CN1381992A - 均衡存在同频道干扰的残留边带高清晰度电视信号的方法 - Google Patents

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在存在同频道NTSC干扰的情况下使包含高清晰度信息的信号达到均衡的方法和设备,应用含有前馈(24)和判定反馈(26)滤波器的均衡器(22)。当存在NTSC同频道干扰时,把梳状滤波器(20)插在均衡器(20)的前面。当在初始盲目操作模式期间正在使信号达到均衡时,把判定反馈滤波器(26)的所选抽头设置成零值。然后,在定向判定操作模式下,更新判定反馈滤波器(26)抽头。

Description

均衡存在同频道干扰的残留边带 高清晰度电视信号的方法
                          技术领域
本发明涉及数据传输。它是在用于高清晰度电路(HDTV)的接收机，例如，按照高级电视系统委员会(ATSC)残留边带(VSB)标准工作的接收机的前提下公开的，但是，相信它也可用于其它应用。
                          背景技术
各种从接收信号中可靠地恢复码元流的方法和设备是已知的。一般来说，这样的方法和设备是通过解调接收信号，把解调信号模拟-数字转换成非均衡码元流，和以可以把码元可靠地映射到所谓码元构象中的特定点上这样一种方式使码元流均衡来工作的。然后，根据构象的复杂程度，把均衡码元解码成位组，例如，二位字节、四位字节、六位字节、八位字节等。
在这样的方法和设备中，均衡处理本身通常是自适应的。也就是说，非均衡位流被输入到监视它的输出码元流的设备或系统中，并且，使它自己的传递函数适合于把它的输出码元流的点拟合得尽可能地接近码元构象的点。均衡往往是借助于所谓的前馈均衡器(FFE)或前馈滤波器(FFF)和判定反馈均衡器(DFE)或判定反馈滤波器(DFF)进行的。在许多情况下，自适应均衡处理至少在两个阶段中，或至少在两种操作模式下进行。在往往在初始化接收设备期间或在接收设备，例如，HDTV接收机调谐到另一个频道上时进行的这些阶段之一中，均衡器应用诸如戈达德常模数算法(Godard′s ContantModulus Algorithm(CMA))之类的算法。请参见，例如，D.N.Godard撰写的“二维数据通信系统中的自恢复均衡和载波跟踪”(D.N.Godard，″Self-Recovering Equalization and Carrier Tracking in Two DimensionalData Communication Systems″，IEEE Transactions on Communications，Vol.COM-28，pp.1867-1875，November 1980。然后，在初步收敛之后，均衡处理进入另一个阶段，在这个阶段中，不断采用利用另一种算法，譬如，定向判定算法(decision-directed algorithm)的均衡器传递函数，使解码码元在码元构象上的那些相应点保持在近距离内。这些阶段的第一阶段有时被称为盲目阶段，而第二阶段被称为定向判定阶段。这些类型的方法和设备是众所周知的。
                        发明内容
根据本发明的原理，使信号达到均衡的设备包括含有第一和第二滤波器的均衡器。首先在盲目操作模式期间用第一滤波器使信号达到均衡，然后在定向判定操作模式期间用第二滤波器使信号达到均衡。在盲目均衡模式期间，把第二滤波器的预定抽头设置成零值。
在优选实施例中，当存在同频道干扰时，把排除NTSC同频道干扰的滤波器插在均衡器的前面。
                        附图说明
参照如下的详细说明和附图，可以更好地理解本发明，在附图中：
图1和2显示了可用于理解本发明的方块图；和
图3a-e、4a-e、5a-e、6a-e、7a-e和8a-e显示了用现有技术和用本发明进行的测试的比较结果。
                      具体实施方式
在适用于美国高清晰度电视的ATSC VSB传输系统中，当检测到强的同频道NTSC干扰时，在接收机中，在均衡器22之前接入梳状滤波器20。具有传递函数Hc(z)＝1-z-12的梳状滤波器20衰减同频道NTSC干扰(图像和声音载波)。均衡器22看到的新频道目前是与梳状滤波器20卷积的原始频道。当梳状滤波器20位于均衡器22之前并采用利用CMA算法的均衡器22抽头c(n)，n＝0，1，2，…时，均衡器22产生八电平输出。事实上，它使频道和均衡器22之前的梳状滤波器20两者达到均衡。最好，均衡器22通过只使频道达到均衡，而不使梳状滤波器20达到均衡，产生十五电平输出。根据本发明公开的系统取得了这个结果。
在图1中，响应与ATSC 8-VSB高清晰度电视标准兼容的高清晰度电视信号的接收机把自适应均衡器22用于使频道幅度和相位失真达到均衡。一般使用的均衡器22结构包括与DFE 26一起使用的FFE 24。FFE部分24用于使前反常回波(preghost)和落在单位圆之外的频道零达到均衡。DFE部分26用于使后反常回波(post-ghost)达到均衡。图1和2以方块的形式显示了FFE24/DEF 26的结构。
一般用于训练均衡器22的技术使用盲目均衡，直到均衡器22已经达到一定程度的收敛为止，然后，切换到定向判定均衡。使用的盲目均衡的最普通形式是应用CMA算法。在利用CMA时，用如下方程更新FFE 24和DFE 26系数：
                 Cn+1＝Cn+αF*e(n)*XFn            (FFE更新)
                 Dn+1＝Dn+αD*e(n)*XDn            (DFE更新)
在方程中：Cn＝FFE 24系数矢量，Dn＝DFE 26系数矢量，XFn＝进入FFE 24的数据矢量，XDn＝进入DFE 26的数据矢量，和e(n)＝盲目均衡误差。
盲目均衡误差按下式计算：
                 e(n)＝y0(n)*(|y0(n)|2-R2)
在此式中：
y0(n)＝均衡器输出(FFE 24+DFE 26输出)
R2＝环值的平方
  ＝E(s4(n))/E(s2(n))
E()＝()的期望值
s(n)＝8个VSB构象点
当接入梳状滤波器20和利用如上所述的传统CMA算法更新均衡器22抽头时，均衡器22收敛到它使梳状滤波器20和传输频道的组合达到均衡的解上。其结果是，在均衡器22的输出端上形成8电平码元构象。对于三种不同的反常回波(多路径)情况，这些结果显示在图3a-e、4a-e和5a-e中。图3a-e显示了采用dfe(12)的频道1的结果。频道是c(0)＝1。图4a-e显示了采用dfe(12)的频道2的结果。频道是c(0)＝1，c(10)＝0.5。图5a-e显示了采用dfe(12)的频道3的结果。频道是c(0)＝1，c(5)＝0.6，c(13)＝-0.2。用在这个例子中的参数列在表2中。可以看出，均衡器22输出8电平，和均衡器抽头c(n)，n＝0，1，2，…已经使梳状滤波器20和频道的组合达到均衡。梳状滤波器20的均衡导致第十二DFE抽头，dfe(12)，被设置成1.0的值。
频道传递函数Hc(z) 频道+梳状滤波器传递函数Hco(z) 生成8电平输出的均衡器解1/Hco(z) 所需均衡器解(生成15电平输出的那一个)
1.0 1-z-12 1/(1-z-12) 1.0
1+0.5z-10 1+0.5z-10-z-12-0.5z-22 1/(1+0.5z-10-z-12-0.5z-22) 1/(1+0.5z-10)
1+0.6z-5-0.2z-13 1+0.6z-5-0.2z-13-z-12-0.6z-17+0.2z-25 1/(1+0.6z-5-0.2z-13-z-12-0.6z-17+0.2z-25) 1/(1+0.6z-5-0.2z-13)
表1：对于8和15电平输出，频道和它们的相应均衡器解
使均衡器22能够只使频道达到均衡，而不是使梳状滤波器20达到均衡的推荐算法把8和15电平解的特性用于控制CMA的自适应。考虑频道传递函数的两种情况：(1)在位置(码元)12上的频道反常回波值(以下称为c(12))是零；和(2)其中c(12)很大。
情况I：在位置(码元)12上的频道反常回波值，c(12)，是零。
在这种情况中，频道传递函数具有如下形式：
                   C(z)＝1+a1z-n1+a2z-n2+…此处，n1、n2、和Y不等于12。
用梳状滤波器级联的频道具有如下传递函数：
                   Hco(z)＝C(z)(1-z-12)
             ＝(1+a1z-n1+a2z-n2+…)(1-z-12)
      ＝(1+a1z-n1+a2z-n2+Y)-z-12(1+a1z-n1+a2z-n2+…)
 ＝(1+a1z-n1+a2z-n2+Y)+(-z-12-a1z-(n1+12)+a2z-(n2+12)+…)
这个传递函数的一个特性是，它包含项：-z-12。如果均衡器使频道与梳状滤波器的组合达到均衡，那么，均衡器将使Hco(z)达到均衡。换句话来说，均衡器传递函数将是He8(z)＝1/Hco(z)。均衡器传递函数将在它的分母中包含项-z-12。当利用如前所述的FFE/DFE结构实现均衡器时，DEF在它的第12号抽头上将具有1.0的值。也就是说，dfe(12)＝1.0。这是8电平解的特性。
应该注意到，如果把DFE输出加入FFE输出中，得到组合均衡器输出，那么，dfe(12)将收敛到1.0。如果从FFE输出中减去DFE输出，那么，dfe(12)将收敛到-1.0。在现在的情况中，假定两个输出是相加的。同理可应用在相减的情况中。
最好是，通过不使梳状滤波器达到均衡，均衡器生成15电平解。因此，均衡器应该收敛到如下的解：
                He15(z)＝1/(1+a1z-n1+a2Z-n2+…)此处，在频道在第12码元上没有反常回波，即，c(12)＝0的假设下，n1和n2也是不等于12。在这种情况中，dfe(12)＝0。这是15电平解的特性。
总而言之，8电平解将导致dfe(12)＝1.0。在c(12)＝0的假设下，15电平解将导致dfe(12)＝0。8电平解与15电平解之间的这种差异被用于控制CMA的自适应。
由于15电平解要求dfe(12)是0，因此，通过在CMA自适应期间设置dfe(12)＝0，迫使自适应收敛于15电平解。在CMA自适应期间设置dfe(12)＝0可以用几种方式完成。一种方式就是简单地把dfe(12)初始化成零，然后，不采用它。另一种方式是在每个码元上采用它，但是，接着把它复位为零。由于在几次更新之后，它并没有明显地偏离零，因此，其它变型还包括在每个码元上采用它，但每隔一个、二个或三个码元把它复位为零。
通常，在盲目均衡模式中，首先运行CMA，然后，在达到一定程度的收敛之后，切换到定向判定均衡。一旦作了切换，就可以更新dfe(12)。由于此情况I的基本假设是频道在码元12上没有能量，因此，由于，例如，线路噪声、自适应噪声等原因，DFE的第12号抽头将只呈现很小的值。
在CMA自适应期间把dfe(12)设置成零所得的结果显示在图6a-e、7a-e、和8a-e中。此外，用于这些例子的参数列在表2中。图6a-e显示了迫使dfe(12)为零的频道1的结果。频道是c(0)＝1。图7a-e显示了迫使dfe(12)为零的频道2的结果。频道是c(0)＝1、c(10)＝0.5。图8a-e显示了迫使dfe(12)为零的频道3的结果。频道是c(0)＝1、c(5)＝0.6、和c(13)＝-0.2。
情况II：在位置(码元)12上的频道反常回波值，c(12)，不是零。
现在考虑频道在码元12上具有能量的情况。即使在码元12上的反常回波，c(12)不等于零，前面在情况I中所述的算法也是能用的。但是，各种模拟证明，在码元12上的反常回波必须相当小。具体地说，为了使该算法起作用，c(12)必须比主频道抽头低大约17-20dB。在c(12)大于上述值的情况下，算法将不收敛到均衡器输出误差。但是，可以料想，在码元12上恰好具有大能量的概率是相当小的。
因此，在CMA自适应期间设置dfe(12)＝0将导致均衡器只使频道达到均衡，和产生15电平输出。
8电平情况DFE自适应  15电平情况DEF(10)＝0
构象点 -224，-160，-96，-32，32，96，160，224(均除以512)。  -224，-192，-160，-128，-96，-64，-32，0，32，64，96，128，160，192，224(均除以512)。
环大小 0.380173  0.3125
盲目均衡(CMA)-码元数 5兆  2兆
定向判定均衡(DDE)-码元数 0  3兆
FFE主抽头-初值 1.0  1.0
梳状滤波器增益 1.0  0.5
FFE-步长 0.001  0.001
DFE-步长 0.008  0.008
                            表2
总而言之，均衡器22在缺乏梳状滤波器20的情况下，可以收敛到15电平输出，或者在存在梳状滤波器20的情况下，可以收敛到8电平输出。15电平输出是优选的，并且，在存在梳状滤波器20的情况下，可以通过在梳状滤波器存在时，在盲目均衡处理期间把均衡器抽头12设置成1(单一)值(幅度)来实现。在传输频道中，当码元12上没有反常回波(多路径)时，由于梳状滤波器使抽头12具有1的值，因此，抽头12很重要。抽头12的值决定是提供8电平输出，还是15电平输出。当在抽头12上频道具有零能量时，梳状滤波器以已知方式影响抽头12。由于取决于频道多路径(“反常回波”)的作用，因此，它影响其它抽头的方式是未知的。
当插入梳状滤波器时，由于在均衡器之后的格状解码器从8电平模式切换到15电平模式，因此，要求15电平输出。

Claims (13)

1.在处理通过传输频道接收的、包含视频信息的信号的系统中，应用含有第一和第二滤波器(24，26)的均衡器(22)的频道均衡方法，其特征在于：
(a)首先，在初始盲目操作模式期间，用所述第一滤波器(24)使接收信号达到均衡；
(b)然后，在定向判定操作模式期间，用所述第二滤波器(26)使信号达到均衡；和
(c)在所述初始盲目均衡模式期间，把所述第二滤波器(26)的预定抽头设置成零值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述第一滤波器(24)是前馈滤波器；和所述第二滤波器(26)是判定反馈滤波器。
3.根据权利要求1所述的方法，还包含下列步骤：
当存在同频道干扰时，把排除所述干扰的滤波器插在所述均衡器的前面。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述插入的滤波器(20)是梳状滤波器。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述预定抽头是第12抽头。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在步骤(c)中，在所述盲目模式下把所述抽头设置成零值，并且不采用所述抽头。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在步骤(c)中，在每个信号码元上采用所述抽头，但是，接着把它复位为零值。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在步骤(c)中，在每个码元上采用所述抽头，但是，在每隔几个码元之后把它复位为零值。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述视频信息是与ATSC HDTV标准兼容的高清晰度(HDTV)信息。
10.在视频信号处理系统中，一种频道均衡设备，其特征在于包括：
梳状滤波器(20)，用于抑制同信息干扰；和
对来自所述梳状滤波器(20)的输出信号作出响应的频道均衡器(22)，含有在初始盲目操作模式期间工作的第一滤波器(24)和在随后定向判定操作模式期间工作的第二滤波器(26)，其中
在所述初始盲目均衡模式期间，把所述第二滤波器(26)的预定抽头设置成零值。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于：
所述第一滤波器是前馈滤波器(24)；和所述第二滤波器是判定反馈滤波器(26)。
12.根据权利要求10所述的设备，其特征在于：
所述视频信息包含与ATSC HDTV标准兼容的高清晰度(HDTV)信息。
13.根据权利要求10所述的设备，其特征在于：
所述预定抽头是第12抽头。
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