专利名称：用于数字广播信号接收系统的均衡装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于数字广播信号接收系统的均衡装置和方法。更具体地讲，本发明涉及一种基于估计出的信道状态优化更新均衡装置的滤波器抽头系数的过程的方法的均衡装置和方法。
背景技术：
均衡装置纠正信号发送期间发生的或者由在信号传送中发生的信号衰减引起的信号变化，并均衡全部的信号特性。通常，数字广播信号接收系统使用判定反馈均衡器，和最小均方(LMS)算法、递归最小二乘方(RLS)算法或卡尔曼(Kalman)算法作为滤波器抽头系数更新方法。
图1是表示传统的用于数字广播信号接收系统的均衡装置。图1中所示的均衡系统具有前馈(FF)单元100、反馈单元110、加法器120、确定单元130、选择单元140、误差计算单元150、和更新单元160。FF单元100以有限冲激响应(FIR)的形式进行纠正，接收数字广播信号并将其滤波。接收到的数字广播信号可以是包括时域同步信号的单载波信号或者多载波信号，例如时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)信号。FB单元110以无限冲激响应(IIR)的形式进行纠正，接收来自选择单元140的信号并将其滤波。加法器120相加FF单元100和FB单元110的输出。确定单元130确定加法器120的输出信号为正交幅值调制(QAM)信号星座，并输出它的判定值。选择单元140接收判定值和参考信号，该信号是与在发送数字广播信号之前插入的同步信号相同的信号。选择单元140根据数字广播信号的模式以训练模式将参考信号或者以盲(blind)模式将判定值发送到FB单元110和误差计算单元150。误差计算单元150接收加法器120和选择单元140的信号，并计算误差值。计算误差值的算法可以是sato算法、常系数算法(CMA)、修正的CMA、判定指示算法、停走(Stop and Go)算法、和Benveniste-Goursat算法。
更新单元160更新FF单元100和FB单元110的滤波器抽头系数。用于更新FF单元100和FB单元110的滤波器抽头系数的算法可以是最小均方(LMS)算法、递归最小二乘方(RLS)算法或与RLS算法类似的卡尔曼算法。
用于通过LMS算法计算更新后的抽头系数的公式如下[公式1]c(n+1)＝c(n)+μe(n)u*(n)用于通过RLS算法计算更新后的抽头系数的公式如下[公式2]c(n)＝c(n-1)-k(n)e(n)在公式1和2中，u(n)=x(n)d(n),]]>c(n)=f(n)b(n),]]>k(n)=λ-1Φuu(n-1)u(n)1+λ-1uH(n)Φuu(n-1)u(n),]]>和Фuu(n)＝λ-1Фuu(n-1)-λ-1k(n)uH(n)Фuu(n-1)。此外，u(n)表示均衡器的输出，e(n)表示误差值，μ表示步距常数，H表示厄米特(Hermitian)变换，x(n)表示FF单元100的输入信号，f(n)表示FF单元100的滤波器抽头系数，d(n)表示FB单元110的输入信号，即选择单元140的输出信号，以及b(n)表示FB单元110的滤波器抽头系数。
参考公式1，LMS算法具有相对简单的计算更新后的抽头系数值的过程。因此，LMS算法具有计算量小的优点，但是估计动态信道困难。
参考公式2，RLS算法可以对直到动态信道进行精确的均衡，但是具有计算过程更加复杂的问题。卡尔曼算法也具有与RLS算法类似的特点。
传统上，只使用LMS算法、RLS算法和卡尔曼算法之一对动态和静态的信号进行均衡。然而，LMS算法导致动态信道的均衡恶化，而RLS算法或卡尔曼算法可以得到增强的均衡性能，但是计算量大大增加。
发明内容
提出本发明是为了解决上述传统方法中的缺点和其他问题。本发明的一方面是提供一种能够通过经确定信道状态有选择性地使用合适的滤波器抽头系数算法有效地均衡信道的用于数字广播接收系统的均衡装置和方法。
通过提供一种用于数字广播信号接收系统的均衡装置可以充分地认识到上述和其他方面及优点，该装置包括滤波器部分，具有多个滤波器抽头并用于去除数字广播信号的信道干扰；误差计算部分，用于基于已去除信道干扰的信号和参考信号计算误差值；和更新部分，具有多个更新单元，其每个与每个滤波器抽头对应，更新单元中的每一个基于输入到每个滤波器抽头的信道状态选择第一和第二算法中的一种并基于选择的算法和误差值更新每个滤波器抽头的系数。
最好，如果信道处于静态或者信道估计值低于预定阈值，则更新单元中的每一个使用第一算法更新抽头系数。如果信道处于动态，则更新单元使用第二算法更新滤波器抽头系数。最好第一算法是最小均方(LMS)算法，第二算法是递归最小二乘方(RLS)算法和卡尔曼算法之一。
滤波器部分可以包括前馈(FF)滤波器单元，具有多个滤波器抽头中的预定数量的滤波器抽头，用于接收数字广播信号并以有限冲激响应(FIR)的形式进行纠正；反馈(FB)滤波器单元，具有剩余的滤波器抽头，用于接收参考信号并以无限冲激响应(IIR)的形式进行纠正；和加法器，用于计算FF滤波器单元和FB滤波器单元的输出之和并以其为滤波器部分的输出。
均衡装置还包括确定部分，用于确定滤波器部分的输出为特定的信号星座图并输出判定值；和选择部分，用于基于数字广播信号在发送数字广播信号之前有选择性地发送判定值或者与插入的同步信号相同的参考信号。参考信号是从选择部分发送的信号。最好，特定的信号星座图是正交幅值调制(QAM)信号星座图，相应于同步信号区的信号的接收，选择部分输出参考信号，该信号是用于数字广播信号发送系统和接收系统之间的同步发送的信号，并且，相应于数字广播信号的用户区的信号的接收，输出判定值。
最好，误差计算部分使用sato算法、常系数算法(CMA)、修正的CMA、判定指示算法、停走算法、和Benveniste-Goursat算法之一计算误差值。数字广播信号可以是单载波信号和多载波信号之一，它们中的每一个都具有时域同步信号。均衡装置还包括信道估计器，用于估计用于发送的数字广播信号的信道，并将信道估计值发送到更新部分。
根据本发明实施例，用于数字广播信号接收系统的信道均衡方法包括通过使用多个滤波器抽头进行滤波以去除数字广播信号的信道干扰；基于已去除信道干扰的信号和预定参考信号计算误差值；和基于输入到对应的滤波器抽头的信道的状态相对于每个滤波器抽头选择第一和第二算法之一，并基于选择的算法和误差值更新对应的滤波器抽头的系数。
如果信道处于静态或者信道估计值低于预定阈值，则更新步骤使用第一算法更新抽头系数，如果信道处于动态，则使用第二算法更新滤波器抽头系数。最好，第一算法是最小均方(LMS)算法，第二算法是递归最小二乘方(RLS)算法和卡尔曼算法之一。
滤波步骤可以包括前馈(FF)滤波步骤，用于接收数字广播信号并以有限冲激响应(FIR)的形式进行纠正，提供了多个滤波器抽头中的预定数量的滤波器抽头用于纠正；反馈(FB)滤波步骤，用于接收参考信号并以无限冲激响应(IIR)的形式进行纠正，提供了剩余的滤波器抽头用于纠正；和加法步骤，用于计算FF滤波步骤和FB滤波步骤的输出之和。
均衡方法还可以包括确定步骤，用于确定滤波步骤的输出为特定的信号星座图并输出判定值；和选择步骤，用于基于数字广播信号，在发送数字广播信号之前有选择性地发送判定值或者与插入的同步信号相同的参考信号。参考信号是从选择步骤发送的信号。最好，在判定步骤，特定的信号星座图是正交幅值调制(QAM)信号星座图。相应于同步信号区的信号的接收，选择步骤输出参考信号，该信号是用于数字广播信号发送系统和接收系统之间的同步发送的信号，并且相应于数字广播信号的用户区的信号的接收输出判定值。
最好，误差计算部分使用sato算法、常系数算法(CMA)、修正的CMA、判定指示算法、停走算法、和Benveniste-Goursat算法之一计算误差值。数字广播信号是单载波信号和多载波信号之一，它们中的每一个都具有时域同步信号。均衡方法还包括信道估计步骤，用于估计用于发送的数字广播信号的信道，并将信道估计值发送到更新部分。
通过参考附图对本发明的特定实施例进行描述，本发明的上述方面和特性将会变得更加清楚，其中图1是表示传统的用于数字广播信号接收系统的均衡装置的方框图；图2是表示根据本发明实施例的用于数字广播信号接收系统的均衡装置的方框图；和图3是解释根据本发明实施例的用于数字广播信号接收系统的均衡装置的操作的流程图。
具体实施例方式
以下，参照附图根据本发明的实施例对本发明进行描述。
图2是表示根据本发明实施例的用于数字广播信号接收系统的均衡装置的方框图。参照图2，均衡装置具有多个更新单元200-1、200-2、200-3、......、和200-6，滤波器部分205，误差计算部分260，确定部分240，和选择部分250。滤波器部分205包括前馈(FF)单元210，用于以FIR的形式进行校正；FF单元210中的多个滤波器抽头215-1、215-2、和215-3；多个延迟部件217-1和217-2；FF加法器219，用于相加各个滤波器抽头215-1、215-2、和215-3的输出值作为输出；反馈(FB)单元220，使用IIR的形式进行校正；FB单元220中的多个滤波器抽头225-1、225-2、和225-3；多个延迟部件227-1和227-2；FB加法器229，用于相加各个滤波器抽头225-1、225-2、和225-3的输出值；和加法器230。
每个更新单元200-1、200-2、200-3、......、和200-6被输入信道估计结果和误差值，并更新FF单元210中的各滤波器抽头215-1、215-2、和215-3的系数以及FB单元220中的各滤波器抽头225-1、225-2、和225-3的系数。详细地讲，当与第一FF滤波器抽头215-1对应的信道处于静态或者低于预定阈值时，第一更新单元200-1使用LMS算法更新第一FF滤波器抽头215-1的系数，当信道处于动态时，使用RLS算法或者卡尔曼算法更新第一FF滤波器抽头215-1的系数。以与上述相同的方式，与FF单元210中的滤波器抽头215-1、215-2、和215-3对应的更新单元200-1、200-2和200-3，基于对应的信道的状态使用LMS算法或者RLS算法更新滤波器抽头215-1、215-2、和215-3的系数。如前所述，可以使用卡尔曼算法代替RLS算法。以与FF单元210中的滤波器抽头相同的方式，也可以更新FB单元220中的滤波器抽头225-1、225-2、和225-3的系数。也就是说，基于与第一FB滤波器抽头225-1对应的信道的状态使用RLS算法、卡尔曼算法或者LMS算法更新第一FB滤波器抽头225-1的系数。以与第一FB滤波器抽头225-1的系数相同的方式，还更新剩余的滤波器抽头的系数。因此，基于与滤波器对应的信道状态使用最优化的算法更新所有的FF单元210和FB单元220的滤波器抽头系数。信道估计的结果可以从信道估计器(未表示)接收。
使用FIR的形式进行校正的FF单元210接收数字广播信号，通过FF加法器219计算并输出各个滤波器抽头215-1、215-2、和215-3的输出之和，并进行滤波以去除信道干扰。使用IIR的形式进行校正的FB单元220接收选择部分250的输出信号，通过FB加法器229计算并输出各个滤波器抽头225-1、225-2、和225-3的输出之和，并进行滤波以去除信道干扰。加法器230计算FF单元210和FB单元220的输出之和作为均衡装置的输出，并将均衡装置的输出发送到确定部分240和误差计算部分260。确定部分240将输入信号转换成正交幅值调制(QAM)信号星座图，并输出判定值。选择部分250接收判定值和参考信号，并有选择性地输出它们中的一种。更详细地，选择部分250，如果当前输入数字广播信号则输出与发送时插入的同步信号相同的参考信号，如果接收到的信号与通常的用户数据信号一致则输出判定值。
误差计算部分260基于选择部分250的输出和作为均衡装置的输出的加法器230的输出来计算误差。误差计算算法可以是sato算法，使用平均幅值和相对于均衡的输出信号预先计算出的平均幅值得到误差值；常系数算法(CMA)，使用平均功率和相对于均衡的输出信号预先计算出的平均功率得到误差值；修正的CMA；判定指示算法，使用均衡的输出信号和判定值之差计算误差；停走算法，其中，将可靠性赋予从判定指示算法得到的误差，如果确定存在可靠性则使用从判定指示算法得到的误差或者如果确定不存在可靠性则判定误差为零；或者Benveniste-Goursat算法，通过以适当的方式相加从CMA得到的误差值和从判定指示算法得到的误差值重新计算误差值以更新抽头系数，等等。
计算出的误差值被分别输入到更新单元200-1、200-2、200-3......和200-6，每个更新单元200-1、200-2、200-3......和200-6基于通过根据信道状态选择的RLS算法、卡尔曼算法或者LMS算法计算出的误差值计算更新后的滤波器抽头系数。本实施例包括多个更新单元，每个与每个滤波器抽头对应，但是可以具有多个更新单元，每个具有特定数量的滤波器抽头。
图3是表示根据本发明实施例的均衡过程的流程图。参照图2和3，在步骤S300，均衡装置输入信道估计结果。基于与各个抽头对应的信道的状态更新FF单元210和FB单元220的滤波器抽头。首先，在步骤S310，均衡装置确定与FF单元210和FB单元220的滤波器抽头对应的信道是否低于预定值或者处于静态。在步骤S320，均衡装置使用LMS算法更新满足步骤S310的滤波器抽头系数。如果不满足步骤S310，则在步骤S330均衡装置检查与FF单元210和FB单元220的滤波器抽头对应的信道是否处于动态。如果信道处于动态，则在步骤S340均衡装置使用RLS算法更新FF单元210和FB单元220的滤波器抽头系数。在步骤S350，FF单元210接收数字广播信号并将其滤波以去除信道干扰，FB单元220接收选择部分250的输出并将其滤波。然后，在步骤S360，均衡装置相加FF单元210和FB单元220的输出。相加的信号是均衡的信号。
在步骤S370，均衡装置使用均衡的信号计算判定值。如果接收到的信号处于同步信号区，则均衡装置发送与在发送接收到的信号之前插入的同步信号相同的参考信号。在步骤S380，如果接收到的信号处于通常的数据信号区，则均衡装置计算在步骤S370中计算出的判定值。在步骤S390，均衡装置使用判定值和从步骤S360输出的均衡信号计算误差值。用于误差值计算的算法可以是sato算法、CMA、修正的CMA、判定指示算法、停走算法、和Benveniste-Goursat算法。计算出的误差值被发送到步骤S320和步骤S330并被用于通过LMS算法和RLS算法或者卡尔曼算法计算更新后的抽头系数。
根据上述过程，均衡装置可以更加精确和有效地均衡动态或者静态变化的信道。
如前所述，根据本发明实施例的均衡装置通过估计出的信道确定信道的状态并使用了最优化的滤波器抽头系数更新算法，以此实现对变化的信道的更加精确和迅速的均衡。因此，与现有的使用LMS算法的均衡装置相比该均衡装置具有极好的均衡性能，以及与现有的使用RLS算法的均衡装置相比具有快速的均衡。
前述的实施例和优点仅为示例性的，不应被解释为限制本发明。本方法可以容易地应用于其他装置。同样，本发明实施例的描述是示例性的，并不限于权利要求的范围，本领域的技术人员可以容易地理解各种替换、修改和变动。
权利要求
1.一种用于数字广播信号接收系统的均衡装置，包括滤波器部分，具有多个滤波器抽头并用于去除数字广播信号的信道干扰；误差计算部分，用于基于已去除信道干扰的信号和参考信号计算误差值；和更新部分，具有多个更新单元，每个与每个滤波器抽头对应，更新单元中的每一个基于输入到每个滤波器抽头的信道状态选择第一和第二算法中的一种，并基于选择的算法和误差值更新每个滤波器抽头的系数。
2.如权利要求1所述的均衡装置，其中，如果信道处于静态或者信道估计值低于预定阈值，那么更新单元中的每一个使用第一算法更新抽头系数，如果信道处于动态，则使用第二算法更新滤波器抽头系数。
3.如权利要求2所述的均衡装置，其中，第一算法是最小均方(LMS)算法，第二算法是递归最小二乘方(RLS)算法和卡尔曼算法中的一种。
4.如权利要求1所述的均衡装置，其中，滤波器部分包括前馈(FF)滤波器单元，具有多个滤波器抽头中的预定数量的滤波器抽头，用于接收数字广播信号并以有限冲激响应(FIR)的形式进行纠正；反馈(FB)滤波器单元，具有剩余的滤波器抽头，用于接收参考信号并以无限冲激响应(IIR)的形式进行纠正；和加法器，用于计算FF滤波器单元和FB滤波器单元的输出之和作为滤波器部分的输出。
5.如权利要求1所述的均衡装置，还包括确定部分，用于确定滤波器部分的输出为特定的信号星座图并输出判定值；和选择部分，用于基于数字广播信号有选择性地发送判定值或者与在发送数字广播信号之前插入的同步信号相同的参考信号，该参考信号是从选择部分发送的信号。
6.如权利要求5所述的均衡装置，其中，在确定部分，特定的信号星座图是正交幅值调制(QAM)信号星座图。
7.如权利要求5所述的均衡装置，其中，相应于同步信号区的信号的接收，选择部分输出参考信号，该信号是用于数字广播信号发送系统和接收系统之间的同步发送的信号，并相应于数字广播信号的用户区的信号的接收输出判定值。
8.如权利要求1所述的均衡装置，其中，误差计算部分使用sato算法、常系数算法(CMA)、修正的CMA、判定指示算法、停走算法、和Benveniste-Goursat算法之一计算误差值。
9.如权利要求1所述的均衡装置，其中，数字广播信号是单载波信号和多载波信号之一，它们中的每一种都具有时域同步信号。
10.如权利要求1所述的均衡装置，还包括信道估计器，用于估计用于发送数字广播信号的信道，并将信道估计值发送到更新部分。
11.一种用于数字广播信号接收系统的信道均衡方法，包括下述步骤通过使用多个滤波器抽头进行滤波以去除数字广播信号的信道干扰；基于已去除信道干扰的信号和预定参考信号计算误差值；和基于输入到对应的滤波器抽头的信道的状态相对于每个滤波器抽头选择第一和第二算法中的一个，并基于选择的算法和误差值更新对应的滤波器抽头的系数。
12.如权利要求11所述的均衡方法，其中，如果信道处于静态或者信道估计值低于预定阈值，则更新步骤使用第一算法更新抽头系数，如果信道处于动态，则使用第二算法更新滤波器抽头系数。
13.如权利要求12所述的均衡方法，其中，第一算法是最小均方(LMS)算法，第二算法是递归最小二乘方(RLS)算法和卡尔曼算法中的一种。
14.如权利要求11所述的均衡方法，其中，滤波步骤包括前馈(FF)滤波步骤，用于接收数字广播信号并以有限冲激响应(FIR)的形式进行纠正，提供了多个滤波器抽头中的预定数量的滤波器抽头用于纠正；反馈(FB)滤波步骤，用于接收参考信号并以无限冲激响应(IIR)的形式进行纠正，提供了剩余的滤波器抽头用于纠正；加法步骤，用于计算FF滤波步骤和FB滤波步骤的输出之和。
15.如权利要求11所述的均衡方法，还包括确定步骤，用于确定滤波步骤的输出为特定的信号星座图并输出判定值；和选择步骤，用于基于数字广播信号有选择性地发送判定值或者与在发送数字广播信号之前插入的同步信号相同的参考信号，其中，参考信号是从选择步骤发送的信号。
16.如权利要求15所述的均衡方法，其中，在判定步骤，该特定的信号星座图是正交幅值调制(QAM)信号星座图。
17.如权利要求15所述的均衡方法，其中，相应于同步信号区的信号的接收，选择步骤输出参考信号，该信号是用于数字广播信号发送系统和接收系统之间的同步发送的信号，并相应于数字广播信号的用户区的信号的接收输出判定值。
18.如权利要求11所述的均衡方法，其中，误差计算步骤使用sato算法、常系数算法(CMA)、修正的CMA、判定指示算法、停走算法、和Benveniste-Goursat算法之一计算误差值。
19.如权利要求11所述的均衡方法，其中，数字广播信号是单载波信号和多载波信号之一，它们中的每一个都具有时域同步信号。
20.如权利要求11所述的均衡方法，还包括信道估计步骤，用于估计用于发送数字广播信号的信道，并将信道估计值发送到更新步骤。
全文摘要
一种用于数字广播接收系统的均衡装置和方法。均衡装置包括滤波器部分，具有多个滤波器抽头并用于去除数字广播信号的信道干扰；误差计算部分，用于基于已去除信道干扰的信号和参考信号计算误差值；和更新部分，具有多个更新单元，每个与每个滤波器抽头对应，更新单元中的每一个基于输入到每个滤波器抽头的信道状态选择第一和第二算法中的一种，并基于选择的算法和误差值更新每个滤波器抽头的系数。
文档编号H04L27/01GK1574803SQ20041004964
公开日2005年2月2日 申请日期2004年6月23日 优先权日2003年6月24日
发明者金正振 申请人:三星电子株式会社