决策反馈均衡器及其方法

专利名称：决策反馈均衡器及其方法
决策反馈均衡器及其方法
技术领域：
本发明为关于一种均衡器(equalizer)及其方法，特别是关于一种具有调整 装置的决策反馈均衡器(decision feedback equalizer, DFE)及其方法。
背景技术：
决策反馈均衡器(decision feedback叫ualizer, DFE)通常应用于先进的通 讯系统，例如符合先进电 一见系统委员会(Advanced Television Systems Committee, ATSC)制定的技术标准的系统， 一般来说，是利用数字式八级残 余边带(8-level vestigial sideband, 8-VSB)作为信号的调变方法。
参考图1,其绘示现有技术中高清晰度电视系统(HDTV)的资料讯框的示 意图，该资料讯框符合先进电视系统委员会(ATSC)制定的技术标准。每个讯 框100包括两个图场(field),每个图场具有一场同步区段(FIELD—SYNC#1或 是#2)102以及312个资料区段(DATA)104,每个同步区段以4个二阶符码 (binary-level symbol, SEGMENT—SYNC) 106为起始，该二阶符码的头见则图案 值(pattern)为{+5, -5, -5， +5}。在一资料区^殳104中，828个符码是资泮十符码， 主要是来自于前馈错误修正(forward error correction, FEC)的编码系统，且其 值为{+-1，+-3,+-5,+-7}的随机值。在场同步区段102中，828个符码中大部 分包括虚拟随4几序列(pseudo random (PN) sequences)的{+5， -5}二位值，这些 虚拟随机序列用于训练均衡器的系数，使得均衡器能够补偿因为多重路径信 号蔓延所引起的符码间干扰(intersymbol interference, ISI)。
基本上，现有技术的均衡器依据两种模式来进行操作，包括一训练模式(training mode)以及一镅-i吴追i 宗才莫式(error tracking mode),该均:街器以下列7A 式表示
>Jb-i x[k]= IX[k]y[k-i]-艺bj[卿-j]
i=0 j=l
其中"a,是前馈滤波(feed-forward filter)系数，"y"是输入信号，"b/， 是反馈滤波(feedback filter)系数，"x"是均衡器的输出信号，"Na"是指针 (index)"i"的范围，"Nb"是指针"j"的范围，此处指针"i"以及"j"分别表示 "a"以及"b"在上述公式中的顺序编号，以及；是决策装置的输出。
在该训练模式中，该前馈滤波系数"a"i以及反馈滤波系数"bj"分别以下列 公式表示
a,[k + l] = ai[k],D[k]y[k-i]
bj[k + l],[k] +陶[卿-j]
其中"eD，，称为决策导向误差(decision-directed error),并且以下列/>式表
示
eD[k] = x[k]-i[k]
在该错误追踪模式中，使用Sato控制机制，该前馈滤波系数"ai"以及反 馈滤波系数"bj，，分别以下列公式表示 ai[k + l] = ai[k]-,eD[k]y[k-i] bj[k + l^bj[k] + ^if[k]eD[k风k一j] f[k] = l if sgn{eD[k]}=sgn{es[k]} 否则f[k] = 0 此处"e/，称为Satoi吴差，并且以下列^^式表示 es[k] = x[k]-ysgn{x[k]}以及Y = E[Xc[k]|2]/EDxc[k]|]
其中，Y是固定纯量，sgn[]是signum函数，"EU，，表示期望值，以及"xc[k]" 表示传送的符码。
然而由于现有的决策反馈均衡器具有内含的误差(inherent potential),将会由单 一 误差量从而导致大量的蔓延性误差，称为误差蔓延(error propagation),此外，均衡器需要数以百万计的符码之后才会收敛。 因此需要发展一种新式的决策反馈均衡器来解决上述问题。

发明内容
本发明的一目的在于提供一种决策反馈均衡器及其方法，以降低决策反 馈均衡器的收敛(convergence)时间，亦即提高其收敛的速度。
本发明另一目的在于提供一种决策反馈均衡器及其方法，以减緩或是避 免蔓延性的误差。
为达上述目的，本发明提出一种决策反馈均衡器及其方法，该决策反馈 均衡器，包括 一前馈滤波器、 一决策装置、 一反馈滤波器、 一调整装置以 及一总和装置，其中该前馈滤波器依据一输入信号，用以产生一前馈信号； ,该决策装置用以形成第一决策信号以及第二决策信号，其中第一决策信号以 及第二决策信号相关于一总和信号；该反馈滤波器耦接于决策装置，用以接 收第二决策信号，以形成一反馈信号；该调整装置分别耦接于前馈滤波器、 决策装置以及反馈滤波器，该调整装置依据一第一加权值调整第一决策信号， 以形成一第一调整信号，并且将该第一调整信号传送至前馈滤波器，该调整 装置依据一第二加权值调整第二决策信号，以形成一第二调整信号；该总和 装置分别耦接于前馈滤波器、决策装置以及调整装置，接收前馈信号以及第 二调整信号，以形成总和信号，并且将该总和信号传送至决策装置。
本发明的执行决策反馈均衡器的方法，包括下列步骤利用一前馈滤波 器依据一输入信号形成一前馈信号；利用一决策装置形成一第一决策信号以 及一第二决策信号，其中该第一决策信号以及第二决策信号相关于一总和信 号；利用一反馈滤波器接收该第二决策信号，以形成一反馈信号；利用一调 整装置依据一第一加权值调整该第一决策信号，以形成一第一调整信号，并且将该第一调整信号传送至前馈滤波器，该调整装置依据一第二加权值调整
该第二决策信号，以形成一第二调整信号；利用一接收总和装置接收该前馈 信号以及第二调整信号，以产生总和信号，并且将该总和信号传送至决策装置。
相较于现有技术，本发明决策反馈均衡器及其方法利用调整装置增加第 一加权值，以快速地修正输入信号，以加速本发明的收敛。当本发明决策反 馈均衡器逐渐收敛之后，减少第一加权值且增加第二加权值，以微幅调整本 发明决策反馈均衡器，使得本发明决策反馈均衡器的误差蔓延下降而获得改 善。另，该调整装置可依据本发明决策反馈均衡器的信噪比(signal to noise, SNR)来调整第一加权值以及第二加权值。当本发明决策反馈均衡器的信噪比 较低时，增加第一加权值，以使本发明决策反馈均衡器快速收敛。相反地， 当本发明决策反馈均衡器的信噪比较高时，减少第一加权值且增加第二加权 值，以精确地调整本发明决策反馈均衡器，以减緩或是避免蔓延性的误差。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所 附图式，作详细iJt明如下


图1绘示现有技术中高清晰度电视系统(HDTV)的资料讯框的示意图，该 资料讯框符合先进电视系统委员会(ATSC)制定的技术标准。 图2为依据本发明实施例中决策反馈均衡器的方块图。 图3为依据本发明实施例中执行决策反馈均衡器的方法流程图。
具体实施方式
请参考图2，其绘示依据本发明实施例中决策反馈均衡器(decision feedback叫ualizer, DFE)200的方块图。该决策反々贵均tf器200包括前々赍滤波器(feed-forward filter)204 、决策装置(decision device)206 、反馈滤波器 (feedback filter)208、调整装置(adjusting device)202以及总和装置(summation device)210。该前馈滤波器204耦接于调整装置202,总和装置210耦接前馈 滤波器204至决策装置206，反馈滤波器208耦接决策装置206至调整装置 202。
该前馈滤波器204依据输入信号(Si)形成前馈信号(Sff)，该决策装置206 形成第一决策信号(Scn)以及第二决策信号(Sd2),该第一决策信号(SdO以及第 二决策信号(Sd2)分别相关于总和信号(Ssu),该反馈滤波器208接收第二决策 信号(Sd2)以形成反馈信号(Sft)。该调整装置202依据第一加权信号(V!)调整第
一决策信号(Sd0，以形成第一调整信号(SJ,并且将该第一调整信号(S^)传
送至前馈滤波器204。该调整装置202还包括依据第二加权信号(V2)调整该反
馈信号(Sfb),以形成第二调整信号(Sa2)。该总和装置210接收前馈信号(Sff) 以及第二调整信号(Sa2),以产生总和信号(Ssu),并且将总和信号(Ssu)传送至
决策装置206。该调整装置202将于下文详细说明。
在一实施例中，该决策装置206包括硬式决策装置(hard decision device) 以及格子译码器(trellis decoder),第一决策信号(Sd!)利用硬式决策装置所产 生；当资料以格子编码器进行编码时，第二决策信号(Sd2)利用该格子译码器 产生，该格子译码器的反馈追踪阶层数例如是1，以改善符码误差率(symbol error rate, SER)。本发明的格子译码器亦可使用更大的反馈追踪阶层数的值， 例如2或是3以上，以进一步改善符码误差率。应注意的是，当格子译码器 的反馈追踪阶层数越高，该符码误差率越佳，但是执行格子译码器的时间延 迟量亦越高，反之时间延迟量亦越低，本发明选择较佳的追踪阶层数(例如是 1),使符码误差率符合规格要求且能提高格子译码器的执行速度。
该调整装置202还包括信道评估装置(channel estimator)212、巻积装置 214、控制器216、第一乘法装置218以及第二乘法装置220。信道评估装置耦接前馈滤波器204至巻积装置214,该控制器216经由第一乘法装置218 分别耦接至前馈滤波器204以及巻积装置214。进一步地，该控制器216经 由第二乘法装置220分别耦接至反馈滤波器208以及总和装置210。
该信道评估装置212评估该输入信号(Si)，以形成信道评估信号(Ses),该 巻积装置214接收第一决策信号(Sd!)以及该信道评估信号(Ses)，以产生巻积
信号(Sc。)，该控制器216产生第一加权信号(V0以及第二加权信号(V2)。该第 一乘法装置218将来自控制器216的巻积信号(Se。)乘以该第一加权信号(V!),
以形成第一调整信号(S^)，并且将该第一调整信号(Sa,)传送至前馈滤波器
204。该第二乘法装置220将来自反馈滤波器208的反馈信号(Sfb)乘以第二加
权信号(V2),以形成第二调整信号(Sa2),并且将该第二调整信号(Sa2)传送至总
和装置210。
在一实施例中，该决策反馈均衡器200还包括误差信号评估器(error estimator)222以及噪声预测器(noise predictor)224。该误差信号评估器222耦 接至决策装置206,以分别接收总和信号(Ssu)以及第二决策信号(Sd2),以依据 该总和信号(Ssu)评估第二决策信号(Sd2)的误差量。噪声预测器224预测总和 信号(Ssu)，以白化(whiten)该前馈信号(Sff)的噪声，并且将白化后的前馈信号 (Sff)传送至总和装置210。在一实施例中，该前馈滤波器204以及噪声预测器 224是全通(all-pass)系统。
基本上，符码间干扰(ISI)分成两种， 一种是前驱(precursor)符码间干扰， 该前驱符码间干扰来自于目前符码之后的多个符码对于已接收到符码的影 响；另一种后置(post-cursor)符码间干扰，该后置符码间干扰来自于目前符码 之前的多个符码对于已接收到符码的影响。 一般来说，前馈滤波器204用于 消除该前驱符码间干扰，反馈滤波器208用于处理信道响应系数(channel response coefficients)以及前馈滤波器系数的巻积所产生的后置符码间干扰。 当处理一目前符码时，等化滤波器将接收到的符码乘以一组系数。将该前馈滤波器以及反馈滤波器的结果加至总和装置210，然后输出至资料流中。
均衡器以两种模式执行，第一种模式是训练模式，在此模式中，接收器 已知接收资料的正确值。接折执行第二种模式，称为追踪模式，在此模式中， 接收器并不知道输入资料的原始值，因而接收器需要评估该原始值，以计算 均衡的误差量。
本发明具有调整装置202的决策反馈均衡器200以方程式(E1)表示，且 a + |3=l,其中a是第一加权值(VO， P是第二加权值(V2),贝寸
x[n-K]=允a,[n—K]jy[n-(K+i)]—o^HJn—(K+i)—j]6[j] -(1—a)堂bH[n-(K+i)] ……(El)
此处"ai"是前馈滤波器204的系数，"i"的范围介于"-K"至"L"之间;"n" 是时间指针(time index); y[k]是在时间k的输入信号(Si); 'V是反馈滤波器 208的系数，"i"的范围介于1至"M"之间；i叨是硬式决策相关的决策装置输 出；以及X^是格子决策(trellis decision)相关的决策装置输出；fi[j]是估计的 4言道月永沖响应(channel impulse response); "D"是4古i十的反因果式(anti画causal) 信道长度。
以下式取4戈y[n]= th[k]x[n — k] + ii[n〗且邗ii殳D2Lc; x-i^-iTO;以及 h = fi，则:
x[n-K]-^a,[n-K]jl;x[n-(K+i)-j]hLJ]+x[n-(K+i)]h
+T(n]+(l-a)|>[n-(K+i)-j]h[j]l
i=~K H J
-(l-oc)艺bi[n-K]x[n-(K+i)]
……(El)
此处"La"是相关于前驱符码间干扰的反因果式信道长度；h[j]是信道脉冲
响应o<formula>formula see original document page 12</formula>......(El-1)
<formula>formula see original document page 12</formula> ......(El-2)
<formula>formula see original document page 12</formula> ......(El-3)
此处表示式(El-2)是除了噪声项ri(n)以外的标的信号(wanted signal),表 示式(E1-1)是前驱符码间干扰，表示式(El-3)是后置符码间干扰。
在一实施例中，该前馈滤波器204包括两个緩沖器(buffer),其中一个用 以储存资料，另一个用以储存前馈系数"ai"。同样地，反馈滤波器208包括 两个緩冲器，其中一个用以储存资料，另一个用以储存反馈系数"bi"。当资 料流输入至该前馈滤波器204,资料的每个符码相对应于一个系数。在方程 式(E1)中，，，n"是时间指针；介于"-K"至"L"的范围是该前馈滤波器204的时 间长度；介于，T，至"M"的范围是该反馈滤波器208的时间长度。较佳实施例 中，，，K"、 ，，L，，以及，，M，，是相关于信道长度的正整数，使得这些"K"、 "L"以及"M" 的区间范围是包含噪声在内范围。
在启始阶段(start stage)或是回复阶段(recovery)(来自误差蔓延)，现有技 术需要数以百万计的符码长度才能收敛。为了降低收敛的时间，调整装置202 的控制器216设定a-l，以利用巻积装置214来消除后置符码间干扰。而当 决策反馈均衡器200逐渐收敛之后，例如将a值下降设为0.125，其中是以 位运算(bitwise opemtion)来设定0.125。所属技术领域的技术人员应注意的 是，a+卩之和是常数，较佳实施例中a值的选用可消除后置符码间千扰。换
言之，第一加权值(Vi)以及第二加权值(V2)是预定值。因此，可利用反馈滤波
器208来消除后置符码间干扰。所以，决策反馈均衡器的收敛时间有效地被 降低。
该调整装置202的巻积装置214以及信道评估装置212通过增加a值，以快速地修正输入信号(Sj)，以加速决策反馈均衡器的收敛。当决策反馈均衡
器逐渐收敛之后，减少a值且增加p值，以微幅调整决策反馈均衡器，使得 决策反馈均衡器的误差蔓延下降而获得改善。在一实施例中，该调整装置202 的控制器216依据决策反馈均衡器的信噪比(signal to noise， SNR)来调整a值 以及P值。当决策反馈均衡器的信噪比较低时，增加a值，以使决策反馈均 衡器快速收敛。相反地，当决策反馈均衡器的信噪比较高时，减少a值且增 加卩值，以精确地调整决策反馈均衡器，以减緩或是避免蔓延性的误差。
如上所述，当巻积信号乘以a值以产生第一调整信号(SaO并且加入至前 馈滤波器204时，则巻积装置214对第一决策信号(SdO与信道评估信号进行 巻积，以消除输入信号的后置符码间干扰。此外，当第一反馈信号(Sfb)乘以 卩值以产生第二调整信号(Sa2)并且加入至总和装置210时，反馈滤波器208
接收第二决策信号(Sd2)以形成第一反馈信号(Sfb)，并且消除第二决策信号(Sd2)
的后置符码间干扰。
在一实施例中，决策装置206包括格子译码器以及硬式决策装置，以分
别形成第一决策信号(Sdi)以及第二决策信号(Sd2)。
在每一场同步区段(FIELD—SYNC)，信道评估器212利用下两种方式任 一种来评估信道脉冲响应(channd impulse response, CIR):
1. 关联方法
、[n] = 2 s[k]y[k + n] for n = 0,-1,...,-N ff
k
fic [n] = S s[k]y [k + n] for n = 1,2,..., N ft
k
ii[n〗=iia[n] + fic[n]
2. 最小平方法
E = [h[_La ], h[—K +1],…,h
,…，h[L J〗 y[n]-Zh[k]s[n-k]
k<formula>formula see original document page 14</formula>
两个限制条件
A.M + Le +La +1^4 + 511+ 63*3+ 24+ 92 = 820 因此，iiLS =argmin{(y_Sh)H(y—Sh)}=(SHS)-
参考图2以及图3,图3为依据本发明实施例中执行决策反馈均衡器的 方法流程图。本发明的执行决策反馈均衡器的方法，包括下列步骤
在步骤S300中，前馈滤波器204依据输入信号形成前馈信号。
在步骤S302中，决策装置206形成第一决策信号以及第二决策信号， 该第一决策信号以及第二决策信号相关于总和信号(Ssu)。
在步骤S304中，反馈滤波器208接收第二决策信号，以形成反馈信号。
在步骤S306中，调整装置202依据第一加权值调整第一决策信号，以 形成第一调整信号，并且将该第一调整信号传送至前馈滤波器204。此外， 调整装置202依据第二加权值调整该第二决策信号，以形成第二调整信号。
依据第 一加权值调整第 一 决策信号以及依据第二加权值调整第二决策信 号的步骤中，还包括下列步骤(l)评估输入信号，以形成信道评估信号，其 中Vi(cc"0;以及(2)接收第一决策信号以及信道评估信号，以形成巻积信号。
该控制器216用以产生第一加;K值以及第二加^l值。在步骤S306期间， 调整装置执行下列步骤(l)第一乘法装置将来自控制器的巻积信号乘以第一 加权信号，以形成第一调整信号，并且将第一调整信号传送至前馈滤波器； 以及(2)第二乘法装置将来自反馈滤波器的反馈信号乘以第二加权信号，以形 成第二调整信号，并且将第二调整信号传送至总和装置。该控制器依据决策反馈均衡器的信噪比来调整第一加权信号与第二加权信号之间的比值。第一 加权信号与第二加权信号的总和是预定值。
在步骤S308中，接收前馈信号以及第二调整信号，以产生总和信号， 并且将总和信号传送至决策装置。
在步骤S310中，分别接收该总和信号以及第二决策信号，以依据该总 和信号来评估第二决策信号的误差。
在步骤S312中，预测总和信号，并且将该总和信号传送至总和装置
210。
权利要求
1.一种决策反馈均衡器，包括一前馈滤波器、一决策装置以及一反馈滤波器，其中该前馈滤波器依据一输入信号，用以产生一前馈信号；该决策装置用以形成第一决策信号以及第二决策信号，其中第一决策信号以及第二决策信号相关于一总和信号；该反馈滤波器耦接于决策装置，用以接收第二决策信号，以形成一反馈信号，其特征在于该决策反馈均衡器还包括一调整装置以及一总和装置，该调整装置分别耦接于前馈滤波器、决策装置以及反馈滤波器，该调整装置依据一第一加权值调整第一决策信号，以形成一第一调整信号，并且将该第一调整信号传送至前馈滤波器，该调整装置依据一第二加权值调整第二决策信号，以形成一第二调整信号；该总和装置分别耦接于前馈滤波器、决策装置以及调整装置，接收前馈信号以及第二调整信号，以形成总和信号，并且将该总和信号传送至决策装置。
2. 如权利要求1所述的决策反馈均衡器，其特征在于该调整装置还包 括 一信道评估装置以及一巻积装置，其中该信道评估装置耦接于前馈滤波 器，用以评估输入信号，以形成一信道评估信号；该巻积装置分别耦接于信 道评估装置以及决策装置，用以接收第一决策信号以及信道评估信号，以形 成一巻积信号。
3. 如权利要求2所述的决策反馈均衡器，其特征在于该调整装置还包 括一控制器，用以产生第一加权值以及第二加权值。
4. 如权利要求3所述的决策反馈均衡器，其特征在于该调整装置还包 括一第一乘法装置，将来自控制器的巻积信号乘以第一加权信号，以形成第 一调整信号，并且将第一调整信号传送至前馈滤波器。
5. 如权利要求3所述的决策反馈均衡器，其特征在于该调整装置还包 括一第二乘法装置，将来自反馈滤波器的反馈信号乘以第二加权信号，以形 成第二调整信号，并且将第二调整信号传送至总和装置。
6. 如权利要求3所述的决策反馈均衡器，其特征在于该控制器依据均 衡器的信噪比来调整第一加权信号与第二加权信号之间的比值。
7. 如权利要求1所述的决策反馈均衡器，其特征在于该决策反馈均衡 器还包括一误差评估器。
8. 如权利要求1所述的决策反馈均衡器，其特征在于该决策反馈均衡 器还包括一噪声预测器。
9. 如权利要求1所述的决策反馈均衡器，其特征在于该第一加权信号 与第二加权信号的总和是一预定值。
10. 如权利要求1所述的决策反馈均衡器，其特征在于该第一决策信 号是利用一硬式决策装置所产生。
11. 如权利要求1所述的决策反馈均衡器，其特征在于该第二决策信 号是利用一格子译码器所产生。
12. —种执行决策反馈均衡器的方法，其特征在于该方法包括下列步 骤利用一前馈滤波器依据一输入信号形成一前馈信号；利用一决策装置形 成一第一决策信号以及一第二决策信号，其中该第一决策信号以及第二决策 信号相关于一总和信号；利用一反馈滤波器接收该第二决策信号，以形成一 反馈信号；利用一调整装置依据一第一加权值调整该第一决策信号，以形成 一第一调整信号，并且将该第一调整信号传送至前馈滤波器，该调整装置依 据一第二加权值调整第二决策信号，以形成一第二调整信号；利用一接收总和装置接收该前馈信号以及第二调整信号，以产生该总和信号，并且将该总 和信号传送至决策装置。
13. 如权利要求12所述的方法，其特征在于依据第一加权值调整第一 决策信号以及依据第二加权值调整第二决策信号的步骤中，还包括下列步骤评估该输入信号，以形成一信道评估信号；以及接收该第 一决策信号以及信道评估信号，以形成一巻积信号。
14. 如权利要求13所述的方法，该方法还包含产生第一加权值以及第二 加权值的步骤。
15. 如权利要求14所述的方法，其特征在于该方法还包含将来自控制 器的巻积信号乘以第一加权信号，以形成第一调整信号，并且将该第一调整 信号传送至前馈滤波器。
16. 如权利要求14所述的方法，其特征在于该方法还包含将来自反馈 滤波器的反馈信号乘以第二加权信号，以形成第二调整信号，并且将该第二 调整信号传送至总和装置。
17. 如权利要求14所述的方法，其特征在于该方法还包括依据均衡器 的信噪比来调整第一加权信号与第二加权信号之间的比值。
18. 如权利要求13所述的方法，其特征在于该第一加权信号与第二加 权信号的总和是一预定值。
19. 如权利要求13所述的方法，其特征在于该方法还包括分别4妄收该 总和信号以及第二决策信号，以依据该总和信号来评估第二决策信号的误差。
20. 如权利要求13所述的方法，其特征在于该方法还包含预测该总和 信号。
全文摘要
本发明揭露一种决策反馈均衡器及其方法，依据输入信号(S_i)形成前馈信号(S_ff)，并且形成第一决策信号(S_d1)以及第二决策信号(S_d2)，第一决策信号(S_d1)以及第二决策信号(S_d2)分别相关于总和信号(S_su)，反馈滤波器接收第二决策信号(S_d2)以形成反馈信号(S_fb)。调整装置依据第一加权信号(V₁)调整第一决策信号(S_d1)，以形成第一调整信号(S_a1)，并且将第一调整信号(S_a1)传送至前馈滤波器。调整装置还依据第二加权信号(V₂)调整反馈信号(S_fb)，以形成第二调整信号(S_a2)。总和装置接收前馈信号(S_ff)以及第二调整信号(S_a2)，以产生总和信号(S_su)，并且将总和信号(S_su)传送至决策装置。
文档编号H04L25/03GK101567866SQ20081018895
公开日2009年10月28日 申请日期2008年12月23日 优先权日2008年4月24日
发明者王治杰 申请人:矽统科技股份有限公司