CN100393115C

CN100393115C - 一种数字电视信道自适应均衡方法

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Publication number: CN100393115C
Application number: CNB2005100285399A
Authority: CN
Inventors: 龙必起; 杨勇; 秦衡; 刘庆
Original assignee: SHANGHAI BWAVETECH Corp
Current assignee: SHANGHAI BWAVETECH Corp
Priority date: 2005-08-05
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2025-08-05
Also published as: CN1909622A

Abstract

本发明公开了一种数字电视信道自适应均衡方法，判决反馈均衡器采用可选部分抽头均衡方法，包括：对均衡器抽头采用分组交织的方法划分组，再从划分的每个组里选择有效抽头，组成有效组，参与均衡运算；在计算有效、无效抽头时，若有效组里信号量最小的抽头信号量比无效组里最强的抽头信号量小则进行交换，更新有效抽头系数以跟踪信道的变化；抽头系数更新采用间隔更新方法，把抽头系数分成小组，每个符号周期更新其中的一个小组的抽头系数。本发明方法利用广播多径信道的稀疏特性，提出一种只使用部分抽头的均衡方法，大大降低了均衡器的运算量以及所需的运算器单元。

Description

一种数字电视信道自适应均衡方法

技术领域

本发明涉及一种数字电视信道自适应均衡方法，更具体地说，本发明涉及数字电视接收机数字残留单边带(VSB：Vestigial Side Band)调制方式解调器使用的信道均衡方法。

背景技术

目前接收机的解调器要解调出信号要求实现三个功能：符号同步的定时恢复、载波恢复以及信道均衡。定时恢复是使接收机的符号时钟同步于发射机的符号时钟，保证接收机实现最佳的符号时间采样；载波恢复是把射频/中频的信号频谱搬移到基带，实现基带信号恢复的过程；均衡是为了去除由于信道中的多径效应而引起的符号间干扰(ISI：Inter-Symbol Interference)。

在地面广播信道中，由于信道频率响应特性偏离理想信道特性，存在着回波干扰(Ghost Interference)或称多径干扰(Multi-pathInterference)。数字电视需要传送高速率数据，这使得信道响应变成时变的，并且具有时延长达数百个符号的回波干扰，进而使得设计一个能对付这些长时延回波并且具有静态/动态特性的信道的接收机成为一个挑战。

判决反馈均衡器(DFE：Decision Feedback Equalizer)具有性能优良，运算复杂度低的特点，被广泛应用于各种通信系统和装置。即便如此，具有数百个抽头并且要求能对付信道响应的快速变化的DFE仍然具有非常高的复杂性。通常数字电视接收机采用专用芯片(ASIC：Application-Specific Integrated Circuits)的硬件电路方式来实现DFE，这意味着DFE需要大量的运算器单元，使得芯片的面积、功耗以及成本的开销很可观。

US Patent 5898371“Auto-Coeeficient Renewal Digital ChannelEqualizer”，采用了传统的横向滤波器结构的自适应均衡器，通过接收信号缓存之后进行均衡器的系数更新计算，并采用了新的系数更新计算结构，减少了系数更新的一部分计算量。

电视广播信道中，信道的多径响应只在少数几个时间位置上有多径响应，大部分的时间位置上是没有响应的。这种多径信道，可称之为稀疏多径信道(Sparse Multi-path Channel)。利用多径信道的稀疏特性，USPatent 6526093“Method Apparatus for Equalizing Digital SignalReceived via Multiple Transmission”，通过监测均衡器抽头系数的幅度，对信号非显著的抽头，在一定的时间内关闭其系数更新的动作，减少了系数更新的计算量。由于其通过临时关闭一些抽头的系数更新，来减少系数更新的计算量，从而节省了一部分的电路功耗，但并不能减少运算器的需求，即不能减少电路规模。

上述专利在均衡器的电路实现规模或电路功耗方面有所改进，使得问题有所缓和，但问题并没有得到完全的解决。因而设计一个能对付长时延静态/动态多径信道的高性能均衡器，同时要求运算量小，运算器少有利于电路实现的均衡方法以及实现方法，仍然是一个有待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种数字电视信道自适应均衡方法，可降低均衡器的运算量以及所需的运算器单元。

为解决上述技术问题，本发明在数字电视接收器的判决反馈均衡器上采用可选部分抽头均衡方法：对均衡器抽头采用分组交织的方法划分组，再从划分的每个组里选择有效抽头，组成有效组，选择无效抽头，组成无效组，参与均衡运算；在计算有效、无效抽头时，若有效组里信号量最小的抽头信号量比无效组里最强的抽头信号量小，则交换所述的有效组里信号量最小的抽头和所述的无效组里信号量最大的抽头，更新有效抽头系数以跟踪信道的变化；抽头系数更新采用间隔更新方法，每个符号周期更新特定的一组抽头系数。

本发明由于采用上述方法，利用广播多径信道的稀疏特性，提出一种只使用部分抽头的均衡方法，可大大降低均衡器的运算量以及所需的运算器单元。

附图说明

图1是现有技术DFE的结构框图；

图2是本发明的一个具体实施例中部分抽头DFE的前向均衡器部分的详细框图；

图3是本发明的一个具体实施例中部分抽头的分组例；

图4是图2中抽头管理器的详细框图；

图5是图2中系数更新的详细框图；

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

图1所示为现有技术DFE，包括前向寄存器、前向滤波运算、前向系数更新、后向寄存器、后向滤波运算、后向系数更新、判决电路、误差计算、加法器。输入信号进入前向寄存器后，与抽头系数一起进行滤波运算，运算结果输出到加法器。加法器的输出送入判决器，判决后信号输入到后向寄存器，并与后向的抽头系数一起进行滤波运算，输出结果反馈回加法器。加法器的输出和判决器的输出送入误差计算，计算出的误差信号同时输入前向系数更新和后向系数更新。

下面以前向均衡器为例，说明其算法。其输出可用公式表示为

Yn＝∑(i＝1-N) Wn，I*Xn-i (1)

其中i和n分别为抽头位置和信号的符号采样时刻。

而抽头系数Wn+1，i＝Wn，i+uEnXn，i i＝1，2，…N (2)

其中，En为误差量。

从上述公式可以看出，在每个符号时刻，均衡滤波需要N个基本运算单元(乘加运算，一次乘法和一次加法；如果Xn为复数，则为复数乘加运算)的同时动作。系数更新也需要N个乘加或半复数乘加运算。

数字电视8VSB调制方式的符号周期为0.093微秒。当均衡几十微秒范围的多径干扰时，则需要数百个抽头的均衡器。对于硬件实现来说，其运算量和所需的运算器个数是十分巨大的。但稀疏多径信道只有在少数的时间位置的多径才有效，即广播电视信道是一个稀疏的多径信道，由均衡器的原理可知，在这种情况下多达数百阶的抽头的均衡器，在实际均衡运算中，只有少数一部分的抽头对信号的均衡有贡献，而大部分抽头的抽头系数值很小，对均衡滤波而言是不需要的。但由于抽头系数的分布是不定的并且随着信道的变化而变化，所以传统的均衡器仍然需要大量的运算单元。

图2是本发明的一个具体实施例中部分抽头DFE的前向均衡器部分的详细框图，它解决了上述通常均衡器的运算量问题。如图2所示，运算器小组Ai中具有Ki个基本运算单元，负责处理由Si交换器输入的Ki个输入数据和抽头系数，最后在加法器相加后形成输出信号Yn，这里i＝1，2，……m。系数更新后的抽头系数输入到抽头管理器。在抽头管理器，对m个小组的有效小组和无效小组的抽头系数进行管理。有效小组抽头的位置信号输出到交换器Si，使得正确的有效抽头系数和输入数据导入基本运算小组Ai。因此，总的基本运算单元个数为K＝K1+K2+……Km。我们取K为N的几分之一，即运算量为普通均衡器的几分之一。

N个抽头系数划分成m个小组的具体划分方法多种多样，划分方法对均衡器性能有影响。图3是本发明的一个具体实施例中部分抽头的分组例。如图3所示，每间隔m个抽头，顺序抽取一个抽头，第一次取得的抽头为T1小组，依此类推，第m次取得的抽头为Tm小组。

图4是图2中抽头管理器的详细框图。从Ti抽头小组里来的抽头被分为有效小组和无效小组，并各自进入自己的抽头系数幅度计算单元。有效小组的幅度计算结果输出到MIN并选出最小值(A)。而无效小组的幅度计算结果输出到MAX并选出最大值(B)。如果A小于B，表明无效小组里有抽头的抽头系数更为明显，接下来实施交换，即无效小组里的那个最大抽头进入有效小组，同时，有效小组里的那个最小抽头进入无效小组。

图5是图2中系数更新的详细框图。图中所示为其一个基本模块。通过控制信号CTR，MUX选择出一个输入数据信号(Xi)和抽头系数保存信号(Wi)，这两个信号进入基本运算单元，计算出新的抽头系数，并通过一个开关器SW送入到相应的系数寄存器单元进行系数更新。控制信号CTR按照符号间隔依次使MUX选择出X1/W1，X2/W2，…XL/WL，则L个符号周期后，所有L个抽头系数都更新了一遍，且仅需一个基本运算单元。

综上所述，本发明利用稀疏多径信道只有在少数的时间位置的多径才有效并结合均衡器的原理，采用的部分抽头计算方法，始终只有少部分的抽头参与均衡运算。

本发明首先假设总的抽头数(即均衡器的阶数)为N，部分抽头方法中参与运算的抽头数为K，则部分抽头均衡器的均衡滤波运算量只有通常均衡器的的K/N，一般K/N＝1/8~1/4，根据接收机要求和均衡器的具体设计会有所不同。通过把所有抽头分为有效组(K个抽头)，参与均衡运算，和无效组(N-K个抽头)，并且根据信道变化在两个组之间交换它们的成员，来实现部分抽头的均衡方法。更进一步，N个抽头分为m个小组(T1，T2，…Tm)，每个小组的抽头数为N1，N2，…Nm，再在每个小组里划分有效小组和无效小组，各个有效小组/无效小组的抽头个数分别为K1，K2，…Km和N1-K1，N2-K2，…Nm-Km。以此相对应，均衡滤波的运算单元也被分为m个小组(A1，A2，…Am)，每个小组的基本运算单元个数也为K1，K2，…Km。同理，输入数据被分为m个小组(D1，D2，…Dm)，每个小组的抽头数为N1，N2，…Nm。每个运算单元小组Ai，通过交换器小组Si，连接到分配给它的对应的抽头系数小组Ti以及输入数据小组Di，i＝1，2，…m。进一步由于交换器Si的交换作用，运算单元小组Ai里的任何一个基本运算单元，可以连接到抽头系数小组Ti里的任何一个系数和输入数据小组Di里的任何一个输入数据。通过这种分组技术，提高了运算单元的利用率，也就减少了运算量以及电路实现规模。并且通过参数的调节，可以平衡均衡器性能以及实现复杂性(运算器单元以及交换单元的需求)两方面的要求。

在均衡器的初始化过程或随着信道状况的变动，均衡器有效抽头的位置会出现变动。对付这种变动的方法包括，在每个符号间隔，根据更新后的抽头系数的状况，在每个小组里，有效小组的抽头和无效小组里的抽头进行交换。具体地说，从有效小组里选择一个信号量最小的抽头，从无效小组里选择一个信号量最大的抽头，如果前者的信号量小于后者，则把这两个抽头进行交换；否则维持原状。

在系数更新部分，一个基本运算单元通过选择器，可以连接到L个输入数据单元以及L个抽头系数存储单元的任何一个，同时计算出对应的更新系数。

如上所述，由于本发明方法利用广播多径信道的稀疏特性，提出一种只使用部分抽头的均衡方法，大大降低了均衡器的运算量以及所需的运算器单元。

Claims

1.一种数字电视信道自适应均衡方法，其特征是，判决反馈均衡器采用可选部分抽头均衡方法，包括如下步骤：

对均衡器抽头采用分组交织的方法划分组，再从划分的每个组里选择有效抽头，组成有效组，选择无效抽头，组成无效组，参与均衡运算；

在计算有效、无效抽头时，若有效组里信号量最小的抽头信号量比无效组里最强的抽头信号量小，则交换所述的有效组里信号量最小的抽头和所述的无效组里信号量最大的抽头，更新有效抽头系数以跟踪信道的变化；

抽头系数更新采用间隔更新方法，把抽头系数分成小组，每个符号周期更新其中的一个小组的抽头系数。

2.根据权利要求1所述数字电视信道自适应均衡方法，其特征是，所述抽头系数更新是通过控制信号，MUX选择出一个输入数据信号和一个抽头系数保存信号，进入基本运算单元，计算出新的抽头系数，并通过一个开关器送入到相应的系数寄存器单元进行系数更新。