TWI495304B - 根據估計頻道脈衝響應的等化器分接頭初始化技術 - Google Patents

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Description

根據估計頻道脈衝響應的等化器分接頭初始化技術 發明背景
所請發明的實施大致可與數位通訊系統中的等化器領域有關，更加特別地，與初始化這種等化器之技術有關。
等化器被用在數位通訊系統中，用以移除在接收信號中由傳輸頻道所產生的失真。這些等化器在數位通訊系統中，特別是在無線電多路徑常常發生的無線通訊環境中具有重要的功能。在ATSC(高階電視系統委員會)數位廣播電視系統中，例如一8-VSB信號經由一傳統6-MHz帶寬的TV頻道被傳送，其中符碼率在10.76MHz。因為多路徑傳播，在一接收器(例如電視機)已接收的信號將是經由不同路徑被傳遞且具有不同到達時間和相位之被傳送8-VSB無窮副本的組合。當這些信號副本傳播距離的差值大於30米時，這種現象是很常見的，已接收的信號由於符碼間干擾而失真。實際上，TV信號傳播距離的差值可達到數千米。
因此，在ATSC電視機中的等化器通常具有上百個分接頭且發揮著最重要的作用。許多等化器策略已被應用到市場上的ATSC電視機產品。在它們中間決策回饋等化器是一種普遍的選擇。該決策回饋等化器通常包括一前饋FIR濾波器以及一回饋FIR濾波器。這些濾波器的係數根據等化器輸出信號的誤差量值被更新，以及適應傳輸頻道中的變化。該誤差量值可基於一已知輸出信號(訓練模式)，或一些統計 特性(盲模式)，或一估計信號(決策模式)。在特徵化正常等化器操作的係數適應之前，等化器係數被初始化為合適的值。
典型地，等化器係數的初始值自一估計頻道被決定，該估計頻道的脈衝響應透過交互相關一已知訓練信號與已接收的信號被計算。已經提出若干用於透過使用估計頻道產生等化器初始係數的方法(例如，在US2003/0185295,US02004/179483,US2005/0169361,US2005/0254570等中的那些)。根據所使用的等化器結構，這些方法將等化器計算結果轉換成一最佳化問題，然後透過一些諸如MMSE的方法解決該最佳化問題。由於該最佳化問題的計算複雜性，可能涉及大量的向量及矩陣加法與乘法。
如果初始化計算結果被軟體執行，則需要一功能強大的CPU及一大容量記憶體。如果其被硬體執行，則可對初始化計算結果實施專用電路。假設對於設定等化器係數而言，等化器係數初始化僅被實現一次，則可能期望更小的用於等化器初始化的電路。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種等化器，其包含：一頻道估計器，用以基於一已接收信號估計一傳輸頻道的一脈衝響應；用以產生一參考信號的一訓練信號產生器，該產生器包括：基於來自該頻道估計器之該脈衝響應的一模擬傳輸頻道，用以基於該參考信號的一輸入來輸出一訓練信號；以及一可調整等化器部分，用以基於來自 該訓練信號產生器的該參考信號以及該訓練信號將等化器係數初始化。
依據本發明之另一實施例，係特地提出一種將等化器之分接頭係數初始化的方法，其包含以下步驟：基於一已接收信號的一已知部分估計該已接收信號穿行經過之一頻道的脈衝響應係數；將該等脈衝響應係數載入到一頻道濾波器中；產生一參考信號；經由該頻道濾波器傳遞該參考信號以構建一訓練信號；以及基於來自該頻道濾波器的該訓練信號以及該參考信號的一經延遲版本調整該等化器的分接頭係數。
依據本發明之又一實施例，係特地提出一種等化器，其包含：一頻道估計器，用以基於一已接收信號估計一傳輸頻道的一脈衝響應；一頻道濾波器，連接到該頻道估計器以接收與該脈衝響應相對應的濾波器係數；一參考信號產生器，用以將一參考信號輸入到該頻道濾波器；一延遲緩衝器，連接到該參考信號產生器以產生一經延遲參考信號；一前饋等化器，耦接到該頻道濾波器以接收一訓練信號以及輸出一前饋信號；一回饋等化器，耦接到該延遲緩衝器以接收該經延遲參考信號以及輸出一回饋信號；以及用以基於該前饋信號、該回饋信號以及該經延遲參考信號調整該前饋等化器以及在該回饋等化器中的係數的電路。
圖式簡單說明
被併入本說明書並構成其一部分的所附圖式說明符合本發明之原理的一個或更多實施，以及連同本描述解釋這 些實施。該等圖式未必按比例繪製，而是把重點放在說明本發明的原理上。在該等圖式中：第1圖是一等化器的一方塊圖；第2圖是在第1圖之等化器中的訓練信號產生器之另一實施的一方塊圖；以及第3圖是說明初始化一等化器分接頭值之程序的一流程圖。
 較佳實施例之詳細說明
以下詳細描述參考該等所附圖式。同一參考数字可被用在不同的圖式中來識別相同或相似的元件。在接下來的描述中，為了達到解釋而非限制的目的，諸如特定結構、架構、介面、技術等的特定細節被提出，以提供對所請發明之各個層面的一個完全的理解。然而，對在本技術領域的那些具有本揭露之利益的通常知識者而言將變得顯然的是，本發明所申請專利範圍的各個層面可在脫離這些特定細節的其他例子中被實施。在某些情況下，所熟知的裝置、電路以及方法的描述被省略，以免不必要的細節混淆本發明的描述。
於此所述的等化器及程序可透過使用等化器本身的計算能力初始化等化器係數。為了實現這一目的，等化器可透過產生一參考信號及一相對應的“已接收”的信號被訓練，該“已接收”的信號被等化器的剩餘部分視為以參考信號作為其輸入之頻道的輸出。一旦該訓練被完成，等化器 在本質上被自初始化為一合適的初始分接頭係數集。
第1圖是一等化器100的一方塊圖。等化器100可存在於諸如解調器等的一個較大的數位通訊系統中。等化器100可包括一頻道估計器110、一訓練信號產生器120、一包含，例如，一前饋等化器(FFE)130及一決策回饋等化器(DFE)140之一可調整等化器部分，以及兩個開關W1和W2。等化器100也可包括其他元件，以這些等化器，諸如加法器、一截剪器、一Trellis解碼器等為典型。儘管該等元件被呈現在第1圖中，然而它們也具有將被在該等化器技術領域的那些通常知識者所理解的已知功能。
頻道估計器110可被配置接收信號y(n)，以及對y(n)穿行經過的頻道產生一脈衝響應。該頻道脈衝響應可透過一交互相關方法或一段同步方法被估計器110計算，例如在於此併入參考的US專利申請案11/763,651(於2007年6月15日提出申請)(代理人案號P25513)中所揭露。然而，頻道估計器110可使用任何的用於估計y(n)經由其被接收之頻道之脈衝響應的方案，其包括檢查在已接收的信號y(n)中的已知同步信號(例如欄同步和/或段同步)的方案。一旦估計器110已估計出頻道脈衝響應，則其可將相對應的係數輸出到訓練信號產生器120。
在一些實施中，訓練信號產生器120可包括一頻道濾波器122、一參考信號產生器124，以及一延遲緩衝器126。在一些實施中，頻道濾波器122可以是一正常有限脈衝響應(FIR)濾波器。其係數可以是自頻道估計器110被獲得的頻道脈衝響應的那些。
為了執行等化器100的訓練，由產生器124產生的參考信號d(i)應是白色，且其頻譜應是平坦的。具有一平坦頻譜的任何信號可被用作參考信號d(i)。在於第1圖中所示的實施中，在一ATSC數位電視系統中被使用的PN511順序產生器可被用來產生該參考信號d(i)、被定義為具有預載“010000000”之x9 +x7 +x6 +x4 +x3 +x+1的一偽隨機數(PN)流。在一些實施中，PN產生器124可輸出一符碼值為5或-5的BPSK(二進制相移鍵控)信號。
頻道濾波器122可從產生器124接收參考信號d(i)，以及可輸出一已接收的偽訓練信號z(n)。使被頻道估計器估計的頻道脈衝響應是ck ，其中k=-L1 ,...,-1,0,1,...,L2 ，其中c-L1 ≠0，以及c-L2 ≠0。L1 和L2 是代表在頻道中存在的前回音和後回音之數目的兩個正整數。由PN產生器124所產生的BPSK參考信號可被表示為d(i)。從而由頻道濾波器122輸出的訓練信號z(n)可用公式表示為：
由於存在FFE 130，參考信號d(i)的一被延遲版本d(n)可被緩衝器126產生。如果FFE 130的延遲被設計為，例如M，則緩衝器的長度應為L1 +M，以將頻道係數c0 錨定到FFE 130的主分接頭。
FFE 130和DFE 140代表這種類似的具有分接頭及相對應的分接頭係數之組態的等化器。根據等化器100的設計規格，FFE 130和DFE 140的係數更新可透過一LMS(最小均方) 演算法或透過一RLS(遞延最小平方)演算法被執行。FFE 130可自頻道濾波器122接收訓練信號z(n)的輸入，而DFE 140可自延遲緩衝器126接收延遲參考信號d(n)的輸入。
等於等化器輸出r(n)減去延遲參考信號d(n)的誤差信號被用來更新FFE 130和DFE 140的係數。當FFE 130和DFE 140之等化器係數的更新程序收斂或者當誤差信號的能量少於一些預設臨界值的時候，等化器130/140以及頻道濾波器122的捲積組合將是具有一些延遲的一全通濾波器。因為頻道濾波器122是已接收信號之傳播頻道的估計，因此等化器100在收斂後等化傳播頻道。以這種方式，被訓練信號產生器120輸出的訓練信號z(n)以及延遲參考信號d(n)可初始化等化器100的係數(特別是FFE 130和DFE 140的等化器係數)。
因為等化器100具有一決策回饋部分(例如DFE 140)，所以其使用前面的符號移除後回音。收斂後，等化器100中的開關W1和W2可(在初始化期間自位置1)被可靠地切換到位置2，用於已接收信號的“正常”等化。這種從初始化到正常操作之模式的切換可在，例如已接收信號y(n)的欄同步期間且已知是在接收器端被執行。
儘管第1圖中的訓練信號產生器120的實施是一功能設計，但是其他的實施也是可能的。頻道濾波器122的長度通常等於估計頻道的長度，其可達到上百個分接頭。然而，由於其弱振幅，這些頻道分接頭中的大部分可被忽略。剩餘的分接頭可成組地發生。因此，透過考慮ATSC電視信號傳播頻道的這些特性，在第1圖中的信號產生器120中用於 初始化的額外電路可在一些實施中被改變。
可具有合理準確性地假設估計頻道可被分成(N+1)段，每一段包括多達(L+1)個非零分接頭。因此，頻道FIR濾波器122可被(N+1)個更小的FIR濾波器取代。從而頻道FIR的輸出可被表示為：
其中任一有效頻道係數屬於集合中的一個，n=0,1,...,N。
第2圖是根據如此一個被改變設計之等化器100中的訓練信號產生器120的另外一種實施的一方塊圖。訓練信號產生器120可包括一PN產生器210、N+1個小FIR濾波器230-0，...，230-N(全體為“濾波器230”)，N+1個PN產生器220-0，...，220-N(全體為“濾波器220”)，以及一組合器240。參考第2圖，頻道濾波器的分接頭的總數減小到(N+1)*(L+1)。N和L的一個示範值組是N=7，L=9。
每一個小FIR濾波器230具有一相關PN順序產生器220。這些產生器220具有相同的邏輯，並且基於在相關小FIR濾波器中所使用的頻道分接頭的位置被仔細地重設。更確切地說，“重設一PN產生器”可被定義為在一給定時間“預載一初始值到PN產生器中的暫存器”。
作為一個例子，如果PN產生器210和220使用ATSC中的PN511邏輯，則預載值是“010000000”。與頻道係數相關的PN產生器的重設信號的出現可被表示 為時間原點(time origin)。在這種約定下，如果頻道脈衝響應係數[c i ,...,c i +L -1 ]被施加到小FIR濾波器#n(例如濾波器230-n，其中n在1與N之間)，則PN產生器#n(例如產生器220-n)的重設信號#n應較時間原點滯後(L+i)個符碼時鐘。PN產生器對參考信號d(n)的重設信號應較時間原點滯後(L1 +M)個符碼時鐘。
在第2圖中的計時信號產生器120可以這種方式產生用於在初始化FFE 130及DFE 140之分接頭值中使用的訓練信號z(n)以及延遲參考信號d(n)。
第3圖是說明初始化一等化器之分接頭值程序300的一流程圖。儘管程序300可參考等化器100被解釋，但是其可透過提供以下所述被執行之動作的不同裝置被執行。程序300可以頻道估計器110使用已接收的經由頻道穿行的一信號y(n)估計該頻道的脈衝響應開始[動作310]。脈衝響應可哥自其被估計的已知信號的例子可包括在一已接收的ATSC廣播y(n)中的欄同步信號和/或段同步信號。頻道的脈衝響應可被估計器110估計，透過使用交互相關技術或用於從已接收的信號特徵化脈衝響應之任何其他合適的技術，其中被傳送信號已知的。
處理可能以估計器110將脈衝響應的係數載入到一頻道濾波器122(或第2圖中相對應的濾波器230))中繼續[動作320]。該頻道濾波器122/230可以，例如，是一多分接頭FIR濾波器，一旦載入(被估計的))脈衝響應係數其即模仿已接收的信號y(n)穿行經過之頻道的行為。
訓練信號產生器120可透過產生和經由頻道濾波器122/230傳遞一參考信號d(i)構建一訓練信號z(n)[動作330]。該訓練信號z(n)相當於一局部被產生的“已接收”的信號，該信號在參考信號d(i)經由脈衝響應在動作310中被估計之頻道被傳送後與該參考信號d(i)相對應。
接下來，該訓練信號z(n)以及參考信號d(i)的一被延遲版本可被輸入到等化器100的合適部分，以訓練在這些部分中的係數以等化頻道濾波器122[動作340]。在一些實施中，訓練信號z(n)可被輸入到一回饋部分FFE130，而延遲參考信號d(n)可被輸入到一回饋部分DFE 140。FFE 130和DFE 140可根據從其接頭輸出(joint output)r(n)減去延遲參考信號d(n)產生的一誤差信號調整其分接頭係數。該訓練信號z(n)以及延遲參考信號d(n)可直到等化器130和140收斂後和/或直到誤差信號的能量下降到一預定臨界值後才被施加，或許是在已接收信號y(n)中的一同步週期內。
當動作340中的訓練被認為透過一合適準則完成時，訓練可藉由開關W1和W2的切換以自等化器100移除訓練信號產生器120而終止。當這發生時，在FFE 130和DFE 140中存在的係數是等化器100的初始化值[動作350]。藉由程序300，等化器100已使用由一內部、頻道模擬濾波器122/230產生的一在內部被產生的訓練信號z(n)自產生或瞭解其初始化係數。
上述方案和/或系統可透過使用等化器自己的適應能力有利地計算等化器100的初始系數值。其首先使用被嵌入 在該已接收的信號y(n)中的一已知信號估計頻道脈衝響應。然後產生器120構建一訓練信號z(n)，以透過經由一估計頻道(例如濾波器122)傳遞一被產生的參考信號d(i)訓練等化器100。
一或更多實施的以上描述提供說明和描述，而不意欲是徹底詳盡的或將本發明的範圍限制於所揭露的確切形式。鑒於以上教示的修改和改變是可能的，或者修改和改變可從本發明之各種實施的實施中獲得。
例如，等化器100的實施細節可在不脫離等化器之頻道估計和自初始化性質的前提下被修改。
沒有在本申請案之描述中被使用的元件、動作或指令應被視為對於本發明而言是至關重要的或必不可少的，除非如此明確描述。同樣地，如於此所使用的冠詞“a”意欲包括一個或更多項目。對該所請發明之上述實施在實質上不脫離本發明之精神和原理之前提下的改變和修改可被實現。所有這些修改和改變意欲被包括在這裡，在本揭露的範圍內且受到以下申請專利範圍的保護。
100‧‧‧等化器
110‧‧‧頻道估計器
120‧‧‧訓練信號產生器
122‧‧‧頻道濾波器
124‧‧‧參考信號產生器
126‧‧‧延遲緩衝器
130‧‧‧前饋等化器
140‧‧‧決策回饋等化器
210‧‧‧偽隨機數(PN)產生器
220-0~220-N‧‧‧偽隨機數
230-0~230-N‧‧‧有限脈衝響
240‧‧‧組合器
300‧‧‧程序
310~350‧‧‧動作
PN‧‧‧產生器
第1圖是一等化器的一方塊圖；第2圖是在第1圖之等化器中的訓練信號產生器之另一實施的一方塊圖；以及第3圖是說明初始化一等化器分接頭值之程序的一流程圖。
300‧‧‧程序
310~350‧‧‧動作

Claims (12)

  1. 一種等化器，其包含：一頻道估計器，用以基於一已接收信號來估計一傳輸頻道的一脈衝響應；以及用以產生一參考信號的一訓練信號產生器，該產生器包括多數個參考信號產生器，其等係各自耦接至一各別的頻道濾波器；以及一可調整等化器部分，該可調整等化器部分係用以基於來自該訓練信號產生器的該參考信號與一訓練信號來將等化器係數初始化。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之等化器，其中該頻道估計器係被配置以基於該已接收信號中的一欄同步信號或一段同步信號來估計該脈衝響應。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之等化器，其中該訓練信號產生器包括：用以產生該參考信號的一偽隨機信號產生器。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之等化器，其中該傳輸頻道包括具有與來自該頻道估計器之該脈衝響應相對應的分接頭係數的一有限脈衝響應濾波器。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之等化器，其中該可調整等化器部分包括：一前饋等化器，用以接收該訓練信號以及輸出一第一輸出信號，一決策回饋等化器，用以接收該參考信號的一經延 遲版本以及輸出一第二輸出信號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之等化器，其中該可調整等化器部分進一步包括：至少一組合器，用以組合該第一輸出信號、該第二輸出信號以及該參考信號的該經延遲版本以產生一誤差信號，其中該前饋等化器的係數以及該決策回饋等化器的係數係基於該誤差信號而被調整。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之等化器，其進一步包含：至少一個開關，用以在該可調整等化器部分的該等等化器係數已被初始化時，斷開該訓練信號產生器與該可調整等化器部分的連接。
  8. 一種將等化器係數初始化的方法，其包含以下步驟：使用一已接收信號來估計頻道脈衝響應；將頻道係數載入一頻道濾波器中；藉由傳遞一參考信號通過該頻道濾波器來構建一訓練信號；以及使用一訓練信號產生器而以該訓練信號及一延遲參考信號來訓練一等化器，該訓練信號產生器包括多數個參考信號產生器，其等係各自耦接至一各別的頻道濾波器以及一可調整等化器部分，該可調整等化器部分係用以基於來自該訓練信號產生器的該參考信號與該訓練信號來將等化器係數初始化。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該估計步驟包 括：基於該已接收信號中的一欄同步信號或一段同步信號估計該頻道的脈衝響應係數。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其進一步包括：產生統計上是白色的一偽隨機參考信號。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其進一步包括：基於一誤差信號調整該等化器的分接頭係數，其中該誤差信號是該等化器之輸出與該參考信號之經延遲版本的差。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其進一步包含以下步驟：當該等化器的分接頭係數收斂時透過切斷該頻道濾波器與該等化器的連接來使該等化器的該等分接頭係數初始化。
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