CN1210866C - 用于获得数字卫星接收机高速信号捕获的调谐系统 - Google Patents

用于获得数字卫星接收机高速信号捕获的调谐系统 Download PDF

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Abstract

一种通过保存关于各个频道的各个LNB(104A-104C)的频率偏移来补偿LNB(104A-104C)中的频率偏移的方法和设备。当一个频道被选择时，一个特定的LNB(104A-104C)被激活并且偏移值表被查阅。LNB和频道的偏移值被用来将LNB(104A-104C)调谐到一个适于接收所选频道的频率。

Description

用于获得数字卫星接收机高速信号捕获的调谐系统
技术领域
本发明一般地涉及卫星通讯系统，更具体地，本发明涉及卫星电视接收机。
背景技术
卫星电视接收系统通常包括一个“室外单元”和一个“室内单元”，室外单元包括碟形接收天线和一个“块”转换器，室内单元包括一个调谐器和一个信号处理部件(一般被称为集成接收机译码器(IRD))。块转换器将卫星发射的整个范围(“块”)的相对高频率的RF信号转换成一个更易处理的、较低范围的频率。
在一个传统的卫星电视发射系统中，电视信号被以模拟形式发射，卫星发射的RF信号位于C(例如，3.7～4.2GHz)和Ku(例如，11.7～14.2GHz)波段。接收系统的天线从卫星接收的RF信号被块转换器转换到L波段(例如，900～2000MHz)。室内单元的调谐器的一个RF滤波器部件选择一个从块转换器接收的、相应于所选频道的RF信号，接着，调谐器的一个混频器/本地振荡器部件将选择的RF信号转换到一个较低的、中频(IF)范围以供滤波和解调。
在较新的卫星电视系统中，例如由California的休斯(Hughes)公司运行的Direc TVTM系统，电视信号被以数字形式发射。RF信号被卫星在Ku波段发射，接着被块转换器转换到L波段。卫星发射的RF信号的频率范围比模拟卫星电视系统的稍微小些(例如，在12.2和12.7GHz之间)，块转换器产生的RF信号的频率范围相应地稍微小些(例如，在950和1450MHz之间)。
与在模拟卫星电视接收系统中，相应于所选频道的RF信号频率必须被降低到一个IF频率范围以供滤波和解调一样，在一个数字卫星接收机中，除正常的用来选择期望的RF信号和并滤去不想要的RF信号的IF滤波以外，IF滤波器进行已知为“码元整形”的操作以减小由于带宽限制引起的“码间干涉”的解码误差。
室外单元的块转换器的转换阶段通常包括一个本地振荡器，该振荡器相对温度和寿命的变化不是稳定的。结果是块转换器的本地振荡器信号的频率改变，引起室内单元的调谐器接收的RF信号的载频信号的频率发生相应的改变或者偏移。结果，调谐器产生的IF信号的频率也发生变化或者偏离它的标称值。如果IF信号的频率变化得离它的标称值太远，那么，IF信号上调制的数字信号不能被正确地解调并且它们代表的信息不能被正确地重建。为了克服这个问题，偏移频率被监视并且加到标称频率的一个偏移命令改变调谐器的本地振荡器以使信号在IF滤波器中居中。
在标题为“用于一个数字卫星接收机获得快捕获时间的调谐系统”的、已于四月五日为John Curtis，III和John Bohach在US PCT美国专利与商标局申请的、序号为09/155,025的美国专利申请中，认识到从LNB(低噪声块)接收的RF信号和由调谐器产生的相应的IF信号由于除LNB的振荡器频率偏移以外的原因可能产生频率偏移。更具体地，卫星转发器频率校正可以被卫星发射系统操作员进行以减小载频信号间干涉的可能性。例如，一个转发器频率可以被改变+/-2MHz那么多。转发器频率校正使从LNB接收的RF信号和由调谐器产生的相应的IF信号具有一个频率偏移。
因此，在Curtis等人的申请中描述的方法和设备涉及为调节由于被卫星发射系统操作员对各个转发器频率的调整产生的频率偏移作准备。这些准备允许转发器的发射频率被卫星发射系统的操作员调整，而当一个新频道被选择时不过度地增加室内单元获得数字信号的时间。简短地，调谐系统测量和存储各个转发器发生的频率偏移。任何由于LNB频率偏移引起的偏移被加到转发器频率偏移中作为一个“总”偏移。如果调节一个转发器频率是不可能的，或者如果成功的捕获要求一个大于预定门限的频率偏移，或者如果为捕获信号要求进行一个宽频带搜索，那么一个单独的转发器偏移被更新。
为从多颗卫星接收信号，某些接收机系统利用与多个LNB结合的多个天线。多个LNB的不同频率偏移和卫星间的频率偏移变化减慢了IRD的信号捕获时间。施加到位于IRD和LNB之间的同轴电缆能载的功率数量的限制允许发送很小的功率。因而，在任一时刻只有一个或两个LNB能够被供电。因此，LNB必须被激活和被停用以限制LNB的功耗。由于各个激活接着停用，在IRD被调节之前LNB振荡器被允许平静下来。如此，大量时间流逝，每个时刻一个LNB被激活。此外，LNB电路的功率一般通过同轴电缆被从IRD传送到LNB。由于安全原因能被传送到LNB的功率的数量受到限制。
因此，在本技术领域中需要一个快速捕获从多颗卫星接收的卫星信号的卫星接收机。
发明内容
本发明通过为各个频道的各个LNB存储一个频率偏移值(漂移补偿)，为补偿一个或多个低噪声块(LNB)的频率偏移提供一个方法和设备。
根据本发明的一个方面，提供了捕获卫星信号的一种方法，包括：a)接收一个从第一LNB切换到第二LNB的请求；b)从第一LNB切换到第二LNB；c)从存储器中取出一个与所述第二LNB有关的频率偏移值；d)使用该频率偏移值利用调谐器调谐到用于接收一个所选信道的频率；和e)将所述调谐器锁定到所述第二LNB。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种使用多个低噪声块(LNB)捕获卫星信号的一个设备，包括：一个第一LNB；一个第二LNB；一个被连接到所述第一LNB和第二LNB的调谐器；一个存储器，连接到所述调谐器，用于保存所述第一LNB的第一频率偏移值和第二LNB的第二频率偏移值。
该发明在具有一个或多个天线，使用多个LNB的卫星电视接收系统中特别有用。当一个特定的频道被选择时，一个特定的LNB被激活并且偏移值表被查阅。关于LNB和频道的偏移值被用来将接收机调谐到一个适于接收所选频道的频率。因而，接收机不必搜索以锁定到来自所选LNB的信号。
另外，在一个多LNB系统中，一个或多个LNB可能被停用和被要求激活以供使用。因而，当一个被特定的停用的LNB操作的频道被选择时，该LNB被激活。激活的瞬间LNB内的本地振荡器是不稳定的并通常将频率“摆动”直到达到一个稳定的标称频率。为了减少卫星信号捕获时间，当LNB振荡器被稳定时，LNB被与之连接的一个集成接收机解码器(IRD)调谐器调节。因而，本地振荡器信号一稳定，调谐器就“频率锁定”到来自LNB的“摆动”信号并解码卫星信号。
附图说明
通过考虑连同附图的下面的详细描述，本发明能够被容易地理解，其中：
图1是一个卫星电视接收机的一个简化框图。
图2是一个包含一个可以利用本发明的调谐系统的数字卫星电视接收机的一个详细框图。
图3是一个用在图1所示的卫星接收机中的数字数据解调器的一个框图。
图4是根据本发明的一个方面用来控制图1所示的调谐系统的捕获程序的一个流程图。
图5是使用多个LNB获得快速信号捕获的一种方法的一个流程图。
图6是当LNB要求选择性的激活和停用时，获得快速信号捕获的一种方法的一个流程图。
为便于理解，在可能的地方，同一数字被用来表示多个图公有的同一元件。
具体实施方式
本发明将根据一个数字卫星电视系统被描述，在该系统中电视信息被根据一个预定的数字压缩标准，例如MPEG，以编码和压缩的形式发射。MPEG是一个由运动图象专家组开发的、关于运动图像和相联系的声音信息的编码表示的国际标准。由California的Hughes公司运行的Direc TVTM卫星电视发射系统是这样一个数字卫星电视发射系统。
在发射机中，电视信息被数字化、压缩和组成一连串相应于电视信息的视频、声频和数据部分的数据包。数字数据以被称为QPSK(四相移键控)调制的方式被调制到一个RF载波信号上，接着RF信号被发送到地球轨道上的一个卫星，信号从该卫星被中继发送到地球。在QPSK调制中，响应各个数字数据流的位，两个正交相位信号I和Q的相位被控制。例如，响应一个低逻辑电平(“0”)，相位被设置为0度(°)，而响应一个高逻辑电平(“1”)，相位被设置为180°。相移调制的I和Q信号被组合，结果作为一个QPSK调制的RF载波信号被发射。从而，调制的QPSK载波的各个码元表示四个逻辑状态即00、01、10和11中的一个状态。
一个卫星典型地包括许多用来接收和中继发送各个被调制的RF载波的转发器。在一个传统的地面电视系统中，各个RF载波或“频道”在某时只包含一个电视节目的信息。从而，为看一个节目，只有相应的RF信号需要被选择。在一个卫星电视系统中，各个被调制的RF载波同时载有多个节目的信息。各个节目对应一组视频和声频数据包，这些数据包被附加到数据包中的一个唯一的标识该节目的标头标识。从而，为了看一个节目，相应的RF信号和相应的数据包都需要被选择。
图1图解一个卫星电视接收机系统100，它包括一个典型的机顶盒(STB)102，多个低噪声块(LNB)104A-C和一个或多个天线114。STB 102包括一个集成接收机解码器(IRD)106和一个处理器108。IRD 106包括一个PLL(锁相环)110和一个本地振荡器(LO)112。处理器108控制IRD 106并控制要使用的LNB 104A-C的选择。IRD106将根据接收一个选定频道所需要的卫星转发器在LNB 104A-C之间切换。各个LNB 104A-C包括一个被调谐到一个使IRD能够接收和解码所选频道的特定频率的本地振荡器(LO)116A-C。STB 102被与用来再现从一个选定LNB 104A-C接收的声频和视频信号的电视机118连接。频道选择一般被以众所周知的方式通过一个红外遥控器120提供。
一般地，LNB 104从一个由STB 102通过一个同轴电缆122提供的DC电压接收功率。由于安全规则，能够被供给LNB的功率的数量受到限制。因而，在任一时刻只有一个或两个LNB能够被激活(供电)。因此，当两个或多个LNB被使用时，LNB中的其中一个被停用，直到此LNB被使用。当要求时，一个激活信号通过同轴电缆被发送到停用的LNB和其中一个活动LNB。响应控制信号，一个LNB被激活而另一个被停用。如下面所描述的，当LNB LO 116被设置时，本发明同时调节IRD LO 112和LNB LO 116。此外，本发明使用一个从一个频率偏移值表检索的频率偏移值调节IRD LO 112。在先前使用LNB期间的频率偏移和收发信机频率偏移经验基础上，频率偏移值被加到标称LO频率以提供一个期望的LO频率。本发明的这些特点，使得系统100能够使用最近激活的LNB 104快速捕获一个卫星信号。
图2描绘一个LNB 104A和IRD 106的一个详细框图。一颗卫星(未显示)发射的、用描述视频和音频信息的数字信号调制过的RF信号被LNB 104A接收。接收的相对高频率的RF信号(例如在12.2～12.7GHz的Ku波段)被一个LNB(例如LNB 104A，包括一个RF放大器200、一个混频器202和一个振荡器116A)转换成一个相对较低频率的RF信号(例如在950～1450MHz的L波段)，放大器200是一个“低噪声”放大器，因此块转换器104A经常根据“low noise blockconverter”的首字母被称为“LNB”。天线114和LNB 104A被包括在接收系统100的所谓的“室外单元”中。接收机剩余的部分被包括在所谓的“室内单元”中。
室内单元包括调节、解调和解码从端口204接收的信号的IRD106。IRD 106包括一个调谐器234，调谐器234用来从许多从LNB 104A接收的RF信号中选择包含所期望节目的数据包的RF信号，和将选择的RF信号转换成一个相应较低频率的中频(IF)信号。本发明关心调谐器234的控制并且在下面将被详细描述。
IRD 106的剩余部分235解调、解码和解压缩由IF信号形成的在QPSK调制中载着的数字信息，以产生相应所期望节目的数字视频和音频样本流，和，此后，将数字样本流转换成适于再现或记录的各个模拟视频和音频信号。更具体地，一个QPSK解调器220解调IF信号以产生两个脉冲信号IP和QP，IP和QP包含相应于在发射机中产生的相移调制的I和Q信号表示的数据的各个数据位流。一个解码器222将IP和QP信号的位组织成数据块，基于在发射机中已经被嵌入到发射数据中的误差代码校正数据块中的传输差错，并再现发射的MPEG视频和音频数据包。视频和音频数据包被传送装置224分别发送到一个数据处理装置220的视频和音频部分，在那里它们被解压缩并被转换成各自的模拟信号。一个微处理器108控制IRD 106的不同部分的运行。然而，只有被微处理器108产生和接收的控制信号被显示在图2中，这些信号是本发明直接关心的。
至此描述的数字卫星电视接收机与市场上可买到的、来自印地安纳州印第安纳波利斯的汤姆森商用电子(Thomson ConsumerElectronics)公司的RCATM型数字卫星电视接收机相似。
如前面所特别提到的那样，本发明关心控制调谐器234。调谐器在一个输入端口204处接收由LNB 104A-C提供的RF信号。RF信号被宽带滤波器206滤波，被RF放大器208放大，接着被可调带通滤波器210滤波。可调带通滤波器(BPF)210选择期望的RF信号并滤去不想要的RF信号。作为结果的RF信号被与混频器212的第一个输入端连接。由本地振荡器(LO)228产生的一个本地振荡器信号被与混频器212的第二个输入端连接。混频器212的输出被放大器214放大并与包括一个SAW(声表面波)器件的IF滤波器216的输入端连接。IF滤波器216的输出端与调谐器234的输出端218连接。
LO 228的频率受包括PLL集成电路(IC)232、外频参考晶体236和外部滤波网络230的PLL装置110控制。LO信号的频率由PLL 110根据微处理器108产生的指令进行控制。
被卫星发射并被天线114接收的RF信号的载波具有保持在“标称”值的非常稳定的频率。因此，只要LNB 104A的振荡器116A的频率是稳定的并保持在它的标称值，被调谐器234接收的RF信号的载波的频率将处于它们的标称值。不幸地，振荡器116A的频率会随时间和温度变化。振荡器116A的相对它的标称频率的频率偏移引起调谐器234所接收的RF信号载波频率的相应偏移。为了补偿这些频率偏移，响应从QPSK解调器220接收的频率状态信息，调谐器234的LO 228的频率在微处理器108控制下被改变。如下面将要描述的那样，微处理器108使用被存储在存储器中的漂移表240以导出频率偏移。为每个LNB产生一个漂移表。
如图3所示，被IF SAW滤波器216产生的IF信号被分别接到混频器300I和300Q各自的第一输入端。字母“I”和“Q”表示“同相位”和“正交相位”。相对稳定频率振荡器302的输出信号被直接接到混频器300I并通过90度(90°)相移网络304被间接接到混频器300Q。混频器300I产生IF信号的一个“同相位”、“近”基带(非常低的频率)的版本(IA)，而混频器300Q产生IF信号的一个“正交相位”、“近”基带的版本(QA)，该信号相对“同相位”信号(IA)移相90度。字母A表示“模拟”。
IA和QA信号被分别连接到模数转换器(ADC)306I和306Q。模数转换器306I和306Q也接收一个来自“码元定时恢复回路”308的一个时钟信号和分别产生数字样本ID和QD序列。字母“D”表示“数字的”。码元定时恢复(STR)回路308包括一个受控振荡器(未显示)，ADC 306I和306Q的时钟信号被从该振荡器导出。受控振荡器被一个混合(部分数字，部分模拟)锁相环(未显示)控制，从而数字样本被与进来的码率和相位同步。模拟信号可以被看作一个脉冲流。STR回路308的功能是将时钟锁相，从而ADC在脉冲的峰值处对模拟信号采样。换句话说，STR回路308将ADC 306I和306Q的采样操作与各个接收码元的到达同步。
ID和QD信号也被一个“载波跟踪回路”(CTL)310处理。CTL310将数字采样信号ID和QD解调以分别形成脉冲信号IP和QP。字母“P”表示“脉冲”。尽管信号已经被解调(被分成IA和QA分量)，信号被用非同步载波解调。由于解调载波不与发射载波同步，星座仍将是旋转的。在这一点上它典型地被称为近基带信号。一旦它被去旋转，它被称为“基带信号”。这样在去旋转器312上的IBB和QBB命名。基带信号能够被画在一个I对Q曲线上，该曲线构建了“星座”图。基带信号被输入用于估计四个星座点的哪一个被发射的限幅器314中。各个IP和QP脉冲信号包含相应于数据位的一连串脉冲。分别相应发射的QPSK RF载波的I和Q信号的0°和180°相移，数据位要么具有一个逻辑低(“0”)电平要么具有一个逻辑高(“1”)电平。IP和QP信号分量被接到解码器222，在那里数据位被形成数据包并且正向误差校正(FEC)被进行。
CTL 310包括复数去旋转器312、限幅器314、数控振荡器(NCO)320、相位检测器316和环路滤波器318。复数去旋转器312是一个复数乘法器，它将旋转星座去旋转以输出一个稳定的星座。通过将数字输入ID和QD信号乘以估计的频率偏移和相位的估计的正弦和余弦而实现去旋转。估计的频率偏移是近基带信号旋转的速率。这个估计的偏移是如何产生的被在下面描述。
限幅器314取得去旋转的星座并在输入信号的象限的基础上输出判定。限幅器314的各一I、Q对输出是对哪个码元被发射的估计。相位检测器316获得限幅器314的输入和输出并为各个码元产生一个相位误差信号。这个相位误差信号被供给环路滤波器318。环路滤波器318控制NCO 320并提供一个偏移频率的估计。这个估计是微处理器108可以采用的。
一个频率误差，例如，由于一个LNB导出的所选RF信号的频率偏移，引起QPSK信号的两位解调数据的位置产生随着时间的一个所谓的“旋转”或“螺旋”。旋转的方向取决于频率偏移是正还是负。如图3所示，QPSK调制的数据星座具有相应于分别被I和Q信号的两个可能的相移值描述的两个可能的逻辑电平的四个可能逻辑组合(00、01、10和11)的四个点。相位检测器316测量数据星座中解调数据的相对理想位置的位置。为了校正数据旋转和倾斜，响应相位检测器316的输出信号，NCO 320的频率和从而其相位被环路滤波器318改变，直到旋转停止和倾斜被消除。
随着该旋转停止，星座被稳定并且CTL 310被认为“锁住”。在这个稳定状态条件下，环路滤波器318已经正确地估计出频率和相位的偏移，这是将数据去旋转从而星座被成功地稳定所需要的。环路滤波器318有一个比例路径和积分路径，它们被加在一起以形成NCO 320的控制。积分路径(它积分相位误差)的值代表引起“旋转”的频率偏移。该值作为图1和图2中所示的频率是微处理器108可用的。微处理器108比较连续的频率信号样本以确定星座是否已经被稳定。如果连续样本之间的差别小，解调器被认为“锁住”。在这个稳定状态条件下，调制的数据IP和QP是可靠的并被传递给FEC解码器222。在捕获一个频道期间，如果调谐器LO 228的当前频率不能使CTL 310的一个成功锁定得以发生。那么，微处理器108将校准频率，直到要么一个锁定条件被发现要么一个合适的频率范围已经被覆盖。整个信号捕获过程将在图4中的流程图的描述中被更完全地详述。
在一定范围内，甚至当IF信号的频率和从而IA和QA信号的频率不正确或偏移时，CTL 310也能解调QPSK数据。然而，如果频率偏移太大，由于IF信号相对SAW滤波器216的中心频率的偏移，IF信号的一部分频谱将落在SAW滤波器216的通带之外。这将引起接收机信噪比的恶化。从而，如上面特别提到的，微处理器108监视CTL310产生的一个指示IF信号的频率偏移的频率信号。当LNB偏移引起的频率偏移变化时，CTL 310跟踪该变化并且被微处理器108监视的频率信号被更新。在下一个频道捕获时，微处理器108将使用最近记录的频率偏移去提供LO 228的更准确的定位。这将允许信号被快速捕获而没有必须再根据移动LO 228的频率进行搜索。如果频率偏移变得大到引起解调数据的可靠性的下降，最终，FEC解码器222将不能校正误差并将结束锁定。微处理器108将请求对同一频道进行一次再捕获，并且为了快速捕获，最近的频率偏移将再一次被用来准确地设置LO 228的频率。
如上面特别提到的，去旋转的数据流，IP和QP被图3中所示的FEC解码器222处理。FEC解码器222的功能是校正数据传输引起的误差。为了解码器能够校正误差，解调的信号必须被稳定。此外，为了校正数据，FEC解码器222必须被设置成和传输码率相同的码率并与数据包边界同步。FEC解码器222产生的、并被微处理器108监视的FEC LOCK信号指示是否所有上述条件被满足和FEC解码器222是否成功地传递无误差的数据。例如，当FEC解码器222不能校正数据时，FEC LOCK信号具有一个逻辑低电平，而当FEC解码器222能校正数据时，FEC LOCK信号具有一个逻辑高电平。
因为CTL 310能够在一个“假锁定点”上假锁定，FEC LOCK信号被用作调谐器234、QPSK解调器220和FEC解码器222是否被成功锁定的最终确定。在一个“假锁定点”，星座看上去没有旋转。但是实际上星座每个码元旋转90度(或者90度的倍数)。由于有另一个星座点90度离开，它看上去是稳定的。“假锁定点”以四分之一码率的倍数出现。当CTL 310被稳定在一个假锁定点时，FEC解码器将不能解码数据。因此，FEC LOCK信号将保持在一个低逻辑电平(未锁定)。
至此已经被描述过的信号的捕获仅仅涉及由于LNB频率偏移引起的频率偏移。如上面特别提到的，频率偏移也可能是由于其他原因。更具体地，卫星转发器频率校准可以被卫星发射系统操作员进行以减小载频信号间干涉的可能性。例如，一个转发器频率可以被改变+/一2MHz那么多。转发器频率校准使从LNB接收的RF信号和由调谐器产生的相应的IF信号具有一个频率偏移。本调谐系统的下一个方面关心为调谐由于卫星发射系统操作员对各个转发器频率的校准产生的频率偏移作准备。这些准备允许转发器的发射频率被卫星发射系统的操作员校准，而当一个新频道被选择时不过度地增加室内单元获得数字信号的时间。
若没有为调谐由于卫星发射系统操作员对各个转发器频率的校准产生的频率偏移作准备，当一个新转发器频率被选择时，调谐系统按以下方式运行：
正被发射的信号的频率通常是预先知道的并被保存在一个表中(被称为“基线频率”计划)。于是在运行期间，当一个转发器被选择调谐时，基线频率从表中被取回并且一个频率偏移被加上。这个偏移象前面所描述的那样被从锁上先前的转发器所要求的偏移来确定。因为这个偏移全局性地适用于所有转发器它被称为“全局偏移”。全局偏移的原因是由于振荡器中的任何频率偏移对于通信路径是共同的。例如，如果LNB中的下变频器振荡器(低噪声块下变频器)由于寒冷的夜晚而偏移3MHz，那么所有转发器将被改变成低于它们的基线频率3MHz。这个全局偏移最初被一个搜索算法发现，当设法捕获信号时，该搜索算法(被称为“发现漂移”算法)使调谐器在一个特定频率范围内步进。一旦发现漂移算法发现一个信号，信号的准确偏移可以被用来初始化用于进一步调谐的全局漂移。一旦全局漂移被初始化，通过监视CTL 310中的FREQUENCY信号来跟踪该值。每当请求一个新的转发器时，微处理器通过加FREQUENCY信号的最新值更新全局漂移。
对于上面描述的正常系统，如果一个转发器被从它的基线频率计划中移去，当调谐那个转发器和任何随后被调谐的转发器时，将导致慢频道改变时间。这是由于上述系统假设偏移对所有转发器是全局的事实。例如，就一个具有从1000MHz开始均匀间隔30MHz的10个转发器的系统而论，转发器的基线频率计划可能是下面的表1中所示的其中一个。如果LNB偏移引起一个2MHz的频率偏移，转发器处于“具有LNB偏移”栏中所示的频率。如果卫星发射系统操作员将转发器3从其他转发器偏移1.5MHz，那么表1的最后一栏显示各个转发器所在的频率。
 转发器数  基线频率  具有LNB偏移的频率  #3被移去并具有NB偏移的频率
 1  1000MHz  1002MHz  1002MHz
 2  1030MHz  1032MHz  1032MHz
 3  1060MHz  1062MHz  1060.5MHz
 4  1090MHz  1092MHz  1092MHz
 5  1120MHz  1122MHz  1122MHz
 6  1150MHz  1152MHz  1152MHz
 7  1180MHz  1182MHz  1182MHz
 8  1210MHz  1212MHz  1212MHz
 9  1240MHz  1242MHz  1242MHz
 10  1270MHz  1272MHz  1272MHz
                      表1
就前面表1中所示的示范性的情况而论，如果转发器1被选择，全局偏移应被初始化为2MHz。由于除转发器3以外的所有转发器被正确地调谐，调谐器将被调到期望的信号。然而，如果转发器3被选择，调谐器将被调到比所要求的高1.5MHz的频率，从而，信号将不被捕获直到搜索算法开始通过步进LO 911展宽它的搜索范围。这将导致发现信号，但是在一个0.5MHz的新偏移。这个新偏移将被假定为新全局偏移并且引起下一个被选择的转发器也被调不准。作为结果，调谐器不得不再一次进入展宽的搜索。因此，每当转发器3被选择，一个不期望的较慢的频道改变发生。
使用多个被调谐以接收来自其它卫星中转发器的信号的LNB时这个问题被进一步恶化。同样地，由于在一个卫星间的转发器偏移，改变频道可能引起一个频率偏移。
本发明处理为独立调谐由于卫星发射系统操作员进行的个别转发器的校正引起的频率偏移作准备和减少频率捕获时间。下面的描述参照图4进行。
图4中的流程图描绘一种方法400，该方法有6个主要情况需要被描述：(1)维持方式(观看一个频道)；(2)一个正常的频道变换；(3)转发器已经被轻微移动并且不要求一个宽搜索；(4)转发器已经被移动或者不在期望的偏移或速率并且要求一个宽搜索；(5)电视启动时一个转发器的初始调谐；和(6)一个不成功的频道变换。
如图4所示，系统在步骤402加电，接着在步骤404初始化链路集成电路。
(1)维持方式。当用户正在观看一个频道并且没有遭受或经历任何类型的降雨衰减时稳定状态运行发生。在这种情况下，下列路径将被采用：“新频道被请求？”(步骤406)将被回答否(NO)。这将通向“FEC锁定？”(步骤416)(FEC-正向误差校正-锁定意味着解码器没有误差地成功解码比特流)问题，由于一切被正确地锁定，该问题将被回答是(YES)，在步骤418，FREQUENCY信号和载波跟踪回路(CTL)被读。这个值被保存在对于LNB的变量“最新漂移”中然后被使用和描述上一次调谐后(假设上一次调整将调谐器置在校准频率的一个调谐器步骤内)发生的频率漂移。由于它是处于稳定状态，通告标记在步骤420将不被设置(一个成功锁定通告之后标志被清除)，接着线程返回检查一个频道变换请求是否发生，然后循环在步骤406重复。
(2)正常频道变换。在一个正常频道变换情况下，要被捕获的新转发器是在期望频率的一个调谐器步骤内。期望频率是基频加一个存储在一个对于LNB有用的漂移表中的偏移。漂移表包含能被一个特定LNB存取的关于各个可用卫星中的各个转发器的各个偏移频率。方法400沿以下路径而行：在步骤406“新频道被请求？”被回答是然后进行到步骤412。变量“最近的漂移”(在上述维持方式下最后被更新的)被加到对应正被使用的LNB的漂移表的各个元素。这作出了假设：从最后调谐以来在前一个转发器上发生的漂移适用于全部转发器并且典型地是由于温度和LNB LO的老化漂移而发生的(类似于一个全局漂移的正常系统跟踪)。
接下来，在步骤414，调谐器被命令到新转发器频率，该频率是基频和来自漂移表的新近被更新的偏移频率的和。然后，在步骤410，状态标志被清除，包括通告标志的捕获标志被设置。在步骤408的短延迟之后，在步骤416 FEC被询问以锁定。如果调谐器被正确地放置并且正确的码率被选择，该延迟给予FEC足够的时间去锁定。在一个正常频道变换情况下，FEC将在这地方被锁定并且路径将沿着是(Yes)分支进行到步骤418。频率偏移再次被读(在该情况下应在调谐器LO的增量频率阶范围内)并保存为现在使用的LNB的最近偏移。现在通告标志被检查并且当通告标志为“1”时在步骤420将沿着是路径进行。方法400进行到步骤422。由于在这种情况下IRD步骤已经先前被锁定，在步骤422第一调谐标志被查询并且将不被设置，因此方法400进行到428。在428，最近偏移的值被与一个频率门限(近似为一个增量频率阶)比较。再一次，在这种情况下，假设偏移在门限内，因此方法400沿着否路径进行。
在步骤430，链路被成功锁定，例程通知请求频道变换的软件任务链路准备好了。通告标志被清除。于是路径到406重新加入到维持路径，并将沿着维持循环进行直到另一个频道变换被请求或者一个干扰引起FEC中断锁定。
注意在这个路径(406、416、420、428、430回到406)中捕获标志从不被使用，因为捕获是成功的，没有再调整调谐器频率。
(3)带有较小转发器频率调整的频道变换。在这种情况下，正被捕获的转发器接近但不是准确地处于漂移表预测的频率。频率足够接近以至于解调器和FEC仍然能锁定，但是被认为足够远从而现在正被使用的LNB的漂移表中的各个转发器偏移将被校正。除了在步骤428最近漂移位于门限外之外，所沿路径和上一情况(情况2)是相同的。因此，该例程执行步骤434。
在步骤434，最近漂移的值被加到正被使用的LNB的漂移表中的新转发器条目。然后这个新偏移被用来将调谐器准确地放置在信号上-将IF(SAW)中的信号居中。为了到达例程中的这个地方，FEC必须已经被锁定，并且因此码率必须已经被校正，并且从而尝试率(try-rate)标志被设置为零。由于调谐器正被移动，解调可能具有困难，如果需要，在步骤434尝试_解调(try-demod)标志被设置以给调谐器一个额外的机会去获得锁定。方法400返回步骤406并将中止去检查FEC锁定。在这种情况下，FEC将锁定并且这次沿着一个正常频道变换的路径到步骤418，与在(2)中一样，最近_漂移位于门限内。
(4)带有要求的宽范围频率搜索的频道变换。在这种情况下，正被捕获的转发器离预测的频率值足够远从而方法400必须通过步进调谐器搜索信号。然而，在频率搜索开始之前，方法400检查码元定时恢复(STR)回路锁定，在回路处于伪锁定的情况下重置载波跟踪回路(CTL)，并且该方法检查FEC的各个码率，并检查AGC的稳定性以确定是否有一个可用信号被捕获。如果这些校正的动作没有使FEC锁定，那么频率搜索被实施。因为搜索是相对耗时的，这是一个最后手段。这也是跟踪各个转发器偏移的原因，为的是避免正常频道转换条件下耗时间的搜索。
这种情况象一个正常频道转换一样开始，当前LNB的漂移表在步骤412被更新，调谐器被调谐到预测的频率，标志被重置，当时在步骤408的延迟之后，在步骤416 FEC仍然没有被锁定。在步骤416，校正的操作开始。沿着步骤416处“FEC锁定”的否(No)路径输出，状态标志是未锁定(UNLOCKED)，因此方法400沿着否路径到达步骤426。当时“尝试_解调”标志被设置，因此尝试_解调标志不等于零，在步骤450例程清除尝试_解调标志并检查码元定时恢复(STR)锁定。通过将STR回路滤波器的连续读和一个容许增量相比较来评估STR锁定。当STR没被锁定时，滤波器将蔓延(ramping)并且未锁定条件容易被检测。如果STR被锁定，那么CTL(载波跟踪回路)被重置以提供另一个清除锁定的机会。
如果STR没有被锁定，那么它将被周期性地检查直到它已经被给足够的时间去蔓延通过所有可能值。如果STR在那段时间内锁定，那么仅仅如同上述，CTL被重新设置。如果STR没有在该时间间隔内锁定，那么在步骤450尝试_率被清除(如果码元定时不能被锁定尝试其他码率是没有用的)。方法400返回步骤406去检查一个新频道变换请求，如果没有，方法400查看校正的操作是否成功导致一个FEC锁定。如果FEC仍然没被锁定，那么否路径再一次被沿行，当时这一次“尝试_解调”标志被清除，因而在步骤432它中止检查“尝试_解调”标志。如果STR被锁定，那么这个标志将仍然被设置并且不等于零。因此在步骤432否路径被沿行，然后方法400进行到步骤452。在步骤452尝试_率标志被减小并且FEC码率被变成下一个码率。在该例子中，“尝试_率”标志被初始化为数3，在步骤440中断AGC检查之前三个码率将被尝试。在每个码率被尝试之后，例程返回步骤406去检查一个新频道请求或去看FEC是否被锁定。
如果在步骤416，FEC锁定没被发现，426和432为否，在步骤440 AGC被检查锁定。再一次，通过比较AGC回路滤波器的连续样本来确定锁定。AGC被检查锁定以加速用户的安装。如果没有信号存在，那么AGC将没有锁定，并且花费时间搜索频率是没用的。对于这种情况，在步骤440，AGC将被锁住并且“尝试_偏移”变量将在步骤442被检查。在步骤444，当尝试_偏移变量仍然为正值时，调谐器将被步进通过一组位置以覆盖一个预定的图案。在每一步，尝试_偏移将被减小并且该算法将在步骤446检查STR和CTL锁定(“发现信号？”)。
在步骤444，首先STR以类似于上面在尝试解调部分描述的方式被检查。一旦STR被锁定，CTL就被重新设置并被检查锁定。再一次通过将来自回路滤波器的频率指示的差与一个固定门限比较CTL锁定被确定。除非在步骤446在特定时间内STR和CTL都被通告锁定，否路径被沿行并且下一个调谐器位置将被尝试直到另一个信号被发现或者尝试_偏移＝0。在步骤446，如果在允许的时间内STR和CTL都被宣告锁定，那么信号被认为“发现”并且方法400沿着是路径到步骤448。
在步骤448，CTL频率被与调谐器步进位置求和并且结果被保存在那个转发器的漂移表中。调谐器被重新调谐到该新偏移并且捕获标志被设置以重复“尝试_解调”和“尝试_率”部分。随后例程返回到步骤406去检查新频道请求和在步骤416看FEC是否被锁定。一旦正确的频率偏移和速率被发现，FEC将锁定并且正常频道变换的剩余路径被运行。
在步骤410，由于有10个被搜索的调谐器位置(波段)，变量“尝试_偏移”被初始化成10。被搜索的频率允许根据最大LNB温度和老化规格和对于上行线路提供方的允许的各个转发器最大偏移定位一个偏移的信号。作为一个例子，LNB被规定在期望频率的+/-5MHz范围内，并且上行线路提供方被允许移动各个转发器频率多达+/-2MHz，从而算法搜索+/-7MHz。
(5)当一个转发器的初始化调谐时。该情况在转发器的偏移频率是未知的或不正确的方面与(4)的情况类似。仅有的差别是一旦FEC被锁定，这次“第一_调谐_标志”将被设置然后步骤424将被执行。在步骤424，漂移表中的所有条目被初始化成关于第一个转发器的发现的偏移。这包括在步骤418中读取的最近_偏移和在步骤448中被确定的值当前_偏移。然后“第一_调谐_标志”被清除，所以这个初始化不再被执行。然后路径向(2)中的一个正常频道变换一样继续。
(6)不成功的捕获。在一个不成功的捕获期间，由于要么尝试那个部分，要么它由于另一个先决条件而被清除了，所有尝试_解调、尝试_率和尝试_偏移最后被调为零。一个例子在上面的(4)中被提到，当在步骤426的尝试_解调中时，如果STR在步骤450没有锁定那么尝试_率被自动调为零。因此在步骤454中一旦例程将所有“尝试”变量调为零并且如果通告标志被设置，那么，在步骤456，调谐器被返回到那个转发器的零偏移，通告标志被清除，并且请求转发器的软件任务被通告为不成功的捕获。方法400将通过检查一个新频道请求和FEC锁定继续循环。
至此，所描述的是具体涉及如果处理各个转发器的频率偏移。在一个正常的系统中，只有单个频率偏移被跟踪或监视，然后那个频率偏移被相等地施加给所有的转发器。在观看期间，方法和设备相似地跟踪频率偏移，并将那个频率偏移施加到所有的转发器上。但是，保留各个转发器的独立的值，从而如果要求时，各个转发器可被独立地记录。上述情况3和4是一个转发器偏移被单独校正的例子。关键因素是当转发器在一个预测的偏移之外的位置被捕获时，那么只有那个转发器的偏移被更新。也应该注意到，至此已经被描述的方法和设备将仅仅在第一次捕获那个转发器时为一个偏离基本计划的转发器要求较长的调谐时间，因为该转发器已经被移动。之后，偏移应该被记录并且一个频道变换之后的快速信号捕获将发生。
在大多数情况下，从多颗卫星接收信号要求有多个LNB 104A-C。每一个LNB104A-C有它自己的本地振荡器(LO)116A-C，随着户外温度的变化LO 116A-C将发生频率漂移。当LO 116A-C频率漂移时，被IRD 106接收的信号也漂移。这个漂移需要被IRD 106跟踪，以便确保频道变换时间被最小化。在一个典型的卫星接收机中的调谐控制系统能够跟踪振荡器偏移的慢变化，但是不能捕获具有一个初始大频率偏移的信号。作为一个例子，考虑一个用户，他调谐到一个转发器，并在那个转发器上停留一段时间。在那段时间中，外部温度热起来，LNB的LO 104A-C的其中一个，频率增加500kHz。典型地，通信硬件跟踪慢移动的LO 104A-C将不会有问题。然而，如果用户没有考虑LO已经移动的500kHz而改变转发器，频道变化时间将被加长，而IRD 106使用第二个LNB搜索新的转发器频率。IRD具有LO移动多少的信息，在调谐到那个转发器之前，500kHz将被加到转发器的频率偏移上。使用这种方法，IRD能够立即锁定信号并将频道变换时间最小化。当使用多个LNB时，期望使用同样的思想。
当调谐到位于不同卫星上的转发器时，有多种方法可以被用来进一步优化捕获时间，即，使用不同的LNB和在LNB之间切换。每一个方法具有优点，将它们组合起来可以被用来获得最好的信号捕获结果。
1.如果在LNB A上并且频率被偏移了一个量X，在切换到LNB B之前，将X加到LNB A的偏移上。这将确保LNB A的最后已知频率偏移是准确的。
2.如果在LNB A上并且频率被偏移了X，在切换到LNB B之前，将X加到LNB B的偏移上。这将考虑以下事实：任何移动LNB A的LO的温度变化将以同样的方式影响LNB B的频率。
3.如果对于一个特定系统，发现LNB A的偏移独立于LNB B(或C，或...)的偏移，不将LNB A的偏移加到LNB B的最后已知偏移上。当所有LNB不是恒定供电时，这种情况是可适用的。
4.如果在LNB A上并且切换到LNB B，并初始捕获失败，在扫描整个允许频率范围之前，尝试直接围绕在由(2)或(3)决定的最佳猜测频率周围的频率。
这些特点可以被用在有多个天线/多个接收点的任何系统中。
一个卫星接收机能够通过一个同轴电缆向多个LNB(例如，LNB104A-C)传递多大功率是有限制的。对于一个典型的卫星接收机100，这意味着在每一时刻只有一个LNB被供电。当从一颗卫星上的一个转发器切换到另一颗卫星上的一个转发器时，先前未被供电的LNB必须被给一定的时间使它的本地振荡器设置在一个频率，即，一个稳定周期。这个稳定周期增加了总的调谐时间。因为LNB的设置时间大于IRD获得锁定所要求的时间，接收机100首先激活选择的LNB并同时将IRD的本地振荡器的频率锁定到来自LNB的信号。
图5是当从一个LNB(例如，104A)切换到一个未被激活的LNB(例如，104B)时，获得快速信号捕获的一个方法的示意图。当在LNB104A和LNB 104B之间的一个切换被处理器108激活时，方法500进入步骤505。例如，假设系统的初始条件包括如图1所示的连接到LNB-A 104A的STB 100。处理器108启动一个到LNB B 104B的一个变换并激活LNB-B 104B。在步骤510，LNB 104A和104B被用相应的漂移数据进行比较，以检查当能够移动各自的LO 116A和LO116B的温度或其他全局异常发生时它们是否独立移动。这一步可以被预先确定，从而查询可以通过访问一个标志被回答。如果LNB漂移独立，标志应当被设置，而如果它们互相依赖地漂移，标志应被复位。如果LNB-A104A的漂移独立于LNB-B 104B的漂移，那么方法500进行到下面描述的步骤525。如果LNB-A 104和LNB-B 104B的漂移相似，那么方法500进行到步骤520。
在步骤507，LNB-A 104A的漂移表被LNB-A 104A的当前漂移量更新。在步骤520，LNB-A 104A的漂移量被加入LNB-B 104B的漂移表。一般地，在切换到另一个LNB之前，LNB-A的漂移量在LNB-A的漂移表中被更新。在步骤525，LNB-B被供电并被连接到调谐器234中。LNB一旦被供电，LNB-B LO 116B就可用了。PLL LO228被设置到正确的频率以锁住LNB-B 104B。在等待一个使LNB-BOSC 116B平静的预定时间量之后，方法500进行到步骤535。在步骤535，IRD LO被调谐。在步骤555，锁定的建立被检查。如果已经建立锁定，该方法由步骤595退出。如果锁定没有被建立，方法500进行从LNB-A 104A的漂移量偏移起始的范围扫描。在步骤555锁定被检查。如果锁定被获得，那么方法500在步骤595退出。如果没有获得锁定，那么方法500进行到步骤575以使用LNB-B 104B的偏移值开始一个捕获扫描。锁定在步骤555被检查，如果锁定被获得，那么方法在步骤595退出。如果锁定没有被获得，那么方法500进行到590，以扫描整个允许的范围去建立频率锁定，如参考图4所讨论的那样。锁定被在555检查。如果锁定没有被获得，方法500返回到步骤545，以重新建立锁定过程。
为了进一步增强信号捕获时间，IRD不等待LNB LO被稳定。典型地，一个卫星接收机系统由于功率限制，可能只将足够的能量通过同轴电缆发送到LNB，以为一个或两个LNB供电。如果多个LNB被使用，当其他的工作时，其中一些必须被停用。因此，当停用的LNB被激活时，LO要求大约100毫秒的时间去稳定。这样，当LNB振荡器激活后稳定时，IRD PLL 110将锁定在来自LNB的“旋转”信号上。
图6描述表现一个用来同时调谐IRD和LNB过程的一种方法600的一个流程图。方法600从步骤602开始，然后进行到步骤604。在步骤604，一个选择的LNB被激活。当LNB LO被稳定化时，在步骤606，IRD PLL锁定到“旋转”LNB输出信号并跟踪那个信号。这样，一旦LNB LO稳定了，信号的解调可以在步骤608开始。该方法在步骤610结束。
尽管本发明依照一个具体的实施例被描述，但是在本发明的范围内可作修改，这是可以理解的。

Claims (11)

1.捕获卫星信号的一种方法，包括：
a)接收一个从第一LNB切换到第二LNB的请求；
b)从第一LNB切换到第二LNB；
c)从存储器中取出一个与所述第二LNB有关的频率偏移值；
d)使用该频率偏移值利用调谐器调谐到用于接收一个所选信道的频率；和
e)将所述调谐器锁定到所述第二LNB。
2.权利要求1的方法，其中，调谐器频率值等于第二LNB的基频加上所述的频率偏移值。
3.权利要求1的方法，其中，调谐器频率值补偿第二LNB的频率漂移。
4.权利要求1的方法，其中，该频率偏移补偿一个卫星转发器中的频率校正。
5.权利要求1的方法，其中，该频率偏移补偿一个卫星转发器中的频率校正和第二LNB中的频率漂移。
6.权利要求1的方法，还包括，在将第二LNB激活的同时，调谐所述调谐器频率。
7.权利要求1的方法，其中，所述第二LNB的频率偏移被从第一LNB的频率漂移导出。
8.捕获卫星信号的一种设备，包括：
一个被连接到第一LNB和第二LNB的调谐器；
一个存储器，连接到所述调谐器，用于保存所述第一LNB的第一频率偏移值和第二LNB的第二频率偏移值，所述调谐器利用所述第二频率偏移值调谐到一个频率，并且在从第一LNB切换到第二LNB时锁定到第二LNB，从而能够捕获卫星信号。
9.权利要求8中的设备，其中，所述的调谐器包括一个本地振荡器，该振荡器具有一个等于一个基频加上第一或第二频率偏移值的频率。
10.权利要求8中的设备，其中，第一和第二频率偏移值指示第一和第二LNB的各自的频率漂移。
11.权利要求8中的设备，其中，所述的第一频率偏移值包括与所述第一LNB有关的各个转发器的频率偏移值，所述的第二频率偏移值包括与所述第二LNB有关的各个转发器的频率偏移值。
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