CN101068316A - 数字电视单频网的分集接收终端及接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明基于数字电视单频网的分集接收终端及接收方法，主要特征为：多个可接收电视广播频带信号的定向天线；多个可以独立接收电视广播信号的接收部件，并且这些部件可以根据不同的分集选择原则，产生不同的分集指示信号；一个根据不同的分集合并算法，进行分集选择的分集选择部件；一个视频解码部件。本发明可应用于地面数字电视接收机、地面数字电视单频网接收机和其他广播类数字接收机中；应用本发明的数字电视接收部件可以有效提高接收机灵敏度，在移动接收过程中大大提高信号可通率和图像的连贯接收。

Description

数字电视单频网的分集接收终端及接收方法

技术领域

本发明涉及一种信息技术领域的接收终端及接收方法，特别是一种使用多个定向接收天线，根据多个分集选择原则的数字电视单频网的分集接收终端及接收方法。

背景技术

随着数字技术日新月异的发展，广播电视领域正面临着一场新的革命。目前，能够在移动环境向大量观众提供多媒体内容的网络架构主要有3种：移动通信网络(2.5/3G)；无线局域网(WLAN)；地面数字广播网络。由于无线衰落信道的多径特性和时变特性，经过其传输的信号在接收端可能会受到严重的衰减。与无衰落的理想信道相比，这种衰减使得接收端不可能正确的判断出原发送信号。与有线通信相比，无线通信提高通信质量十分困难。而根据信息论原理，若有其他衰减程度的原发送信号副本提供给接收机，则有助于接收信号的正确判决。这种通过提供传送信号多个副本来提高接收信号正确判决率的方法被称为分集。

分集的基本原理就是通过多个信道(时间，频率或者空间)接收到承载相同信息的多个副本，由于多个信道的传输特性不同，信号的多个副本的衰落就会不同。接收机使用多个副本包含的信息能比较正确的恢复出原发送信号。如果不采用分集技术，在噪声受限条件下，发射机必须要发送较高的功率，才能保证信道情况较差时链路的正常连接。

随着频率资源的日趋紧张，单频网(SFN)成为数字广播电视领域的主要覆盖方式。所谓单频网，即在一定的地理区域内若干部发射机同时在同一个频段上发射同样的信号，以实现对该区域的可靠覆盖。由于无线覆盖的环境非常复杂，存在大量的障碍物，会使无线信号产生反射，折射和透射，存在无线信号从一个发射点到某一接收点具有多条不同的路径，多条路径长度不同，从而产生路径延迟。同时，多点发射的单频网将在覆盖区产生强多径效应。这种人为造成的强多径，会引起无线信号的严重衰减现象，造成数字电视接收机接收困难。

一般的数字电视接收系统，应用单个全向天线和接收设备，虽然数字电视接收系统一般会采用均衡技术对一些多径信号进行处理，使输出信号比由多径干扰产生的输出信号质量好，但是许多多径情况及其恶劣的环境下，均衡器可能会对临界误差信号有不完善的估计，或者对传输信道的脉冲响应的不完善估计，使输出信号衰减到低于数字电视接收机门限，就会产生马赛克甚至画面中断现象。

因此，一般来说分集接收(在多个支路上接收相同的信号，多个支路可能是不同的天线；或者是在一个天线上的不同时间；或者是已公知的现有技术中的其他方式来实现)对于有效的减少多径的影响是必须的。

经对现有技术的文献检索发现，在题目为“用于数字通信的自适应分集接收机”美国专利NO.4271525中描述了这样一种接收机。该专利描述了一种自适应分集接收机，对每个接收机支路使用了一种自适应横向滤波器，接着使用了一种判决反馈均衡器。横向滤波器的抽头增益根据来自均衡器的输出端和接收机内其他点的反馈而修正。通过这种方式可以有效的减少多径影响。但是，在轨道交通(覆盖区为线性分布，且分布范围很广)单频组网这一特殊的应用环境，并且使用定向天线向相反方向的覆盖方式，如果使用美国专利NO.4271525中描述的分集接收方式或者已公知的现有技术中的其他方式，相当于在很大的覆盖范围内，需要处理强度相当的人为的多径干扰(0dB多径干扰)，并且多径之间的延时可能很大。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述问题，提供一种数字电视单频网的分集接收终端及接收方法，使其适用于轨道交通(覆盖区为线性分布，且分布范围很广)单频组网这一特殊的应用环境，并且结合定向天线向相反方向覆盖方式实现。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明所述的数字电视单频网的分集接收终端包括以下几个部分：

多个定向天线，用于接收电视广播频带信号；

多个数字电视接收部件，用于对天线接收的信号进行解调；

信号对齐部件，用于对各天线接收信号进行对齐。

分集选择部件，用于选择一路符合要求的信号；

视频解码部件，用于对最终分集选择产生的信号进行视频解码。

监视部件，用于监视视频解码后的图像信号。

其中定向天线的个数，根据覆盖环境和要求进行选择，选择原则为至少使某根天线接收的信号强度超过接收阈值。在轨道交通单频网这一特殊的应用环境下覆盖范围与基站在一直线上，可以选用两根定向天线，分别指向两个发射基站。使用定向天线，这样在一定方向上的信号增益比较大，同时抑制了相反方向上传输过来的人为的强多径干扰。各个定向天线接收到的信号是统计独立的，当接收机工作在多径衰落严重的区域/场合时，必定在某个或某几个定向天线的接收信号会得到较大程度的改善。多根高增益定向天线获得多个统计独立的、衰落情况得到较大改善的接收信号，在分别解调的基础上根据设定的分集合并算法输出最终的解调信号。

其中数字电视接收部件的个数由定向天线个数决定，数字电视接收部件的个数等于定向天线的个数。由于本发明的分集合并算法是在判决后，因此本发明系统的结构需要多个独立数字电视接收部件对各自天线接收的信号进行解调。

本发明中，多个可以独立接收电视广播信号的数字电视接收部件，产生分集指示信号BER误比特率，SNR信噪比，Reed-Solomon错误指示信号。BER误比特率，SNR信噪比的计算是一个统计平均的过程，响应时间比较慢，并且阈值的设定是一个根据实际应用情况选择一个合适的经验值的过程，对于大多数对响应时间要求并不是很高，精确程度要求不是很高的场合，可以应用BER误比特率，SNR信噪比作为分集指示信号，进而进行分集选择。而对于响应时间要求高，精确程度要求高的场合，使用Reed-Solomon错误指示信号，实时的利用每一个传输包的错误指示进行分集选择。本系统的分集选择部件可以根据不同的分集原则进行选择，输出最终的解调信号。

本发明中，信号对齐部件，把各个数字电视接收部件产生的数字信号，缓存起来，然后在同一时刻，同时读出，这样就达到了各路信号的对齐。经过信号对齐部件的处理保持各路信号的在时间上的一致性，以保证在各路之间切换时不会出现掉帧现象。

本发明中，进行分集选择的分集选择部件，若使用的分集指示信号为信噪比或误比特率，若当前路信号的信噪比或误比特率，小于预先设定的信噪比阈值或大于预先设定的误比特率阈值，分集选择器则进行信号切换，选择一路符合要求的信号。若使用的分集指示信号为Reed-Solomon错误指示信号(数字电视接收机将在传输流中的每一个传输包的固定位置插入错误指示信号)，分集选择器则从传输流中提取错误指示信号，若当前路信号被指示为有错误，则选择一路正确的信号。因此本系统的结构适用范围广，灵活方便。

本发明还提供一种基于上述接收终端的数字电视单频网的分集接收方法，包括如下步骤：

①多个定向天线同时接收广播电视信号；

②对各路信号进行对齐，把各个数字电视接收部件产生的数字信号，缓存起来，然后在同一时刻，同时读出，这样就达到了各路信号的对齐。以保证在各路信号之间实时切换时，不会产生掉帧停帧现象。

③多个数字电视接收部件根据接收信号，产生分集指示信号；

信噪比根据数据中已知的帧头与实际收到的帧头相关进行估计；误比特率根据RS解码中不能纠正的错误平均计算而出；Reed-Solomon错误指示，根据MPEG2，传输流传输标准，一个传输包的第二个字节的最高位为错误指示位，数字接收部件进行Reed-Solomon解码时如果当前包纠正不出时，在该传输包的第二个字节的最高位插入1，反之为0。

④分集选择部件根据分集选择原则，以及数字电视接收部件提供的分集指示信号，对判决后的信号进行分集选择；

如果使用的分集指示信号是信噪比或误比特率，若当前选择的一路信号的信噪比或误比特率，小于预先设定的信噪比阈值或大于预先设定的误比特率阈值，分集选择部件则进行信号切换，选择一路符合要求的信号。其中信噪比阈值和误比特率阈值取决于数字电视接收部件的接收性能，即高于信噪比阈值或者低于误比特率阈值数字电视接收部件能够正常接收。

如果使用的分集指示信号是Reed-Solomon错误指示，根据MPEG2，传输流传输标准，一个传输包的第二个字节的最高位为错误指示位，数字接收部件进行Reed-Solomon解码时如果当前包纠正不出时，在该传输包的第二个字节的最高位插入1，反之为0。分集选择器则从传输流中提取错误分集指示信号，若当前路信号被指示为有错误，则选择一路正确的信号。

⑤视频解码部件根据最终选择的信号进行视频解码。

如上述说明，将本发明的数字电视单频网的分集接收设备和分集接收方法，应用于轨道交通(覆盖区为线性分布，且分布范围很广)单频组网这一特殊的应用环境，并且结合定向天线向相反方向进行覆盖的方式，可以巧妙的避免接收部件处理强度相当的人为的多径干扰(0dB多径干扰)。改善整个接收系统的接收灵敏度，降低数据的错误发生。

附图说明

图1是本发明实施例的数字电视单频网的分集接收终端构成框图。

图2是本发明实施例的数字电视单频网的分集接收方法流程图。

图3是本发明实施例的对判决后的数据进行对齐过程的示意图。

图4是本发明实施例的一具体应用两天线，并且应用Reed-Solomon错误指示原则进行分集选择过程的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本发明实施例的数字电视单频网的分集接收终端构成由以下几个部件构成：多个可接收电视广播频带信号的定向天线31。根据覆盖环境和要求进行选择，选择原则为至少使某根天线接收的信号强度超过接收阈值。在轨道交通单频网这一特殊的应用环境下覆盖范围与基站在一直线上，可以选用两根定向天线，分别指向两个发射基站。定向天线的个数，在轨道交通单频网这一特殊的应用环境下覆盖范围与基站在一直线上，可以选用两根定向天线，分别指向两个发射基站。使用定向天线，这样在一定方向上的信号增益比较大，同时抑制了相反方向上传输过来的人为的强多径干扰。各个定向天线接收到的信号是统计独立的，当接收机工作在多径衰落严重的区域/场合时，必定在某个或某几个定向天线的接收信号会得到较大程度的改善。多根高增益定向天线获得多个统计独立的、衰落情况得到较大改善的接收信号，在分别解调的基础上根据设定的分集合并算法输出最终的解调信号。

多个独立的数字电视接收部件32，并且每个数字电视接收部件分别连接一根定向天线。由于本发明的分集合并算法是在判决后，因此本发明系统的结构需要多个独立数字电视接收部件对各自天线接收的信号进行解调。

多个可以独立接收电视广播信号的数字电视接收部件32，可以产生的分集指示信号为BER误比特率，SNR信噪比，Reed-Solomon错误指示信号，信噪比根据数据中已知的帧头与实际收到的帧头相关进行估计；误比特率根据RS解码中不能纠正的错误平均计算而出；Reed-Solomon错误指示，根据MPEG2，传输流传输标准，一个传输包的第二个字节的最高位为错误指示位，数字接收部件进行Reed-Solomon解码时如果当前包纠正不出时，在该传输包的第二个字节的最高位插入1，反之为0。由于本系统的分集选择部件可以根据不同的分集原则进行选择，输出最终的解调信号，因此本系统的结构适用范围广，灵活方便。

一个根据数字电视接收部件提供的分集指示信号，进行分集选择的分集选择部件34。若数字电视接收部件提供的分集指示信号为BER误比特率，SNR信噪比，BER误比特率，SNR信噪比的计算是一个统计平均的过程，响应时间比较慢，并且阈值的设定是一个根据实际应用情况选择一个合适的经验值的过程，主要是根据接收机的接收性能，即高于信噪比阈值或者低于误比特率阈值数字电视接收部件能够正常接收。对于大多数对响应时间要求并不是很高，精确程度要求不是很高的场合，可以应用BER误比特率，SNR信噪比作为分集指示信号，进而进行分集选择。而对于响应时间要求高，精确程度要求高的场合，本系统设备要选择Reed-Solomon错误指示信号为分集指示信号，实时的利用每一个传输包的错误指示进行分集选择。

一个视频解码部件35，对经过分集选择，输出最终的解调信号进行视频解码。

如图2所示，数字电视单频网的分集接收方法流程由以下几个步骤构成：N个数字电视接收部件同时解调天线接收的信号，并产生各路信号的分集指示信号42，信噪比根据数据中已知的帧头与实际收到的帧头相关进行估计；误比特率根据RS解码中不能纠正的错误平均计算而出；Reed-Solomon错误指示，根据MPEG2，传输流传输标准，一个传输包的第二个字节的最高位为错误指示位，数字接收部件进行Reed-Solomon解码时如果当前包纠正不出时，在该传输包的第二个字节的最高位插入1，反之为0。其中经过数字电视接收部件解调的信号送入下一级信号对齐部件43，由于各个接收定向天线距离很近，各路信号延迟不超过毫秒级，把各个数字电视接收部件产生的数字信号，缓存起来，然后在同一时刻，同时读出，这样就达到了各路信号的对齐。经过信号对齐部件的处理保持各路信号的在时间上的一致性，以保证在各路之间切换时不会出现掉帧现象。对齐过程如图3所示。同时数字电视接收部件产生的分集指示信号(BER误比特率，SNR信噪比，Reed-Solomon错误指示信号)送入分集选择部件，分集选择器根据分集选择开关44，选择三种分集原则中的一种(误比特率原则45A，信噪比原则45B，Reed-Solomon错误指示原则45C，对分集指示信号进行判断。如果是误比特率原则，若当前路误比特率大于预先设定的阈值，则进行信号切换46，否则保持当前路信号47。如果是信噪比原则，若当前路信噪比小于预先设定的阈值，则进行信号切换46，否则保持当前路信号47。阈值的设定是一个根据实际应用情况选择一个合适的经验值的过程，主要是根据接收机的接收性能，即高于信噪比阈值或者低于误比特率阈值数字电视接收部件能够正常接收。如果是Reed-Solomon错误指示原则，若当前路指示为错误，则进行信号切换46，否则保持当前路信号47。以下对实时性最好的Reed-Solomon错误指示原则进行详细描述，根据误比特率原则，信噪比原则，进行分集选择的过程类似。首先是数字电视接收部件在解调好的传输流中插入Reed-Solomon错误指示位，根据MPEG2，传输流传输标准，一个传输包的第二个字节的最高位为错误指示位，数字接收部件进行Reed-Solomon解码时如果当前包纠正不出时，在该传输包的第二个字节的最高位插入1，反之为0。该指示位指示该指示位所在包的正确与否，其中错误指示位的位置是该包第二个字节的第一个比特，1代表该包错误，0代表该包正确，错误指示位的位置和含义具体参见MPEG2标准ISO13818。其中分集选择部件34，提取各路信号的错误指示位，若当前路指示为错误，则进行信号切换，否则保持当前路信号。选择过程如图4所示。图4示意的是使用两个定向天线，两个数字电视接收部件进行分集选择的过程。使用两个以上定向天线，两个以上数字电视接收部件进行分集选择的过程与之类似。最后将选出的一路信号，送入视频解码部件，视频解码后送入监视部件。

Claims (9)

1.一种数字电视单频网的分集接收终端，其特征在于，包括：

多个接收电视广播频带信号的定向天线；

多个独立接收电视广播信号的数字电视接收部件，并且这些数字电视接收部件能产生不同的分集指示信号；

信号对齐部件；

根据不同的分集选择方式，进行分集选择的分集选择部件；

视频解码部件；

所述多个数字电视接收部件、信号对齐部件、分集选择部件、视频解码部件、监视部件顺序串接而成。

2.根据权利要求1所述的数字电视单频网的分集接收终端，其特征在于，所述数字电视接收部件的个数等于定向天线的个数，其中每个数字电视接收部件分别连接一根定向天线。

3.根据权利要求1所述的数字电视单频网的分集接收终端，其特征在于，所述分集选择部件，独立于数字电视接收部件，并位于数字电视接收部件之后，处理的是判决后的信号。

4.一种数字电视单频网的分集接收方法，其特征在于，包括如下步骤：

①多个定向天线同时接收广播电视信号；

②对各路信号进行对齐，以保证在各路信号之间实时切换时，不会产生掉帧停帧现象；

③多个数字电视接收部件根据接收信号，产生分集指示信号；

④分集选择部件根据分集选择原则，以及数字电视接收部件提供的分集指示信号，对判决后的信号进行分集选择；

⑤视频解码部件根据最终选择的信号进行视频解码。

5、根据权利要求4所述的数字电视单频网的分集接收方法，其特征是，所述的对各路信号进行对齐，是指：把各个数字电视接收部件产生的数字信号，缓存起来，然后在同一时刻，同时读出，这样就达到了各路信号的对齐。

6、根据权利要求4所述的数字电视单频网的分集接收方法，其特征是，所述的分集指示信号，如果使用的分集指示信号是信噪比或误比特率，若当前选择的一路信号的信噪比或误比特率，小于预先设定的信噪比阈值或大于预先设定的误比特率阈值，分集选择部件则进行信号切换，选择一路符合要求的信号。

7、根据权利要求6所述的数字电视单频网的分集接收方法，其特征是，所述的信噪比或误比特率，其中信噪比阈值和误比特率阈值取决于数字电视接收部件的接收性能，高于信噪比阈值或者低于误比特率阈值数字电视接收部件能够正常接收。

8、根据权利要求4或者6所述的数字电视单频网的分集接收方法，其特征是，所述的分集指示信号，如果使用的分集指示信号是Reed-Solomon错误指示，根据MPEG2，传输流传输标准，一个传输包的第二个字节的最高位为错误指示位，数字接收部件进行Reed-Solomon解码时如果当前包纠正不出时，在该传输包的第二个字节的最高位插入1，反之为0。

9、根据权利要求4或者6所述的数字电视单频网的分集接收方法，其特征是，所述的分集指示信号，分集选择器则从传输流中提取错误分集指示信号，若当前路信号被指示为有错误，则选择一路正确的信号。

Images