CN1085922C - 自动增益控制电路及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种高清晰度信号接收机的AGC电路，包括：产生第一AGC信号的非相干AGC信号发生器；产生第二AGC信号的相干AGC信号发生器；和选择器，当检测到段同步信号时选择第二AGC信号而当未检测到段同步信号时选择第一AGC信号并将其提供给调谐器/IF解调器。在系统稳定之前，利用非相干AGC方法在短时间内控制收到信号的幅度；而在检测到段同步信号后，利用相干AGC方法更准确地控制收到信号的幅度。

Description

自动增益控制电路及其方法
本发明涉及接收高清晰度信号的接收机，具体涉及到高清晰度电视(以下写作HDTV)接收机的自动增益控制电路及其方法。
通常，在发送机发送的射频(RF)信号中，信号的幅度在传输期间受到各种信道环境的影响而改变，并被接收机接收。在自动增益控制中(以下写作AGC)，幅度剧烈变化的接收信号的幅度被一致控制到一个预定的电平，这对数字信号处理系统很重要。当收到信号的幅度改变时，由于在接收机中很难进行适当的解调所以不可能再现原始信号。
美国专利5,451,948中提供了一种常规的用于具有数字信号处理器的RF接收机的AGC电路。在模数(A/D)转换期间，由于使用中频(IF)信号所以在上面提到的专利中提供的常规AGC电路中，要求采样时钟频率要大于两倍的中频(IF)信号频率。因此，当实现AGC电路时，必需采用具有极快运行速度的昂贵器件。而且，当前端AGC信号送到后端AGC回路时需要正确调整定时，并且由于使用输入信号所以AGC操作不稳定。尤其是，当AGC电路应用于GA-HDTV(大联盟-HDTV)系统时，由于残留边带(VSB)(GA系统的传输信号标准)的特性，该AGC电路只起到极小的作用。
本发明的一个目的是提供一种自动增益控制(AGC)电路，用于在接收高清晰度信号的接收机中，利用收到信号的幅度和段同步信号的平均幅值，补偿在传输期间由于信道环境导致的收到信号幅度中的变化，而且还用于维持幅度在同一电平上。
本发明的另一目的是提供一种AGC方法，用于在接收高清晰度信号的接收机中，利用收到信号的幅度和段同步信号的平均幅值，维持收到信号在同一电平上。
为了实现第一个目的，本发明提供了一种用于一接收机中的自动增益控制(AGC)电路，该接收机包括：调谐器/IF解调器，用于接收包括多个段的高清晰度信号，其中每个段均是由段同步信号和预定数目码元组成的，同时它还用于根据自动增益控制信号输出预定电平的中频(IF)信号；同步信号检测器，用于检测IF信号中的段同步信号。该AGC电路包括：非相干(non-coherent)AGC信号发生器，根据IF信号幅度产生第一AGC信号；相干(coherent)AGC信号发生器；根据段同步信号的幅值产生第二AGC信号；选择器，用于当检测到段同步信号时选择第二AGC信号，而当未检测到段同步信号时选择第一AGC信号，并提供被选信号给调谐器/IF解调器作为AGC信号。
为实现第二个目的，本发明提供了一种接收机采用的AGC方法，该接收机用于接收包括多个段的HDTV信号，其中每个段是由段同步信号和预定数目码元组成的；用于根据AGC信号输出具有统一幅度的中频(IF)信号；用于检测IF信号中的段同步信号。该AGC方法包括步骤：检测输入IF信号幅度和预先设置的第一参考值之间的差异并产生第一AGC信号；检测段同步信号幅度和预先设置的第二参考值之间的差异并产生第二AGC信号；当检测到段同步信号时选择第二AGC信号，而当未检测到段同步信号时选择第一AGC信号，并提供AGC信号。
本发明的上述目的和优点将通过参照附图详细描述其优先实施例而变得更加清楚：
图1所示为本发明采用的高清晰度电视的整体结构的框图；
图2所示为GA-HDTV格式的数据段的结构；
图3为表示按照本发明实施例的自动增益控制电路结构的电路图。
如图1所示的本发明的HDTV中，调谐器/IF解调器102将通过天线(未示出)接收到的信号转化为预定频率的IF信号。一模/数(A/D)转换器104将调谐器/IF解调器102提供的模拟IF信号转换为数字信号。数字频率和相位锁定环路(DFPLL)106利用从A/D转换器104输出的数据中包括的导频信号来恢复载波，并且将恢复的载波与A/D转换器104的输出数据相乘从而解调载波以得到基带数据。
匹配滤波器108将DFPLL106输出的解调后的基带信号与一预传输信号匹配。一码元定时恢复器110利用匹配滤波器108的输出信号恢复码元定时。
同步信号检测器112利用匹配滤波器108的输出信号检测各种同步信号，并提供同步信号给相应的部件。该同步信号检测器112得到从匹配滤波器108输出的以4个码元为单元的数据相关联值，把得到的相关联值以一个段为单元累加，并且利用四个数据段同步码元的相关联值具有最大值这一事实，在每个数据段检测到最大相关联累计值的位置处产生一段同步信号。图2所示为残留边带(VSB)的数据段的结构。
在图2中，由828个码元数据和4个码元数据段同步构成的832个码元(208个字节)构成一个数据段。该数据段同步信号插入在八个电平(±7，±5，±3，±1)数字数据流的相应数据段的开始部分。此时，数据段同步信号由同一格式形成，其中四个码元的值分别为+5，-5，-5和+5，余下数据可在八个电平中选择一电平值。FEC表示前向差错码。
电压控制振荡器(VCO)114输出一个码元时钟信号给A/D转换器104作为采样时钟信号，用于调整在码元定时恢复器110中恢复的码元定时。
NTSC去除滤波器116去除从匹配滤波器108的输出中的NTSC信号的载波分量，从而防止在HDTV信号和NTSC信号同时无线传送的信道环境中由于NTSC信号造成的HDTV信号的劣化。均衡器118去除当被传输的信号通过传输信道时产生的多路径噪声。该多路径器噪声使HDTV信号产生频率失真。
相位跟踪环(PTL)电路120去除在DFPLL电路106中没有被去除的相位噪声，即相位差错。格构解码器122对PTL电路120的输出进行削波(slicing)和卷积解码操作从而防止它受到突发干扰如脉冲噪声或NTSC共道干扰。
去交错器124将格构解码器122的输出去交错。一里德索罗门(Reed-Solomon(R/S))解码器126利用奇偶性校正去交错后的数据中的差错。去随机化发生器128将差错校正后的数据输出为伪随机序列(PRS)码。
AGC电路200响应从A/D转换器104输出的信号的幅度和从同步信号检测器112检测到的段同步信号，根据从匹配滤波器108输出的段同步信号的平均幅值产生AGC信号，并将该信号提供给调谐器/IF解调器100。调谐器/IF解调器100根据AGC信号控制IF信号的幅度。
图3是按照本发明实施例的HDTV接收机的AGC电路的电路框图。
本发明的AGC电路200的非相干AGC信号发生器210包括：用于将图1的A/D转换器104的输出信号锁存的第一锁存器211，用于得到第一锁存器211的输出的绝对值的绝对值电路212，用于从第一参考值中减去绝对值电路212的输出的第一减法器213，用于根据第一减法器213的输出控制增益的第一增益控制器214。
相干AGC信号发生器220包括：用于将从图1中匹配滤波器108输出的信号以4码元为单元相加的4码元加法器221，用于将4码元加法器221的输出相除以得到平均值的除法器222，用于根据图1中同步信号检测器112检测到的段同步信号将除法器222的输出锁存的第二锁存器223，用于从第二参考值中减去第二锁存器223的输出的第二减法器224，用于根据第二减法器224的输出控制增益的第二增益控制器215。这里，三个单元的码元延迟器在4码元加法器221中串接在一起。该4码元加法器221包括一个加法器221.4，用于将单元码元延迟器221.1到221.3的各自输出相加。
由多路转换器构成的选择器230选择非相干AGC信号发生器210的输出信号或相干AGC信号发生器220的输出信号。数字累加器240将选择器230的输出信号累加。数/模(D/A)转换器250将数字累加器240的输出信号转换为模拟信号。低通滤波器260对D/A转换器250的输出信号滤波。放大器270将滤波后的信号放大并将放大后的AGC信号输送到图1中所示的调谐器/IF解调器102。
图3所示的装置的操作将参照图1予以描述。
在图3中，非相干AGC信号发生器210的第一锁存器211保持图1中A/D转换器104输出的HDTV信号。绝对值电路212得到所有从第一锁存器211输出的信号的绝对值并将所有信号转换为正值。
第一减法器213从第一参考值中减去绝对值电路212的输出信号。当绝对值电路212的输出信号大于第一参考值时，第一减法器213的输出是负值。当绝对值电路212的输出信号小于第一参考值时，第一减法器213的输出是正值。这里第一参考值可以是通过实验得到的常数。
第一增益控制器214将AGC信号加到选择器230的第一输入端，在第一增益控制器214中控制从第一减法器213输出的信号的增益。因此，当第一减法器213的输出为负值时，输出减小图1中调谐器/IF解调器102输出的IF信号幅度的AGC信号；而当第一减法器213的输出为正值时，输出增加调谐器/IF解调器102输出的IF信号幅度的AGC信号。
如上所述，在非相干AGC信号发生器中利用所有输入信号的幅度产生AGC信号。
而输入到相干AGC信号发生器220的4码元加法器221的信号是从图1中匹配滤波器108输出的HDTV信号。对于这个信号，在码元定时恢复器110和DFPLL106中进行码元定时恢复和载波恢复。
因此，该4码元加法器221通过将以4个码元为单位的输入信号相加，并在除法器222中将4码元加法器221的输出除4，从而获得在该4个码元单元中得到相加后的值的平均值。
第二锁存器223利用从图1中同步信号检测器112输出的段同步信号对除法器222的输出进行定时保持。即，由于第二锁存器223仅当产生段同步信号时输出被锁存信号，所以只有图2所示的段同步信号部分的4个码元的平均值通过第二锁存器223输出。
第二减法器224从第二参考值中减去第二锁存器223的输出信号。当第二锁存器223的输出信号大于第二参考值时，第二减法器224的输出是负值。当第二锁存器223的输出小于第二参考值时，第二减法器224的输出是正值。
第二增益控制器225将AGC信号加到选择器230的第二输入端，在第二增益控制器225中控制第二减法器224输出信号的幅度。
因此，当第二减法器224的输出为负值时，输出降低调谐器/IF解调器102的IF信号的幅度的AGC信号；而当第二减法器224的输出为正值时，输出增加调谐器/IF解调器102的IF信号的幅度的AGC信号。如上所述，在相干AGC信号发生器中利用段同步信号的平均幅度值产生AGC信号。
选择器230根据段同步信号选择非相干AGC信号发生器210的输出信号或相干AGC信号发生器220的输出信号。当在图1中的同步信号检测器112中准确检测到段同步信号时，选择器230选择相干AGC信号发生器220的输出信号。
数字累加器240不断累加选择器230中选择的信号。D/A转换器250将累加器240中的累加值转换为模拟信号。低通滤波器260对D/A转换器250输出的模拟形式的信号滤波(累加)。放大器270将滤波后的信号的幅度放大，并把该信号送到图1所示的调谐器/IF解调器102。该调谐器/IF解调器102根据从放大器270输出的AGC信号控制IF信号的幅度。
当输入到调谐器/IF解调器102的HDTV信号和加载到HDTV信号上的段同步信号比非相干AGC信号发生器210中设置的第一参考值和相干AGC信号发生器220中设置的第二参考值大时，第一和第二减法器213和224的输出为负，从而降低输入信号的幅度；而当输入到调谐器/IF解调器102的HDTV信号和加载到HDTV信号上的段同步信号比非相干AGC信号发生器210中设置的第一参考值和相干AGC信号发生器220中设置的第二参考值小时，第一和第二减法器213和224的输出为正，从而增加输入信号的幅度。因此，即便调谐器/IF解调器102的信号幅度变化仍可以维持同一幅度。
在本发明中，在系统稳定之前，利用具有快速响应时间的非相干AGC方法可以在短时间内控制收到信号的幅度；并且在检测到段同步信号后，利用相干AGC方法可以更精确地控制收到信号的幅度。因此，由于相干AGC方法只在产生段同步信号的部分中执行，所以可以利用该相干AGC方法准确控制幅度。
而且，本发明还可以用于数字视频记录装置和包括数字GA-HDTV系统的数字电视中。
在HDTV接收机中，即便当传输期间由于不同信道环境导致输入接收机的信号幅度剧烈摆动，利用本发明也可以保持收到信号的电平一致从而在接收机中正确解调收到的信号。

Claims (14)

1.用于一种接收机中的自动增益控制(AGC)电路，该接收机包括：用于接收高清晰度信号并根据自动增益控制(AGC)信号输出预定电平的中频(IF)信号的调谐器/IF解调器，其中高清晰度信号由多个段构成，每个段由段同步信号和预定数目的码元形成；和用于检测IF信号中的该段同步信号的同步信号检测器；该AGC电路包括：
非相干AGC信号发生器，根据所述IF信号的幅度产生第一AGC信号；
相干AGC信号发生器，根据所述段同步信号的幅度产生第二AGC信号；
选择器，当所述段同步信号被检测到时选择所述第二AGC信号，而当所述段同步信号未被检测到时选择所述第一AGC信号，并将被选信号作为所述AGC信号提供给所述调谐器/IF解调器。
2.如权利要求1所述的AGC电路，其中所述非相干AGC发生器包括：
第一锁存器，用于锁存所述IF信号并输出第一锁存信号；
绝对值电路，用于得到所述第一锁存信号的绝对值；
第一减法器，用于从第一参考值中减去绝对值电路的输出；以及
第一增益控制器，用于根据所述第一减法器的输出控制增益并输出第一AGC信号。
3.如权利要求2所述的AGC电路，其中：当所述绝对值电路的输出信号大于第一参考值时，第一减法器的输出为负值；而当所述绝对值电路的输出信号小于第一参考值时，第一减法器的输出为正值。
4.如权利要求1所述的AGC电路，其中所述相干AGC信号发生器利用所述段同步信号的平均幅度产生第二AGC信号。
5.如权利要求1所述的AGC电路，其中所述相干AGC信号发生器，包括：
4码元加法器，用于以4码元为单位将所述被解调信号相加；
除法器，用于得到所述4码元加法器的输出的平均值；
第二锁存器，用于锁存所述除法器的输出并根据所述段同步信号输出第二锁存信号；
第二减法器，用于从第二参考值中减去该第二锁存信号；
第二增益控制器，用于根据所述第二减法器的输出控制增益并输出第二AGC信号。
6.如权利要求5所述的AGC电路，其中：当所述第二锁存器的输出信号大于第二参考值时，第二减法器的输出为负值；而当所述第二锁存器的输出信号小于第二参考值时，第二减法器的输出为正值。
7.如权利要求1所述的AGC电路，进一步包括一累加器，用于将所述选择器的输出信号累加。
8.如权利要求7所述的AGC电路，进一步包括一放大器，用于将所述累加器的输出放大。
9.如权利要求8所述的AGC电路，进一步包括一数/模(D/A)转换器，用于将所述累加器的输出信号转换为模拟信号；以及一低通滤波器，用于对所述D/A转换器的输出信号滤波。
10.一种接收机使用的自动增益控制(AGC)方法，该接收机用于接收HDTV信号、根据AGC信号输出具有同一幅度的中频(IF)信号并检测所述IF信号中的段同步信号，其中HDTV信号由多个段构成且每个段由段同步信号和预定数目的码元构成，该AGC方法包括步骤：
(a)检测输入IF信号的幅度和预先设定的第一参考值之间的差别并产生第一AGC信号；
(b)检测所述段同步信号的幅度和预先设定的第二参考值之间的差别并产生第二AGC信号；以及
(c)当检测到所述段同步信号时选择所述第二AGC信号；而当没有检测到所述段同步信号时选择所述第一AGC信号；并提供所述AGC信号。
11.如权利要求10所述的AGC方法，其中在所述步骤(a)中，当所述被传输IF信号的幅度大于第一参考值时该第一AGC信号为负值，而当所述IF信号的幅度小于第一参考值时该第一AGC信号为正值。
12.如权利要求10所述的AGC方法，其中通过获得所述段同步信号幅度的平均值并检测该平均值和所述第二参考值之间的误差来产生第二AGC信号。
13.如权利要求10所述的AGC方法，其中在所述步骤(b)中，当所述段同步信号大于第二参考值时该第二AGC信号的输出为负值，而当所述段同步信号小于第二参考值时该第二AGC信号的输出为正值。
14.如权利要求10所述的AGC方法，其中所述第一参考值是预定常数而第二参考值是该段同步信号的平均幅度。
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