專利名稱：處理時分多路復(fù)用信號的有限沖激響應(yīng)濾波器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于時分多路復(fù)用信號處理的裝置。
本發(fā)明將以高級電視研究集團(tuán)(AdvancedTevelesionResearchConsortium(ATRT)所提出的處理HDTV信號之型式的高清晰度電視接收機(jī)(ATRT)為背景加以說明，但應(yīng)理解本發(fā)明并不僅限于此種系統(tǒng)之應(yīng)用，其也適用于其它具有調(diào)諧相關(guān)的調(diào)幅載波之系統(tǒng)。


圖1示出具有ADTV系統(tǒng)格式之電視信號。該信號限定為具有與NTSC制式一致的6MHZ帶寬。但是，不同于NTSC電視信號的是，此ADTV信號包含有二個正交調(diào)幅載波，其中之一位于6MHZ頻道間隔的較低四分之一內(nèi)，而另一個則位于6MHZ頻道間隔較高四分之三內(nèi)。該較高載波具有的帶寬為較低載波帶寬的四倍。該較高載波頻率恰好是該較低載波頻率的四倍(相對于一個預(yù)定參考值而言)。在圖1例中，二個載波均調(diào)制為16個QAM。
圖2顯示包括調(diào)諧器IF和QAM解調(diào)電路的一個典型的ADTV接收機(jī)裝置的一部分。此種裝置的細(xì)節(jié)，將不在本文加以說明，但可參見美國專利……(1991年2月4日申請的第650329號)。但應(yīng)注意的是其分別用以處理二個QAM信號的并聯(lián)處理電路(單元118，120，122，124，126，128以及單元119，121，123，125，127及129)。這些并聯(lián)處理通路的每一個均包含有相當(dāng)大且復(fù)雜因而相當(dāng)昂貴的硬件。本發(fā)明就是要減少這種并聯(lián)處理用的硬件，以使此種系統(tǒng)可為一般消費(fèi)者負(fù)擔(dān)得起。更特別地是，本發(fā)明是要利用時分多路復(fù)用方式之處理裝置，以便至少除去用以處理諸如圖1所示之二個QAM信號之頻分多路復(fù)用信號的并聯(lián)處理電路中的一部分。
本發(fā)明包括用于處理時分多路復(fù)用抽樣信號的FIR濾波器電路。該濾波器電路有多組延遲單元組，用于延遲被濾波的各個信號，每一組有多個分接頭。各組延遲單元的相應(yīng)分接頭連接到共用加權(quán)及求和構(gòu)件上。時分多路復(fù)用信號耦合到該延遲單元組，各個組在相應(yīng)的信號出現(xiàn)時被分別啟動。
圖1是ADTV信號頻譜的圖形。
圖2是一個具有調(diào)諧器和QAM解調(diào)電路的ADTV接收機(jī)之一部分的方塊圖。
圖3是實(shí)施本發(fā)明以時分多路復(fù)用方式處理多個QAM之電路方塊圖。
圖4是以時分多路復(fù)用方式濾波二個信號的FIR濾波器方塊圖。
圖5是圖4濾波器中之一級的示意圖。
圖6是圖5電路操作之各時鐘信號的時序圖。
圖7是圖3中I，Q多路分離及多路復(fù)用(DEMUXANDMUX)單元20的方塊圖。
圖8是輸出用于二個信號的時分多路復(fù)用濾波的已加權(quán)FIR濾波器的方塊圖。
參閱圖3，其中顯示一個更具成本效益之ADTV接收機(jī)的一部分。在圖3中，一個具有如圖1所示信號頻譜特性之廣播信號輸入至調(diào)諧器/中頻電路10上。中頻級內(nèi)之本地振蕩器是選定成可將標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)先級(SP)頻道之中心下轉(zhuǎn)換成SP頻道的符號率。此中頻選定為43.5MHZ，其可將基帶SP頻道之中心置于3.84MHZ。下轉(zhuǎn)換的ADTV信號將輸送至一個模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)12上。此ADC12的時鐘頻率是四倍于SP頻道符號率，即為15.36MHZ。輸入至ADC之抽樣時鐘信號(以及其它系統(tǒng)之時鐘信號)系自時鐘單元14內(nèi)產(chǎn)生的。單元14可包含有一個與一個鎖相環(huán)結(jié)合的VCXO，以將系統(tǒng)時鐘及抽樣時鐘鎖相于QAM載波之一上。
由ADC12產(chǎn)生之15.36MHZ樣本被送至一個低通濾波器16，該濾波器具有一個可衰減寬帶(SP)QAM載波但允許較窄之(HP)QAM載波通過的通帶。經(jīng)低通濾波之高優(yōu)先級(HP)樣本將輸送至電路單元20上，并輸送至一個減法器18之減數(shù)輸入端上。來自ADC12之15.36MHZADTV樣本則傳輸至減法器18之被減數(shù)端上。由減法器所產(chǎn)生之差值代表此ADTV信號之SP部分，也就是說低通濾波器16和減法器18二者之組合可提供高通或帶通濾波器之功能，以衰減頻譜中由HP信號分量所占據(jù)之部分。由減法器18所提供之SP信號分量亦傳送至電路單元20上。
單元20可將各HP和SPQAM信號解調(diào)成各自之同相分量(I)和正交相位分量(Q)。其亦時分多路復(fù)用SP和HP信號之同相分量，亦時分多路用SP和HP信號之正交相位分量。SP信號之符號率正好是HP信號之符號率的四倍。ADTV信號除了以四倍于SP符號率(十六倍于HP符號率)之頻率加以抽樣，抽樣時刻亦是鎖相于SP載波上。因此，SP信號之樣本是交錯地對應(yīng)于信號之同相及正交相位信號分量。SP信號可僅通過將樣本交錯地分析成I信號通路和Q信號通路而分離成其同相及正交相位分量。HP信號則可通過自HP樣本流中挑選每一第四個樣本，再將這些樣本交錯地分析成I信號通路和Q信號通路，而將其同相和正交相位分量加以分離。
對分離之HP信號內(nèi)的每一個I(或Q)樣本而言，其均有四個I(或Q)樣本在分離之SP信號中。SP的I或Q樣本以7.68MHZ速率發(fā)生，而HP的I或Q樣本則以1.92MHZ速率發(fā)生。單元20可以四個SP樣本對一個HP樣本之比例時分多路復(fù)用I(Q)分量樣本，并將多路復(fù)用的I(Q)樣本耦合至一個尼奎斯特或符號整波濾波器22上。
圖7顯示單元20所用電路之例子。在圖7中，自減法器18來的帶通濾波過的SP信號將被傳送至一個一對二多路復(fù)用器30上。而低通濾波過的HP信號則傳輸至一對二多路復(fù)用器31上。SP和HP信號二者均以15.36MHZ速率產(chǎn)生。各多路復(fù)用器30和31之控制輸入端C以7.68MHZ頻率進(jìn)行鐘控，以操控這些多路復(fù)用器將輸入樣本交錯地傳送至多路復(fù)用器之I和Q輸出端，從而將HP和SP信號的I和Q分量分離開。但是請注意，即使多路復(fù)用器30和31將HP和SP信號的I和Q分量分離開。但是這些I和Q信號并未被解調(diào)，這是因?yàn)榻诲e的樣本對應(yīng)于180度相位。解調(diào)是通過將連續(xù)的I樣本和連續(xù)的Q樣本乘以1，-1，1，-1，1，-1，｀1等而完成的。此相乘操作是由異或門XOR35和36完成的，其具有第一輸入端，用以接收I和Q樣本，以及第二輸入端，耦合到頻率為自多路復(fù)用器輸出之符號率一半的時鐘信號。
在此系統(tǒng)中，解調(diào)并不一定要在此處進(jìn)行。其是否在此處進(jìn)行會影響的是下一個濾波器函數(shù)的形式。若解調(diào)在此處進(jìn)行，其后之尼奎斯特濾波器將具有低通轉(zhuǎn)移函數(shù)。
來自各多路復(fù)用器的HP和SP之同向分量輸出速率是7.68MHZ。SP的I樣本將傳輸至一個串行輸入并行輸出移位寄存器32，其可將樣本以7.68MHZ之速率移位。移位寄存器32相繼的輸出端連接至五個輸入端的并行輸入串行輸出移位寄存器34的后四個輸入端口。HP的I樣本則輸送至一個補(bǔ)償延遲級33，其可以7.68MHZ速率將樣本移位。自級33輸出之樣本將傳輸至移位寄存器34的第五個輸入端。移位寄存器34之負(fù)載輸入端則輸入15.36/8MHZ速率之脈沖控制信號，以便加入一組四個連續(xù)SP和一個HP之I分量樣本。移位寄存器34接著以9.62MHZ時鐘信號進(jìn)行鐘控，以便產(chǎn)生時分多路復(fù)用的SP和HP同相分量的樣本的串聯(lián)數(shù)據(jù)流。正交相位樣本亦是利用相似電路(未示出)，以相似的方法加以分離，并進(jìn)行多路復(fù)用。
自單元20輸出之已解調(diào)的并已多路復(fù)用的I和Q樣本將傳送至平方根尼奎斯特濾波器22上。圖1所示信號是以過量帶寬發(fā)送的，此帶寬將在其發(fā)射機(jī)內(nèi)由尼奎斯特濾波器加以限值。為使接收機(jī)之信號噪音減至最小，所接收的信號將由具有與安裝在發(fā)射機(jī)內(nèi)之尼奎斯特濾波器大致匹配之轉(zhuǎn)移函數(shù)的尼奎斯特濾波器加以濾波。這些濾波器是有限沖激響應(yīng)(FIR)型，一般具有30個或更多個分接頭，以及相關(guān)的加權(quán)電路。這些濾波器是非常密集的硬件(hardwareintensive)。將這些濾波器安排成以時間多路復(fù)用(TDM)方式操作，以處理時分多路復(fù)用的I和Q樣本，可大幅度減少所需之硬件。
圖4以方塊圖形式顯示出I和Q濾波器22之一的一部分之例子。此濾波器設(shè)置成一個輸入加權(quán)FIR濾波器。假設(shè)來自單元20之時間多路復(fù)用的I樣本傳輸至標(biāo)記為INPUT的總線上。這些樣本將輸送至加權(quán)電路Wn+i之每一個上，而在這些處分別以各自之系數(shù)Cn+i加以加權(quán)。各自加權(quán)電路送出之加權(quán)過的樣本將耦合至各自之加法器上，這些加法器則由延遲級DSP(DHP)互相連接在一起。這些延遲級是以抽樣速率進(jìn)行鐘控的，以連續(xù)地處理送至其上之樣本，并在此濾波器右側(cè)之輸出端上產(chǎn)生一個經(jīng)濾波之信號。請記住樣本發(fā)生之次序?yàn)镾P、SP、SP、SP、HP、SP、SP、SP、SP、HP等。當(dāng)一個SP樣本送至輸入端時，延遲級DSP將被啟動或被鐘控，而當(dāng)一個HP樣本送至輸入端時，DHP延遲級會被啟動即被鐘控。利用此方法，SP(HP)樣本將會獨(dú)立于HP(SP)樣本而分別被濾波。每次某種特定形式的樣本SP(HP)被傳送至輸入端時，將只有那些貯存有相同形式樣本SP(HP)之延遲級會在加法器電路之間連接，而構(gòu)成一個僅可對該種形式樣本進(jìn)行操作的濾波器。也就是說，當(dāng)SP(HP)樣本傳送至輸入端時，DHP(DSP)延遲級實(shí)際上將會被自此電路中除去(但其內(nèi)所含有之信息將會被保留下來)。此二種形式的延遲級對于上述樣本次序的一般時序示于此圖示中，并標(biāo)示為DSP時鐘信號及DHP時鐘信號。
圖中所示的具有加權(quán)系數(shù)Cn+i源的系統(tǒng)包含有兩個系數(shù)Cn+i和C′n+i，其可應(yīng)用于時分多路復(fù)用的濾波器之一般應(yīng)用上。在此例中，如有需要，這些系數(shù)可針對不同形式之樣本加以轉(zhuǎn)換。也就是說，此濾波器可安排成能針對不同信號而使用不同的系數(shù)，以對不同的信號提供不同的轉(zhuǎn)移函數(shù)。因此，如果HP和SP信號要以不同的濾波器函數(shù)加以處理，例如說在HP(SP)樣本輸送至濾波器輸入端時，此組系數(shù)Cn+i(C′n+i)則將會送至加權(quán)電路Wn+i上。系數(shù)間的轉(zhuǎn)換可由系數(shù)控制信號(例如圖6中之信號CB)加以操作。
圖5中更詳細(xì)地顯示出可以實(shí)施延遲級DSP和DHP之電路的例子。所示之電路設(shè)置成僅適應(yīng)一比特信號樣本。實(shí)際上，有許多個這樣的電路，其數(shù)量和送至其上之樣本的比特數(shù)相同，以并聯(lián)方式設(shè)置。所需用以操作圖5之時鐘和/或控制信號的波形示于圖6中。在圖6中，標(biāo)示為SP、HP等的小方格橫列代表樣本間隔和在各樣本間隔內(nèi)施加至濾波器輸入端上的各樣本之形式。
在圖5中，晶體管T1、T2、T3、T7以及反相器INV1和INV2構(gòu)成DSP延遲級一比特的電路，而晶體管T4、T5、T6、T8以及反相器INV3和INV4構(gòu)成DHP延遲級一比特的電路，時鐘信號CSP1是施加于晶體管T1和T3上，以將SP信號樣本自前一個加法器耦合至反相器INV1上，并將SP信號樣本自反相器INV2耦合至下一個加法器上。耦合至反向相器INV1上的樣本會存貯在與反相器INV1之柵極相連之雜散電容器CS上。在晶體管T1截止時，此樣本會保留在此柵極電容上。反相時鐘信號CSP2施于晶體管T2上，以控制T2，而將反相器INV1的輸出端耦合至反相器INV2的輸入端。這會在晶體管T1截止后立即發(fā)生。傳輸至反相器INV2之樣本數(shù)值會貯存于連接至INV2柵極之雜散電容CS內(nèi)，在一個抽樣周期n的第一個半周內(nèi)，INV2會存貯樣本n-1，在晶體管T3由時鐘信號CSP1控制導(dǎo)通的抽樣周期n的部分時間內(nèi)，將樣本n-1提供至輸出加法器。在此同時，來自輸入加法器之樣本n會經(jīng)由晶體管T1施加至反相器INV1。晶體管T1和T3會在約為抽樣周期n的中間處時截止，而樣本n則貯存于INV1之柵極電容，樣本n-1則由INV2輸出。在抽樣間隔n的等二個半周內(nèi)，晶體管T2會導(dǎo)通，將INV1的輸出電位耦合至INV2的柵極，在此時，INV1的輸入端和INV2的輸出端均具有相同的電位(相當(dāng)于樣本n的狀態(tài))。由于同樣的電位存在于INV1的輸入端和INV2的輸出端上，這些點(diǎn)可互相連接在一起，以便無限期地將此電位保留于其上。但是在二個連續(xù)的抽樣周期之間，并不需要進(jìn)行此種聯(lián)結(jié)來保留樣本信息，因?yàn)殡娙輭虼螅阋栽跇颖井a(chǎn)生的頻率上留存這些數(shù)值。晶體管T7是供進(jìn)行此種聯(lián)結(jié)之用的，但在此例中，T7僅在HP樣本傳送至此濾波器上之抽樣周期內(nèi)，才會被控制導(dǎo)通。請注意，當(dāng)晶體管T1和T3被控制為不導(dǎo)通狀態(tài)時，晶體管T1和T3間的電路實(shí)際上被從該系統(tǒng)中去除，但存貯于其內(nèi)之?dāng)?shù)據(jù)則不會丟失。
晶體管T4和T6的電路及其間之部件除了它們是由時鐘信號CHP1、CHP2和CB進(jìn)行控制之外，它們是以(與上所述)相似的方式操作的，如圖6所能看到的，它們被安排成在相對一側(cè)的電路被禁載時才進(jìn)行操作。
請再次參閱圖3，尼奎斯特濾波器22的輸出信號將輸送至單元24上，此單元包含有一個均衡器或消重影器。這些功能可在來自濾波器22之時分多路復(fù)用過的信號上進(jìn)行。在一個此種型式的實(shí)施例中，此均衡器及消重影器可設(shè)有一對應(yīng)于時分多路復(fù)用之信號的參考基準(zhǔn)，以供產(chǎn)生適當(dāng)?shù)南禂?shù)來修正濾波器。由于此種消重影器和/或均衡器是以時間多路復(fù)用過的信號為參考而調(diào)整的，它們可以采用任何已知之構(gòu)形。另一種方法是將HP和LP樣本多路分解處理，并在其傳輸至去壓縮電路之前，將之施于獨(dú)立的并聯(lián)均衡器和消重影器電路上，用以存貯或顯示。
圖8顯示出一個用以處理經(jīng)時分多路復(fù)用信號的輸出加重的FIR濾波器。在圖8中與圖4中一樣的是，當(dāng)合適的樣本加到輸入連接端時，對延遲單元DSP和DHP進(jìn)行鐘控或啟動而互不影響。該輸出將是一個時分多路復(fù)用的信號，其中各個分量被獨(dú)立地濾波。采取如圖4裝置一樣的措施以將不同的系數(shù)加到加權(quán)單元，如果希望，按照不同的轉(zhuǎn)移函數(shù)對多路復(fù)用的信號進(jìn)行濾波。
圖4和圖8用于表示用于對兩種多路復(fù)用信號進(jìn)行濾波的兩組延遲單元(DSP，HSP)。對于電路設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯然的是，這種濾波器可以設(shè)置成對M個不同的多路復(fù)用的信號進(jìn)行濾波的M組并聯(lián)的延遲單元。
權(quán)利要求
1.一種用于對時分多路復(fù)用的經(jīng)抽樣之信號進(jìn)行濾波的有限沖激響應(yīng)(FIR)濾波器，其特征在于包括有第一和第二組延遲單元(DSP，DHP)，每組延遲單元被設(shè)置成在連續(xù)的分接頭上提供連續(xù)的延遲樣本；加權(quán)(Wn+i)和組合裝置(加法器)的共用組，連接到所述第一及第二組延遲單元的各個分接頭，用以在各個分接頭對樣本進(jìn)行加權(quán)和求和；一個輸出端，連接到所述組合裝置；以及裝置(DSP，C1K，DHP，C1K)，用于在所述時分多路復(fù)用的信號之第一信號的樣本出現(xiàn)時，單獨(dú)地啟動所述第一組延遲單元，以及在所述時分多路復(fù)用的信號之第二分量的樣本出現(xiàn)時，單獨(dú)地啟動所述第二組延遲單元，因此，所述第一和第二信號在所述加權(quán)及組合裝置的共用組中被獨(dú)立地濾波。
2.按照權(quán)利要求1的FIR濾波器，其特征在于所述第一組的各個延遲單元與所述第二組的各個延遲單元并聯(lián)。
3.按照權(quán)利要求2的FIR濾波器，其特征在于在所述每個并聯(lián)的延遲單元上構(gòu)成輸出連接，其輸出連接耦合到各個加權(quán)及組合裝置以形成一個時間多路復(fù)用的輸出加權(quán)之FIR濾波器。
4.按照權(quán)利要求2的FIR濾波器，其特征在于所述組合裝置包括連接在連續(xù)的并聯(lián)延遲裝置之間的各個加法器電路，所述各個加法器具有耦合到并聯(lián)的前一對延遲單元之輸出連接的第一輸入端口，一個耦合到后一對延遲單元的輸入端口的輸出連接，以及一個耦合到所述加權(quán)裝置組中之一的輸出連接的第二輸入端口，所述加權(quán)裝置具有耦合到共用輸入端的各個輸入端口，用以施加所述時分多路復(fù)用的抽樣之信號，所述延遲單元，加法器以及加權(quán)裝置構(gòu)成一個輸入加權(quán)的FIR濾波器結(jié)構(gòu)。
5.按照權(quán)利要求2的FIR濾波器，其特征在于并聯(lián)的延遲單元的各個延遲單元設(shè)置成當(dāng)被啟動時呈現(xiàn)樣本輸出值而在不啟動時呈現(xiàn)一個高阻抗?fàn)顟B(tài)。
6.按照權(quán)利要求1的FIR濾波器，其特征在于所述第一組的各個延遲單元級連地進(jìn)行連接以構(gòu)成一個第一分接的延遲線，所述第二組的各個延遲單元級連地進(jìn)行連接以構(gòu)成一個第二分接的延遲線，所述第一和第二延遲線的各個分接頭被施加到各個多路復(fù)用裝置，所述各多路復(fù)用裝置的每一個都被耦合到加權(quán)及組合裝置，以構(gòu)成一個時間多路復(fù)用的輸出加權(quán)的FIR濾波器。
7.按照權(quán)利要求1的FIR濾波器，其特征在于所述加權(quán)裝置包括當(dāng)所述第一組延遲單元被啟動時用第一組加權(quán)系數(shù)對信號進(jìn)行加權(quán)，而當(dāng)所述第二組延遲單元被啟動時用第二組加權(quán)系數(shù)對信號進(jìn)行加權(quán)的加權(quán)裝置。
全文摘要
用于處理時分多路復(fù)用的經(jīng)抽樣之信號的FIR濾波器電路包括并聯(lián)的延遲單元組(D
文檔編號H04N5/44GK1085374SQ9310848
公開日1994年4月13日 申請日期1993年7月28日 優(yōu)先權(quán)日1992年7月29日
發(fā)明者L·A·克里斯托弗 申請人:湯姆森消費(fèi)電子有限公司