CN101867450A - 基于有线数字电视的频谱翻转检测和纠正装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于有线数字电视的频谱翻转检测和纠正装置，包括调谐器、模数转换器、自动增益控制器、数字下变频模块、定时恢复模块、参数估计模块、载波恢复和均衡模块、I/Q路交换模块、频谱翻转检测模块、前向误差校正模块。本发明还公开了一种基于有线数字电视的频谱翻转检测和纠正方法，包括以下步骤：EQ判决输出、I/Q交换、QAM解映射、差分解码、符号到字节变换、同步头识别、字节计数和计数值统计。本发明还提出一种频谱翻转检测和纠正方法，具有结构简单，实现方便的优点，仅仅只需增加少量的寄存器，除此之外根本不需要增加其它的硬件资源，具有广泛的可实施性。

Description

基于有线数字电视的频谱翻转检测和纠正装置及方法

技术领域

本发明属于数字电视传输领域，特别涉及基于有线数字电视的频谱翻转检测和纠正装置及方法。

背景技术

数字有线电视是建立在有线电视网上传输的一种广播服务，它也是当今世界有线电视广播的发展趋势。该系统是将模拟电视信号转换成数字信号并以数字的方式进行处理和传输的有线电视系统。

到目前为止，世界上已经形成了几种不同的标准；以欧洲为例，从1995年起，欧洲陆续发布了数字电视地面广播(DVB-T)、数字卫星广播(DVB-S)、数字电视有线广播(DVB-C)标准。中国于2001年也已经开始了数字有线电视的试播工作。

数字接收器通常包含模拟前端和数字电路部分。模拟前端电路包括射频调谐器，其将射频信号向下转换为小中频信号，并将所述信号调整到适当的电平上，并对其进行滤波以滤除带外噪声。

在用于有线数字电视的典型数字电视接收机中，频谱翻转状态由前向误差校正模块(FEC)判定，其方法是根据FEC模块计算位误差率(BER)并根据其大小判断是否发生频谱翻转。但是在DVBC系统中，假如信号发生频谱翻转，则FEC模块根本无法寻找到同步头信息，同理无法计算BER大小。因此在传统的方法下是无法进行频谱翻转识别和纠正的。另外传统的频谱翻转纠正前，数字接收器早已达到锁定状态，纠正后整个接收系统需要重新跟踪锁定，其锁定建立时间将相当的长。

现有技术中解决频谱翻转的方法是有三种：(1)通过对FEC输出的数据进行统计，计算其误码率，判断误码率的大小，从而判断是否发生了频谱翻转。(2)通过载波恢复频偏进行估计，与门限值比较，从而判断是否发生了频谱翻转。(3)通过对已知导频信息判断确定是否发生频谱翻转。但在DVBC系统中，这三种方法都有缺点。首先，如果发生频谱翻转，则上述三种方法中的同步头都无法识别，同样就无法计算BER大小。第二，DVBC传输数据中没有增加已知的导频信息，且这些方法均比较复杂，资源消耗比较大。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种简单的识别和纠正频谱翻转的装置和方法，其频谱翻转与同步头识别同时进行，增加已知的导频信息，简单易行地自适应识别和纠正频谱翻转。另外，本发明所提供的频谱检测和纠正模块，其反馈环路小，系统锁定和稳定时间短。

为实现上述发明目的，本发明提供一种基于有线数字电视的频谱翻转检测和纠正装置，包括调谐器、模数转换器、自动增益控制器、数字下变频模块、定时恢复模块、参数估计模块、载波恢复和均衡模块、I/Q路交换模块、频谱翻转检测模块、前向误差校正模块；所述调谐器的第一输入端用于连接输入信号，其输出端与所述模数转换器的输入端相连；所述模数转换器的输出端与数字下变频模块的输入端相连，所述数字下变频模块的第一输出端连接所述自动增益控制器的输入端，所述自动增益控制器的输出端与所述调谐器的第二输入端相连；所述数字下变频模块的第二输出端与所述定时恢复模块的第一输入端相连；所述数字下变频模块的第三输出端与参数估计模块的输入端相连，所述参数估计模块的输出端与所述定时恢复模块的第二输入端相连；所述定时恢复模块的输出端与载波恢复和均衡模块的输入端相连；所述载波恢复和均衡模块的输出端与I/Q路交换模块的第一输入端相连，所述I/Q路交换模块的输出端与频谱翻转检测模块的输入端相连，所述频谱翻转检测模块的第一输出端与所述I/Q路交换模块的第二输入端相连，所述频谱翻转检测模块的第二输出端与所述前向误差校正模块的输入端相连，所述前向误差校正模块的输出端输出信号。

另外，本发明还提出一种基于有线数字电视的频谱翻转检测和纠正方法，包括以下步骤：

a.EQ判决输出：I/Q路交换模块接收来自载波恢复和均衡模块判决输出的I、Q两路数据；

b.I/Q交换：在起始阶段，I/Q路交换模块对接收到的I/Q两路数据并不交换，直接送入频谱翻转检测模块中进行QAM解映射；当频谱翻转指示发生时，则将接收到的数据进行交换，实现频谱翻转纠正；

c.QAM解映射：频谱翻转检测模块根据参数估计模块对接收过来的数据进行QAM模式的解映射；

d.差分解码：对步骤c输出的数据高两比特进行差分解码；

e.符号到字节变换：本步骤将上步骤得到的数据按8bit组合成新的字节，完成符号到字节的转换过程；

f.同步头识别：根据逐个比特法寻找同步头信息，当发现一个同步头信息后，等待204字节后检测是否还是同步头信息；如果连续多次都可以找到同步头，则可以认为找到同步信息，并将相关数据送入后续模块中进行相关处理；否则输出未发现同步头信息；

g.字节计数：对步骤e的字节数进行统计；

h.统计步骤g的计数值，当该值大于一个预设值时判断步骤f是否找到同步头信息；如果找到，则认为没有发生频谱翻转；否则认为发生频谱翻转，并指示I/Q路交换模块交换接收到I/Q两路数据，清空所有寄存器值。

本发明的有益效果是：本发明提出的的频谱翻转检测和纠正装置及方法，具有结构简单，实现方便的优点，仅仅只需增加少量的寄存器，除此之外根本不需要增加其它的硬件资源，具有广泛的可实施性。

附图说明

图1是现有技术的第一种频谱翻转检测和纠正装置结构方框图；

图2是现有技术的第二种频谱翻转检测和纠正装置结构方框图；

图3是本发明基于有线数字电视的频谱翻转检测和纠正装置结构方框图；

图4是本发明基于有线数字电视的频谱翻转检测和纠正方法程序流程图。

具体实施方式

下面，对照附图和较佳实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

参见图3，本发明提供一种基于有线数字电视的频谱翻转检测和纠正装置，包括调谐器301、模数转换器302、自动增益控制器303、数字下变频模块304、定时恢复模块305、参数估计模块306、载波恢复和均衡模块307、I/Q路交换模块308、频谱翻转检测模块309、前向误差校正模块310；

所述调谐器301的第一输入端用于连接输入信号，其输出端与所述模数转换器302的输入端相连；所述模数转换器302的输出端与数字下变频模块304的输入端相连，所述数字下变频模块304的第一输出端连接所述自动增益控制器303的输入端，所述自动增益控制器303的输出端与所述调谐器301的第二输入端相连；所述数字下变频模块304的第二输出端与所述定时恢复模块305的第一输入端相连；所述数字下变频模块304的第三输出端与参数估计模块306的输入端相连，所述参数估计模块306的输出端与所述定时恢复模块305的第二输入端相连；所述定时恢复模块305的输出端与载波恢复和均衡模块307的输入端相连；所述载波恢复和均衡模块307的输出端与I/Q路交换模块308的第一输入端相连，所述I/Q路交换模块308的输出端与频谱翻转检测模块309的输入端相连，所述频谱翻转检测模块309的第一输出端与所述I/Q路交换模块308的第二输入端相连，所述频谱翻转检测模块309的第二输出端与所述前向误差校正模块310的输入端相连，所述前向误差校正模块310的输出端输出信号。

基于有线数字电视的频谱翻转检测和纠正装置中，接收来的RF数据经过301调谐器模块并通过AD转换器转换成数字信号；AGC模块自动增益控制模块303对A/D输出的数据信号能量幅度进行统计，并根据参考能量确定调整调谐器增益大小。数字下变频模块模块304的主要功能是将A/D输出数据下变频成基带I、Q两路数据。

MPD参数估计模块模块306主要完成对DDC数字下变频模块输出的数字信号的相关参数进行提取。其方法是对DDC数字下变频模块输出数据进行快速傅立叶变换，从而得到码率和数据粗频偏的相关信息。另外，该模块还完成了QAM模式识别的功能。

当MPD参数估计模块模块306完成相关信息识别后，启动定时恢复模块305接收数字下变频模块304的输出数据，并根据参数估计模块模块306提取相关信息对数字下变频模块304的输出数据进行定时采样偏恢复。

STR定时恢复模块305锁定后，启动载波恢复模块和均衡模块307。当均衡模块的MSE降低到一定程度之后，就可以启动后续I/Q路交换模块308、频谱翻转检测模块309及前向误差校正模块310。

I/Q路交换模块308是的主要功能是根据模块309检测到的频谱翻转信号交换I、Q两路数据，完成频谱翻转纠正功能。

频谱翻转检测模模块309的主要功能是根据参数估计模块306输出的QAM信息，对均衡模块输出的判决数据进行QAM解映射。然后对QAM解映射数据进行符号到字节数据的变换，并且完成差分编解码功能。频谱翻转检测模模块309还包含同步头识别功能，即在差分解码器输出的数据流中寻找“47H”和“184H”的同步头信息。

模块310完成解交织、RS译码、解扰码相关功能。

与如图1、图2所示的传统接收机不同的是，本专利设计的频谱翻转时I、Q路交换模块并非设置在DDC数字下变频模块之后，而是设置在均衡器判决器输出之后。另外，如图1、2所示，传统的频谱翻转检测方法在实现时需要额外增加电路开销，例如在图1中，该结构中就需要增加误码率计算模块。虽然该模块增加的资源不是很大，它还具有一个致命缺点，那就是反馈回路过大，从而使得系统稳定时间过长而不可接收。而本发明就不存在该问题而且资源复用度高，其中解映射模块、差分解码模块以及同步头识别模块对于FEC模块来讲都是必须的。

参见图4，本发明还提出一种基于有线数字电视的频谱翻转检测和纠正方法，包括以下步骤：

步骤S401--EQ判决输出：I/Q路交换模块接收来自载波恢复和均衡模块判决输出的I、Q两路数据；

步骤S402--I/Q交换：在起始阶段，I/Q路交换模块对接收到的I/Q两路数据并不交换，直接送入频谱翻转检测模块中进行QAM解映射；当频谱翻转指示发生时，则将接收到的数据进行交换，实现频谱翻转纠正；

步骤S403--QAM解映射：频谱翻转检测模块根据参数估计模块对接收过来的数据进行QAM模式的解映射；

步骤S404--差分解码：对步骤c输出的数据高两比特进行差分解码；

步骤S405--符号到字节变换：本步骤将上步骤得到的数据按8bit组合成新的字节，完成符号到字节的转换过程；

步骤S406--同步头识别：根据逐个比特法寻找同步头“47H”或“184H”，当发现一个同步头信息后，等待204字节后检测是否还是同步头信息；如果连续多次都可以找到同步头，则可以认为找到同步信息，并将相关数据送入后续模块中进行相关处理；否则输出未发现同步头信息；

步骤S407--字节计数：对步骤e的字节数进行统计；

步骤S408--统计步骤g的计数值，当该值大于一个预设值时判断步骤f是否找到同步头信息；如果找到，则认为没有发生频谱翻转；否则认为发生频谱翻转，并指示I/Q路交换模块交换接收到I/Q两路数据，清空所有寄存器值。

综上，本发明提出的频谱翻转检测和纠正的方法，通过在对解码字节流中数据寻找“47H”或“184H”的同步头信息，并统计逝去的字节个数，当字节计数器的计数值超过一定值后判断是否找到同步头信息，如果没有找到同步头，则认为信号发生了频谱翻转，否则认为信号正常。该检测方法不影响频谱翻转检测和纠正模块之前各模块的工作状态，与传统检测方法相比，其具有建立时间短、原理简单、易于实现等优点。本发明基于DVBC实例系统但并不限定于DVBC系统，上述自适应频谱翻转装置及方法适合各种数字传输系统中频谱翻转的检测和纠正。

对DVBC系统来讲，其接收器主要包括如下几个部分：(1)、模数转换控制模块，包括调谐器、AD转换器、AGC自动功率控制等几个功能块。(2)、下变频(DDC)模块。(3)、参数估计模块。(4)、定时恢复及载波恢复模块。(5)、均衡模块。(6)、频谱翻转检测及校正模块。(7)、FEC模块。

模数转换控制模块，其主要是接收CABLE信号并根据AGC控制器将其转换成数字信号。下变频DDC模块，主要完成频率变换。参数估计模块主要完成对接收信号的频偏、符号速率以及QAM模式的检测和识别。定时恢复及载波恢复模块，主要对定时误差、频偏误差以及相位误差的检测和纠正。均衡模块主要完成对信道估计及补偿。频谱翻转检测及校正模块主要是对发射源信号的频谱翻转的检测和纠正。FEC模块主要包括解交织、RS模块、解扰码等功能。

在本实施例中，接收机根据AGC参考能量控制调谐器，将外界输入信号调整到合适的幅度上，并进行模拟数字转换，生成数字中频信号A1。下变频模块把输入信号A1下变频到基带信号，得到信号A2，该信号含有I、Q两路。然后参数估计模块根据A2信号进行各种参数估计，确定发射机所送信号数据的码率、QAM调制模式，并对信号A1粗频偏调整。同时，定时恢复模块、均衡模块以及载波恢复模块对A2进行定时采样偏恢复、信道补偿以及细频偏调整，得到信号A3。最后，频谱翻转检测器根据均衡判决后的数据进行同步头检测，根据检测结果判断是否发生了频谱翻转。如果发生了频谱翻转，则交换判决输出数据I、Q两路，再继续检测同步头信息。

Claims (10)

1.一种基于有线数字电视的频谱翻转检测和纠正装置，其特征在于包括：调谐器、模数转换器、自动增益控制器、数字下变频模块、定时恢复模块、参数估计模块、载波恢复和均衡模块、I/Q路交换模块、频谱翻转检测模块、前向误差校正模块；所述调谐器的第一输入端用于连接输入信号，其输出端与所述模数转换器的输入端相连；所述模数转换器的输出端与数字下变频模块的输入端相连，所述数字下变频模块的第一输出端连接所述自动增益控制器的输入端，所述自动增益控制器的输出端与所述调谐器的第二输入端相连；所述数字下变频模块的第二输出端与所述定时恢复模块的第一输入端相连；所述数字下变频模块的第三输出端与参数估计模块的输入端相连，所述参数估计模块的输出端与所述定时恢复模块的第二输入端相连；所述定时恢复模块的输出端与载波恢复和均衡模块的输入端相连；所述载波恢复和均衡模块的输出端与I/Q路交换模块的第一输入端相连，所述I/Q路交换模块的输出端与频谱翻转检测模块的输入端相连，所述频谱翻转检测模块的第一输出端与所述I/Q路交换模块的第二输入端相连，所述频谱翻转检测模块的第二输出端与所述前向误差校正模块的输入端相连，所述前向误差校正模块的输出端输出信号。

2.如权利要求1所述的基于有线数字电视的频谱翻转检测和纠正装置，其特征在于：所述的数字下变频模块用于将模数转换器的输出数据下变频成基带I、Q两路数据。

3.如权利要求1所述的基于有线数字电视的频谱翻转检测和纠正装置，其特征在于：所述的参数估计模块用于对数字下变频模块输出数据进行参数提取，从而得到码率和数据粗频偏的信息。

4.如权利要求3所述的基于有线数字电视的频谱翻转检测和纠正装置，其特征在于：所述的参数估计模块是通过对数字下变频模块得输出数据进行快速傅立叶变换而得到码率和数据粗频偏信息的。

5.如权利要求3或4所述的基于有线数字电视的频谱翻转检测和纠正装置，其特征在于：所述的参数估计模块还用于完成QAM模式识别。

6.如权利要求1所述的基于有线数字电视的频谱翻转检测和纠正装置，其特征在于：所述的频谱翻转检测模块用于完成QAM解映射，对QAM解映射数据进行符号到字节数据的变换，并且完成差分编解码功能，还包括对同步头信息进行识别。

7.如权利要求6所述的基于有线数字电视的频谱翻转检测和纠正装置，其特征在于：所述的频谱翻转检测模块对“47H”或“184H”的同步头信息进行识别。

8.如权利要求1所述的基于有线数字电视的频谱翻转检测和纠正装置，其特征在于：所述的前向误差校正模块包括顺序连接的解交织单元、RS模块单元和解扰码单元；所述的解交织单元、RS模块单元和解扰码单元用于完成解交织、RS译码和解扰码功能。

9.一种基于有线数字电视的频谱翻转检测和纠正方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.EQ判决输出，I/Q路交换模块接收来自载波恢复和均衡模块判决输出的I、Q两路数据；

b.I/Q交换，在起始阶段，I/Q路交换模块对接收到的I/Q两路数据并不交换，直接送入频谱翻转检测模块中进行QAM解映射；当频谱翻转指示发生时，则将接收到的数据进行交换，实现频谱翻转纠正；

c.QAM解映射，频谱翻转检测模块根据参数估计模块对接收过来的数据进行QAM模式的解映射；

d.差分解码，对步骤c输出的数据高两比特进行差分解码；

e.符号到字节变换，本步骤将上步骤得到的数据按8bit组合成新的字节，完成符号到字节的转换过程；

f.同步头识别，根据逐个比特法寻找同步头信息，当发现一个同步头信息后，等待204字节后检测是否还是同步头信息；如果连续多次都可以找到同步头，则可以认为找到同步信息，并将相关数据送入后续模块中进行相关处理；否则输出未发现同步头信息；

g.字节计数，对步骤e的字节数进行统计；

h.统计步骤g的计数值，当该值大于一个预设值时判断步骤f是否找到同步头信息；如果找到，则认为没有发生频谱翻转；否则认为发生频谱翻转，并指示I/Q路交换模块交换接收到I/Q两路数据，清空所有寄存器值。

10.如权利要求9所述的基于有线数字电视的频谱翻转检测和纠正方法，其特征在于：所述步骤f中在字节流中寻找的同步头信息为“47H”或“184H”的同步头信息。

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