CN101415080A - 对频谱反转的数据辅助检测 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用以基于载波信号的估计频率偏移来检测频谱反转的方法和设备。在一个实施例中，接收器包含：I/Q交换模块，其用以输出同相分量和正交相分量；频率偏移估计器，其用以确定所述同相和正交相分量的载波频率的偏移；以及频谱反转检测器，其耦合到所述频率偏移估计器和所述I/Q交换模块。所述频谱反转检测器经配置以当所述载波频率偏移的绝对值高于预定阈值时，发信号通知所述I/Q交换模块交换所述同相分量与所述正交相分量。

Description

对频谱反转的数据辅助检测
技术领域
本揭示案的至少一些实施例大体上涉及在接收器中检测频谱反转，且明确地说(但不限于)，涉及用于第二代卫星数字视频广播(DVB-S2)的接收器。
背景技术
数字接收器通常包含模拟前端和数字电路部分。模拟前端通常包含射频(RF)调谐器，其将射频(RF)信号向下转换为基带信号，对所述信号进行滤波，并进行适当的功率调节以去除带外信号功率并确保信号振幅处于适当电平。
在数字接收器中，从射频(RF)调谐器输出的模拟基带信号由模拟数字转换器(ADC)取样并量化，以产生数字信号以供数字接收器的数字电路部分进行处理。数字接收器可执行各种处理任务，例如数字滤波、取样速率转换、符号计时同步、载波同步、帧同步和前向误差校正等，以恢复来自所接收信号的数据。
在用于第二代卫星数字视频广播(DVB-S2)的典型数字接收器中，频谱反转状态由前向误差校正(FEC)模块判定，所述FEC模块计算位误差率(BER)并基于计算出的位误差率(BER)来确定是否已发生频谱反转。举例来说，如果位误差率(BER)在合理范围之外，那么可认为频谱已被反转；否则，可认为频谱未被反转。当频谱被反转时，数字接收器到达锁定工作状态的时间周期将相当长。
发明内容
本文描述用以基于载波信号的估计频率偏移来检测频谱反转的方法和设备。在这部分中概述一些实施例。
在本发明的一个实施例中，一种第二代卫星数字视频广播(DVB-S2)接收器，其包括：调谐器，其用以提供模拟输入信号；模拟-数字转换器，其用以从所述模拟输入信号中产生数字信号，所述数字信号包括同相分量和正交相分量；I/Q交换模块，其用以交换所述同相分量与所述正交相分量；直接数字合成器，其用以产生所述同相分量与所述正交相分量的频率偏移型式；频率偏移估计器，其用以基于帧的标头中的已知符号来确定所述同相分量与所述正交相分量的所述频率偏移型式中的频率偏移；以及频谱反转检测器，其耦合到所述频率偏移估计器以基于由所述频率偏移估计器产生的所述频率偏移来确定是否指示所述I/Q交换模块交换所述同相分量与所述正交相分量。
在本发明的一个实施例中，其中当所述频率偏移的绝对值高于预定阈值时，所述频谱反转检测器指示所述I/Q交换模块交换所述同相分量与所述正交相分量。
在本发明的一个实施例中，其中所述已知符号包括所述帧的帧开始(SOF)块的多个符号。
在本发明的一个实施例中，其中所述已知符号进一步包括从所述帧的物理层信令代码块中解码得的多个符号。
在本发明的一个实施例中，其中当通过符号率规格化的所述频率偏移的绝对值高于0.25时，所述频谱反转检测器指示所述I/Q交换模块交换所述同相分量与所述正交相分量。
在本发明的一个实施例中，其中所述频率偏移估计器包括前馈频率估计器。其它的频率估计器也可以适用。
在本发明的一个实施例中，一种接收器，其包括：I/Q交换模块，其用以输出同相分量和正交相分量；频率偏移估计器，其用以确定所述同相和正交相分量的载波频率的偏移；以及频谱反转检测器，其耦合到所述频率偏移估计器和所述I/Q交换模块，所述频谱反转检测器用以当所述载波频率偏移的绝对值高于预定阈值时发信号通知所述I/Q交换模块交换所述同相分量与所述正交相分量。
在本发明的一个实施例中，所述的接收器进一步包括：帧同步器，其耦合到所述频率偏移估计器以使物理层标头的多个已知符号与所述同相和正交相分量中的相应符号同步。
在本发明的一个实施例中，其中所述频率偏移估计器包括：调制去除模块，其用以通过将从所述已知符号产生的信号与从所述接收的同相和正交相分量产生的信号相乘来产生调制去除信号；以及相位检测器，其用以确定所述调制去除信号的相位值。
在本发明的一个实施例中，接收器进一步包括：直接数字合成器，其用以从所述接收的同相和正交相分量中产生所述信号。
在本发明的一个实施例中，一种接收器包括：频率偏移估计器；以及频谱反转检测器，其耦合到所述频率偏移估计器以基于所述频率偏移估计器的输出来确定是否已发生频谱反转。
在本发明的一个实施例中，接收器，其中所述频率偏移估计器和所述频谱反转检测器使用输入信号中的在π/2二进制移相键控(BPSK)模式下调制的已知符号来确定所述输入信号中是否已发生频谱反转。
在本发明的一个实施例中，接收器进一步包括：I/Q交换模块，其基于所述频谱反转检测器的输出而交换同相分量与正交相分量。
在本发明的一个实施例中，接收器进一步包括：模拟-数字转换器，其与所述I/Q交换模块耦合以向所述I/Q交换模块提供数字信号。
在本发明的一个实施例中，频谱反转检测器包括比较器，其用以将所述频率偏移估计器的输出的绝对值与预定阈值进行比较；其中当所述频率偏移估计器的输出的绝对值大于所述预定阈值时，所述比较器产生用以指示已经发生频谱反转的信号。
在本发明的一个实施例中，频率偏移估计器包括：调制去除模块，其用以从所接收的信号和从已知数据产生的信号中产生调制去除信号；以及自相关器，其用以对所述调制去除信号进行自相关；累积器，其用以累积所述自相关器对多个帧的输出；以及相位检测器，其用以基于所述累积器的输出的相位来产生估计频率偏移。
在本发明的一个实施例中，接收器进一步包括：直接数字合成器，其与所述I/Q交换模块耦合以接收输入信号，并与所述频率偏移估计器耦合以向所述调制去除模块提供所述接收的信号；以及计时恢复回路，其用以依据所述直接数字合成器的输出而确定符号边界；其中所述预定阈值基于所述计时恢复回路的容许水平。
在本发明的一个实施例中，已知数据包括帧的物理层标头中的已知符号。
在本发明的一个实施例中，接收的信号经由移相键控(PSK)调制。
在本发明的一个实施例中，接收器的输入信号是根据第二代卫星数字视频广播(DVB-S2)标准的。
附图说明
附图图式中以举例方式而非限制方式说明实施例，在附图中相同参考标号指示相似元件。
图1展示根据一个实施例的接收器；
图2展示根据一个实施例的用以检测频谱反转的方法；
图3说明根据一个实施例的支持频谱反转检测的帧结构；
图4说明根据一个实施例的频谱反转检测器；
图5说明根据一个实施例的可与频谱反转检测器一起使用的频率偏移估计器；
图6说明根据一个实施例的频率估计器。
具体实施方式
以下描述内容和图式是说明性的且不应解释为限制性的。描述大量特定细节以提供彻底理解。然而，在某些实例中，未描述众所周知或常规的细节以免混淆描述内容。本揭示案中提及一个或一实施例不一定是提及同一实施例；且此类提及意味着至少一个。
在用于第二代卫星数字视频广播(DVB-S2)的数字接收器中，各种模块即使在所接收信号的频谱被反转时也可到达锁定工作状态。如果这些模块在某一时间段内进入锁定状态，但前向误差校正(FEC)模块所计算出的位误差率(BER)仍然过高，那么前向误差校正(FEC)(或系统控制器)可推断出信号中发生了频谱反转，且因此通知某一模块在数据路径的适当位置中交换同相(I)与正交相(Q)数据以消除频谱反转。锁定的模块经复位以重新开始到达锁定状态的过程。
本揭示案的一个实施例在载波频率偏移估计模块中实施频谱反转检测器。在载波频率偏移估计过程期间，频谱反转检测器可检测频谱是否反转。在一个实施例中，频谱反转检测器监视来自频率偏移估计模块的计算结果以判定频谱是否反转。
在一个实施例中，当频谱反转检测器确定频谱被反转时，频谱反转检测器通知I/Q交换模块校正频谱反转，且同时通知频率偏移估计模块使用已经获取的数据来重新估计经反转校正的信号的载波频率偏移。
本揭示案的一个实施例包含一种用于数字接收器的数据辅助(DA)频谱反转检测方法。提供一种用于数字接收器的联合数据辅助(DA)载波估计与频谱反转检测方法。所述数据辅助方法可在数字接收器中前向误差校正(FEC)模块到达锁定状态之前，估计频率偏移并确定频谱反转状态。
图1展示根据一个实施例的接收器。在图1中，接收器包含调谐器(11)，其将所接收射频(RF)转换为基带信号。基带信号由模拟-数字转换器(13)转换为数字信号。自动增益控制器(15)用于将信号振幅调节为适当电平。
模拟-数字转换器(13)的输出包含同相(I)分量和正交相(Q)分量。在图1中，频谱反转检测器可指示I/Q交换模块(17)交换同相(I)分量与正交相(Q)分量以校正频谱反转。
在图1中，直接数字合成器(19)使用所接收信号的同相(I)分量和正交相(Q)分量来根据频率偏移估计器(27)所估计的频率偏移值而产生同相(I)分量与正交相(Q)分量的频率偏移型式。在滤波器组(21)对同相(I)分量与正交相(Q)分量的频率偏移型式进行滤波之后，计时恢复模块(23)识别对所接收信号的计时并确定所接收信号中的符号。帧同步器(25)识别接收器中所接收的信号中的帧的边界，并使频率偏移估计器和频谱反转检测器(27)的操作与所接收信号中的帧结构同步。
在图1中，频率偏移估计器和频谱反转检测器(27)使用载波频率的估计偏移来控制直接数字合成器(19)；且频率偏移估计器和频谱反转检测器(27)根据频谱反转状态来控制I/Q交换模块(17)。
在图1中，载波恢复回路(28)恢复所接收信号的载波；且前向误差校正(29)计算位误差率(BER)以检测误差。
图2展示根据一个实施例的用以检测频谱反转的方法。在图2中，所接收信号中的同相(I)分量和正交相(Q)分量在频率偏移估计模块(31)中使用以估计载波频率的偏移，并在帧同步器(25)中使用以产生同步信号来控制频率偏移估计模块(31)的操作。在一个实施例中，与所接收信号中的帧边界有关的已知符号序列在频率偏移估计模块(31)中使用以辅助对偏移的估计。载波频率的估计偏移用于控制直接数字合成器(19)。
在图2中，载波频率的估计偏移还在频谱反转检测器(33)中使用以确定频谱反转状态。如果检测到反转，那么指示I/Q交换模块(17)交换随后所接收信号的同相(I)分量与正交相(Q)分量。
图3说明根据一个实施例的支持频谱反转检测的帧结构。在图3中，帧包含物理层标头(41)和多个数据槽(例如，43、47)。在一些实施例中，帧可包含可选导频块(45)，其包含已知符号序列以加速帧同步过程。
在图3中，物理层标头(41)包含帧开始(SOF)块(51)和用于物理层信令代码的块(53)。帧开始(SOF)块(51)包含已知符号序列(例如，55)，其可用于帧同步。在实现帧同步之后，可对物理层信令代码的符号(例如，57)进行解码。
在图3中，物理层标头(41)具有90个符号；且帧开始(SOF)块(51)具有26个符号。
可使用根据本揭示案的各个实施例的接收器来接收并处理使用图3中所说明的帧结构传输的信号。举例来说，可使用根据本揭示案的各个实施例的接收器来接收并处理根据第二代卫星数字视频广播(DVB-S2)标准传输的信号。
在第二代卫星数字视频广播(DVB-S2)中，数据消息以逐帧方式传输。详细定义帧结构；且每一帧包含90符号标头和数据部分。帧标头包含26符号SOF(帧开始)常数旗标和64符号物理层信令(PLS)代码。物理层信令(PLS)代码依据调制模式和信道编码方案。在一个实施例中，帧标头中的90个符号在π/2BPSK模式下调制，所述π/2BPSK模式可用于估计载波频率偏移并确定频谱反转状态。
此外，在实施例中，当使用导频块(例如，45)时，对应于导频块的信号也可与导频块的已知符号一起使用以估计载波频率偏移。
图4说明根据一个实施例的频谱反转检测器。在图4中，频谱反转检测器(61)包含绝对模块(67)、比较器(63)和预定阈值(65)。当通过所接收信号中传输的符号率规格化的载波频率偏移的绝对值小于阈值(65)时，比较器(63)产生用以指示未发生频谱反转的信号。当规格化载波频率偏移的绝对值大于阈值(65)时，比较器(63)产生用以指示发生频谱反转的信号。
在一个实施例中，阈值(65)为预定值0.25。然而，应了解，在一些实施例中也可使用偏离预定值0.25的阈值。
在一个实施例中，至少部分基于计时恢复回路(例如，图1中的23)的容许水平来选择阈值(65)。即使在输入信号含有达到容许水平的载波频率偏移时，计时恢复回路也可找到并跟踪符号边界。可将阈值(65)设定为大体上等于容许水平。或者，阈值(65)可选择为相对于容许水平偏移。在一个实施例中，当阈值(65)等于计时恢复回路的容许水平时，系统被配置在针对频谱反转的漏失检测和频谱反转的错误检测的平衡点处。当阈值限度从所述阈值开始增加时，频谱反转的漏失检测增加。当阈值限度从所述阈值开始减小时，频谱反转的错误检测增加。通常，阈值(65)是具有0与0.5之间的值的设计参数。
图5说明根据一个实施例的可与频谱反转检测器一起使用的频率偏移估计器。在图5中，频率偏移估计器(71)包含调制去除模块(73)，其包含标头产生器(83)、共轭模块(81)和乘法器(85)。标头产生器(83)根据标头中的已知符号和用于帧同步控制的信号来产生标头。乘法器(85)将所接收的符号与标头中的已知符号的共轭值相乘以产生调制去除信号。
在图5中，频率估计器(83)确定由调制去除模块(73)产生的调制去除信号的频率。通常，可使用任何用以估计复合正弦波的频率的已知方法。图6说明根据一个实施例的频率估计器。
在图5中，标头产生器(83)根据由帧同步模块(例如，图2中的25)产生的控制信号以与所接收符号同步的方式产生标头中的已知符号。在一个实施例中，已知符号包含帧开始(SOF)块(51)中的符号。在一个实施例中，在解码物理层信令代码之后，已知符号进一步包含用于物理层信令代码的块(53)中的符号。
在一个实施例中，调制去除模块(73)进一步执行以下操作以产生调制去除信号Ck。
Ck＝rk×conj(sk)
在以上表达式中，sk是根据已知符号产生的信号；conj(sk)是sk的共轭值；且rk是含有所接收符号的信号，其中k＝0、1、2、……。
在图6中，频率估计器的输入信号由自相关模块(75)增强并在累积器(79)中进一步累积以改进准确性。相位检测器(77)确定累积器(79)的相位以产生载波的估计频率偏移。
举例来说，自相关模块(75)可执行以下操作以产生针对帧s的信号Rs。
Rs＝Cm×conj(C0)+Cm+1×conj(C1)+...+CN-1×conj(CN-m-1)
在以上表达式中，m是设计参数，其可为1或2等。N基于帧中已知符号的数目(例如，当物理层信令(PLS)代码尚未解码时为26或更小，或者当物理层信令(PLS)代码已经被解码时为90或更小)。
举例来说，累积器(79)可执行以下操作以产生累积信号R。
R＝R0+...RS+...+RM
在以上表达式中，M是设计参数，其可为1或2等。
在一个实施例中，相位检测器(77)执行以下操作以产生规格化频率偏移Δf′。
Δf′＝arg(R)/2
在以上表达式中，arg(R)是R的相角。在一个实施例中，将规格化频率偏移的绝对值|Δf′|与阈值(例如，0.25)进行比较以确定频谱反转状态。
在一个实施例中，在π/2 BPSK模式下调制符号；且可确定当|Δf′|>0.25时，频谱反转的概率接近1。
关于可用于本发明的频率偏移估计器的更多细节可参阅：Steven A.Tretter，“Estimating the frequency of a noisy sinusoid by linear regression”，IEEE信息理论学报，1985年11月，第IT-31卷，第6期，第832-835页；Steven Kay，“A fast and accurate singlefrequency estimator，Acoustics，Speech，and Signal Processing”，[同样见IEEE信号处理学报，1989年12月，IEEE学报第37卷，第12版，第1987-1990页；Feng-Wen Sun、YiminJiang和Lin-Nan Lee，“Frame synchronization and pilot structure for DVB-S2”，国际卫星通信与连网期刊，2004年第22卷，第319-339页；以及Jiang Y等人，“Data-aided MLparameter estimators of PSK burst modems and their systolic VLSI implementations”，1999年12月，巴西里约热内卢，IEEE Globecom′99会议记录。以上参考以引用方式并入本文中。
因此，本揭示案提供一种可用于DVB-S2数字接收器以使用数据辅助方法在载波恢复的同时检测频谱反转状态的方案。在一个实施例中，可在载波频率估计阶段期间可靠地检测并校正频谱反转状态。可在较早阶段检测频谱反转状态，而不必等待前向误差校正(FEC)模块所估计的位误差率(BER)。此外，可基于在校正之前所收集的数据来估计频谱反转校正的载波频率偏移。由于在接收器的较早阶段检测和处理频谱反转，因而当频谱反转情况未知时将缩短接收器的平均锁定时间。这大大缩短了用于信道波动的等待时间，因此改进了用户体验并使产品在市场上更具竞争力。
此外，例如循环滑移等其它原因也可能导致前向误差校正(FEC)模块不能到达锁定工作状态。由于本揭示案的方法不依赖于前向误差校正(FEC)模块，因而与使用前向误差校正(FEC)模块中的故障来检测频谱反转的方法相比，本揭示案的频谱反转检测方法可改进频谱反转检测的可靠性。
在前述说明书中，已参考本发明的具体示范性实施例对本发明进行了描述。显然，在不脱离本发明的如在所附权利要求书中所主张的更广泛的精神和范畴的情况下，可对本发明进行各种修改。因此，应认为说明书和图式是说明性的而不是限制性的。

Claims (20)

1.一种接收器，其包括：
频率偏移估计器；以及
频谱反转检测器，其耦合到所述频率偏移估计器以基于所述频率偏移估计器的输出来确定是否已发生频谱反转。
2.根据权利要求1所述的接收器，其中所述频率偏移估计器和所述频谱反转检测器使用输入信号中的在π/2二进制移相键控(BPSK)模式下调制的已知符号来确定所述输入信号中是否已发生频谱反转。
3.根据权利要求1所述的接收器，其进一步包括：
I/Q交换模块，其基于所述频谱反转检测器的输出而交换同相分量与正交相分量。
4.根据权利要求3所述的接收器，其进一步包括：
模拟-数字转换器，其与所述I/Q交换模块耦合以向所述I/Q交换模块提供数字信号。
5.根据权利要求1所述的接收器，其中所述频谱反转检测器包括比较器，其用以将所述频率偏移估计器的输出的绝对值与预定阈值进行比较；其中当所述频率偏移估计器的输出的绝对值大于所述预定阈值时，所述比较器产生用以指示已经发生频谱反转的信号。
6.根据权利要求5所述的接收器，其中所述频率偏移估计器包括：
调制去除模块，其用以从所接收的信号和从已知数据产生的信号中产生调制去除信号；以及
自相关器，其用以对所述调制去除信号进行自相关；
累积器，其用以累积所述自相关器对多个帧的输出；以及
相位检测器，其用以基于所述累积器的输出的相位来产生估计频率偏移。
7.根据权利要求6所述的接收器，其进一步包括：
直接数字合成器，其与所述I/Q交换模块耦合以接收输入信号，并与所述频率偏移估计器耦合以向所述调制去除模块提供所述接收的信号；以及
计时恢复回路，其用以依据所述直接数字合成器的输出而确定符号边界；
其中所述预定阈值基于所述计时恢复回路的容许水平。
8.根据权利要求6所述的接收器，其中所述已知数据包括帧的物理层标头中的已知符号。
9.根据权利要求8所述的接收器，其中所述接收的信号经由移相键控(PSK)调制。
10.根据权利要求9所述的接收器，其中所述接收器的输入信号是根据第二代卫星数字视频广播(DVB-S2)标准的。
11.一种第二代卫星数字视频广播(DVB-S2)接收器，其包括：
调谐器，其用以提供模拟输入信号；
模拟-数字转换器，其用以从所述模拟输入信号中产生数字信号，所述数字信号包括同相分量和正交相分量；
I/Q交换模块，其用以交换所述同相分量与所述正交相分量；
直接数字合成器，其用以产生所述同相分量与所述正交相分量的频率偏移型式；
频率偏移估计器，其用以基于帧的标头中的已知符号来确定所述同相分量与所述正交相分量的所述频率偏移型式中的频率偏移；以及
频谱反转检测器，其耦合到所述频率偏移估计器以基于由所述频率偏移估计器产生的所述频率偏移来确定是否指示所述I/Q交换模块交换所述同相分量与所述正交相分量。
12.根据权利要求11所述的DVB-S2接收器，其中当所述频率偏移的绝对值高于预定阈值时，所述频谱反转检测器指示所述I/Q交换模块交换所述同相分量与所述正交相分量。
13.根据权利要求11所述的DVB-S2接收器，其中所述已知符号包括所述帧的帧开始(SOF)块的多个符号。
14.根据权利要求13所述的DVB-S2接收器，其中所述已知符号进一步包括从所述帧的物理层信令代码块中解码得的多个符号。
15.根据权利要求11所述的DVB-S2接收器，其中当通过符号率规格化的所述频率偏移的绝对值高于0.25时，所述频谱反转检测器指示所述I/Q交换模块交换所述同相分量与所述正交相分量。
16.根据权利要求11所述的DVB-S2接收器，其中所述频率偏移估计器包括前馈频率估计器。
17.一种接收器，其包括：
I/Q交换模块，其用以输出同相分量和正交相分量；
频率偏移估计器，其用以确定所述同相和正交相分量的载波频率的偏移；以及
频谱反转检测器，其耦合到所述频率偏移估计器和所述I/Q交换模块，所述频谱反转检测器用以当所述载波频率偏移的绝对值高于预定阈值时发信号通知所述I/Q交换模块交换所述同相分量与所述正交相分量。
18.根据权利要求17所述的接收器，其进一步包括：
帧同步器，其耦合到所述频率偏移估计器以使物理层标头的多个已知符号与所述同相和正交相分量中的相应符号同步。
19.根据权利要求18所述的接收器，其中所述频率偏移估计器包括：
调制去除模块，其用以通过将从所述已知符号产生的信号与从所述接收的同相和正交相分量产生的信号相乘来产生调制去除信号；以及
相位检测器，其用以确定所述调制去除信号的相位值。
20.根据权利要求19所述的接收器，其进一步包括：
直接数字合成器，其用以从所述接收的同相和正交相分量中产生所述信号。
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