CN1301440A - 判决指导的相位探测器 - Google Patents

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Abstract

一种利用由一个振幅器输出的量化数据来帮助相位误差探测处理确定诸如包含同相(I)和正交相位(Q)成份(I和Q信号)的残留边带(VSB)信号这样的复信号的相位误差的判决指导相位探测器。该相位探测器包括一个减法器,该减法器的一个输入端与I信号相耦合,另一个第二输入端与限幅器输出的代表一个符号内的一个采样点的幅度的数据相耦合。该量化信号被从I信号中减去,产生△I信号。对Q信号的处理是确定其正负号和幅度。该正负号和幅度的值被相乘,并且相乘的结果又被乘上△I信号,从而产生I与Q信号之间的相位误差。该相位误差信号在一个数字电视接收机中被用来从VSB信号提取供解调用的数据信号。

Description

判决指导的相位探测器
本专利申请要求1998年5月18日递交的美国临时专利申请No.60/085,864(代理人文档SAR 12881P)的权益，该临时申请在此引用作为参考。
本发明一般地涉及数字电视信号接收机，较具体地涉及一种用于残留边带(VSB)信号接收机的相位探测器。
本发明的背景
为了从例如高分辨电视(HDTV)发送系统所采用的残留边带(VSB)信号中精确地提取数据，必须探测和跟踪VSB信号相对于量化器(限幅器)采样信号相位的相位误差。图1示出数字电视接收机的一种普通相位跟踪环100的方框图。这种普通跟踪环在先进电视系统委员会(Advanced Television Systems Committee,ATSC)于1995年4月12日分布的“Guide To The Use Of The ATSC Digital TelevisionStandard(ATSC数字电视标准使用指导)”文件A/54中有所规定。该标准建议采用仅对实信号(例如同相信号)操作的相位跟踪环。因此为了确定VSB信号的相位误差，需要从I信号(同相信号)导出正交相位信号(Q信号)。由于一个VSB信号的I和Q成份由一个近似于希尔伯特变换的滤波函数相关联，所以用一个滤波器104来从I信号导出Q信号。该滤波器是一个有限脉冲响应(FIR)滤波器，其中含有固定的反对称系数而其他的系数均为零。I信号在一个延时器102中被延时一个等于滤波器104的长度的时期。
为了补偿相位误差，I和Q信号被耦合到一个由一个振荡器(例如一个数字控制振荡器NCO)112所驱动的复乘法器106上，而该振荡器又由来自一个相位探测器108的误差信号所控制。NCO输出信号的相位被调制得能校正相位误差，从而产生经相位调整的I和Q信号：I’和Q’信号。相位探测器108通过将I’信号与导出的Q’信号相比较而产生一个相位误差探测信号(e)，该信号(e)即代表了VSB信号的相位误差。用一个环滤波器110(低通滤波器)滤去误差信号e中的较高级次的成份。实际上振荡器信号与I、Q输入信号在复乘法器102中的结合产生了退旋转的I和Q信号。图中示出的电路100是一个闭环相位跟踪电路，它对I和Q信号中的载波相位误差所进行的补偿生成了一个能在解调器中被采样从而可从VSB信号提取数据的比较稳定的同相(I)信号。在Lee等人的论文“A Hardware Efficient Phase/Gain Tracking Loop For The Grand Alliance VSB HDTV Receivers(一种用于联合VSB HDTV接收机的高效硬件相位/增益跟踪环)”(IEEETrans．on Consumer Electronics,pp 632-639,Vol 42,No.3,1996年8月)中描述了一种利用导出Q成份的相位跟踪电路的例子。
因为从I信号导出Q信号的目的是综合出一个用于相位跟踪的复信号，而导出的信号并不总是能精确地代表Q信号，也就是说多条路径和相位失真可能会导致VSB信号的I和Q成份之间的互相耦合，所以导出的Q信号可能错误地代表了真实的Q成份。当Q信号由错误信号代表时，相位跟踪环将产生一个错误的相位误差，从而使跟踪环造成量化I数据的失真。结果就不能恢复I数据所携带的信息。
因此在该技术领域中要求有一种由判决指导的相位探测器，其中将通过比较I与Q信号业产生相位误差，同时利用符号判决信息来增强相位误差信号的精度。
本发明的概述
一种判决指导相位探测器克服了上述以往技术的缺点，该探测器利用来自一个限幅器(量化器)的数据输出来帮助在相位误差探测处理中确定一个例如含有同相(I)和正交相位(Q)成份(I和Q信号)的残留边带(VSB)信号这样的复信号的相位误差。该相位探测器含有一个减法器，其一个输入端耦合于I信号，第二个输入端耦合于来自限幅器的代表一个符号内的采样点的幅度的输出数据。这一量化信号被从I信号中减去，产生△I信号。对Q信号的处理是确定其正负号和幅度。正负号与幅度的值被相乘，得到的乘积再乘以△I信号，从而产生VSB信号的相位误差。该相位误差信号在一个数字电视接收机中被用来从VSB信号提取用于解调的数据信号。
附图的简单说明
通过考虑下面结合附图的详细说明，可以容易地理解本发明的教导，在附图中，
图1示出一个用于数字电视信号接收机的以往技术相位跟踪环的方框图；
图2示出采用根据本发明的判决指导相位探测器的用于解调VSB信号的数字电视接收机的方框图；
图3示出用于本发明判决指导相位探测器的一种相位跟踪环；以及
图4示出本发明判决指导相位探测器的详细方框图。
为了便于理解，在各附图中采用了相同的参考代号来代表可能共有的相同单元。
详细说明
图2示出数字电视接收机所采用类型的残留边带(VSB)信号接收机100的高端简化方框图。接收机100包含一个调谐器202、一个模数转换器(A/D)204、一个振荡器216、一个复奈奎斯特滤波器206、一个复均衡器208、一个时序恢复电路214、一个载波恢复电路210、以及一个解码器218。一个包含了VSB信号的频带通过天线或有线电视系统(未示出)被耦合到调谐器202上。调谐器从该频带中选出单个VSB信号并以通带(例如IF，中频)频率产生该VSB信号。通带VSB信号被A/D204转换成一个通带数字信号，其中模拟VSB信号被一个采样信号数字化，该采样信号的采样率一般为VSB符号率的一至四倍。采样信号由振荡器216产生。数字VSB信号被耦合给复奈奎斯特滤波器206，后者从VSB信号提取出一个同相(I)信号和一个正交相位(Q)信号。
I和Q信号同时被耦合给复均衡器208和时序恢复电路214。时序恢复电路214从I和Q信号恢复出符号的时序信息并向振荡器216提供一个时序调整信号。这样，通带数字信号中的各个符号将被A/D202最优化地采样。复均衡器208是一个通带均衡器，它能自适应地均衡I和Q信号，以消除信号中的发送频道失真，使得信号在解调时只有极少的符号间干扰(ISI)。均衡的I和Q信号被耦合给载波恢复电路210，后者包含了本发明的相位跟踪环212。
载波恢复电路210确定I和Q信号的相位误差，以产生一个被均衡器用来使ISI和旋转误差信号最小化的旋转误差信号。I信号被从载波恢复电路210耦合给解码器218，后者从I信号中提取出数据。解码器218最终产生了供显示器用的声频和视频信号。
图3示出用于本发明的一个相位跟踪环212的方框图。跟踪环212包含一个复乘法器300、一个数据限幅器302、一个相位探测器304、一个环滤波器306、以及一个数字控制振荡器(NCO)308。复乘法器300的两个输入是从VSB信号提取到并经过均衡化的I和Q信号。NCO308的输出被耦合给复乘法器300的一对输入端，使得在跟踪环正常工作的情况下NCO输出信号与I、Q信号的相乘将使I和Q信号退旋转从而消除任何相位跳动，并产生一个可在一个最佳位置处采样以给出最大幅度I信号(即采样样本精确地代表发送来的符号电平)的稳定I信号。
复乘法器的输出同相(I’)信号被耦合给限幅器(量化器)302的输入端，后者周期性地对I’信号采样。采样率基本上与符号率相同。限幅器302的输出是代表了I’信号幅度样本的数据信号D。在8一VSB规范中，限幅器302将产生8个不同的电平或符号值。量化的I’信号(数据信号D)被耦合给相位探测器304的一个输入端，I’和Q’信号被耦合给相位探测器304的另两个输入端。这样，相位探测器304工作于判决指导模式，使限幅器302所作出的数据判决被用来精确地产生相位误差(e)。相位误差被耦合给环滤波器306，后者通过对误差信号的低通滤波给出NCO308的控制信号。这样，NCO的相位将被相位探测器304所产生的相位误差信号调整，使得NCO的输出信号能补偿VSB信号的相位误差。
图4示出图3中的判决指导相位探测器304。在一个VSB信号中，期望的散布将包含可能为例如8个电平的离散、已知电平的I值。Q值是可变的，例如在Q值(垂直轴)对I值(水平轴)的曲线图上其散布图将是8条垂直线。VSB信号的相位旋转将使得在接收到的散布图与期望的散布图之间产生一个角度，例如这些垂直线将歪斜一个对应于相位角的角度。在探测器304中，可以通过估测I’信号相对于其理想量化幅度的偏置的反正切值来确定这一角度。反正切估测由式子△I(sgn(Q’)｜Q’｜n)计算。图4中的电路将下面所述来计算这一反正切估测。
具体地说，I’信号被耦合给一个求和器400，判决信号D被耦合给求和器400(用作减法器)的负端，从而量化的I’信号将被从未量化的I’信号中减去，产生△I信号。Q’信号被同时耦合给一个幅度处理模块402和一个正负号处理模块404，前者产生一个代表幅度的信号(｜·｜ n，其中n是一个大于或等于零的整数值)，后者产生一个代表正负号的信号(例如sgn(·))。在第一乘法器406中，从Q’信号导出的幅度值和正负号值互相相乘。第一乘法器的输出(即sgn(Q’)｜Q’｜n)被耦合给一个第二乘法器408，在那里该输出将与△I信号相乘，产生相位误差(e)。这样，相位误差(e)是利用判决指导处理产生的。
图4的电路假定了限幅器302的延时为零。如果存在延时，必须使I’和Q’输入延时，以补偿限幅器延时。
产生相位误差e的相位探测器304的数学表示如下：
e=(I’-D)(sgn(Q’)｜Q’｜n)
其中(I’-D)是限幅器302输出的量化误差，即△I信号。式中的参数n是一个设计参数，可以通过改变它来改变跟踪环的性能。n的值代表了Q’输出对于控制信号相位的重要程序，典型地取0、1、或2。也可以采用负的n值，但较难用硬件实现。增大n的正值将使跟踪环更偏重于使用从大幅度Q’样本产生的相位估测。增加n的负值将迫使跟踪环依赖于n值并偏重于使用从小幅度Q’样本产生的相位估测。n值等于零将使跟踪环在计算相位估测时不考虑Q’信号的幅度。
虽然这里显示出并详细说明了体现本发明教导的各种实施例，但熟悉本技术领域的人们仍可容易地设计出许多同样能体现这些教导的其他不同实施例。

Claims (11)

1、一种用于探测残留边带(VSB)信号相位误差的判决指导相位探测器，它包括：
一个减法器，它含有一个与同相(I)信号相耦合的第一输入端和一个与量化I信号相耦合的第二输入端，其中从I信号减去量化I信号得到△I信号；
一个正交信号幅度处理模块，它的输入是一个正交相位(Q)信号，它的输出被耦合到一个第一乘法器的第一端；
一个正交信号正负号处理模块，它的输入是上述正交相位(Q)信号，它的输出被耦合到第一乘法器的第二端，第一乘法器的输出被耦合到一个第二乘法器以与△I信号相乘，产生代表VSB信号相位误差的误差信号。
2、根据权利要求1的判决指导相位探测器，其中的正交信号幅度处理模块产生Q信号的n次方绝对值，其中n是一个整数值。
3、根据权利要求1的判决指导相位探测器，其中上述正交信号角处理模块产生Q信号的正负号值。
4、一种用于解调残留边带(VSB)信号的数字电视接收机它包括：
一个调谐器，用于从多个VSB频道中选出一个VSB信号；
一个模数转换器，用于使选出的VSB信号以由一个振荡器所建立的采样率数字化；
一个复奈奎斯特滤波器，用于从数字化的VSB信号中提取一个同相(I)信号和一个正交相位(Q)信号；
一个复均衡器，用于使上述I和Q信号均衡化；
一个载波恢复电路，用于从I信号提取出I数据；
其中上述载波恢复电路还包括一个相位跟踪环，该相位跟踪环含有一个利用I和Q信号两者来确定VSB信号的相位误差的判决指导相位探测器。
5、根据权利要求4的数字电视接收机，其中上述相位跟踪环包括：
一个复乘法器，用于以一个相位调整振荡器信号去相乘I和Q信号，从而产生相位调整的I和Q信号；
一个限幅器，用于量化相位调整的I信号从而产生I数据信号；
一个判决指导相位探测器，用于利用I数据信号来确定VSB信号的相位误差；以及
一个环滤波器，用于对相位误差滤波从而产生相位调整的振荡器信号。
6、根据权利要求5的数字电视接收机，其中上述判决指导相位探测器包括：
一个减法器，它含有一个与I信号相耦合的第一输入端和一个与I数据信号相耦合的第二输入端，其中从I信号减去I数据信号从而产生一个△I信号；
一个正交信号幅度处理模块，它的一个输入是Q信号，它的一个输出被耦合到一个第一乘法器的第一端；
一个正交信号正负号处理模块，它的一个输入是Q信号，它的一个输出被耦合到第一乘法器的第二端；第一乘法器的输出被耦合到一个第二乘法器以与△I信号相乘，从而产生一个代表VSB信号相位误差的误差信号。
7、根据权利要求6的数字电视接收机，其中上述判决指导相位探测器中的正交信号幅度处理模块产生Q信号的n次方绝对值，其中n是一个整数值。
8、根据权利要求6的数字电视接收机，其中上述正交信号角度处理模块产生Q信号的正负号值。
9、一种确定一个含有一个同相(I)信号和一个正交相位(Q)信号的残留边带(VSB)信号的相位误差的方法，它包括以下步骤：
从I信号减去一个量化I信号，以产生一个△I信号；
对Q信号进行幅度处理，以产生Q信号的一个幅度值；
对Q信号进行正负号处理，以产生Q信号的一个正负号值；
将幅度值与正负号值相乘，产生一个第一相乘信号；
将第一相乘信号与△I信号相乘，产生一个代表VSB信号的相位误差的误差信号。
10、根据权利要求9的方法，其中的幅度处理步骤产生Q信号的n次方绝对值，其中n是一个整数值。
11、根据权利要求9的方法，其中上述正负号处理步骤产生Q信号的正负号值。
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