JP3797694B2

JP3797694B2 - テレビジョン信号等化装置

Info

Publication number: JP3797694B2
Application number: JP34776695A
Authority: JP
Inventors: 栄培崔
Original assignee: Daewoo Electronics Co Ltd
Current assignee: WiniaDaewoo Co Ltd
Priority date: 1994-12-14
Filing date: 1995-12-14
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2015-12-14
Also published as: JPH08237520A; DE69515438D1; DE69515438T2; KR960028572A; KR0144294B1; EP0717559A3; CN1138793A; EP0717559B1; US5675394A; CN1096179C; EP0717559A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高精細度テレビジョン（ＨＤＴＶ）信号受信システムに用いられる等化装置に関し、特に、係数更新処理を効果的に実行し得る改善されたＴＶ信号等化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＤＴＶシステムにおいて、テレビジョン信号（以下、「ＴＶ信号」と称す）は、ＴＶ信号伝送源から伝送チャネルを通じてＨＤＴＶ信号受信システムへ伝送される。伝送チャネルを通じて伝送されるＴＶ信号に関連する固有の問題の一つは、チャネル歪みと付加雑音が、例えば、伝送されるＴＶ信号に含まれたデータシンボルを破壊することによって、ＨＤＴＶ信号受信システムの受信性能（即ち、受信されたデータシンボルのレベルを識別する性能）を低下させることである。かかる問題を解決するために、通常のＨＤＴＶ信号受信システムには、チャネル適応型等化器が取り付けられている。かかる従来のチャネル適応型等化器はフィルタリングデバイスを有し、例えば、伝送チャネルの時変応答に周波数が左右されることから生じる増幅歪み及び位相歪みを受信信号から除去して、改善されたシンボル判断能力を提供する。
【０００３】
ＨＤＴＶ信号受信システムに用いられる等化装置の１つは、ＳａｍｉｒＮ．Ｈｕｌｙａｌｋａｒらの論文、「ＡｄａｖａｎｃｅｄＤｉｇｉｔａｌＨＤＴＶＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍｆｏｒＴｅｒｒｅｓｔｒｉａｌＶｉｄｅｏＳｉｍｕｌｃａｓｔｉｎｇ」，ＩＥＥＥＪｏｕｒｎａｌｏｎＳｅｌｅｃｔｅｄＡｒｅａｓｉｎＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，１１，Ｎｏ．１１１９〜１２５頁（１９９３年１月）に開示されているように、「タップ係数（ｔａｐｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ）」と呼ばれる複数の等化係数を用いる有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタと、トレーニングシーケンス（ｔｒａｉｎｉｎｇｓｅｑｕｅｎｃｅ）を用いることなく自己調節し得る係数更新モジュールとを含む。この係数更新モジュールは、２つのモード、即ち、ブラインドモード（ａｂｌｉｎｄｍｏｄｅ）と決定指示モード（ａｄｅｃｉｓｉｏｎｄｉｒｅｃｔｅｄｍｏｄｅ）とで動作する。ブラインドモードにおいて、等化係数は粗エラー関数に応じて、それらの初期値に粗く調節される。ここで、粗エラー関数は高次方程式で表現される、いわゆる評価関数（ｃｏｓｔｆｕｎｃｔｉｏｎ）という公知の非線形関数を用いて計算される。また、決定指示モードにおいては、等化係数は、公知の決定関数（ｄｅｃｉｓｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ）を用いて算出された決定エラー信号を用いて、それらの最適値に精密に更新される。
【０００４】
上記の等化係数に対する初期値は、評価関数の微分値が０になり、評価関数が最小値に収束するように処理を繰り返すことによって得られる。しかし、この場合、評価関数は時には、大域最小値のでなく、局所最小値に収束することになる。その結果、等化係数は、エラー関数の大域最小値に対応する初期最適値に正確に収束することが困難になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の主な目的は、係数更新処理を効果的に実行し得る改善された等化装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、テレビジョン信号受信システムに用いられ、元の信号から歪みを与えられた複数のデータサンプルを有する受信テレビジョン信号をフィルタリングして、対応する複数のフィルタリングされた出力データサンプルを有するフィルタリングされた出力信号を発生するように、１組の等化係数を有する等化器フィルタと、前記データサンプル及び前記フィルタリングされた出力データサンプルに応じて、前記等化器フィルタのための前記１組の等化係数として、１組の更新された等化係数を発生する更新回路とから構成されるテレビジョン信号等化装置であって、
前記更新回路が、
前記フィルタリングされた出力データサンプルに応じて、前記フィルタリングされた出力データサンプルと予め定められた期待値との差を表すエラー値を発生すると共に、前記エラー値の平均２乗エラー値を発生するエラー発生手段と、
前記１組の更新された等化係数を１組の前等化係数として格納すると共に、予め定められたステップ大きさを格納するメモリ手段と、
前記データサンプル、前記フィルタリングされた出力データサンプル、前記予め定められたステップ大きさ及び前記エラー値を乗算し、第１計算値を発生する第１計算手段と、
前記エラー値と、コーシー分布関数から任意に選択されたランダム値とを乗算して、第２計算値を発生する第２計算手段と、
前記平均２乗エラー値に基づいて、前記第１計算値と第１重みファクターとを乗算して、第１重みファクター計算値を発生し、前記第２計算値と第２重みファクターとを乗算して、第２重みファクター計算値を発生する重みファクター発生手段と、
前記第１重みファクター計算値及び前記第２重みファクター計算値と、前記１組の前等化係数とを加算して、前記等化器フィルタのための前記１組の等化係数として１組の更新された等化係数を発生する加算手段とを含むことを特徴とするテレビジョン信号等化装置が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００８】
図１には、本発明に基づいて、ブラインド等化ブロックを用いるＴＶ信号等化装置の概略的なブロック図が示されている。このＴＶ信号等化装置は、複数の等化係数を有する等化器フィルタ１０と、更新された係数を発生する係数更新モジュール２０とを含む。
【０００９】
伝送チャネル（図示せず）から受信されたＴＶ信号は、公知のサンプリング回路（図示せず）により複数の入力データサンプルにサンプリングされて、等化器フィルタ１０へ供給される。この等化器フィルタ１０は、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタから構成されており、入力されるデータサンプルをＴＶ信号内に含まれた複数の等化係数を用いてフィルタリングし、かつ等化して、フィルタリングされたデータサンプルを発生する。その後、このフィルタリングされたデータサンプルは、順に係数更新モジュール２０へ、またディローテータ（ｄｅｒｏｔａｔｏｒ）３０を介して次のプロセッサ、例えば、ソースデコーダ（図示せず）へ各々供給される。
【００１０】
即ち、等化器フィルタ１０は入力データサンプルｙ（ｎ）を順次、反復的にフィルタリングして、伝送チャネル上で歪みを与えられた入力データサンプルｙ（ｎ）を正すことによって、伝送前の歪みを与えられていない元のデータサンプルに近似した等化されたデータサンプルとして、フィルタリングされたデータサンプルを出力する。
【００１１】
公知のように、等化器フィルタ１０からのフィルタリングされたデータサンプルｚ（ｎ）は、次式（１）のように定義される。
【００１２】
【数３】

【００１３】
ここで、Ｗ_i（ｎ）は、目標の入力データサンプルに隣接するＭ_n個のデータサンプルに対応する１組の等化係数であり、Ｍ_nは、フィルタセルの数を表す正の整数である。
【００１４】
等化係数Ｗ（ｎ）は、有意な等化されたデータサンプルが求められるまで、係数更新モジュール２０により繰り返して更新される。これらの係数は次式（２）のように定義される。
【００１５】
【数４】

【００１６】
ここで、Δは、スケール因子を表す小さい数（例えば、２^ー10または２^ー12）であり、ｅ（ｎ）は、フィルタリングされたデータサンプルと歪みを与えられていないデータサンプルとの間の差を表すエラー関数である。
【００１７】
係数更新モジュール２０において、等化係数Ｗ（ｎ）を更新する反復処理は、最適の１組の等化係数Ｗ（ｎ）が求められるまで、また、このような最適の１組の等化係数を用いて、等化器フィルタ１０により、元のデータサンプルに近似する等化されたデータサンプルとしてのフィルタリングされたデータサンプルＺ（ｎ）が求められるまで続けて行われる。
【００１８】
前に言及したＳａｍｉｒＮ．Ｈｕｌｙａｌｋａｒらの論文に開示されているように、係数更新モジュール２０は２つのモード、即ち、ブラインドモードと決定指示モードとで作動させられ、ブラインド等化ブロック２１と、決定指示等化ブロック２２と、決定指示キャリア回復ブロック２３とからなる。ブラインドモードにおいて、ブラインド等化ブロック２１は、等化器フィルタ１０からフィルタリングされたデータサンプルを受け取って、粗初期収束を与える粗く更新された等化係数を発生し、これはマルチプレクサ（ＭＵＸ）２４を経て等化器フィルタ１０へ供給される。この等化器フィルタ１０においては、粗く更新された等化係数は等化器フィルタ１０に含まれた前等化係数を更新する。このような過程は、有意な初期収束が実現されるまで繰り返される。
【００１９】
一方、決定指示モードにおいて、決定指示等化ブロック２２は、等化器フィルタ１０からのフィルタリングされたデータサンプルと決定指示キャリア回復ブロック２３からの位相エラーＰＥとを受け取ると共に、最小２乗平均（ＬＭＳ）アルゴリズムを用いて精密に更新された係数を発生して等化係数の最適収束を実現する。また、決定指示キャリア回復ブロック２３は、決定指示モードで動作し、位相エラーＰＥを決定指示等化ブロック２２及びディローテータ３０へ各々供給して、伝送前の元のデータサンプルと対応する入力データサンプルとの間の位相偏差を最小化する。最適収束を用いる精密に更新された係数は、ＭＵＸ２４を経て等化器フィルタ１０へ供給されて、等化器フィルタ１０内の前等化係数に取って代わる。かかる過程は、有意な等化されたデータサンプルが求められるまで繰り返される。
【００２０】
このようなモード切換動作は、等化器選択論理回路２５により制御される。この等化器選択論理回路２５は、２つのモード選択信号（即ち、ブラインドモード選択信号と決定指示モード選択信号）を発生する。等化器選択論理回路２５は、ディローテータ３０を経て等化されたデータサンプルを受け取ると共に、平均２乗エラー（ＭＳＥ）の値を計算する。このＭＳＥ値は、予め定められた第１エラー値と比較される。この予め定められた第１エラー値は、ディジタル通信システムにおいてシンボル間の干渉及び雑音の量を表す、いわゆる、アイパターン（ｅｙｅｐａｔｔｅｒｎ）に基づいて決まり、アイパターンは通常のオシロスコープを用いて測定される。ＭＳＥ値が予め定められた第１エラー値より大きい場合、等化器選択論理回路２５は、ブラインドモード選択信号を発生してＭＵＸ２４を駆動させる。このようにして、ＭＵＸ２４はブラインド等化ブロック２１から供給された粗く更新された等化係数を更新された等化係数として等化器フィルタ１０へ供給することになる。
【００２１】
一方、ＭＳＥ値が予め定められた第１エラー値より小さいかまたは等しい場合、等化器選択論理回路２５は、決定指示モード選択信号を発生することになり、この信号により、ＭＵＸ２４は決定指示等化ブロック２２から供給された微細に更新された等化係数を更新された等化係数として、等化器フィルタ１０へ供給する。
【００２２】
上記の粗く更新された等化係数はエラー関数ｅ（ｎ）の代わりに、粗ＭＳＥ関数を用いて反復的に更新される。ここで、粗ＭＳＥ関数は、等化係数に対して、公知の非線形関数を表す評価関数により表現することができる。詳述すると、前に言及したＳａｍｉｒＮ．Ｈｕｌｙａｌｋｅｒらの論文に開示されているように、ブラインド等化ブロック２１はハードウェア的な負担を軽減させるために、４次方程式で表現される評価関数を有する公知の定率アルゴリズム（ｃｏｎｓｔａｎｔｍｏｄｕｌｕｓａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を用いる。この場合、粗ＭＳＥ関数を表す評価関数Ｄ⁽²⁾は、次式（３）のように定義される。
【００２３】
【数５】

【００２４】
ここで、Ｚ（ｎ）はフィルタリングされたデータサンプルであり、Ｒ₂は元のデータサンプルの型の平均半径を表す正の実定数（例えば、３２−直交振幅変調（ＱＡＭ）ベースのテレビジョンシステムの場合、Ｒ₂＝２６、１８６である）であり、Ｅは、期待値関数である。
【００２５】
従って、粗ＭＳＥ関数の最小化は、上記の式（１）で定義された等化係数Ｗ（ｎ）によって表現される評価関数Ｄ⁽²⁾を最小化することによって実現される。従って、等化係数に対して評価関数Ｄ⁽²⁾を最小化するために、公知の最急降下法（ｓｔｅｅｐｅｓｔｄｅｃｅｎｔｍｏｔｈｏｄ）によって繰り返して行われる。このようにして、粗く更新された等化係数ｗ（ｎ）は、次式（４）のように評価関数Ｄ⁽²⁾によって定義される。
【００２６】
【数６】

【００２７】
ここでδはステップ大きさパラメータである。
【００２８】
当技術分野に公知された過程によって、上記の式（４）で、評価関数Ｄ⁽²⁾を微分すると、粗く更新された等化係数ｗ（ｎ）は下記式（５）のように定義される。
【００２９】
【数７】

【００３０】
ここで、μは、ステップ大きさパラメータを表す小さい数（例えば、２^ー10または２１^ー12）である
【００３１】
上記式（４）及び式（５）から分かるように、エラー関数は、等化係数に対して４次方程式の評価関数として表現することもできる。ここで、４次方程式は、１つの大域最小値と１つの局所最小値を有する。評価関数の微分値は最急降下法を用いて、漸次減らして“０”に近くなり、よって、等化係数は、粗ＭＳＥ関数の最小値に収束することになる。しかし、この場合、等化係数は、粗ＭＳＥ関数の大域最小値の代わりに局所最小値に収束する場合がある。
【００３２】
従って、本発明の好適な実施例において、等化係数が粗ＭＳＥ関数の大域最小値に常に収束するようにするため、上記の式（５）は下記式（６）のように変形される。
【００３３】
【数８】

【００３４】
ここで、ηは、重みファクターを表す正の実定数であり、Ｃ（ｋ）は、公知のコーシー分布関数である。
【００３５】
上記式（６）から分かるように、本発明によるブラインド等化ブロック２１において、等化係数ｗ（ｎ）は、２つの項、即ち、ＣＭＡ項のμｙ（ｎ）Ｚ（ｎ）（｜Ｚ（ｎ）｜²−Ｒ₂）及びコーシー項の（｜Ｚ（ｎ）｜²−Ｒ₂）Ｃ（ｋ）を用いて調整されて、常に、粗ＭＳＥ関数の大域最小値に等化器が効果的に収束し得るようにする。これらの２つの項は、“０”にされ、等化係数が最小値に近づくが、これはそれぞれ異なる方法により行われる。公知のように、ＣＭＡ項の値はコンスタントに“０”に減少するが、コーシー項の値は、コーシー分布関数Ｃ（ｋ）に対して選択された値に応じて変動しながら増減して、一時的にエラー値が増加することができる。重みファクターの適切な選択により２つの項を組み合わせることによって、等化係数が粗ＭＳＥ関数の局所最小値に収束せず、常に大域最小値に収束し得るようにすることができる。
【００３６】
図２には上記式（６）を実現するためのブラインド等化ブロック２１の詳細なブロック図が示されている。このブラインド等化ブロック２１は、エラー発生ブロック３２と、重みファクター決定ブロック３４と、ＣＭＡ計算ブロック３６と、コーシー計算ブロック３８と、メモリ４０と、加算器４２と、係数計算ブロック４４とから構成されている。
【００３７】
フィルタリングされたデータサンプルは、順にエラー発生ブロック３２へ供給される。このエラー発生ブロック３２においては、フィルタリングされたデータサンプルとデータの型の平均半径との間の差を表す、粗エラー値とそれに対するＭＳＥ値を発生する。重みファクター決定ブロック３４は粗エラー値はを受け取って、粗エラー値により求められた粗ＭＳＥ値と予め定められた第２エラー値とを比較して、第１及び第２重みファクターを発生する。ここで、第２重みファクターは、（１ー第１重みファクター）によって決定される。予め定められた第１エラー値は、予め定められた第２エラー値より若干大きい値として決定される。第１重みファクターは、ＣＭＡ計算ブロック３６へ、第２重みファクターはコーシー計算ブロック３８へ供給される。上記の式（６）から分かるように、粗ＭＳＥ値が予め定められた第２エラー値より大きい場合、第１重みファクターは小さい値で選択され、よって、第２重みファクターが第１重みファクターより大きく設定される。
【００３８】
また、粗エラー値は、ＣＭＡ計算ブロック３６及びコーシー計算ブロック３８へ各々供給される。ＣＭＡ計算ブロック３６は、入力データサンプル、フィルタリングされたデータサンプル、粗エラー値及び第１重みファクターを受け取って、これらを乗算することによってＣＭＡ計算値を発生する。コーシー計算ブロック３８は、粗エラー値、第２重みファクター及びメモリ４０からのランダムなコーシー値を受け取って、コーシー計算値を発生する。ここで、ランダムなコーシー値はコーシー分布関数から選択され、既にメモリ４０にランダムに格納されている。
【００３９】
ＣＭＡ計算値及びコーシー計算値は、加算器４２で加算されて、加算された値を発生する。その後、この加算された値は係数計算ブロック４４へ供給される。この係数計算ブロック４４は、格納された前等化係数に加算された値を加算し、粗く更新された等化係数を発生する。係数計算ブロック４４は、粗く更新された等化係数を前記等化係数として格納する複数のメモリ領域を有するメモリが設けられている。その後、等化器フィルタの前等化係数は、ブラインドモードで粗く更新された等化係数により更新される。
【００４０】
上記において、本発明の特定の実施例について説明したが、本明細書に記載した特許請求の範囲を逸脱することなく、当業者は種々の変更を加え得ることは勿論である。
【００４１】
【発明の効果】
従って、本発明によれば、１組の等化係数を入力データサンプル及び粗エラー値を用いて反復的、かつ効果的に更新処理することによって最適の初期の１組の等化係数を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるブラインド等化ブロックが組み込まれたＴＶ信号等化装置の概略的なブロック図である。
【図２】図１に示されているブラインド等化ブロックの詳細なブロック図である。
【符号の説明】
１０等化器フィルタ
２０係数更新モジュール
２１ブラインド等化ブロック
２２決定指示等化ブロック
２３決定指示キャリア回復ブロック
２４ＭＵＸ
２５等化器選択論理回路
３２エラー発生ブロック
３４重みファクター決定ブロック
３６ＣＭＡ計算ブロック
３８コーシー計算ブロック
４０メモリ
４２加算器
４４係数計算ブロック

Claims

テレビジョン信号受信システムに用いられ、元の信号から歪みを与えられた複数のデータサンプルを有する受信テレビジョン信号をフィルタリングして、対応する複数のフィルタリングされた出力データサンプルを有するフィルタリングされた出力信号を発生するように、１組の等化係数を有する等化器フィルタと、前記データサンプル及び前記フィルタリングされた出力データサンプルに応じて、前記等化器フィルタのための前記１組の等化係数として、１組の更新された等化係数を発生する更新回路とから構成されるテレビジョン信号等化装置であって、
前記更新回路が、
前記フィルタリングされた出力データサンプルに応じて、前記フィルタリングされた出力データサンプルと予め定められた期待値との差を表すエラー値を発生すると共に、前記エラー値の平均２乗エラー値を発生するエラー発生手段と、
前記１組の更新された等化係数を１組の前等化係数として格納すると共に、予め定められたステップ大きさを格納するメモリ手段と、
前記データサンプル、前記フィルタリングされた出力データサンプル、前記予め定められたステップ大きさ及び前記エラー値を乗算し、第１計算値を発生する第１計算手段と、
前記エラー値と、コーシー分布関数から任意に選択されたランダム値とを乗算して、第２計算値を発生する第２計算手段と、
前記平均２乗エラー値に基づいて、前記第１計算値と第１重みファクターとを乗算して、第１重みファクター計算値を発生し、前記第２計算値と第２重みファクターとを乗算して、第２重みファクター計算値を発生する重みファクター発生手段と、
前記第１重みファクター計算値及び前記第２重みファクター計算値と、前記１組の前等化係数とを加算して、前記等化器フィルタのための前記１組の等化係数として１組の更新された等化係数を発生する加算手段とを含むことを特徴とするテレビジョン信号等化装置。
前記第２計算手段が、前記コーシー分布関数を構成する複数のランダム値を格納するメモリを有することを特徴とする請求項１に記載のテレビジョン信号等化装置。
ｅ（ｎ）を、エラー値とし、
Ｚ（ｎ）を、前記フィルタリングされた出力データサンプルとし、
Ｒ₂を、データサンプルの型の平均半径を表す正の実定数としたとき、
前記エラー値が、式

のように定義されることを特徴とする請求項２に記載のテレビジョン信号等化装置。
Ｗ（ｎ＋１）を、前記更新された等化係数とし、
ηを、第１重みファクター係数を表す正の実定数とし、
（１ーη）を、第２重みファクターとし、
μを、前記予め定められたステップ大きさを表す数とし、
ｙ（ｎ）を、前記データサンプルとし、
ｗ（ｎ）を、前等化係数とし、
Ｃ（ｋ）を、前記コーシー分布関数から選択された前記ランダム値としたとき、
前記更新された等化係数が、式

のように定義されることを特徴とする請求項３に記載のテレビジョン信号等化装置。