CN101228752A - 自适应均衡器抽头步长 - Google Patents

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Abstract

一种装置，包括：自适应滤波器，具有抽头组，每组包括至少一个具有相关的抽头值的抽头；以及控制器，用于作为至少一个抽头组的抽头值的函数而选择该组的缩放因数。该控制器还作为所选择的缩放因数的函数而调节误差值。所述自适应滤波器作为调节后的误差值的函数而适配该至少一个抽头组的抽头值。

Description

自适应均衡器抽头步长
相关申请的交叉引用
本申请要求2005年7月19日提交的美国临时申请第60/700630号的权益。
技术领域
本发明一般涉及地通信系统，更具体地涉及例如被用于形成诸如均衡器(equalizer)之类的滤波器元件的自适应滤波器。
背景技术
许多数字数据通信系统采用自适应均衡以补偿信号传输信道上的改变的信道状态和干扰的影响。均衡器自适应地获得并追踪(track)时变信道的能力是将多少增益施加到抽头(tap)更新处理的函数。更大的增益导致更快地处理变化的信道状态的能力，但是最高只能到一个点。一旦超出该点，增益导致抽头中的过量的抖动，其使均衡器输出的保真度(fidelity)降级。
在高增益控制下控制此自感(self-induced))抽头噪声的一种方法是在抽头上实施偏置，其在该抽头上唯一的其它驱动力在实质上是随机的时将该抽头驱动为零。此方法的缺点是：随着增益继续增大，相对于零的偏置的值也必须增大，即，变得更强。这造成偏置值显著地限制了可施加的增益的量。
发明内容
发明人观察到：可以将高增益施加到均衡器-与任何偏置值无关(如果存在的话)-并且仍防止产生过量的噪声。因此，进一步提高了均衡器快速适应改变的状态的能力。具体地、并且根据本发明的原理，一种装置包括：自适应滤波器，具有抽头组，每组包括至少一个具有相关的抽头值的抽头；以及控制器，用于作为至少一个抽头组的抽头值的函数而选择该组的缩放因数(scaling factor)，并且作为所选择的缩放因数的函数而调节误差值；其中该自适应滤波器作为调节后的误差值的函数而适配(adapt)该至少一个抽头组的抽头值。因此，可以将高增益只施加到所述滤波器的、被自适应地发现对于滤波器响应具有显著影响的那些抽头，从而在防止产生过量噪声的同时在需要高增益的抽头上获得高增益的好处。
根据本发明的实施例，一种接收器包括均衡器，该均衡器具有抽头组，每组包括至少一个具有相关的抽头值的抽头；并且其中，均衡器调节每组中的抽头值，其中作为步长(stepsize)的函数来调节至少一组的抽头值，该步长的值是作为该组的抽头值的函数而选择的。
附图说明
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例。
图1图示了现有技术的判决(decision)反馈均衡器；
图2示出了根据本发明的原理的接收器的说明性框图；
图3示出了根据本发明的原理的说明性判决反馈均衡器；
图4进一步图示了在图3的判决反馈均衡器的语境(context)中的发明构思；
图5是图示根据本发明的原理的方法的说明性流程图；
图6示出了用于图5的流程图的说明性阈值；以及
图7示出了根据本发明的原理的另一说明性实施例。
具体实施方式
除了本发明构思之外，附图中示出的元件是公知的，并且将不详细描述。而且，假定熟悉电视广播和接收器，并且这里不对其详细描述。例如，除了本发明构思之外，假定熟悉诸如NTSC(国家电视系统委员会)、PAL(逐行倒相)、SECAM(顺序与存储彩色电视系统)以及ATSC(高级电视系统委员会)(ATSC)之类的现有的和所提出的推荐TV标准。同样地，除了本发明构思之外，假设诸如八级(level)残留边带(8-VSB)、正交幅度调制(QAM)之类的传输概念、诸如射频(RF)前端或例如低噪声块、调谐器、解调器的接收器部件的接收器组件。类似地，用于产生传输比特流的格式化和编码方法(诸如，运动画面专家组(MPEG)-2系统标准(ISO/IEC13818-1)是公知的并且不在这里描述。应该注意的是：本发明构思可以使用传统编程技术实施，所述编程技术同样将不在这里描述。最后，图中相似标号表示相似元件。
现在转向图1，示出了现有技术的判决反馈均衡器(DFE)100。DFE100包括前馈(FF)滤波器115、加法器120、限幅器125、反馈(FB)滤波器130以及误差计算器135。FF滤波器115和FB滤波器130两者均为本领域公知的自适应滤波器，每个滤波器包括多个抽头(在本领域中也称为系数)(未示出)，每个抽头具有抽头值(或系数值)。为了促进硬件效率，通常以组来排列每个滤波器的抽头，所述组共享诸如大乘法器的昂贵资源。在操作方面，未被均衡的数据经由信号114进入FF滤波器115，其将FF输出信号116提供给加法器120。加法器120将FF输出信号116与来自FB滤波器130的FB输出信号131求和，以提供均衡的输出信号121。将均衡的输出信号121提供给接收器的其它部分(未示出)和限幅器125。均衡的输出信号121表示信号点的序列，在星座空间中每个信号点具有同相(I)和正交(Q)值。DFE100是反馈设备，反馈路径包括限幅器125和FB滤波器130。限幅器125是本领域中公知的判决设备，并且从所述均衡的输出信号做出关于可能发送的码元的“硬判决(harddecision)”。具体地，对于均衡的输出信号121的每个信号点，限幅器125将该信号点与星座空间中的码元星座(未示出)进行比较，并选择码元星座的最接近该信号点的值的那个码元。因此，限幅器125经由信号126将码元序列提供给FB滤波器130。(由此得出术语判决反馈均衡器。)FB滤波器130对此码元序列进行滤波，并将FB输出信号131提供给加法器120(如上面所述)。
如上所述，FF滤波器115和FB滤波器130两者均为自适应滤波器，即，随时间调节抽头值，使得总的滤波器响应能够适应改变的信道状态。作为由误差计算器135确定的均衡的数据误差(或者简单地说“误差”)的量的函数来执行对于FF滤波器115和FB滤波器130的抽头值的调节。误差计算器135以多种方式中的任一种确定误差，最常见的方式是恒模(modulus)算法(CMA)、判决引导(Decision-Directed)方法、或者通过训练(training)。训练和CMA方法只需要均衡的输出信号(这里也称为“软均衡器输出信号”)来导出误差，而判决引导方法使用软均衡器输出信号和来自限幅器的硬判决二者来导出误差。因此，图1示出了接收信号121和126两者的误差计算器135。由于FF滤波器115和FB滤波器130中的固有增益差异，对于每个滤波器不同地缩放误差。这在图1中通过对于FF滤波器115和FB滤波器135分别使用单独的调节信号136和137来表示。
如先前所述，均衡器自适应地获得并追踪时变信道的能力是将多少增益施加到抽头更新处理的函数。不幸的是，大增益值可能需要在抽头更新处理中使用偏置值来限制自感抽头噪声的量。另外，使用偏置值来控制自感抽头噪声的这一方法限制能够将多少增益施加到抽头更新处理。然而，发明人观察到：可以将高增益施加到均衡器一与任何偏置值无关(如果存在的话)-并且仍防止产生过量的噪声。因此，进一步提高了均衡器快速适应改变的状态的能力。具体地、并且根据本发明的原理，一种装置包括：自适应滤波器，具有抽头组，每组包括至少一个具有相关的抽头(系数)值的抽头；以及控制器，用于作为至少一个抽头组的抽头值的函数来选择该组的缩放因数，并且作为所选择的缩放因数的函数来调节误差值；其中该自适应滤波器作为调节后的误差值的函数来适配该至少一个抽头组的抽头值。因此，可以将高增益只施加到滤波器中被自适应地发现对于滤波器响应具有显著影响的那些抽头，从而在防止产生过量噪声的同时在需要高增益的抽头上获得高增益的好处。
图2中示出了根据本发明的原理的说明性电视机10的高层框图。电视(TV)机10包括接收器15和显示器20。作为说明，接收器15是ATSC兼容的接收器。应注意：接收器15也可以是NTSC(国家电视系统委员会)兼容的，即，具有NTSC操作模式和ATSC操作模式，使得电视机10能够显示来自NTSC广播或ATSC广播的视频内容。为了在描述本发明构思时简单，这里只描述ATSC操作模式。接收器15(例如经由天线(未示出))接收用于处理以从中恢复(recover)例如HDTV(高清晰度TV)视频信号的广播信号11，所述视频信号用于施加到显示器20上以在其上观看视频内容。
现在参照图3，示出了根据本发明的原理的接收器15的判决反馈均衡器(DFE)200的说明性实施例。DFE200包括前馈(FF)滤波器215、加法器220、限幅器225、反馈(FB)滤波器230、误差计算器235、误差缩放器250和误差缩放器255。FF滤波器215和FB滤波器230两者均为自适应滤波器，每个滤波器包括多个抽头(系数)(未示出)，每个抽头具有抽头值(或系数值)。除了本发明构思之外，DFE200还以与上面对于DFE100所述的方式类似的方式运行。具体地，未经均衡的数据经由信号214进入FF滤波器215，其将FF输出信号216提供给加法器220。加法器220将FF输出信号216与来自FB滤波器230的FB输出信号231求和，以提供均衡的输出信号221。将均衡的输出信号221提供给接收器的其它部分(未示出)和限幅器225。均衡的输出信号221表示信号点的序列，在星座空间中每个信号点具有同相(I)和正交(Q)值。限幅器225从均衡的输出信号做出关于可能发送的码元的“硬判决”，并将码元序列226提供给FB滤波器230。FB滤波器230对此码元序列进行滤波，并将FB输出信号231提供给加法器220。
如之前的，误差计算器235确定均衡的数据误差(误差)的量。如上所述，可使用多种技术中的任意一种，最常见的是恒模算法(CMA)、判决引导方法、或者通过训练。训练和CMA方法只需要均衡的输出信号(这里也称为“软均衡器输出信号”)来导出误差，而判决引导方法使用软均衡器输出信号和来自限幅器的硬判决二者来导出误差。因此，图2示出了接收信号221和226两者的误差计算器235，尽管可能只需要它们中的一个。用于确定均衡的数据误差的实际方法与本发明构思无关。如上所述，由于在FF滤波器215和FB滤波器230中可能存在固有增益差异，因此对于每个滤波器不同地缩放误差。这在图2中通过对于FF滤波器215和FB滤波器235分别使用单独的调节信号236和237来表示。然而，应注意本发明构思不被如此限制，可将一个调节信号提供给两个滤波器。
根据本发明的原理，将自适应滤波器耦接到至少一个误差缩放器(这里也称为控制器)。误差缩放器可以是自适应滤波器的一部分或者在自适应滤波器的外部。在由DFE200图示的示例的语境中，存在两个缩放器250和255，但本发明不被如此限制。例如，可存在处理来自多于一个的自适应滤波器(例如，FF滤波器215和FB滤波器230)的抽头值的一个误差缩放器。对于此示例，误差缩放器250和255除了它们处理的抽头值之外，在操作上类似。因此，使用误差缩放器250来进一步说明本发明的原理。
现在转向图4，示出了DFE200的有关部分。FB滤波器230包括多个抽头T(305)。将所述多个抽头305分为K组，每组包括N个抽头，即，T＝((K)(N))，其中K＞0，且N＞0。这在图4中由抽头组305-1至305-K图示。在图4中由抽头组305-j进一步图示了抽头组，其包括如由抽头306-j-1至306-j-N表示的N个抽头，其中0＜j≤K。应注意：虽然此示例示出了每个抽头组具有相同的抽头数目N，但是本发明不被如此限制，每个抽头组中抽头的数目可以变化。如图4所示，将每个抽头组的抽头值耦接到选择器255。例如，信号232-1传送抽头组305-1的N个抽头值；信号232-j传送抽头组305-j的N个抽头值(如由信号231-j-1至232-j-N所表示的)；并且信号232-K传送抽头组305-K的N个抽头值。
根据本发明的原理，自适应滤波器内的每个抽头组接收要在它们的抽头更新处理中使用的误差项(error term)，已经对于该组作为抽头大小(magnitude)的函数而特定地(specifically)缩放该误差项。图4中示出了进行这点的一种说明性方式。选择器255包括多个选择元件，其中每个选择元件选择误差项或缩放器，该缩放器进一步调节来自计算器235的误差。接着将此进一步调节的误差提供给FB滤波器230以用于其抽头更新处理。这由选择器255的选择元件310例示。选择元件310处理抽头组305-j的N个抽头值，并且经由信号311将误差项提供给乘法器315。乘法器315将来自计算器235的误差乘以误差项(其经由信号237传送)，以将上述进一步调节的误差经由信号316(图3的信号256的一部分)提供回FB滤波器230。因此，并且根据本发明的原理，已经对于FB滤波器230的每个抽头组特定地缩放要在FB滤波器230的抽头更新处理中使用的误差量。应注意：选择器255检查抽头组的抽头的方法可变化。例如，选择器255可以并行地检查抽头(如图4所示)，或者选择器255可以串行地检查抽头，例如，由选择器255串行地扫描输出抽头值以进行处理。如果是以串行的方式，假定组边界是预定的并且选择器255知道它们在所产生的抽头值的串行流内的位置。然而，应注意：在本发明的语境中组边界也是可编程的。
现在转向图5，示出了用于在选择元件(例如，图4的选择元件310)中使用的说明性流程图。在步骤505中，选择元件接收特定的抽头组的N个抽头值。在步骤510中，选择元件510作为所接收的抽头组的N个抽头值的函数而选择缩放器或缩放因数(这里也称为步长)。图6中示出了选择函数的图示。应注意：本发明构思不被如此限制，可使用其它的选择函数。图6中所示的选择过程作为抽头组中的最大的抽头大小的函数而选择缩放因数。轴301图示增大的抽头大小的值。选择元件510确定图4的抽头组305-j的最大的抽头大小，并选择适当的缩放因数。具体地，如果所确定的最大的抽头大小小于“阈值1”，则选择缩放因数K0；如果所确定的最大的抽头大小小于“阈值2”但大于或等于“阈值1”，则选择缩放因数K1，等等。在步骤515，接着将所选择的缩放因数用于调节误差(例如，图4的乘法器315)。最后，在步骤520中，将调节后的误差提供给自适应滤波器，以在其中用于抽头更新处理。应注意：上述阈值可以是可调节的或可编程的。另外，如果在该组中只存在一个抽头，则缩放因数选择只基于该一个抽头的大小。
如上所述，并且根据本发明的原理，接收器包括均衡器，该均衡器具有抽头组，每组包括至少一个具有相关的抽头值的抽头；并且其中该均衡器调节每组中的抽头值，其中作为步长的函数调节至少一组的抽头值，作为该组的抽头值的函数选择该步长的值。
图7中示出了本发明构思的另一说明性实施例。在此说明性实施例中，用于在接收器(未示出)中使用的集成电路(IC)605包括DFE620以及至少一个耦接到总线651的寄存器610。作为说明，IC605是集成模拟/数字电视解码器。然而，只示出了IC605中与本发明构思有关的那些部分。例如，为求简洁，未示出模数转换器、其它滤波器、解码器等等。总线651提供向和来自如由处理器650所表示的接收器的其它组件的通信。寄存器610代表IC605的一个或多个寄存器，其中每个寄存器包括如由比特609所表示的一个或多个比特。IC605的寄存器或寄存器的部分可以是只读的、只写的或者读/写的。根据本发明的原理，DFE620包括上述系数调节或者操作模式，寄存器610的至少一个比特(例如，比特609)是可编程的比特，其可由例如处理器650设置以便使能或者禁止此抽头值调节操作模式。在图7的语境中，IC605经由IC605的输入引脚或引线(lead)接收IF信号601以进行处理。将相关的信号602施加到DFE620以进行滤波。如上所述地进一步调节DFE620的抽头值(例如，参见图4、5和6)。DFE620提供代表经过滤波的信号(例如，上述信号221)的信号621。虽然在图7中未示出，信号621可被提供给IC605外部的电路，和/或可经由寄存器610访问。DFE620经由内部总线611耦接到寄存器610，内部总线611代表用于将DFE620连接到寄存器610的IC605的其它信号路径和/或组件。IC605提供如由信号606所表示的一个或多个恢复的信号(例如，复合视频信号)。应注意：根据本发明的原理，IC605的其它变化是可能的，例如，不需要例如经由比特610的抽头调节操作模式的外部控制，IC605可以简单地始终执行上述抽头调节。
可以以硬件、软件、或者硬件和软件的组合来实现本发明。也可以将本发明的各方面实施为计算机程序产品，其包括使得能够实施这里描述的方法的所有特征，并且在被载入计算机系统时能够执行这些方法。本语境中的计算机程序或应用程序是指一组指令的采用任何语言、代码或符号的任何表示，所述指令意欲使具有信息处理能力的系统直接地或者在以下操作中的任一种或全部之后执行特定功能，所述操作为：a)转换为另一语言、编码或符号；b)以不同的素材形式再现。
考虑到上述内容，前面仅说明了本发明的原理，因此将认识到：本领域技术人员将能够设计很多替换配置，尽管这里没有被明确地描述，但所述替换配置实施本发明的原理并且在其精神和范围之内。例如，尽管在分立功能元件的语境下进行了说明，但是这些功能元件可以被实施在一个或多个集成电路(IC)上。类似地，尽管作为分立元件示出，但是可以在所存储的程序控制的处理器(例如，数字信号处理器)中实现任一或所有元件，所述处理器执行例如对应于例如在图5中示出的一个或多个步骤等的相关软件。另外，尽管作为被包括在电视机10内的元件示出，但是其中的元件可以以其任何组合而分布在不同单元中。例如，图2的接收器15可以是设备的一部分、或者诸如物理上与该设备分离的机顶盒的盒子、或者包含显示器20的盒子等。而且，应注意：尽管在陆地广播的语境下描述，但是本发明的原理可适用于其中需要滤波的任何类型的通信系统，例如但不限于卫星、电缆、无线等等。因此应理解：可以对说明性实施例做出多种修改并且可以设计其它配置，而不偏离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围。

Claims (19)

1.一种接收器，包括：
自适应滤波器，具有抽头组，每组包括至少一个具有相关的抽头值的抽头；以及
控制器，用于作为至少一个抽头组的抽头值的函数而选择该组的缩放因数，并且作为所选择的缩放因数的函数而调节误差值；
其中所述自适应滤波器作为调节后的误差值的函数而适配该至少一个抽头组的抽头值。
2.如权利要求1所述的接收器，其中所述自适应滤波器是均衡器的一部分。
3.如权利要求1所述的接收器，其中所述控制器将所述误差值乘以所选择的缩放因数以提供调节后的误差值。
4.如权利要求1所述的接收器，其中所述控制器确定该至少一个抽头组的最大抽头值，并作为所确定的最大抽头值的函数而选择所述缩放因数。
5.如权利要求4所述的接收器，其中所述控制器通过将所确定的最大抽头值与多个阈值进行比较来选择所述缩放因数，每个阈值与特定缩放因数相关联。
6.一种接收器，包括：
均衡器，具有抽头组，每组包括至少一个具有相关的抽头值的抽头；并且
其中该均衡器调节每组中的抽头值，其中作为步长的函数来调节至少一组的抽头值，作为该组的抽头值的函数来选择该步长的值。
7.如权利要求6所述的接收器，还包括：
选择器，用于提供所选择的步长，其中该选择器确定所述至少一组的最大抽头值，并且作为所确定的最大抽头值的函数来选择所述步长。
8.如权利要求7所述的接收器，其中所述选择器是均衡器的一部分。
9.如权利要求7所述的接收器，其中该选择器将误差值乘以所选择的步长以提供调节后的误差值，该调节后的误差值由均衡器使用以便调节所述至少一组的抽头值。
10.如权利要求7所述的接收器，其中所述选择器通过将所确定的最大抽头值与多个阈值进行比较来选择所述步长，每个阈值与特定步长相关联。
11.一种用于在接收器中使用的方法，该方法包括：
利用具有多个抽头的自适应滤波器来自适应地对信号进行滤波，其中所述多个抽头包括多个抽头组，每个抽头组具有至少一个抽头；
作为滤波后的信号的函数而确定误差值；
作为至少一个抽头组的抽头值的函数而调节所述误差值以提供调节后的误差值；以及
作为调节后的误差值的函数而适配所述至少一个抽头组的抽头。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述调节步骤包括：
作为所述至少一个抽头组的抽头值的函数而选择缩放因数；以及
将所述误差值乘以所选择的缩放因数以提供调节后的误差值。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述选择步骤包括：
确定该抽头组的最大抽头值；以及
作为所确定的最大抽头值的函数而选择所述缩放因数。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述选择缩放因数的步骤包括：
将所确定的最大抽头值与多个阈值进行比较，每个阈值与特定缩放因数相关联。
15.一种用于在接收器中使用的方法，该方法包括：
利用均衡器来均衡信号以提供均衡的信号，该均衡器具有多个抽头组，每个抽头组具有至少一个抽头；
作为所述均衡的信号的函数而确定误差值；
调节该误差值以提供调节后的误差值；以及
作为调节后的误差值的函数而适配所述多个抽头组中的至少一个抽头组的抽头值。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述调节步骤包括：
作为所述至少一个抽头组的抽头值的函数而选择步长；以及
作为所选择的步长的函数而调节所述误差值以提供调节后的误差信号。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述调节误差值的步骤包括：
将该误差值乘以所选择的步长以提供调节后的误差信号。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述选择步骤包括：
确定所述至少一个抽头组的抽头值中的最大抽头值；以及
作为所确定的最大抽头值的函数而选择所述步长。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述选择步长的步骤包括：
将所确定的最大抽头值与多个阈值进行比较，每个阈值与特定步长相关联。
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