CN1172468C - 接收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种正交频分多路传输(OFDM)信号的接收装置，使得从开始接收信号到输出声音/画面的时间缩短。ISDB-T标准的OFDM信号接收装置1开始在存储器19中预设了与广播电台相关联的TMCC信息。TMCC信息包括射频频率信息、防护区间长度、时间交错模式信息、载波调制方式信息和卷积码码率信息。当选择广播电台时，控制电路18从存储器19读出和广播电台相关的TMCC信息，再提供给各个电路，以设定诸如防护区间、载波调制方案等。

Description

接收装置
本发明涉及一种用于通过正交频分多路传输(OFDM)系统接收诸如数字广播的接收装置。
最近已提出一种称作正交频分多路传输(OFDM)系统的调制系统，在这一系统中它的发送频带包含大量的副载波(sub-carrier)，数据被分配到每一副载波的相位和幅度中，依照相移键控(PSK)和正交幅度调制(QAM)来实现数字调制。
这种正交频分多路传输(OFDM)系统有一个特征就是虽然它的每一个副载波的频带很窄因而调制的速度减慢了，但由于发送频带被分为大量的副载波，它总体的发送速度和传统的调制系统相比并没有改变。这一系统还有一个特征就是由于大量的副载波同时并行发送的，所以码元率被降低了。因此利用这一OFDM系统，相对应于码元的时间长度的多次传递的时间长度就缩短了，因此也更不容易受到多条通路之间的干涉。而且，正交频分多路传输(OFDM)系统还有一个特征就是由于数据是分布在多个副载波上的，因此可以用逆快速傅里叶变换调制、用快速傅里叶变换(FFT)解调来实现发送/接收电路，从而形成发送/接收电路系统。
如图1所示，正交频分多路传输(OFDM)系统的发送信号是以称作正交频分多路传输码元的码元为单位发送的。这一正交频分多路传输(OFDM)码元由有效码元和防护区间(guard interval)组成，在发送过程中逆快速傅里叶变换(IFFT)作用于有效码元，而防护区间执行拷贝了有效码元的末尾的一部分波形。这一防护区间是作为正交频分多路传输(OFDM)码元的正式的一部分提供的。
由于以上的特点，正交频分多路传输(OFDM)系统因而被广泛地调查应用于被严重的多路干扰影响的地面数字广播系统的可能性。在地面数字广播系统中，已经提出数字地面视频广播(DVB-T)和综合地面数字广播服务(ISDB-T)。
在每个应用正交频分多路传输(OFDM)系统的诸如数字地面视频广播(DVB-T)和综合地面数字广播服务(ISDB-T)的广播标准中，防护区间相对于有效码元的长度比例(防护区间长度比例)通常可以依照信息广播的内容的不同或者根据发送的路由的特性在多个值之间选择。
例如，在综合地面数字广播服务(ISDB-T)标准中，认可用1/4、1/8、1/16、1/32等数值中的一个作为防护区间的比例系数。
如何设定防护区间的比例系数可以随许多情况而改变，比如从一个频道到另外一个频道，一个节目到另外一个节目，或从一个广播时间到另外一个广播时间，而且也可以被广播设备端所任意设定。
在每一个应用正交频分多路传输(OFDM)系统的广播标准中，正交数据调制的载波调制处理、在时间轴上提高抗衰变性能的数据交错以及具有打孔卷积码(punctured convolutional code)的编码都得到了运用。在每一个广播系统中，可以选用多个调制方案中的一种，也可以选用多个时间交错模式的一种，还可以选用多个码元率中的一种，这取决于广播的信息的内容的不同和发送的路由的特性。
例如，在ISDB-T标准中，可以采用DQPSK、QPSK、16QAM和64QAM的一个作为载波的调制方案，时间交错模式可以在延迟码元的数量为0个码元、2个码元、4个码元、8个码元和16个码元之间选择，卷积码的码率可以在1/2，2/3，3/4，5/6和7/8之间选择。
如何设置这些载波的调制方案、时间频谱交错模式和卷积码的码率可以改变，例如从一个频道变到另一个、从一个节目变到另一个、从一个广播时间变到另一个，也可以在广播设备端任意设定。
同时，正交频分多路传输(OFDM)接收装置执行称之为窗口同步控制的同步控制来决定快速傅里叶变换(FFT)操作的频段。由于这一窗口同步控制实现从正交频分多路传输(OFDM)码元中删除防护区间长度的采样数据，所以接收设备需要知道接收的OFDM信号的的防护区间的比率系数。但是这一比率系数是广播设备端任意设定的，接收方不能明确决定。
因此传统的办法是试图取得窗口同步，相继利用标准设定的各种防护区间的比率系数来找出一个能和已观察到的解调信号一样的被精确地解调的防护区间的比率系数。
这样作的结果是加长了从得到指令开始接收到输出画面/声音的初始上升时间(initial rising time)。
在每一个应用正交频分多路传输(OFDM)系统的的广播系统中，设置接收信号的载波调制方案、时间交错模式、卷积码的码率的设置方式在发送控制信息中都有说明。例如在ISDB-标准和DVB-T系统中，这些说明的发送控制信息分别称作发送及多路传输配置控制(TMCC)和发送参数信号(TPS)。
结果，接收方直到发送控制信息被可靠地解调之前不能够执行诸如时间解交错、解映象或维特比解码等解码处理操作，结果使得初始的从开始接收的指令到声音/画面输出的时间加长了。
本发明的目的之一就是提供正交频分多路传输(OFDM)信号的接收装置，使得从开始接收到声音/画面输出的初始时间得以缩短。
一方面本发明提供一种用于接收作为发送单元的正交频分多路传输(OFDM)信号的接收装置。发送码元包含一个在预定的频段内把信息分解成相应的频率组成部分而生成的有效码元和一个基于拷贝了部分有效信号的信号波形而生成的防护区间。其中装置包含：傅里叶变换装置，用于从发送码元中提取出相应有效码元频段的一个处理频段，然后通过进行傅里叶变换从提取的处理频段中解码出信息；窗口控制装置，用于控制处理频段；输入装置，用于用户输入为了选择要接收的OFDM信号而输入的选择性输入信息；存储装置，用于储存与用户输入的选择性输入信息相关的防护区间长度的信息；以及控制装置，用于读出与作为防护区间长度输入的信息选择性的输入信息相关的防护区间长度上的信息，因此读出到窗口控制装置；窗口控制装置，用于依照控制装置提供的防护区间的长度信息在开始接收时控制处理频段。
在本接收装置中，防护区间的长度信息是和用户输入的选择性的输入信息相关存储的。在开始接收时，依照用户的选择性输入信息读出相关的防护区间的长度信息，以控制进行傅里叶变换处理的频段。
另一方面，本发明提供一种接收正交频分多路传输(OFDM)信号的接收装置，正交频分多路传输(OFDM)信号包含有正交调制在副载波中的发送控制信息。其中接收装置包含：傅里叶变换装置，用于对接收到的OFDM信号傅里叶变换以解调出信息；传输控制信息解码装置，用于从经过傅里叶变换的信号中解码出传输控制信息；输入装置，用于从用户输入选择要接收的OFDM信号的选择性的输入信息；存储装置，用于储存与用户输入的选择性输入信息相关的传输控制信息；以及控制装置，用于读出与相应的选择性的输入信息相关的传输控制信息，响应于作为输入的所述选择输入信息，读出所述传输控制信息，以便基于所读出的传输控制信息，设置所接收的OFDM信号的解调方案和/或解码方案。
在本接收装置中，传输控制信息是和用户输入的选择性的输入信息相关存储的。在开始接收时，与用户的选择性的输入信息相应的传输控制信息被读出，为接收到的OFDM信号设定解调方案和/或解码方案。
因此，本发明与传统的接收装置相比，从开始接收到声音/画面输出的启始时间缩短了。
图1说明了OFDM码元；
图2是依照本发明的OFDM装置的方框图。
参照附图，说明了依照本发明的接收按照ISDB-T标准广播的信号的接收装置。广播的信号是ISDM-T模式的模式1的信号，而且是一个单段信号。
图2是实施本发明的OFDM接收装置的方框图。在本图中，如果不同块之间传输的信号是复合信号或真实信号，则分别用相应的粗线和细线表示。
参照图2，OFDM接收装置1包括天线2、调谐器3、带通滤波器(BPF)4、模/数转换器5、数字正交解调电路6、载波频率校正电路7、快速傅里叶变换(FFT)计算电路8、精细的载波频率fc误差计算汇聚窗口电路(FAFC.W-Sync)9、宽范围的载波频率误差计算(WAFC)电路10、数字控制的振荡电路(NCO)11、均衡器12、频率解交错电路13、时间解交错电路14、解映象电路15、误差校正电路16、TMCC解码电路17、控制电路18以及存储器19。
从广播电台发送的数字电视广播的广播波被OFDM接收装置1的天线2接收，以作为射频信号提供给调谐器3。
天线2接收到的射频信号经过由本机振荡器和倍增器组成的调谐器3作过频率的转换后成为中频(IF)信号，提供给滤波器(BPF)4。调谐器3的本机振荡频率由控制电路18设定。与用户选择的频道相关的本机振荡频率由控制电路18设定。从调谐器3输出的中频信号通过滤波器(BPF)4滤波和模/数转换器5数字化后提供给数字正交解调电路6。
数字正交解调电路6用预设频率的载波信号正交解调数字化过的中频信号，输出基带OFDM信号。从数字正交解调电路6输出的基带OFDM信号在作快速傅里叶变换(FFT)计算之前被称作时域信号。因此这一基带信号先作快速傅里叶变换计算然后再作数字正交解调，被称作OFDM时域信号。正交解调的结果是，OFDM时域信号成为包含有同相部分(I-信道信号)和正交部分(Q-信道信号)的复杂信号。从数字正交解调电路6输出的OFDM时域信号被送到载波频率校正电路7。
载波频率校正电路7通过将数字控制的振荡电路(NCO)11输出的载波频率校正信号和OFDM时域信号进行复杂合成，来校正OFDM时域信号的载波频率误差。载波频率误差是由于诸如本机振荡器输出的参考频率的偏移引起的OFDM时域信号上的中心频率误差。这一误差越大，输出的数据的错误率也就越大。经过载波频率校正电路7校正过载波频率误差的OFDM时域信号被送到快速傅里叶变换(FFT)计算电路8和精细的载波频率误差计算汇聚电路(FAFC.W-Sync)9。
快速傅里叶变换(FFT)计算电路8对OFDM时域信号进行操作以提取和输出每一副载波中的正交调制数据。从快速傅里叶变换(FFT)计算电路8输出的信号被称作经过快速傅里叶变换的频率域信号。因此经过快速傅里叶变换(FFT)处理操作的信号称作OFDM频率域信号。
快速傅里叶变换(FFT)计算电路8从单个的OFDM码元(这一单个的OFDM码元从唯一的OFDM码元中去掉了防护区间长度部分)中提取有效码元长度范围的信号(比如256个样本)，然后在经过这样提取的OFDM时域信号上执行快速傅里叶变换FFT处理操作。特别说明的是这一操作的开始位置是从OFDM码元边界到防护区间末端的可选位置。这一处理过程称作FFT窗口。
与OFDM时域信号相似，从快速傅里叶变换(FFT)计算电路8输出的OFDM频率域信号也是一个复杂信号，由同相部分(I-信道信号)和正交部分(Q-信道信号)组成。OFDM频率域信号被送到宽范围的载波频率误差计算(WAFC)电路10和均衡器12。
精细的载波频率误差计算汇聚电路(FAFCW-Sync)9和宽范围的载波频率误差计算(WAFC)电路10计算载波频率校正电路7输出的信号包含的载波频率误差。精细的载波频率误差计算汇聚电路(FAFC.W-Sync)9以不大于±1/2副载波频率区间的精度计算精细的载波频率误差。宽范围的载波频率误差计算(WAFC)电路10以副载波频率区间的精度计算宽范围的载波fc误差。宽范围的载波频率误差计算(WAFC)电路10和精细的载波频率误差计算汇聚电路(FAFC.W-Sync)9发现的副载波频率误差被反馈给数字控制的振荡电路(NCO)11。
精细的载波频率误差计算汇聚电路(FAFC.W-Sync)9找出快速傅里叶变换(FFT)计算电路8进行快速傅里叶变换的开始定时(timing)以控制快速傅里叶变换范围(FFT窗口)。FFT窗口的控制基于这样的信息：在以不高于±1/2副载波频率区间的精度计算精细的频率误差时获得的OFDM码元的边界位置信息和OFDM信号的防护区间的长度信息。ISDB-T标准提供四种防护区间的长度模式，按照和有效码元的长度的比率表述，分别为1/4，1/8，1/16和1/32。收到的OFDM信号的防护区间的长度由控制电路18设置。
数字控制的振荡电路(NCO)11将精细的载波频率误差计算汇聚电路(FAFC.W-Sync)9计算的±1/2副载波频率精度的精细的载波频率误差和宽范围的载波频率误差计算(WAFC)电路10计算的副载波频率区间的宽范围的载波频率误差进行相加，以便从和中输出载波频率误差校正信号，这一载波频率误差校正信号随频率根据载波频率误差而增强。这个载波频率误差校正信号是一个复杂的数字信号，被提供给载波频率校正电路7。载波频率误差校正信号被载波频率校正电路7用OFDM时域信号复杂地复合以去除OFDM时域信号的载波频率误差部分。
均衡器12用诸如离散的导频信号(SP信号)来均衡OFDM频率域信号的相位和幅度。经过相位和幅度均衡的OFDM频率域信号被送到频率解交错电路13和TMCC解码电路17。
频率解交错电路13依照相应的交错的模式对在发送方的频率内交错的数据进行解交错。频率域经过解交错的数据被反馈到时间解交错电路14。
时间解交错电路14依照相应的交错的模式对发送方时域内交错的数据进行解交错。ISDB-T标准为每种模式提供5种交错模式。例如，假设是模式1，五个模式分别规定延迟的调整码元的数目是0，28，56，112和224。用来解交错的解交错的模式由控制电路18控制设定。时域经过解交错的数据被送到解映象电路15。
解映象电路15依照预设的载波调制方案来解映象，以解调正交调制在OFDM频率域信号的每个副载波中的数据。在解映象电路15中解映象所需的诸如映象模式等由控制电路18控制设定。解映象电路15解调的数据被送到误差校正电路16。
误差校正电路16依照打孔卷积码维特比解码发送方编码的数据，同时也用ReedSolomon码作为外码进行误差较正处理。ISDB-T标准为打孔卷积码提供1/2，2/3，3/4，5/6和7/8等几种码率。在误差校正电路16中，维特比解码的卷积码的码率由控制电路18设定。
经过误差校正电路16作过误差校正的数据被送到下游，诸如MPEG解码电路等。
TMCC解码电路17提取插入在码元中的预先设定的副载波位置的TMCC信号，以解码在本TMCC中声明的信息。在这个TMCC信号中，描述了以下各方面的信息：电视广播系统的系统描述符；开关TMCC信息的倒计数指示；警告性广播的开关控制标记；传输段识别标记；载波调制方案；卷积码的码率以及时间交错模式。TMCC解码电路17将解码的信息反馈给控制电路18。
控制电路18控制相应的电路和整个的设备。而且控制电路18接收由TMCC解码电路17解码的有关信息，以控制相应的电路或者依照这一信息设置参数。而且，控制电路18还可以读出存储器19存储的信息以控制相应的电路或者依照读出的信息设置参数。
在存储器19中，为每个广播电台(频率频道)预存有发布内容、自电台的广播波的射频频率、由广播电台发布的OFDM信号的防护区间长度、TMCC中指定的诸如时间交错模式、载波调制方案、卷积码编码码率等信息的内容。
通过遥控器20，用户通过诸如红外通讯发送所选择的信息给控制电路18，以选择提供观看节目的广播电台(频率信道)。用户也可以参考纸上的节目指南或者显示器上显示的电子的节目指南(EPG)来选者广播电台。
现在，解释以上描述的OFDM接收装置1的信号接收的操作。
用户先通过遥控器20选择广播电台发送的他/她想看/想听的节目。选定的广播电台的信息作为用户选择信息发送给控制电路18。
控制电路18从存储器19读出和用户选择的广播电台相关的射频信息、防护区间长度、载波调制方案、卷积码码率。当接收操作开始时，控制电路18依照读出的信息为调谐器3设定本机振荡频率，为精细的载波频率误差计算汇聚电路(FAFC.W-Sync)9设定防护区间长度，为时间解交错电路14设定交错模式，为误差校正电路16设定卷积编码码率。
当设定操作之后，控制电路18开始接收广播。
接着，OFDM接收装置1在存储器19中预设以下与广播电台相关联的信息：广播电台的提供内容、广播电台的射频频率、广播电台发送的OFDM信号的防护区间、(诸如交错模式、载波调制方案、卷积编码码率等)与广播电台相关的TMCC内容。当用户选择他/她想接收的广播电台时，基于预设在存储器19的信息执行各种设定操作。
存储器19的信息在装置从工厂发货时就已经设定好了。甚至在接收广播的过程中检测到的防护区间长度和TMCC等信息也可预设。假如存储器19中预设的信息和TMCC声明的不一样的话，存储器19的信息更新成为新的信息。
假如存储器19中存储的防护区间长度信息和实际接收到的OFDM信号的防护区间长度信息不一样的话，正确的解调就不行了，例如：TMCC信息不能被检测到。这时，防护区间的长度可以再次被搜索，再次被设定。
在以上介绍的本应用实例中的OFDM接收装置1中，从开始接收到输出声音/画面的初始上升时间缩短了，因为不需要一个接一个地尝试从很多防护区间长度中得到窗口同步的搜索操作。
同样的，从开始接收到输出声音/画面的初始上升时间也可以通过在检测TMCC信息之前设定时间交错模式、载波调制方案、卷积码编码码率等得以缩短。
在以上的阐述中，存储器19中预设的信息是按各个广播电台存储的。但是TMCC内容或防护区间长度可能因节目的不同而不同，也可因节目的类型的不同而不同，即使是在同一个广播电台中也可能。而且，一个广播电台不必使用单一的频率，因此单一的频道可能被许多广播电台使用，单一的广播电台也可使用多个的频道。而且，各种内容提供者的信息可能通过各种式样发布。因此，为了让用户观看节目，存储器19中应该预设与各种输入的信息相关联的信息，例如频道、内容提供者或节目，而不是仅和与广播电台相关联存储的信息。
在前述的阐述中，ISDB-T标准的OFDM接收装置被用作例子。但是本发明也可应用于DVB-T以及其它标准的接收装置。例如，假如本发明应用于DVB-T标准的的接收装置话，可能就使用称作TPS的传输控制信息了。

Claims (5)

1、一种接收正交频分多路(OFDM)信号的接收装置，作为一个发送单元的OFDM信号中有一个发送码元，其中包括一个通过在预先决定的频段中将信息划分到相应频率组成部分而产生的有效码元和通过拷贝部分所述的有效码元的波形而产生的防护区间，包括：
傅里叶变换装置，用于从所述的发送码元中提取一相应有效码元的频段处理的频段，并傅里叶变换提取的处理频段以解调信息；
窗口控制装置，用于控制所述的处理频段；
输入装置，用于用户输入选择性的输入信息以选择要接收的OFDM信号；
存储装置，用于存储与所述的用户输入的选择性输入信息相关的所述的防护区间的长度的信息；以及
控制装置，用于读出与作为防护区间长度输入的信息选择性的输入信息相关的防护区间长度上的信息，因此读出到窗口控制装置；
其中窗口控制装置用于在开始接收时，以所述的控制装置提供的防护区间长度为基础，控制处理中的频段。
2.根据权利要求1的接收装置，其中所述的控制装置用于检测接收的OFDM信号的防护区间长度，与选择性的输入信息相关联存储，以指定要接收的OFDM信号。
3.根据权利要求1的接收装置，其中在所述的OFDM信号的副载波中，发送控制信息被正交调制，还包括：
发送控制信息解码装置，用于从所述的经过傅里叶变换的信息中解码传输控制信息；
所述的存储装置，用于存储与选择性输入信息相关联的解码的发送控制信息；
所述的控制装置，用于依照所述的用户的选择性输入信息从所述的存储装置中读出发送控制信息，根据读出的发送控制信息设定解调方案和/或接收的OFDM信号的解码方案。
4.一个接收包含正交调制在副载波中的发送控制信息的正交频分多路(OFDM)信号的接收装置，包括：
傅里叶变换装置，用于傅里叶变换接收到的OFDM信号以解调信息；
发送控制信息解码装置，用于从经过傅里叶变换的信号中解码出发送控制信息；
输入装置，用于从用户输入选择性的输入信息中选择要接收的OFDM信号；
存储装置，用于存储与所述的用户输入的选择性输入信息相关的所述发送控制信息；以及
控制装置，用于读出与相应的选择性的输入信息相关的传输控制信息，响应于作为输入的所述选择输入信息，读出所述传输控制信息，以便基于所读出的传输控制信息，设置所接收的OFDM信号的解调方案和/或解码方案。
5.根据权利要求4的接收装置，其中所述的控制装置用于检测接收的OFDM信号的发送控制信息，并在指定要接收的OFDM信号的选择性输入信息相关联的所述的存储器装置中存储检测到的发送控制信息。
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