CN100534015C - 检测时变多径分量的特性的系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于接收包括主分量和多径分量的复合信号的系统包括具有可响应于控制信号被控制以补偿多径分量的自适应电路的解调器链。在这个系统中，控制信号产生器包括：相位误差估计器，它产生表示在所接收的主分量和所接收的多径分量之间的相位误差的估计值的信号。控制器响应于所述相位误差信号而产生控制信号。

Description

检测时变多径分量的特性的系统
技术领域
本发明涉及一种用于补偿在所接收的信号中的时变多径分量的存在的在通信接收机中的电路，具体涉及用于检测时变多径分量的特性的系统。
背景技术
在地面广播通信系统中，来自发射天线的信号经常不仅经由从发射天线到接收天线的直接路径、而且由于在广播区域中的物体的反射而经由一个或更多的其他路径到达接收天线。从这样的反射产生的信号被称为多径信号。这样的物体可以位置固定，诸如建筑物，产生固定的多径信号。这样的物体也可以是移动的，诸如飞机。移动物体产生了更多的问题，因为来自这样的物体的多径信号分量的幅度和位置随着时间而变化，有时变化相当快。
当在所接收的信号中存在一个或多个多径分量时，由接收机接收和由解调器跟踪的载波是通过直接路径传播的主信号分量与反射的多径信号分量组合形成的复合信号。但是，多径分量通常与主路径分量具有不同的相位和幅度，并且对于移动物体，由于例如多普勒频移效应，相位和幅度差是时变的。这些相位和幅度差可以负面地影响在接收机中执行的信号处理。一些接收机系统包括用于补偿包括多径分量的接收信号的电路。
更具体而言，每种接收机包括用于解调在载波上调制的信号的一个处理电路链。在解调器链中的每个处理电路可以包括自适应电路，它可以被控制来补偿在所接收的信号中的多径分量的存在。例如，在高清晰度电视(HDTV)接收机中，解调器链可以包括载波跟踪回路(CTL)、码元定时恢复回路(STL)、均衡器等的公知配置，每个包括被控制来补偿多径分量的存在的自适应电路(载波跟踪带宽、码元定时恢复带宽、均衡器带宽等)。为了正确地操作自适应电路，必须接收控制信号，它准确地和及时地识别所接收的多径分量的特性。
现有技术的多径补偿系统在自适应电路被调整到不同的设置时通过监视解调器链的输出信号的比特误差率来得到控制信号。以最小比特误差率产生的设置随后被用于设置解调器链的控制信号的值。但是，这个处理较慢，并且不容易适应快速变化的多径分量。另外，当用于在解调器链中的自适应电路的设置变化以找到最佳的设置时，有可能解调器链的输出经历较高的比特误差率，它使得后续的信号处理降级并且被用户感知。例如，在HDTV接收机中，这个处理可能向由视频分量表示的图象中引入人工因素，并且/或者向所接收的信号的、由音频分量表示的声音中引入可以由用户感知的噪声。
所期望的是一种得到用于在解调器链中的自适应电路的控制信号的系统，它迅速操作并且不会引起所接收的信号的可感知的降级。
发明内容
按照本发明的原理，一种用于接收包括主分量和多径分量的复合信号的系统包括解调器链，具有可响应于控制信号被控制以补偿多径分量的自适应电路。在这个系统中，控制信号产生器包括相位误差估计器，它产生表示在所接收的复合分量和所接收的主分量之间的相位误差的估计值的信号。控制器响应于所述相位误差信号而产生控制信号。
按照本发明的一个系统将通过从复合信号之间的相位差的估计值产生在解调器链中的自适应电路的控制信号来补偿多径信号，而没有象现有技术系统中那样的、反复在自适应电路中进行调整和测量比特误差率直到调整最佳。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于接收包括主分量和多径分量的复合信号的系统，包括具有可响应于控制信号被控制以补偿多径分量的自适应电路的解调器链，和控制信号产生器，该控制信号产生器包括：相位误差估计器，它产生表示在所述复合信号和所述主分量之间的相位误差的估计值的相位误差信号；控制器，响应于所述相位误差信号，用于产生控制信号，其中所述控制器包括：频率分析电路，响应于所述相位误差信号，用于确定相位误差信号的频率分量；分析电路，用于比较所述相位误差信号的频率分量与门限值；和控制电路，响应于所述比较，用于产生所述控制信号。
附图说明
在附图中：
图1是按照本发明的原理的、包括控制信号产生器的接收机的一部分的方框图；
图2是可以用于图1的控制信号产生器中的相位误差估计器的更详细的方框图；
图3是可以用于图1的控制信号产生器中的控制器的更详细的方框图。
具体实施方式
图1是按照本发明的原理的、包括控制信号产生器的接收机的一部分的方框图。在图1中，仅仅图解了理解本发明的结构和操作所需要的那些单元。本领域的技术人员将明白其他什么单元是必要的，如何设计、构造和与所图解的那些单元相互连接这些单元，以建立一个完整的操作接收机。
在图1中，输入端5连接到接收机的前端(未示出)。这个前端可以包括公知设计的RF放大器、检测器和IF放大器。输入终端5连接到模数转换器(ADC)202、载波跟踪回路(CTL)204、码元定时回路(STL)206和均衡器210的串联连接。均衡器210的输出端连接到输出端15。输出终端15连接到接收机的后端(未示出)。这个后端可以包括公知设计的相位跟踪回路、网格解码器、数据去交织器、里德-索罗蒙解码器、解扰器、音频和视频处理器。
STL 206的输出端也连接到同步信号检测器208的输入端和相位误差估计器214的信号输入端。同步信号检测器208的信号输出端产生同步信号，并且连接到相位误差估计器214的同步信号输入端和输出端25。输出端25连接到在接收机中的其他单元，包括图1所示的那些(为了简化附图而未示出)。相位误差估计器214的输出端连接到控制器220的输入端。控制器220的各个输出端连接到CTL 204、STL 206和均衡器210的对应的控制输入端。
在操作中，ADC 202、CTL 204、STL 206、均衡器210和同步检测器208以公知的方式与接收机前端和后端(未示出)结合操作以接收调制的信号，并且提取、处理和利用这个调制的信号。例如，在HDTV接收机中，接收机接收由电视信号调制的载波，并且显示由电视信号的视频分量表示的图象和产生由电视信号的音频分量表示的声音，这都是以公知的方式进行的。但是，如上所述，所接收的载波包括从发射天线向接收天线直接发送的主分量，并且可能还有一个或多个从诸如建筑物或飞机的附近物体反射的多径分量。多径分量具有与主分量的相位不同的相位。这导致产生具有与主信号的载波分量的相位不同的相位的载波分量的所接收的复合信号。
STL 206产生码元流，表示所发送的数字电视信号。所述码元流包括连续的帧，每个帧包括两个字段。每个字段继而包括313个段，每个段包括832个码元。每个段以具有已知固定值的四码元段同步序列开始，后随828个其他码元。同步检测器208接收码元流，并且产生同步信号，包括一个段同步位置信号，它当在STL 206的输出存在段同步码元序列时有效。
相位误差估计器214响应于来自STL 206的码元流和来自同步检测器208的段同步位置信号，并且以下面将详细说明的方式产生表示在所接收的复合信号的载波分量和在主(直接)分量的载波分量之间的相位误差的估计值的相位误差信号Φ。相位误差信号Φ提供对所接收的多径分量的特征的指示。控制器220以下面将详细说明的方式分析相位误差信号Φ，并且产生各个控制信号，它们将调节在解调器元件(CTL 204、STL 206和均衡器210)中的自适应电路以准确地补偿多径分量。
图2是可以用于图1的控制信号产生器中的相位误差估计器214的更详细的方框图。图2所示的相位误差估计器214类似于2001年10月2日向Bouilet授予的美国专利6,298,100中公开的内容，在此将其并入作为参考。在图2中，来自(图1的)STL 206的码元流连接到第一相关器20和第二相关器30的各个输入端。表示段同步序列的已知固定值的信号S(t)连接到第一相关器20的第二输入端。作为信号S(t)的Hilbert变换并且表示与段同步序列S(t)正交的信号的信号H(S(t))连接到第二相关器30的第二输入端。第一相关器20的输出端IC连接到反正切(arctan)计算电路40的第一输入端，并且第二相关器30的输出端IS连接到反正切计算电路40的第二输入端。反正切计算电路40的输出端连接到锁存器50的输入端。锁存器50的时钟输入端连接来从(图1的)同步检测器208接收段同步位置信号(SYNC POS)。锁存器50的输出端产生相位误差信号Φ，并且连接到(图1的)控制器220。
在操作中，在码元流中的码元分别与在第一和第二相关器20和30中的段同步序列的同相和正交的表示方式S(t)和H(S(t))连续相关。在段同步序列间隔期间，来自第一相关器20的结果IC以已知的恒定比例常数与cosΦ成正比，并且来自第二相关器30的结果IS以已知的恒定比例常数与sinΦ成正比。因此，比率IS/IC与正切Φ成正比。因为所述比例常数是公知的和恒定的，因此必须适当地补偿它们。因此，对比例常数补偿的、由反正切计算电路40产生的这个比率的反正切是相位误差信号Φ。锁存器50以从上述的美国专利已知的方式在段同步序列间隔的末端锁存相位误差信号Φ。
图3是可以用于图1的控制信号产生器中的控制器220的更详细的方框图。在图3中，接收相位误差信号Φ的输入端连接到抽取器102、快速傅立叶变换(FFT)电路104、幅度计算电路106、分析电路112和控制电路114的串联连接。控制电路114的各个输出端连接到(图1的)CTL 204、STL 206和均衡器210的对应控制输入端。
如上所述，在解调器链中的部件(CTL 204、STL 206和均衡器210)包括响应于控制信号而被控制的自适应电路，以补偿多径分量。在操作中，控制器220分析相位误差信号Φ的频率内容以特性化由那个信号表示的多径分量。相位误差信号Φ的频率内容被由抽取器102、FFT电路104、幅度计算电路106的组合形成的频率分析电路110确定。幅度计算电路106计算由FFT电路104产生的频率分量的矢量中的每个复数元素的幅度或幅度平方值。虽然图中示出了利用FFT104，本领域的技术人员将明白频率分析电路可以使用用于产生在所感兴趣的通频带中的多个相应频率的、表示相位误差信号Φ的幅度的信号的任何电路。
分析电路112确定是否任何频率分量或一个或多个频率分量的任何函数超过了用于在解调器链(CTL 204、STL 206和均衡器210)中的自适应电路的当前设置的可接受门限值。本领域中的普通技术人员将明白如何选择频率分量、如何导出频率分量的函数和用于在解调器链中的自适应电路的任何当前设置的要应用到所述频率分量或所述函数的门限值。
如果超过了任何门限值，则在解调器链中的自适应电路被控制来以使得那个分量或那组分量低于门限值的方式来降低那个分量或那组分量。分析电路112向控制电路114提供信号来指定它的分析结果。控制电路114作为响应向解调器链(CTL 204、STL 206和均衡器210)中的自适应电路提供控制信号以调节那个电路减少频率分量或一个或多个频率分量的函数以便不再超过门限值。
图1和图3的控制器220被图解为离散电路元件。但是，本领域内的普通技术人员将明白可以利用由控制程序引导的可编程控制器实现控制器220的全部或一些部分。

Claims (12)

1.一种用于接收包括主分量和多径分量的复合信号的系统，包括具有可响应于控制信号被控制以补偿多径分量的自适应电路的解调器链、和控制信号产生器，其特征在于，所述控制信号产生器包括：
相位误差估计器，它产生表示在所述复合信号和所述主分量之间的相位误差的估计值的相位误差信号；
控制器，响应于所述相位误差信号，用于产生控制信号，其中所述控制器包括：
频率分析电路，响应于所述相位误差信号，用于确定相位误差信号的频率分量；
分析电路，用于比较所述相位误差信号的频率分量与门限值；和
控制电路，响应于所述比较，用于产生所述控制信号。
2.按照权利要求1的系统，其特征在于所述频率分析电路包括离散傅立叶变换电路。
3.按照权利要求2的系统，其特征在于所述离散傅立叶变换电路包括快速傅立叶变换电路。
4.按照权利要求2的系统，其特征在于频率分析电路还包括抽取器，它响应于相位误差信号并且连接到离散傅立叶变换电路。
5.按照权利要求2的系统，其特征在于所述频率分析电路还包括幅度确定电路，它响应于离散傅立叶变换电路。
6.按照权利要求2的系统，其特征在于所述频率分析电路还包括幅度平方确定电路，它响应于离散傅立叶变换电路。
7.按照权利要求2的系统，其特征在于所述分析电路包括用于比较来自离散傅立叶变换电路的各个频率分量的幅度和对应的门限值的电路。
8.按照权利要求7的系统，其特征在于门限值依赖于自适应电路的当前状态。
9.按照权利要求2的系统，其特征在于所述分析电路包括用于比较来自离散傅立叶变换电路的各个频率分量的一个或多个幅度的函数与对应的门限值的电路。
10.按照权利要求9的系统，其特征在于门限值依赖于自适应电路的当前状态。
11.按照权利要求2的系统，其特征在于所述分析电路包括用于比较来自离散傅立叶变换电路的各个频率分量的幅度平方与对应的门限值的电路。
12.按照权利要求11的系统，其特征在于门限值依赖于自适应电路的当前状态。
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