專利名稱：用于數(shù)字殘留邊帶調(diào)制的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信號處理，并特別涉及用于調(diào)制作為占據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電視頻道的殘留邊帶(VSB)信號的數(shù)字電視(DTV)信號的裝置和方法。
在未來的數(shù)字電視廣播的美國標(biāo)準(zhǔn)中提出了VSB調(diào)制，并且還提出了VSB調(diào)制的具體類型，諸如8-VSB，這種調(diào)制把3-位編碼的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)組映射為八個供傳輸?shù)恼穹娖健?br> 在VSB調(diào)制中遇到的問題之一邊帶壓縮。人們已經(jīng)提出使用供邊帶壓縮的模擬濾波器(例如SAW濾波器)的各種VSB調(diào)制方法。然而，模擬濾波器要求比所希望的帶寬更多的帶寬。
本發(fā)明使用數(shù)字信號處理方法來實(shí)現(xiàn)出色的邊帶壓縮而無需模擬濾波器。該處理方法的特征在于，在整形濾波器中所需的帶寬極小，這是一個提供分級改進(jìn)的特性。例如，對于給定的采樣速率DTV數(shù)字信號能夠在較寬的帶寬上被表示，這提供了這樣的優(yōu)點(diǎn)，即允許在數(shù)字域中進(jìn)行適應(yīng)性校正以便補(bǔ)償高功率電視發(fā)射機(jī)線性和非線性特性。進(jìn)而，本發(fā)明允許對來自電視發(fā)射機(jī)的帶外鄰近頻道干擾及頻譜旁瓣的控制，因而降低了與相鄰頻道的干擾。通過進(jìn)一步的例子可得知，在對于預(yù)失真的信號中必須包含三階互調(diào)產(chǎn)物，并且其中的數(shù)字處理方法和裝置控制著這種產(chǎn)物在電視信號的三倍主頻譜瓣寬度內(nèi)的表示。
模擬裝置典型情況下是人工調(diào)節(jié)的，不能跟蹤隨時間變化的發(fā)射機(jī)失真，并且不能發(fā)揮由其中的數(shù)字系統(tǒng)提供的適應(yīng)性特性的優(yōu)越性。
這里的殘留邊帶調(diào)制裝置和方法可包含以速率1/T向一個乘法器輸入數(shù)字信號(不限于DTV信號)的結(jié)構(gòu)，該乘法器通過對輸入信號乘以e-j(2π/4T)t對輸入信號進(jìn)行下變頻。然后下變頻的信號可提供給對稱整形濾波器，該整形濾波器對下變頻的信號進(jìn)行奈奎斯特濾波并具有h0(t)的脈沖響應(yīng)，然后通過把濾波的信號乘以e-j(ω0+(2π/4T))t被濾波的信號可被上變頻，使得它在輸入信號的殘留邊帶中以載頻ω0為中心，以便提供殘留邊帶調(diào)制輸出信號。
本發(fā)明的一個目的是要提供使用數(shù)字信號處理而避免使用模擬濾波器數(shù)字信號調(diào)制裝置和方法，并提供用于VSB調(diào)制的數(shù)字裝置和數(shù)字信號處理方法，其中向提供帶有實(shí)部和虛部Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))的基帶信號的基帶整形濾波器提供數(shù)字信號，其中Sbb(kT)=Σi(di+b)(cos(Π2i)-jsin(Π2i))h0((k-i)T)]]>其中實(shí)部和虛部被內(nèi)插，使得殘留邊帶調(diào)制輸出信號包含信號的三階互調(diào)失真產(chǎn)物。
另一目的是要提供用于DTV信號的VSB調(diào)制的基帶濾波器，該基帶濾波器具有用于使到達(dá)的電視信號乘以(cos(πi/2)-sin(πi/2))的乘法器，用于提供奇偶系數(shù)項(xiàng)的分離和的橫向?yàn)V波器，用于把DC偏移項(xiàng)加到偶系數(shù)項(xiàng)的加法器，用于對奇系數(shù)項(xiàng)和與偶系數(shù)項(xiàng)和加DC偏移項(xiàng)進(jìn)行多路復(fù)用以便提供帶有實(shí)部和虛部的基帶信號的一個多路復(fù)用器。
本發(fā)明的又一個目的是要提供用于DTV激勵器中的數(shù)字信號VSB調(diào)制的裝置和方法，這包含用于對來自數(shù)字基帶濾波器的信號的實(shí)部和虛部進(jìn)行內(nèi)插的內(nèi)插器，使得殘留邊帶調(diào)制輸出信號包含數(shù)字信號的三階互調(diào)失真產(chǎn)物。
本發(fā)明包含用于數(shù)字信號的殘留邊帶調(diào)制的一種方法，該方法包括以下步驟(a)使帶有以速率R＝1/T輸入的數(shù)據(jù)符號di的數(shù)字信號乘以(cos(πi/2)-sin(πi/2))；(b)向帶有脈沖響應(yīng)h0的橫向?yàn)V波器提供該乘積，這提供了奇偶橫向?yàn)V波器系數(shù)項(xiàng)的分離和；(c)對奇偶系數(shù)項(xiàng)的和進(jìn)行多路復(fù)用以提供帶有實(shí)部和虛部Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))的基帶信號，其中Sbb(kT)=Σi(di+b)(cos(Π2i)-jsin(Π2i))h0((k-i)T)]]>
本發(fā)明還包含用于數(shù)字信號殘留邊帶調(diào)制的一個濾波器，包括用于使以速率R＝1/T輸入的信號數(shù)據(jù)符號di乘以(cos(πi/2)-sin(πi/2))的一個乘法器；帶有脈沖響應(yīng)h0用于接收來自所述乘法器的輸出并用于提供奇偶橫向?yàn)V波器系數(shù)項(xiàng)分離和的橫向?yàn)V波器；用于把DC偏移項(xiàng)，(cos(πi/2)-sin(πi/2))h0(O)b加到偶系數(shù)項(xiàng)之和的加法器，用于對奇系數(shù)項(xiàng)之和與偶系數(shù)項(xiàng)之和加DC偏移項(xiàng)進(jìn)行多路復(fù)用以便提供帶有實(shí)部和虛部Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))的基帶信號的一個多路復(fù)用器，其中Sbb(kT)=Σi(di+b)(cos(Π2i)-jsin(Π2i))h0((k-i)T)]]>以及用于內(nèi)插Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))使得殘留邊帶調(diào)制輸出信號包含信號的三階失真產(chǎn)物的一個內(nèi)插器。
現(xiàn)在將參照附圖通過例子對本發(fā)明進(jìn)行說明，其中

圖1是本發(fā)明的一個實(shí)施例的框圖。
圖2是描述對稱低通整形濾波器的頻率響應(yīng)H0(ω)的圖示。
圖3是本發(fā)明的另一實(shí)施例的框圖。
圖4是本發(fā)明帶有ROM而不是乘法器的又一實(shí)施例的框圖。
圖5是表示本發(fā)明用于數(shù)字電視激勵器的框圖。
圖6是表示用于數(shù)字VSB調(diào)制的濾波器中復(fù)信號流的部分框圖和部分電路圖。
圖7是基帶濾波器一個實(shí)施例的簡化框圖。
圖8是又一基帶濾波器的簡化框圖。
圖1描繪了殘留邊帶調(diào)制器的一個實(shí)施例，它包括具有用于使以速率R＝1/T到達(dá)的輸入數(shù)字信號di乘以(cos(πi/2)-sin(πi/2))的乘法器12的基帶濾波器10，帶有脈沖響應(yīng)h0用于接收來自乘法器12的輸出并用于提供奇偶濾波器系數(shù)項(xiàng)的分離和的橫向?yàn)V波器14，用于把DC偏移項(xiàng)加到偶系數(shù)項(xiàng)之和的加法器16，以及一個多路復(fù)用器18，用于對奇系數(shù)項(xiàng)之和與偶系數(shù)項(xiàng)之和加DC偏移項(xiàng)多路復(fù)用，以便提供帶有實(shí)部和虛部Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))的基帶信號，其中Sbb(kT)=Σi(di+b)(cos(Π2i)-jsin(Π2i))h0((k-i)T)-----(1)]]>橫向?yàn)V波器14的較佳的脈沖響應(yīng)為h0(t)＝
(H0(ω))，其中
為付里葉變換，而H0(ω)為橫向?yàn)V波器14以零頻率為中心的頻率響應(yīng)。例如可用于橫向?yàn)V波器14的對稱低通整形濾波器的頻率響應(yīng)H0(ω)見圖2。
在加法器16被加的DC偏移項(xiàng)可以是(cos(πi/2)-sin(πi/2))h0(O)b，其中b是加到數(shù)據(jù)上的DC電平，其目的是為了向VSB信號插入某一載波頻率ω0作為導(dǎo)頻，以使VSB接收機(jī)中易于進(jìn)行載波恢復(fù)。
圖3表示類似于圖1的那些特性的數(shù)字標(biāo)號已經(jīng)被保留。在橫向?yàn)V波器14中要由共系數(shù)加權(quán)的數(shù)據(jù)符號對在乘法器22中由共用系數(shù)加權(quán)之前已經(jīng)在加法器20中被組合。橫向?yàn)V波器14的寄存器24對系數(shù)值圍繞其對稱分布的中心插頭加權(quán)26已經(jīng)被“折疊”。因?yàn)闄M向?yàn)V波器的偶函數(shù)脈沖響應(yīng)的緣故，這種布置使能夠易于把接收相等加權(quán)的符號對引到它們的各個寄存器中。
圖4描繪了由只讀存儲器(ROM)28代替乘法器22的另一實(shí)施例。乘法器可以由ROM代替，是由于到ROM的輸入是兩個n-位(對于2n-VSB)數(shù)據(jù)符號之和，該數(shù)據(jù)符號能夠由可用來從ROM訪問乘以適當(dāng)?shù)臋M向?yàn)V波器系數(shù)的和的結(jié)果的(n+1)-位地址定義。通過使用ROM，可以避免使用高速乘法器或昂貴的DSP濾波器芯片，因而允許高的采樣速率。在該替代的實(shí)施例中，可向提供輸出的單一ROM提供多個地址，該輸出先前是由多個ROM之和提供的。
本發(fā)明可適用于如圖5所示的用于數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的激勵器?；鶐V波器30是圖1、3或4中所示的用來提供實(shí)和虛信號32的實(shí)施例?；鶐V波器30的頻率內(nèi)容直到R/4(R＝1/T)的截止頻率，例如圖2中所示。速率R虛信號很好地表示了直到R/2的信號。本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是要表示出三階互調(diào)產(chǎn)物以及信號(對于預(yù)失真，建立數(shù)字線性和非線性校正器)，即希望能表示出三倍的信號帶寬。對于圖2的信號內(nèi)容，信號必須表示到3(R/4)帶寬之外。為此，可增加用于兩內(nèi)插到達(dá)內(nèi)插器34以便采樣速率從R增加到2R。由于輸出速率為2R，故信號被很好地表示到R帶寬之外，這對于表示三階互調(diào)產(chǎn)物是綽綽有余的。從內(nèi)插器34的輸出可提供給用于線性和非線性校正的校正器36，這種校正補(bǔ)償從激勵器以下流程的失真。然后來自校正器36的信號可提供給下一個內(nèi)插器38，該內(nèi)插器再次進(jìn)行二內(nèi)插并向頻率R的中頻(IF)載波提供數(shù)字正交調(diào)制。內(nèi)插器38的輸出具有采樣速率4R。內(nèi)插器34可以是常規(guī)器件(例如，稱為半帶濾波器的HarrisCorporation IC，HSP43216，工作在二內(nèi)插模式)；至于內(nèi)插器38，可以是工作在正交到實(shí)轉(zhuǎn)換模式的類似的半帶濾波器。
本發(fā)明有許多優(yōu)點(diǎn)，包括全數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)(沒有模擬濾波器用于邊帶抑制)，適用于低成本專用集成電路(ASIC)的實(shí)現(xiàn)，在圖4的實(shí)施例中使用標(biāo)準(zhǔn)的ROM允許高速采樣，并支持足夠高的采樣速率而能允許在三倍標(biāo)稱信號帶寬上的信號表示，從而能夠?qū)θA互調(diào)產(chǎn)物進(jìn)行校正。本發(fā)明提供了一種數(shù)字化可校正的輸出，從而能夠跟蹤隨時間變化的發(fā)射機(jī)失真并適應(yīng)性地進(jìn)行校正。
以下的討論如圖6所示從對于數(shù)字VSB調(diào)制的復(fù)信號表示開始，并以圖1的實(shí)施例結(jié)束。
圖6表示DC偏移b加到輸入的8-電平脈沖。DC偏移加到數(shù)據(jù)上的目的是為了把某個載波頻率ω0插入VSB信號作為導(dǎo)頻以支持VSB接收器中載波易于恢復(fù)。圖6中輸出的VSB信號的復(fù)信號表示為Svsb(t)=[(Σi(di+b)δ(t-iT)⊗(ej(2Π4T)th0(t))]ejω0t-----(2)]]>這里表示卷積，h0(t)＝
(H0(ω))，
為付里葉變換，δ(t)為發(fā)生在t＝0處的狄拉克δ函數(shù)或脈沖函數(shù)，且H0(ω)為以零頻率為中心的整形濾波器頻率響應(yīng)，如圖2所示。因子ej(2π/4T)t是顧及到整形濾波器對載波按調(diào)制器四分之一符號速率的偏移，因子ejω0t表示基帶頻譜到殘留邊帶載波頻率ω0的轉(zhuǎn)換，ω0也是導(dǎo)頻。
在指數(shù)函數(shù)分配到卷積符號時，等式2可重新寫為Svsb(t)=[(Σi(di+b)δ(t-iT)e-j(2Π4T)t)⊗h0(t)]ej(ω0+2Π4T)t----(3)]]>公式(3)指出，DC偏移輸入數(shù)據(jù)信號(表示為圖6中的輸入)通過乘以ej(2π/4T)t按四分之一符號速率被下變頻，并通過圖2脈沖響應(yīng)為h0(t)的低通濾波器。所得的整個基帶濾波的信號(等式3中括號內(nèi)所示)被上變頻，并以高于導(dǎo)頻四分之一符號速率的載波頻率為中心。上變頻由公式3括號外所示的指數(shù)乘數(shù)表示。然后等式3的卷積可化簡為以下等式4，其中最后一步使用δ函數(shù)的篩選性質(zhì)達(dá)到，該函數(shù)在T＝t-iT篩選出被積函數(shù)的數(shù)值。[(Σi(di+b)δ(t-iT)e-j(2Π4T)t)⊗h0(t)]]]>=∫(Σi(di+b)δ(t-τ-iT)e-j(2Π4T)(t-τ))h0(τ)dτ]]>(4)=(Σi(di+b))e-j(2Π4T)iTh0(t-iT)]]>把等式4代入等式3并化簡結(jié)果Svsb(t)=[Σi(di+b)e-j(Π2)ih0(t-iT)]ej(ω0+Π2T)t]]>=[Σi(di+b)[cos(Π2i)-jsin(Π2i)]h0(t-iT)]ej(ω0+Π2T)t]]>(5)基帶復(fù)VSB信號是等式5外面括號內(nèi)的部分，這就是所要的結(jié)果(它與等式1的結(jié)果相同)。Sbb(kT)=Σi(di+b)(cos(Π2i)-jsin(Π2i))h0((k-i)T)-----(6)]]>等式1和6的信號可使用圖7所示的那種基帶濾波器提供。注意到實(shí)橫向?yàn)V波器40的輸出僅取決于奇數(shù)數(shù)據(jù)符號，而虛橫向?yàn)V波器42的輸出僅取決于偶數(shù)數(shù)據(jù)符號，這一濾波器可以化簡。
又，要注意的是，實(shí)輸出是在橫向?yàn)V波器的偶數(shù)系數(shù)權(quán)與濾波器的奇數(shù)系數(shù)權(quán)之間交替的，并且虛輸出的權(quán)順序是相反的。這樣，圖7的實(shí)現(xiàn)可化簡為圖8的實(shí)現(xiàn)。
通過改變DC偏移的處理圖8的實(shí)現(xiàn)可化簡為圖1的實(shí)現(xiàn)。DC偏移對奇系數(shù)和的貢獻(xiàn)對帶有奇數(shù)個插頭的濾波器是零，而DC偏移對偶系數(shù)和的貢獻(xiàn)是與DC偏移b及偶函數(shù)橫向?yàn)V波器的中心插頭成正比的變號常量。這樣加到偶系數(shù)項(xiàng)的和的DC偏移可以是(cos(πi/2)-sin(πi/2))h0(O)b。
本發(fā)明提供了一種用于數(shù)字信號調(diào)制的殘留邊帶(VSB)數(shù)字信號處理裝置和方法。二進(jìn)制數(shù)字信號di提供給一基帶整形濾波器，該濾波器對信號采樣以提供具有實(shí)和虛部Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))的基帶信號，其中Sbb(kT)=Σi(di+b)(cos(Π2i)-jsin(Π2i))h0((k-i)T)]]>不使用模擬濾波器而能賦予VSB信號很好的邊帶抑制。
權(quán)利要求
1.一種對數(shù)字信號進(jìn)行殘留邊帶調(diào)制的一種方法，該方法包括以下步驟(a)使帶有以速率R＝1/T輸入的數(shù)據(jù)符號di的數(shù)字信號乘以(cos(πi/2)-sin(πi/2))；(b)向帶有脈沖響應(yīng)h0的橫向?yàn)V波器提供該乘積，所述橫向?yàn)V波器提供了奇偶橫向?yàn)V波器系數(shù)項(xiàng)的分離和；(c)對奇和偶系數(shù)項(xiàng)的和進(jìn)行多路復(fù)用以提供帶有實(shí)部和虛部Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))的基帶信號，其中Sbb(kT)=Σi(di+b)(cos(Π2i)-jsin(Π2i))h0((k-i)T)]]>
2.如權(quán)利要求1中所述的方法，還包括以下步驟內(nèi)插Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))以提供至少2R的采樣速率，使得殘留邊帶調(diào)制的輸出信號包含數(shù)字信號的三階互調(diào)失真產(chǎn)物；以及步驟在多路復(fù)用步驟之前向偶系數(shù)項(xiàng)之和添加DC偏移項(xiàng)(cos(πi/2)-sin(πi/2))h0(O)b。
3.如權(quán)利要求1或2中所述的方法，還包括以下步驟在橫向?yàn)V波器中組合以共用濾波器系數(shù)加權(quán)的輸入數(shù)據(jù)符號對，并然后對組合的對以它們的共用濾波器系數(shù)加權(quán)，其中對組合對加權(quán)的步驟包括對含有濾波器系數(shù)乘以輸入數(shù)據(jù)符號數(shù)值的可尋址乘積的只讀存儲器的尋址步驟。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，還包括以下步驟提供用于輸入數(shù)據(jù)符號的一寄存器陣列，寄存器在行向從中心插頭伸展，使得組合成對的的寄存器相鄰。
5.如權(quán)利要求1到4任何一個所述的方法，其中所述的數(shù)字信號為電視信號。
6.一種對數(shù)字信號進(jìn)行殘留邊帶調(diào)制的方法，該方法包括以下步驟(a)以速率1/T提供輸入信號；(b)以e-j(2π/4T)t乘以輸入的數(shù)字信號使其下變頻；(c)向一對稱整形濾波器提供該下變頻信號，該對稱整形濾波器對下變頻數(shù)字信號進(jìn)行奈奎斯特濾波并具有脈沖響應(yīng)h0(t)；(d)通過把濾波的信號乘以ej(ω0+(2π/4T))t，使被濾波的信號上變頻而以輸入信號的殘留邊帶中的載頻ω0為中心。
7.如權(quán)利要求中所述的方法，還包括如下的步驟分離帶有實(shí)部和虛部Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))的上變頻信號，其中Sbb(kT)=Σi(di+b)(cos(Π2i)-jsin(Π2i))h0((k-i)T)]]>以及使用提供奇和偶系數(shù)項(xiàng)的分離和的濾波器內(nèi)插Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))，以提供包含數(shù)字信號三階互調(diào)失真產(chǎn)物的殘留邊帶調(diào)制的輸出信號。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其中包含步驟向偶系數(shù)項(xiàng)之和添加DC偏移項(xiàng)，并多路復(fù)用奇系數(shù)項(xiàng)之和與偶系數(shù)項(xiàng)之和加DC偏移項(xiàng)以便提供Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))，并在橫向?yàn)V波器中，對包含濾波器系數(shù)乘以輸入數(shù)值的可尋址乘積的只讀存儲器尋址，所述數(shù)字信號為電視信號。
9.一種用于數(shù)字信號殘留邊帶調(diào)制的濾波器，包括用于使以速率R＝1/T輸入的信號數(shù)據(jù)符號di乘以(cos(πi/2)-sin(πi/2))的乘法器；帶有脈沖響應(yīng)h0用于接收來自所述乘法器的輸出并用于提供奇和偶橫向?yàn)V波器系數(shù)項(xiàng)分離和的橫向?yàn)V波器；用于把DC偏移項(xiàng)(cos(πi/2)-sin(πi/2))h0(O)b加到偶系數(shù)項(xiàng)之和的加法器；以及用于對奇系數(shù)項(xiàng)之和與偶系數(shù)項(xiàng)之和加DC偏移項(xiàng)進(jìn)行多路復(fù)用以便提供帶有實(shí)部和虛部Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))的基帶信號的一個多路復(fù)用器，其中Sbb(kT)=Σi(di+b)(cos(Π2i)-jsin(Π2i))h0((k-i)T)]]>以及用于內(nèi)插Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))使得殘留邊帶調(diào)制輸出信號包含信號的三階失真產(chǎn)物的一個內(nèi)插器。
10.如權(quán)利要求9中所述的濾波器，其中所述橫向?yàn)V波器包括多個加法器用來組合以共用濾波器系數(shù)加權(quán)的輸入數(shù)據(jù)符號對，其中所述橫向?yàn)V波器包含含有濾波器系數(shù)乘以輸入數(shù)值的可尋址乘積的只讀存儲器。
11.如權(quán)利要求10所述的濾波器，其中所述橫向?yàn)V波器包含多個寄存器的陣列用于向所述加法器提供輸入數(shù)據(jù)符號，所述寄存器從中心插頭對稱地伸展，使得保有被組合的輸入數(shù)據(jù)符號的所述寄存器對是相鄰的。
全文摘要
本發(fā)明為一種用于數(shù)字信號殘留邊帶(VSB)調(diào)制的數(shù)字信號處理裝置和方法。二進(jìn)制信號d
文檔編號H04L27/04GK1189024SQ9810361
公開日1998年7月29日 申請日期1998年1月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月10日
發(fā)明者羅伯特C·戴維斯, 埃德溫R·特威切爾 申請人:哈里公司