CN1076924C - 处理时分多路复用信号的有限冲激响应滤波器装置 - Google Patents

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Abstract

用于处理时分多路复用的经抽样之信号的FIR滤波器电路包括并联的延迟单元组(DSP，DHP)，用以延迟各个待滤波的信号。每一组延迟单元有多个分接头。延迟单元各组的对应分接头连接到共用加权(Wn+i)和求和构件(加法器)。一个时分多路复用的信号耦合到并联的延迟单元组，在对应的信号产生时，各组延迟单元被单独地(DSPC1K，DHP，C1K)钟控。

Description

处理时分多路复用信号 的有限冲激响应滤波器装置
本发明涉及用于时分多路复用信号处理的装置。
本发明将以高级电视研究集团(Advanced Tevelesion ResearchConsortium(ATRT)所提出的处理HDTV信号之型式的高清晰度电视接收机(ATRT)为背景加以说明，但应理解本发明并不仅限于此种系统之应用，其也适用于其它具有调谐相关的调幅载波之系统。
图1示出具有ADTV系统格式之电视信号。该信号限定为具有与NTSC制式一致的6MHZ带宽。但是，不同于NTSC电视信号的是，此ADTV信号包含有二个正交调幅载波，其中之一位于6MHZ频道间隔的较低四分之一内，而另一个则位于6MHZ频道间隔较高四分之三内。该较高载波具有的带宽为较低载波带宽的四倍。该较高载波频率恰好是该较低载波频率的四倍(相对于一个预定参考值而言)。在图1例中，二个载波均调制为16个QAM。
图2显示包括调谐器IF和QAM解调电路的一个典型的ADTV接收机装置的一部分。此种装置的细节，将不在本文加以说明，但可参见美国专利……(1991年2月4日申请的第650329号)。但应注意的是其分别用以处理二个QAM信号的并联处理电路(单元118，120，122，124，126，128以及单元119，121，123，125，127及129)。这些并联处理通路的每一个均包含有相当大且复杂因而相当昂贵的硬件。
本发明的目的是要减少这种并联处理用的硬件，以使此种系统可为一般消费者负担得起。更特别地是，本发明是要利用时分多路复用方式之处理装置，以便至少除去用以处理诸如图1所示之二个QAM信号之频分多路复用信号的并联处理电路中的一部分。
本发明包括用于处理时分多路复用抽样信号的FIR滤波器电路。该滤波器电路有多组延迟单元组，用于延迟被滤波的各个信号，每一组有多个分接头。各组延迟单元的相应分接头连接到共用加权及求和构件上。时分多路复用信号耦合到该延迟单元组，各个组在相应的信号出现时被分别启动。
图1是ADTV信号频谱的图形。
图2是一个具有调谐器和QAM解调电路的ADTV接收机之一部分的方块图。
图3是实施本发明以时分多路复用方式处理多个QAM之电路方块图。
图4是以时分多路复用方式滤波二个信号的FIR滤波器方块图。
图5是图4滤波器中之一级的示意图。
图6是图5电路操作之各时钟信号的时序图。
图7是图3中I，Q多路分离及多路复用(DEMUX AND MUX)单元20的方块图。
图8是输出用于二个信号的时分多路复用滤波的已加权FIR滤波器的方块图。
参阅图3，其中显示一个更具成本效益之ADTV接收机的一部分。在图3中，一个具有如图1所示信号频谱特性之广播信号输入至调谐器/中频电路10上。中频级内之本地振荡器是选定成可将标准优先级(SP)频道之中心下转换成SP频道的符号率。此中频选定为43.5MHZ，其可将基带SP频道之中心置于3.84MHZ。下转换的ADTV信号将输送至一个模/数转换器(ADC)12上。此ADC12的时钟频率是四倍于SP频道符号率，即为15.36MHZ。输入至ADC之抽样时钟信号(以及其它系统之时钟信号)系自时钟单元14内产生的。单元14可包含有一个与一个锁相环结合的VCX0，以将系统时钟及抽样时钟锁相于QAM载波之一上。
由ADC12产生之15.36MHZ样本被送至一个低通滤波器16，该滤波器具有一个可衰减宽带(SP)QAM载波但允许较窄之(HP)QAM载波通过的通带。经低通滤波之高优先级(HP)样本将输送至电路单元20上，并输送至一个减法器18之减数输入端上。来自ADC12之15.36MHZADTV样本则传输至减法器18之被减数端上。由减法器所产生之差值代表此ADTV信号之SP部分，也就是说低通滤波器16和减法器18二者之组合可提供高通或带通滤波器之功能，以衰减频谱中由HP信号分量所占据之部分。由减法器18所提供之SP信号分量亦传送至电路单元20上。
单元20可将各HP和SP QAM信号解调成各自之同相分量(I)和正交相位分量(Q)。其亦时分多路复用SP和HP信号之同相分量，亦时分多路用SP和HP信号之正交相位分量。SP信号之符号率正好是HP信号之符号率的四倍。ADTV信号除了以四倍于SP符号率(十六倍于HP符号率)之频率加以抽样，抽样时刻亦是锁相于SP载波上。因此，SP信号之样本是交错地对应于信号之同相及正交相位信号分量。SP信号可仅通过将样本交错地分析成I信号通路和Q信号通路而分离成其同相及正交相位分量。HP信号则可通过自HP样本流中挑选每一第四个样本，再将这些样本交错地分析成I信号通路和Q信号通路，而将其同相和正交相位分量加以分离。
对分离之HP信号内的每一个I(或Q)样本而言，其均有四个I(或Q)样本在分离之SP信号中。SP的I或Q样本以7.68MHZ速率发生，而HP的I或Q样本则以1.92MHZ速率发生。单元20可以四个SP样本对一个HP样本之比例时分多路复用I(Q)分量样本，并将多路复用的I(Q)样本耦合至一个尼奎斯特或符号整波滤波器22上。
图7显示单元20所用电路之例子。在图7中，自减法器18来的带通滤波过的SP信号将被传送至一个一对二多路复用器30上。而低通滤波过的HP信号则传输至一对二多路复用器31上。SP和HP信号二者均以15.36MHZ速率产生。各多路复用器30和31之控制输入端C以7.68MHZ频率进行钟控，以操控这些多路复用器将输入样本交错地传送至多路复用器之I和Q输出端，从而将HP和SP信号的I和Q分量分离开。但是请注意，即使多路复用器30和31将HP和SP信号的I和Q分量分离开。但是这些I和Q信号并未被解调，这是因为交错的样本对应于180度相位。解调是通过将连续的I样本和连续的Q样本乘以1，-1，1，-1，1，-1，｀1等而完成的。此相乘操作是由异或门XOR 35和36完成的，其具有第一输入端，用以接收I和Q样本，以及第二输入端，耦合到频率为自多路复用器输出之符号率一半的时钟信号。
在此系统中，解调并不一定要在此处进行。其是否在此处进行会影响的是下一个滤波器函数的形式。若解调在此处进行，其后之尼奎斯特滤波器将具有低通转移函数。
来自各多路复用器的HP和SP之同向分量输出速率是7.68MHZ。SP的I样本将传输至一个串行输入并行输出移位寄存器32，其可将样本以7.68MHZ之速率移位。移位寄存器32相继的输出端连接至五个输入端的并行输入串行输出移位寄存器34的后四个输入端口。HP的I样本则输送至一个补偿延迟级33，其可以7.68MHZ速率将样本移位。自级33输出之样本将传输至移位寄存器34的第五个输入端。移位寄存器34之负载输入端则输入15.36/8MHZ速率之脉冲控制信号，以便加入一组四个连续SP和一个HP之I分量样本。移位寄存器34接着以9.62MHZ时钟信号进行钟控，以便产生时分多路复用的SP和HP同相分量的样本的串联数据流。正交相位样本亦是利用相似电路(未示出)，以相似的方法加以分离，并进行多路复用。
自单元20输出之已解调的并已多路复用的I和Q样本将传送至平方根尼奎斯特滤波器22上。图1所示信号是以过量带宽发送的，此带宽将在其发射机内由尼奎斯特滤波器加以限值。为使接收机之信号噪音减至最小，所接收的信号将由具有与安装在发射机内之尼奎斯特滤波器大致匹配之转移函数的尼奎斯特滤波器加以滤波。这些滤波器是有限冲激响应(FIR)型，一般具有30个或更多个分接头，以及相关的加权电路。这些滤波器是非常密集的硬件(hardwareintensive)。将这些滤波器安排成以时间多路复用(TDM)方式操作，以处理时分多路复用的I和Q样本，可大幅度减少所需之硬件。
图4以方块图形式显示出I和Q滤波器22之一的一部分之例子。此滤波器设置成一个输入加权FIR滤波器。假设来自单元20之时间多路复用的I样本传输至标记为INPUT的总线上。这些样本将输送至加权电路Wn＋i之每一个上，而在这些处分别以各自之系数Cn＋i加以加权。各自加权电路送出之加权过的样本将耦合至各自之加法器上，这些加法器则由延迟级DSP(DHP)互相连接在一起。这些延迟级是以抽样速率进行钟控的，以连续地处理送至其上之样本，并在此滤波器右侧处之输出端上产生一个经滤波之信号。请记住样本发生之次序为SP、SP、SP、SP、HP、SP、SP、SP、SP、HP等。当一个SP样本送至输入端时，延迟级DSP将被启动或被钟控，而当一个HP样本送至输入端时，DHP延迟级会被启动即被钟控。利用此方法，SP(HP)样本将会独立于HP(SP)样本而分别被滤波。每次某种特定形式的样本SP(HP)被传送至输入端时，将只有那些贮存有相同形式样本SP(HP)之延迟级会在加法器电路之间连接，而构成一个仅可对该种形式样本进行操作的滤波器。也就是说，当SP(HP)样本传送至输入端时，DHP(DSP)延迟级实际上将会被自此电路中除去(但其内所含有之信息将会被保留下来)。此二种形式的延迟级对于上述样本次序的一般时序示于此图示中，并标示为DSP时钟信号及DHP时钟信号。
图中所示的具有加权系数Cn＋i源的系统包含有两个系数Cn＋i和C′n＋i，其可应用于时分多路复用的滤波器之一般应用上。在此例中，如有需要，这些系数可针对不同形式之样本加以转换。也就是说，此滤波器可安排成能针对不同信号而使用不同的系数，以对不同的信号提供不同的转移函数。因此，如果HP和SP信号要以不同的滤波器函数加以处理，例如说在HP(SP)样本输送至滤波器输入端时，此组系数Cn＋i(C′n＋i)则将会送至加权电路Wn＋i上。系数间的转换可由系数控制信号(例如图6中之信号CB)加以操作。
图5中更详细地显示出可以实施延迟级DSP和DHP之电路的例子。所示之电路设置成仅适应一比特信号样本。实际上，有许多个这样的电路，其数量和送至其上之样本的比特数相同，以并联方式设置。所需用以操作图5之时钟和/或控制信号的波形示于图6中。在图6中，标示为SP、HP等的小方格横列代表样本间隔和在各样本间隔内施加至滤波器输入端上的各样本之形式。
在图5中，晶体管T1、T2、T3、T7以及反相器INV1和INV2构成DSP延迟级一比特的电路，而晶体管T4、T5、T6、T8以及反相器INV3和INV4构成DHP延迟级一比特的电路，时钟信号CSP1是施加于晶体管T1和T3上，以将SP信号样本自前一个加法器耦合至反相器INV1上，并将SP信号样本自反相器INV2耦合至下一个加法器上。耦合至反向相器INV1上的样本会存贮在与反相器INV1之栅极相连之杂散电容器CS上。在晶体管T1截止时，此样本会保留在此栅极电容上。反相时钟信号CSP2施于晶体管T2上，以控制T2，而将反相器INV1的输出端耦合至反相器INV2的输入端。这会在晶体管T1截止后立即发生。传输至反相器INV2之样本数值会贮存于连接至INV2栅极之杂散电容CS内，在一个抽样周期n的第一个半周内，INV2会存贮样本n－1，在晶体管T3由时钟信号CSP1控制导通的抽样周期n的部分时间内，将样本n－1提供至输出加法器。在此同时，来自输入加法器之样本n会经由晶体管T1施加至反相器INV1。晶体管T1和T3会在约为抽样周期n的中间处时截止，而样本n则贮存于INV1之栅极电容，样本n－1则由INV2输出。在抽样间隔n的等二个半周内，晶体管T2会导通，将INV1的输出电位耦合至INV2的栅极，在此时，INV1的输入端和INV2的输出端均具有相同的电位(相当于样本n的状态)。由于同样的电位存在于INV1的输入端和INV2的输出端上，这些点可互相连接在一起，以便无限期地将此电位保留于其上。但是在二个连续的抽样周期之间，并不需要进行此种联结来保留样本信息，因为电容够大，足以在样本产生的频率上留存这些数值。晶体管T7是供进行此种联结之用的，但在此例中，T7仅在HP样本传送至此滤波器上之抽样周期内，才会被控制导通。请注意，当晶体管T1和T3被控制为不导通状态时，晶体管T1和T3间的电路实际上被从该系统中去除，但存贮于其内之数据则不会丢失。
晶体管T4和T6的电路及其间之部件除了它们是由时钟信号CHP1、CHP2和CB进行控制之外，它们是以(与上所述)相似的方式操作的，如图6所能看到的，它们被安排成在相对一侧的电路被禁载时才进行操作。
请再次参阅图3，尼奎斯特滤波器22的输出信号将输送至单元24上，此单元包含有一个均衡器或消重影器。这些功能可在来自滤波器22之时分多路复用过的信号上进行。在一个此种型式的实施例中，此均衡器及消重影器可设有一对应于时分多路复用之信号的参考基准，以供产生适当的系数来修正滤波器。由于此种消重影器和/或均衡器是以时间多路复用过的信号为参考而调整的，它们可以采用任何已知之构形。另一种方法是将HP和LP样本多路分解处理，并在其传输至去压缩电路之前，将之施于独立的并联均衡器和消重影器电路上，用以存贮或显示。
图8显示出一个用以处理经时分多路复用信号的输出加重的FIR滤波器。在图8中与图4中一样的是，当合适的样本加到输入连接端时，对延迟单元DSP和DHP进行钟控或启动而互不影响。该输出将是一个时分多路复用的信号，其中各个分量被独立地滤波。采取如图4装置一样的措施以将不同的系数加到加权单元，如果希望，按照不同的转移函数对多路复用的信号进行滤波。
图4和图8用于表示用于对两种多路复用信号进行滤波的两组延迟单元(DSP，HSP)。对于电路设计技术领域的普通技术人员显然的是，这种滤波器可以设置成对M个不同的多路复用的信号进行滤波的M组并联的延迟单元。

Claims (7)

1.一种用于对时分多路复用的经抽样的信号进行滤波的有限冲激响应(FIR)滤波器，其特征在于包括有：
第一和第二组延迟单元(DSP，DHP)，每组延迟单元被设置成在连续的分接头上提供连续的延迟样本；
加权(Wn＋i)和组合装置(加法器)组，连接到所述第一及第二组延迟单元的各个分接头，用以在各个分接头对样本进行加权和求和；
一个输出端，连接到所述组合装置；以及
时钟信号发生电路，提供第一时钟信号(DSP，Clk)，用于在所述时分多路复用的信号的第一信号的样本出现时，单独地启动所述第一组延迟单元，以及在所述时分多路复用的信号的第二分量的样本出现时，提供第二时钟信号(DSP，Clk)，单独地启动所述第二组延迟单元，因此，所述第一和第二信号在所述加权及组合装置组中被独立地滤波。
2.按照权利要求1的FIR滤波器，其特征在于，所述第一组的各个延迟单元与所述第二组的各个延迟单元并联。
3.按照权利要求2的FIR滤波器，其特征在于，在所述每个并联的延迟单元的输入端和输出端上进行连接，该连接耦合到各个加权及组合装置以形成一个时间多路复用的输出加权的FIR滤波器。
4.按照权利要求2的FIR滤波器，其特征在于，所述组合装置包括连接在连续的并联延迟装置之间的各个加法器电路，所述各个加法器具有耦合到并联的前一对延迟单元的输出端的第一输入端口，一个耦合到后一对延迟单元的输入端口的输出端，以及一个耦合到所述加权装置组中之一的输出端的第二输入端口，所述加权装置具有耦合到共用输入端的各个输入端口，用以施加所述时分多路复用的抽样的信号，所述延迟单元，加法器以及加权装置构成一个输入加权的FIR滤波器结构。
5.按照权利要求2的FIR滤波器，其特征在于，并联的延迟单元的各个延迟单元设置成当被启动时呈现样本输出值而在不启动时呈现一个高阻抗状态。
6.按照权利要求1的FIR滤波器，其特征在于，所述第一组的各个延迟单元级联地进行连接以构成一个第一分接的延迟线，所述第二组的各个延迟单元级联地进行连接以构成一个第二分接的延迟线，所述第一和第二延迟线的各个分接头被施加到各个多路复用装置，所述各多路复用装置的每一个都被耦合到加权及组合装置，以构成一个时间多路复用的输出加权的FIR滤波器。
7.按照权利要求1的FIR滤波器，其特征在于，所述加权装置包括当所述第一组延迟单元被启动时用第一组加权系数对信号进行加权，而当所述第二组延迟单元被启动时用第二组加权系数对信号进行加权的加权装置。
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