TWI389493B - 廣播頻道評估器 - Google Patents

Description

廣播頻道評估器

本發明係有關於廣播頻道評估器。

發明背景

一通訊系統包含由一廣播頻道耦接的一發射機及一接收機。由於諸如雜訊、多路徑衰退，及環境變化之因素，該廣播頻道可能使發射信號失真。籍由處理在該接收機中的已接收的信號，該廣播頻道可能使該發射信號失真的程度被決定。該已接收的信號可以被用於評估該頻道的特性。該頻道的該等被評估的特性可以被用於在接收端恢復該發射信號。在使用先進電視系統委員會(ATSC)標準的一數位電視(DTV)系統中，該頻道評估可以被利用嵌入在ATSC信號中的場同步(field sync)部分來執行。然而該場同步部分不可能為該頻道的該等特性的準確評估提供足夠的資訊，特別是當該廣播頻道跨越幾百個符號時。

依據本發明之一實施例，係特地提出一種方法，其包含以下步驟：利用一已接收信號的段同步單元的多數個符號產生多數個廣播頻道係數，其中該等廣播頻道係數代表一頻道的特性，該已接收信號在該頻道上被接收；補償該已接收信號上的失真，其中該已接收信號被利用該等廣播頻道係數補償；及在該補償後解碼該已接收信號。

依據本發明之另一實施例，係特地提出一種頻道評估 器，其包含耦接到一頻道的一平均值產生器，其中該平均值產生器將產生經由該頻道接收的一已接收信號的段同步單元的多數個符號的平均值；及耦接到該平均值產生器的一段同步頻道評估器，其中該段同步頻道評估器將利用該等平均值產生多數個廣播頻道係數。

依據本發明之又一實施例，係特地提出一種接收機，其包含耦接到頻道的一頻道評估器，其中該頻道評估器將利用一已接收信號的段同步單元的多數個符號產生多數個廣播頻道係數，其中該等廣播頻道係數代表該頻道的特性，該已接收信號在該頻道上被接收；耦接到該頻道評估器的一等化器，其中該等化器將補償該已接收信號上的失真，其中該已接收信號被利用該等廣播頻道係數補償；及耦接到該頻道的一解碼器，其中該解碼器將解碼該已接收信號。

圖式簡單說明

在附圖中這裏所描述的本發明是以舉例的方式而不是限制的方式被說明。為了使說明簡單明瞭，在該等圖中所說明的元件未必被按比例畫出。例如，為了清晰起見，某些元件的尺寸相對其他元件可以被放大。而且，在認為適當的地方，參考標記已經在該等圖中被重複以表明相應的或類似的元件。

第1圖說明一通訊系統100的一實施例。

第2圖說明一ATSC 8－VSB信號的一訊框結構的一實施例。

第3圖說明第1圖的頻道評估器180的一實施例。

第4A圖及第4B圖描述了數學表式，其代表由第3圖的該頻道評估器執行的操作。

第5圖描述了該頻道評估器180的輸出評估頻道係數的一圖式。

較佳實施例之詳細說明

下面的描述描述了一廣播頻道評估器。在該下面的描述中，為了提供對本發明的一較詳盡的理解，許多特定細節諸如邏輯實施、資源分割，或共用，或複製實施、系統元件的類型及相互關係，及邏輯劃分或整合選擇被闡述。然而，此領域中具有通常知識者將理解的是本發明可以在沒有這些特定細節的情況下被實施。在其他實例中，為了不混淆本發明，控制結構、閘位準電路，及全部軟體指令序列沒有被詳細地顯示。此領域中那些具有通常知識者，有了所包括的描述，將能夠在沒有過度的實驗的情況下實現適當的功能。

在此專利說明書中提及“一個實施例”、“一實施例”、“一示範實施例”表明所描述的該實施例可以包括一特定特徵、結構，或特性，但是每一實施例可以不必都包括該特定特徵、結構，或特性。而且，這種短語不一定指同一實施例。另外，當一特定特徵、結構，或特性關於一實施例被描述時，結合無論是否被明確地描述的其他實施例影響這種特徵、結構，或特性被認為是在此領域中具有通常知 識者的知識以內。

本發明的實施例可以以硬體、韌體、軟體，或其任意組合被實施。本發明的實施例也可以以儲存在一機器可讀媒體上的指令被實施，該等指令可以被一個或較多個處理器讀取或執行。一機器可讀媒體可以包括用於儲存或傳輸呈一機器(例如一計算裝置)可讀形式的資訊的任何機制。

例如，一機器可讀媒體可以包括唯讀記憶體(ROM)；隨機存取記憶體(RAM)；磁碟儲存媒體；光儲存媒體；快閃記憶體裝置；電、光、聲音及其他形式的傳播信號(例如載波、紅外信號，及數位信號)。另外，韌體、軟體、常式，及指令在這裏可以被描述為執行特定動作。然而，應該理解的是這種描述只是為了方便，這種動作實際上由計算裝置、處理器、控制器，及執行該韌體、軟體、常式，及指令的其他裝置產生。

一通訊系統100的一實施例在第1圖中被說明。該通訊系統100可以包含一發射機110、一廣播頻道120，及一接收機150。

該廣播頻道120可以代表諸如一雙絞銅線、光纖之有線媒體及諸如一空氣媒介之無線媒體。雖然以ATSC格式傳送資料訊框，但該廣播頻道120可以包含一無線媒體。在一實施例中，該廣播頻道120的該等特性可能受環境變化、多路徑衰退，及諸如加成性白高斯雜訊(AWGN)之雜訊因素影響。

該發射機110可以處理該等資料訊框以產生信號，然後 經由該廣播頻道120發射該信號。在一實施例中，該發射機110可以處理ATSC 8－VSB格式的該等資料訊框。該發射機110可以包括前向錯誤校正碼以在經由該廣播頻道120發射該信號之前在該接收端促進錯誤檢測及校正。

該接收機150可以處理經由該通訊頻道120接收的一信號(‘已接收信號’)，在發送該等已擷取的資料位元到，例如一電視的一顯示單元或被組配以接收資料位元的任何裝置以作進一步處理之前。在一實施例中，該接收機150可以包含用於補償在該已接收信號上的失真的一等化器155及用於從該已接收信號擷取該等資料位元的一解碼器160。

該接收機150可以包含一頻道評估器180，該頻道評估器180可以產生廣播頻道係數以響應接收該已接收信號。在一實施例中，該頻道評估器180可以產生該等廣播頻道係數，該等廣播頻道係數代表來自多個路徑的回波的特性。該頻道評估器180可以提供該等廣播頻道係數給該等化器155及該等化器155可以基於該等廣播頻道係數補償該已接收信號的該失真。該解碼器160可以解碼該已補償信號。

該ATSC 8－VSB資料訊框的一實施例在第2圖中被描述。資料訊框200可以包含一第一資料場231及一第二資料場232。該第一資料場231可以包含一場同步單元(field sync)221及312個資料段231-1到231-312。該場同步221及每一資料段231-1到231-312可以包含828個符號。該場同步221可以表明該第一資料場231的開端及每一資料段231可以包含代表資料位元及前向錯誤校正碼(FEC)的符號。每一資料 段231-1到231-312也可以與一段同步單元(seg sync)211-1到211-312相關，該段同步單元(seg sync)211-1到211-312表明每一資料段231-1到231-312的開端。每一段同步211-0到211-312可以包含4個符號諸如(5、－5、－5，及5)。

相似地，該第二資料段232可以包含一場同步222及312個資料段232-1到232-312。該場同步222及每一資料段232-1到232-312可以包含828個符號。該場同步222可以表明該第二資料場232的開端及每一資料段232-1到232-312可以包含代表資料位元及該等FEC位元的符號。每一資料段232-1到232-312也可以與一段同步(‘seg sync’)212-1到212-312有關，該段同步(‘seg sync’)212-1到212-312表明每一資料段232-1到232-312的開始。每一段同步212-1到212-312可以包含4個符號諸如(5、－5、－5，及5)。該場同步221及場同步222之間的差異可以在於它們的第二偽數字序列(PN63)的符號，這可有助於該接收機150建立該訊框結構。如果該頻道120沒有使該信號失真，則該接收機150可以容易地從該基頻信號識別該等場同步221及222以及段同步211-0到211-312及212-0到212-312。

對於長度短的一頻道，利用ATSC資料訊框200的該場同步221及222對頻道特性進行評估可以是準確的。然而，該場同步221及222不可能為在一可接受的置信位準上對長度較長的頻道的該等特性進行的一準確評估提供足夠的資訊。換句話說，利用該場同步來評估長度較長的該等頻道的該等特性可能導致代表遠端回波的偽值的產生。在一實 施例中，該已接收信號可以是多個路徑上的該等信號的一組合。在一實施例中，由於不同的路徑長度，不同的路徑可以包含不同的傳播時間。在一實施例中，一遠端回波可以是經由較長距離及較高衰減的一路程傳播的一發射信號的一複本。

在一實施例中，該頻道評估器180可以使用透過該頻道120傳遞的包含在段同步211及212中的頻道資訊。在一實施例中，該頻道評估器180也可以使用包含在該等場同步221及222以及該等段同步211及212中的該頻道資訊以產生該等廣播頻道係數。在一實施例中，這樣被決定的該等廣播頻道係數可以代表具有較高置信位準的係數。這樣一種方法可以提供對該廣播頻道120的該等特性的準確評估。

該頻道評估器180的一實施例在第3圖中被說明。該頻道評估器180可以包含一儲存場同步方塊310、一場同步頻道評估器320、一平均值產生器340、一加法器345、一延遲元件350、一段同步頻道評估器360、一臨界方塊370，及一改進頻道評估器380。

在一實施例中，該場同步頻道評估器320及該段同步平均值產生器340可以接收y(n)作為輸入。在一實施例中，經由該頻道120 H(z)接收的該信號y(n)可以根據原始VSB符號序列x(n)、該頻道120的頻率脈衝響應係數h(k)(對於(k＝0,1,...L))，及AWGN w(n)被表達。L的值代表該頻道120的該長度。y(n)的表式在第4(A)圖的方程式401中被顯示。

在一實施例中，該段同步211及212的該等符號(5、－5、 －5，及5)可以在每一資料段231及232之後重複。在一實施例中，每一列最前面的4個符號x(n)、x(n＋1)、x(n＋2)，及x(n＋3)可以代表該段同步211或212的該4個符號。因此，y(n)可以被寫為如在方程式402中所顯示。

在一實施例中，該段同步平均值產生器340可以決定平均值c(m)以回應接收該已接收信號y(n)。在一實施例中，該已接收信號y(n)的該平均值c(m)可以等於每832個符號之一的該已接收信號y(n)的該平均值及在方程式403中被顯示。在一實施例中，“m”是一模832的數及可以取在範圍(0,1,2,...831)內的值。

在一實施例中，當m等於0時，該等符號c(0)的該平均值可以如在方程式404或405中所顯示。在一實施例中，包含除了該最前面的4個符號以外的符號的該部分可以被分開因為它們代表資訊資料符號的該平均值。而且，可以假定代表符號及加成性雜訊的該等項x(n＋832j－k)及w(n＋832j)是隨機的且均值為零。因此，如果N很大，則該段同步211及212的該等符號的該平均值c(0)如在方程式406中所顯示。對於在0及831之間變化的一正整數m，該平均值c(m)可以被寫為如在方程式407中所顯示。

在一實施例中，該加法器345可以產生一值d(m)以回應接收該平均值c(m)。在一實施例中，該值d(m)可以根據c(m)被定義及如在方程式408中被顯示。在一實施例中，該段同步頻道評估器360可以利用d(m)的值計算該等脈衝響應係數h(k)，k＝(0,1,2,...831)。與d(m)有關的成本函數Φ(Q)被顯 示在方程式409中，其中Q＝{q(0),q(1),...q(831)}。如果q(m)＝h(m)，則該成本函數Φ(Q)可以達到一最小值。使方程式409的該成本函數Φ(Q)最小化的h(m)的解在方程式410中被顯示。

從方程式410，該被評估的值h(m)的該等係數可以被看作一高通FIR濾波器的輸出，以d(m)作為它的輸入的該高通FIR濾波器的脈衝響應係數是[1,－2,1]。在一實施例中，基於d(m)被決定的該頻道評估值h(m)可以是對雜訊敏感的而該等實際的廣播頻道脈衝響應係數與低頻特性有關。因此，該頻道評估值h(m)由於其高通濾波器特性可以是適合遠離主要路徑信號的回波的。為了避免該頻道評估值h(m)的不合理的值，分別被顯示在方程式411及412中的一些限制條件Γ(m)及Ω(m)可以被決定。如在方程式413中所表明，如果Ω(m)小於4Γ(m)，則h(m)的該值可能等於零及h(m)的該等值的可信度可能很低。

在一實施例中，該場同步頻道評估器320可以基於該場同步221及222決定該等脈衝響應係數。在一實施例中，該場同步221及222的該828個符號可以包含週期為511的二進制偽數字序列，緊接著各週期為63的三個二進制PN序列及其他128個二進制符號。在一實施例中，該儲存場同步310可以儲存該等二進制PN序列。在一實施例中，該場同步頻道評估器320可以由最小平方(LS)法或由相關法決定該等脈衝響應係數f(k)。方程式414、415，及416描述了Y、H及X的向量表式，其中Y是該已接收信號，X是該發射信號， 及H是基於該場同步221及222計算的該頻道120的該脈衝響應。在一實施例中，Y等於由‘下標t’所表明的{y(n),y(n－1),y(n－2)....}的轉置及H等於{h(0),h(1),...h(L)}的轉置。

在一實施例中，Y可以根據X及H被表達，其在方程式417中被顯示。從該方程式417，H可以被決定，其在方程式418中被顯示。在一實施例中，該方程式418可以表明藉由LS法決定的該等脈衝響應係數。

在一實施例中，方程式418的(X^t X)^－1 X可以被提前計算因為X代表該場同步221及222的訓練符號。然而，該方陣(X^t X)可以近似為一單位矩陣。由於這種近似，該等脈衝響應係數H可以等於XY，其被顯示在方程式419中。方程式419可以代表藉由相關法計算的該等脈衝響應係數。然而，由於該訓練序列的有限長度及對雜訊的敏感性，在一長頻道跨距的情況下，該LS方法或該相關法都不可以提供對該等頻道特性的準確評估。與該相關法相比，使用LS法對該等頻道特性進行的該評估可以提供較準確的結果，但是，隨著該頻道長度的增加，該LS法在計算上可能是高密度的。

當該頻道長度接近832時，藉由LS法及相關法對該等頻道特性進行的該評估可能變成無效的。在一實施例中，基於該段同步211及212對該等頻道特性h(m)進行的評估及基於該場同步221及222對該等頻道特性H或f(k)進行的評估可以被組合以評估一遠端回波的該等特性。

在一實施例中，該改進頻道評估器380可以接收頻道特性h(m)及f(k)的該等評估值及基於h(m)及f(k)可以產生該等 廣播頻道係數g(k)。在一實施例中，該等估計值g(k)可以基於該場同步221中的符號的數量(＝828－12＝816)及該段同步的211-0到211-312的符號的總數量(＝313*4＝1252)被產生。在一實施例中，用於產生該等估計值的符號的該總數可以等於2068(＝816＋1252)及這樣一種方法可以提供一長的頻道的該等特性的準確評估。

在一實施例中，該改進頻道評估器380可以基於一加權函數組合h(m)及f(k)。在一實施例中，該加權函數可以基於兩個預設回波到該主要路徑信號的距離被決定。在一實施例中，到該兩個預設回波(N₀ 及N₁ )的距離可以分別等於(N₀ <M)及(N₁ <832－M)。該加權函數w(k)被顯示在方程式420中。在一實施例中，該改進頻道評估器380可以產生如在方程式421中所顯示的該等廣播頻道係數g(k)。在一實施例中，該臨界370可以為每一g(k)儲存臨界值及該改進頻道評估器380可以比較g(k)與該臨界值且如果g(k)小於該臨界值可以設定g(k)至零，否則保持該值g(k)。

包含位於400、465，及775單位附近的一主要回波、近端回波，及一遠端回波的一被評估的頻道的一實施例在第5圖中被描述。被評估的頻道510藉由透過相關法根據場同步221評估該等頻道特性而被獲得。位於該被評估的頻道510的775單位處的該遠端回波可能振幅太小以至於難以辨認。被評估的頻道530描述了在大約400單位附近的一主要路徑信號及在大約775單位附近的一大致明顯的遠端回波。該被評估的頻道530藉由基於該段同步211的該等符號 評估該等頻道特性而被獲得。被評估的頻道560描述了在大約400單位附近的一主要路徑信號及在大約775單位附近的一清晰明顯的遠端回波。該被評估的頻道560藉由基於該段同步211及該場同步221的該等符號評估該等頻道特性而被獲得。在一實施例中，藉由使用以上所描述的該頻道評估器180，該被評估的頻道560可以被獲得。

本發明的某些特性已經參考示範實施例被描述。然而，該描述不打算在一限制意義上被解釋。該等示範實施例的各種修改，以及本發明的其他實施例對於本發明所屬領域中具有通常知識者將是明顯的，其被視為存在於本發明的精神及範圍內。

100‧‧‧通訊系統

110‧‧‧發射機

120‧‧‧廣播頻道/通訊頻道

150‧‧‧接收機

155‧‧‧等化器

160‧‧‧解碼器

180‧‧‧頻道評估器

200‧‧‧資料訊框/ATSC資料訊框

211-212‧‧‧段同步

211-0-211-312‧‧‧段同步單元

212-0-212-312‧‧‧段同步

221‧‧‧場同步單元/場同步

222‧‧‧場同步

231‧‧‧第一資料場/資料段

232‧‧‧第二資料場/第二資料段

231-0-231-312‧‧‧資料段

232-1-232-312‧‧‧資料段

310‧‧‧儲存場同步方塊

320‧‧‧場同步頻道評估器

340‧‧‧平均值產生器/段同步平均值產生器

345‧‧‧加法器

350‧‧‧延遲元件

360‧‧‧段同步頻道評估器

370‧‧‧臨界方塊

380‧‧‧改進頻道評估器

401-421‧‧‧方程式

510-560‧‧‧被評估的頻道

第1圖說明一通訊系統100的一實施例。

第2圖說明一ATSC 8－VSB信號的一訊框結構的一實施例。

第3圖說明第1圖的頻道評估器180的一實施例。

第4A圖及第4B圖描述了數學表式，其代表由第3圖的該頻道評估器執行的操作。

第5圖描述了該頻道評估器180的輸出評估頻道係數的一張圖。

100‧‧‧通訊系統

110‧‧‧發射機

120‧‧‧廣播頻道/通訊頻道

150‧‧‧接收機

155‧‧‧等化器

160‧‧‧解碼器

180‧‧‧頻道評估器

Claims (20)

1. 一種頻道評估之方法，其包含以下步驟：產生針對一具有長度實質上等於一場同步單元的長度之頻道的多個廣播頻道係數，其中針對一主要路徑信號之該等廣播頻道係數係使用設置在一資料場中之該等場同步單元的多個符號來決定，其中與該主要路徑信號有關的近端回波和遠端回波係使用設置在一已接收信號之該資料場內的多數資料段之多數段同步單元的多個符號來決定，其中該等多個廣播頻道係數係使用該等場同步單元的多個符號和該等段同步單元的多個符號被產生、組合，代表該已接收信號被接收時所在之一頻道的特性；補償該已接收信號上的失真，其中該已接收信號係使用該等多個廣播頻道係數補償；及在該補償後解碼該已接收信號。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該等多個廣播頻道係數係藉由使用包括在段同步單元的該等多個符號中的頻道資訊來產生。
3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該等多個廣播頻道係數包括該等遠端回波的特性。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該等廣播頻道係數係使用段同步單元的該等多個符號、及該已接收信號的場同步單元的多個符號來產生。
5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中，該等廣播頻道係數係使用包括在段同步單元的該等多個符號及場同步單元的該等多個符號中的頻道資訊來產生。
6. 如申請專利範圍第3項之方法，其中，該等多個廣播頻道係數中的一係數係基於比較該係數及一加權函數來決定。
7. 如申請專利範圍第6項之方法，其包含利用兩個預設回波到該主要路徑信號的距離來決定該加權函數。
8. 一種頻道評估器，其包含：一平均值產生器，其中該平均值產生器係用以產生經由一頻道接收的在一已接收信號的一資料場之資料段中的段同步單元的多個符號的平均值；耦接到該平均值產生器的一段同步頻道評估器，其中該段同步頻道評估器係用以使用該平均值來產生第一頻道脈衝響應係數，其中與一主要路徑信號有關的近端回波和遠端回波係使用該平均值來決定，耦接到該頻道的一場同步頻道評估器，其中該場同步頻道評估器係用以使用在該資料場之該場同步單元中的多個符號來產生該主要路徑信號之第二頻道脈衝響應係數，以及耦接到該段同步單元和該場同步單元的一改進頻道評估器，其中該改進頻道評估器係用以使用該等第一頻道脈衝響應係數和第二頻道脈衝響應係數來產生多個廣播頻道係數， 其中該頻道係具有一實質上等於該場同步單元之長度的長度。
9. 如申請專利範圍第8項之頻道評估器，其中，該等多個廣播頻道係數代表該已接收信號被接收時所在之該頻道的特性。
10. 如申請專利範圍第9項之頻道評估器，其中，該等廣播頻道係數係使用編碼在該已接收信號的該等段同步單元的該等符號中的頻道資訊來產生。
11. 如申請專利範圍第8項之頻道評估器，其進一步包含：耦接到該頻道的一場同步頻道評估器，其中該場同步頻道評估器係用以使用該已接收信號的場同步單元的多個符號產生一第一組值；及耦接到該場同步頻道評估器及該段同步頻道評估器的一改進頻道評估器，其中該改進頻道評估器係用以使用包括在該等場同步單元及該等段同步單元中的頻道資訊，來產生該等多個廣播頻道係數。
12. 如申請專利範圍第11項之頻道評估器，其中該等多個廣播頻道係數包括該等遠端回波的特性。
13. 如申請專利範圍第12項之頻道評估器，其中，該改進頻道評估器係用以藉由組合包括在該等段同步單元的多個符號及場同步單元的該等多個符號中的該頻道資訊，來產生該等多個廣播頻道係數。
14. 如申請專利範圍第13項之頻道評估器，其中該改進頻道評估器係用以基於比較該等多個廣播頻道係數中的一 係數與一加權函數，來決定該係數。
15. 如申請專利範圍第14項之頻道評估器，其中該改進頻道評估器係用以使用兩個預設回波到該主要路徑信號的距離，來決定該加權函數。
16. 一種接收機，其包含：耦接到一頻道的一頻道評估器，其中該頻道評估器係用以針對一具有長度實質上等於一場同步單元的長度之頻道產生多個廣播頻道係數；其中該頻道評估器係用以使用第一頻道脈衝響應係數和第二頻道脈衝響應係數來產生該等多個廣播頻道係數，其中決定與一主要路徑信號有關的近端和遠端回波之該等第一頻道脈衝響應係數係使用平均值來產生，該等平均值係基於經由該頻道接收的在一已接收信號的一資料場之資料段中的段同步單元之多個符號來產生，其中決定該主要路徑信號之該等第二頻道脈衝響應係數係使用在該資料場之該場同步單元中的多個符號來產生，耦接到該頻道評估器的一等化器，其中該等化器係用以補償該已接收信號上的失真，其中該已接收信號係使用該等多個廣播頻道係數來補償；及耦接到該頻道的一解碼器，其中該解碼器係用以解碼該已接收信號。
17. 如申請專利範圍第16項之接收機，其中，該頻道評估器係用以使用編碼在段同步單元的該等多個符號中的頻道資訊，產生該等多個廣播頻道係數。
18. 如申請專利範圍第16項之接收機，其中，該頻道評估器係用以使用段同步單元的該等多個符號及該已接收信號的場同步單元的多個符號，產生該等多個廣播頻道係數。
19. 如申請專利範圍第17項之接收機，其中該等多個廣播頻道係數包括該等遠端回波的特性。
20. 如申請專利範圍第17項之接收機，其中，該頻道評估器係用以藉由比較該等多個廣播頻道係數中的一係數與一加權函數，來決定該係數的一值。