CN107294886A - 均衡器装置及使用在均衡器装置中以维特比算法为基础的决策方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种均衡器装置，该均衡器装置包含前馈控制滤波器、决策电路及反馈滤波器，前馈控制滤波器用以处理一输入信号，决策电路有一耦接至该前馈控制滤波器的维特比解码演算电路并用以根据前馈控制滤波器的输出信号及反馈滤波器的反馈信号，执行以维特比算法为基础的决策操作以产生决策结果信号，反馈滤波器用以根据决策结果信号产生反馈信号。

Description

均衡器装置及使用在均衡器装置中以维特比算法为基础的决 策方法

技术领域

本发明关于一种均衡器机制，尤指一种均衡器装置及以维特比算法为基础的决策方法。

背景技术

一般而言，传统通信系统的接收端的均衡器架构所采用的是硬决策机制(harddecision)，该硬决策机制系通过一决策边界来判断所接收的信号为哪一个符元并输出相对应的信号准位，然而硬决策机制有其严重的缺点，当一旦发生决策错误时(例如因为信道噪声过大或多路径衰减效应)，误判的错误量累计会较多而影响到后续的决策，这使得整个系统较易崩溃而不稳定。

发明内容

因此，本发明的目的之一在于提供一种以维特比算法为基础并可选择是否以维特比决策结果作为输出的均衡器装置及对应的决策方法，以解决传统决策机制而造成一旦决策错误的错误量过多的问题。

根据本发明的实施例，其揭露了一种均衡器装置。均衡器装置包含有一前馈控制滤波器、一决策电路及一反馈滤波器，其中前馈控制滤波器用以处理一输入信号，决策电路有一耦接至该前馈控制滤波器的维特比解码演算电路并可根据前馈控制滤波器的一输出信号及一反馈信号执行以维特比算法为基础的一决策操作以产生一决策结果信号，以及反馈滤波器耦接至决策电路并用以根据该决策结果信号产生该反馈信号。

根据上述实施例，其另揭露了一种使用于均衡器装置的决策方法，包含：使用一前馈控制滤波器，处理一输入信号；根据该前馈控制滤波器的一输出信号及一反馈信号执行以维特比算法为基础的一决策操作以产生一决策结果信号；以及使用一反馈滤波器，根据该决策结果信号产生该反馈信号。

附图说明

图1为本发明实施例的通信系统的概念示意图。

图2为图1所示的通信系统内位于信号接收端的均衡器装置的一实施例示意图。

图3A为美国先进电视系统委员会所采用的编码率2/3为格状编码调变的一范例示意图。

图3B为图3A的格状编码调变技术所采用的一维星象图及对应的信号准位大小。

图3C为根据图3A的格状编码调变技术所对应使用的维特比算法的架构示意图。

图4A与图4B为本案仲裁电路执行决策操作的一实施例的示意图。

符号说明

100 通信系统

105 传送器

110 信道

115 接收器

120 信道估测电路

125 均衡器装置

130 解码电路

402A～402D、403A～403D 软决策区间

1051 编码电路

1251 前馈控制滤波器

1252 决策电路

1252A 维特比解码演算电路

1252B 多工器

1252C 仲裁电路

1253 反馈滤波器

具体实施方式

请参照图1，图1是本发明实施例的通信系统100的概念示意图。通信系统100包括传送器105、信道110及接收器115，接收器115包括信道估测电路120、均衡器装置125、解码电路130，传送器105利用编码电路1051对信息信号x(n)进行编码保护(例如可采用前向错误更正码编码)以产生编码后的信号y(n)，传送编码后信号y(n)至信道110，信号y(n)受到信道110的多路径衰弱效应(multipath fading，表示为h(n))以及外加的噪声w(n)所影响，接收器115实际所接收的信号为z(n)，由于多路径衰弱现象的复杂性(于无线通信环境中尤其严重)，无法直接基于信号z(n)来获取信息信号x(n)，因而使用信道估测电路120根据信号z(n)进行信道估测来估计信道脉冲响应(channel impulse response)、输出信道估计结果至均衡器装置125，均衡器装置125根据该信道估计结果对信号z(n)进行多路径衰弱现象的响应补偿以降低传送错误率，之后解码电路130对补偿后的信号进行解码(例如前向错误更正码的解码)以产生或回复解码后的信息信号x’(n)。本案的实施例系于均衡器装置125中采用以维特比算法为基础的决策方法(Viterbi algorithm based decision)，使进行反馈响应补偿时，除了通过使用维特比算法来降低位误判的机率之外，更搭配适应地选择是否以维特比决策操作结果作为输出，本案采用以维特比算法为基础的决策方法的均衡器装置125具有更高的稳定性，同时亦可提升系统决策效能。

请参照图2，图2是图1所示的通信系统100内位于信号接收端的均衡器装置125的一实施例示意图，本案的均衡器装置125所采用的是决策反馈的均衡器架构(decisionfeedback equalizer)，其可适用于多种通信架构中，例如有线数字视频广播(DigitalVideo Broadcast over Cable，简称DVB-C)、美国的先进电视系统委员会(AdvancedTelevision System Committee，简称ATSC)、地面数字多媒体广播(TerrestrialMultimedia Broadcast，简称DTMB)等等。均衡器装置125包括前馈控制滤波器(feedforward filter)1251、决策电路(slicer circuit)1252及反馈滤波器1253，前馈控制滤波器1251用以接收并处理自信道110所实际接收的信号z(n)，信号z(n)理想上对应于传送端的一调变后的符元信号而于传送时受到多路径衰弱与噪声影响，例如符元可以是传送端经由格状编码调变技术(Trellis Coded Modulation，TCM)所产生，而信号z(n)的信号准位理想上会对应于该格状编码调变技术调变后的符元信号的信号准位大小。决策电路1252耦接至前馈控制滤波器1251的输出端并用以接收前馈控制滤波器1251的输出信号(亦即经由前馈控制滤波器1251处理后的信号z’(n))以及反馈滤波器1253的反馈信号fb，根据前馈控制滤波器1251的输出信号z’(n)及反馈滤波器1253的反馈信号fb，因应于上述的格状编码调变技术而执行以维特比算法为基础的决策操作以产生一决策结果信号sd，实施上，信号z’(n)会扣掉反馈信号fb后再传送至决策电路1252，组成决策电路1252的输入信号(亦即z’(n)-fb)，或是决策电路1252可先接收信号z’(n)及反馈信号fb，利用其内部电路运作将信号z’(n)扣掉反馈信号fb再据此执行软决策操作。反馈滤波器1253耦接至决策电路1252的输出端并用以根据决策结果信号sd产生反馈信号fb给决策电路1252，例如，决策电路1252根据经由前馈控制滤波器1251处理后的信号z’(n)的实际信号振幅与反馈信号fb的准位，判断信号y(n)所对应的符元信号为何，输出该符元信号理想上所对应的信号准位大小。需注意的是，本案的均衡器装置125的以维特比算法为基础的软决策操作可适用于不同的调变机制，并非仅限定适用于格状编码调变技术。

决策电路1252包括一维特比解码演算电路1252A、一多工器1252B以及一仲裁电路(Arbitrator)1252C，维特比解码演算电路1252A接收并根据信号z’(n)-fb执行图3C所示的维特比解码演算以判断信号y(n)的理想信号准位大小的位置点应落在一组候选星座点中哪一个信号准位数值、输出所判断出的信号准位数值，而仲裁电路1252C则接收信号z’(n)-fb及维特比解码演算电路1252A的输出，并指示控制多工器1252B选择信号z’(n)-fb及维特比解码演算电路1252A的输出的其中之一作为决策电路1252的输出，仲裁电路1252C系用以适应地控制多工器1252B选择是否以维特比决策结果作为决策电路1252的输出。

请参照图3A至图3C，图3A是美国先进电视系统委员会ATSC所采用的编码率为2/3的格状编码调变技术的示意图，其中图上所示的X₁、X₂代表输入位，Y₁、Y₂是信息位，而Z₀～Z₂是输出位，D₀、D₁可代表编码状态，该格状编码调变技术采用了编码率为1/2的卷积码(convolution code)将一输入位X₁编码为两个输出位Z₀、Z₁，以及将一输入位X₂预编码为Z₂，并采用一维星象图通过8个不同信号准位来代表不同的输出符元(3个输出位Z₀～Z₂)，图3B绘示了该格状编码调变技术所采用的一维星象图及编码后对应的符元的信号准位大小，Z₂、Z₁、Z₀的字节合具有8种可能，其分别对应于C所代表的信号准位大小(如图以数值-7至7等8个不同数值表示的)，图3C是根据编码率为2/3的格状编码调变技术图2所示的维特比解码演算电路1252A所对应采用的维特比算法的架构示意图，该维特比算法通过由某一时间点k往回推算至之前时间点的状态(应注意并未限定往前推算至时间点k-1而已)及计算不同路径/分支的度量值(metric)，以比对出不同路径所累计的最小度量值，使可观察出从时间点k的状态往回推算至时间点k-1的状态时在不同输入位条件下可能的候选输出符元及对应的度量值为何，以图3C为例，如果时间点k的最佳编码状态(D₀D₁)选定为‘00’或‘01’，则从时间点k-1至时间点k(分支k)，因应其输入位的不同组合，输出位Z₀Z₁Z₂有‘000’、‘010’、‘001’、‘011’这四种可能，这四种字节合对于维特比算法来说理想上是从这四种组合中选出一种作为最后的输出符元，该四种字节合形成一组候选(candidate)的符元，而理想上是不会从另外四种字节合中挑选最后的输出符元，因此另外四种字节合形成一组非候选(non-candidate)的符元，从图3B的一维星象图来看，实际接收信号z(n)的理想信号准位大小的位置点应落在{-7,-3,1,5}的其中一个信号准位数值，而理想上不会落在{-5,-1,3,7}的任一信号准位数值，此时{-7,-3,1,5}的集合视为一组候选星座点，而{-5,-1,3,7}的集合视为一组非候选的星座点。反之，如果时间点k的最佳状态(D0D1)为‘10’或‘11’，则从时间点k-1的状态至时间点k(分支k)，因应其输入位的不同组合，输出的符元Z₀Z₁Z₂有‘100’、‘110’、‘101’、‘111’这四种可能，此时对于维特比算法来说理想上是从这四种组合中选出一种作为最后的输出符元，此时的一组候选符元系由上述四种字节合形成，而一组非候选符元则由另外四种字节合形成，从图3B的一维星象图来看，实际接收信号z(n)的理想振幅大小的位置点应落在{-5,-1,3,7}的其中一个信号准位数值，而理想上不会落在{-7,-3,1,5}的任一信号准位数值，此时{-5,-1,3,7}的集合视为一组候选星座点，而{-7,-3,1,5}的集合视为一组非候选的星座点。

本实施例中，维特比解码演算电路1252A可执行图3C的维特比解码演算，以选取对应于一特定度量值(通常为极小度量值)的一特定状态(决定时间点k的最佳状态为何)，例如以时间点k的最佳状态(D0D1)为‘10’或‘11’为例来说，则维特比解码演算电路1252A从{-5,-1,3,7}的集合中选取对应于一特定度量值(通常为极小度量值)的一个信号准位数值作为维特比决策结果输出。若以时间点k的最佳状态(D₀D₁)为’00”或‘01’为例来说，则从时间点k-1的状态至时间点k，以一维的星象图来看，集合{-7,-3,1,5}是一组候选星座点，此时如果在维特比演算下对应于一特定度量值(通常为极小度量值)为信号准位-7，维特比解码演算电路1252A会输出对应于Z₀Z₁Z₂为000的信号准位-7；输出对应非候选星座点的信号准位的实际操作示意图可参照图4A与图4B。

图4A与图4B是仲裁电路1252C的操作的一实施例的示意图。图4A绘示了维特比解码演算下，当时间点k的最佳状态为‘00’或‘01’时对应于信号准位{-7,-3,1,5}的4个候选星座点、对应于信号准位{-5,-1,3,7}的4个非候选星座点以及对应非候选星座点的一组决策区间(4个相对应的信号准位区间)402A、402B、402C、402D，例如{-5,-1,3,7}分别位于该组相对应的决策区间402A、402B、402C、402D的中间，而图4B绘示了维特比解码演算当时间点k的最佳状态为‘10’或‘11’时对应于信号准位{-5,-1,3,7}对应的4个候选星座点、对应于信号准位{-7,-3,1,5}的4个非候选星座点以及对应于非候选星座点的一组决策区间(4个相对应的信号准位区间)403A、403B、403C、403D，{-7,-3,1,5}分别位于该组相对应的决策区间403A、403B、403C、403D的中间。如上所述，维特比解码演算电路1252A执行维特比算法以选取对应于一特定度量值(通常为极小度量值)的一特定状态(决定时间点k的最佳状态为何)，并决定特定状态所对应的一组候选符元与不对应于该特定状态的一组非候选符元，仲裁电路1252C会判断在时间点k的不同状态条件下经由前馈控制滤波器1251处理后的信号z’(n)减去反馈信号fb后的信号组合的信号振幅是否落入上述相对应一组决策区间的任一决策区间内，来决定决策结果信号，例如图4A中，当维特比解码演算下，时间点k的最佳状态为‘00’或‘01’时，集合{-7,-3,1,5}为候选星座点，集合{-5,-1,3,7}为非候选星座点，仲裁电路1252C会判断信号振幅是否落入信号准位{-5,-1,3,7}所对应的一组决策区间402A、402B、402C、402D内，以判断是否以维特比决策结果作为决策电路的输出，例如如果仲裁电路1252C判断信号振幅落入决策区间402A内时，会产生一控制信号给多工器1252B，多工器1252B依据该控制信号将信号z’(n)-fb所对应的信号准位输出作为该决策结果信号，例如输出信号准位-5，而如果仲裁电路1252C判断信号振幅未落入决策区间402A、402B、402C、402D内时，则仲裁电路1252C会产生一控制信号给多工器1252B，多工器1252B依据该控制信号将维特比决策结果所对应的的信号准位输出作为该决策结果信号，例如维特比决策结果所对应的的信号准位为1，则多工器1252B输出信号准位1，此外对于图4B所示的时间点k的不同最佳状态为‘10’或‘11’的非候选星座点的决策区间及对应的操作方式，亦类似于上述说明，为避免说明书过于冗长，均不再赘述。

此外，需注意的是，本实施例中，维特比解码演算电路1252A所产生的是一维特比决策结果，仲裁电路1252C可适应地采用维特比解码演算电路1252A所作出的维特比决策结果或是采用一软决策结果作为决策电路1252的最终决策结果信号sd，请再度参照图2，多工器1252B接收了维特比解码演算电路1252A的决策结果输出及信号z’(n)-fb的信号准位，举例来说，于图4A，中如果信号z’(n)-fb的信号准位为6.9较靠近信号准位7，且落于决策区间402D中，本实施例的仲裁电路1252C便控制多工器1252B选择不以维特比决策结果作为决策结果信号sd，而采用软决策直接输出信号z’(n)-fb的信号准位6.9作为决策结果信号sd，而仲裁电路1252C可根据信号z’(n)-fb的信号准位及维特比解码演算电路1252A的决策结果来判断是否以维特比决策结果作为输出。

因此，本案的决策电路1252在执行以维特比算法为基础的决策操作时，系先通过维特比解码演算电路1252A执行维特比算法以选取对应于一特定度量值(通常为极小度量值)的一特定状态(决定时间点k的最佳状态为何)，并决定特定状态所对应的一组候选符元与不对应于该特定状态的一组非候选符元，接着仲裁电路1252C判断决策电路1252的输入信号是否落入该组非候选符元所对应的一组决策区间的任一个决策区间内(也就是判断是否靠近于非候选符元的星座点)，以及搭配多工器1525B的运作适应地选择是否以维特比决策结果作为决策结果信号sd，通过这样的决策操作使得在某些条件下有机会选取到一非候选星座点的信号准位作为输出，进一步降低误判机率及发生错误传播的机率；实作上，本领域的具通常技术者可将前述技术以Verilog等硬件描述语言表达，再以数字逻辑电路实现具体功能，在此不再赘述。相较而言，传统的硬决策机制一旦决策错误，误判造成的错误量比较大，当误判时也会造成反馈滤波器无法适当作动，再者，错误量的累计亦可能造成错误地更新了均衡器本身的参数。而本案均衡器装置125以维特比算法为基础并选择性地使用维特比决策的决策方法，除了通过维特比算法来降低发生符元误判的机率之外，也通过本案的仲裁电路的设计与判断，本案的均衡器装置125进行决策的反馈响应补偿时可避免或减轻发生一旦决策错误造成更多错误传播影响至下一次决策的错误传播问题，系统具有高稳定性，而不会因为多路径衰弱的影响过大而发生崩溃。

再者，应注意的是，本案于上述说明中虽采用了编码率为2/3的格状编码调变技术，然而格状编码调变技术仅为本案的一种可能实施方式，而相对应的一维星象图、候选符元/星象点的组合及非候选符元/星象点的组合也是本案的其中一种实施方式，均并非是本发明的限制，本案的主要精神在于接收端的均衡器装置系执行以维特比算法为基础及选择性地使用维特比决策的决策操作来产生决策结果信号，凡依此精神进行的实施例变化，均应属于本案的范畴。此外，应注意的是，本发明并不限定于必然搭配软决策操作，于其他实施例中亦可只采用以维特比算法为基础执行决策，因此，多工器1252B与仲裁电路1252C可以是非必要的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (16)

1.一种均衡器装置，其包含有：

一前馈控制滤波器，用以处理一输入信号；

一决策电路，有一耦接至该前馈控制滤波器的维特比解码演算电路，可根据该前馈控制滤波器的一输出信号及一反馈信号执行以一维特比解码算法为基础的一决策操作以产生一决策结果信号；以及

一反馈滤波器，耦接至该决策电路，用以根据该决策结果信号产生该反馈信号。

2.如权利要求1所述的均衡器装置，其特征在于，该前馈控制滤波器的该输出信号及该反馈滤波器的该反馈信号组成该决策电路的一输入信号，该决策电路先执行该维特比算法以选取对应于一特定度量值的一特定状态并决定该特定状态所对应的一组候选符元与不对应于该特定状态的一组非候选符元，以及判断该决策电路的该输入信号是否落入该组非候选符元所对应的一组决策区间内，来执行该决策操作以产生该决策结果信号。

3.如权利要求2所述的均衡器装置，其特征在于，该决策电路包含有：

一多工器，耦接至该维特比解码演算电路及接收该输入信号；以及

一仲裁电路，耦接至该维特比解码演算电路及该多工器，用以根据该维特比演算电路产生的一维特比决策结果信号及该输入信号适应地选择是否以维特比决策结果信号作为该决策结果信号。

4.如权利要求2所述的均衡器装置，其特征在于，当该决策电路的该输入信号位于该组决策区间外时，该决策电路选取并根据该组候选符元中该决策电路的该输入信号所对应的一邻近候选符元的一信号准位，产生该决策结果信号。

5.如权利要求2所述的均衡器装置，其特征在于，当该决策电路的该输入信号位于该组决策区间的一决策区间内时，该决策电路选取并根据该决策区间内所对应的一信号准位，产生该决策结果信号。

6.如权利要求5所述的均衡器装置，其特征在于，该决策区间内所对应的该信号准位为该决策电路的该输入信号准位。

7.如权利要求5所述的均衡器装置，其特征在于，该组非候选符元的一符元对应于该决策区间，且该决策区间内所对应的该信号准位为该组非候选符元的该符元所对应的一信号准位。

8.如权利要求1所述的均衡器装置，其特征在于，该决策电路所执行的该维特比解码算法为基础的该决策操作系对于一格状编码调变技术调变后的符元信号的信号准位大小进行决策判断。

9.一种使用于一均衡器装置的决策方法，包含：

使用一前馈控制滤波器，处理一输入信号；

根据该前馈控制滤波器的一输出信号及一反馈信号执行以一维特比解码算法为基础的一决策操作以产生一决策结果信号；以及

使用一反馈滤波器，根据该决策结果信号产生该反馈信号。

10.如权利要求9所述的决策方法，其特征在于，该前馈控制滤波器的该输出信号及该反馈滤波器的该反馈信号组成该决策操作的一输入信号，以及执行以该维特比算法为基础的该决策操作的步骤包含：

执行该维特比算法以选取对应于一特定度量值的一特定状态并决定该特定状态所对应的一组候选符元与不对应于该特定状态的一组非候选符元；以及

判断该决策操作的该输入信号是否落入该组非候选符元所对应的一组决策区间内，以产生该决策结果信号。

11.如权利要求10所述的决策方法，其特征在于，另包括：

判断该输入信号是否落于该组决策区间内；以及

根据该维特比决策结果信号及该输入信号，适应地选择是否以该维特比决策结果信号作为该决策结果信号。

12.如权利要求10所述的决策方法，其特征在于，判断该决策操作的该输入信号是否落入该组决策区间内以产生该决策结果信号的步骤包含：

当该决策操作的该输入信号位于该组决策区间外时，选取并根据该组候选符元中该决策电路的该输入信号所对应的一邻近候选符元的一信号准位，产生该决策结果信号。

13.如权利要求10所述的决策方法，其特征在于，判断该决策操作的该输入信号是否落入该组决策区间内以产生该决策结果信号的步骤包含：

当该决策操作的该输入信号位于该组决策区间的一决策区间内时，选取并根据该决策区间内所对应的一信号准位，产生该决策结果信号。

14.如权利要求13所述的决策方法，其特征在于，该决策区间内所对应的该信号准位为该决策电路的该输入信号准位。

15.如权利要求13所述的决策方法，其特征在于，该组非候选符元的一符元对应于该决策区间，且该决策区间内所对应的该信号准位为该组非候选符元的该符元所对应的一信号准位。

16.如权利要求9所述的决策方法，其特征在于，所执行的该维特比解码算法为基础的该决策操作系对于一格状编码调变技术调变后的符元信号的信号准位大小进行决策判断。