CN1612553A - 初始化数字电视接收器的均衡器的方法及使用其的均衡器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了初始化VSB DTV的均衡器的方法以及使用这种方法的均衡器。该方法包括以下步骤：通过估计来自接收到的信号的信道脉冲响应，获得信道估计值；使用该信道估计值，初始化后向滤波器；通过用于信道估计值和所产生的已知训练序列的算术运算产生虚拟的训练信号；以及使用虚拟的训练信号，初始化前向滤波器。

Description

初始化数字电视接收器的均衡器的方法 及使用其的均衡器

本申请要求2003年10月31日提交的韩国专利申请第10-2003-0076927号的优先权，其结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及残留边带(VSB)数字电视(DTV)接收器的均衡器，尤其涉及残留边带数字电视接收器的均衡器的初始化方法和使用该方法的均衡器。

背景技术

一般地，在无线数据收发系统中，有限带宽的和多路径的信道会使传输信号失真，从而产生符号间干扰(inter-symbol interference，缩写为ISI)。

这种ISI会使传输信号失真并导致在接收器中比特错误。

相应地，为了恢复由ISI使其失真的信号，接收器要使用均衡器，并且该均衡器要首先被初始化。

图1是普通的VSB DTV系统的方框图。

如图1所示，该普通的VSB DTV系统包括发射器110和接收器120，两者通过多个信道彼此连接。

在此，通过使用扰频器111、里德所罗门(Reed-Solomon，RS)编码器112、数字复用器113和格码调制(TCM)编码器114，该发射器110将信号编码并将该编码的信号转换为一个8级脉冲振幅调制(PAM)信号。

之后，该发射器110通过使用一个多路器(MUX)115以同步信号将该8级PAM信号复用(多路传输)，并通过使用一个导频插入器116将一个导频信号插入该复用的信号。

之后，该发射器110通过使用一个VSB整形滤波器117和调制器118将含有导频信号的信号滤波并调制，并将所得到的信号传送给接收器120。

从发射器110传送到接收器120的信号在通过一个信道时会被线性地扭曲失真。

在接收器120中，已经通过该信道的信号然后通过一个载波恢复器121被转换为基带信号。所得到的基带信号通过一个RX(接收)滤波器122滤波，并且该经过滤波的信号通过内插器123、时间恢复器124和同步检测器125被同步。

该经过同步的信号然后被均衡器126均衡，以便补偿该信号由信道造成的线性失真。

然后，该接收器120还原该经过均衡的信号，该还原要使用相位跟踪器、信号分离器(DEMUX)、TCM解码器、去内插器、RS解码器和去扰频器。

在此时，该均衡器126需要产生一个输出，该输出具有的信号-噪声比率(SBR)要足够高而使观看者能够观看该数字电视。

相应地，该均衡器126必须被快速初始化，使观看者不会感觉到时间延迟。

替代传统的DFE，在数字电视接收器中可以使用小间隔改进型决定反馈均衡器(FS-MDFE)。

图2是FS-MDFE的方框图。

普通的DFE首先在前向滤波器中执行信号处理，以便除去一个前驱波(当前符号后面的符号所导致的一个干扰分量)。然后在后向滤波器中执行一个信号处理，以便除去一个后驱波(当前符号前面的符号所导致的一个干扰分量)。

相反地，如图2所示，该FS-MDFE首先在后向滤波器中执行一个信号处理，然后在前向滤波器中执行一个信号处理。

该FS-MDFE对信道性能进行估计，然后就可以容易地通过利用经估计的信道性能对前向滤波器的系数初始化。

相应地，在均衡器通过训练而被初始化的情况下，该FS-MDFE只需要训练前向滤波器的系数，因而其具有较短的初始化时间。

下面参照附图2对FS-MDFE的操作进行详细说明。

参见图2，在该FS-MDFE中，将前向滤波器的输入210去掉由后向滤波器计算出的后驱波分量220，然后所得到的数值被储存在前向滤波器的第一存储器中。

这些值被顺序地储存在前向滤波器的各个存储器230中，通过将与每个存储器230相连的每个前向滤波器系数240和储存在每个后向滤波器存储器250中的已经检测的符号260相乘，减少了其中的每个值。

然后，这个减少后的值在计算的后驱分量中被去除，该后驱分量要通过一个后续滤波器信号处理在每个前向滤波器抽头(tap)去除。

这样获得的数值270乘以每个前向滤波器系数280，这些所获得的数值的多相加和数值成为限幅器(slicer)292的输入(Z_n)291。

之后，限幅器292的输出293被顺序存储在该后向滤波器中。

通过重复上述处理过程，从发射器传送的信号可以从限幅器292的输出293获得。

这里，假设前向滤波器系数被初始化。然而，在实践中，前向滤波器系数需要被适当地初始化。

对于FS-MDFE初始化的方法，存在一种使LMS(Least MeanSquare，最小均值平方根)训练技术的方法。

然而，在使用这种方法的情况下，由于处理信号的长度与数字信号相比非常短，仅仅通过该训练信号无法初始化该FS-MDFE的前向滤波器。

另外，对于初始化FS-MDFE的方法，存在MMSE(MinimumMean Squared Error，最小均值平方差)初始化法。然而，由于矩阵的反转运算而造成封装复杂程度较高，所以，这种方法实用性不强。

发明内容

因此，本发明旨在提供一种初始化VSB DTV接收器的均衡器的方法以及使用该方法的均衡器，基本上克服了由于现有技术的局限性和缺陷而导致的一个或多个问题。

本发明的目的是提供一种均衡器初始化的方法以及使用这种方法的均衡器，其能够使观众迅速地观看DTV，而不考虑信道条件。

本发明的另一目的是提供一种能够降低封装复杂程度的均衡器初始化的方法以及使用这种方法的均衡器。

对于本领域技术人员而言，本发明的其它优点、目的、和特征将通过下述描述变得显而易见。通过书面的描述、权利要求书、以及其附图将实现和获得本发明的目的和其它优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，正如此处所示意性和广义说明的，提供了一种初始化均衡器的方法，所述均衡器包括前向滤波器和后向滤波器，所述方法包括以下步骤：通过估计来自接收到的信号的信道脉冲响应，获得信道估计值(estimationvalue)；使用所述信道估计值，初始化所述后向滤波器；通过用于所述信道估计值和所产生的已知训练序列的算术运算产生虚拟的训练信号；以及使用所述虚拟的训练信号，初始化所述前向滤波器。

此处，获得所述信道估计值的步骤包括以下步骤：将通过所述信道接收的所述信号延迟所述信道的长度，储存所述经过延迟的信号；确定所述储存的信号的长度是否等于或大于所定义的长度；以及如果所述储存的信号的长度等于或大于所定义的长度，则计算所述信道估计值。

此时，如果所述储存的信号的长度小于所定义的长度，则将通过所述信道接收的下一个信号延迟所述信道的长度，并储存所述经过延迟的下一个信号。

如果所述储存的信号的长度等于或大于所述定义的长度，则计算所述信道估计值的步骤包括以下步骤：停止储存所述经过延迟的信号；以及使用矩阵运算，估计所述信道估计值。

另外，产生所述虚拟训练信号的步骤包括以下步骤：将所述信道估计值设定为一系数，产生所述已知训练序列；储存所述产生的已知训练序列；以及将所述储存的已知训练序列与所述被设定为系数的信道估计值相乘，通过将相乘的结果值相加，产生所述虚拟训练信号。

此处，所述已知训练序列是随机序列。

根据本发明的另一方面，提供了一种均衡器，包括：信道估计器，用于通过估计来自接收到的信号的信道脉冲响应获得信道估计值；FIR(finite impulse response，有限脉冲响应)滤波器，通过用于所述信道估计值和所产生的已知训练序列的算术运算产生虚拟的训练信号；后向滤波器，使用所述信道估计值将后向滤波器初始化；以及前向滤波器，使用所述虚拟的训练信号将前向滤波器初始化。

此处，所述前向滤波器电连接至所述有限脉冲响应滤波器，所述后向滤波器和所述前向滤波器电连接。

所述均衡器还包括：存储缓冲器，用于储存所述接收的信号；第一开关，用于将所述前向滤波器与所述有限脉冲响应滤波器的电连接转换至所述前向滤波器与所述存储缓冲器的电连接；延迟器，用于将所述产生的已知训练序列延迟决定的延迟时间；运算器，用于获得所述后向滤波器的输入值和经过所述前向滤波器补偿的末级输出值之间的误差值；限幅器，用于对来自所述前向滤波器的经过补偿的末级输出值进行限幅；第二开关，用于将所述后向滤波器与所述延迟器之间的电连接转换至所述后向滤波器与所述限幅器之间的电连接。

所述FIR滤波器包括：多个延迟器，用于顺序地储存所述产生的已知训练序列；多个乘法器，用于将储存在所述延迟器中的所述已知的训练序列和所述信道估计值相乘；以及加法器，用于将来自所述乘法器的输出值相加。

应当理解，本发明的上面的概括说明和以下的详细说明是示范性和说明性的，旨在对权利要求所限定的本发明进行进一步的说明。

附图说明

此处所包含的附图用于提供对本发明的进一步说明，并组成本申请的一部分，和详细描述一起说明本发明的实施例，解释本发明的原理。在附图中：

图1是普通的VSB DTV系统的方框图；

图2是普通的FS-MDFE的方框图；

图3是根据本发明的实施例的FS-MDFE的方框图；

图4是根据本发明的实施例的FIR滤波器的方框图；以及

图5是根据本发明的实施例的信道估计方法的流程图。

具体实施方式

下面将详细说明本发明的优选实施例，其实例示于附图中。尽可能地，在所有附图中，相同或类似的部件使用相同的参考标号。

首先，本发明能够通过使用信道估计器估计出输入信道的脉冲响应。

此时，本发明能够通过用于训练序列的矩阵运算来获得信道估计结果，训练序列是通过使用采用最小二乘算法(least-squarealgorithm，LSA)的信道估计器来实现的。

图3为根据本发明的一个实施例的FS-MDFE的方框图。

参见图3，根据本发明的FS-MDFE包括信道估计器330、有限脉冲响应(FIR)滤波器340、后向滤波器(backward filter，FS-FBF)310、前向滤波器(forward filter，FS-FFF)320、存储缓冲器360、第一开关390、延迟器370、运算器300、限幅器350、以及第二开关400。

这里，信道估计器330通过估计来自接收的信号(Y_n)302的信道脉冲响应来获得信道估计值。

下面将说明获得信道估计值的方法。

通过用于信道估计值的算术运算以及产生的已知训练序列(S_n)301，FIR滤波器340产生虚拟训练信号。

图4为根据本发明的实施例的FIR滤波器的方框图。

参见图4，FIR滤波器340包括：多个延迟器410，用于顺序储存产生的已知训练序列301；多个乘法器450，用于将信道估计值430乘以储存在延迟器410中的已知训练序列420；以及加法器440，用于将来自乘法器450的输出值相加。

此处，FIR滤波器将信道估计值设定为一系数。

然后，通过使用信道估计值使后向滤波器310初始化，通过使用产生的虚拟训练信号使前向滤波器320初始化。

这里，前向滤波器310与FIR滤波器340电连接，而后向滤波器310与前向滤波器320电连接。

存储缓冲器360存储接收到的信号302，第一开关390将前向滤波器320与FIR滤波器340的电连接转换为前向滤波器320与存储缓冲器360的电连接。

这里，存储缓冲器360在前向滤波器被初始化时储存接收到的信号302，而存储缓冲器360的尺寸可以等于或大于产生的已知的训练序列301的长度。

同样，延迟器370将产生的已知训练序列301延迟决定的延迟时间，且运算器300获得后向滤波器310的输入值与由前向滤波器320补偿的末级输出值(Z_n)之间的误差值。

此处，已知训练序列301可以作为参考值，用于获得后向滤波器310的输入值与补偿的末级输出值Z_n之间的误差值。

限幅器350对来自前向滤波器320的经过均衡的末级输出值Z_n进行限幅，第二开关400将后向滤波器410与延迟器370的电连接转换为后向滤波器310与限幅器350的电连接。

这里，第一开关390和第二开关400在前向滤波器320的初始化完成的情况下进行转换。

下面详细说明初始化FS-MDFE的方法。

首先，DTV系统的基带等值输入信号y(t)可用下列方程式1表示。

$y\left(t\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{x}_{k}h(t-\mathrm{kT})+v\left(t\right)$ (方程式1)

这里，x_k为DTV系统的训练标号，T为标号的间隔，h(t)为基带等值信道，该基带等值信道含有DTV系统和信道的TX/RX滤波器，以及v(t)为复合高斯噪声信号成分。

此时，如果输入信号y(t)是为了设计FS-MDFE由L/T间隔进行过采样的，则在t＝nT时均衡器的输入向量y_n可用下列的方程式2表示。

$y_n=\underset{k=0}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{n-k}{h}_k+v_n$ (方程式2)

此处，

y_n@[y((n+L-1/L)T) L y(nT)]^T＝[y_n，L-1 L y_n，0]^T

h_n@[h((n+L-1/L)T) L h(nT)]^T＝[h_n，L-1 L h_n，0]^T

v_n@[v((n+L-1/L)T) L v(nT)]^T＝[v_n，L-1 L v_n，0]^T

此时，为了用信道估计器330估计出信道，必须确定信道的长度K和必需接收信号的长度L。如果确定了K和L的值，用于LSA(least-square algorithm，最小二乘算法)的必需的矩阵等式通过大小为L×K的矩阵表示为如下的方程式3。

$X=\left[\begin{array}{ccccc}{x}_{K-1}& x_{K-2}& L& x_1& x_0\\ x_K& x_{K-1}& L& x_2& x_1\\ M& M& & M& M\\ x_{K+L-2}& & L& x_L& x_{L-1}\end{array}\right]$ (方程式3)

矩阵X的伪反转矩阵被定义为X’，然后将矩阵X’的值存储在用于LS(Least-Square，最小二乘)运算的存储缓冲器中。

图5为示出了根据本发明的实施例的信道估计方法的流程图。下面参照图5对该信道估计方法进行说明。

参见图5，接收器将通过信道接收的信号y_n延迟信道长度K。

然后，接收器将延迟信号y_n+k储存在存储器中。此时，延迟信号y_n+k被定义为r_n(步骤501和502)。

其后，接收器确定储存在存储器中的信号y_n+k的长度等于或大于所接收的信号的定义的长度L(步骤504)。

如果所储存的信号的长度等于或大于所定义的长度，则接收器停止储存经过延迟的信号，并使用矩阵运算计算信道估计值(步骤505)。

如果所储存的信号的长度小于所定义的长度，则接收器将通过信道接收的下一个信号延迟信道的长度，并储存经过延迟的下一信号(步骤503)。

此处，在储存经过延迟的信号之前，预先确定信道的长度和所定义的长度。

通过对应于信道估计值的算术运算过程获得矩阵方程H，矩阵方程H和R如下面的方程式4示出。

$H=\left[\begin{array}{cccc}{h}_0^{\%}& h_1^{\%}& L& h_K^{\%}\end{array}\right]$ R＝[r₀r₁ L r_L-1]^T(方程式4)

以这种方式，本发明能够通过使用信道估计器330获得的信道估计值，初始化后向滤波器(FS-FBF)310。

另外，本发明能够通过使用信道估计器330获得的信道估计值，初始化前向滤波器(FS-FFF)320、后向滤波器310、及其它装置。

再来参看图3，接收器将信道估计器330获得的信道估计值设定为FIR滤波器340的系数。

其后，已知的训练序列(S(n))301被输入FIR滤波器340。

此时，FIR滤波器340具有和普通滤波器相同的结构。FIR滤波器340的结构如图4详细示出。

参考图4，FIR滤波器340在延迟器410中顺序储存输入信号(S(n))，将储存在延迟器410中的值420与滤波器的系数430(也就是信道估计值)相乘，并在加法器440中将结果值相加。

从而，已知的训练序列(S(n))的长度N对于将相对于非最小相位信道收敛的FS-MDFE来说是足够长的。此处，随机序列和其它序列可被用作已知的训练序列。

在DTV系统中，可以通过大约5000个标识(symbol，也称符号)的虚拟训练序列，初始化大多数信道。

如果信道估计器的信道评估值没有误差，则接收器中产生的虚拟训练信号与发送器通过信道发送的训练信号相同。如果信道评估值的误差很小，则两个信号(发送器发送的训练信号和接收器中产生的虚拟训练信号)可以被认为基本相同。

从而，本发明将FIR滤波器所获得的虚拟训练信号输出给FS-MDFE，并由此能够通过使用LMS适应训练算法来训练前向滤波器。

此时，通过将已知的训练序列(S(n))延迟FS-MDFE决定的延迟时间获得的值可以被用作参考值380，该参考值用于获得后向滤波器的输入和FS-MDFE的输出之间的误差。

此时，当通过虚拟训练序列将前向滤波器初始化时，接收器必须在存储缓冲器360中储存FS-MDFE所接收的输入信号y_n。

这里，存储缓冲器360的尺寸等于或大于虚拟训练序列的长度N。

如图4示出，当FIR滤波器完成对FS-MDFE的初始化时，接收器将储存在前向滤波器和后向滤波器的存储器中的值初始化为“0”，接着将前向滤波器320和FIR滤波器340的电连接转换为前向滤波器320和存储缓冲器360的电连接，使得存储缓冲器360的输出连接至前向滤波器320的输入。

另外，接收器将后向滤波器310与延迟器370的电连接转换为后向滤波器310与限幅器350的电连接，使得限幅器350的输出被用作参考值380。

根据本发明的初始化均衡器的方法如下所示。

本发明通过估计来自接收到的信号的信道脉冲响应，获得信道估计值，使用信道估计值初始化后向滤波器。

其后，本发明通过用于所述信道估计值和所产生的已知训练序列的算术运算产生虚拟的训练信号，并使用所述虚拟的训练信号，初始化所述前向滤波器。

根据本发明的计算信道估计值的方法如下所示。

首先，本发明将通过所述信道接收的所述信号延迟所述信道的长度，储存所述经过延迟的信号；

接着，确定所述储存的信号的长度是否等于或大于上述定义的长度。如果所述储存的信号的长度等于或大于上述定义的长度，则通过使用矩阵运算计算所述信道估计值。

此处，如果所述储存的信号的长度小于所述定义的长度，则将通过所述信道接收的下一个信号延迟所述信道的长度，并储存所述经过延迟的下一个信号。

另外，本发明还在储存所述经过延迟的信号之前，预先确定所述信道的长度和所述定义的长度。

根据本发明的产生虚拟训练信号的方法如下所示。

首先，本发明将信道估计值设定为一系数，并产生了已知训练序列。

其次，本发明储存所产生的已知训练序列，并将所储存的已知训练序列与被设定为系数的信道估计值相乘，并且通过将相乘的结果相加。

这里，已知训练序列可以是随机序列。

如上所述，本发明具有以下优点。

首先，本发明使得对待均衡的信道硬件进行均衡操作成为可能。

其次，本发明使得快速初始化均衡器成为可能。

第三，本发明比常规的均衡器需要更少的训练时间。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (16)

1.一种初始化均衡器的方法，所述均衡器包括前向滤波器和后向滤波器，所述方法包括以下步骤：

通过估计来自接收到的信号的信道脉冲响应，获得信道估计值；

通过使用所述信道估计值，初始化所述后向滤波器；

通过用于所述信道估计值和所产生的已知训练序列的算术运算，产生虚拟的训练信号；以及

通过使用所述虚拟的训练信号，初始化所述前向滤波器。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，获得所述信道估计值的步骤包括以下步骤：

将通过所述信道接收的所述信号延迟一个所述信道的长度，储存所述经过延迟的信号；

确定所述储存的信号的长度是否等于或大于经过定义的长度；以及

如果所述储存的信号的长度等于或大于所述经过定义的长度，则计算所述信道估计值。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，如果所述储存的信号的长度小于所述经过定义的长度，则将通过所述信道接收到的下一个信号延迟一个所述信道的长度，并储存所述经过延迟的下一个信号。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，如果所述储存的信号的长度等于或大于所述定义的长度，则计算所述信道估计值的步骤包括以下步骤：

停止储存所述经过延迟的信号；以及

通过使用矩阵运算，估计所述信道估计值。

5.根据权利要求2所述的方法，还包括以下步骤：在储存所述经过延迟的信号之前，预先确定所述信道的长度和所述经过定义的长度。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，产生所述虚拟的训练信号的步骤包括以下步骤：

将所述信道估计值设定为一系数，产生所述已知训练序列；

储存所述产生的已知训练序列；以及

将所述储存的已知训练序列与所述被设定为系数的信道估计值相乘，并将相乘的结果值相加，产生所述虚拟的训练信号。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述已知训练序列是随机序列。

8.一种均衡器，包括：

信道估计器，用于通过估计来自接收到的信号的信道脉冲响应，获得信道估计值；

有限脉冲响应滤波器，通过用于所述信道估计值和所产生的已知训练序列的算术运算，产生虚拟的训练信号；

后向滤波器，使用所述信道估计值将所述后向滤波器初始化；以及

前向滤波器，使用所述虚拟的训练信号将所述前向滤波器初始化。

9.根据权利要求8所述的均衡器，其中，所述前向滤波器电连接至所述有限脉冲响应滤波器，所述后向滤波器和所述前向滤波器电连接。

10.根据权利要求8所述的均衡器，还包括：

存储缓冲器，用于储存所述接收到的信号；

第一开关，用于将所述前向滤波器与所述有限脉冲响应滤波器的电连接转换至所述前向滤波器与所述存储缓冲器的电连接；

延迟器，用于将所述产生的已知训练序列延迟决定的延迟时间；

运算器，用于获得所述后向滤波器的输入值和经过所述前向滤波器补偿的末级输出值之间的误差值；

限幅器，用于对来自所述前向滤波器的经过补偿的末级输出值进行限幅；以及

第二开关，用于将所述后向滤波器与所述延迟器之间的电连接转换至所述后向滤波器与所述限幅器之间的电连接。

11.根据权利要求10所述的均衡器，其中，当所述前向滤波器被初始化时，所述存储缓冲器储存所述接收到的信号。

12.根据权利要求10所述的均衡器，其中，所述存储缓冲器的尺寸等于或大于所述产生的已知训练序列的长度。

13.根据权利要求10所述的均衡器，其中，当所述前向滤波器的初始化完成时，所述第一开关和所述第二开关转换所述电连接。

14.根据权利要求10所述的均衡器，其中，所述已知训练序列被用作参考值，用于获得所述后向滤波器的输入值和经过补偿的末级输出值之间的误差值。

15.根据权利要求8所述的均衡器，其中，所述有限脉冲响应滤波器包括：

多个延迟器，用于顺序地储存所述产生的已知训练序列；

多个乘法器，用于将储存在所述延迟器中的所述已知的

训练序列和所述信道估计值相乘；以及

加法器，用于将来自所述乘法器的输出值相加。

16.根据权利要求15所述的均衡器，其中，所述有限脉冲响应滤波器将所述信道估计值设定为一系数。

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