CN101247486B - 将模拟信号数字化的方法及设备 - Google Patents
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Abstract
一种将模拟信号数字化的方法及设备。本设备(10)包括用于对包含有频率信道上的数据信号的模拟信号进行接收的装置(12)、用于放大所述已接收信号的装置(18)、用于滤波所述已放大信号以去除数据信号所在频率信道之外的频率的装置(20)、用于转换所述已滤波模拟信号为数字信号的装置(24)、用于测量在放大之后和在滤波之前的所有已接收信号的功率(Pwhole)的装置(32)、以及用于根据所述已接收信号的已测量功率(Pwhole)而确定用于所述已接收信号的放大的放大控制信号的装置(26)。应用于数字电视信号的接收。
Description
技术领域
本发明涉及一种对模拟信号(例如数字电视信号)进行数字化的方法及相应的设备。
背景技术
数字电视数据通常使用预定频率信道通过模拟数据信号发送给接收机。
接收机包括用于在将已接收的模拟信号通过模拟数字转换器转换为数字数据信号之前对其进行处理的装置。
处理装置通常至少包括用于滤除数据信道之外的频率的滤波器、频率变换装置、以及其它处理模块。
已知的是在处理装置中分配放大器以便于转换器的优化使用，具体来说，已知的是在滤波器之前放置一个放大器和在转换器之前放置另一个放大器。
自动增益控制(AGC)装置根据已转换数字数据信号的参数来自动地控制放大器增益，通常该参数是数字数据信号功率与一个固定参考值之比。
这样的接收机在FR-A1-2826525中被描述。
然而，在恶劣的环境下，模拟数据信号是与噪声信号混合起来的。
噪声信号可以在数据频率范围之外，即，在数据信道之外，其被称为相邻信道噪声，或者可以在数据频率范围之内，其被称为同信道噪声。
在现有技术的接收机中，这些噪声信号随着数据信号一起被放大，因此导致了放大器或者转换器的饱和。
所以希望开发一种新的方法和相应的设备来克服这个缺陷。
发明内容
本发明的一方面提供一种用于对包含有频率信道中的数据信号的模拟信号进行数字化的方法，包括如下步骤：接收模拟信号；放大已接收的信号，已放大的信号具有功率；滤波已放大的信号以去除数据信号的频率信道之外的频率；转换已滤波的信号为数字信号，所述数字信号具有功率；测量在放大之后且在滤波之前的所有已放大信号的功率；根据所述已放大信号的已测量功率来确定用于已接收信号的放大的放大控制信号；在转换之前放大已滤波信号。该方法在于：计算已接收信号的特征，该特征代表已接收信号的振幅分布；根据所述代表已接收信号的振幅分布的特征估计数字信号的功率的优化功率；根据所述数字信号的已估计优化功率确定用于所述已滤波信号的放大的放大控制信号。
在一方面，用于已接收信号的放大的放大控制信号是根据所述数字信号的功率的优化功率确定的。
在一方面，所述代表已接收信号的振幅分布的特征是一定时间段内的数字信号的广义矩，以及优化功率是根据广义矩被估计的。
在一方面，本发明的方法包括如下步骤：测量已放大信号的功率；根据所述优化功率确定用于已滤波信号的放大的放大控制信号。
在一方面，已放大信号的放大控制信号和已滤波信号的放大控制信号均是根据以下参数来确定的：已接收信号的功率，转换后信号的功率，已计算的优化功率。
本发明的一方面提供了一种用于对包含有频率信道中的数据信号的模拟信号进行数字化的设备，包括：用于接收模拟信号的装置；用于放大已接收信号的装置，已放大的信号具有功率，-用于滤波已放大信号以去除数据信号的频率信道之外的频率的装置；用于转换已滤波模拟信号为数字信号的装置，所述数字信号具有功率；用于测量在放大之后且在滤波之前的所有已放大信号的功率的装置；用于根据已放大信号的已测量功率来确定用于已接收信号的放大的放大控制信号的装置；用于在转换之前放大已滤波信号的装置。所述设备还包括：用于计算已接收信号的特征的装置，该特征代表已接收信号的振幅分布；用于根据所述代表已接收信号的振幅分布的特征来估计数字信号的功率的优化功率的装置；用于根据所述数字信号的功率的已估计优化功率来确定用于所述已滤波信号的放大的放大控制信号的装置。
在一方面，用于根据已接收信号的已测量功率和数字信号的功率的优化功率来确定用于已接收信号的放大的放大控制信号的装置。
在一方面，所述代表已接收信号的振幅分布的特征是一定时间段内的已转换信号的广义矩，且优化功率是根据已计算的广义矩估计的。
在一方面，该设备包括：用于测量数字信号的功率的装置；用于根据数字信号的已测量的功率和已估计的优化功率来确定用于已滤波信号的放大的放大控制信号的装置。
在一方面，该设备包括用于根据以下参数来确定已接收信号的放大和已滤波信号的放大的装置：已接收信号的功率，数字信号的功率，优化功率。
附图说明
本发明的这些方面和其他方面将在下述的描述和附图中变得明确，其中：
图1是依据本发明的接收机的示意图；
图2是由图1中的接收机实现的将模拟信号数字化的方法流程图；
图3和4代表依据第一实施例来确定控制信号的功能框图；和
图5是依据第二实施例来确定控制信号的曲线图。
具体实施方式
参考图1，示出了用于接收数字电视数据的接收机10。
该接收机10首先包括用于接收模拟信号S的天线12，该模拟信号S包含有在预定的频率信道上被编码的数字电视数据。接收机10进一步包括用于处理已接收信号S的模拟装置14、以及连接到处理装置14输出端的芯片16。
模拟处理装置14包括接收来自天线12的模拟信号S并被连接到滤波器20的第一放大器18，该滤波器20滤出数据频率信道之外的频率。
模拟处理装置14在其输出端处进一步包括：第二放大器22。
芯片16包括连接到第二放大器22输出端的第一模拟数字转换器24。第一转换器24输出用于构成接收机10的输出的数字信号。
芯片16还包括自动增益控制(AGC)装置26，其用于将两个控制信号C18和C22分别传送到第一放大器18和第二放大器22。
AGC装置26可以从以下参数确定控制信号：已转换的数字信号的功率Ppartial、Ppartial的估计的优化功率值P0(P0是希望Ppartial趋向的值)、以及滤波之前的模拟信号S的功率Pwhole。
为了确定这些参数，芯片16首先包括用于测量已转换数字信号的功率Ppartial的装置28、和用于根据振幅分布类型来计算估计的优化功率P0的装置30，该振幅分布类型是由振幅分布参数定义的，装置28和装置30都连接到AGC上和转换器24的输出端上。
在描述的实施例中，所述参数是广义矩，优选地是广义的一阶矩。估计的优化功率计算装置30包括第一元件30A，其用于计算代表信号扩展(spread)的数字信号的广义的一阶矩，即，也被称作概率密度的振幅分布。
计算是通过使用常规公式在一个预定时间段内完成的，例如信号除以功率的绝对值项的均方值。有利地，该计算可以在时间滑动窗内完成。
估计的优化功率计算装置30进一步包括第二元件30B，其用于从广义的一阶矩估计出优化功率。在其它实施例中，高阶的广义矩可被使用。
在描述的实施例中，优化功率的预定值与其相应的广义的一阶矩一起被存储。检测由第一元件30A计算的广义矩的最接近的预定最小值和最大值，以及通过内插法，例如线性内插等，计算出相应的优化功率P0。
此外，接收机10包括位于第一放大器18输出端的用于以模拟方式测量在滤波器20中的滤波之前的模拟信号S功率Pwhole的装置32。它们通过芯片16的第二模拟数字转换器34被连接到AGC装置。
参考图1和2，描述了由接收机10实现的方法的步骤。
在步骤40中，天线12接收模拟信号S，该模拟信号S包括OFDM或COFDM数据信号D和噪声信号N。
在这个例子中，模拟数据信号D承载数字电视数据。该数据信号D的振幅分布类型是预定的，并且根据使用的范数，主要是高斯分布。
噪声信号N包括同信道噪声信号N1和相邻信道噪声N2。
该方法进一步包括由放大器18实现的对已接收模拟信号S进行放大的步骤42。
步骤42之后是用于测量已接收模拟信号S的第一参数的步骤44。更精确的是，该参数是在预定的时间段内所有已接收的模拟信号S的功率Pwhole，所述模拟信号S包括相邻信道噪声信号N2。
之后，该方法接着在步骤46中由滤波器20对模拟信号S进行滤波以去除相邻信道噪声信号N2。
该方法进一步包括由放大器22实现的对已滤波的模拟信号D+N1进行放大的步骤47。
接下来是步骤48中，转换器24将已接收、放大和滤波的信号转换成数字信号D+N1，该数字信号D+N1包括数据信号D和同信道噪声信号N1。
该方法接着在步骤50和52中由相应的测量装置30来实现对估计的优化功率P0的计算。
在步骤50中，通过计算一阶广义矩来测量数字信号D+N1的扩展。
在步骤52中，通过使用步骤50中实现的对数字信号扩展的测量来估计优化功率P0。
该方法接着在步骤54中计算由转换器24转换之后的数字信号D+N1的功率Ppartial。
最后该方法包括由AGC装置26根据如下参数来确定放大器18、22的控制信号的步骤56：
-步骤54中测量的已转换数字信号功率Ppartial，
-步骤50和52中确定的估计的优化功率P0，和
-步骤42中测量的所有模拟信号功率Pwhole。
转到图3和4，在第一实施例中，第一放大器18的控制信号C18是作为Pwhole的函数来确定的，第二放大器的控制信号C22是作为Ppartial和P0的函数来确定的。
更精确的是，参考图3，AGC装置26包括Pwhole与预定参考值Pref之间的第一误差检测器。所得的误差ε然后在第一模块IC中被累积以便得到第一放大器18的控制信号C18。
参考图4，同样为了得到第二放大器22的控制信号C22，AGC装置26包括Ppartial和P0之间的第二误差检测器。再次，所得的误差ε’在给出C22的第二模块IC’中被累积。
在第二实施例中，通过与前一实施例(参看图4)中确定C22的方法相同的方法，通过累积Ppartial和P0之间误差ε’来确定全局控制信号Cglobal。通过使用图5中所示的两个曲线图从全局控制信号Cglobal中得到控制信号C18和C22。
第一曲线图表示作为Cglobal的函数的C18，而第二曲线表示作为Cglobal的函数的C22。所述两个曲线图都是根据经验被描绘的。
在Cglobal的第一部分上，C18增加而C22在一个低水平保持恒定。在Cglobal的第二部分上，C18在一个高水平保持恒定而C22从低水平增加。
因此，当Ppartial下降时，已接收信号S的放大是由第一放大器18首先实现的，然后由第二放大器22实现。
C22通过采用Cglobal的实际值从第二曲线图直接确定。
然而，C18通过采用Cglobal的实际值减去作为Pwhole的函数的量X从第一曲线图中确定。减去量X避免了C18达到一个高水平，而高水平将会导致滤波器20饱和。
通过与前一实施例(参考图3)中确定C18的方法相同的方法，通过累积Pwhole和Pref之间误差ε来确定X和Pwhole之间的函数，这样C18使得放大器18输出具有与预定参考值Pref相应的功率Pwhole的信号。
已描述的方法和装置明显提供多种优势。
首先，通过使用估计的优化功率P0作为参考，同邻噪声信号N1的振幅分布在AGC装置26中被考虑。更精确的是，该估计的优化功率P0将通常位于优化功率P1与优化功率P2之间的某处，其中该优化功率P1是与单独的数据信号D的振幅分布相应的，该优化功率P2是与单独的同邻噪声信号N1的振幅分布相应的。使用估计的优化功率P0使得对数字信号D+N1进行优化转换，数字信号D+N1可以随后在芯片16之后的数字电路(未示出)中被处理以便重新得到D，以及然后重新得到数字视频数据。
此外，使用滤波前的模拟信号S的平均功率Pwhole可以避免放大器18的饱和，在没有考虑相邻信道噪声N2的情况下可能造成这种饱和。
实现本发明的方法的设备可以是一个专门的设备，也可以是集成在另一个通用设备(例如数字电视解码器或者数字电视机)中的。
Claims (10)
1.一种用于对包含有频率信道中的数据信号的模拟信号进行数字化的方法，包括如下步骤：
-接收(40，12)模拟信号，
-放大(44，18)已接收的信号，已放大的信号具有功率(Pwhole)，
-滤波(46，20)已放大的信号以去除数据信号的频率信道之外的频率，
-转换(48，24)已滤波的信号为数字信号，所述数字信号具有功率(Ppartial)，
-测量(42，32)在放大(44)之后且在滤波(46)之前的所有已放大信号的功率(Pwhole)，
-根据所述已放大信号的已测量功率(Pwhole)来确定(56，26)用于已接收信号的放大(44)的放大控制信号，
-在转换(48)之前放大(47，22)已滤波信号，
该方法的特征在于：
-计算(50，30A)已接收信号的特征，该特征代表已接收信号的振幅分布，
-根据代表已接收信号的振幅分布的所述特征估计(52，30B)数字信号的功率(Ppartial)的优化功率(P0)，
-根据所述数字信号的已估计优化功率(P0)确定(56，26)用于所述已滤波信号的放大的放大控制信号。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，用于已接收信号的放大(44)的放大控制信号是根据所述数字信号的功率(Ppartial)的优化功率(P0)确定的。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，代表已接收信号的振幅分布的所述特征是一定时间段内的数字信号的广义矩，以及优化功率(P0)是根据广义矩被估计的。
4.根据权利要求1-2中的任一个的方法，其特征在于包括如下步骤：
-测量(54，28)已放大信号的功率(Ppartial)，
-根据所述优化功率(P0)确定(56，26)用于已滤波信号的放大的放大控制信号。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于：已放大信号的放大控制信号和已滤波信号的放大控制信号均是根据以下参数来确定的：
-已接收信号的功率(Pwhole)，
-转换后信号的功率(Ppartial)，以及
-已计算的优化功率(P0)。
6.一种用于对包含有频率信道中的数据信号的模拟信号进行数字化的设备，包括：
-用于接收模拟信号的装置(12)，
-用于放大已接收信号的装置(18)，已放大的信号具有功率(Pwhole)，
-用于滤波已放大信号以去除数据信号的频率信道之外的频率的装置(20)，
-用于转换已滤波模拟信号为数字信号的装置(24)，所述数字信号具有功率(Ppartial)，
-用于测量在放大之后且在滤波之前的所有已放大信号的功率(Pwhole)的装置(32)，
-用于根据已放大信号的已测量功率(Pwhole)来确定用于已接收信号的放大的放大控制信号的装置(26)，
-用于在转换之前放大已滤波信号的装置(22)，
所述设备还包括：
-用于计算已接收信号的特征的装置(50，30A)，该特征代表已接收信号的振幅分布，
-用于根据代表已接收信号的振幅分布的所述特征来估计数字信号的功率(Ppartial)的优化功率(P0)的装置(52，30B)，
-用于根据所述数字信号的功率(Ppartial)的已估计优化功率(P0)来确定用于所述已滤波信号的放大的放大控制信号的装置(56，26)。
7.根据权利要求6的设备，其特征在于包括：用于根据已接收信号的已测量功率(Pwhole)和数字信号的功率(Ppartial)的优化功率(P0)来确定用于已接收信号的放大的放大控制信号的装置(26)。
8.根据权利要求6或7的设备，其特征在于：
-代表已接收信号的振幅分布的所述特征是一定时间段内的已转换信号的广义矩，以及
-优化功率(P0)是根据已计算的广义矩估计的。
9.根据权利要求6或7的设备，其特征在于包括：
-用于测量数字信号的功率(Ppartial)的装置(28)，
-用于根据数字信号的已测量的功率(Ppartial)和已估计的优化功率(P0)来确定用于已滤波信号的放大的放大控制信号的装置(26)。
10.根据权利要求6的设备，其特征在于包括用于根据以下参数来确定已接收信号的放大和已滤波信号的放大的装置(26)：
-已接收信号的功率(Pwhole)，
-数字信号的功率(Ppartial)，以及
-优化功率(P0)。
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