CN101454993A - 波形均衡装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种波形均衡装置，将用于去除虚像信号的滤波器的抽头系数在短时间内收敛成最佳值。该波形均衡装置包括：基于多个相关值求出FIR滤波器和IIR滤波器的抽头系数初始值后进行输出的初始抽头系数生成部、将FIR滤波器和IIR滤波器的抽头系数的初始值输出到这些滤波器，并基于误差信息更新这些滤波器的抽头系数的抽头系数更新部。初始抽头系数生成部，将多个相关值中与预定范围的延迟相对应的值的顺序反转，并将其结果作为与上述预定范围的延迟对应的、上述FIR滤波器的抽头系数的初始值求出，并且，将多个相关值中与比上述预定范围大的延迟对应的值的符号反转，作为IIR滤波器的抽头系数的初始值而求出。

Description

波形均衡装置
技术领域
本发明涉及一种去除广播或无线通信中的多路干扰的波形均衡装置。
背景技术
在广播或无线通信的接收机中，存在为了去除多路干扰而安装有波形均衡装置的接收机。所谓的多路干扰是指这样的现象，即：广播波分别通过主路径和其他路径到达接收机，通过了主路径的主波与通过了其他路径的反射波等(虚像信号)之间的干扰波在接收机中被观测到的现象。波形均衡装置根据受到了多路干扰的干扰波而对想要接收的主波进行解码。
在具有FIR(finite impulse response：有限冲激响应)滤波器和IIR(infinite impulse response：无限冲激响应)滤波器的波形均衡装置中，对进行均衡来去除前虚像信号和后虚像信号时的滤波器的抽头系数加以说明。
将FIR滤波器的特性表示为GFIR(z)，将IIR滤波器的特性表示为GIIR(z)，将波形均衡装置的输入信号和输出信号分别取为X、Y，则
X·GFIR(z)+Y·GIIR(z)＝Y
这样的关系成立。将波形均衡装置的特性取为G，则上述式子能变形为
Y＝GX＝{GFIR(z)/(1-GIIR(z))}X。
当存在相对于主波E延迟了5个符号的信号强度A(A<1)的后虚像信号时，输入信号X用
X＝(1+AZ-5)E
表示。此时，若GFIR(z)＝1、GIIR(z)＝-AZ-5，则
Y＝{1/(1+AZ-5)}(1+AZ-5)E＝E…(1)
也就是说，通过对IIR滤波器的第5个抽头的抽头系数赋予-A，能够进行输入信号X的均衡。
其次，当存在相对于主波E超前5个符号的信号强度A的前虚像信号时，输入信号X用
X＝(A+Z-5)E
表示。此时，若FIR滤波器为具有20个抽头的滤波器，且GIIR(z)＝0、GFIR(z)＝A4-A3Z-5+A2Z-10-AZ-15+Z-20，则
Y＝{A4-A3Z-5+A2Z-10-AZ-15+Z-20}(A+Z-5)E  …(2)
＝(A5+Z-25)E
也就是说，在FIR滤波器中，分别赋予A4、-A3、A2、-A和1作为第0个、第5个、第10个、第15个和第20个抽头的抽头系数，并且假定A5足够小，从而能够进行输入信号X的均衡。
这样，去除前虚像信号时与去除后虚像信号时相比，需要对滤波器赋予很多适当的抽头系数，一般而言，存在前虚像信号的情况比存在后虚像信号的情况更难以进行均衡。另外，当信号强度A的值大或者FIR滤波器的抽头系数不充分时，含有前虚像信号的信号均衡将会非常困难。
抽头系数的最佳值能通过合适的算法(例如LMS(least mean square)算法)而找到。LMS算法是根据前一次的抽头系数生成其下一次的抽头系数的算法，抽头系数随着反复更新而逐渐接近最佳值。因此，抽头系数的初始值越接近最佳值，则LMS算法的收敛时间越短。
例如对已进行了VSB(Vestigial Side Band：残留边带)调制的信号进行解调时，在由FIR滤波器和IIR滤波器构成的波形均衡装置中，抽头系数收敛到最佳值为止需要耗费时间。因此，公知有如下的波形均衡装置，其对FIR滤波器和IIR滤波器赋予抽头系数的初始值以消除主波以外的波(参照专利文献1)。另外，公知有如下的装置，其根据传输线路特性的推断结果来设置用于求出抽头系数的滤波器，用求出的抽头系数进行波形均衡(参照非专利文献1)。
专利文献1：日本特开2000-244777号公报
非专利文献1：Yiyan Wu他著「マルチパス及び分散伝送環境に对するロバスト性を向上させたATSC DTV受信機(An ATSC DTV Receiver With Improved Robustness to Multipath and Distributed Transmission Environments)」，(米国)，IEEE TRANSACTIONS ON BROADCASTING，IEEE，2004年3月，第50卷，第1号，pp.32-41
发明内容
但是，在接收含有较大的前虚像信号或多个前虚像信号的信号时，由于难以求出最佳抽头系数初始值，因此抽头系数收敛所需的时间将增大，或者抽头系数收敛在错误值，波形均衡性能将恶化。另外，在求出抽头系数的初始值时，在接收信号和预定信号之间求出相关值，但是在其结果产生许多噪音的情况下，将引起抽头系数收敛所需要的时间增大或收敛到错误值。
在对含有较大的前虚像信号的信号进行均衡时，必需的FIR滤波器的延迟量也将变大，因此导致电路面积增大。另外，如非专利文献1所示，在波形均衡装置的前级设置用于将前虚像信号变小的滤波器时，对该滤波器赋予抽头系数会引起波形均衡性能的恶化，电路面积也将进一步增大。
本发明的目的在于，即使在接收含有较大的前虚像信号的信号时，也能防止用于去除虚像信号的滤波器的抽头系数收敛到错误值而导致的波形均衡性能的恶化，并使抽头系数在短时间内收敛到最佳值。
本发明的波形均衡装置，一种波形均衡装置，对输入信号进行波形均衡，将其结果作为输出信号输出，包括：FIR滤波器，在上述输入信号和多个抽头系数之间进行卷积运算，并输出运算结果；IIR滤波器，在上述输出信号和多个抽头系数之间进行卷积运算，并输出运算结果；加法运算部，将上述FIR滤波器的输出和上述IIR滤波器的输出相加，并将相加结果作为上述输出信号输出；误差检测部，检测上述输出信号的误差而作为误差信息输出；图案信号生成部，生成预定的图案信号；相关运算部，在上述输入信号和上述图案信号之间进行卷积运算，求出与彼此不同的延迟分别相对应的多个相关值后进行输出；初始抽头系数生成部，基于上述多个相关值，求出上述FIR滤波器和上述IIR滤波器的抽头系数的初始值后进行输出；以及抽头系数更新部，将上述FIR滤波器和上述IIR滤波器的抽头系数的初始值输出到上述FIR滤波器和上述IIR滤波器，并基于上述误差信息更新上述FIR滤波器和上述IIR滤波器的抽头系数，上述初始抽头系数生成部，使上述多个相关值中与预定范围的延迟相对应的值的顺序反转，将其结果作为与上述预定范围的延迟对应的、上述FIR滤波器的抽头系数的初始值求出，并使上述多个相关值中与比上述预定范围大的延迟相对应的值的符号反转，作为上述IIR滤波器的抽头系数的初始值而求出。
这样一来，将多个相关值中与预定范围的延迟对应的值的顺序反转而作为FIR滤波器抽头系数的初始值，从而能够将前虚像信号变换为后虚像信号。因此，即使在接收含有较大的前虚像信号的信号时，也能够防止由滤波器抽头系数收敛到错误值所导致的波形均衡性能的劣化，并且，能够缩短抽头系数的收敛所需要的时间。
根据本发明，即使在接收含有大的前虚像信号的信号或混入了噪音的信号时，也能够防止由滤波器抽头系数收敛到错误值导致的波形均衡性能的劣化，并能够在短时间内将抽头系数收敛到最佳值。另外，由于能够削减滤波器的抽头数量，所以能减小电路面积。
附图说明
图1是表示本发明实施方式的波形均衡装置的结构的框图。
图2是表示图1的FIR滤波器的结构的框图。
图3的(a)、(b)、(c)是分别表示图1的波形均衡装置中输入信号X、FIR滤波器的抽头系数的初始值和输出信号Y的例子的图。
图4的(a)是表示根据实际接收到的VSB信号求出的标准化后的相关值的例子的图。图4的(b)是表示将图4的(a)中标准化后的相关值分别平方后的结果的图。
图5的(a)是表示标准化后的相关值的图。图5的(b)是表示在图5的(a)的情况下赋予给FIR滤波器和IIR滤波器的抽头系数的初始值的图。
标号说明
10    FIR滤波器
20    IIR滤波器
32    图案信号生成部
34    相关运算部
36    初始抽头系数生成部
38    误差检测部
42    抽头系数更新部
44    加法运算部
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明实施方式的波形均衡装置的构成的框图。图1的波形均衡装置具有FIR滤波器10、IIR滤波器20、图案信号生成部32、相关运算部34、初始抽头系数生成部36、误差检测部38、抽头系数更新部42、加法运算部44。这种波形均衡装置例如用于ATSC(Advanced Television Systems Committee)VSB(vestigial-sideband)接收机。
FIR滤波器10使输入信号IS延迟，求出具有相互每隔预定时间且不同的延迟的多个抽头值。FIR滤波器10采用得到的多个抽头值，在输入信号IS和与这些抽头值分别对应的多个抽头系数之间进行卷积运算，将其运算结果输出到加法运算部44。IIR滤波器20使输出信号ES延迟，求出具有相互每隔预定时间且不同的延迟的多个抽头值。IIR滤波器20采用得到的多个抽头值，在输出信号ES和与这些抽头值分别对应的多个抽头系数之间进行卷积运算，将其运算结果输出到加法运算部44。
加法运算部44，将FIR滤波器10的输出和IIR滤波器20的输出相加后，将其结果作为输出信号ES输出。误差检测部38，检测输出信号ES的误差，将得到的误差作为误差信息输出到抽头系数更新部42。
图案信号生成部32，生成具有预定图案的图案信号并输出到相关运算部34。相关运算部34，在由图案信号生成部32生成的图案信号和输入信号IS中的图案信号之间进行卷积运算，求出相关值的数列并输出到初始抽头系数生成部36。上述这些相关值表示传输线路的特性，各相关值Ri(i为整数)与对于主波彼此不同的延迟iTs(Ts是符号间隔)相对应。
初始系数生成部36，将由相关运算部34求出的多个相关值Ri用这些相关值中的最大值进行标准化，并基于得到的多个标准化后的相关值Si求出FIR滤波器10和IIR滤波器20的抽头系数的初始值，输出到抽头系数更新部42。
抽头系数更新部42，将从初始抽头系数生成部36接收到的初始值，作为抽头系数输出到FIR滤波器10和IIR滤波器20。抽头系数更新部42，采用例如LMS算法，根据由误差检测部38求出的误差更新抽头系数，将得到的新抽头系数输出到FIR滤波器10和IIR滤波器20。
图2是表示图1的FIR滤波器的结构的框图。FIR滤波器10具有延迟器11A、11B、...、11C、11D、11E、...、11F；乘法器12A、12B、...、12C、12D、12E、...、12F；以及加法运算部14。
延迟器11A～11F例如为寄存器，各寄存器的输出连接在下一级的寄存器的输入上。延迟器11A～11F分别将输入的信号延迟了延迟Ts后输出。将延迟器11A的输入作为抽头TP0，将延迟器11A～11F的输出作为抽头TP1、TP2、...、TPn(n是自然数)。抽头TP0～TPn与抽头系数C0、C1、...、Cn分别对应。IIR滤波器20，除抽头数、抽头系数不同外，与图2的FIR滤波器10大致为相同的结构。
乘法器12A～12F，在各个抽头TP0～TPn的值和抽头系数C0～Cn对应的值之间进行乘法运算，将乘法运算结果输出给加法运算部14。加法运算部14，将由乘算器12A～12F求出的乘法运算结果全部相加，将得到的结果作为输出FS而输出到加法运算部44。
对初始抽头系数生成部36中抽头系数初始值的生成进行说明。将对应于主波的标准化后的相关值作为Sn，将对应于比主波超前kTs的信号(k为整数)的标准化后的相关值作为Sn-k。另外，使FIR滤波器10的抽头系数Cn与主波对应，使抽头系数Cn-k与比主波超前kTs的信号对应。
初始抽头系数生成部36，求出Cm＝Sn/2、Cm+1＝Sn-1、Cm+2＝Sn-2、...、Cn＝Sm作为抽头系数Cm、Cm+1、...、Cn的初始值，并赋予给抽头系数更新部42，其中抽头系数Cm、Cm+1、...、Cn是指与相对于主波的预定范围的延迟相对应的FIR滤波器10的抽头系数中例如从抽头TPm(m是整数，且满足0≤m<n)到抽头TPn的抽头系数Cm、Cm+1、...、Cn。即，初始抽头系数生成部36，使与相对于主波的延迟-(n-m)Ts、-(n-m-1)Ts、...、Ts、0相对应的标准化后的相关值Sm、Sm+1、...、Sn的顺序反转，求为抽头系数Cm、Cm+1、...、Cn各自的初始值。此时，将相关值中与主波对应的相关值Sn取为最大值，对这个相关值Sn乘以0.5。初始抽头系数生成部36赋予0作为抽头系数C0、C1、...、Cm-1的初始值。
另外，初始抽头系数生成部36使标准化后的相关值Sn+1、Sn+2、...、Sn+p(p是IIR滤波器20的抽头数)的符号反转，求出IIR滤波器20的抽头系数各自的初始值，并将得到的值赋予抽头系数更新部42。这样一来，对应于0以下延迟的相关值，与FIR滤波器10的抽头系数相对应，对应于Ts以上延迟的相关值，与IIR滤波器20的抽头系数相对应。
对图1的波形均衡装置的工作例进行说明。当存在相对于主波E超前T符号的信号强度A(A<1)的虚像信号时，传输线路特性G能表示为G＝A+Z-T，输入信号X表示为
X＝GE＝(A+Z-T)E。
在这种情况下，根据由相关运算部34求出的相关值求出Sn-T＝A，Sn＝1作为标准化后的相关值Sn-T、Sn，初始抽头系数生成部36将相关值Sn-T、Sn的顺序反转，将对应于主波的相关值Sn除以2，把相关值Sn/2、Sn-T作为抽头系数Cn-T、Cn各自的初始值。这时，图1的波形均衡装置的传递函数的初始值I为
I＝(0.5+AZ-T)。
输出信号Y为
Y＝XI＝(A+Z-T)E×(0.5+AZ-T)
＝{0.5A+(A2+0.5)Z-T+AZ-2T}E。
作为例子，若A＝0.7，T＝20，则
输入信号：X＝(0.7+Z-20)E
初始值：I＝(0.5+0.7Z-20)
输出信号：Y＝0.35+0.99Z-20+0.7Z-40。
图3中的(a)、(b)、(c)分别是表示在图1的波形均衡装置中输入信号X、FIR滤波器10的抽头系数初始值和输出信号Y的示例的图。赋予图3的(b)所示的值作为FIR滤波器10的预定范围的抽头的抽头系数的初始值，由图3的(a)所示的输入信号X得到图3(c)所示的输出信号Y。即，能够将图3的(a)所示那样的含有前虚像信号的信号变换为图3的(c)所示那样的含有容易均衡的后虚像信号的信号。
如上所示，根据本发明的实施方式，即使在接收到含有较大的前虚像信号的信号时，通过赋予变换为含有后虚像信号的信号的抽头系数作为初始值，也能够使抽头系数收敛为最佳值。因此，能够防止抽头系数收敛为错误值，能够缩短收敛时间。另外，由于能够使FIR滤波器赋予的延迟减小，所以能使电路面积减小。
初始抽头系数生成部36，在IIR滤波器20的抽头系数初始值的大小小于预定阈值时，也可以输出0作为IIR滤波器20的抽头系数初始值。
初始抽头系数生成部36也可以输出0作为IIR滤波器20所有抽头系数的初始值。
初始抽头系数生成部36也可以输出0作为如下的抽头系数的初始值，即该抽头系数是指与预定范围的延迟对应的、FIR滤波器10的抽头系数中的与相关值内最大值对应的抽头系数以外的抽头系数。
初始抽头系数生成部36，当与预定范围的延迟对应的FIR滤波器10的抽头系数初始值小于预定阈值时，也可以将0作为上述抽头系数初始值输出。
对于初始抽头系数生成部36，将相关值内的最大值乘以0.5的情况进行了说明，但也可以不乘以0.5而直接采用最大值。
也可以将相关值内的最大值乘以小于1的预定系数。因此，即使在接收到含有较大的前虚像信号的信号时，也能够防止抽头系数收敛到的错误值，缩短抽头系数收敛所需要的时间。
FIR滤波器10也可以至少对于与预定范围的延迟对应的FIR滤波器10的抽头系数，采用复数运算来进行卷积运算。因此，能够缩短抽头系数收敛所需要的时间，提高波形均衡的精度。
(第一变形例)
对本实施方式的第一个变形例进行说明。在这个变形例中，初始抽头系数生成部，将由相关运算部34求出的相关值分别用相关值的最大值标准化后，使标准化后的相关值分别进行平方运算。然后，初始抽头系数生成部代替标准化后的相关值而采用平方后的标准化后的相关值，进行与图1的情况相同的处理。
图4的(a)是表示通过实际接收到的VSB信号求出的标准化后的相关值的示例的图。图4的(b)是表示图4的(a)标准化后的相关值分别进行平方运算后的结果的图。横轴将符号间隔TS作为单位表示自主波的延迟。
在接收到含有许多虚像信号和噪音的信号时，由于求出的相关值如图4的(a)所示那样含有许多噪音，所以将上述相关值直接作为抽头系数初始值采用，这将妨碍抽头系数的收敛，导致收敛所需要的时间增大。因此，将标准化后的相关值分别进行平方运算，则能够如图4的(b)所示，使较大的虚像信号以外的相关值约等于0。
这样一来，根据本变形例，即使接收到在相关值中混入许多噪音的信号时，也能够防止抽头系数收敛到错误值，缩短抽头系数收敛所需要的时间。
(第二变形例)
对本实施方式的第二变形例进行说明。在这个变形例中，初始抽头系数生成部确定与顺序反转的相关值Sm、Sm+1、...、Sn对应的延迟范围，以使其含有相关值中预定阈值以上的相关值。即，初始抽头系数生成部，在具有比主波超前DTS(D是自然数)的阈值Th以上的标准化后的相关值时，使这样的延迟范围为0～(D+S)TS前(S是自然数常数)，以使得含有上述相关值。在没有比主波超前的大于阈值Th的标准化后的相关值时，使D＝0。其他方面与已经说明的实施方式相同。
图5的(a)是表示标准化后的相关值的图。图5的(b)是表示在图5(a)的情况下赋予给FIR滤波器10和IIR滤波器20的抽头系数初始值的图。横轴表示相对于主波的延迟。
例如，设阈值Th＝0.5，常数S＝4。图5的(a)中由于具有相对于主波超前15Ts(15抽头)的0.5以上的标准化后的相关值，因此使D＝15。与顺序反转的相关值Sm、Sm+1、...、Sn对应的延迟范围变为从0到(D+S)Ts＝(15+4)Ts＝19Ts。
因此，初始抽头系数生成部将在上述范围内的标准化后的相关值、即延迟从0到-19Ts的标准化后的相关值的顺序反转，不变更符号，作为FIR滤波器10对应的抽头系数的初始值。另外，初始抽头系数生成部将延迟Ts以上的标准化后的相关值的符号反转，作为IIR滤波器20对应的抽头系数的初始值。根据以上算出的初始值如图5的(b)所示。
如上所述，根据本变形例，能够根据在接收信号中含有的前虚像信号的大小、相对主波的时间差，求出抽头系数的最佳初始值，因此能够均衡含有从主波中偏离较大的前虚像信号的信号。当较大的前虚像信号不存在时，使对应于顺序反转的相关值的延迟范围变小。因此，能够将与主波对应的相关值(图5的(a)中最大的系数)作为与接近0的延迟对应的抽头系数，还能够去除从主波进一步偏离的前虚像信号。
工业上的可利用性
根据以上说明，本发明即使在接收含有较大的前虚像信号的信号时，也能够将用于波形均衡的滤波器的抽头系数迅速收敛到最佳值，因此对于波形均衡装置是有用的。

Claims (10)

1.一种波形均衡装置，对输入信号进行波形均衡，并将其结果作为输出信号进行输出，
包括：
FIR滤波器，在上述输入信号和多个抽头系数之间进行卷积运算，并输出其运算结果；
IIR滤波器，在上述输出信号和多个抽头系数之间进行卷积运算，并输出其运算结果；
加法运算部，将上述FIR滤波器的输出和上述IIR滤波器的输出相加，并将其相加结果作为上述输出信号进行输出；
误差检测部，检测上述输出信号的误差来作为误差信息进行输出；
图案信号生成部，生成预定的图案信号；
相关运算部，在上述输入信号和上述图案信号之间进行卷积运算，求出与彼此不同的延迟分别对应的多个相关值来进行输出；
初始抽头系数生成部，基于上述多个相关值，求出上述FIR滤波器和上述IIR滤波器的抽头系数的初始值来进行输出；以及
抽头系数更新部，将上述FIR滤波器和上述IIR滤波器的抽头系数的初始值输出给上述FIR滤波器和上述IIR滤波器，并基于上述误差信息来更新上述FIR滤波器和上述IIR滤波器的抽头系数，其中，
上述初始抽头系数生成部，
使上述多个相关值中的与预定范围的延迟相对应的值的顺序反转，将其结果作为与上述预定范围的延迟对应的上述FIR滤波器的抽头系数的初始值来求出，并且使上述多个相关值中的与比上述预定范围大的延迟相对应的值的符号反转，作为上述IIR滤波器的抽头系数的初始值来求出。
2.根据权利要求1所述的波形均衡装置，其特征在于：
上述初始抽头系数生成部用上述多个相关值中的最大值将上述多个相关值标准化后加以采用。
3.根据权利要求2所述的波形均衡装置，其特征在于：
上述初始抽头系数生成部对上述多个标准化后的相关值分别进行平方后加以采用。
4.根据权利要求1所述的波形均衡装置，其特征在于：
当上述IIR滤波器的抽头系数的初始值小于预定阈值时，上述初始抽头系数生成部将0作为其抽头系数的初始值来进行输出。
5.根据权利要求1所述的波形均衡装置，其特征在于：
上述初始抽头系数生成部将0作为上述IIR滤波器的所有抽头系数的初始值来进行输出。
6.根据权利要求1所述的波形均衡装置，其特征在于：
上述初始抽头系数生成部输出0来作为与上述预定范围的延迟时间对应的上述FIR滤波器的抽头系数中的与上述相关值中的最大值对应的抽头系数以外的抽头系数的初始值。
7.根据权利要求1所述的波形均衡装置，其特征在于：
当与上述预定范围的延迟时间对应的上述FIR滤波器的抽头系数的初始值小于预定阈值时，上述初始抽头系数生成部将0作为其抽头系数的初始值来进行输出。
8.根据权利要求1所述的波形均衡装置，其特征在于：
上述初始抽头系数生成部将上述相关值中的最大值乘以小于1的预定系数。
9.根据权利要求1所述的波形均衡装置，其特征在于：
上述初始抽头系数生成部包含上述相关值中的预定阈值以上的相关值来确定上述预定范围。
10.根据权利要求1所述的波形均衡装置，其特征在于：
上述FIR滤波器至少关于与上述预定范围的延迟对应的上述FIR滤波器的抽头系数，用复数运算来进行上述卷积运算。
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