CN1348589A - 可变均衡器控制系统 - Google Patents

Abstract

所公开的设备用于从传输介质接收数字信号。本设备包括用于均衡接收信号以获得均衡信号的可变均衡器(6),以及用于从均衡信号中检测比特序列的比特检测器(12)。本设备还包括用于对接收的模拟信号进行采样以获得带有异步采样的第一个信号的异步采样单元(4)。为控制可变均衡器(16,18,20),在所述信号过零区间的任何一边,由带有异步采样的信号的至少一个采样值生成控制信号。

Description

可变均衡器控制系统

本发明涉及一种用于从传输介质接收数字信号的设备。所述设备包括：

-用于从传输介质接收信号的输入装置，

-用于对模拟信号采样以获得带有异步采样的第一个信号的异步采样装置，

-可变均衡器装置其具有连接到输入装置的一个输出上的一个输入，还具有用于接收控制信号的一个控制信号输入，以及用于提供已均衡信号的一个输出，

-均衡器控制信号生成器装置，其具有一个输入及用于提供均衡器控制信号的一个输出，其输出连接到均衡器装置的控制信号输入上，

-信号检测器装置，其具有连接到可变均衡器装置的输出上的一个输入，并且有用于提供数字信号的输出，信号检测器装置用于从已均衡信号中检测数字信号，

-连接到信号检测器装置的输出上用于提供数字信号的输出终端。

上述定义的设备可以从EP0387813A2中获知。所述文献描述了一个包括一个可变均衡器的设备。该设备从传输介质接收信号。模数转换器将接收到的信号转换成带有异步采样的第一数字信号。可变均衡器对第一数字信号进行均衡以获得已均衡信号。PLL电路从已均衡信号同步中得到数字信号采样。均衡器控制信号生成器单元处理同步采样以获得用来控制可变均衡器的均衡器控制信号。均衡器控制信号生成器单元包括一个检测单元。该检测单元检测数字信号的误码率。误码率非常依赖于PLL电路和比特检测单元的正确操作。均衡器控制信号单元响应误码率生成均衡器控制信号。

本发明的一个目的是提供一种用于接收数字信号的设备，从而可能更快并且独立于PLL电路的操作来控制可变均衡器。

根据本发明的设备的特征在于均衡器控制信号生成器装置的输入适合于接收带有异步采样的第二个信号，均衡器控制信号生成器装置包括检测装置，用于检测第二个信号超过预定信号值的时刻以获得一个检测信号，以及一个装置，用于响应上述检测信号，在第二个信号超过所述预定义信号值的时刻的任何一边从第二个信号的至少一个异步采样值得到均衡器控制信号，所述均衡器控制信号通过等同于算术地将至少两个异步采样值组合的操作从所述至少两个采样得到。

本发明基于下面的公认。为了纠正接收信号中的差错，必须从输入信号中得到一个加强错误信号。表现为比特序列的接收信号可以从传输介质，例如磁带的磁记录载体，例如光盘的光记录载体，或者例如广播信道的传输信道中获得。如果信号从磁带中获得，则信号可能因磁头磁带距离而失真，导致接收信号的高频部分有衰减变化。而且，磁带的粗糙或读磁头的磨损会引起接收信号的高频衰减。如果信号从光盘中获得，信号可能因盘的倾斜而失真，导致高频的相位改变。已经发现二进制信号的过零区间的每边的一个异步采样值的算术组合结果与上述失真有关。上述结果用来生成用于控制可变均衡器的控制信号。需要注意的是术语过零区间不应该局限于信号通过信号值零的意思，而是指信号通过一个预定信号值，可以是零或其它值。

在本设备是一个实施方案中，该设备的特征在于异步采样装置的一个输入连接到输入装置的输出上，并且异步采样装置的一个输出连接到可变均衡器装置的输入上，并且均衡器控制信号生成器装置的输入连接到可变均衡器装置的输出上，用于接收带有异步采样的所述第二个信号。在本实施方案中，可变均衡器采用数字可变均衡器的形式。优选地，可变均衡器采用有限脉冲响应滤波器形式。DC增益是1并且适合于补偿高频衰减的FIR滤波器可以采用3抽头FIR滤波器，其传递函数是H(z)＝C₀+2C₁z^-1+C₀z^-2，其中C₀＝1/2-C₁。补偿高频相位改变的FIR滤波器可以采用传递函数为H(z)＝Δ+z^-1-Δz^-2的3抽头FIR滤波器。为了补偿高频衰减和相位改变，可以使用传递函数为H(z)＝(C₀+Δ)+2C₁z^-1+(C₀-Δ)z^-2，其中C₀＝1/2-C₁的3抽头FIR滤波器。

在本设备的另一个实施方案中，该设备的特征在于异步采样装置的一个输入连接到可变均衡器装置的输出上，并且均衡器控制信号生成器装置的输入连接到异步采样装置的一个输出上，用于接收带有异步采样的所述第二个信号。在本实施方案中，可变均衡器装置采用模拟滤波器形式。

在本设备的另一个实施方案中，该设备的特征在于所述算术组合装置符合下面公式：S(t)＝cx|X(t)-X(t-1)|，其中X(t)是紧跟第二个信号超过一个预定信号值时刻的第二个信号的一个采样，X(t-1)是紧挨着上述时刻之前的第二个信号的一个采样。c是常量，并且S(t)是为得到均衡器控制信号的一个中间信号。在接收的信号中，高频可能因磁头磁带距离而衰减，或因传输介质而损耗。所述公式计算了信号在过零区间周围的斜率。所述斜率与信号中高频的幅度有关。看来幅度与磁头磁带距离有近乎线性的关系，因此很容易用做控制回路的错误信号。

在本设备的另一个实施方案中，该设备的特征在于所述算术组合装置符合下面公式：S(t)＝cx(X(t)-X(t-1))，其中X(t)是紧跟所述时刻的第二个信号的采样，X(t-1)是紧挨着上述时刻之前的第二个信号的一个采样，C是常量，并且S(t)是为得到均衡器控制信号的一个中间信号。因此获得的中间信号在具有上升斜率的第二个过零区间是正值而在具有下降斜率的过零区间是负值。下降斜率和上升斜率之间的区别与由在传输路径工作频率范围内的低频信号和高频信号之间的传输路径引起的延迟的不同有关。所述中间信号用于控制可变均衡器装置以纠正所述延迟的不同。延迟不同可能由如光记录载体的正切倾斜引起。

为减少中间信号的快速变化，中间信号被平均化。而且均衡器控制信号生成器装置可包括一个查找表，用于获得均衡器控制信号。查找表代替处理器用于执行至少两个异步采样值的算术组合。算术组合的复杂程度决定了优先选择哪个解决方案。例如，有限输入范围的非线性组合可以与查找表一起成本有效地实施。

通过参考附图对三个实施方案的描述可以明确地说明本发明的这些以及其他方面，其中

图1显示了根据本发明的设备的第一个实施方案，

图2显示了输入信号及过零区间周围的差值，

图3显示了对应在F_Nyquist的斜率信号对信号损耗，

图4显示了系数更新回路，

图5显示了根据本发明的设备的第二个实施方案，

图6显示了根据本发明的设备的第三个实施方案。

图1显示了根据本发明的设备的第一个实施方案。该设备适用于从传输介质接收数字信号。由接收单元2从传输介质接收到的信号被送到AD转换器4。接收单元2可包括用于接收传输信号的接收装置，或用于从记录载体是磁盘或磁带的磁记录载体或光记录载体中读取信号的读单元。AD转换器4对读取的模拟信号进行采样，以获得带有异步采样的第一个信号。第一个信号提供给可变均衡器单元6的输入8。可变均衡器单元6适用于响应于提供给可变均衡器6的控制输入10的均衡器控制信号，对包括到可变均衡器单元6的输入8在内的传输介质的传输路径的传输特性进行均衡，以获得已均衡信号。已均衡信号提供给比特检测单元12。比特检测单元包括PLL和比特检测器，用于检测已均衡信号中的比特以便获得数字信号。数字信号提供给输出终端14。

本设备还包括根据已均衡信号生成第一个控制信号的单元16。可选的，第一个控制信号由单元18处理，在将第一个控制信号提供给均衡器控制信号生成单元20的输入22之前对其进行平均。均衡器控制信号生成单元用于响应提供给其输入22的信号而生成均衡器控制信号，并且将均衡器控制信号提供给可变均衡器装置6的控制输入10。第一个控制信号或平均后的第一个控制信号与传输路径的幅度传输特性中的高频损耗有关。例如，磁头磁带距离在再现期间引起所述损耗。第一个控制信号可能还与所述传输路径中传输引起的、传输路径工作频率中低频信号和高频信号之间的延迟差值有关。当从光记录载体(如CD)中读取信号时，因整个光记录载体对于激光束有倾斜，所以可能出现延迟差值。因为盘形状的光记录载体的变形，延迟差值随磁盘每次旋转可能不同。延迟差值甚至随所述记录载体的轨道半径而不同。

上述设备按下述方式运行。数字信息信号由接收单元2接收并被AD转换器采样以获得带有异步采样的第一个信号。图2显示了采用来自磁带的一个随机8到9编码读回信号形式的第一个信号的示例。图2中的第一个信号是Nyquist-I均衡的。Nyquist-I均衡可能在位于AD转换器之前或之后的没有示出的一个预放大器单元中完成。第一个信号在可变均衡器中均衡，以便获得已均衡信号。

可变均衡器6适用于对包括到可变均衡器6的输入8的记录信道的传输信道的传输特性进行均衡。可变均衡器优选3抽头有限脉冲响应滤波器。不过，也可以使用其他合适的滤波器类型。为纠正高频损耗，FIR滤波器优选的传递函数为H(z)＝C₀+2C₁z^-1+C₀z^-2，其中C₀＝1/2-C₁。为纠正延迟差值，FIR滤波器优选的传递函数为H(z)＝Δ+z^-1-Δz^-2。为同时纠正高频损耗和延迟差值，FIR滤波器优选的传递函数为H(z)＝(C₀+Δ)+2C₁z^-1+(C₀-Δ)z^-2，其中C₀＝1/2-C₁。

已均衡信号提供给单元16的输入24。单元16包括信号检测器装置，用于检测输入24接收的信号超过预定信号值的时刻，以便获得检测信号。单元16还包括用于响应所述检测信号，从输入24在所述信号超过所述预定信号值的时刻的任何一边接收到的信号的至少一个采样值中得到错误信号的装置。预定信号值可以固定，如零值或DC信号值。然而，如果信号有变化的平均信号值，则预定信号值可能与所述变化平均信号值有关。

图2显示了通过减去紧挨过零区间后的采样值和紧挨过零区间前的采样值计算出过零区间处的斜率获得的错误信号。因为错误信号通过一个标称已均衡信号获得，所以该错误信号几乎是常量。

已发现磁头磁带距离损耗与过零区间处的信号斜率有关。图3显示了对应F_Nyquist幅度的过零区间处的信号斜率。磁头磁带距离损耗可以表示成F_Nyquist幅度的损耗。这里，斜率信号，见图2中的错误信号，对于标称已均衡信号几乎也是常量，斜率信号可用于控制信号。与磁头磁带距离有关的第一个控制信号，在信号超过预定值的时刻的任何一边的第一个采样值，优选地可以通过下面的算术组合获得：S(t)＝cx|X(t)-X(t-1)|，其中S(t)是第一个控制信号，X(t)是紧跟所述时刻之后的信号的一个采样，X(t-1)是紧挨着所述时刻之前的所述信号的一个采样，并且C是常量。与延迟差值有关的第一个控制信号，在信号超过预定值的时刻的任何一边的优选第一个采样值，可以通过下面的算术组合获得：S(t)＝cx(X(t)-X(t-1))，其中S(t)是第一个控制信号，X(t)是紧跟所述时刻的信号的一个采样，X(t-1)是紧挨着所述时刻之前的所述信号的一个采样，并且c是常量。因此获得的第一个控制信号用于控制回路中以纠正磁头磁带距离变化和/或延迟差值。

在第一个控制信号提供给均衡器控制信号生成器单元20之前，第一个控制信号由单元18进行处理以获得更稳定的控制信号以便获得更低噪声控制回路。单元18通过对最后N个生成的第一个控制信号值进行平均，可以用于生成平均化的第一个控制信号。当然，也可以使用其他合适的方法来生成更稳定的第一个控制信号。

均衡器控制信号单元20从第一个控制信号，或其平均表达式生成均衡器控制信号。均衡器控制信号可包括可变均衡器中FIR滤波器的滤波器系数值。然而，根据可变均衡器的复杂程度，可变均衡器适用于从均衡器控制信号内部生成FIR滤波器的系数。在这种情况下均衡器控制信号与可变均衡器中使用的系数有关。如前所述，磁头磁带距离变化大致可由传递函数是H(z)＝C₀+2C₁z^-1+C₀z^-2其中C₀＝1/2-C₁的3抽头FIR滤波器补偿。

中间抽头2C₁在滤波器放大与测得的损耗匹配的意义上由第一控制信号计算出来。两个值相同的外部抽头在滤波器的DC增益保持不变(如DC增益是32)的意义上算出。系数C₁优选地按下面公式算出： ${c1}^1=c1+\mathrm{\α}.(c1-8).(\frac{\mathrm{refrence}}{S\left(t\right)}-1)$ 其中，S(t)是第一个控制信号的一个采样的值，参数基准是与想要的过零区间附近的标称斜率有关的基准值。c1是传递函数中参数C₁的当前值，并且c1’是传递函数中参数C₁的下一个值。参数基准控制FIR滤波器的标称放大以及已均衡控制信号中的过零区间附近的测量的斜率。回路带宽由增益变量α控制。而且α还控制回路平均的量。系数C₀可由下面公式得到：C₀＝16-C₁。

系数c1的计算由于公式的非线性形式优选采用查找表(LUT)完成。第一控制信号，参数基准以及C₁的当前值则是查找表的输入信号。查找表的输出信号是中间抽头系数C₁的新值。

优先地，在实施控制回路中有两个限制，即FIR滤波器的最小放大(0dB)和最大放大。这是因为在这些范围之外，FIR的性能不可能有更多的增益。当C₀＝0且C₁＝16时，FIR滤波器有0dB的放大。当C₀＝-16且C₁＝32时，FIR滤波器在FIR滤波器的采样频率有10dB的放大。

图4显示了用于系数的更新回路的一个实施方案。其是一个均衡的回路，其中一些平均通过选择适当的α值获得。输入终端40接收已均衡信号。单元42执行图1中单元16的功能，处理已均衡信号以获得第一个控制信号。单元44从第一个控制信号中减去基准信号，以获得错误信号。单元46处理错误信号和当前系数C₁，以获得校正的调节信号。单元48用于将所述校正调节信号与参数α相乘，以获得调节信号。信号组合单元50用于将调节信号加到代表当前系数C₁的信号上，以获得系数C₁的下一个值。作为结果的C₁的下一个值与前述公式中的c1’相等。单元52用于将系数C₁的下一个值限制在最小和最大放大的系数值范围之间，以获得系数C₁的下一个值。系数C₁的下一个值通过延迟单元56提供给可变均衡器。单元44、46、48和50实现上述公式，并且可以在查找表54中实现，以获得系数C₁的下一个值。需要注意的是，单元52的功能可以集成到查找表54中。

图5显示了根据本发明的设备的第二个实施方案。该实施方案是与图1中方案稍微有些差别的版本，差别在于采用模拟滤波器形式的可变均衡器6’用来过滤接收信号以获得模拟均衡信号。而且，模拟均衡信号提供给比特检测单元12’，用于检测该模拟均衡信号中的比特序列。模拟均衡信号还提供给模数转换器4’。所述AD转换器4’用于获得带有异步采样的第一个信号。第一个信号由单元16、单元18和单元20’连续处理，以获得用于控制模拟可变均衡器的传输功能的可变均衡器控制信号。

图6显示了根据本发明的设备的第三个实施方案。与图1中单元具有相同参考符号的单元已在参考图1的说明中描述过了。在本实施方案中，可变均衡器由前馈控制回路控制。本实施方案中的均衡器控制信号生成器单元20″用于响应分别由单元16或单元18提供的第一个控制信号或平均第一个控制信号生成均衡器控制信号。第三个实施方案比采用反馈回路控制可变均衡器的方案对均衡器的控制更快速。

虽然本发明参照优选实施方案进行了说明，但应当理解这些都是非限制性示例。因此，对本领域技术人员来说，在不背离 定义的本发明范围的前提下的各种修改都是可能的。如示例所示，在第二个实施方案中，比特检测器12’的输入可以连接到AD转换器4’的输出上。这种情况下的比特检测器12’可以与图1中第一个实施方案中的比特检测器相同。

“包括”一词不排除存在权利要求书所列之外的其他元件和步骤。任何参考符号都不限制权利要求书的范围。本发明可以利用硬件或软件实现。几个“装置”可以由硬件的相同选项表示。而且本发明存在于每一个新特性或特性组合。

Claims (12)

1.一种用于从传输介质接收数字信号的设备，该设备包括：

-用于从传输介质接收信号的输入装置，

-用于对模拟信号采样以获得带有异步采样的第一个信号的异步采样装置，

-可变均衡器装置，其具有连接到输入装置上的输入具有用于接收控制信号的控制信号输入，并具有用于提供已均衡信号的输出，

-均衡器控制信号生成器装置，其具有输入并具有用于提供均衡器控制信号的输出其输出连接到均衡器装置的控制信号输入上，

-信号检测器装置，其输入连接到可变均衡器装置的输出上，并且有用于提供数字信号的输出，信号检测器装置用于从已均衡信号中检测数字信号，

-连接到信号检测器装置的输出上用于提供数字信号的输出端，

其特征在于均衡器控制信号生成器装置的输入适用于接收带有异步采样的第二个信号，均衡器控制信号生成器装置包括检测装置，用于检测第二个信号超过预定信号值的时刻的，以便获得检测信号，以及一装置，用于响应上述检测信号，在第二个信号超过所述预定义信号值的时刻的任何一边从第二个信号的至少一个异步采样值得到均衡器控制信号，所述均衡器控制信号通过等同于算术地将至少两个异步采样值组合的操作从所述至少两个采样得到。

2.如权利要求1的设备，其特征在于异步采样装置的输入连接到输入装置上，并且异步采样装置的输出连接到可变均衡器装置的输入上，并且均衡器控制信号生成器装置的输入连接到可变均衡器装置的输出上，用于接收带有异步采样的所述第二个信号。

3.如权利要求1的设备，其特征在于异步采样装置的输入连接到输入装置上，并且异步采样装置的输出连接到可变均衡器装置的输入以及均衡器控制信号生成器装置的输入上，用于接收带有异步采样的所述第二个信号。

4.如权利要求2和3的设备，其特征在于，可变均衡器装置包括一个FIR滤波器。

5.如权利要求4的设备，其特征在于FIR滤波器是一个3抽头FIR滤波器，优选传递函数为H(z)＝C₀+2C₁z^-1+C₀z^-2，C₀和C₁是符合C₀＝1/2-C₁的变量，并且变量与均衡器控制信号有关。

6.如权利要求4的设备，其特征在于FIR滤波器是一个3抽头FIR滤波器，其优选传递函数为H(z)＝Δ+z^-1-Δz^-2，Δ是与均衡器控制信号有关的变量。

7.如权利要求4的设备，其特征在于FIR滤波器是一个3抽头FIR滤波器，其优选传递函数为H(z)＝(C₀+Δ)+2C₁z^-1+(C₀-Δ)z^-2，其中C₀、C₁和Δ是与均衡器控制信号有关并符合C₀＝1/2-C₁的变量。

8.如权利要求1的设备，其特征在于异步采样装置的输入连接到可变均衡器装置的输出上，并且均衡器控制信号生成器装置的输入连接到异步采样装置的输出上，用于接收带有异步采样的所述第二个信号。

9.如上述任何一个权利要求的设备，其特征在于所述算术组合装置符合下面公式：S(t)＝cx|X(t)-X(t-1)|，其中X(t)是紧跟所述时刻之后的第二个信号的一个采样，X(t-1)是紧挨着所述时刻之前的第二个信号的一个采样，c是常量，并且S(t)是用于得到所述均衡器控制信号的一个中间信号。

10.如权利要求1至7的任何一个的设备，其特征在于所述算术组合装置符合公式：S(t)＝cx(X(t)-X(t-1))，其中X(t)是紧跟所述时刻之后的第二个信号的一个采样，X(t-1)是紧挨着所述时刻之前的第二个信号的一个采样，c是常量，并且S(t)是用于得到所述均衡器控制信号的一个中间信号。

11.如权利要求9或10的任何一个的设备，其特征在于均衡器控制信号生成器装置包括一装置，用于对中间信号进行平均以获得一个平均信号，响应所述平均信号生成均衡器控制信号。

12.如上述任何一个权利要求的设备，其特征在于均衡器控制信号生成器装置包括查找表，以便响应第一个控制信号获得均衡器控制信号。

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