾波的信號；b)接收被濾波的信號，並且使用沒有解碼延遲的格式解碼算法來判定基於濾波信號的碼元；以及c)根據所判定的碼元來計算誤差信號，以便更新濾波係數。
11.按照權利要求10的方法，其中，步驟b)包括步驟b1)使用格式編碼調製(TCM)解碼器，其追溯深度(TBD)是1(TBD＝1)。
12.按照權利要求11的方法，其中，所述格式解碼算法使用在濾波信號和格柵碼元Di之間的最小絕對距離。
13.按照權利要求12的方法，其中，格柵碼元Di是8-殘餘邊帶(VSB)碼元對，D1＝-7或+1，D2＝-5或+3，D3＝-1或+5和D4＝-1或+7。
14.按照權利要求10的方法，其中，所述格式解碼算法使用在濾波信號和格柵碼元Di之間的最小絕對距離。
15.按照權利要求14的方法，其中，格柵碼元Di是8-殘餘邊帶(VSB)碼元對，D1＝-7或+1，D2＝-5或+3，D3＝-1或+5和D4＝-1或+7。
16.一種用於數字廣播的判定反饋均衡方法，其中，所述判定反饋均衡方法根據預定的訓練序列來估計信道特徵，並且根據所估計的信道特徵來判定沒有訓練序列的發送信號的碼元，所述方法包括步驟a)根據發送信號和誤差信號來更新濾波裝置的係數，並且去除所述發送信號的幹擾；b)使用其追溯深度(TBD)是1的格式解碼算法來判定濾波信號的碼元；c)根據所判定的碼元和所濾波的信號來計算誤差信號。
17.按照權利要求16的方法，其中，所述格式解碼算法使用在濾波信號和格柵碼元Di之間的最小絕對距離。
18.按照權利要求17的方法，其中，格柵碼元Di是8-殘餘邊帶(VSB)碼元對，D1＝-7或+1，D2＝-5或+3，D3＝-1或+5和D4＝-1或+7。
全文摘要
傳統的判定反饋均衡器具有不能正確地判定碼元的缺陷，因為簡單的限幅器被用作碼元檢測器。作為碼元檢測器的判定反饋均衡器使用其追溯深度是1(TBD＝1)的格式編碼調製(TCM)解碼器，以由此正確地判定碼元而沒有解碼延遲。
文檔編號H03M13/25GK1757234SQ200480005953
公開日2006年4月5日 申請日期2004年2月11日 優先權日2003年2月11日
發明者樸成益, 金亨南, 金丞源, 安致得 申請人:韓國電子通信研究院