專利名稱：在數(shù)字通信中使用回波抵消參考信號(hào)進(jìn)行回波抵消的方法和設(shè)備的制作方法
通信工程必須不斷地應(yīng)付恢復(fù)已由信號(hào)傳輸所經(jīng)過(guò)的通信路徑改變的信號(hào)的問(wèn)題。如果通信路徑被完全地表征，至少是關(guān)于那些對(duì)信號(hào)改變起作用的參量被表征，則常常能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)恢復(fù)。因此，信號(hào)恢復(fù)問(wèn)題的一個(gè)經(jīng)常必要的部分是，標(biāo)識(shí)通信路徑或信道的特征。
信道識(shí)別問(wèn)題的一個(gè)解決方法是在信道上發(fā)送具有已知特征的抵消參考信號(hào)，以及在該發(fā)送的信號(hào)已經(jīng)傳送通過(guò)該信道后接收該信號(hào)。把原先發(fā)送的信號(hào)與接收的信號(hào)進(jìn)行比較，以及根據(jù)比較結(jié)果，產(chǎn)生信道特征的模型。對(duì)于校正回波干擾有用的一種抵消參考信號(hào)被稱為回波抵消參考(“ECR”)信號(hào)。也被稱為多徑或色散干擾的回波干擾會(huì)影響模擬和數(shù)字通信信號(hào)。在1992年6月9日發(fā)布的、授權(quán)給David Koo的美國(guó)專利號(hào)No.5,121,211中描述了在模擬電視接收機(jī)中用于改進(jìn)的回波抵消的系統(tǒng)和ECR的示例。在1994年1月11日發(fā)布的、授權(quán)給CraigB.Greenberg的美國(guó)專利號(hào)No.5,278,872中；和在1995年3月7日發(fā)布的、授權(quán)給Craig B.Greenberg的美國(guó)專利號(hào)No.5,396,299中描述了適用于電視接收的、用于回波抵消的另一個(gè)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)。ECR也由美國(guó)的先進(jìn)電視系統(tǒng)委員會(huì)(“ATSC”)規(guī)定，并在以下的文件中描述先進(jìn)電視系統(tǒng)委員會(huì)，標(biāo)準(zhǔn)A/49用于NTSC的重影抵消參考信號(hào)，1992年8月4日批準(zhǔn)以及1993年5月13日修正。
現(xiàn)在在美國(guó)已規(guī)定了數(shù)字先進(jìn)電視系統(tǒng)(“ATV”)。數(shù)字ATV的特征在先進(jìn)電視系統(tǒng)委員會(huì)(“ATSC”)的各種標(biāo)準(zhǔn)中被用文件規(guī)定以及是由ATSC(1750 K Street N.W.，Suite 1200 Washington，DC 20006)可提供的?；旧?，數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)描述了一種被設(shè)計(jì)來(lái)在單個(gè)6MHz頻道上發(fā)送高質(zhì)量視頻和音頻以及輔助數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠在6MHz地面廣播信道上可靠地傳遞約19Mbps的吞吐量和在6MHz有線電視信道上可靠地傳遞約38Mbps的吞吐量。雖然在數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)中描述的RF/傳輸子系統(tǒng)被專門設(shè)計(jì)用于地面和電纜應(yīng)用，但目的是使視頻、音頻、和業(yè)務(wù)復(fù)接/輸送子系統(tǒng)在其他應(yīng)用中是有用的。有關(guān)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)的更一般信息在以下的初版物中給出先進(jìn)電視系統(tǒng)委員會(huì)，標(biāo)準(zhǔn)A/54ATSC數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)的使用指南，1995年10月4日。
數(shù)字ATV的一個(gè)部分被稱為“RF/傳輸”，它涉及信道編碼和調(diào)制。信道編碼器取得數(shù)據(jù)比特流，并且加上可被接收機(jī)使用來(lái)從接收信號(hào)重建數(shù)據(jù)的附加信息，該接收信號(hào)由于傳輸損害而不能精確地代表發(fā)送的信號(hào)。調(diào)制(或物理層)使用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流信息來(lái)調(diào)制發(fā)送的信號(hào)。一種調(diào)制子系統(tǒng)模式是地面廣播模式，也稱為“8 VSB”，它使用具有8個(gè)離散的振幅電平的殘余邊帶調(diào)制。
正如在上述的標(biāo)準(zhǔn)A/54中更全面地描述的，VSB信號(hào)包含這樣的特性它允許設(shè)計(jì)接收機(jī)去執(zhí)行獲取和鎖定到該發(fā)送的信號(hào)的功能。對(duì)于信道頻率響應(yīng)和回波的信號(hào)均衡使用訓(xùn)練信號(hào)，以及這通過(guò)把特定的特性包括在數(shù)據(jù)字段同步中而容易實(shí)現(xiàn)。通過(guò)提供手段去首先獲取和同步到VSB信號(hào)，具體地通過(guò)分段同步，而更可靠地利用這些特性。數(shù)據(jù)字段同步然后可被使用來(lái)標(biāo)識(shí)自身和進(jìn)一步執(zhí)行線性傳輸失真的均衡。VSB信號(hào)也可通過(guò)不使用數(shù)據(jù)字段同步的基于數(shù)據(jù)的或盲均衡方法被均衡。盲均衡方法在上述的標(biāo)準(zhǔn)A/54中更全面地被描述。
標(biāo)準(zhǔn)VSB接收機(jī)顯示于

圖1，它包括調(diào)諧器1，IF濾波器和同步檢測(cè)器3，同步和定時(shí)電路5，NTSC抑制濾波器7，對(duì)信道頻率響應(yīng)和回波進(jìn)行信號(hào)均衡的均衡器9，相位跟蹤器11，網(wǎng)格譯碼器13，數(shù)據(jù)解交織器15，Reed-Solomon(里德-所羅門)譯碼器17，以及數(shù)據(jù)解隨機(jī)化器19。標(biāo)準(zhǔn)VSB接收機(jī)也是從各個(gè)制造商可提供的，包括從PhilipsSemiconductors，Philips Electronics N.V.，811 East Arques Avenue，Sunnyvale，California，94088-3409可提供的IEEE 1394/Devices BayATSC DTV接收機(jī)參考設(shè)計(jì)方案(并入Philips的型號(hào)TDA8960解調(diào)器/譯碼器單芯片部件)。
盡管今天數(shù)字電信中有了重大的進(jìn)展，但回波干擾仍舊是通信鏈路內(nèi)最有破壞性的失真之一。強(qiáng)的回波干擾會(huì)使數(shù)字通信鏈路一起崩潰。數(shù)字通信鏈路的崩潰是由于被稱為符號(hào)間干擾(“ISI”)的中間的失真情形而引起，它是由回波條件和發(fā)送的數(shù)據(jù)本身之間的交互作用造成的。
減小回波干擾影響的各種建議和方法是已知的，或者在今天已經(jīng)在實(shí)踐中，它們使用的均衡器其加權(quán)主要來(lái)源于適配且主要是根據(jù)從多徑或色散的通信信道得到的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)信息。這些建議和方法中的某些建議和方法在以下的論文中描述David Koo，“Ghost Cancellation with ITUSystem-C Standard Ghost Cancellation Reference Signal(用ITU系統(tǒng)-C標(biāo)準(zhǔn)重影抵消參考信號(hào)的重影抵消)”，Journal of the Societyof Motion Picture and Television Engineers，June1995，pp.370-376。無(wú)論如何，當(dāng)前的ATSC 8 VSB數(shù)字ATV系統(tǒng)仍舊很容易受到回波干擾的影響，即使它是不受噪聲限制的。所以，希望改進(jìn)在存在回波時(shí)的ATSC 8 VSB數(shù)字ATV系統(tǒng)以及其他類似的數(shù)字通信系統(tǒng)的性能，而同時(shí)保持它們?cè)诎自肼暛h(huán)境下的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是均衡器，包括提取電路，用于從通過(guò)傳輸路徑發(fā)送的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流中提取回波抵消參考信號(hào)的副本；被耦合到提取電路的微處理器，用于從回波抵消參考信號(hào)的已提取副本來(lái)計(jì)算濾波器系數(shù)；以及濾波器，在它的輸入端接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流，以及被耦合到微處理器，用于接收濾波器系數(shù)和通過(guò)使用濾波器系數(shù)而基本上抵消數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流中的回波干擾?；夭ǖ窒麉⒖夹盘?hào)是非周期的，在傳輸路徑內(nèi)具有基本上平坦的頻率響應(yīng)，在一個(gè)時(shí)間間隔上具有很多個(gè)振幅峰值，以及具有相對(duì)于很多個(gè)振幅峰值的成比例的較短尾部。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是用于基本上消除在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流傳輸期間出現(xiàn)的回波的設(shè)備，該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流包括通過(guò)傳輸路徑的多個(gè)場(chǎng)同步、接連的場(chǎng)同步之間的多個(gè)符號(hào)空間的分段，以及在該場(chǎng)同步之間的多個(gè)回波抵消參考信號(hào)。該設(shè)備包括用于接收傳輸后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的裝置；用于從接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流中提取回波抵消參考信號(hào)的副本的裝置；用于從回波抵消參考信號(hào)的已提取副本計(jì)算濾波器系數(shù)的裝置；以及用于通過(guò)使用濾波器系數(shù)基本上從接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流中抵消回波干擾的裝置?；夭ǖ窒麉⒖夹盘?hào)是非周期的，在傳輸路徑的帶寬內(nèi)具有基本上平坦的頻率響應(yīng)，在一個(gè)時(shí)間間隔上具有很多個(gè)振幅峰值，以及具有相對(duì)于很多個(gè)振幅峰值的成比例的較短尾部。
本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例是用于在傳輸?shù)浇邮諜C(jī)之前修正ATSC VSS數(shù)據(jù)流以便支持接收機(jī)中的增強(qiáng)的回波抵消能力的設(shè)備，ATSC VSB數(shù)據(jù)流包括多個(gè)場(chǎng)同步和在接連的場(chǎng)同步之間的多個(gè)符號(hào)空間的分段，該設(shè)備包括用于把多個(gè)回波抵消參考信號(hào)插入在場(chǎng)同步之間的裝置，回波抵消參考信號(hào)是基本上由下式定義的一類信號(hào)f(t)=12π∫0Ω[Acos(bω2)+jAsin(bω2)]ejωtdω]]>+12π∫-Ω0[Acos(-bω2)+jAsin(-bω2)]ejωtdω]]>其中A，b和Ω是實(shí)數(shù)。
本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例是用于基本上消除在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流傳輸期間出現(xiàn)的回波的方法，該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流包括傳輸路徑上的多個(gè)場(chǎng)同步、在接連的場(chǎng)同步之間的多個(gè)符號(hào)空間的分段，以及場(chǎng)同步之間的多個(gè)回波抵消參考信號(hào)。該方法包括接收傳輸后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流；從接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流中提取該回波抵消參考信號(hào)的副本；從回波抵消參考信號(hào)的已提取副本計(jì)算濾波器系數(shù)；以及通過(guò)使用該濾波器系數(shù)而基本上從接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流中抵消回波干擾。該回波抵消參考信號(hào)是非周期的，在傳輸路徑的帶寬內(nèi)具有基本上平坦的頻率響應(yīng)，在一個(gè)時(shí)間間隔上具有很多個(gè)振幅峰值，以及具有相對(duì)于很多個(gè)振幅峰值的成比例的較短尾部。
本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例是用于在傳輸?shù)浇邮諜C(jī)之前修正ATSC VSB數(shù)據(jù)流以便支持該接收機(jī)中增強(qiáng)的回波抵消能力的方法，該ATSC VSB數(shù)據(jù)流包括多個(gè)場(chǎng)同步和在接連的場(chǎng)同步之間的多個(gè)符號(hào)空間的分段，該方法包括把多個(gè)回波抵消參考信號(hào)插入到場(chǎng)同步之間，該回波抵消參考信號(hào)基本上有由下式定義的一種信號(hào)f(t)=12π∫0Ω[Acos(bω2)+jAsin(bω2)]ejωtdω]]>+12π∫-Ω0[Acos(-bω2)+jAsin(-bω2)]ejωtdω]]>其中A，b和Ω是實(shí)數(shù)。
圖1是傳統(tǒng)的VSB接收機(jī)的方框圖。
圖2是并入在均衡后去除ECR信號(hào)的預(yù)均衡子系統(tǒng)的數(shù)字ATV系統(tǒng)的方框圖。
圖3是用于圖2的數(shù)字ATV系統(tǒng)的ATSC數(shù)據(jù)流的示意圖，它包含在各種位置處的回波抵消參考信號(hào)。
圖4是并入在均衡后不去除ECR信號(hào)的預(yù)均衡子系統(tǒng)的數(shù)字ATV系統(tǒng)的方框圖。
圖5是用于圖4的數(shù)字ATV系統(tǒng)的ATSC數(shù)據(jù)流的示意圖，它包含在各種位置處的回波抵消參考信號(hào)。
圖6是適用于圖2和4的數(shù)字ATV系統(tǒng)的均衡器的方框圖。
圖7是適用于圖3和5的ATSC數(shù)據(jù)流的一類回波抵消參考信號(hào)的信號(hào)函數(shù)的示意性波形。
圖8是適用于圖3和5的ATSC數(shù)據(jù)流的一類回波抵消參考信號(hào)的平坦頻譜圖的示意波形。
一種新穎的回波抵消參考(“ECR”)訓(xùn)練信號(hào)被插入到當(dāng)前的ATSC8 VSB數(shù)據(jù)流中，以便達(dá)到改進(jìn)的回波抑制，而同時(shí)保持與ATSC 8 VSB數(shù)字ATV標(biāo)準(zhǔn)的兼容性。該新穎的ECR訓(xùn)練信號(hào)也適用于其他多徑或色散的數(shù)字通信信道。預(yù)均衡子系統(tǒng)被包括在數(shù)字ATV系統(tǒng)中作為VSB接收機(jī)的前端，以及優(yōu)選地用該新穎的ECR訓(xùn)練信號(hào)進(jìn)行訓(xùn)練。一種類型的預(yù)均衡子系統(tǒng)在它的輸出端提供完全遵從ATSC的信號(hào)，所以，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)VSB接收機(jī)是特別有用的。另一種類型的預(yù)均衡系統(tǒng)在它的輸出端提供一種信號(hào)，它在某些方面是遵從ATSC的，但它保持ECR信號(hào)，所以，對(duì)于信號(hào)中繼、分析用途和其中剩余信道信息是重要的其他應(yīng)用是特別有用的。結(jié)果是在存在回波時(shí)有數(shù)字ATV系統(tǒng)的改進(jìn)的性能，而同時(shí)保持它在白噪聲環(huán)境下的優(yōu)點(diǎn)。改進(jìn)的數(shù)字ATV系統(tǒng)預(yù)期能夠克服在+80μs的范圍內(nèi)和-10dBc的回波。
圖2上顯示一個(gè)數(shù)字ATV系統(tǒng)20的例子，它并入了一個(gè)在其輸出端處產(chǎn)生完全遵從ATSC信號(hào)的預(yù)均衡子系統(tǒng)。數(shù)字ATV系統(tǒng)20的改進(jìn)的性能是以傳輸比特速率從10.76Msamples/s到10.98Msamples/s的某些增加為代價(jià)的。數(shù)字ATV系統(tǒng)20包括標(biāo)準(zhǔn)VSB接收機(jī)40，諸如圖1顯示的VSB接收機(jī)。另外，預(yù)均衡子系統(tǒng)30中的最前面的均衡器32被放置在VSB接收機(jī)40的前面。包含適當(dāng)?shù)腅CR信號(hào)的ATSC數(shù)據(jù)流被輸入到最前面的均衡器32，而不是VSB接收機(jī)40。最前面的均衡器32優(yōu)選地具有相當(dāng)大的時(shí)間間隔，以便完全地覆蓋全部回波范圍。各種適配/初始化方案對(duì)于訓(xùn)練均衡器32是有用的，包括諸如相關(guān)和精確的信道模型估值那樣的熟知的方案。
最前面的均衡器32優(yōu)選地對(duì)于新穎的ECR信號(hào)進(jìn)行訓(xùn)練，這樣，最前面的均衡器32的輸出是回波被基本上去除的、接近干凈(clean)的信號(hào)。附加的ECR信號(hào)通過(guò)使用熟知的技術(shù)在最前面的均衡器32之后的臨時(shí)存儲(chǔ)器內(nèi)從該數(shù)據(jù)流中被去除，這樣，最后得到的信號(hào)成為遵從ATSC的信號(hào)。圖2顯示用于這個(gè)用途的FIF0寄存器34，雖然許多其他類型的存儲(chǔ)器也是適用的。這個(gè)得到的信號(hào)在FIF0寄存器34的輸出端處給出，以及被傳送到該標(biāo)準(zhǔn)VSB接收機(jī)40。將會(huì)看到，最前面的均衡器32和FIFO寄存器34可以用分離的集成電路芯片來(lái)實(shí)施，或作為單個(gè)芯片中的集成解決方案來(lái)實(shí)施。
在圖3的數(shù)據(jù)流50中顯示對(duì)于數(shù)字ATV系統(tǒng)20的ATSC數(shù)據(jù)流的修正。在當(dāng)前的ATSC 8 VSB標(biāo)準(zhǔn)的非常相同的基帶數(shù)據(jù)符號(hào)流中，空白符號(hào)空間和新穎的ECR信號(hào)的周期的組合被插入到場(chǎng)同步之間，例如場(chǎng)同步51和54。為了方便起見，空白符號(hào)空間和ECR信號(hào)的周期的組合被稱為宏ECR裝配(“MEA”)。空白符號(hào)空間在MEA中被使用來(lái)防止由于后回波和預(yù)回波造成的ECR的污染。在圖3所示的ATSC數(shù)據(jù)流的表示法中，MEA信號(hào)(例如MEA信號(hào)52和55)被示意地插入到緊接在場(chǎng)同步后的位置。實(shí)際上應(yīng)當(dāng)嘗試不同的位置，因?yàn)樘囟ǖ奈恢迷谀承l件下可以提供好處，特別是在用于處理更快的動(dòng)態(tài)改變的回波的更高時(shí)間速率覆蓋的情形下。有利地，MEA信號(hào)在當(dāng)前的ATSC VSB數(shù)據(jù)流中的插入并不減小在場(chǎng)同步之間可提供的312個(gè)分段。
在MEA內(nèi)的ECR優(yōu)選地是高性能回波抵消參考信號(hào)，它是具有白譜的、算術(shù)地制定的高能量和高性能信號(hào)。ECR也應(yīng)當(dāng)對(duì)于預(yù)見的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸條件專門地設(shè)計(jì)，以及與今天作為回波減小參考被應(yīng)用的已知信號(hào)相比較，在信道特征化處理過(guò)程中接收最小的不想要的干擾。今天作為回波減小參考被應(yīng)用的已知信號(hào)的例子包括偽隨機(jī)序列、Turner序列、和加窗的sin(x)/(x)。不想要的干擾的例子包括來(lái)自噪聲(不是僅限于加性白高斯噪聲(“AWGN”))的污染和相關(guān)、自身引起回波的數(shù)據(jù)符號(hào)、同信道干擾及其差拍產(chǎn)物、鄰道信號(hào)及其差拍產(chǎn)物，以及自信道內(nèi)交調(diào)產(chǎn)物。一般來(lái)說(shuō)，用于整個(gè)系統(tǒng)的適當(dāng)?shù)腗EA方案支持、增強(qiáng)和保證上述ECR的要求的性能。
MEA額外開銷估計(jì)占整個(gè)系統(tǒng)的資源的約2％。根據(jù)當(dāng)前可提供的回波領(lǐng)域測(cè)試統(tǒng)計(jì)，諸如從國(guó)家廣播者協(xié)會(huì)的回波測(cè)試報(bào)告可提供的回波領(lǐng)域測(cè)試統(tǒng)計(jì)，這個(gè)估計(jì)的MEA額外開銷對(duì)于今天的地面數(shù)據(jù)通信和廣播條件中回波延時(shí)的范圍及其時(shí)間性能來(lái)說(shuō)預(yù)期是適當(dāng)?shù)摹Ｔ摴烙?jì)的MEA額外開銷在可提供新的回波領(lǐng)域測(cè)試結(jié)果時(shí)被改變。
回波抵消/減小范圍被估計(jì)為大約從-80μs到+82μs，這是根據(jù)當(dāng)前可提供的回波領(lǐng)域測(cè)試統(tǒng)計(jì)結(jié)果。這些回波領(lǐng)域測(cè)試統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在我們的城市中很容易發(fā)現(xiàn)相當(dāng)長(zhǎng)的回波，諸如在澳大利亞的悉尼市，具有約30％的電壓強(qiáng)度的+51μs到+53μs的回波，在美國(guó)的紐約市，也具有約30％的電壓強(qiáng)度的+61μs到+62μs的回波。所以，預(yù)期在紐約市存在具有大的振幅的+70μs到+80μs的回波，以及類似的結(jié)果預(yù)期也會(huì)在其他城市發(fā)現(xiàn)?？梢韵嘈牛绻嬖诰哂写笳穹拈L(zhǎng)滯后的回波，諸如+60μs到+80μs的回波，則也會(huì)出現(xiàn)具有相同的時(shí)間間隔的領(lǐng)先的回波，因?yàn)橐话愕南M(fèi)者不會(huì)非常仔細(xì)地放置接收機(jī)天線。這意味著，在大城市非?？赡艽嬖跁r(shí)間上從-61μs到甚至更長(zhǎng)的領(lǐng)先位置的領(lǐng)先的回波。
根據(jù)以上提到的測(cè)試和分析，良好的地面數(shù)字通信/廣播標(biāo)準(zhǔn)和它的硬件接收機(jī)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠抑制從領(lǐng)先-80μs到滯后+80μs的回波，以及甚至能夠抑制更長(zhǎng)一點(diǎn)的回波，以便提供在壞的回波環(huán)境和條件下的“所有位置”的可靠接收。圖2的數(shù)字ATV系統(tǒng)20預(yù)期達(dá)到對(duì)于具有大的振幅的、在-80μs到+82μs的范圍內(nèi)的回波抑制，使MEA額外開銷被限制在當(dāng)前的ATSC標(biāo)準(zhǔn)的整個(gè)系統(tǒng)符號(hào)流的約2％。有利地，當(dāng)前的ATSC標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)于它的原先的有用負(fù)載數(shù)據(jù)速率和或當(dāng)前的數(shù)據(jù)安排并不改變。這將保持譯碼芯片兼容性，以及通過(guò)避免對(duì)于重新測(cè)試所有的符號(hào)、比特、交織、糾錯(cuò)碼、有用負(fù)載等等的新方案的性能的需要，而導(dǎo)致相對(duì)較快速的硬件實(shí)現(xiàn)和相對(duì)更簡(jiǎn)單的且較快速的系統(tǒng)測(cè)試。
為了實(shí)現(xiàn)圖2的數(shù)字ATV系統(tǒng)20而不改變數(shù)據(jù)有用負(fù)載和任何其他比特配置，易于實(shí)現(xiàn)的傳輸解決方案是縮短符號(hào)持續(xù)時(shí)間約2％。如圖3所示，在數(shù)據(jù)流50的每個(gè)分段中的832個(gè)符號(hào)被縮短到約76μs。結(jié)果，基帶帶寬相應(yīng)地增加約2％，從原先的5.38MHz的帶寬增加到修正的5.49MHz的帶寬。然而，這個(gè)方案中的帶寬增加太小，以至于這個(gè)新帶寬可以由當(dāng)前接收機(jī)前端的所有RF、IF、基帶和SAW濾波器支持。例如，新的帶寬由圖1的傳統(tǒng)VSB接收機(jī)的調(diào)諧器1、IF濾波器和同步檢測(cè)器3、以及NTSC抑制濾波器7支持。如果想要的話，用于原先的平方根上升余弦(SQRC)濾波器標(biāo)準(zhǔn)(帶有11.5％的滾降)的參量可以改變非常小的量。只要SQRC在算術(shù)上保持SQRC的特征，數(shù)據(jù)恢復(fù)性能將不改變。
MEA信號(hào)52和55在數(shù)據(jù)流提供到VSB接收機(jī)40之前由FIFO 34在最前面的均衡器32的輸出端處從基本上無(wú)回波的數(shù)據(jù)流中被去除。這被顯示于圖3，其中一個(gè)基本上無(wú)回波的、遵從ATSC的數(shù)據(jù)流57保持場(chǎng)同步51和54，以及區(qū)域53和56中的312個(gè)分段，但不包含MEA信號(hào)52和55。在重新計(jì)時(shí)以把每個(gè)分段的832個(gè)符號(hào)恢復(fù)到77μs后，不具有任何ECR或MEA且完全符合當(dāng)前的ATSC 8 VSB標(biāo)準(zhǔn)的、基本上無(wú)回波的ATSC數(shù)據(jù)流57在預(yù)均衡子系統(tǒng)30的輸出端處可提供，以及適用于由當(dāng)前存在的ATSC 8 VSB芯片和系統(tǒng)進(jìn)行譯碼。
對(duì)于約2％的MEA額外開銷，ECR插入率是每秒41個(gè)ECR，它是與當(dāng)前的ATSC 8 VSB標(biāo)準(zhǔn)的場(chǎng)同步(FS)相干的。根據(jù)這個(gè)ECR插入率，奈奎斯特采樣理論告訴我們，可被抵消或抑制的可能最快速的動(dòng)態(tài)回波的速率約為20Hz。這個(gè)20Hz的動(dòng)態(tài)回波抑制速率預(yù)期可覆蓋由于動(dòng)態(tài)回波圖案改變而引起的許多并且可能是大多數(shù)的接收情況。然而，當(dāng)對(duì)于統(tǒng)計(jì)結(jié)果，肯定需要更高的動(dòng)態(tài)回波抑制速率時(shí)，可以插入兩倍速率的ECR和MEA。例如，兩個(gè)MEA信號(hào)(未示出)可以互相分開約156分段地以及在兩個(gè)場(chǎng)同步之間被插入。這導(dǎo)致快速動(dòng)態(tài)回波抑制速率上升到41Hz，盡管這是以將MEA額外開銷提升約4％為代價(jià)的。雖然這個(gè)結(jié)果逐漸變?yōu)榕c使用當(dāng)前的ATSC 8 VSB系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)之一(即，比起許多其他系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，具有非常小的額外開銷的高數(shù)據(jù)有用負(fù)載(高效率))相反，但如果需要的話，快速動(dòng)態(tài)回波抑制仍然是可用的。
并入預(yù)均衡子系統(tǒng)的數(shù)字ATV系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是該子系統(tǒng)與現(xiàn)有的系統(tǒng)和芯片的兼容性。換句話說(shuō)，來(lái)自許多制造商的許多當(dāng)前存在的ATSC 8 VSB系統(tǒng)可以重新使用。用于支持芯片重新使用的一個(gè)可能的實(shí)施方案是預(yù)均衡子系統(tǒng)30(圖2)可被設(shè)計(jì)為獨(dú)立的和自包含的芯片或模塊，直接被放置在許多當(dāng)前的接收機(jī)芯片的前面。這是可能的，因?yàn)樽钋懊娴木馄?2被估值以去除在進(jìn)入的數(shù)據(jù)流內(nèi)的95％以上的回波，或許達(dá)到98％或更多，假設(shè)它是在正常到嚴(yán)重的回波接收條件下，具有約27到28dB的合理的進(jìn)入SNR。在回波去除處理過(guò)程以后，ATSC數(shù)據(jù)流成為足夠地?zé)o回波的，以及易于進(jìn)行處理和譯碼。
圖4上顯示一類并入不去除ECR和MEA的預(yù)均衡子系統(tǒng)的數(shù)字ATV系統(tǒng)60的例子。數(shù)字ATV系統(tǒng)60的改進(jìn)的性能是以數(shù)據(jù)有用負(fù)載的輕微減小為代價(jià)而達(dá)到的。數(shù)字ATV系統(tǒng)60包括修正的VSB接收機(jī)80。具有最前面的均衡器72的預(yù)均衡子系統(tǒng)70被放置在VSB接收機(jī)80的前面。ATSC數(shù)據(jù)流被輸入到最前面的均衡器72，而不是VSB接收機(jī)80。最前面的均衡器72總地類似于最前面的均衡器32(圖2)，以及通常以相同的方式優(yōu)選地對(duì)該新穎的ECR信號(hào)類型進(jìn)行訓(xùn)練，這樣，最前面的均衡器72的輸出是回波被基本上去除的、接近干凈的信號(hào)。將會(huì)看到，最前面的均衡器72可以用分離的集成電路芯片來(lái)實(shí)施，或采用以單個(gè)芯片的集成的解決方案來(lái)實(shí)施。
不像圖2所示的預(yù)均衡子系統(tǒng)30，圖4的預(yù)均衡子系統(tǒng)70不包括FIFO寄存器。整個(gè)的信號(hào)與數(shù)據(jù)流被處理而不用從該數(shù)據(jù)流中去除ECR和MEA，這樣，數(shù)據(jù)可被直接譯碼。這是可能的，因?yàn)樵谀承?yīng)用中，剩余信道信息仍舊被插入的ECR載送，以及它是對(duì)于信號(hào)中繼、分析用途等等非常有用的信息。
對(duì)用于數(shù)字ATV系統(tǒng)60的ATSC數(shù)據(jù)流的修正，顯示于圖5的數(shù)據(jù)流90中?？瞻追?hào)空間和新穎的ECR信號(hào)的周期的組合-MEA-被插入到數(shù)據(jù)符號(hào)流的某些位置，正如對(duì)于圖3的數(shù)據(jù)流50那樣。然而，MEA信號(hào)被插入到312個(gè)分段區(qū)域的每個(gè)區(qū)域內(nèi)的位置。例如，圖5顯示兩個(gè)312分段區(qū)域93和96，它們包含緊接在各個(gè)場(chǎng)同步91和94后面的位置處的各個(gè)MEA信號(hào)92和95。
MEA額外開銷被估計(jì)去占整個(gè)系統(tǒng)資源的約2％，正如對(duì)于圖3的數(shù)據(jù)流50那樣?；夭ǖ窒?減小范圍被估計(jì)為至少?gòu)?80μs到+82μs，正如對(duì)于圖2的數(shù)字ATV系統(tǒng)20那樣。然而，不像對(duì)于圖3所示的ATSC數(shù)據(jù)流50的修正，如圖5所示的、對(duì)于ATSC數(shù)據(jù)流的修正不涉及改變ATSC數(shù)據(jù)流中任何當(dāng)前的數(shù)據(jù)編幀結(jié)構(gòu)。具體地，符號(hào)持續(xù)時(shí)間不改變。這意味著，數(shù)據(jù)信號(hào)的整個(gè)帶寬被保持，雖然是以有用負(fù)載減小2％為代價(jià)。不用當(dāng)前的ATSC 8 VSB標(biāo)準(zhǔn)的原先的19.28Mbit/s，數(shù)據(jù)有用負(fù)載被減小為18.90Mbit/s?？梢韵嘈?，這個(gè)稍微較低的數(shù)據(jù)有用負(fù)載可以容易地由適當(dāng)?shù)某绦蚬芾沓惺?。有利地，傳輸帶寬和VSB接收機(jī)70中所有的濾波器，從RF和IF濾波器到基帶濾波器，都絕對(duì)不受影響，并且VSB接收機(jī)沒有理由具有任何的寄生的問(wèn)題或甚至不用對(duì)于系統(tǒng)的帶寬安排進(jìn)行稍微修正。
然而，VSB接收機(jī)70確實(shí)包含某些相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)VSB接收機(jī)的基本修正，具體如下。首先，VSB接收機(jī)70能夠識(shí)別和跳過(guò)數(shù)據(jù)流90中的MEA信號(hào)。第二，VSB接收機(jī)能夠處理卷積碼中的任何中斷，這樣，12個(gè)順序的切換位置正確地運(yùn)行。第三，VSB接收機(jī)70能夠取出數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)，以及把它鏈接到以前的狀態(tài)。由于用MEA信號(hào)代替數(shù)據(jù)，某些圖象數(shù)據(jù)可能丟失，這樣，數(shù)據(jù)和可能卷積碼成為不連續(xù)的。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)應(yīng)當(dāng)使得卷積碼從以前的數(shù)據(jù)流到新的數(shù)據(jù)流是連續(xù)的。第四，VSB接收機(jī)70具有修正的數(shù)據(jù)交織器，它在卷積碼是不連續(xù)時(shí)能夠保持次序。
對(duì)于約2％的MEA額外開銷，ECR插入率是每秒41ECR，正如對(duì)于圖3所示的數(shù)據(jù)流50那樣。當(dāng)對(duì)于統(tǒng)計(jì)結(jié)果，肯定需要更高的動(dòng)態(tài)回波抑制速率時(shí)，可以插入兩倍速率的ECR和MEA，正如對(duì)于圖3所示的數(shù)據(jù)流50那樣。
最前面的均衡器32和72是具有任何適用的設(shè)計(jì)，各種適用的設(shè)計(jì)在本領(lǐng)域是公知的。圖6上顯示適合于作為最前面的均衡器32和72使用的均衡器100的例子。包含MEA信號(hào)的接收的數(shù)字ATSC數(shù)據(jù)流被加到FIR濾波器102和IIR濾波器104。來(lái)自接收的數(shù)字ATSC數(shù)據(jù)流的MEA信號(hào)中的ECR信號(hào)被放置在緩沖器108中，以及被加到微處理器或其他適當(dāng)?shù)倪壿?06。微處理器106包括存儲(chǔ)器(未示出)，其中包含ECR在發(fā)送時(shí)的適當(dāng)?shù)陌姹?，微處理?06把緩沖器108的內(nèi)容與ECR在發(fā)送時(shí)被存儲(chǔ)的版本進(jìn)行比較，建立信道的沖擊響應(yīng)的模型，以及計(jì)算實(shí)施逆信道特性的濾波器102和104的一系列系數(shù)。這些濾波器系數(shù)被加到濾波器102和104，以便抑制現(xiàn)在存在的這種回波，在濾波器104的輸出端處得出ATSC數(shù)據(jù)流，其中回波分量被大大地減小。
用于完成探測(cè)多徑或色散數(shù)字通信信道的任務(wù)的一種適用的ECR信號(hào)由以下的公式規(guī)定f(t)=12π∫0Ω[Acos(bω2)+jAsin(bω2)]ejωtdω]]>+12π∫-Ω0[Acos(-bω2)+jAsin(-bω2)]ejωtdω---(1)]]>其中A，b和Ω都是參量，它們被改變或被調(diào)節(jié)，以便在信號(hào)特性的整個(gè)函數(shù)族內(nèi)修正或改變信號(hào)的特性。對(duì)于數(shù)字通信，參量Ω被確定為等于采樣速率的奈奎斯特頻率，如果當(dāng)函數(shù)是要被用作為用于數(shù)字通信的回波抵消參考信號(hào)時(shí)，這個(gè)函數(shù)波形被離散地采樣的話。參量A和b被選擇來(lái)建立具有高的能量和時(shí)間上緊湊的信號(hào)。對(duì)于公式(1)的參量的一組示例性數(shù)值為如下A＝0.707×8.6×10-6伏；b＝0.9×10-12秒2/弧度；以及Ω＝5.38×2π×106弧度/秒。
一般地，在這類信號(hào)中的ECR信號(hào)具有以下的特性(1)高的信號(hào)能量電平；(2)絕對(duì)白譜；(3)非周期特性；(4)在已知的振幅和已知的需要信號(hào)能量電平時(shí)最短的時(shí)間持續(xù)時(shí)間；(5)時(shí)域信號(hào)獲取長(zhǎng)度長(zhǎng)于信號(hào)本身，這不影響它的頻譜的白色性質(zhì)；(6)自相關(guān)函數(shù)是單個(gè)δ函數(shù)，特別是對(duì)于數(shù)字通信中的回波抑制；(7)在感興趣的頻帶內(nèi)連續(xù)的群時(shí)延函數(shù)；以及(8)根據(jù)“2”和“6”的特性，該函數(shù)應(yīng)當(dāng)是和必須是實(shí)函數(shù)。在公式(1)中規(guī)定的信號(hào)滿足所有的規(guī)定的特性“1”到“8”。
圖7上顯示這個(gè)信號(hào)函數(shù)對(duì)時(shí)間的示意性波形。這類作為時(shí)間函數(shù)的信號(hào)的特性是非周期的、總的平坦的響應(yīng)，以及比起以前的信號(hào)是具有多得多的峰值和成比例的較短尾部的較長(zhǎng)信號(hào)。
圖8顯示由公式(1)規(guī)定的信號(hào)的平坦頻譜圖，它直接和間接地暗示上述的特性1，2，3和5。
本發(fā)明的范圍在以下的權(quán)利要求中闡述。這里闡述的各個(gè)實(shí)施例的說(shuō)明對(duì)于本發(fā)明是說(shuō)明性的，而不打算限制本發(fā)明的范圍。這里揭示的實(shí)施例的變化和修正對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本文件后是顯而易見的，實(shí)施例的各個(gè)元素的替換例和等價(jià)物對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的。這里揭示的實(shí)施例的這些和其他變化和修正可被作出，而不背離如在以下的權(quán)利要求中闡述的、本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種均衡器包括-提取電路(108)，用于從通過(guò)傳輸路徑發(fā)送的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流中提取回波抵消參考信號(hào)的副本；-微處理器(106)，被耦合到提取電路，用于從該回波抵消參考信號(hào)的已提取副本計(jì)算濾波器系數(shù)；以及-濾波器(102，104)，在它的輸入端接收該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流，以及被耦合到微處理器，用于接收濾波器系數(shù)和通過(guò)使用該濾波器系數(shù)而基本上抵消數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流中的回波干擾；其中該回波抵消參考信號(hào)是非周期的，在傳輸路徑內(nèi)具有基本上平坦的頻率響應(yīng)，在一個(gè)時(shí)間間隔上具有很多個(gè)振幅峰值，以及具有相對(duì)于很多個(gè)振幅峰值的成比例的較短尾部。
2.如在權(quán)利要求1中的均衡器，其中回波抵消參考信號(hào)是基本上由下式定義的一類信號(hào)f(t)=12π∫0Ω[Acos(bω2)+jAsin(bω2)]ejωtdω]]>+12π∫-Ω0[Acos(-bω2)+jAsin(-bω2)]ejωtdω]]>其中A，b和Ω是實(shí)數(shù)。
3.如在權(quán)利要求2中的均衡器，其中A＝0.707×8.6×10-6伏；b＝0.9×10-12秒2/弧度；以及Ω＝5.38×2π×106弧度/秒。
4.一種用于基本上消除在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的傳輸期間出現(xiàn)的回波的設(shè)備，該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流包括通過(guò)傳輸路徑的多個(gè)場(chǎng)同步、在接連的場(chǎng)同步之間的多個(gè)符號(hào)空間的分段，以及在場(chǎng)同步之間的多個(gè)回波抵消參考信號(hào)，該設(shè)備包括-用于接收傳輸后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的裝置；-用于從該接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流中提取該回波抵消參考信號(hào)的副本的裝置(108)；-用于從該回波抵消參考信號(hào)的已提取副本計(jì)算濾波器系數(shù)的裝置(106)；以及用于通過(guò)使用濾波器系數(shù)基本上從該接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流中抵消回波干擾的裝置(102，104)；其中該回波抵消參考信號(hào)是非周期的，在傳輸路徑的帶寬內(nèi)具有基本上平坦的頻率響應(yīng)，在一個(gè)時(shí)間間隔上具有很多個(gè)振幅峰值，以及具有相對(duì)于很多個(gè)振幅峰值的成比例的較短尾部。
5.如在權(quán)利要求4中的均衡器，其中回波抵消參考信號(hào)是基本上由下式定義的一類信號(hào)f(t)=12π∫0Ω[Acos(bω2)+jAsin(bω2)]ejωtdω]]>+12π∫-Ω0[Acos(-bω2)+jAsin(-bω2)]ejωtdω]]>其中A，b和Ω是實(shí)數(shù)。
6.如在權(quán)利要求5中的均衡器，其中A＝0.707×8.6×10-6伏；b＝0.9×10-12秒2/弧度；以及Ω＝5.38×2π×106弧度/秒。
7.如在權(quán)利要求4中的均衡器，其中提取裝置包括用于從接連的場(chǎng)同步中間只提取一個(gè)回波抵消參考信號(hào)的裝置。
8.如在權(quán)利要求4中的均衡器，其中提取裝置包括用于從接連的場(chǎng)同步中間提取多個(gè)回波抵消參考信號(hào)的裝置。
9.一種用于在傳輸?shù)浇邮諜C(jī)之前修正ATSC VSB數(shù)據(jù)流以便支持接收機(jī)中的增強(qiáng)的回波抵消能力的設(shè)備，該ATSC VSB數(shù)據(jù)流包括多個(gè)場(chǎng)同步(51，54，91，94)和在接連的場(chǎng)同步之間的多個(gè)符號(hào)空間的分段(53，56，93，96)，該設(shè)備包括用于把多個(gè)回波抵消參考信號(hào)插入在場(chǎng)同步之間的裝置，該回波抵消參考信號(hào)是基本上由下式定義的一類信號(hào)f(t)=12π∫0Ω[Acos(bω2)+jAsin(bω2)]ejωtdω]]>+12π∫-Ω0[Acos(-bω2)+jAsin(-bω2)]ejωtdω]]>其中A，b和Ω是實(shí)數(shù)。
10.如在權(quán)利要求9中的設(shè)備，還包括用于在回波抵消參考信號(hào)附近插入空白符號(hào)空間的裝置。
11.如在權(quán)利要求10中的設(shè)備，其中A＝0.707×8.6×10-6伏；b＝0.9×10-12秒2/弧度；以及Ω＝5.38×2π×106弧度/秒。
12.一種用于基本上消除在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流傳輸期間出現(xiàn)的回波的方法，該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流包括通過(guò)傳輸路徑的多個(gè)場(chǎng)同步(51，54，91，94)、在接連的場(chǎng)同步之間的多個(gè)符號(hào)空間的分段(53，56，93，96)，以及場(chǎng)同步之間的多個(gè)回波抵消參考信號(hào)(52，55，92，95)，該方法包括-接收傳輸后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流；-從接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流中提取回波抵消參考信號(hào)的副本；-從回波抵消參考信號(hào)的已提取副本計(jì)算濾波器系數(shù)；以及-通過(guò)使用濾波器系數(shù)基本上從接收的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流中抵消回波干擾；其中回波抵消參考信號(hào)是非周期的，在傳輸路徑的帶寬內(nèi)具有基本上平坦的頻率響應(yīng)，在一個(gè)時(shí)間間隔上具有很多個(gè)振幅峰值，以及具有相對(duì)于很多個(gè)振幅峰值的按比例的較短尾部。
13.如在權(quán)利要求12中的方法，其中回波抵消參考信號(hào)是基本上由下式定義的一類信號(hào)f(t)=12π∫0Ω[Acos(bω2)+jAsin(bω2)]ejωtdω]]>+12π∫-Ω0[Acos(-bω2)+jAsin(-bω2)]ejωtdω]]>其中A，b和Ω是實(shí)數(shù)。
14.如在權(quán)利要求13中的方法，其中A＝0.707×8.6×10-6伏；b＝0.9×10-12秒2/弧度；以及Ω＝5.38×2π×106弧度/秒。
15.如在權(quán)利要求12中的方法，其中提取步驟包括從接連的場(chǎng)同步中間只提取一個(gè)回波抵消參考信號(hào)。
16.如在權(quán)利要求12中的方法，其中提取步驟包括從接連的場(chǎng)同步中間提取多個(gè)回波抵消參考信號(hào)。
17.一種用于在傳輸?shù)浇邮諜C(jī)之前修正ATSC VSB數(shù)據(jù)流以便支持接收機(jī)中的增強(qiáng)的回波抵消能力的方法，該ATSC VSB數(shù)據(jù)流包括多個(gè)場(chǎng)同步(51，54，91，94)和在接連的場(chǎng)同步之間的多個(gè)符號(hào)空間的分段(53，56，93，96)，該方法包括把多個(gè)回波抵消參考信號(hào)(52，55，92，95)插入在場(chǎng)同步之間，該回波抵消參考信號(hào)是基本上由下式定義的一類信號(hào)f(t)=12π∫0Ω[Acos(bω2)+jAsin(bω2)]ejωtdω]]>+12π∫-Ω0[Acos(-bω2)+jAsin(-bω2)]ejωtdω]]>其中A，b和Ω是實(shí)數(shù)。
18.如在權(quán)利要求17中的方法，其中插入步驟包括在接連的場(chǎng)同步之間只插入一個(gè)回波抵消參考信號(hào)。
19.如在權(quán)利要求17中的方法，其中插入步驟包括在接連的場(chǎng)同步之間插入多個(gè)回波抵消參考信號(hào)。
20.如在權(quán)利要求17中的方法，還包括在該回波抵消參考信號(hào)附近插入空白符號(hào)空間。
全文摘要
一種新穎的回波抵消參考(“RCR”)訓(xùn)練信號(hào)被插入到當(dāng)前的ATSC8 VSB數(shù)據(jù)流中，以便達(dá)到改進(jìn)的回波抑制，而同時(shí)保持與ATSC 8 VSB數(shù)字ATV標(biāo)準(zhǔn)的兼容性。這種新穎的ECR訓(xùn)練信號(hào)也適合于其他多徑或色散的數(shù)字通信信道。預(yù)均衡子系統(tǒng)被包括在數(shù)字ATV系統(tǒng)作為VSB接收機(jī)的前端，以及優(yōu)選地用該新穎的BCR訓(xùn)練信號(hào)進(jìn)行訓(xùn)練。一種類型的預(yù)均衡子系統(tǒng)在它的輸出端提供完全遵從ATSC的信號(hào)，所以，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)VSB接收機(jī)是特別有用的。另一種類型的預(yù)均衡系統(tǒng)在它的輸出端提供一種信號(hào)，它在某些方面是遵從ATSC的，但它保持ECR信號(hào)，所以，對(duì)于信號(hào)中繼、分析用途和剩余信道信息在其中重要的其他應(yīng)用是特別有用的。
文檔編號(hào)H04B7/005GK1465176SQ02802280
公開日2003年12月31日 申請(qǐng)日期2002年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月3日
發(fā)明者D·庫(kù) 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司