[发明专利]用于残留边带信号的盲目均衡器

说明书

本发明涉及数字信号处理系统。尤其涉及用于例如可与高清晰度电视(HDTV)信息一起调制的残留边带(VSB)视频信号的盲目均衡器。

VSB信号和正交调幅(QAM)信号都是脉冲调幅(PAM)信号。传送数字信息的QAM信号是由实部和虚部轴定义的二维数据符号分布所表示。相对照，VSB信号由一维数据符号分布所表示，其中的唯一的一个轴包括将要在接收机处恢复的量化数据。

在接收机处，从VSB或QAM信号恢复数据要实现三个功能：符号同步的定时恢复、载波恢复(频率解调)和均衡。定时恢复的过程是将接收机时钟(时基)同步于发射机时钟。这使得所接收的信号在时间的最佳点处被取样，以降低与所接收符号值的判定处理相关的限幅误差的出现机会。载波的恢复是在所接收的RF信号被频移到较低的中频通带(例如近基带)后该RF信号频移到基带的处理过程，以实现调制基带信息的恢复。

VSB系统的一个例子是新近提出的用于美国的大联盟HDTV发送系统。该系统采用发送打包的数据流的VSB数字发送格式，并且美国联邦通信委员会正通过它的高级电视业务咨讯委员会(ACATS)对该系统进行评价。1994年2月22目提交到ACATS技术分组的有关大联盟HDTV系统的介绍(草案)可见于94年3月20-24日的国家广播工作者联合会的94年会刊、第48期广播工程会议的会刊。

许多现代数字通信系统采用自适应均衡来补偿发送信道上变化条件效应及其干扰。均衡过程去除了由包括发送信道低通滤波效应的发送信道干扰所引起的基带符号间的干扰(ISI)。ISI使得给定符号的值受到由其临前及随后的字符值而引起的畸变。均衡通常是对近基带信号执行，在载波恢复之前从近基带信号去除任何残留频率的偏移，以产生真实的基带输出信号。这一功能通常由数字接收机电路执行。均衡的执行是在载波恢复基带解调之前，因为载波恢复过程通常是一个判定过程(如已知那样)，它要求由均衡功能提供至少部分的开“眼”。

自适应均衡器实际上是自适应数字滤波器。在采用自适应均衡器的系统中，有必要提供自适应滤波器响应的方法，以便充分地补偿信道的畸变。针对自适应滤波器系数及其由此而生的滤波器响应，有几种算法可用。一种广为采用的方法使用了最小均方(LMS)算法。在此算法中，通过改变系数值作为误差信号(E)的函数，该均衡器输出信号被强制为近似等于一个基准数据序列。该误差信号是通过从基准数据序列减去均衡器输出信号而形成的。随着误差信号趋近于零，该均衡器则趋于收敛，从而均衡器输出信号和基准数据序列大致相等。

当均衡器工作被启动时，系数值(滤波器抽头加权)一般都不是设置在实现对频道畸变进行充分补偿的值。为强制均衡器系数的初始的收敛，可采用已知的“训练”信号作为基准信号。该信号在发射机及其接收机处都是编程产生的。在接收机处，通过从自适应均衡器的输出中减去本机的训练信号的复制产生信号而形成误差信号。如已知的那样，该训练信号用于打开接收信号的原本封闭的“眼”。在与训练信号相适应之后，该眼已经张开到相当的程度，且均衡器被切换到判定操作模式。在该模式中，滤波器抽头加权的最终的收敛是利用均衡器输出的符号的实际值、而不是利用训练信号而实现的。这种以判定目的的均衡模式能够跟踪并消除时间变化信道的畸变要比采用周期发送训练信号的方法快许多。为了获得判定均衡以提供可靠的收敛及稳定的系数值，大约90％的判定必须是正确的。训练信号有助于该均衡器实现90％的正确判定。

当不能得到训练信号时就会引起问题。此时常常采用“盲目”均衡，以提供均衡器系数值的初始的收敛并强制该眼打开。已经有对于盲目均衡的广泛研究并被用于QAM系统。最好流行的盲目均衡的算法有“恒定模式算法”(CMA)及“递减分布算法”(RCA)。这些算法在例如Proakis的《数据通信》(Mc Graw-Hill，纽约，1989年出版)及Godard的《二维数据通信系统中的自恢复均衡和载波跟踪》(IEEE通信集，1980年11月)中有讨论。