CN1116808A - 用以改善最小均方自适应均衡器收敛速度的通道接口装置 - Google Patents

Abstract

一种数字通信系统，具有一个发射机和一个接收机。发射机经传输通道发送数字编码电视信号和一参考信号，接收机包括一个采用最小的均方算法的自适应均衡器。发射机包括连接到传输通道的通道接口电路，该电路把数字编码电视信号或参考信号与传输通道平均传输函数的逆函数相乘，以便产生经修正的要被发送的信号。

Description

用以改善最小均方自适应均衡器收敛 速度的通道接口装置

本发明涉及高清晰度电视(HDTV)系统，特别是涉及一种用于采用最小均方(LMS)自适应均衡器的HDTV系统的通道接口装置，这种装置能够改善LMS自适应均衡器的收敛速度。

在HDTV系统中，来自电视信号发送源的电视信号经过传输通道(如射频通道)被传送到HDTV信号接收终端。与经过传输通道传送电视信号相关的固有问题之一是频道失真和往往能中断传输的如包含在发送的电视信号内的数据符号的附加噪声，从而严重地影响到HDTV信号接收系统识别收到的符号电平的能力。为了改善这种问题，典型的HDTV信号接收系统包括一个通道自适应均衡器。

这种现有技术的通道自适应均衡器采用一个滤波器，该滤波器把由于传输通道的基于频率的随时间变化的响应引起的幅度和相位失真从收到的信号中除掉，从而提供改善了的符号判断能力。具体讲，通道自适应均衡器模拟传输通道的传输函数并把传输函数的逆函数施加于收到的信号，以便矫正与时间相关的失真效应。然而，要精确地确定传输通道的传输函数是相当困难的，因为它是不稳定的而且随诸如温度、环境和地理等因素而变。因此，为了精确地确定传输通道的传输函数，自适应均衡器周期性地采用称之为训练序列(trainingsequence)的公知的参考信号。

在J.G.Proakis所著“数字通信”，McGraw-Hill，pp.561-584(1989)一文中拔露了一种这样的均衡器，这种自适应均衡器采用LMS算法，并有一个普通的数字滤波器和一个系数更新电路，该电路用均衡过的参考信号和预存在它之中的参考信号的复制信号来更新它的称为“分波系数”的滤波系数。调整滤波系数以便在均衡的参考信号和参考信号之间的均方误差达到最小，从而收敛在一组最佳滤波系数上。其中，最佳滤波系数的传输函数趋近于传输通道的传输函数的逆函数。这就使一个被均衡的电视信号近似于被发送的电视信号。

象LMS算法的这一类现有技术方法要进行数百次重迭运算才收敛到一组最佳滤波系数上，为达到精确的传输函数需要一个长的自适应周期。长的自适应周期的弊端的是在均衡器的适应过程中其通信通道要保持关闭，另外，HDTV系统运行在较高的传输速度下，要求更高的带宽，反过来它又需要长得多的收敛时间和更加复杂的滤波器。

因此，本发明的主要目的是提供一种能有效地提高采用最小均方算法的自适应均衡器的收敛速度的装置。

按照本发明，提供有一个具有发射机和接收机的数字通信系统，发射机经传输通道发送数字编码信号和参考信号，接收机包括一个采用最小均方算法的自适应均衡器，其中所说的发射机包括：连接到传输通道的用来把数字编码信号或参考信号与传输通道的平均传输函数的逆函数相乘的通道接口装置，由此而产生要发送出去的矫正过的信号。

从如下结合附图1对优选实施例所作的说明将会使本发明的上述的目的，其它目的以及特点更加清楚。附图1是采用本发明的通道接口装置的HDTV系统的原理方框图。

参照附图，该图表示的是采用按照本发明的通道接口电路的HDTV系统的一部分。该HDTV系统包括HDTV系统发射机10，HDTV系统接收机30，和设置在其间的传输通道20。

HDTV信号发射机10有一个编码器11、一个参考信号发生器12、一个多路转换器13和一个通道接口电路14。

编码器11接收包括图像、音频和同步信息的电视信号，并把它变换成要发射出去的数字电视信号t(n)。

参考信号发生器20用来产生经由传输通道有选择地加到HDTV信号接收机30的参考信号V(n)。在HDTV信号接收机30处，也称之为训练序列的参考信号v(n)被用来模拟传输通道20的传输函数H(z)，并把该传输函数的逆函数施加于收到的电视信号上，以便矫正与传输通道20的传输函数H(z)相关联的依赖于时间的失真效应。如现有技术中所周知的那样，最好是采用伪随机噪声序列或Besse1类型脉冲作为参考信号。

数字电视信号t(n)和参考信号v(n)被耦合到转换器13，转换器13根据来自普通控制器(未示出)的控制信号有选择地把参考信号v(n)或数字电视信号t(n)耦联到通道接口电路14。

通道接口电路14用来接收数字电视信号t(n)或参考信号v(n)，并用它的传输函数R(z)校正数字电视信号或参考信号以便产生一个经校正的信号x(n)。如下面将述，通道接口电路14的传输函数R(z)等同于传输通道20的平均传输函数M(z)的逆函数，它是通过普通的自相关或自适应滤波技术由实验方法来确定。如图所示，通道接口电路14有一个有限脉冲响应(FIR)滤波器14a和一个用来存储一组滤波系数的存储器14b，这组滤波系数被预先选定来限定传输函数R(z)并存储在存储器14b中。因此，FIR滤波器用存储在存储器14b中的这一组滤波系数对数字电视信号t(n)或参考信号v(n)进行滤波以便产生一个可能被具有传输函数H(z)的传输通道20畸变的经修正的信号x(n)。传输通道20把通道输出信号y(n)送到HDTV信号接收机30。

HDTV信号接收机30包括一个用来校正收到的来自传输通道20的电视信号的均衡器，并且产生趋近原始电视信号的经均衡的电视信号。这个采用LMS算法的自适应均衡器31有一个普通的FIR滤波器31a和一个滤波系数更新电路31b，更新电路用滤波器输出信号z(n)和存储在存储器33c中的参考信号v(n)的复制信号来更新滤波器的滤波系数。自适应均衡器31用来使滤波器输出信号和预存的参考信号之间的均方差值(MS)达到最小，从而使之收敛到一组最佳参考信号上，这就使得滤波器输出信号z(n)趋近于参考信号v(n)。

为了得到FIR滤波器31a的一组最佳滤波系数，通过多路转换器13把参考信号V(n)耦合到FIR滤波器14a，其中用限定通道接口电路14的传输函数R(z)的一组选定的滤波系数来滤波并修正参考信号v(n)以便产生经修正的参考信号x(n)。传输函数R(z)等同于平均传输函数M(z)的逆函数，假定测到传输通道20的传输函数是H_o(z)，H₁(z)，……，H_N－1(z)，那么平均的z定义域传输函数M(z)可以表示如下： $M\left(z\right)=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{H}_n\left(z\right)---\left(1\right)$ 其中N是表示的采用的取样总数一个正整数。

因此，由于通道接口电路14包括FIR滤波器14a，所以z定义域的修正参考信号X(z)可以表示如下： $X\left(z\right)=R\left(z\right)V\left(z\right)=\frac{1}{M\left(z\right)}V\left(z\right)---\left(2\right)$ 其中V(z)是z定义域参考信号。

然后，经修正的参考信号x(n)被接到传输通道20，并经受由具有z定义域通道传输函数H(z)的传输通道20造成的畸变，以使该传输通道20产生一个通道输出信号y(n)。相应地，z定义域通道输出信号Y(z)表示如下： $Y\left(z\right)=H\left(z\right)X\left(z\right)=\frac{H\left(z\right)}{M\left(z\right)}V\left(z\right)=\frac{(M\left(z\right)+\mathrm{\ΔH}\left(z\right))}{M\left(z\right)}V\left(z\right)=\frac{\mathrm{\ΔH}\left(z\right)}{M\left(z\right)}V\left(z\right)$

                         ……(3)其中H(z)是传输通道20的实际的z定义域传输函数，可以表示为H(z)＝M(z)＋△H(z)；△H(z)是通道传输函数H(z)和平均传输函数M(z)之间的差值传输函数。由(1)式可知，原始参考信号v(n)的畸变可以表示为△H(z)/M(z)；有效的通道传输函数H’(z)可表示成为△H(z)/M(z)。另外，应注意到差值传输函数△H(z)除以平均传输函数M(z)得到的有效通道传输函数△H(z)/M(z)的变化小于实际通道传输函数H(z)的变化。

通道输出信号y(n)耦合到自适应均衡器31，并由FIR滤波器31a滤波来修正通道输出信号y(n)并产生滤波器输出信号z(n)，该信号最接近于参考信号v(n)。滤波器输出信号z(n)可以表示如下： $z\left(n\right)=\underset{i=0}{\overset{M-1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{i}y(n-i)---\left(4\right)$ 其中W_i是均衡器的滤波系数的矢量；M是代表滤波器元的数目的一个正整数。滤波系数{W_i}的z定义域传输函数W(z)表示如下： $W\left(z\right)=\underset{i=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{z}^{-1}=\frac{1}{H^{\′}\left(z\right)}---\left(5\right)$

为了模拟有效的通道传输函数H’(z)，要反复地用系数更新电路31b来更新滤波系数W(n)，如下所示：w(n＋1)＝w(n)＋μy(n)(v(n)－z(n))...........(6)其中μ是一个小的正整数。因此，在减法电路33d得到的均方误差(MSE)就表征了LMS均衡器的性能。也就是说该自适应均衡器减小MSE，由此收敛到最佳的一组滤波系数W(n)上，其中LMS算法用来调整滤波系数，直到它们收敛到使均方误差最小为止。

如现有技术所公知，用基于LMS算法的自适应均衡器，其收敛速度是由通道输出信号y(n)的协方差矩阵来决定的。这就是，当协方差矩阵的本征值跨距接近于1(Unity)时，收敛速率变快，并且，当通道输出信号是白电平时，收敛速率最快。

从(3)式可知，由于参考信号v(n)是白电平信号，所以通道输出信号y(n)的协方差矩阵主要与有效通道传输出函数△H(z)/M(z)的变化有关，该变化的值小于实际通道函数H(z)的变化值。对于这个较小的有效通道函数的变化值来说，降低通道输出信号的本征值的比是可能的，所以改善了滤波器的收敛速度，从而可以改善采用LMS收敛算法的自适应均衡器的性能。

虽然上面仅结合优选实施例表示并描述了本发明，显然，对本领域的普通技术人员来说，在不背离本发明所附的权利要求中限定的总诣和范围情况下，可以做出许多变化及修正。

Claims (2)

1、一种数字通信系统，具有一个经传输通道发送数字编码电视信号和一参考信号的发射机和一个包括采用最小均方算法的自适应均衡器的接收机，其特征在于，所述发射机包括：

连接到传输通道的通道接口装置，该装置用于将该数字编码电视信号或参考信号与传输通道平均传输函数的逆函数相乘，以便产生经修正的要被发送的信号。

2、根据权利要求1的数字通信系统，其特征在于，所述的通道接口装置包括：

用来存储一组限定一传输函数的滤波系数的存储器，该传输函数等同于该传输通道的平均传输函数的逆函数，其中该平均传输函数定义为： $M\left(z\right)=\frac{1}{N}\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{H}_n\left(z\right)$ 这里的N是表示取样总数的正整数；H₀(z)，H₁(z)，………H_N－1(z)是测得的传输通道传输函数；以及

为了把经修正的信号提供给传输通道而用存储在所述存储器中的那组滤波系数对所述数字编码的电视信号或参考信号进行滤波的滤波装置。

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