CN101330335A - 卫星传输频道检测方法以及利用该方法的接收设备 - Google Patents

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Abstract

本发明缩短了在接收不同宽度频道的设备上自动搜索频道所需的时间。本发明提出了一种频道检测方法，为了定位所有的载频，该方法首先对频率范围进行扫描。保存测量值。然后，对保存的测量值加以分析，判断信号是来自卫星信源还是FM信源，只保留卫星信源所对应的数据。

Description

卫星传输频道检测方法以及利用该方法的接收设备
技术领域
本发明涉及一种适用于对传输频带执行频率扫描的接收设备的频道检测方法，还涉及一种使该方法得以实施的设备。
背景技术
目前市场上存在大量的电视接收设备，特别是卫星译码器。为了接收节目，接收机必需标识频道列表。根据第一种方法，用户通过在接收机所在位置在工作中引入频率范围，来手动配置其接收机。另外，还存在使接收机能够搜索可用频道的自动方法。依照一种简单模式，自动搜索包括：对设备所用的整个接收频带进行频率扫描，然后存储所有载频以及与接收频道有关的一些信息。对于卫星译码器，要扫描的接收频带可能是比如1GHz，因而需要相对较长的扫描时间。
众所周知，扫描频带是对每频率步长进行扫描。频率步长被固定为小于或等于频道宽度，以便能够必须在频道出现在接收频带内的某处时搜索到它。在频率增长的过程中，测量频率所对应的信号，并将其与阈值进行比较。如果信号大于该阈值，就将频率向正负方向改变，以确定频道的载频。然后对频道进行译码，以便获得并存储与找到的频道有关的信息。
卫星传输使用不同的频道宽度。举例而言，同一卫星可以广播宽度为25.33或40MHz的频道。因而，应以最小频道宽度所对应的步长进行扫描。为了识别频道类型，有必要在每次频率跳转时利用各频道类型的连续标识检查已发现的频道是哪种类型的频道。
该操作所需的时间为N*Ts+M*Ti，其中N是执行的跳转数，Ts是执行频带扫描的振荡器改变频率所需的时间，M是扫描频带中的频道数量，Ti是频道的平均标识时间。扫描整个频带可能持续若干分钟的时间。
US 6 362 772-SKOTCH DERWIN文档描述了一部用于接收卫星信号的设备。卫星天线连接至用于扫描所有频率并向服务器传送信息的设备。服务器连接至用户设备。已知关联天线以及滤波器只接收来自卫星信源的传输，因而不存在同其他信源加以区分的问题。
US 6 732 061-WICHELMAN文档描述了专业的网络前端。该网络前端以频率步长进行频谱分析，以检查传输频率是否发生漂移。如果网络前端不再设定在正确的频率上，就执行自动修正方法。本文档不支持对接收频道类型进行检测。
发明内容
本发明的一个目的是为了缩短在接收不同宽度频道的设备上自动搜索频道所需的时间。本发明提出了一种频道检测方法，包括：先执行对整个频率范围快速测量的步骤，再执行对特定频率的测量利用以及过滤的步骤。
本发明是一种在传输频带中检测到的频道列表的确立方法，包括：测量属于所述频段的多个频率的接收功率的第一测量步骤，以及存储所有功率测量值的存储步骤，其中每次测量间隔频率步长，
其特征在于，为了确立(elaborate)检测到的频道列表，所述方法包括：根据存储结果进行频道检测的后继步骤、计算滑动频率窗口上的平方功率的计算步骤以及在检测到的频道中选择卫星频道的卫星频道选择步骤，其中卫星信号的平方功率大于确定的阈值。
用这种方法，就可以在一次测量扫描中确定出卫星频道列表。
依照第一种改进方案，频道检测步骤包括：计算所有测量值偏离在由多个确定测量值构成的滑动窗口上确定的均值的第一标准偏差。当算得的给定频率的第一标准偏差小于确定的阈值时，载频检测介入。
依照另一种改进方案，通过在前面算得的第一标准偏差的窗口上计算第二标准偏差，执行卫星频道的提取步骤，其中所述第一标准偏差窗口以检测到的频道所对应的频率为中心，如果第二标准偏差小于确定的阈值，就提取该频道，并将其放入列表。
依照另一种改进方案，测量阶段所用的频率步长为2MHz。
本发明同样涉及使用位于传输频带内的接收频率的多频道接收设备，包括：
-用于测量属于所述频段的多个频率的接收功率的装置，其中每次测量间隔给定的频率步长，
-用于存储测得功率的装置，
其特征在于，包括：从存储结果中检测频道的频道检测装置，以及在检测到的频道中选择卫星频道的卫星频道选择装置，所述选择装置用于计算滑动频率窗口上的平方功率，其中平方功率大于确定阈值的信号是来自卫星信源的信号。
附图说明
通过阅读以下说明，本发明将得到更好的理解，其他特定的特征以及优势将变得更加明显，说明参考了附图，附图中：
图1示出了卫星电视传输所用的接收设备，
图2示出了依照本发明的卫星译码器，
图3示出了依照本发明一实施例的接收机所包含的主要电路间的主要连接以及数据流，
图4是一幅时序图，示出了依照本发明一实施例、对每个频率步长执行的功率测量，
图5示出了频道检测方法的工作流程图，
图6示出了对每个频率步长执行的、不同的QDi标准偏差的计算。
具体实施方式
图1示出了卫星电视传输的接收设备，包含：以通常被称为LNB的低噪声模块2为特色的天线1、卫星译码器3以及电视屏幕4。LNB 2对工作于比如包含950至2150MHz频率范围的中频带的一个或多个的卫星所用的传输频带进行搬移。卫星译码器3利用同轴电缆5从LNB 2接收信号，并利用连接电缆6向电视屏幕4提供电视信号。
卫星译码器3在中频带内进行频道选择，然后从频道中解调并解码出有用信息，从而一方面重构适于电视屏幕4的电视信号，另一方面更新卫星节目广播运营商专用的服务数据。
图2示出了卫星译码器3的模型。图2的模式更详细地示出了依照发明实施的各种不同元件。
第一带通滤波器10连接至同轴电缆5，用于选择比如950至2150MHz范围的中频带。放大器11连接至第一带通滤波器10，用于对中频带信号进行放大。混频器12利用频率合成器13所产生的信号搬移中频带。第二带通滤波器14选出经混频器12搬移过的频带中的频道。第二滤波器14以调制频率为中心，并且可以具有可变带宽，以便选择给定频道所对应的带宽。
解调和译码电路15对频道进行解调和译码，并提供数据流。处理电路16进行数据处理，重构馈送至电缆6的视频信号。处理电路16控制全部译码器，包括存储器17，用于存储卫星频带频率规划等信息。控制电路18用于通过向合成器13发送频率目标、向第二滤波器14发送带宽选择目标、向解调和译码电路15发送频道宽度以及比特率目标，来控制接收频道，并控制经由放大器19、滤波器20以及同轴电缆5馈入LNB 2的信号。此外，控制电路18通过输入从解调和译码电路15接收锁定信号，控制电路18还利用输入/输出同处理电路16交换指令以及信息，其中锁定信号还支持对接收频道的接收功率进行测量。
当操作员选中存储器17中存储的频道，处理电路16就向控制电路18提供带有从存储器17读出的参数(例如，载频、频道宽度、LNB极化方式)的频道改变请求。
图3示出了主要电路间的主要连接以及数据流。依照一实施例，电视传输接收设备包括：合成器(调谐器)以及DVB6S & S2解调器。调谐器工作于950至2150MHz间的频带，执行转换目标为(1+rolloff)*Fs/2的频率转换，其中Fs是所考虑的频道的符号频率。解调器使用来自I和Q模拟频带的信号，以期从中提取数字信息。该电路通过I2C连接以数字方式、以及通过标记为“模拟AGC反馈”的返回连接以模拟方式同调谐器进行通信。解调器执行以下功能：
-ADC(包含格式修正、连续分量检测、I&Q修正......)
-调谐器增益自动控制，
-载波恢复
-纠错码管理
-......
在自动频道搜索过程中，处理电路16触发控制电路18中的搜索算法。控制电路18因而可以对存储器17进行读写访问。在第一实例中，调谐器通过执行确定的跳转，对整个频率范围内接收信号的幅度进行测量，然后对测量值进行分析，并对找到的载频进行过滤，只保留卫星频道。
图4示出了950至2150MHz的频率范围内的测量活动。I和Q带通滤波器的截止频率减小到最小值，通常为5MHz。对信号检测而言，该值被认为是最佳分辨率带宽。试验显示在从一频率到另一频率的过程中使用2MHz的频率步长可以在载频确定精度以及完全扫描950至2150MHz频率范围的扫描时间之间提供一个良好的折中。每次测量时，测量接收信号的功率，并将其保存在存储器17中。在所考察的频率范围内，接收设备执行600次测量。试验显示执行一次全面测量需要45秒。测量包括执行从10.7至11.7GHz的低频段测量部分到从11.7至12.75GHz的高频段、以及从垂直极化到水平极化的四段连续扫描。因此，测量是通过以2MHz的步长连续扫描4个子频段的方式实现的。图4示出了在整个频率范围上测得的频谱的完整的包络。将每个测得功率Pi保存在存储器中，并同测量频率进行关联。
图5说明了基本的频道搜索算法。预备步骤包括运行频率范围扫描过程。通常在第一次加电时运行这个步骤。还可以通过按动连接至接收设备的遥控器上的按钮所发出的控制指令，从菜单运行这个步骤。控制电路继而向频率合成器13、滤波器14以及解调和译码电路15发送必需的频率、带宽以及比特率指令。
在步骤5.1中，以一确定值步长(通常为2MHz)遍历950MHz至2150MHz的整个频率范围。所有测量值保存在存储器中。在步骤5.2中，从存储器中取出测量值，并使用取出的测量值。一种变体是，在执行测量的同时伴随着获取测量值。因此两项任务是并行执行的。
在步骤5.3中，检测转发器。通过考察由四个连续的功率测量值[Pi-3，Pi-2，Pi-1，Pi，]构成的滑动窗口进行检测。优选情况下，滑动窗口同支持对载频进行检测的滑动窗口相同，但这并不是强制性的。尤其是，使用更精细的步长(小于2MHz)的情况。在这种情况下，四个步长窗口足以检测载频前端，但未必能检测到所检测的载频的形状。因而，用于确定传输性质的滑动窗口包含更多的测量点，因此滑动窗口更大。在射频接收电路起始处(“前端”)识别的各均方功率(例如从85dBm到-10dBm)分别对应于编码为-65535到0(16位)的自动增益控制值(AGC)。如果数据(Pi-2-Pi-3)(例如(-32000)-(-32500))小于确定的阈值，就检测到转发器边沿。在图3所示的示例中，根据所用比例，值+900充当检测转发器正边沿的阈值，这使多余的负步长边沿处理得以省略，从而节省了处理时间。此外，该阈值省去了对大于+900的(Pi-2-Pi-3)的差异所对应的边沿的较低部分的测量点的处理。
为避免使寄存器溢出，使(花在整数上的)计算时间达到最大，为AGC对所有测得的功率值施加一个除法因子16，为将来的标准偏差计算做好准备。因此，用图4的所有测量值除以因子16。
为了确定频道频率，该过程首先计算4个连续功率测量值(Pi，Pi-1，Pi-2和Pi-3)的、被称为“QDi”的标准偏差。在频道出现的峰顶处，连续功率彼此十分接近(参见图4的测量值图)，因而求得的标准偏差很低。因此搜索到这个标准偏差的最小值就能确定出与频道相关的频率。
利用以下等式计算比如检测到的“i”载频的平方功率或QDi标准偏差：
QDi＝[(Pi-pmoy)2+(Pi-1-pmoy)2+(Pi-2-pmoy)2+(Pi-3-pmoy)2]/[4xpmoy2]
其中“Pmoy”是4个连续功率的均值：
Pmoy＝(Pi+Pi-1+Pi-2+Pi-3)/4
为了定义转发器峰值，确定一个THRESHOLD_QDi标准偏差阈值。试验表明：0.000500是当存在转发器时找到的大于标准偏差阈值的值。
事实上，当存在转发器时，一执行测量的示例给出了以下结果：
-Pi＝-2020
-Pi＝-2000
-Pi＝-2010
-Pi＝-2020
均值为：Pmoy＝-2012，因此QDi值为：
(8)2+(12)2+(2)2+(8)2/(4*2012*2012)＝1.70E-5
不存在转发器的陡峭边沿上的测量值如下所示：
-Pi＝-2000
-Pi＝-2100
-Pi＝-2150
-Pi＝-2200
采用同样的计算步骤，对于均值2112，得到QDi值：
(112)2+(12)2+(150)2+(200)2/(4*2012*2012)＝400E-5
因此，可以观察到，QDi标准偏差越接近于0，就越接近转发器。试验表明，准确的阈值(THRESHOLD_QDi)为对测得的QDi的最大值取12％，即400E-5的12％＝50E-5(THRESHOLD_QDi)。
测量值1.7E-5远远小于该阈值：50E-4，因此第i次测量对应于峰值。
将每个测量值所对应QDi同THRESHOLD_QDi进行比较，最小值就对应于峰值位置。
图6示出了根据测量频率计算得到的不同QDi。
步骤5.4判断它是不是卫星信源。应当注意的是，测得的卫星频率的信号形状在载频附近宽度很大，反之，测得的比如FM频率的形状具有明显更前行的轮廓。具体而言，测试过程包括：利用对以检测到的转发器频率为中心的三个连续频率i-1、i和i+1附近计算得到的三个平方功率区分其性质。
通过计算以检测到的频道所对应的频率为中心的窗口上的QD’标准偏差进行判断。即Fi、检测到的频率，窗口应用于QDi-1、QDi以及QDi+1标准偏差。测试包括将QD值同确定阈值THRESHOLD_QD’进行比较。
QD’＝[(QDi-QDmoy)2+(QDi+1-QDmoy)2+(QDi+2-QDmoy)2]/[(3xQDmoy 2)]
其中“QDmoy”是前述QDi的平均值：
QDmoy＝(QDi+QDi+1+QDi+2)/3
如果QD’小于阈值THRESHOLD_QD’，检测到的载频就是来自卫星的。
事实上，在含有转发器的频率窗口中执行测量的一个示例给出以下结果：
-QDi＝0.000017
-QDi+1＝0.000018
-QDi+2＝0.000019
经计算：QD’moy＝0.000018
QD’＝(0.000001)2+(0)2+(0.000001)2/(3*(0.000018)2)＝0.00205
这个极小的数值表明存在一个卫星类型的转发器。
在不含转发器的频率窗口中的另外一系列测量给出以下结果：
-QDi＝0.000500
-QDi+1＝0.000018
-QDi+2＝0.000400
经计算：QD’i moy＝0.000306
QD’＝(0.000194)2+(0.000288)2+(0.000094)2/(3*(0.000306)2)＝0.046
为了判断信号是否源自卫星，通过对从各检测到的频道接收到的数据进行分析，执行大量的一系列测量。试验表明，几乎所有检测到的卫星频道的QD’测量值都小于0.00002的THRESHOLD_QD’阈值。在以上示例中，0.000018远小于0.00002，因此一定存在卫星转发器。
图6显示在1010MHz至1110MHz的频率范围以及1980MHz至2090MHz的频率范围存在多个模拟FM转发器。在图6上，用于确定检测到的转发器的特性的检测阈值起始于-1000。在卫星转发器中，可以检测到具有以1490MHz频率为中心的极宽频率传输频带的转发器。
在步骤5.5中，检测到卫星载频，然后将其特性存储在一张表格中。
在步骤5.6中，计算卫星信源所对应的符号频率。
在步骤5.7中，进行测试，只要依然存在有待分析的测量值，就循环回步骤5.3。如果不存在剩余测量值，就以传输频道检测步骤作为结束(步骤5.8)。接收设备的存储器中含有表格，允许找到针对每个服务的载频以及符号频率。
还可能存在其他实施例变形。此外，所要使用的频率步长的选取可以不同于指示值。
所要搜索的频道类型的数量还可能以不同比例变化。对于频道类型，还要考虑二进制比特率不同的相同带宽的频道。事实上，检测操作包括：锁定解调器以及标识与所需参考有关的频道比特率。在特定情况下，频道比特率同调制类型密切相关，必须在频道比特率独立于带宽发生改变时反复锁定载频。

Claims (8)

1.一种用于在传输频带中检测到的频道列表的确立方法，包括：测量属于所述频段的多个频率的接收功率的第一测量步骤(5.1)，以及存储所有功率测量值的存储步骤，其中每次测量间以频率步长为间隔，
其特征在于，为了确立检测到的频道列表，所述方法包括：根据存储结果进行频道检测的后继步骤(5.3)、计算滑动频率窗口上的平方功率的计算步骤以及在检测到的频道中选择卫星频道的卫星频道选择步骤(5.4、5.5)，其中卫星信号的平方功率大于确定的阈值。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述频道检测步骤(5.3)包括：计算所有测量值偏离在由多个确定测量值构成的滑动窗口上确立的均值的第一标准偏差，当算得的给定频率的第一标准偏差小于确定的阈值时，载频检测介入。
3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，通过在前面算得的第一标准偏差的窗口上计算第二标准偏差，执行卫星频道提取步骤(5.4、5.5)，其中所述第一标准偏差窗口以检测到的频道所对应的频率为中心，如果第二标准偏差小于确定的阈值，则提取该频道，并将该频道放入列表。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的检测方法，其特征在于，在所述测量步骤期间所用的频率步长为2MHz。
5.一种使用位于传输频带内的接收频率的多频道接收设备(3)，包括：
-用于测量属于所述频段的多个频率的接收功率的装置(18)，其中每次测量间以给定的频率步长为间隔，
-用于存储测得功率的装置(17)，
其特征在于，包括：从存储结果中检测频道的频道检测装置(16、17)，以及在检测到的频道中选择卫星频道的卫星频道选择装置(16、17)，所述选择装置用于：计算滑动频率窗口上的平方功率，其中平方功率大于确定的阈值的信号是来自卫星信源的信号。
6.根据权利要求5所述的多频道接收设备(3)，其特征在于，所述频道检测装置(16、17)计算所有测量值偏离在由多个确定测量值构成的滑动窗口上确立的均值的第一标准偏差，当算得的给定频率的第一标准偏差小于确定的阈值时，载频检测介入。
7.根据权利要求6所述的多频道接收设备(3)，其特征在于，所述检测装置(16、17)通过在前面算得的第一标准偏差的窗口上计算第二标准偏差，选择卫星频道，其中所述第一标准偏差窗口以检测到的频道所对应的频率为中心，如果第二标准偏差小于确定的阈值，就提取该频道，并将该频道放入列表。
8.根据权利要求5至7中任意一个所述的多频道接收设备(3)，其特征在于，在所述测量步骤期间所用的频率步长为2MHz。
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