专利名称：具有改进采集的载波恢复结构的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及数字通信系统，特别涉及与通信系统接收器一同使用的载波恢复和均衡结构。
背景技术：
从以码元形式传输数字信息的调制信号中恢复数据通常在接收器处要求三种功能定时恢复以便码元同步，载波恢复(频率解调到基带)，以及信道均衡。定时恢复是使接收器时钟(时基)与发送器时钟同步的过程。这允许在最优时间点上对接收信号进行采样，以便减小同接收码元值的判决导引处理相关联的限幅误差。载波恢复是使接收射频(RF)信号(被降频转换到稍低中频(IF)通带(例如，接近基带)之后)频率转换到基带以允许恢复调制基带信息的过程。自适应信道均衡是对信号传输信道中条件改变和干扰的影响进行补偿的过程。这一过程通常使用消除振幅和相位畸变的滤波，所述畸变由传输信道依赖频率的时变特征导致。
许多数字数据通信系统都使用自适应均衡对信号传输信道上的信道条件改变和干扰的影响做出补偿。均衡消除由传输信道干扰引起的基带码间干扰(ISI)，所述传输信道干扰包括传输信道的低通滤波效应。ISI使给定码元值被先前和随后的码元值歪曲，且实质上表示码元“重影”。
自适应均衡器实质上是自适应滤波器。在使用自适应均衡器的系统中，有必要提供一种对滤波响应进行调整以便充分补偿信道失真的方法。可使用若干种算法来调整滤波器系数，由此改变滤波器响应。一种广泛使用的方法采用最小均方(LMS)算法，它将滤波器系数值作为误差信号的函数进行改变。通过从参考数据序列中将均衡器输出信号减掉来形成这个误差信号。由于误差信号接近零，因此均衡器接近收敛。
启动均衡器操作时，通常没有将滤波器系数值(滤波器抽头权重)设置为能够充分补偿信道畸变的数值。为了使滤波器系数初始收敛，一个已知“训练”信号可用作参考信号。训练信号被发送到接收器。通过从自适应均衡器输出中减掉该训练信号的本地产生复本而在接收器处形成误差信号，它代表接收的训练信号。正如本领域技术人员公知的那样，已知信号的使用有助于开启最初闭锁的“眼睛”。
通过训练信号调整之后，“眼睛”已相当程度地开启，且均衡器被转换到判决导引操作模式中，以便接收表示数据的码元。这一模式中，通过使用均衡器输出中的实际数据码元值(而不是训练信号)调整滤波器系数实现滤波器抽头权重的最终收敛。判决导引均衡模式能够比使用训练信号的方法更快速地跟踪和消除时变信道畸变。为了使判决导引均衡提供可靠的收敛和稳定的系数值，约90％的判决必须正确。使用训练信号初始调整滤波器系数有助于均衡器达到这一90％的正确判决水平。
但实际上，并非总有可用的训练信号。这些情况下，通常使用“盲”均衡来提供均衡器系数值的初始收敛并使眼睛开启。例如，盲均衡已被广泛研究并被用于正交幅值调制(QAM)系统。最流行的盲均衡算法是常模算法(CMA)和约化星座算法(RCA)。例如，这些算法在Proakis的“Digital Communications(数字通信)”，McGraw-Hill纽约，1989和Godard“Two Dimensional Data Communication Systems(二维数据通信系统中的自恢复均衡和载波跟踪)”，IEEE Transactions onCommunications，1980年11月，中都有讨论。
简短地说，CMA依赖于以下的事实在判决瞬间，所检测数据码元的模应该位于一些点的轨迹上，这些点限定了几个不同直径的圆圈(星座)之一。RCA依赖于在主传输星座中形成“超级星座”。首先使数据信号适应一个超级星座。然后超级星座被子划分，以便包括整个星座。
通常，在数字通信系统接收器中，均衡和载波恢复牵连在一个单循环中。两者包含在相同的循环中，因为对于最优接收，均衡器必须在其输入端具备一个星座，该星座在消除残余载波频移之后不旋转。对判决导引均衡而言尤其如此。通常也为判决导引的载波误差检测器对于均衡信号可更高效、更精确地发挥作用。
但是，这一结构存在一个由过度多码元延迟导致的固有缺点，所述延迟由均衡器的前馈(原因不明)部分引入到载波跟踪环路(CTL)中。已知这种过度延迟会限制最大允许环路增益，以及限制载波采集范围。一种通用解决办法是将环路增益保持为足够低，由此确保稳定性。这一方法也通过在期望的采集范围内“步进”同时在每个步长上允许CTL有充分时间采集而包围有限的采集范围。
降低由均衡器引入到CTL中的多码元延迟同时又保持把均衡器包含在CTL中相关的优点是有益的。
发明内容
提供了一种在接收器中使用的载波恢复和均衡的方法和系统。根据本发明原理，接收器包括一个载波跟踪环路(CTL)和一个均衡器，所述均衡器可选地配置在CTL外部或CTL内部。说明性地，可根据CTL的收敛度量来定位均衡器。当CTL基本收敛到一个真实残余偏移值时便可满足该收敛度量。应该注意，当位于CTL外部时，均衡器可在盲模式下运行，当位于CTL内部时，均衡器可转换到判决导引模式下运行。
在一个实施例中，CTL包括一个配置来解旋转接收码元的解旋转器(derotator)和一个配置来校正接收码元中的误差的限幅器。CTL还包括一个误差检测器、一个环路滤波器以及一个数控振荡器，所述检测器配置来将限幅器的码元输出同接收的码元相比较以便确定一个误差信号，该环路滤波器用来处理所述误差信号。环路滤波器的输出可驱动该数控振荡器为解旋转器提供一个信号，以便在解旋转接收码元时使用。
位于CTL外部时，均衡器在信号路径上说明性地位于解旋转器之前。位于CTL内部时，均衡器说明性地位于解旋转器和限幅器之间。均衡器可匹配输入码元并作为响应挂起匹配。
下面将参考附图对本发明的优选实施例进行更详细地阐述。
图1示出根据本发明原理的接收器的框图；图2示出一个说明性框图，用以说明一种具有根据本发明一个方面的可变结构的载波跟踪环路(CTL)；图3示出一个说明性框图，用以说明一种具有根据本发明另一方面的可变结构的CTL；图4示出根据本发明原理的CTL的另一个说明性框图；图5是一个说明性流程图，用以说明一种使用CTL结构执行载波恢复和均衡的方法，所述CTL结构具有可选定位的均衡器；以及图6是根据本发明原理的另一个说明性流程图。
具体实施例方式
除了本发明的概念之外，图中示出的元件都为众所周知，且将不再详细对其进行阐述。例如，除了发明概念之外，机顶盒或数字电视(DTV)以及其中的部件，诸如前端、Hilbert滤波器、载波跟踪环路、视频处理器、远程控制等，都是众所周知的，在此不再详细阐述。此外，可通过传统编程技术实现发明概念，在此也不再对这些技术进行阐述。最后，图中的相似数字表示相似元件。
本发明提供一种具有可变结构的载波跟踪环路(CTL)配置。这在图1中示为接收器10。后者包括前端部分50和可配置均衡器/CTL100。前端部分50处理接收信号49，以将近基带信号101提供给可配置均衡器/CTL100，该可配置均衡器/CTL100进一步处理近基带信号101来将解调信号102提供给接收器10的其它元件(未示出)处理。根据在此公开的发明方案，均衡器/CTL100的结构是动态的并且可改变为允许更快的采集和/或更宽的载波采集范围。可根据来自均衡器CTL锁定检测器的信号将均衡器/CTL100结构转换到不同的操作模式。根据均衡器的操作模式使用不同的环路结构。在此公开的发明方案提供接收器的增强操作，而不会明显增加硬件复杂性。为了简化下面的描述，将均衡器/CTL100称为CTL100。
图2是一个说明性框图，用以说明具有根据本发明一方面的可变结构的CTL100。CTL100说明性地接收初步解调的、或者降频转换的、且数字化的信号101。诸如HDTV信号的调制模拟信号可由天线接收并可由输入网络(未示出)处理。接收的信号可为正交幅值调制(例如，如公知的16-或32-QAM)，或者其它形式的PAM调制，诸如QPSK和VSB。QAM是其中的数字信息由二维类网格码元星座表示的脉幅调制(PAM)信号的一种形式，所述二维类网格码元星座由正交的实轴和虚轴定义。例如，所提出的供美国Grand Alliance HDTV系统使用的VSB信号由一维数字码元星座表示，其中只有一个轴包含将被接收器恢复的量化数据。省略了用于计时示例功能模块的信号或者用于从接收信号中导出定时和时钟信号的定时恢复网络(如公知)。
初步解调使信号更接近基带，由此后续电路不必在中频(IF)信号上运行。用于这一目的的本地生成载波频率也许不和发送器载波频率精确匹配，因此，这种解调产生相位误差。这些相位误差由涉及CTL100的另一个解调过程校正。
CTL100包括解旋转器105、均衡器110、限幅器115、误差检测器120、环路滤波器125以及数控振荡器(NCO)130。正如公知的那样，解旋转器105从输入信号中消除残余载波频率，有效地将信号解旋转回基带。解旋转器105可以是复乘法器，它将输入信号同一个差值或NCO130产生的误差正弦信号相乘。
均衡器110是一种自适应均衡器，它在盲操作模式和判决导引操作模式之间转换。正如公知的那样，均衡器110通常移除传输信道干扰引起的基带码间干扰(ISI)。在一个实施例中，正如公知的那样，均衡器110位于CTL100内部。也就是说，均衡器配置在解旋转器105和限幅器115之间。
将限幅器115说明性地实现为一种判决导引部件，它处理当前接收的码元并对传输码元是什么做出判决。限幅器115通过将接收的采样量化到最近的星座点采做出判决。所述量化码元被用作实际传输码元的估计。对于每个当前接收码元，限幅器115从查找表中选择一个在欧几里得距离上最接近输入码元采样的组点作为其判决(量化码元)。
误差检测器120从均衡器110和限幅器115接收输入。通常，误差检测器120产生一个误差信号，用以表示均衡器110的码元输出同限幅器115的码元输出之间的相位差异。环路滤波器125处理来自误差检测器120的误差信号，以便将更高质量的信号提供给NCO130。误差检测器120产生的误差信号可包括一个误差项和一个噪声项。例如，噪声项可包括高频分量。环路滤波器125处理该误差信号，用以在抑制噪声影响的同时提供一个有用的误差信号。
NCO130是一个电子系统，用来从一个固定时基合成一个频率范围。NCO130可包括一个数字波形生成器，每增加一个采样该生成器增加一个相位计数。可在一个波形表中查询这个相位，以便产生正弦波形。但是，NCO130是相位和频率捷变的。因此，可修改NCO130来产生相位调制或频率调制输出或正交输出。
图3是一个说明性框图，用以说明图2的CTL100，其中根据本发明原理对其结构进行了动态改变。正如图3所示，均衡器110实际上被配置在CTL操作的外部。均衡器110不再运行在解旋转器105和限幅器115之间，而是工作在CTL100的输入端。尽管仍可将均衡器110看作CTL100的一部分，但实际上它已经被移到CTL100的外部。
如前所述，将初步解调和数字化的信号提供给解旋转器105之前将它们提供给该均衡器110。通过使CTL100的结构在图2和图3之间转换，可进一步降低CTL100上的延迟，以便为CTL100范围提供更广的拉伸。
根据一个实施例，可通过一个或多个分立部件、集成电路将CTL100实现为硬件，或将其实现为专用电路。可通过使用一个或多个多路复用器来有效改变均衡器110的位置。也就是说，可通过多路复用器改变均衡器110在信号路径上的位置。这在图4中由多路复用器150、155、160和165示出。信号151控制这些多路复用器，使得信号能够被选择性地路由到均衡器110。
在另一个实施例中，CTL100可被实现在软件中。例如，可采用程序代码模块实现参考图2和图3讨论的各个部件。这种情况下，可通过软件控制改变信号路径，由此均衡器110如所示的可选地配置在CTL100外部和CTL100内部。
图5是一个说明性流程图，用以说明一种使用CTL结构执行载波恢复和均衡的方法300，所述CTL结构具有可选定位的均衡器。方法300可开始于这样一种状态，不知道CTL接收信号的残余载波偏移。此外，未均衡信号。在步骤305，可通过对应主路径延迟的单个非零抽头来初始化均衡器。进一步地，CTL积分器(即NCO)可初始化为0，或初始化为其它先验已知的最优值。
在步骤310，CTL的结构可被初始化为或转换到图3所示形式。更特别地，可将均衡器的位置设置在或定位于CTL的输入端，由此将均衡器的输出提供到解旋转器的输入端。这一位置上，可认为均衡器在CTL的外部。在步骤315，均衡器可转换到盲模式下操作。这允许均衡器处理旋转的合成星座。值得注意地，假定码元定时恢复环路被锁定并可按要求将有效数据顺流发送到CTL和其它系统部件。此时，积分器可保持在“0”状态。正如图3所示，以“×”示出到达下游部件的信号路径，表示信号没有达到要求的质量。由此，在这一阶段没有信号被提供为输出。
均衡器在盲模式下开始起作用并开始调整，由此均衡器系数开始收敛。尽管均衡器继续调整，但CTL可处于非活动状态。也就是说，CTL可不调整。在步骤320，可对均衡器是否已充分调整进行判断。如图所示，方法300不断循环直到均衡器充分调整为止。可使用多种公知技术之一来确定均衡器是否已充分调整。例如，经过一段时间之后，可确定落在信号空间预定部分内的已均衡接收码元数目的计数。当这个计数超过预定数目时便可认为均衡器已充分调整。在步骤325，一旦开始调整眼睛就会开启，以便允许限幅器做出相当精确的平均限幅决策，可停止均衡器的进一步调整。
在步骤330，开始CTL操作并开始调整。均衡器不再保持为固定值。尽管CTL起作用或调整，但均衡器仍保持在挂起状态，以防止CTL必须适应一种由均衡器的进一步调整所导致的变化信号。可假定信道是准静态的，并且在CTL收敛时不会有明显改变。这与适合于电缆接收器的发明概念的应用类似。值得注意地，由于均衡器位于CTL外部，通过CTL而产生的延迟被降低，由此允许范围上更广的拉伸。
在步骤335，可确定CTL是否基本收敛到一个真实残余偏移值附近。当解旋转器的星座输出实际静态时这就会发生。该方法可不断循环直到CTL收敛为止。此时，该方法可行进到步骤340。在步骤340，挂起CTL调整。也就是说，可冻结积分器数值。在步骤345，CTL结构可被转换到图2所示的形式。换句话说，可动态改变CTL的结构，由此均衡器变得有效位于解旋转器和限幅器之间。在步骤350，均衡器被释放并运行在判决导引模式下。当均衡器的星座输出如所指出的那样为相对静态时就是这种情况。
在步骤355，CTL积分器被释放，由此CTL继续再次调整。此时，CTL和均衡器都起作用并且都继续调整，并在步骤370提供一个输出信号。
除了图5所示的流程图，根据本发明原理的其它变形也是可能的。图6中示出了此类变形之一。除了附加步骤360和365之外，图6流程图400同图5流程图相似。步骤360取代图5中的步骤350。在步骤360，均衡器转换到盲模式下运行。这允许均衡器平滑由图3到图2的结构转换带来的间断。当均衡器充分调整时(尽管在图6中未示出，但这同步骤320(前述)类似)，均衡器在步骤365再次转换到判决导引模式下运行。
本发明可实现在硬件、软件或硬件和软件的组合中。本发明的多个方面也可嵌入计算机程序产品中，该计算机程序产品包括实现在此阐述方法的所有特征，并且该计算机程序产品加载到计算机系统中便能够执行这些方法。本文中的计算机程序或应用是指以任何语言、代码或符号对指令组进行的任何表示，所述指令组旨在使具有信息处理能力的系统直接执行或在下列过程之一或两者之后执行特殊功能a)转换为另一种语言、代码或符号；b)以不同材料的形式再现。
在不背离本发明精神或本质属性的前提下，本发明可实现为不同形式。因此，在表示本发明范畴方面应当参考下面的权利要求说明，而不是前面的说明书。
权利要求
1.一种接收器，包括载波跟踪环路；以及均衡器；其中均衡器根据所述载波跟踪环路的收敛度量可选地定位于所述载波跟踪环路外部和所述载波跟踪环路内部。
2.根据权利要求1的接收器，其中当所述载波跟踪环路收敛到真实残余偏移值附近时便满足收敛度量。
3.根据权利要求1的接收器，其中当位于所述载波跟踪环路外部时，所述均衡器运行在盲模式中，当位于所述载波跟踪环路内部时便转换到判决导引模式下操作。
4.根据权利要求1的接收器，所述载波跟踪环路还包括一个解旋转器，配置来解旋转接收码元；一个限幅器，配置来校正解旋转接收码元中的误差；一个误差检测器，配置来比较所述限幅器的码元输出和解旋转接收码元，以便确定一个误差信号；一个环路滤波器，用以处理该误差信号；以及一个数控振荡器，它由所述环路滤波器的输出驱动并将一个信号提供给所述解旋转器，以便在解旋转所述接收码元时使用。
5.根据权利要求4的接收器，其中当位于所述载波跟踪环路外部时，所述均衡器位于所述解旋转器的前面，当位于所述载波跟踪环路内部时，所述均衡器位于所述解旋转器和所述限幅器之间。
6.根据权利要求1的接收器，其中所述均衡器最初位于所述载波跟踪环路的外部且运行在盲模式下。
7.根据权利要求6的接收器，其中所述均衡器适应输入码元并作为响应挂起调整。
8.根据权利要求7的接收器，其中所述均衡器挂起调整之后，所述载波跟踪环路收敛到真实残余偏移值附近并挂起调整。
9.根据权利要求8的接收器，其中所述均衡器位于所述载波跟踪环路内部并且在判决导引模式下启动进一步的调整功能。
10.根据权利要求9的接收器，其中当所述均衡器位于所述载波跟踪环路内部后，所述载波跟踪环路重新开始调整。
11.根据权利要求10的接收器，所述均衡器在提供输出信号之前再次暂时转换到盲模式下操作，然后转换到判决导引模式下操作。
12.一种接收器，包括一个均衡器，用以接收已接收的信号；以及一个载波跟踪环路，用以跟踪该接收信号的载波；其中可调整均衡器相对载波跟踪环路的位置。
13.一种用在接收器中的方法，该方法包括将均衡器定位在载波跟踪环路的输入端位置处；调整载波跟踪环路；当载波跟踪环路收敛到一个真实残余偏移值附近时，将均衡器定位在载波跟踪环路的内部；以及将均衡器的操作模式转换到判决导引模式。
14.根据权利要求13的方法，进一步包括步骤将均衡器设置在盲模式下运行；以及当均衡器充分调整时便挂起均衡器在盲模式下的调整；其中在均衡器调整挂起之后执行载波跟踪环路调整步骤。
15.根据权利要求13的方法，其中在将均衡器定位于载波跟踪环路内部的所述步骤中挂起载波跟踪环路的调整。
16.根据权利要求15的方法，进一步包括恢复均衡器和载波跟踪环路调整的操作。
17.根据权利要求13的方法，进一步包括步骤在将均衡器定位于载波跟踪环路内部之后到将均衡器转换到判决导引模式下运行之前的时段内，将均衡器运行在盲模式下。
18.根据权利要求13的方法，其中当位于载波跟踪环路内部时，均衡器位于解旋转器和限幅器之间。
19.一种用在接收器中的方法，该方法包括将自适应均衡器定位在载波跟踪环路外部；当位于载波跟踪环路外部时，通过运行在盲模式下的该自适应均衡器处理码元；当载波跟踪环路收敛到真实残余偏移值附近时，将自适应均衡器定位在载波跟踪环路内部；以及当位于载波跟踪环路内部时，通过使用判决导引模式的自适应均衡器处理码元。
全文摘要
同数字通信系统接收器一起使用的载波恢复和均衡结构可包括一个具有均衡器(110)的载波跟踪环路(100)。均衡器可选地位于载波跟踪环路外部(图3)和载波跟踪环路内部(图2)。可根据载波跟踪环路的收敛度量定位均衡器。
文档编号H04L27/00GK1954569SQ200580015155
公开日2007年4月25日 申请日期2005年2月2日 优先权日2004年5月12日
发明者M·B·贝洛特塞尔科夫斯基, D·C·休 申请人:汤姆森许可公司