專利名稱：相位誤差檢測方法及相位跟蹤環(huán)路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相位誤差檢測方法及其在數(shù)字解調(diào)系統(tǒng)中實(shí)施本方法的電路，尤其涉及在采用數(shù)字殘留邊帶(VSB)系統(tǒng)或正交調(diào)幅系統(tǒng)(QAM)的接收機(jī)中用于檢測在解調(diào)過程中所產(chǎn)生的相位誤差的方法，及適于實(shí)施該相位誤差檢測方法的電路。
目前，在發(fā)展大屏幕及高清晰度電視方面已作了相當(dāng)大的努力。作為這種努力的結(jié)果已在日本制成了高清晰度電視(HDTV)接收機(jī)用以接收HDTV信號。而且，這種HDTV信號以模擬式的多重亞(multiple sub-Nyquist)取樣編碼(MUSE)過程發(fā)送。
在美國，已由大聯(lián)盟(Grand-Alliance(GA))委員會(huì)提出了用于指定HDTV系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。具體而言，GA委員會(huì)已采用殘留邊帶(VSB)調(diào)制作為GA-HDTV調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)。而且，該VSB調(diào)制系統(tǒng)還在普通電視廣播中用于調(diào)制模擬視頻信號。早期適用于HDTV的數(shù)字頻譜所采用的是利用2級的2-VSB調(diào)制系統(tǒng)或利用4級的4-VSB調(diào)制系統(tǒng)。另一方面，GA-HDTV采用了使用8級的8-VSB調(diào)制系統(tǒng)用于陸地(terrestrial)廣播模式，而使用16級的16-VSB調(diào)制系統(tǒng)用于高速纜線(cable)模式。
GA委員會(huì)還提出了用于解調(diào)VSB信號的接收機(jī)的構(gòu)形。所提出的接收機(jī)的特征在于其數(shù)據(jù)的檢測僅由一個(gè)同相I-通道信號實(shí)現(xiàn)，與其它數(shù)字解調(diào)器相對照，其取樣是以符號率(symbol rate)執(zhí)行的。因此，該VSB接收機(jī)能夠以比任何其它接收機(jī)，例如使用正交Q-通道以及I-通道的QAM接收機(jī)更簡單的硬件來實(shí)現(xiàn)。而且，由于取樣是以符號率執(zhí)行，所以，即使其處理速度與部分速率(fractional rate)接收機(jī)相比屬相對低，該VSB接收機(jī)仍能檢測數(shù)據(jù)。
該VSB接收機(jī)采用相干的(coherent)檢測方法，其中是以對載波進(jìn)行恢復(fù)來解調(diào)已調(diào)信號。較之以非相干(incoherent)檢測方法，這種相干檢測方法的優(yōu)點(diǎn)在于其在相同信號噪比的條件下能以更低的誤差率檢測數(shù)據(jù)。然而，這種載波恢復(fù)電路的明顯的缺陷是其增加了接收機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。
為實(shí)現(xiàn)VSB接收機(jī)中的相干檢測，發(fā)送信號的相位檢測是以兩步執(zhí)行的，一個(gè)是在頻率相位鎖相環(huán)路(FPLL)中，另一是在相位跟蹤環(huán)路(PTL)中。
FPLL利用包括在VSB信號中的導(dǎo)頻信號估計(jì)所發(fā)送的VSB信號的相位。這種FPLL易于由慣用的PLL頻率誤差檢測電路所實(shí)現(xiàn)，它公開于1994年2月由GA-HDTV委員會(huì)披露的“大聯(lián)盟HDTV說明”中。該相位跟蹤環(huán)路(PTL)電路把由FPLL輸出的信號經(jīng)過一個(gè)信道均衡器(equalizer)輸入，并消除在相位上的殘存噪聲，即消除沒有由FPLL完全去除的相位誤差。在GA-HDTV接收機(jī)中的FPLL的構(gòu)形除去其僅利用I-通道的取樣數(shù)據(jù)估計(jì)旋動(dòng)信號點(diǎn)的成分并因此補(bǔ)償了相位誤差值這一點(diǎn)之外，它幾乎與由E、A、Lee和D、G、Messerschmitt在“數(shù)字通信”一文(Kluwer學(xué)術(shù)出版社，波士頓，MA 1988)中公開的判定直接載波恢復(fù)(DDCR)裝置的FPLL完全一樣。
I通道數(shù)據(jù)包括將要發(fā)送的信息。雖然Q通道沒有發(fā)送信息的作用，但它減少了調(diào)制信號的頻譜?？墒钱?dāng)在解調(diào)過程中出現(xiàn)相位誤差時(shí)，Q通道信號以及I通道信號將被包括在I通道的取樣數(shù)據(jù)中。這意味著Q通道的數(shù)據(jù)對于PTL電路中相位誤差的補(bǔ)償也是需要的。Q通道數(shù)據(jù)可由I通道數(shù)據(jù)的希爾伯特(Hilbert)變換而獲得。


圖1是GA-HDTV制式的GA-HDTV接收機(jī)的框圖。參考圖1，GA-HDTV接收機(jī)采用VSB調(diào)制系統(tǒng)將被描述。
首先，調(diào)諧器10接收來自天線的信號。在此，從調(diào)諧器10輸出的VSB信號y(t)由下式表示y(t)=x-(t)ej(ωct·θ(t))---(1)]]>其中ejwct表示復(fù)數(shù)指數(shù)載波，ωc表示載波頻率，θ(t)是載波相位，而X(t)是有實(shí)部成分Xr和虛部成分Xi的復(fù)數(shù)信號。即，x(t)＝xr(t)+jxi(t) …(2)FPLL20利用包括在從調(diào)諧器10接收的VSB信號中的導(dǎo)頻信號恢復(fù)載波ejwct，并以復(fù)數(shù)指數(shù)ejwct乘以VSB信號，以獲得如下的基帶信號i(t)i(t)＝xr(t)cosθ(t)-xi(t)sinθ(t)…(3)另一方面，Q通道成分q(t)是
q(t)＝xr(t)sinθ(t)+xi(t)cosθ(t)…(4)公式(3)和(4)中的θ(t)表示在FPLL 20中估計(jì)的相位誤差值。如上所述，由于進(jìn)行調(diào)制的載波和恢復(fù)的信號載波之間的相位誤差，殘留相位成分是存在的，這樣的成分使解調(diào)的信號失真。在上述的信號中，GA接收機(jī)僅用I通道信號進(jìn)行VSB調(diào)制。
符號定時(shí)恢復(fù)(STR)單元40輸入由FPLL20輸出的信號i(t)，并恢復(fù)輸入信號的符號定時(shí)，以控制模一數(shù)轉(zhuǎn)換器30的操作定時(shí)。而且，模一數(shù)轉(zhuǎn)換器30輸入由FPLL20輸出的信號i(t)，并根據(jù)由符號定時(shí)恢復(fù)單元40所控制的符號率將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號I[nT]。
從均衡器50輸出的數(shù)字信號由下式確定i[nT]＝xr[nT]cos(θ[nT])-xi[nT]sin(θ[nT])…(5)其特點(diǎn)在于假設(shè)全部通帶信號均被均衡。
假設(shè)等式(5)中的θ(nT)緩變，則可視其對于若干符號定時(shí)周期是一個(gè)恒量。經(jīng)均衡器50，PTL60輸入由載波解調(diào)的信號的I通道成分，并估計(jì)對其補(bǔ)償?shù)摩戎怠?br> 但是，由于Xr和Xi在VSB調(diào)制系統(tǒng)中都有非零值，因而僅用由公式(5)中給出的I通道信號不能估計(jì)出相位誤差θ值。因此。為估計(jì)該相位誤差，就需要Q通道成分Q[nT]。但由于僅有I通道信號輸入到PTL60，所以該P(yáng)TL60不能不從經(jīng)過數(shù)字濾波器的I通道信號I[nT]來估計(jì)Q通道的信號。
通道解調(diào)器70對PTL60的輸出作格構(gòu)(trellis)解調(diào)、對已格構(gòu)解調(diào)的數(shù)據(jù)解交錯(cuò)、并利用奇偶校驗(yàn)對交叉積(cross-product)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差糾正解調(diào)。
源解調(diào)器80對由通道解調(diào)器70所糾錯(cuò)且解調(diào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行可變長度解調(diào)，利用編碼所用的量化級尺度對其逆量化，并由逆離散余弦變換(IDCT)恢復(fù)為原始信號。
圖2是傳統(tǒng)PTL的框圖。參考圖2，其中的數(shù)字濾波器63(希爾伯特變換濾波器)濾波從乘法器61輸出的I通道數(shù)據(jù)，并輸出重構(gòu)的Q通道信號Q’。其中VSB信號的I通道成分和Q通道成分有以下關(guān)系
Xr*hvsb＝Xi(6)其中hvsb是希爾伯特變換濾波器和高通濾波器級連脈沖響應(yīng)。該高通濾波器保證了在VSB調(diào)制信號的頻譜中殘留邊帶的存在。殘留邊帶在適于GA-HDTV的VSB信號的頻譜中占0.31MHE。而且，基帶VSB信號的帶寬是5.59MHZ。因此，與基帶信號相比，該殘留邊帶只占小的帶寬。可以說，對于單邊帶(SSB)頻譜而言，包括在接近VSB信號頻譜中的誤差可忽略不計(jì)。此時(shí)，hvsb被近似成希爾伯特變換濾波器的脈沖響應(yīng)hH。由于希爾伯特變換用于將信號的相位移動(dòng)90°，所以建立了Xr和Xi之間的下列關(guān)系xr*hH＝xi…(7)xi*hH＝-xr…(8)此情況中的θ[nT]變化是十分小的，公式(5)中的每項(xiàng)分別滿足xrcosθ*hH＝xicosθ…(9)xisinθ*hH＝-xrsinθ…(10)因此，I*hH＝xicosθ+xrsinθ＝Q…(11)另一方面，所發(fā)送的信號Xr+jxi與包括相位誤差的信號I+jQ有下列關(guān)系ejθ(xr+jxi)＝I+jQ (12)所以cosθ+jsinθ=(I+jQ)(xr-jxi)xr2+xi2---(13)]]>考慮在等式(13)中兩側(cè)的虛部成分sinθ=xrQ-xiIxr2+xi2---(14)]]>因此，當(dāng)θ[nT]是小值時(shí)，由下式計(jì)算相位誤差θ=sin-1xrQ-xiIxr2+xi2]]>xrQ-xiIxr2+xi2---(15)]]>然而，Xr和Xi的確切值是未知的，因此必須估計(jì)。當(dāng)?shù)仁?5)中的θ為小值時(shí)，I信號的值接近Xr的值。然后，I信號的值變?yōu)閄r的估計(jì)值。另一方面，當(dāng)?shù)仁?5)和(11)的兩側(cè)分別被平方且相加時(shí)，得到如下的與θ無關(guān)的等式I2+Q2＝xr2+xi2…(16)因此，Xi的估計(jì)值χi由下式獲得xi=I2+Q2-xr2---(17)]]>當(dāng)θ是小值時(shí)，我們能從等式(12)見到Q的幅值接近于χi的值。此外，χi的符號被確定為與Q的符號一樣，即xr＝I …(18)xi＝sgn(Q)·|xi|=sgn(Q)·I2+Q2-xr2---(19)]]>在上述的表達(dá)式中，為簡化起見，用于離散時(shí)間變量的標(biāo)記[nT]被省略。
因此，可利用等式(15)得到相位誤差。該相位誤差在累加器67中累加。正弦和余弦表ROM68輸出對應(yīng)于累加的相位誤差信號平均值的正弦和余弦值。通過重復(fù)上述過程消除殘存相位成分。
PTL60的性能主要決定于檢測輸入信號和產(chǎn)生在PTL60內(nèi)的信號之間的相位差的方法。但是，由于GA-HDTV采用多級VSB調(diào)制系統(tǒng)(即用于陸地廣播的8級和用于纜線廣播的16級)，在直接判斷(DD)系統(tǒng)中的PTL操作以及該判斷的精確性確定了PTL的線性操作的范圍。就是說，由于該P(yáng)TL僅利用I通道信號來判定Xr的值，因此，相位檢測的線性操作范圍取決于所判定的相位誤差。當(dāng)相位誤差判定不正確時(shí)，該P(yáng)TL的操作變得不穩(wěn)定。
換句話說，由于只有I通道信號的值用于確定Xr的值，所以，在所確定的信號點(diǎn)每處的斜率將隨著在PTL中殘余相位值的增加和斜率的下降而變緩。因此，利用圖3中的窄虛線所指示的判定區(qū)還是難以獲得精確判斷的。
為克服這一問題，已經(jīng)有建議使用自適應(yīng)DD方法的PTL，它針對圖3斜線所示的具有傾斜的判定區(qū)，它利用Q通道信號以及I通道信號實(shí)現(xiàn)最優(yōu)判定。
該P(yáng)TL根據(jù)下列等式檢測相位誤差θ=arctan(IeQ′′)---(20)]]>其中Ie＝I″-I …(21)此處的I”是相位校正的I通道數(shù)據(jù)而I是已判定的I通道電平值。
雖然采用固定DD系統(tǒng)的PTL即使有可能以起因于固定判定區(qū)的小的殘余相位誤差作出不正確的判定，但自適應(yīng)DD型PTL通過利用從公式(20)獲得的斜率自適應(yīng)地判定在傳統(tǒng)固定判定區(qū)之外的符號電平，由此而降低由不正確判定所引起的操作誤差。然而，采用自適應(yīng)DD系統(tǒng)的PTL仍有如下的不足，即不正確的斜率招致了誤差，并要求復(fù)雜處理以獲得精確的斜率。
而且，在某些情形中，由于由噪聲和過大相位誤差值所引發(fā)的輸入符號的寬分布，所以，不能獲得正確的傾斜(inclination)。
因此，需要精制的數(shù)字濾波器來在自適應(yīng)DD系統(tǒng)的PTL中估計(jì)Q值。而且，用于實(shí)施反正切操作的添加成分和算法對于PTL的實(shí)現(xiàn)強(qiáng)加了許多限制。
為克服上述的問題，本發(fā)明的目的在于提供通過變化判定區(qū)的加權(quán)(weights)來檢測相位誤差的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供VSB接收機(jī)中檢測相位誤差的方法，其中，通過調(diào)節(jié)應(yīng)用于相位誤差的加權(quán)函數(shù)，來增加誤差檢測的可靠性該相位誤差是利用發(fā)送的序列(training sequence)獲得的。
本發(fā)明的又一目的是提供借助于改變在QAM接收機(jī)中判定區(qū)的加權(quán)來檢測相位誤差的方法。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一個(gè)相位跟蹤環(huán)路，它能在VSB接收機(jī)中實(shí)施上述方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，在數(shù)字VSB調(diào)制系統(tǒng)的通信裝置中提供了一種相位誤差檢測方法，它包括以下步驟(a)通過數(shù)字化濾波發(fā)送的I通道數(shù)據(jù)來恢復(fù)Q通道的數(shù)據(jù)；(b)以預(yù)定加權(quán)的相位誤差校正I通道數(shù)據(jù)和Q通道數(shù)據(jù)的相位；(c)在預(yù)定I通道電平值當(dāng)中，判定一個(gè)最接近于已校正的I通道數(shù)據(jù)的I通道電平值；(d)從相位校正的I通道數(shù)據(jù)減去已判定的I通道電平值，并將相減結(jié)果乘以相減結(jié)果的符號，從而獲得相位誤差值；以及(e)根據(jù)預(yù)定的加權(quán)函數(shù)，使相位誤差值與加僅值相乘，以將加權(quán)的相位誤差值反饋回步驟(b)。
本發(fā)明還提供了在數(shù)字VSB調(diào)制系統(tǒng)通信裝置中的一個(gè)相位跟蹤環(huán)路，它包括恢復(fù)裝置，用于，通過數(shù)字化濾波發(fā)送的I通道的數(shù)據(jù)來恢復(fù)Q通道數(shù)據(jù)；相位校正裝置，用于以預(yù)定加權(quán)的相位誤差值校正I通道和Q通道數(shù)據(jù)；估計(jì)裝置，用于在預(yù)定I通道電平值當(dāng)中估計(jì)一個(gè)最接近于已校正相位的I通道數(shù)據(jù)的I通道電平值；以及，檢測裝置，用于檢測相位校正的I通道數(shù)據(jù)和已估計(jì)的I通道電平值之間的差值，將該差值乘以該差值的符號以獲得相位誤差值，將根據(jù)預(yù)定加權(quán)函數(shù)的加權(quán)值應(yīng)用于相位誤差值，并將加權(quán)的相位誤差值反饋回相位校正裝置。
通過結(jié)合附圖對本發(fā)明最佳實(shí)施例的詳細(xì)介紹將使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更為清楚。
圖1是將本發(fā)明應(yīng)用到普通GA-HDTV接收機(jī)的框圖；圖2是圖1的普通相位跟蹤環(huán)路框圖；圖3為傳統(tǒng)相位跟蹤環(huán)路中離散(scattering)輸入信號；圖4是根據(jù)本發(fā)明的相位跟蹤環(huán)路的示意框5和6A-6E是根據(jù)本發(fā)明提出的加權(quán)函數(shù)的實(shí)例；圖7A-7B是用于VSB信號的加權(quán)函數(shù)的實(shí)例；圖8是根據(jù)本發(fā)明的QAM接收機(jī)的框圖；圖9和10是根據(jù)本發(fā)明及傳統(tǒng)方法的電路的模擬會(huì)聚(convergence)特性的比較示意圖。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明最佳實(shí)施例的PTL。它包括數(shù)字濾波器310、適遲單元320、復(fù)合乘法器330、乘法器340、估計(jì)器350、殘余相位檢測器360、除法器370、累加器380、正弦及余弦表ROM390及累加限制器400。
數(shù)字濾波器310對I通道數(shù)據(jù)進(jìn)行希爾伯特變換濾波，并輸出Q′通道數(shù)據(jù)。
延遲單元320輸入I通道數(shù)據(jù)，為數(shù)字濾波器310所需的濾波時(shí)間將該數(shù)據(jù)延遲，并輸出I′通道數(shù)據(jù)。
復(fù)合乘法器330將I′通道數(shù)據(jù)和Q′通道數(shù)據(jù)分別與對應(yīng)于由相位跟蹤環(huán)路所檢測的相位誤差的正弦和余弦值相乘，并輸出相位校正的I”和Q”通道值。
乘法器340將I”通道數(shù)據(jù)與由累加限制器400輸出的累加限制值相乘，并按數(shù)據(jù)序列輸出已相乘的數(shù)據(jù)。
估計(jì)器350輸入有Q”通道數(shù)據(jù)、在乘法器340中校正的I”通道數(shù)據(jù)及其殘余相位誤差，并估計(jì)出接近于I”通道數(shù)據(jù)的值I，并輸出估計(jì)值I、I”通道數(shù)據(jù)和Q”通道數(shù)據(jù)。
殘留相位檢測器360從已接收的I值、I”通道數(shù)據(jù)和Q”通道數(shù)據(jù)檢測殘留相位θ，并將從預(yù)定加權(quán)函數(shù)獲得的加權(quán)值應(yīng)用到被測殘留相位θ。
除法器370，把以加權(quán)值相乘的已接收的殘留相位θ由預(yù)定除數(shù)M所除，以使相位跟蹤回路不會(huì)發(fā)散，并輸出作為相位誤差值的結(jié)果。
累加器380累加來自除法器370的相位誤差值。
正弦和余弦表ROM390輸出對應(yīng)于從累加器380輸出的累加值的正弦與余弦值。
累加限制器400接收I和I”通道數(shù)據(jù)，產(chǎn)生作為累加限制值的I”-I值，當(dāng)I”通道數(shù)據(jù)的絕對值是一個(gè)預(yù)定值或更高值時(shí)，即當(dāng)該I”通道數(shù)據(jù)的絕對值被判定為一個(gè)最大電平時(shí)，將累加限制值限制成在預(yù)定限制范圍0.8-1.2之內(nèi)的近似值，并將累加限制值輸出到乘法器340。
圖4 PTL的操作將結(jié)合圖1作描述。
已接收的信號最初由圖1的GA-HDTV接收機(jī)中的FPLL 20解調(diào)。解調(diào)的信號由模-數(shù)轉(zhuǎn)換器30以受控于符號定時(shí)恢復(fù)器40的符號率轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。經(jīng)均衡器50，將數(shù)字信號輸入到圖4 PTL。
圖4中，由于只有數(shù)字信號的I通道成分輸入到PTL，所以，需要Q通道信息，以提取相位信息和校正相位誤差。所以，Q通道信號是利用在數(shù)字濾波器310中的I通道信號所恢復(fù)。
就是說，數(shù)字濾波器310對從均衡器50接收的I通道數(shù)據(jù)作希爾伯特變換濾波，并恢復(fù)Q′通道數(shù)據(jù)。為了數(shù)字濾波器的濾波定時(shí)，延遲單元320對從均衡器50接收的I通道數(shù)據(jù)延遲，并輸出I′通道數(shù)據(jù)。
對應(yīng)于由殘留相位誤差檢測器360檢測的相位誤差，復(fù)合乘法器330分別將I′通道數(shù)據(jù)和Q′通道數(shù)據(jù)與正弦值和余弦值復(fù)合相乘，并輸出相位校正的I”和Q”通道數(shù)據(jù)。就是說，借助于Q′通道數(shù)據(jù)，復(fù)合乘法器330通過從已經(jīng)通過延遲單元320的輸入I通道信號的相位減去PTL中產(chǎn)生的正弦和余弦值的相位來執(zhí)行相位校正。
乘法器340將從累加限制器400接收的累加限制值與I”～通道數(shù)據(jù)相乘，并輸出校正的I”通道數(shù)據(jù)序列到圖1的通道解調(diào)器70。
估計(jì)器350從乘法器340接收校正的Q”通道和I”通道數(shù)據(jù)利用預(yù)定殘余相位誤差的一個(gè)正比值估計(jì)接近于I～通道數(shù)據(jù)的I通道的值I，并將值I、I”～通道數(shù)據(jù)、和Q”通道數(shù)據(jù)輸出。
殘余相位檢測器360接收I、I”通道數(shù)據(jù)、Q”通道數(shù)據(jù)，檢測殘留相位θ，并根據(jù)形成判定的可靠性把從預(yù)定加權(quán)函數(shù)獲得的加權(quán)值應(yīng)用于檢測的θ值。
現(xiàn)在來描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例利用殘留相位檢測器360檢測相位誤差的方法。
在本發(fā)明中，由于僅使用Q”通道值、即Q”信道的符號值的方向性，因而避免了對精制數(shù)字濾波器的需求。即，相位誤差由下式給出θ＝sgn(Q″)I″-I…(22)所以，僅用I信號的判定值誤差和Q”通道數(shù)據(jù)的方向性獲得相位誤差。
等式(22)可簡化成θ＝sgn(Q″)sgn I″-I…(23)因此，僅利用I”和Q”通道數(shù)據(jù)的方向性可使實(shí)施的硬件變的簡單。
根據(jù)θ的可靠性，殘留相位檢測器360將從等式(22)或(23)獲得的相位誤差θ與從加權(quán)函數(shù)獲得的加權(quán)值相乘，并將相乘的結(jié)果輸出。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明而進(jìn)行加權(quán)的實(shí)例。
根據(jù)I的位置，圖5中的輸入信號I的電平被判定為A或B。
普通DD系統(tǒng)只是簡單通過確定I的位置是否接近A或B來判定I的電平。根據(jù)這種判定估計(jì)相位誤差。
此情況中，當(dāng)相位誤差的幅度是大值時(shí)，輸入信號的電平可被不正確地判定為相鄰符號的電平。這種不正確地判定導(dǎo)致了不正確的相位誤差值，因而有害地影響PTL的操作。本發(fā)明中，PTL的穩(wěn)定操作是由將加權(quán)函數(shù)應(yīng)用到在傳統(tǒng)DD系統(tǒng)中獲得的相位誤差值而實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)加權(quán)函數(shù)，加權(quán)是隨著符號A和B間的i的位置而變化的，因而減少了錯(cuò)誤判定及由此而產(chǎn)生的錯(cuò)誤相位誤差值。
圖5的加權(quán)函數(shù)的每一個(gè)分別示于圖6A-6D中。這些加權(quán)函數(shù)易于修正成常數(shù)、一階等式或高階等式的形式。而且，示出的加權(quán)函數(shù)只是示例的應(yīng)用，很清楚，只要是能降低相位誤差的誤判斷(它是在符號之間相鄰區(qū)域中由可能產(chǎn)生的判定誤差所引起的)任何加權(quán)函數(shù)都能使用。
用于圖6A-6D所示的不同加權(quán)函數(shù)(wf)的表達(dá)式如下圖6A的加權(quán)函數(shù)1
圖6B的加權(quán)函數(shù)2W(I)＝I-|I-I|＝1-I-I·sgnI-I圖6C的加權(quán)函數(shù)3
圖6D的加權(quán)函數(shù)4
在加權(quán)函數(shù)1-4中，I表示判定值，K是在0到1之間的實(shí)數(shù)。關(guān)于在加權(quán)函數(shù)4中的±號，負(fù)號(-)在兩個(gè)相鄰判定電平中央的左側(cè)有效，而正號(+)在右側(cè)有效。
此外，DD的普通函數(shù)是W(I)＝1。
圖7A示出了圖6B加權(quán)函數(shù)2對于GA-VSB的應(yīng)用。而且圖7B示出了一個(gè)改進(jìn)的加權(quán)函數(shù)，其中為1的加權(quán)值被加到高于+7或低于-7的符號電平，因?yàn)樵谠撟畲蠓栯娖教幓虮仍撾娖礁咛幒苄】赡苡绣e(cuò)誤判定。
然后，除法器370接收加權(quán)的相位誤差，并以預(yù)定除數(shù)M(例如30)去除該值，以使相位跟蹤環(huán)路不發(fā)散。累加器380對從除法器370輸出的已被除過的相位誤差值進(jìn)行累加，并將累加的值輸出到正弦和余弦表ROM390。
包括對應(yīng)每一相位的正弦和余弦值的正弦和余弦表ROM390把與累加器380的輸出相對應(yīng)的正弦及余弦值輸出到復(fù)合乘法器330。
同時(shí)，累加器380以足夠的增益α(α≤1)乘以自除法器370接收的已加權(quán)相位誤差，并將結(jié)果加到先前的輸出值θ′n-1。
θ′n＝θn-1+αW(In)θn…(24)其中α是與相位校正帶寬相關(guān)的一個(gè)值，θ′是最終殘留相位誤差值，θ是判定的相位誤差值。n是當(dāng)前符號間隔，n-1是先前符號間隔。
結(jié)果是，W(In)起到一個(gè)濾波器的作用，由取決于I值的一個(gè)數(shù)值乘以相位誤差。所以，殘留相位誤差平穩(wěn)地收斂(converges)，如同其已通過低通濾波器一樣。換言之，該濾波器根據(jù)判定的可靠性執(zhí)行后置濾波(post-filters)。
累加限制器400從估計(jì)器350接收I及I”通道的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生I”-I的差值作為累加限制值。當(dāng)I″通道數(shù)據(jù)絕對值是預(yù)定值時(shí)，即在電平6或更高(當(dāng)它被確定為最大電平)時(shí)，累加限制器400把累加限制值限制成為在0.8-1.2范圍內(nèi)的近似值，并將該值輸出到乘法器340。
當(dāng)I”通道數(shù)據(jù)絕對值小于預(yù)定值時(shí)，累加限制器400還輸出差值I”-I，作為累加限制值，到乘法器340。
圖4作為例子采用了最簡單的一階環(huán)路，以描述利用本發(fā)明的相位誤差檢測方法的PTL的操作。但當(dāng)環(huán)路具有更高階時(shí)，則以高階濾波器取代簡單累加器。
另外，本發(fā)明的加權(quán)函數(shù)可根據(jù)通道狀態(tài)而被自適應(yīng)地應(yīng)用。就是說，如在GA-VSB中那樣，如果對應(yīng)于兩段每幀(場同步段)的序列(trainingsequence)被發(fā)送，就能確定一個(gè)判定的可靠性。由于加權(quán)函數(shù)能夠根據(jù)所獲得的可靠性加以調(diào)節(jié)，所以其性能可被改善，而且因此有可能自適應(yīng)地將加權(quán)函數(shù)用于通道狀態(tài)。
例如，當(dāng)采用圖6A的函數(shù)1且序列的判定誤差已增加時(shí)，則該判定是不能被依據(jù)的。因而最好如圖6E所示，要減小ΔI并增加符號A和B之間的區(qū)域。
圖8是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的QAM接收機(jī)框圖。在R、L、Cupo和R、D、(Gitlin)等人的文章“用于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信接收機(jī)的自適應(yīng)載波恢復(fù)系統(tǒng)”(見IEEE通信集1989年12月發(fā)表，1328-1339頁)中，描述了傳統(tǒng)QAM接收機(jī)的構(gòu)成及操作。
圖8中已接收的QAM信號只是I通道信號數(shù)據(jù)，通過對I通道數(shù)據(jù)的濾波，希爾伯特濾波器510恢復(fù)Q通道的數(shù)據(jù)，并輸出I和Q通道數(shù)據(jù)。
帶通(passband)式自適應(yīng)均衡器520去除了包括在希爾伯特變換濾波器510的輸出中的重影及噪聲。該自適應(yīng)均衡器520的輸出X[nT]表示為x[nT]=a[nT]ej(ω0nT·θ[nT])+v[nT]---(25)]]>其中a[nT]＝ar[nT]+jai[nT]是第(n-1)個(gè)發(fā)送的符號，具有同相數(shù)據(jù)為ar[nT]，而正交數(shù)據(jù)是ai[nT]，W0是發(fā)送的載波頻率，T是符號周期，θ[nT]是沒校正的載波相位，V[nT]是白高斯噪聲。
通常載波相位誤差θ[nT]包括三個(gè)成分，相位抖動(dòng)(jitter)、頻偏(offset)及相偏(offset)。
解調(diào)器530把出自均衡器520的信號與出自載波恢復(fù)器560的信號相乘，并將相乘的值送到限制器(slicer)540。
在此，已接收的信號載波和恢復(fù)的載波之間存在相位差。所以，限制器540和相位誤差計(jì)算器550估計(jì)該相位誤差。
在限制器540具有傳統(tǒng)的固定DD系統(tǒng)判定區(qū)的場合，限制器540把已調(diào)信號發(fā)送的相位判定為基準(zhǔn)相位±45°和±135°之一，它最接近于包括在解調(diào)器530的輸出信號之中的相位差。
但本發(fā)明的限制器540使用了圖6E的加權(quán)函數(shù)的判定區(qū)。即限制器540把包括在解調(diào)器530的輸出信號中的相位差與出自預(yù)定加權(quán)函數(shù)的加權(quán)值相乘，并確定該發(fā)送的相位是最接近已加權(quán)相位差的基準(zhǔn)相位。
根據(jù)出自限制器540的基準(zhǔn)相位，相位誤差計(jì)算器550輸出估計(jì)的相位誤差ε。
載波恢復(fù)電路560是一個(gè)相位鎖定環(huán)路(PLL)，它根據(jù)估計(jì)值ε產(chǎn)生與調(diào)制載波一樣的本機(jī)載波(local carrier)α’并將該本機(jī)載波α′輸出到解調(diào)器530和再調(diào)制器/誤差計(jì)算器570，以檢測原始信號。
再調(diào)制/誤差計(jì)算器570把從限制器540輸出的信號和載波恢復(fù)器560的輸出信號相乘，并輸出該相乘值到均衡器520，因?yàn)樽赃m應(yīng)均衡器520是帶通型。
本發(fā)明的相位誤差檢測方法是以圖8中的QAM接收機(jī)為例加以描述的，但是也能用于多相移鍵控(MPSK)方式。
圖9示出了圖4中的本發(fā)明(A)的PTL模擬收斂特性與固定的DD系統(tǒng)(B)的特性的比較，其中存在45°的相位誤差。
圖10示出本發(fā)明(A)的QAM接收機(jī)的模擬收斂特性與傳統(tǒng)固定DD系統(tǒng)(B)的特性的比較，其中存在45°的相位誤差。
應(yīng)用于圖9和10的加權(quán)函數(shù)由圖6B所示。
如圖9和10所示，本發(fā)明(A)的相位誤差檢測方法給出的收斂特性具有比傳統(tǒng)方式(B)小得多的浮動(dòng)。
本發(fā)明的相位誤差檢測方法和PTL可容易地修正以適用于各種殘留相位值的情況。最重要的是，可利用對應(yīng)于GA-HDTV中的兩段/每幀的發(fā)送序列檢測通道的狀態(tài)，以調(diào)節(jié)加權(quán)函數(shù)。結(jié)果是，增加了誤差檢測的可靠性。
而且，本發(fā)明的相位誤差檢測方法可用于所有的PTL判定，而不論其構(gòu)形如何，且硬件的實(shí)施非常方便。本發(fā)明還可以方便地用于QAM或MPSK系統(tǒng)的接收機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字VSB調(diào)制系統(tǒng)的通信裝置中的相位誤差檢測方法，它包括如下步驟(a)通過數(shù)字化濾波發(fā)送的I通道的數(shù)據(jù)來恢復(fù)Q通道的數(shù)據(jù)；(b)以預(yù)定加權(quán)的相位誤差校正所說I通道和所說Q通道的數(shù)據(jù)；(c)在預(yù)定的I通道電平值當(dāng)中，判定一個(gè)最接近于該已校正相位的I通道數(shù)據(jù)的I通道電平值；(d)從所說相位校正的I通道數(shù)據(jù)減去已判定的I通道電平值，并將相減結(jié)果乘以相減結(jié)果的符號，從而獲得相位誤差值；以及(e)根據(jù)預(yù)定的加權(quán)函數(shù)，使所說相位誤差值與加權(quán)值相乘，以將加權(quán)的相位誤差值反饋回步驟(b)。
2.如權(quán)利要求1的相位誤差檢測方法，其中，在步驟(e)中所說的加權(quán)函數(shù)W(I)由下式表達(dá)
其中I是判定值。
3.如權(quán)利要求1的相位誤差檢測方法，其中，在所說步驟(e)中的加權(quán)函數(shù)W(I)由下式表示W(wǎng)(I)＝1－|I－I|＝1－(I-I)·sgn(I－I)其中I是判定值。
4.如權(quán)利要求1的相位誤差檢測方法，其中，在所說步驟(e)中的加權(quán)函數(shù)W(I)由下式表示
其中K是在0和1之間的實(shí)數(shù)，I是判定值。
5.如權(quán)利要求1的相位誤差檢測方法，其中，在所說步驟(e)中的加權(quán)函數(shù)W(I)由下式表示
其中K是在0和1間的實(shí)數(shù)，I是判定值，且±號表示在判定值左側(cè)的正值及在其判定值右側(cè)的負(fù)值。
6.如權(quán)利要求1的相位誤差檢測方法，其中，在所說步驟(e)中包括以下步驟(e1)利用包括在所說的 發(fā)送的I通道數(shù)據(jù)中的序列獲得判定的可靠性；(e2)根據(jù)所說的可靠性調(diào)節(jié)所說的加權(quán)函數(shù)；以及(e3)根據(jù)所說的已調(diào)節(jié)的加權(quán)函數(shù)，用步驟(d)中所獲得的相位誤差乘以加權(quán)值，以將所說的加權(quán)的相位誤差值反饋到所說的步驟(b)。
7.一種解調(diào)裝置中用于解調(diào)相位調(diào)制信號的相位誤差檢測方法，包括以下步驟(a)通過數(shù)字濾波發(fā)送的相位調(diào)制信號，恢復(fù)一個(gè)信號(b)把根據(jù)預(yù)定加權(quán)函數(shù)的加權(quán)值與包括在已恢復(fù)的信號中的相位差信息相乘，并產(chǎn)生所說的加權(quán)的相位差信息；(c)把發(fā)送的所說相位調(diào)制信號的相位信息判定成為預(yù)定基準(zhǔn)相位值之一，它最接近所說加權(quán)的相位差信息；以及(d)利用所說加權(quán)的相位差信息和判定的相位信息之間的相位差，校正已恢復(fù)的信號的相位。
8.一種數(shù)字VSB調(diào)制系統(tǒng)的通信裝置中的相位跟蹤環(huán)路，包括恢復(fù)裝置，用于通過數(shù)字化濾波發(fā)送的I通道的數(shù)據(jù)來恢復(fù)Q通道數(shù)據(jù)；校正裝置，以預(yù)定加權(quán)的相位誤差值校正所說I通道數(shù)據(jù)和所說Q通道數(shù)據(jù)；估計(jì)裝置，在預(yù)定的I通道電平值當(dāng)中用于估計(jì)一個(gè)最接近于已校正的I通道數(shù)據(jù)的I通道電平值；以及檢測裝置，用于檢測所說相位校正的I通道數(shù)據(jù)和所說已估計(jì)的I通道電平值之間的差值，將該所說的差值乘以該差值的符號以獲得相位誤差值，根據(jù)預(yù)定的加權(quán)函數(shù)將加權(quán)值應(yīng)用于所說相位誤差值，并將所說加權(quán)的相位誤差值反饋到相位校正裝置。
9.一種數(shù)字VSB調(diào)制系統(tǒng)的通信裝置中的相位跟蹤環(huán)路，該環(huán)路包括數(shù)字濾波裝置，用于通過濾波發(fā)送的I通道數(shù)據(jù)來重構(gòu)第一Q通道數(shù)據(jù)；延遲裝置，用于將所說I通道數(shù)據(jù)延遲所說數(shù)字濾波裝置進(jìn)行濾波的時(shí)間，以輸出作為第一I通道數(shù)據(jù)的所說的延遲數(shù)據(jù)；第一相乘裝置，用于將所說的第一I通道數(shù)據(jù)和所說第一Q通道數(shù)據(jù)分別與預(yù)定的正弦和余弦值復(fù)合相乘，并分別輸出相乘的數(shù)據(jù)值作為第二I通道數(shù)據(jù)和第二Q通道數(shù)據(jù)；第二相乘裝置，用于將所說第二I通道數(shù)據(jù)與預(yù)定的累加限制值相乘；估計(jì)裝置，用于接收所說的第二Q通道數(shù)據(jù)和所說第二相乘裝置的輸出信號，并響應(yīng)預(yù)定的殘留相位誤差，估計(jì)最接近所說第二I通道數(shù)據(jù)的一個(gè)I電平值；相位誤差判定裝置，根據(jù)所說第二Q通道數(shù)據(jù)的方向性，用于接收估計(jì)的I電平值、第二I通道數(shù)據(jù)和所說第二Q通道數(shù)據(jù)，并按照預(yù)定的加權(quán)函數(shù)將加權(quán)值應(yīng)用于所說第二I通道數(shù)據(jù)和所說估計(jì)的I電平值之間的差值，并判定相位誤差值；除法裝置，由一預(yù)定值去除所說相位誤差判定裝置的輸出，并輸出所說的已除過的相位誤差值；累加裝置，用于依據(jù)一預(yù)定數(shù)目累加所說除法裝置輸出的已除相位誤差；正弦和余弦表存儲(chǔ)裝置，用于將對應(yīng)于累加的相位誤差值的先前存儲(chǔ)的正弦和余弦值輸出到所說的第一相乘裝置；以及累加限制裝置，用于接收所說估計(jì)的I電平值和所說的第二I通道數(shù)據(jù)，并從所說的第二I通道數(shù)據(jù)減去所說的估計(jì)的I電平值，以將作為累加限制值的該差值輸出到第二乘法裝置。
10.如權(quán)利要求9的相位跟蹤環(huán)路，其中，所說相位誤差判定裝置根據(jù)下列公式判定所說的相位誤差值θ＝sgn(Q″)·(I″-I)………(22)
11.如權(quán)利要求9的相位跟蹤環(huán)路，其中，所說相位誤差判定裝置根據(jù)下列公式判定所說的相位誤差值θ＝sgn(Q″)·sgn(I″-I)………(23)
12.如權(quán)利要求9的相位跟蹤環(huán)路，其中，所說的相位誤差判定裝置以從根據(jù)下列等式的加權(quán)函數(shù)W(I)獲得的加權(quán)值乘以所說的相位誤差值
其中I是判定值。
13.如權(quán)利要求9的相位跟蹤環(huán)路，其中，所說相位誤差判定裝置以從根據(jù)下列等式的加權(quán)函數(shù)W(I)獲得的加權(quán)值乘以所說的相位誤差值W(I)＝I-|I-I|＝I-(I－I)·sgn(I-I)；其中I是判定值。
14.如權(quán)利要求9的相位跟蹤環(huán)路，其中，所說相位誤差判定裝置以從根據(jù)下列等式的加權(quán)函數(shù)W(I)獲得的加權(quán)值乘以所說的相位誤差值
其中K是在0和1間的實(shí)數(shù)，I是判定值。
15.如權(quán)利要求9的相位跟蹤環(huán)路，其中，所說相位誤差判定裝置以根據(jù)下列等式的加權(quán)函數(shù)W(I)獲得的加權(quán)值乘以所說的相位誤差值
其中K是在0和1間的實(shí)數(shù)，I是判定值，而±號指示在判定值左側(cè)的正值及在其右側(cè)的負(fù)值。
16.如權(quán)利要求9的相位跟蹤環(huán)路，其中，所說的累加限制裝置接收所說的估計(jì)的I電平值和所說的第二I通道數(shù)據(jù)，從所說第二通道數(shù)據(jù)減去所說的估計(jì)的I電平值，并且當(dāng)所說第二I通道數(shù)據(jù)的絕對值是基準(zhǔn)值或高于該基準(zhǔn)值時(shí)，在最接近所說差值的累加范圍內(nèi)、輸出作為累加限制值的一個(gè)值而當(dāng)所說第二I通道數(shù)據(jù)的絕對值低于所說基準(zhǔn)值時(shí)，輸出所說的差值作為累加值。
17.如權(quán)利要求9的相位跟蹤環(huán)路，其中，所說相位誤差判定裝置包括一個(gè)濾波器，具有對應(yīng)于所說預(yù)定的加權(quán)函數(shù)的一個(gè)響應(yīng)。
18.如權(quán)利要求17的相位跟蹤環(huán)路，其中，當(dāng)所說的加權(quán)函數(shù)是高階函數(shù)時(shí)，所說的累加裝置包括高階濾波器。
全文摘要
一種用于VSB接收機(jī)或QAM接收機(jī)的相位誤差檢測方法，包括以下步驟數(shù)字濾波已發(fā)送的I通道數(shù)據(jù)以恢復(fù)Q通道數(shù)據(jù)；根據(jù)反饋的相位誤差校正I通道數(shù)據(jù)和Q通道數(shù)據(jù)的相位；在預(yù)定I通道電平值當(dāng)中判定一個(gè)接近相位校正的I通道數(shù)據(jù)的I通道電平值；從相位校正的I通道數(shù)據(jù)減去判定的I通道電平值而獲得相位誤差值并以差值成分的符號乘以差值；將出自預(yù)定加權(quán)函數(shù)的加權(quán)值應(yīng)用于相位誤差值；并輸出該值作為已加權(quán)的相位誤差值，因此，相位誤差檢測的可靠性可以增加。
文檔編號H04N7/015GK1154027SQ9611244
公開日1997年7月9日 申請日期1996年10月17日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月18日
發(fā)明者李命煥 申請人:三星電子株式會(huì)社