专利名称：用于数字残留边带调制的装置和方法
技术领域：
本发明涉及数字信号处理，并特别涉及用于调制作为占据标准电视频道的残留边带(VSB)信号的数字电视(DTV)信号的装置和方法。
在未来的数字电视广播的美国标准中提出了VSB调制，并且还提出了VSB调制的具体类型，诸如8-VSB，这种调制把3-位编码的数字数据组映射为八个供传输的振幅电平。
在VSB调制中遇到的问题之一边带压缩。人们已经提出使用供边带压缩的模拟滤波器(例如SAW滤波器)的各种VSB调制方法。然而，模拟滤波器要求比所希望的带宽更多的带宽。
本发明使用数字信号处理方法来实现出色的边带压缩而无需模拟滤波器。该处理方法的特征在于，在整形滤波器中所需的带宽极小，这是一个提供分级改进的特性。例如，对于给定的采样速率DTV数字信号能够在较宽的带宽上被表示，这提供了这样的优点，即允许在数字域中进行适应性校正以便补偿高功率电视发射机线性和非线性特性。进而，本发明允许对来自电视发射机的带外邻近频道干扰及频谱旁瓣的控制，因而降低了与相邻频道的干扰。通过进一步的例子可得知，在对于预失真的信号中必须包含三阶互调产物，并且其中的数字处理方法和装置控制着这种产物在电视信号的三倍主频谱瓣宽度内的表示。
模拟装置典型情况下是人工调节的，不能跟踪随时间变化的发射机失真，并且不能发挥由其中的数字系统提供的适应性特性的优越性。
这里的残留边带调制装置和方法可包含以速率1/T向一个乘法器输入数字信号(不限于DTV信号)的结构，该乘法器通过对输入信号乘以e-j(2π/4T)t对输入信号进行下变频。然后下变频的信号可提供给对称整形滤波器，该整形滤波器对下变频的信号进行奈奎斯特滤波并具有h0(t)的脉冲响应，然后通过把滤波的信号乘以e-j(ω0+(2π/4T))t被滤波的信号可被上变频，使得它在输入信号的残留边带中以载频ω0为中心，以便提供残留边带调制输出信号。
本发明的一个目的是要提供使用数字信号处理而避免使用模拟滤波器数字信号调制装置和方法，并提供用于VSB调制的数字装置和数字信号处理方法，其中向提供带有实部和虚部Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))的基带信号的基带整形滤波器提供数字信号，其中Sbb(kT)=Σi(di+b)(cos(Π2i)-jsin(Π2i))h0((k-i)T)]]>其中实部和虚部被内插，使得残留边带调制输出信号包含信号的三阶互调失真产物。
另一目的是要提供用于DTV信号的VSB调制的基带滤波器，该基带滤波器具有用于使到达的电视信号乘以(cos(πi/2)-sin(πi/2))的乘法器，用于提供奇偶系数项的分离和的横向滤波器，用于把DC偏移项加到偶系数项的加法器，用于对奇系数项和与偶系数项和加DC偏移项进行多路复用以便提供带有实部和虚部的基带信号的一个多路复用器。
本发明的又一个目的是要提供用于DTV激励器中的数字信号VSB调制的装置和方法，这包含用于对来自数字基带滤波器的信号的实部和虚部进行内插的内插器，使得残留边带调制输出信号包含数字信号的三阶互调失真产物。
本发明包含用于数字信号的残留边带调制的一种方法，该方法包括以下步骤(a)使带有以速率R＝1/T输入的数据符号di的数字信号乘以(cos(πi/2)-sin(πi/2))；(b)向带有脉冲响应h0的横向滤波器提供该乘积，这提供了奇偶横向滤波器系数项的分离和；(c)对奇偶系数项的和进行多路复用以提供带有实部和虚部Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))的基带信号，其中Sbb(kT)=Σi(di+b)(cos(Π2i)-jsin(Π2i))h0((k-i)T)]]>
本发明还包含用于数字信号残留边带调制的一个滤波器，包括用于使以速率R＝1/T输入的信号数据符号di乘以(cos(πi/2)-sin(πi/2))的一个乘法器；带有脉冲响应h0用于接收来自所述乘法器的输出并用于提供奇偶横向滤波器系数项分离和的横向滤波器；用于把DC偏移项，(cos(πi/2)-sin(πi/2))h0(O)b加到偶系数项之和的加法器，用于对奇系数项之和与偶系数项之和加DC偏移项进行多路复用以便提供带有实部和虚部Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))的基带信号的一个多路复用器，其中Sbb(kT)=Σi(di+b)(cos(Π2i)-jsin(Π2i))h0((k-i)T)]]>以及用于内插Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))使得残留边带调制输出信号包含信号的三阶失真产物的一个内插器。
现在将参照附图通过例子对本发明进行说明，其中
图1是本发明的一个实施例的框图。
图2是描述对称低通整形滤波器的频率响应H0(ω)的图示。
图3是本发明的另一实施例的框图。
图4是本发明带有ROM而不是乘法器的又一实施例的框图。
图5是表示本发明用于数字电视激励器的框图。
图6是表示用于数字VSB调制的滤波器中复信号流的部分框图和部分电路图。
图7是基带滤波器一个实施例的简化框图。
图8是又一基带滤波器的简化框图。
图1描绘了残留边带调制器的一个实施例，它包括具有用于使以速率R＝1/T到达的输入数字信号di乘以(cos(πi/2)-sin(πi/2))的乘法器12的基带滤波器10，带有脉冲响应h0用于接收来自乘法器12的输出并用于提供奇偶滤波器系数项的分离和的横向滤波器14，用于把DC偏移项加到偶系数项之和的加法器16，以及一个多路复用器18，用于对奇系数项之和与偶系数项之和加DC偏移项多路复用，以便提供带有实部和虚部Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))的基带信号，其中Sbb(kT)=Σi(di+b)(cos(Π2i)-jsin(Π2i))h0((k-i)T)-----(1)]]>横向滤波器14的较佳的脉冲响应为h0(t)＝
(H0(ω))，其中
为付里叶变换，而H0(ω)为横向滤波器14以零频率为中心的频率响应。例如可用于横向滤波器14的对称低通整形滤波器的频率响应H0(ω)见图2。
在加法器16被加的DC偏移项可以是(cos(πi/2)-sin(πi/2))h0(O)b，其中b是加到数据上的DC电平，其目的是为了向VSB信号插入某一载波频率ω0作为导频，以使VSB接收机中易于进行载波恢复。
图3表示类似于图1的那些特性的数字标号已经被保留。在横向滤波器14中要由共系数加权的数据符号对在乘法器22中由共用系数加权之前已经在加法器20中被组合。横向滤波器14的寄存器24对系数值围绕其对称分布的中心插头加权26已经被“折叠”。因为横向滤波器的偶函数脉冲响应的缘故，这种布置使能够易于把接收相等加权的符号对引到它们的各个寄存器中。
图4描绘了由只读存储器(ROM)28代替乘法器22的另一实施例。乘法器可以由ROM代替，是由于到ROM的输入是两个n-位(对于2n-VSB)数据符号之和，该数据符号能够由可用来从ROM访问乘以适当的横向滤波器系数的和的结果的(n+1)-位地址定义。通过使用ROM，可以避免使用高速乘法器或昂贵的DSP滤波器芯片，因而允许高的采样速率。在该替代的实施例中，可向提供输出的单一ROM提供多个地址，该输出先前是由多个ROM之和提供的。
本发明可适用于如图5所示的用于数字电视发射机的激励器。基带滤波器30是图1、3或4中所示的用来提供实和虚信号32的实施例。基带滤波器30的频率内容直到R/4(R＝1/T)的截止频率，例如图2中所示。速率R虚信号很好地表示了直到R/2的信号。本发明的进一步的目的是要表示出三阶互调产物以及信号(对于预失真，建立数字线性和非线性校正器)，即希望能表示出三倍的信号带宽。对于图2的信号内容，信号必须表示到3(R/4)带宽之外。为此，可增加用于两内插到达内插器34以便采样速率从R增加到2R。由于输出速率为2R，故信号被很好地表示到R带宽之外，这对于表示三阶互调产物是绰绰有余的。从内插器34的输出可提供给用于线性和非线性校正的校正器36，这种校正补偿从激励器以下流程的失真。然后来自校正器36的信号可提供给下一个内插器38，该内插器再次进行二内插并向频率R的中频(IF)载波提供数字正交调制。内插器38的输出具有采样速率4R。内插器34可以是常规器件(例如，称为半带滤波器的HarrisCorporation IC，HSP43216，工作在二内插模式)；至于内插器38，可以是工作在正交到实转换模式的类似的半带滤波器。
本发明有许多优点，包括全数字化的实现(没有模拟滤波器用于边带抑制)，适用于低成本专用集成电路(ASIC)的实现，在图4的实施例中使用标准的ROM允许高速采样，并支持足够高的采样速率而能允许在三倍标称信号带宽上的信号表示，从而能够对三阶互调产物进行校正。本发明提供了一种数字化可校正的输出，从而能够跟踪随时间变化的发射机失真并适应性地进行校正。
以下的讨论如图6所示从对于数字VSB调制的复信号表示开始，并以图1的实施例结束。
图6表示DC偏移b加到输入的8-电平脉冲。DC偏移加到数据上的目的是为了把某个载波频率ω0插入VSB信号作为导频以支持VSB接收器中载波易于恢复。图6中输出的VSB信号的复信号表示为Svsb(t)=[(Σi(di+b)δ(t-iT)⊗(ej(2Π4T)th0(t))]ejω0t-----(2)]]>这里表示卷积，h0(t)＝
(H0(ω))，
为付里叶变换，δ(t)为发生在t＝0处的狄拉克δ函数或脉冲函数，且H0(ω)为以零频率为中心的整形滤波器频率响应，如图2所示。因子ej(2π/4T)t是顾及到整形滤波器对载波按调制器四分之一符号速率的偏移，因子ejω0t表示基带频谱到残留边带载波频率ω0的转换，ω0也是导频。
在指数函数分配到卷积符号时，等式2可重新写为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偏移输入数据信号(表示为图6中的输入)通过乘以ej(2π/4T)t按四分之一符号速率被下变频，并通过图2脉冲响应为h0(t)的低通滤波器。所得的整个基带滤波的信号(等式3中括号内所示)被上变频，并以高于导频四分之一符号速率的载波频率为中心。上变频由公式3括号外所示的指数乘数表示。然后等式3的卷积可化简为以下等式4，其中最后一步使用δ函数的筛选性质达到，该函数在T＝t-iT筛选出被积函数的数值。[(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并化简结果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)基带复VSB信号是等式5外面括号内的部分，这就是所要的结果(它与等式1的结果相同)。Sbb(kT)=Σi(di+b)(cos(Π2i)-jsin(Π2i))h0((k-i)T)-----(6)]]>等式1和6的信号可使用图7所示的那种基带滤波器提供。注意到实横向滤波器40的输出仅取决于奇数数据符号，而虚横向滤波器42的输出仅取决于偶数数据符号，这一滤波器可以化简。
又，要注意的是，实输出是在横向滤波器的偶数系数权与滤波器的奇数系数权之间交替的，并且虚输出的权顺序是相反的。这样，图7的实现可化简为图8的实现。
通过改变DC偏移的处理图8的实现可化简为图1的实现。DC偏移对奇系数和的贡献对带有奇数个插头的滤波器是零，而DC偏移对偶系数和的贡献是与DC偏移b及偶函数横向滤波器的中心插头成正比的变号常量。这样加到偶系数项的和的DC偏移可以是(cos(πi/2)-sin(πi/2))h0(O)b。
本发明提供了一种用于数字信号调制的残留边带(VSB)数字信号处理装置和方法。二进制数字信号di提供给一基带整形滤波器，该滤波器对信号采样以提供具有实和虚部Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))的基带信号，其中Sbb(kT)=Σi(di+b)(cos(Π2i)-jsin(Π2i))h0((k-i)T)]]>不使用模拟滤波器而能赋予VSB信号很好的边带抑制。
权利要求
1.一种对数字信号进行残留边带调制的一种方法，该方法包括以下步骤(a)使带有以速率R＝1/T输入的数据符号di的数字信号乘以(cos(πi/2)-sin(πi/2))；(b)向带有脉冲响应h0的横向滤波器提供该乘积，所述横向滤波器提供了奇偶横向滤波器系数项的分离和；(c)对奇和偶系数项的和进行多路复用以提供带有实部和虚部Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))的基带信号，其中Sbb(kT)=Σi(di+b)(cos(Π2i)-jsin(Π2i))h0((k-i)T)]]>
2.如权利要求1中所述的方法，还包括以下步骤内插Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))以提供至少2R的采样速率，使得残留边带调制的输出信号包含数字信号的三阶互调失真产物；以及步骤在多路复用步骤之前向偶系数项之和添加DC偏移项(cos(πi/2)-sin(πi/2))h0(O)b。
3.如权利要求1或2中所述的方法，还包括以下步骤在横向滤波器中组合以共用滤波器系数加权的输入数据符号对，并然后对组合的对以它们的共用滤波器系数加权，其中对组合对加权的步骤包括对含有滤波器系数乘以输入数据符号数值的可寻址乘积的只读存储器的寻址步骤。
4.如权利要求3所述的方法，还包括以下步骤提供用于输入数据符号的一寄存器阵列，寄存器在行向从中心插头伸展，使得组合成对的的寄存器相邻。
5.如权利要求1到4任何一个所述的方法，其中所述的数字信号为电视信号。
6.一种对数字信号进行残留边带调制的方法，该方法包括以下步骤(a)以速率1/T提供输入信号；(b)以e-j(2π/4T)t乘以输入的数字信号使其下变频；(c)向一对称整形滤波器提供该下变频信号，该对称整形滤波器对下变频数字信号进行奈奎斯特滤波并具有脉冲响应h0(t)；(d)通过把滤波的信号乘以ej(ω0+(2π/4T))t，使被滤波的信号上变频而以输入信号的残留边带中的载频ω0为中心。
7.如权利要求中所述的方法，还包括如下的步骤分离带有实部和虚部Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))的上变频信号，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数项的分离和的滤波器内插Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))，以提供包含数字信号三阶互调失真产物的残留边带调制的输出信号。
8.如权利要求6或7所述的方法，其中包含步骤向偶系数项之和添加DC偏移项，并多路复用奇系数项之和与偶系数项之和加DC偏移项以便提供Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))，并在横向滤波器中，对包含滤波器系数乘以输入数值的可寻址乘积的只读存储器寻址，所述数字信号为电视信号。
9.一种用于数字信号残留边带调制的滤波器，包括用于使以速率R＝1/T输入的信号数据符号di乘以(cos(πi/2)-sin(πi/2))的乘法器；带有脉冲响应h0用于接收来自所述乘法器的输出并用于提供奇和偶横向滤波器系数项分离和的横向滤波器；用于把DC偏移项(cos(πi/2)-sin(πi/2))h0(O)b加到偶系数项之和的加法器；以及用于对奇系数项之和与偶系数项之和加DC偏移项进行多路复用以便提供带有实部和虚部Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))的基带信号的一个多路复用器，其中Sbb(kT)=Σi(di+b)(cos(Π2i)-jsin(Π2i))h0((k-i)T)]]>以及用于内插Re(Sbb(kT))及Im(Sbb(kT))使得残留边带调制输出信号包含信号的三阶失真产物的一个内插器。
10.如权利要求9中所述的滤波器，其中所述横向滤波器包括多个加法器用来组合以共用滤波器系数加权的输入数据符号对，其中所述横向滤波器包含含有滤波器系数乘以输入数值的可寻址乘积的只读存储器。
11.如权利要求10所述的滤波器，其中所述横向滤波器包含多个寄存器的阵列用于向所述加法器提供输入数据符号，所述寄存器从中心插头对称地伸展，使得保有被组合的输入数据符号的所述寄存器对是相邻的。
全文摘要
本发明为一种用于数字信号残留边带(VSB)调制的数字信号处理装置和方法。二进制信号d
文档编号H04L27/04GK1189024SQ9810361
公开日1998年7月29日 申请日期1998年1月9日 优先权日1997年1月10日
发明者罗伯特C·戴维斯, 埃德温R·特威切尔 申请人:哈里公司