CN1056953C - 高清晰度电视接收机的解调系统 - Google Patents
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Abstract
一种高清晰度电视接收机解调系统，包括一个调谐电路，按照输入的环路控制信号从多个接收的RF信号选出一个信号并将所选的信号变换为IF信号，一个用于产生正弦波信号的振荡电路，一个滤波电路，它只通过包含IF信号中的HDTV载波信息的导频信号和删除其它信号，和一个FPLL电路，用于执行预定的算法以形成一个环路控制信号，该环路控制信号用于同步导频信号的频率及相位和该正弦波的频率及相位，并且提供该环路控制信号到该调谐电路。
Description
本发明涉及高清晰度电视接收机，特别是涉及高清晰度(HD)电视接收机的解调系统。
在选择用于美国HD电视传输系统制式的残余边带(VSB)系统中，采用一个频率和相位锁定环路(FPLL)实现载波的同步。
FPLL是用于恢复经过天线接收的多个射频(RF)信号中由调谐器选择的载波频率和相位。由FPLL恢复的载波用作一个环路控制信号将接收到调谐器的RF信号变换为低频带的信号。
图1是由美国Zenith有限公司使用的一种HDTV解调系统的方框图。
参见图1，该系统大体上说包括一个调谐电路10，其根据一个输入环路控制信号从多个RF信号中选择一个RF信号并且将选择的载波变换为一个中频信号；一个振荡电路20，用于产生一个正弦波信号；和连接到调谐电路10的一个FPLL 30，用于使中频信号的相位和频率同步的环路控制信号包括使用预定算法所选择的和从调谐电路10输出的具有从振荡电路20输出的正弦波相位与频率的载波。
在图1中，调谐电路10包括：用于接收多个RF信号的天线10a；一个双变换调谐器10b；用作第一振荡器的一个频道选择器10c，用于按照用户的选择来选择双变换调谐器10b接收的一个RF信号和将所选的载波变换为第一中频信号；用作第二振荡器的一个压控振荡器(VCO)10d，用于将第一中频信号变换为在一般电路中容易处理的频带的第二中频信号；一个声表面波(SAW)滤波器10e，用于滤波经过调谐器10b输出的第二中频信号；和一个放大器10f，用于放大从SAW滤波器10e输出的第二中频信号。
FPLL 30包括：一个移相器30a，用于将从振荡电路20输出的正弦波的相位移动一个预定的角度(这里为90°)；一个第二乘法器30b，用于将从调谐电路10输出的第二中频信号乘以移相器30a的输出信号并且输出该乘法的结果作为I频道差频信号；一个第三乘法器30c，将从振荡电路20输出的正弦波信号乘以从调谐电路10输出的第二中频信号并且输出该结果作为Q频道差频信号；一个自动滤波控制(AFC)低通滤波器30d，它只通过I频道差频信号中的一个信号的预定低频带并且按照该I频道差频信号的频率改变该信号的相位；一个限幅器30e用于放大和限幅由AFC低通滤波器30d输出的信号到预定的放大倍数；一个第四乘法器30f，用于将第三乘法器30c的输出信号乘以限幅器30e的输出信号；和一个自动相位控制(APC)低通滤波器30g，它只通过第四乘法器30f输出信号中信号的一个预定低频段并且将所通过的信号提供到调谐电路10的VCO 10d，作为校正所选载波的频率为一个预定频率的一个环路控制信号。
在图1中，FPLL 30可进一步包括一个模拟/数字(A/D)转换器30h，用于将I频道的第二乘法器30b输出的I频道信号变换为数字信号并且将该数字信号发送到其它频道组。
下面详细叙述图1解调系统的操作。
在经过天线10a接收的多个RF信号中，由在双变换调谐器10b中的频道选择器10c选择一个载波并且将其变换为第一中频(IF)信号。
第一IF指定落入不受其它RF频道信号干扰的频段内。
利用第二振荡器VCO 10d经过双变换调谐器10b的一个放大器和带通滤波器(未示出)，第一IF信号被变换为第二IF信号。
第二IF频率信号具有一个在一般电路中容易处理的频段，而且即使被大倍数放大和被滤波时也不干扰其它RF频道信号。
在这种情况下，使用IF频段，因为将RF信号检测为低频段信号时，与将RF信号直接变换为低频段信号的这种情况相比，将RF信号首先变换为一个IF信号并滤波及放大，然后再变换为低频段信号的情况减少了对视频信号的失真。
从双变换调谐器10b输出的第二IF信号经过SAW滤波器10e和IF放大器10f被变换为一个合适的形式。IF信号载波在FPLL30的第二乘法器30b和第三乘法器30c中被乘以从末级振荡器即振荡电路20输出的正弦波，然后变换为一个低频段信号。
FPLL 30产生两个频道信号，即I频道信号和Q频道信号。它们具有一个预定的相位差(在这里为90°)。
低频段信号的I频道信号由A/D变换器30h数字化并且输出到其它频道组，用于视频数据检测。
为使I频道信号与从一个发送方的一个广播站发送的低频段信号相符，从HDTV振荡器20输出的正弦波的频率和相位必须与从调谐电路10选择和输出的IF信号载波的最后的信号频率和相位精确地一致。
使它们的频率和相位相一致的一个方法是在振荡电路20的正弦波和IF信号载波之间固定一个，然后改变另一个。
图1中选择的方法是，其中振荡电路20固定作为基准振荡器，而IF信号载波的频率和相位被改变。
为了改变最后的IF信号载波的频率和相位，用于形成第二IF信号的VCO 10d的振荡频率被改变。
按照合适的算法来操作FPLL可得到VCO 10d振荡频率的瞬时方向和幅度，该FPLL产生都是低频段信号的I频道信号和Q频道信号。
FPLL 30的目的是为了找到到该方向和幅度。下面叙述FPLL 30的操作。
如果IF载波信号的最后频率与从振荡电路20即基准振荡器输出的正弦波的频率不一样，则相应于这两个频率间之差的差频在低频段是一个很大的值。
按照移相器30a，振荡电路20的正弦波在I频道的第二乘法器30b和Q频道的第三乘法器30c中具有90°的相位差，将其各自乘以最后的IF信号。其结果，I频道信号和Q频道差频信号具有90°的相位差。这里，我们假定Q频道差频信号是在图2A、2B和2C上部所示的波形。
I频道差频信号通过具有图3A的电路结构和图3b特性的AFC低通滤波器30d。AFC低通滤波器起着按照I频道差频信号的频率来改变相位的功能。
如图3B中所示，如果I频道差频信号频率为f1，则它的相位偏移90°。
当AFC低通滤波器30d的输出信号通过限幅器30e放大和限幅时，其波形对应于图2A、2B和2C中间的波形。
FPLL 30的第四乘法器30f将在图2A、2B和2C的上部波形和在其中间的波形相乘，因而输出位于图2A、2B和2c下部的波形。
从第四乘法器30f输出的信号经过APC低通滤波器30g输入到调谐电路10的VCO 10d，因而将它们的振荡频率校正为预定的频率。
对应于图2A、2B和2C下部波形的APC低通滤波器30g的输出信号是FPLL 30的输出信号并且称为环路控制信号。
假定从振荡电路20输出的正弦波频率是F0，而所选的载波的最后IF信号载波频率是f0，图2A表示在f0＜F0情况下的波形。图2B表示在f0≌F0的情况下的波形。图2C表示在f0＞F0的情况下的波形。
下面将进一步详细地说明FPLL 30的操作。
如果f0和F0是接近的值，由于I频道差频信号的频率f1很小，所以从AFC低通滤波器30d输出的信号的相移很小。
因此，正如在初始状态那样，I频道差频信号和Q频道差频信号之间保持90°的相位差。用于将已限幅的I频道差频信号乘Q频道差频信号的第四乘法器30f提供FPLL输出信号，正如在图2A中的环路控制信号那样，其平均值为“0”。
如果F0-f0＝f1≠0，即在频率同步化的过程中，正方向的相移正比于AFC低通滤波器30d中的频差f1。这里，FPLL输出信号与图2A相同。
如果F0-F0＝-f1≠0，即在另一个频率同步化的过程中，负方向的相移正比于频差f1。FPLL 30的输出信号如图2C中所示的那样。
其结果，按照I频道差频信号的频率变化，FPLL输出如图4中所示的“s”曲线。在这里，“S”曲线的中心点是F0＝f0。
如果F0和f0具有相同的频率但不同的相位，在相位同步化的过程中，如图5中所示，被限幅的I频道差频信号保持值“1”，而Q频道差频信号具有正比于相位差θ的幅度的一个值。
图1的Q频道环路具有与一般PLL环路相同的特性并且起着减少相位差θ的作用。
FPLL 30的输出信号会聚于“0”，如图5中所示。
正如上面所述，图1中解调系统的FPLL 30使用振荡电路20即一个基准振荡器的正弦波的差频信号和所选的载波，以便提取环路控制信号用于使载波的频率与相位和基准正弦波同步。
但是，由于IF信号包含一般信息数据以及载波，所以提取如图2A、2B和2C上部的波形那样清楚的I频道差频信号和Q频道差频信号是困难的。而它们的平均值具有这样的波形。
HDTV广播被标准化为具有普通NTSS广播的同时扩播的方式(Simulcase)。在这种条件下，如果存在着通常使用HDTV广播频道的NTSC广播信号的干扰，如在图6中所示，作为干扰波的NTSC视频载波产生具有从振荡电路20即基准振荡器输出的正弦波信号的差频信号，类似于该载波，即预定的HDTV频道的导频信号。
在这种情况下，同步频率和相位的FPLL 30的操作原理是不适用的并且不能实现HDTV频道载波的同步。
为了防止NTSC视频载波的干扰，美国的Zenith有限公司建议了如图7中所示的HDTV解调系统。
该解调系统几乎与图1的系统相同但又不完全相同。
在与图1相同的结构中，图7的解调系统包括调谐电路10，振荡电路20和FPLL 30。这个解调系统还包括加到FPLL 30的I频道和Q频道的两个相同的方框30A和30B，以便去掉NTSC视频载波。
方框30A插入在I频道的第二乘法器30b和AFC低通滤波器30d之间，而方框30B插入在Q频道的第三乘法器30c和第四乘法器30f之间。
方框30A包括一个A/D转换器30i，用于转换差频信号为数字信号，一个NTSC消除滤波器30j，用于消除A/D转换器30i的输出信号中的图6所示的NTSC视频载波，和一个D/A转换器30k，用于转换NTSC消除滤波器30j的输出信号为模拟的信号。
用于消除Q频道中的NTSC视频载波的方框30B也包括一个A/D转换器30l，一个NTSC消除滤波器30m和一个D/A转换器30n。
如本技术领域公知的那样，NTSC消除滤波器30j和30m是一个数字梳状滤波器。为此，为了操作NTSC消除滤波器30j和30m，用于数字化I频道差频信号和Q频道差频信号的A/D转换器30i和30l连接到各自的前端。D/A转换器30k和30n连接到NTSC消除滤波器30j和30m的后端，以便以一种模拟方式处理消除了NTSC视频载波的I频道差频信号和Q频道信号。
在图7的结构中，为了消除NTSC视频载波的干扰和改善FPLL30的性能，数字处理部分如D/A转换器和A/D转换器被加入FPLL中，导致复杂的硬件。而且，这增加了将数字噪声引入模拟噪声的可能性。
因此，本发明的一个目的是提供用于HDTV的一个解调系统，在IF信号输入FPLL之前从HDTV的IF信号中预先除去HDTV导频信号外的信息信号，以及NTSC视频载波，因此增强了FPLL的性能而不使硬件复杂。
为了实现本发明的目的，本发明提供了一种用于HDTV的解调系统，包括：一个调谐电路，用于从多个接收的RF信号中选择出一个信号并按照输入环路控制信号将所选的信号转换为一个IF信号；一个振荡电路，用于产生正弦波信号；滤波装置，只通过包含IF信号中的HDTV载波信息的一个导频信号并且删除剩余部分；和一个FPLL装置，用于执行预定的算法，以形成一个环路控制信号，该环路控制信号用于将导频信号的频率和相位与正弦波的频率和相位同步，并将环路控制信号提供给调谐电路。
通过下面结合附图详细叙述的一个优选实施例，将使本发明的上述目的和优点更加清楚。
附图简要说明
图1是HDTV接收机的常规解调系统的方框图；
图2A、2B和2C是图1中所示的FPLL的各个部分的操作波形；
图3A是图1的AFC低通滤波器的电路图；
图3B是图1的AFC低通滤波器的频率特性图；
图4是表示图1的FPLL特性的“S”形曲线图；
图5是表示图1所示的FPLL的相位同步过程的曲线图；
图6是包含在低频段中的信号图；
图7是用于消除NTSC视频载波干扰的HDTV的常规的解调系统的方框图；
图8是本发明中采用的带通滤波器特性图；
图9是用于本发明的HDTV解调系统的方框图。
参见图8，低频段信号基本上由信息数据和导频信号组成，该导频信号是在发送方被加入的一个正弦波信号。如果在相同的频道上出现NTSC视频信号和在一个NTSC公共频道中存在着干扰，则一个NTSC视频载波被加入HDTV的信息数据区，作为与HDTV导频信号类似大小的一个信号。这里，为了使得FPLL有效，只需要该导频信号，其它信号应予删除。
为此目的，如图8中所示，一个滤波装置诸如只通过HDTV IF信号中的该导频信号的一个带通滤波器可接到该调谐电路的输出。
本发明使用这样一个滤波装置的特性。
参见图9，该解调系统包括一个调谐系统10，用于从多个接收的RF信号中选择出一个信号并按照输入的环路控制信号将已选择的信号转换为一个IF信号；一个用于产生正弦波信号的振荡电路20；一个滤波电路40；用于只通过包含在该IF信号的HDTV载波信息中的导频信号和删除其余信号；一个FPLL 30，用于执行预定的算法以便形成环路控制信号，用于将该导频信号的频率和相位与该正弦波的频率和相位同步，并且将环路控制信号提供到调谐电路10；一个第一乘法器50，用于将在FPLL 30中相移一个预定角度(90°)并从振荡电路20输出的正弦波信号乘以从调谐电路10输出的IF信号而形成一个低频段信号；和一个A/D转换器60，为了随后的数字信号处理的目的而将从第一乘法器50输出的低频段信号转换为数字信号。
这里，调谐电路10和FPLL 30的结构与图1和图7中的结构相同。故不再对它们进行详细叙述。
在图9中，一般的带通滤波器可用作滤波电路40。
下面将详细叙述本发明的HDTV解调系统的操作。
经过天线10a接收的多个RF信号中的一个信号是按照频道选择器10C提供的第一振荡频率由双变换调谐器10b选择的，并被变换为第一IF信号。
响应从双变换调谐器10b输入的环路控制信号，根据从VCO10d提供的第二振荡频率，该第一IF信号的频率被变换为第二IF信号。
第二1F信号经过SAW滤波器10e和IF放大器10f被形成为合适的幅度和频率的最后IF信号。
这里，IF放大器10f的输出信号是通过两个路径输出的。
首先，通过的一个路径为，最后IF信号从振荡电路20(基准振荡器)输出并被FPLL 30的移相器30a相移90°的正弦波信号在第一乘法器50中相乘。相乘后的信号号被变换为低频段信号。
该低频段信号在A/D转换器60中被变换为数字信号并且被提供作为随后数字信号处理端口的输入信号。
其它情况仅与FPLL 30有关。
如图8中所示，对于FPLL30而言，HDTV信息数据和NTSC视频载波是无意义的。FPLL 30只要求包含HDTV载波信息的导频信号。
为此，如果NTSC广播信号出现在相同频道中，则要求将HDTV信号数据和NTSC视频载波除去。
在本发明中，作为滤波电路40的一个带通滤波器被接到调谐电路10的输出端口，即IF放大器10的输出端口。
其中，带通滤波器的频谱特性如图8中所示，其结果是只通过IIDTV的导频信号并删去其余部分信号。在这里边缘明显陡的特性并不重要。因此，不需要昂贵的带通滤波器。
利用通过滤波电路40的导频信号作为输入信号的FPLL 30，执行与图1和图7的常规FPLL 30相同的算法，因而提供环路控制信号并用于将对应于所选的HDTV频道的载波相位和频率与从振荡电路20即基准振荡器输出到调谐电路10的VCO 10d的正弦波信号的相位和频率同步。
换句话说，从振荡电路20输出的正弦波信号和从滤波电路40输出的表示为载波的导频信号通过利用移相器30a和第二乘法器30b及第三乘法器30c被变换为I频道差频信号和Q频道差频信号，这两个差频信号都是低频段信号。I频道差频信号通过AFC低通滤波器30d和限幅器30e进行处理。
从限幅器30e输出的I频道差频信号在第四乘法器30f中被与Q频道的差频信号相乘，因而形成一个FPLL控制信号，即环路控制信号。相乘后的信号经过APC低通滤波器30g加到调谐电路10的VCO 10d。
最后，本发明取得以下效果。
第一，本发明可直接用于规范的美国HDTV大联盟传输系统。
第二，由于一个带通滤波器被接到IF信号的输出端，因而通过预先除去除导频信号之外的不需要的信息数据，故可减少FPLL的抖动。
第三，即使由于NTSC广播信号在低频段HDTV信号中出现同频道干扰，利用接到IF信号输出端口的一个模拟带通滤波器，干扰可以容易地被删除。使常规的过程简化，在该常规过程中该低频段信号通过一个A/D转换器、作为NTSC消除滤波器的一个数字梳状滤波器和一个D/A转换器，上述则简化了FPLL的结构。
第四，因不需要数字梳状滤波器和D/A转换器，故将不会由于数字信号和模拟信号的混合而可能产生噪声。
Claims (6)
1、一种高清晰度电视接收机(HTDV)的解调系统，包括：
一个调谐系统(10)，根据输入的环路控制信号从多个接收的射频(RF)信号中选出一个RF信号并将所选的信号转换为中频(IF)信号；
一个振荡电路(20)，用于产生正弦波信号；
其特征在于，所述的解调系统还包括：
滤波装置(40)，通过导频信号包括所述IF信号中的HDTV载波信息并删除其余信号；和
频率和相位锁定环路(FPLL)装置(30)，用于执行预定的算法以形成一个环路控制信号，该环路控制信号用于将所述导频信号的频率和相位与所述正弦波的频率和相位同步，并用于将所述环路控制信号提供到所述调谐电路(10)。
2、根据权利要求1的解调系统，其中，进一步包括：
第一乘法器(50)，用于将从所述振荡电路(20)输出的并在所述FPLL装置(30)中相移一个预定角度的(90°)所述正弦波信号与从所述调谐电路(10)输出的IF信号相乘，因而形成一个低频段信号；和
一个模/数(A/D)转换器(60)，为实现随后的数字信号处理，将从所述第一乘法器(50)输出的所述低频段信号转换为数字信号。
3、根据权利要求1的解调系统，其中，所述FPLL装置(30)通过对从所述振荡电路(20)输出的所述正弦波信号的频率及相位进行固定并对包含从所述滤波装置(40)输出的载波的导频信号相位及频率进行改变而提供一个环路控制信号。
4、根据权利要求1的解调系统，其中，所述滤波装置(40)是一个带通滤波器。
5、根据权利要求1的解调系统，其中，所述调谐电路(10)包括：
一个天线(10a)，用于接收多个RF信号；
一个双变换调谐器(10b)；
作为第一振荡器的一个频道选择器(10c)，按照用户的选择从所述双变换调谐器(10b)接收的所述RF信号中选择出一个信号并将所选的载波转换为第一中频信号；
用作第二振荡器的一个压控振荡器(VCO)(10d)，用于将所述第一中频信号变换为一般电路容易处理的频段的第二中频信号；
一个声表面波(SAW)滤波器(10e)，用于对经过所述调谐器(10b)输出的第二中频信号滤波；和
一个IF放大器(10f)，用于对从所述SAW滤波器(10e)输出的第二中频信号放大。
6、根据权利要求1的解调系统，其中，所述FPLL装置(30)包括：
一个移相器(30a)，用于以一个预定的角度在这里为90°对从所述振荡电路(20)输出的所述正弦波的相位进行相移；
第二乘法器(30b)，用于将从所述调谐电路(10)输出的第二中频信号与所述移相器(30a)的输出信号相乘并且输出其相乘的结果，将其作为I频道差频信号；
第三乘法器(30c)，用于将从所述振荡电路(20)输出的所述正弦波信号与从所述调谐电路(10)输出的第二中频信号相乘并且输出其结果，将其作为Q频道差频信号；
一个自动滤波控制(AFC)低通滤波器(30d)，它只通过所述I频道差频信号中预定低频段信号并且按照所述I频道差频信号的频率改变该信号的相位；
一个限幅器(30e)，用对所述AFC低通滤波器(30d)的输出信号进行放大和限幅至预定的放大程度；
第四乘法器(30f)，用于将所述第三乘法器(30c)的输出信号与所述限幅器(30e)的输出信号相乘；和
一个自动相位控制(APC)低通滤波器(30g)，它只通过所述第四乘法器(30f)输出信号中预定的低频段信号并且将通过的信号提供到所述调谐电路(10)的所述VCO(10d)，作为用于校正所选载波频率为一个预定频度的环路控制信号。
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