CN101867539B - 用于有线数字电视的大频偏载波恢复系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于有线数字电视的大频偏载波恢复系统及方法，包括在载波恢复模块中使用相互连接的扫频模块、极性判决模块和导向判决模块，在对扫频点进行扫频后对信号进行极性判决，在极性判决完成后，再对纠偏后的信号进行导向判决。这种校准中心漂移的快速大频偏载波恢复方法不仅克服了传统的扫频加导向判决方法耗时太长的缺陷，而且克服了极性判决加导向判决方法的可纠正频偏太小的缺陷，使载波恢复方法兼具快速纠正和大频偏纠正的双重优点。

Description

用于有线数字电视的大频偏载波恢复系统及方法

技术领域

本发明属于数字信号传输领域，特别涉及用于有线数字电视的大频偏载波恢复系统及方法。

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。

在有线数字电视(DVB-C)的标准中，由于发射端发射的信号对于接收端来讲一切参数都是未知，且所发射的信号中不含有任何已知的训练序列，所以对于接收端来讲必须根据信号进行无数据辅助的载波恢复。传统的载波恢复方法分为：扫频加导向判决方法和极性判决方法加导向判决方法。扫频加导向判决方法可纠正的频偏范围较大，但是缺点是耗时较长。极性判决加导向判决方法的耗时短，但缺点是可纠正频偏范围小。

传统有线数字电视(DVB-C)的QAM解调器系统中，可以包含几个部分；1)、下变频模块；2)、自动增益控制(AGC)；3)、定时恢复；4)、自适应均衡；5)、载波恢复。但是对于传统的载波恢复方法中，扫频加导向判决方法的耗时太长，对于现在追求的速度更快，面积更小的设计理念不符合。极性判决加导向判决方法的可纠正频偏太小，直接就影响芯片的可纠正频偏的性能。

发明内容

为了克服扫频加导向判决方法耗时长和极性判决方法加导向判决方法可纠正频偏范围小的缺点，本发明的目的是提出一种易于实现的用于有线数字电视的大频偏载波恢复系统。

本发明采用的技术方案是，提出一种用于有线数字电视的大频偏载波恢复系统，包括：依次连接的自动增益控制模块、下变频模块、定时恢复模块、均衡模块和外接收机，还包括频偏纠正模块和载波恢复模块；所述的频偏纠正模块与均衡模块及载波恢复模块双向通信，并接收定时恢复模块发送的定时恢复数据；所述的载波恢复模块接收频偏纠正模块发送的数据，并对该数据进行扫频，扫到频点后，将频点值分别送入均衡模块和下变频模块。

本发明还提出一种用于有线数字电视的大频偏载波恢复方法，包括如下步骤：

a.通过自动增益控制模块101接收来自发射端的中频信号，并将接收的无符号数转化成有符号数据；

b.通过下变频模块102将发射的中频信号降为基带信号，并在扫频估计大频偏成功后，按数据的实际符号速率和下变频输出符号的速率将扫频估计的大频偏进行换算，纠正信号存在的大频偏，最后将新数据通过低通滤波器送给定时恢复模块；

c.通过定时恢复模块103恢复数字钟引起的采样频率偏差和采样相位差；

d.通过均衡模块104在载波恢复之前进行盲均衡，去除信号中大部分的噪声和干扰，为载波恢复提供符合要求的数据；在载波恢复锁定之后，进行最小均方自适应滤波均衡；

d.通过频偏纠正模块105在盲均衡成功结束后，接收盲均衡输出的数据和载波恢复估计出来的频偏，将盲均衡输出的数据纠正载波恢复输出的频偏后送给载波恢复估计剩余频偏，当频偏估计成功后，接收定时恢复送过来的数据和载波恢复送出来的频偏，将定时恢复输出的数据纠正载波恢复估计的频偏后送出给均衡模块进行最小均方自适应滤波均衡；

e.通过载波恢复模块106对大频偏进行纠正处理，包括扫频点选择、极性判决估偏和导向纠偏；

f.通过外接机对纠偏的数据进行解映射和RS解码。

与现有技术相比，本发明用于有线数字电视的大频偏载波恢复系统及方法，包括在载波恢复模块中使用相互连接的频点选择单元、极性判决估偏单元和导向纠偏单元，在对扫频点进行扫频后对信号进行极性判决，在极性判决估偏完成后，再对估偏后的信号进行导向纠偏。这种校准中心漂移的快速大频偏载波恢复方法不仅克服了传统的扫频加导向判决方法耗时太长的缺陷，而且克服了极性判决加导向判决方法的可纠正频偏太小的缺陷，使载波恢复方法兼具快速纠正和大频偏纠正的双重优点。

附图说明

图1是用于有线数字电视的大频偏载波恢复系统结构图；

图2是用于有线数字电视的大频偏载波恢复方法程序流程图；

图3是扫频频点变化示意图；

图4是极性判决结构示意图。

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。

本发明用于有线数字电视的大频偏载波恢复方法是一种将扫频、极性判决、导向判决三种方法同时利用的大频偏快速纠正的载波恢复方法。

扫频方法是以一个初始频率出发，以扫频步长递增，在每个调整周期(扫频时间间隔)内判决模块工作，然后根据星座判决前后信号计算均方误差(MSE)，在跟踪到载波频偏时MSE会显著下降，因此可以通过对MSE与门限值的比较确定是否扫到载波频率。另外，在捕获到载波时，鉴相器的输出值也会比较确定，因此也可以通过检测鉴相器与上一刻输出值的变化幅度判断是否捕获。

导向判决方法(Decision-Directed)将纠偏后的信号进行判决，利用原信号和判决信号得到鉴相器的输出：输入信号y(n)，纠偏后信号q(n)，对q(n)进行判决得到

令：

q(n)＝I(n)+jQ(n)                                                (1)

$\hat{q}\left(n\right)=\hat{I}\left(n\right)+j\hat{Q}\left(n\right)---\left(2\right)$

那么得到的鉴相器输出为：

$\begin{array}{c}\mathrm{\ψ}\left(n\right)=\mathrm{Im}\left[\frac{\hat{I}\left(n\right)\·Q\left(n\right)+I\left(n\right)\·\hat{Q}\left(n\right)}{\hat{I}{\left(n\right)}^2+\hat{Q}{\left(n\right)}^2}\right]\\ =I\left(n\right)\·(Q\left(n\right)-\hat{Q}\left(n\right))-Q\left(n\right)\·(I\left(n\right)-\hat{I}\left(n\right))\end{array}---\left(3\right)$

导向判决方法当载波频偏或相偏太大时，无法得到正确的符号判决值，也就无法实现载波同步，但这种方法相位抖动很小，比较适合环路的跟踪。

极性判决方法(Polarity-Decision)选取任意多的到原点距离较远点进行检测，并只考虑这些点所处的象限(即极性)。这种方法可用于高阶QAM的载波恢复：输入信号为y(n)，输出信号为q(n)。检测q(n)的功率是否满足条件：

q²(n)≥τ                                                         (4)

其中τ表示门限值，该值可根据所选择的星座点多少而改变。若上式满足，就进行极性判决，得到p(n)否则不进行极性判决，鉴相输出ψ(n)为0。

根据上面可得：

p(n)＝sgn[I(n)]+sgn[jQ(n)]                                  (5)

则：

$\mathrm{\ψ}\left(n\right)=\mathrm{Im}\left[\frac{I\left(n\right)+Q\left(n\right)}{\mathrm{sgn}\left[I\left(n\right)\right]+\mathrm{sgn}\left[\mathrm{jQ}\left(n\right)\right]}\right]---\left(6\right)$

其中sgn[X]表示X的符号，取值为±1。由于接受符号是等概的，上式也可看成是S曲线的简单闭环表达式。因为所选的信号都是关于对角线对称，所以极性判决方法的S曲线没有直流偏差，因此具有快速而强壮的捕捉性能。其星座点选取较少，则锁相误差小，同时由于选取的点在整个星座图中出现的概率较低，所以捕捉较慢；若星座点选取较多，则锁相误差较大，而捕捉较快。在设计时，可根据需要权衡。

参见图1，用于有线数字电视的大频偏载波恢复系统包括：依次连接的自动增益控制模块101、下变频模块102、定时恢复模块103、均衡模块104和外接收机107，还包括频偏纠正模块105和载波恢复模块106；所述的频偏纠正模块105与均衡模块104及载波恢复模块106双向通信，并接收定时恢复模块103发送的定时恢复数据；所述的载波恢复模块106接收频偏纠正模块105发送的数据，并对该数据进行扫频，扫到频点后，将频点值分别送入均衡模块104和下变频模块102。

用于有线数字电视的大频偏载波恢复方法，包括如下步骤：

a.通过自动增益控制模块101接收来自发射端的中频信号，并将接收的无符号数转化成有符号数据；

b.通过下变频模块102将发射的中频信号降为基带信号，并在扫频估计大频偏成功后，按数据的实际符号速率和下变频输出符号的速率将扫频估计的大频偏进行换算，纠正信号存在的大频偏，最后将新数据通过低通滤波器送给定时恢复模块；

c.通过定时恢复模块103恢复数字钟引起的采样频率偏差和采样相位差；

d.通过均衡模块104在载波恢复之前进行盲均衡，去除信号中大部分的噪声和干扰，为载波恢复提供符合要求的数据；在载波恢复锁定之后，进行最小均方自适应滤波均衡；

e.通过频偏纠正模块105在盲均衡成功结束后，接收盲均衡输出的数据和载波恢复估计出来的频偏，将盲均衡输出的数据纠正载波恢复输出的频偏后送给载波恢复估计剩余频偏，当频偏估计成功后，接收定时恢复送过来的数据和载波恢复送出来的频偏，将定时恢复输出的数据纠正载波恢复估计的频偏后送出给均衡模块进行最小均方自适应滤波均衡；

f.通过载波恢复模块106对大频偏进行纠正处理，包括扫频点选择、极性判决估偏和导向纠偏；

g.通过外接机107对纠偏的数据进行解映射和RS解码。

其中，上述的步骤e包括下列步骤：

f1.当盲均衡结束后，选择扫频点和扫频步长；

f2.频点选择后，分阶段用极性判决估计频偏；

f3.极性判决锁定后，进行导向判决鉴相，鉴相输出经过环路滤波器平滑后送投入数字压控振荡器；

f4.计算极性判决加导向判决估计频偏的统计平均值，判断该平均值与门限值的大小；如果平均值比门限值要小，说明扫频成功，可将扫频点送入下变频单元进行换算纠偏；如果平均值大于门限值，则认为扫频点错误，跳转到步骤f1重新选择频点。

其中，上述的步骤f2包括三个阶段，具体执行下列步骤：

f21.通过检测频偏值门限来估计频偏，如果检测的频偏值小于第一频偏值门限，则执行下一步；如果检测的频偏值大于第一频偏值门限，则继续重复本步骤；

f22.通过检测频偏值门限来估计频偏，如果检测的频偏值小于第二频偏值门限，则执行下一步；如果检测的频偏值大于第二频偏值门限，则继续重复本步骤；

f23.通过检测频偏值门限来估计频偏，如果检测的频偏值小于第三频偏值门限，则执行f3；如果检测的频偏值大于第三频偏值门限，则继续重复本步骤。

参见图2所示，用于数字电视的大频偏载波恢复方法程序流程图的主要步骤如下：

1、201单元表示盲均衡结束，系统可以启动载波恢复模块，开始频偏估计。

2、202单元是扫频点选择单元，扫频步长必须小于极性判决加导向判决算法最大可纠频偏。然后根据实际需要，选择所需要的频点个数。

3、频点选择后，开始极性判决估计频偏，203到207单元都是在做极性判决。由于极性判决在不同的阶段会有不同的对应的参数和选取不同的星座点。可以根据需要分阶段完成极性判决。本例中选择三个阶段完成极性判决。

4、极性判决锁定后，进入208单元，按式(3)式进行导向判决鉴相。同理，鉴相输出也要经过环路滤波器平滑后送投入数字压控振荡器。

5、209单元，在进入导向判决一段时间后，计算极性判决加导向判决估计频偏的统计平均值，判断该平均值与门限值的大小。如果平均值比门限值要小，说明扫频成功，可将扫频点送入102下变频单元进行换算纠偏。如果平均值大于门限值，则认为扫频点错误，跳转到202单元重新选择频点。

参见图3所示，扫频频点变化是从零频点开始，然后±f、±2f、......。扫频方法可以线性扫频，也可以非线性扫频。在本发明的实施例中采用了线性扫频方式。

参见图4所示，极性判决模块包括频偏纠正模块401、功率监测模块402、极性判决模块403、鉴相模块404、环路滤波器405和数字控制振荡器406。其中极性判决过程包括以下步骤：

1、频偏纠正模块401完成将输入信号纠正扫频和估计出来的频偏。

2、功率监测模块402根据极性判决的不同阶段，选择不同的功率半径，将接收于偏纠正模块401的符号进行功率检测。如果符号功率大于选择的功率半径，则进行下一步，否则极性判决输出频偏估计值为0。

3、极性判决模块403将符号功率检测通过的符号进行极性判决，即将符号判决到所属象限的对角线上。

4、鉴相模块404接收纠偏后的符号和极性判决后的符号，按(6)式进行极性判决估计频偏。

5、环路滤波器405在鉴相后将鉴相输出的频偏通过环路滤波器进行平滑处理，由于极性判决有好几个阶段，相应的环路滤波器的系数也要根据极性判决阶段的不同而改变。

6、数字控制振荡器406接收环路滤波后的估计频偏和扫频点频偏进行累加，得到对应符号的角度，并通过查表得到对应符号角度的正弦值和余弦值，送入偏纠正模块401进行纠偏。

应当注意的是：环路滤波器的系数应该根据极性判决阶段的不同而改变。

本发明用于有线数字电视的大频偏载波恢复系统及方法，包括在载波恢复模块中使用相互连接的频点选择单元、极性判决估偏单元和导向纠偏单元，在对扫频点进行扫频后对信号进行极性判决，在极性判决估偏完成后，再对估偏偏后的信号进行导向纠偏。这种校准中心漂移的快速大频偏载波恢复方法不仅克服了传统的扫频加导向判决方法耗时太长的缺陷，而且克服了极性判决加导向判决方法的可纠正频偏太小的缺陷，使载波恢复方法兼具快速纠正和大频偏纠正的双重优点。

Claims (8)

1.一种用于有线数字电视的大频偏载波恢复系统，其特征在于包括：依次连接的自动增益控制模块、下变频模块、定时恢复模块、均衡模块和外接收机，还包括频偏纠正模块和载波恢复模块；所述的频偏纠正模块与均衡模块及载波恢复模块双向通信，并接收定时恢复模块发送的定时恢复数据；所述的载波恢复模块接收频偏纠正模块发送的数据，并对该数据进行扫频，扫到频点后，将频点值分别送入均衡模块和下变频模块；

所述均衡模块在载波恢复之前进行盲均衡，去除信号中大部分的噪声和干扰，为载波恢复提供符合要求的数据；在载波恢复锁定之后，进行最小均方自适应滤波均衡；同时跟踪信道变化。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述载波恢复模块包括扫频点选择单元、极性判决估偏单元和导向纠偏单元。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于：所述的扫频点选择单元采用线性扫频方法或非线性扫频方法进行扫描。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于：所述的极性判决估偏单元包括频偏纠正模块、功率监测模块、极性判决模块、鉴相模块、环路滤波器和数字控制振荡器；所述频偏纠正模块输出两路信号，第一路信号经顺序连接的功率监测模块、极性判决模块、鉴相模块、环路滤波器和数字控制振荡器后送回到频偏纠正模块，所述频偏纠正模块的第二路信号直接输送到鉴相模块。

5.一种用于有线数字电视的大频偏载波恢复方法，其特征在于包括如下步骤：

a.通过自动增益控制模块（101）接收来自发射端的中频信号，并将接收的无符号数转化成有符号数据；

b.通过下变频模块（102）将发射的中频信号降为基带信号，并在扫频估计大频偏成功后，按数据的实际符号速率和下变频输出符号的速率将扫频估计的大频偏进行换算，纠正信号存在的大频偏，最后将新数据通过低通滤波器送给定时恢复模块；

c.通过定时恢复模块（103）恢复数字钟引起的采样频率偏差和采样相位差；

d.通过均衡模块（104）在载波恢复之前进行盲均衡，去除信号中大部分的噪声和干扰，为载波恢复提供符合要求的数据；在载波恢复锁定之后，进行最小均方自适应滤波均衡； 

e.通过频偏纠正模块（105）在盲均衡成功结束后，接收盲均衡输出的数据和载波恢复估计出来的频偏，将盲均衡输出的数据纠正载波恢复输出的频偏后送给载波恢复估计剩余频偏，当频偏估计成功后，接收定时恢复送过来的数据和载波恢复送出来的频偏，将定时恢复输出的数据纠正载波恢复估计的频偏后送出给均衡模块进行最小均方自适应滤波均衡；

f.通过载波恢复模块（106）对大频偏进行纠正处理，包括扫频点选择、极性判决估偏和导向纠偏；

g.通过外接机对纠偏的数据进行解映射和RS解码。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于步骤f包括下列步骤：

f1.当盲均衡结束后，选择扫频点和扫频步长；

f2.频点选择后，分阶段用极性判决估计频偏；

f3.极性判决锁定后，进行导向判决鉴相，鉴相输出经过环路滤波器平滑后送投入数字压控振荡器;

f4.计算极性判决加导向判决估计频偏的统计平均值，判断该平均值与门限值的大小；如果平均值比门限值要小，扫频成功，将扫频点送入下变频单元进行换算纠偏;如果平均值大于门限值，则认为扫频点错误，跳转到步骤f1重新选择频点。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于步骤f2包括三个阶段，具体执行下列步骤：

f21.通过检测频偏值门限来估计频偏，如果检测的频偏值小于第一频偏值门限，则执行下一步；如果检测的频偏值大于第一频偏值门限，则继续重复本步骤；

f22. 通过检测频偏值门限来估计频偏，如果检测的频偏值小于第二频偏值门限，则执行下一步；如果检测的频偏值大于第二频偏值门限，则继续重复本步骤；

f23. 通过检测频偏值门限来估计频偏，如果检测的频偏值小于第三频偏值门限，则执行f3；如果检测的频偏值大于第三频偏值门限，则继续重复本步骤。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于:所述的扫频方法为线性扫频或非线性扫频。

Images