CN101207589A - 均衡方法和均衡电路 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种均衡方法和均衡电路，接收字符后产生均衡结果。其中的均衡系数是由最小均方(LMS)算法以一步进阶数更新，该均衡方法包含下列步骤。首先，递归地根据该均衡结果估算信噪比值(SNR)。接着分析在一段时间内连续两次信噪比值之间的差异。最后根据该差异判定是否需要调整该步进阶数。当判断出需要调整时，将该步进阶数降低至低位准，否则维持不变。该必要性是指该差异低于临界值。本发明在对字符均衡的过程中可具有较佳收敛速度和较佳信噪比值。

Description

均衡方法和均衡电路

技术领域

本发明是关于一种可适性均衡方法及均衡电路，尤其是有关于根据所接收到的字符的信噪比值调整步进阶数的均衡方法及均衡电路。

背景技术

一般均衡器(Equalizer)都是使用最小均方(Least Mean Square，LMS)算法来更新其均衡系数(Coefficient)。在字符(symbol)时间n之下，均衡器所产生的均衡结果y(n)，是由线性滤波器(Linear Filter)和决策反馈滤波器(Decision Feedback Filter)的输出结果相加而得：

$y\left(n\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}r(n+k)\·c_{-k}\left(n\right)+\underset{k}{\mathrm{\Σ}}d(n-k)\·c_k\left(n\right)---\left(1\right)$

其中r(n)代表所接收到的字符，d(n)是字符r(n)的决策值，而k代表线性滤波器和决策反馈滤波器中的闸数。

接着量测决策值d(n)和均衡结果y(n)之间的误差如下：

e(n)＝d(n)-y(n)                       (2)

而线性滤波器和决策反馈滤波器中的均衡系数是根据最小均方(LMS)算法而更新：

c_k(n+1)＝c_k(n)+μ·e*(n)·d(n-k)      (3)

c_-k(n+1)＝c_-k(n)+μ·e*(n)·d(n+k)    (4)

其中μ代表最小均方算法所定义的步进阶数(Step Size)，c_k(n)是线性滤波器中第k个均衡系数，而c_-k(n)代表决策反馈滤波器中第k个均衡系数。从第(2)式可推算均方差(Mean Square Error，MSE)：

MSE＝E{|e(n)|²}＝E{|d(n)-y(n)|²}      (5)

图1是各种步进阶数的MSE曲线，其中步进阶数的值μ各为a，b和c，且a＞b＞c。较大的步进阶数的MSE曲线收敛得较快，并饱和在较高的MSE值，如μ＝a的曲线所示。相对的，较小的步进阶数值的MSE曲线收敛得慢，饱和时具有较低的MSE值，如μ＝c的曲线所示。由此可知，较小的步进阶数的MSE具有较佳的稳定性。由MSE可进一步推算均衡结果的信噪比值(Signal to Noise Radio，SNR)：

$\mathrm{SNR}=10\·{\log }_{10}\frac{S}{\mathrm{MSE}}---\left(6\right)$

其中S代表字符所有可能值的期望值：

S＝E{±1，±3，±5，±7}    (7)

图2是由MSE推算而得的信噪比值曲线。在均衡过程开始后，信噪比值会逐渐上升，最后饱和在一位准(level)上。不同的步进阶数的信噪比值曲线上升速率不同，饱和位准也不同。举例来说，μ＝a的信噪比值曲线收敛得快，但是饱和位准低，而μ＝c的信噪比值曲线收敛慢，饱和位准高。由此可见，在均衡的过程中较佳收敛速度和较佳信噪比值之间必须有所取舍。如果欲两全其美，上述的均衡方法是有待改良的。

发明内容

本发明的目的是提供一种均衡方法及均衡装置，以解决上述的问题。

本发明的实施例之一为一种均衡方法，可接收字符并产生一均衡结果。其中的均衡系数是由最小均方(LMS)算法以一步进阶数更新，该均衡方法包含下列步骤。首先，递归地根据该均衡结果估算信噪比值(SNR)。接着分析在一段时间内连续两次信噪比值之间的差异。最后根据该差异判定是否需要调整该步进阶数。当判断出需要调整时，将该步进阶数降低至低位准，否则维持不变。该必要性是指该差异低于临界值。

在降低该步进阶数时，首先判断最近一次降低步进阶数的成效。如果成效不佳，则维持步进阶数不变。所谓成效的好坏是指信噪比值是否随着步进阶数降低而提升。

该均衡结果包含一场同步段和若干段，每一段的开头具有一段同步码。估算信噪比值的步骤是每隔一段执行一次，包含下列步骤。首先从该场同步段量测一场信噪比，并周期性地从每一段的段同步码中量测而得若干段信噪比。每当量测出一段信噪比时，将该段信噪比与该场信噪比比较。如果该段信噪比和该场信噪比的差异大于一默认值，则将该场信噪比视为该信噪比值而输出，否则将该段信噪比视为该信噪比值而输出。

本发明均衡方法或均衡装置，接收字符以产生一均衡结果，其均衡系数由最小均方(LMS)算法以一步进阶数更新，该步进阶数可根据均衡结果的信噪比值动态调整，因此在对字符均衡的过程中可具有较佳收敛速度和较佳信噪比值。

本发明的均衡电路，接收字符以产生一均衡结果，其中所述均衡电路包含：均衡器，其依据所述均衡结果的信噪比值对接收到的字符进行均衡；信噪比值量测器，其耦接所述均衡器，接收所述均衡结果以量测其信噪比值；其中：所述均衡器以最小均方算法对所接收到的字符进行均衡，其中的均衡系数以一步进阶数递归更新，且其步进阶数是根据所述信噪比值而调整；或其中的均衡系数根据运作参数而递归更新，且其运作参数是根据所述信噪比值而调整。本发明在对字符均衡的过程中可具有较佳收敛速度和较佳信噪比值。

附图说明

图1是各种步进阶数的均方差(MSE)曲线图。

图2是从MSE计算而得的信噪比值曲线图。

图3是本发明均衡电路的实施例。

图4是本发明实施例的推算步进阶数的流程图。

图5是场同步和段同步与信噪比值的关联图。

图6是本发明实施例的量测信噪比值的流程图。

具体实施方式

图3是本发明均衡电路的实施例的示意图。该均衡电路用以接收字符x(n)并产生均衡结果y(n)。其中均衡器310根据均衡结果y(n)的信噪比值#SNR对该字符x(n)进行均衡运算。信噪比量测器320耦接于该均衡器310的输出端，用以接收该均衡结果y(n)以量测其信噪比值。该均衡器310是使用最小均方算法来均衡字符x(n)，其中的均衡系数递归地以一个步进阶数持续更新。该步进阶数又可动态调整的，根据该信噪比量测器320所测得的信噪比值而定。具体的说，当均衡电路启动后，首先使用一个较大的步进阶数，如图2中的μ＝a的曲线，由此可以以较快的速度收敛。而当信噪比值到达饱和点P_A时，接着使用较小的步进阶数，如图2的μ＝b的曲线，由此饱和点可再进一步提升至P_B。同样的，当信噪比值到达饱和点P_B时，使用图2中的μ＝c的曲线继续进行收敛，使均衡结果y(n)在最有效率的收敛速度下达到最高的信噪比值。

该均衡器310中包含均衡系数更新器302和阶数控制器304。均衡系数更新器302持续地以步进阶数更新均衡系数。阶数控制器304耦接均衡系数更新器302及信噪比量测器320，持续地根据信噪比值计算新的步进阶数以供均衡系数更新器302使用。信噪比值可以是每隔一段(Segment)量测一次。根据VSB标准，每一段传送832字符，而前四个字符称为段同步码(SegmentSyncs)。段同步码中包含已知的数据特征，可供段同步，而字符的信噪比值也可由此推得。阶数控制器304连接信噪比量测器320，可分析连续两个信噪比值的差异，以判断步进阶数是否需要调整。如果有需要调整，则阶数控制器304将步进阶数降低至一个较低位准；如果无需要则维持原值。举例来说，当μ＝a的曲线的信噪比值到达饱和点P_A，若连续两个信噪比值的差异会小于一临界值，使阶数控制器304检测到调整的必要性，将该步进阶数减少。

信噪比值可能最后还是会到达一个上限的，例如图2的饱和点P_C。到达此上限时，不论如何缩小步进阶数，信噪比值都不会再增加。为了避免步进阶数被过度缩小，阶数控制器304进一步的判断前一次调整的效用是否良好。如果调整后没帮助，则不再继续缩小步进阶数。

在均衡结果y(n)中，每313个段包含一场同步串(field sync stream)，当中有832个已知字符值，供场同步运算使用。场同步串也可以用来量测信噪比值，所产生的值称为场信噪比(FS-SNR)。相对的，由段同步码所量到的信噪比值称为段信噪比(SS-SNR)。场信噪比每313个段会产生一个，而段信噪比则是每个段可产生一个。基本上信噪比量测器320每隔一段输出一信噪比值，而该信噪比值是选自场信噪比或段信噪比其中之一。场信噪比是由信噪比量测器320中的一场量测器316所测得，而段信噪比是由信噪比量测器320中的一段量测器314所测得。由于段信噪比是从一串较短的字符特征所测得，所以发生误差的机会比较大，但间隔比较短时间产生一次，可以快速反应现行信号质量。相对的场信噪比虽然每隔较长的时间才产生一次，但是其值是较稳定和可靠的。在本实施例中，信噪比值是综合两者而决定的，以减少误差发生的机率并能快速反应现行信号质量。在正常情况下，段信噪比会被优先选择当成信噪比值供后续运用。而当段信噪比和场信噪比的差异过大时，则认定段信噪比是不准确的，而改用场信噪比来当成信噪比值。选择器312耦接段量测器314和场量测器316，每隔一段获取一段信噪比之后，就对两者的值进行比较。如果两者的差超过一默认值，则选择器312就选择场信噪比作为信噪比值。反之则使用段信噪比作为信噪比值。

图4是本发明实施例之一的计算步进阶数的流程图。在步骤402中，信噪比值是递归地从均衡结果测得。在步骤404中，量测连续两个信噪比值的差异。在步骤406中，由该差异判断是否该调整步进阶数。如果是，则进行步骤408，判断最近一次步进阶数的调整对信噪比值是否有效果。相反的，如果由该差异判断该步进阶数无须调整，则回到步骤402。在步骤408中，如果发现调整无效，则在步骤410中停止步进阶数的调整。相对的，如果发现调整是有效的，则跳至步骤412，将步进阶数降至一较低位准，最后，整个程序回到步骤402，递归执行。

图5是场同步串和段同步码所对应的信噪比值图。在时间轴上，一个场同步串FS和312个段同步码SS周期性的出现。场信噪比FS_SNR是一个稳定可靠的值，在313个段周期中保持定值。段信噪比SS_SNR则是每个段周期更新一次，具有较高的错误率。每隔一段周期，FS_SNR和SS_SNR的误差ΔSNR就被检查一次。如果误差超过一默认值，则选择较可靠的场信噪比FS_SNR作为信噪比值而输出至阶数控制器304。

图6是为本发明实施例之一的信噪比值量测方法流程图。在步骤602中，每隔313个段周期从场同步串量测一场信噪比，每隔一个段周期从段同步码量测一段信噪比。在步骤604中，在量得一段信噪比后，与场信噪比进行比较，判断其差异是否大于一默认值。如果是，则进行步骤606，将该场信噪比当成信噪比值而输出。如果不是，则进行步骤608，选择段信噪比作为信噪比值而输出。

在本发明中，均衡器可根据其步进阶数的更新模式，使用现有的盲目算法或直接决策算法来均衡字符。其中，步进阶数的更新模式是根据信噪比值所决定。

本发明均衡方法或均衡装置，接收字符以产生均衡结果，其均衡系数由最小均方(LMS)算法以一步进阶数更新，该步进阶数可根据均衡结果的信噪比值动态调整，因此在对字符均衡的过程中可具有较佳收敛速度和较佳信噪比值。

虽然本发明以较佳实施例说明如上，但可以理解的是本发明的范围未必如此限定。相对的，任何基于相同精神或对现有技术者为显而易见的改良都在本发明涵盖范围内。因此专利要求范围必须以最广义的方式解读。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，举凡熟悉此项技艺的人士，在依本发明精神架构下所做的等效修饰或变化，都应包含于权利要求范围内。

Claims (12)

1.一种均衡方法，将接收到的字符产生均衡结果，其中均衡过程中的均衡系数是由最小均方算法以步进阶数更新，所述均衡方法包含下列步骤：

递归地根据所述均衡结果估算信噪比值；

分析在一段时间内连续两次信噪比值之间的差异；

根据所述差异判定是否需要调整所述步进阶数；

当判断出需要调整时，将所述步进阶数降低至低位准，否则维持所述步进阶数不变；以及

返回进行所述估算信噪比值的步骤。

2.如权利要求1所述的均衡方法，其中所述步进阶数需要调整是在所述差异低于一临界值时成立。

3.如权利要求1所述的均衡方法，其中所述步进阶数的降低步骤包含：

判断最近一次降低步进阶数的成效；以及

如果成效不佳，则维持步进阶数不变；其中成效的好坏与否是指信噪比值是否随着步进阶数降低而提升。

4.如权利要求1所述的均衡方法，其中：

所述均衡结果包含一场同步串和若干段，每一段的开头具有一段同步码；以及

估算信噪比值的步骤是每隔一段执行一次，包含：

从所述场同步串量测一场信噪比；

周期性地从每一段的段同步码中量测而得若干段信噪比；

每当量测出一段信噪比时，将所述段信噪比与所述场信噪比比较；以及

如果所述段信噪比和所述场信噪比的差异大于一默认值，将所述场信噪比视为所述信噪比值而输出，否则将所述段信噪比视为所述信噪比值而输出。

5.一种均衡电路，接收字符以产生一均衡结果，其中所述均衡电路包含：

均衡器，其依据所述均衡结果的信噪比值对接收到的字符进行均衡；

信噪比值量测器，其耦接所述均衡器，接收所述均衡结果以量测其信噪比值；其中：

所述均衡器以最小均方算法对所接收到的字符进行均衡，其中的均衡系数以一步进阶数递归更新；以及

所述步进阶数是根据所述信噪比值而调整。

6.如权利要求5所述的均衡电路，其中所述均衡器包含：

均衡系数更新器，其根据所述步进阶数持续更新所述均衡系数；

步进阶数控制器，其耦接所述均衡系数更新器及所述信噪比值量测器，持续接收所述信噪比值以计算所述步进阶数；其中：

所述信噪比值是周期性的测得并输出至所述均衡器；

所述步进阶数控制器分析在一段时间内至少连续两次信噪比值之间的一差异；

所述步进阶数控制器根据所述差异判定是否需要调整所述步进阶数；

当判断出需要调整时，所述步进阶数控制器将所述步进阶数降低至一低位准，否则维持所述步进阶数不变。

7.如权利要求6所述的均衡电路，其中所述步进阶数需要调整是在所述差异低于一临界值时成立。

8.如权利要求7所述的均衡电路，其中所述步进阶数控制器进一步判断最近一次降低步进阶数的成效，如果成效不佳，则维持步进阶数不变；其中成效的好坏与否是指信噪比值是否随着步进阶数降低而提升。

9.如权利要求6所述的均衡电路，其中：

所述均衡结果包含一场同步串和若干段，每一段的开头具有一段同步码；以及

所述信噪比值量测器每隔一段输出一信噪比值，所述信噪比值量测器包含：

一场信噪比计算器，其从所述场同步串量测一场信噪比；

一段信噪比计算器，其周期性地从每一段的段同步码中量测而得若干段信噪比；

一选择器，其耦接所述段信噪比计算器和所述场信噪比计算器，每当量测出一段信噪比时，将所述段信噪比与所述场信噪比比较；其中如果所述段信噪比和所述场信噪比的差异大于一默认值，所述选择器选择所述场信噪比当作所述信噪比值而输出，否则选择所述段信噪比当作所述信噪比值而输出。

10.一种均衡电路，接收字符以产生一均衡结果，其中所述均衡电路包含：

均衡器，依据所述均衡结果的一信噪比值对接收到的字符进行均衡；

信噪比值量测器，其耦接所述均衡器，接收所述均衡结果以量测其信噪比值；其中：

所述均衡器以最小均方算法对所接收到的字符进行均衡，其中的均衡系数根据运作参数而递归更新；以及

所述运作参数是根据所述信噪比值而调整。

11.如权利要求10所述的均衡电路，其中：

所述运作参数决定所述均衡器的更新模式，使所述均衡器运用盲目算法或直接决策算法；以及

所述更新模式是根据所述信噪比值而决定。

12.如权利要求11所述的均衡电路，其中所述均衡电路进一步包含一信噪比值量测器，所述信噪比值每隔一段输出一信噪比值，所述信噪比值量测器包含：

一场信噪比计算器，其从所述场同步串量测一场信噪比；

一段信噪比计算器，其周期性地从每一段的段同步码中量测而得若干段信噪比；

一选择器，其耦接所述段信噪比计算器和所述场信噪比计算器，每当量测出一段信噪比时，将所述段信噪比与所述场信噪比比较；其中如果所述段信噪比和所述场信噪比的差异大于一默认值，所述选择器选择所述场信噪比当作所述信噪比值而输出，否则选择所述段信噪比当作所述信噪比值而输出。

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