CN1256592A - 数字接收机 - Google Patents

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Abstract

用于接收和解调以不同的载频发送的多个数字信号的方法,以及用于接收和解调以不同的载频发送的多个数字信号的数字接收机,其中载频信号被下变频成各个基带信号并被数字化,以及提供公共解调器以便解调以时分形式出现的数字化的基带信号。

Description

数字接收机
本发明涉及数字接收机，更具体地，它涉及到用于进行接收和解调的数字接收机，以及接收和解调通过不同载频发送的数字信号的方法。
数字视频广播(DVB)组织规定了一组用于编码、调制、和发送数字TV(电视)信道的标准。这些数字信道在更大的带宽和功率效率以及对抗干扰和噪声的紧固性方面提供优于传统的模拟信道的好处。该标准适合于欧洲和全世界的其它市场。这些标准已经被开发用于有线(如在ETS300 429数字广播系统中对于电视声音和数据业务所规定的DVB-C；用于有线系统的帧结构、信道编码、和调制)、卫星(如在ETS300 421数字广播系统中对于电视声音和数据业务所规定的DVB-S；用于11/12 GHz卫星业务的帧结构、信道编码、和调制)、和地面(如在ETS300 744数字广播系统中对于电视声音和数据业务所规定的DVB-T；用于数字地面电视的帧结构、信道编码、和调制)的数字电视系统。
DVB规定了所使用的各种源编码和发送方法。系统首先通过使用如在“ISO/IEC 13818-2活动画面和相关的音频的通用编码：视频”中规定的MPEG-2算法来压缩数字视频。这允许多得多的信道在相同的带宽中被载送。然后，压缩的视频数据流通过使用前向纠错(FEC)技术被编码。这允许系统克服噪声和干扰以免把误码引入到比特流中。免除错误的数据流然后与其它的压缩的视频和音频数据流和其它数据被时间-多路复接成如在“ISO/IEC 13818-1活动画面和相关的音频的通用编码：系统”中规定的MPEB-2传输流。然后，这个传输流被变换成用于在广播信道上发送的调制的符号序列。
比特流到符号的映射取决于所使用的调制系统。当前不同的调制方案被使用于每种类型的系统。所以，QAM(正交幅度调制)被使用于有线系统，QPSK(四相移位键控)用于卫星系统，以及COFDM(编码正交频分调制)用于地面系统。
数字TV接收机调谐到数字TV广播频道，并把接收的符号解调成比特流。比特流被纠错和解压，以允许恢复和显示所发送的画面。数字TV比起传统的模拟TV接收机复杂得多，所以贵得多。这主要因为需要复杂的硅器件来解调、译码、和解压所接收的数字信号使之成为TV画面帧。
提高的成本可以由数字TV系统提供的改进了的效率、功能、和交互能力抵消。然而，重新产生模拟接收机系统的某些特性会大大增加数字电视接收机的成本，所以阻碍了数字TV接收机的广泛采用。
可以预期，数字TV接收机的用户将期望那些至少具有与以前的模拟接收系统相同的功能和特性的接收机。这在具有多个不同部件(例如，至少一个显示器和记录装置)的集成数字电视系统的情况下特别是这样。
本专利申请首先认识到在数字接收系统试图复制一个具有多个独立接收机的模拟接收机系统的功能的情形中的具体的问题。具体地，为了产生画中画(PIP)的功能或能够在记录一个电视节目而同时显示另一个不同的电视节目，数字系统将需要两个独立的数字接收机。
如上所述，数字TV系统中所使用的解调过程的复杂性使得数字TV接收机很昂贵。在数字TV系统中提供两个或更多的接收机将大大提高总的系统的成本。
按照本发明，提供了用于接收和解调以不同的载频发送的多个数字信号的数字接收机，它包括：
多个调谐器，每个调谐器用于把各个载频信号下变频成各个基带信号，然后数字化各个基带信号，以及每个调谐器具有各自的输出端，在其上提供各个数字化的基带信号；
其中
解调器被提供来接收多个调谐器中的每个调谐器的各个输出，以便以时分形式解调数字化的基带信号。
按照本发明，也提供了接收和解调以不同的载频发送的多个数字信号的方法，该方法包括：
把各个载频信号下变频成各个基带信号，和数字化各个基带信号；以及
提供一个共用的解调器，用于以时分形式解调各个数字化的基带信号。
这样，昂贵的和复杂的解调处理是在用于两个或更多的不同的调谐部分的单个单元中实行的。所以，只用一个解调部分，数字电视系统可调谐到一个用于主画面的信道和另一个用于画中画的频道。同样地，系统可调谐到用于记录节目的分开的频道。
优选地，每个调谐器可独立地调谐，以便允许独立选择由用户选择的两个或更多的频道。
多个调谐器中的每个调谐器可附加地被配备以放大和滤波下变频的基带信号的功能，以及解调器可把分开的各个自动增益控制和自动频率控制提供到多个调谐器中的每个调谐器。这样，每个调谐器可提供适合于解调器使用的输出信号，而不管调谐器接收的具体信号的性质。每个调谐器的增益、滤波、和频率控制可被独立地改变，以便提供相同电平的输出给解调器。
优选地，各个数字化的基带信号被提供到复接器的分开的输入端，以使得解调器可选择地解调在每个输入端接收的信号。这样，解调器可以以时分方式解调来自调谐器的信号。解调器本身可以具有两个输入端，以及内部地配备以复接功能。替换地，复接器可以作为连接调谐器到解调器的其它控制电路的部件而被提供。这样，解调器提供有包括来自两个调谐器的时分复接信号的单个输入。
优选地，在多个调谐器中的每个调谐器的输出端处提供了各个缓冲器，每个缓冲器足够保持至少一个接收的符号。这样，从调谐器输出的信号可以以标准速率被读入到各个缓冲器中，但是以增加的速率进行输出，以便允许时分复接。
解调器部分可在这样的时钟频率下运行，以便于允许解调两倍或两倍以上的正常速率的接收符号，这是因为可以使得解调处理时钟速率与所接收的符号时钟速率无关。
解调器部分也可独立地处理来自两个或两个以上的源的接收符号，以及可保存对特定的接收符号源的处理状态，而同时处理其它的源。
优选地，缓冲器是双端口FIFO(先进先出)以及解调器提供输出时钟给缓冲器，以便于接收各个至少两倍于它们被存储在缓冲器中的速率的数字化基带信号，从而使得至少两个信号能以时分方式被解调。
优选地，本发明被结合到用于接收和解调来自有线的、卫星的、和地面源中的至少一个的信号的数字电视接收机中。
数字电视接收机可被结合到具有用于显示从至少一个解调信号产生的图象的显示器的电视设备中。
设备可包括用于在显示器上从至少一个解调的信号中的一个信号产生主画面、和从至少一个解调的信号中的另一个信号产生画中画图象的装置。
设备也可包括数据记录器，用于选择性地记录解调信号中的至少一个信号或另一个信号。
这样，两个电视图象可被同时显示。此外，电视图象可独立于正在电视显示器上被显示的一个或多个电视图象而被记录。
参照附图，从仅仅以例子的方式给出的以下的说明，将更清晰地了解本发明。其中：
图1(a)显示数字TV接收机的功能性结构；
图1(b)显示具有一个调谐器级和一个解调器级的数字TV接收机的前端的方框图；
图2显示可以运用本发明的数字TV接收机；
图3显示具有两个调谐器和一个单个解调器的数字TV接收机的前端；
图4显示图3的装置的替换装置；以及
图5显示图3或4的解调器的传输流输出。
数字TV接收机的基本功能结构显示于图1(a)。
数字TV接收机的调谐功能2类似于模拟TV接收机的调谐功能。它应用相同的原理，利用本地振荡器的输出与进入的RF信号混合，以便把RF信号下变频成中频，然后对其进行放大和滤波。数字接收机的调谐级2不同处在于，其性能必须优于模拟调谐器，以及其最后一级是模拟-数字变换器(ADC)。输出的数字样本被解调级4处理，以便产生数字比特流用于进行译码。
数字TV接收机的解调级4和译码级6是非常不同于模拟接收机的解调级和译码级。数字TV接收机使用数字信号处理功能来恢复来自接收信号的比特流。然后使用前向纠错技术来产生无错误比特流以用于解压8和显示10。数字信号处理功能通常是相当地硅增强性的(silicon intensive)，例如，DVB-T系统会需要使用8192点快速富立叶变换以作为解调功能的一部分。增加的复杂性导致增加的成本，所以这对于TV系统产生了更高的接收机成本。
数字接收机调谐器2和解调级4的功能性方框图示于图1(b)。
调谐器方块2显示通过使用两级变换处理把接收的信号下变频为基带信号。然后，基带信号被采样和被ADC数字化，并被传送到解调级4。解调级4显示基本的方块和DVB信道编码系统，然而这些可能取决于该系统是卫星的、有线的、还是地面的而有变化。
所显示的设备包括在调谐器2与解调级4之间以三种信号的形式的主要通信。
在调谐器2与解调器4之间具有几种形式的时钟同步，以确保样本在变频以后以正确的时间按时钟同步地输入到解调器。
还有AFC(自动频率控制信号)，然而在某些接收机中它是不一定需要的。AFC信号是由解调级4驱动的控制信号，用来调整下变频本地振荡频率。这允许存在发射频率与本振频率中的频偏误差。AFC控制信号是闭环控制系统对本振频率的反馈。
AGC(自动增益控制信号)是用来调节调谐器的增益的控制信号。这确保输入到ADC的信号使用整个ADC输入范围，而不论原先的RF输入信号电平如何。RF信号将根据环境、发射功率、和离发射机的距离而变化。如果在ADC处信号电平太低，则由数字化处理引入的量化的噪声将太大，如果该信号电平太高，则ADC将过载。AGC信号可以使系统克服输入信号电平范围很宽的问题。该信号形成控制送到ADC的信号电平的闭环控制系统的反馈路径。
如上所讨论的，在以前的模拟电视接收机系统中，有可能提供画中画功能。
这允许用户显示内置在主画面中的另一个画面。这个内置画面可取为主画面的1/8到1/2，并可以来源于另一个接收频道，或来源于例如用于VCR重放的辅助SCART输入。这允许用户观看一个频道而同时监视另一个频道。如上所讨论的，当画中画功能已经在模拟TV接收机中可供使用时，没有理由不让数字TV接收机的用户期望画中画功能。
为了在数字TV接收机上实行画中画功能，有可能设置提供两个单独的传输流的两个调谐器2和解调器4。每个单独的传输流可包含在特定的载频上传送的所有节目信息流。所需要的节目信息流然后从每个传输流中被多路分接、并被传送到译码器。这样，画中画译码可通过使用两个MPEG-2译码器芯片而实现。
如果所显示的节目都取自同一个传输流的话，有可能避免对于两个解调芯片的需要。然而，这被认为对用户太加限制和太复杂了，他们多半没有传输的概念。所以，为了实现这个功能，需要两个解调芯片。如前面所述，这些芯片的成本对于从画中画功能所勉强得到的好处来看或许是代价过高的。所以，在数字TV接收机中多半不会提供画中画功能。
另一个由当前TV观众广泛使用的功能是记录一个节目而同时观看另一个节目。这是通过在TV和VCR中各具有单独的调谐器以允许每个调谐器调谐到所需要的节目来完成的。再次地，用户期望数字TV系统提供出同样的功能。
数字存储外设允许进行来自数字TV接收机的数字化素材的储存。随着对卫星和有线系统的不断增长的认同，用户将想要对许多不同的源进行记录，这意味着需要多种不同的调制技术。所以，建议数字存储外设将不采取任何特定类型的解调器，因为这会限制它们使用到该特定的系统，例如卫星系统。
建议数字存储外设应当与数字TV接收机进行直接的数字连接，并接收来自正在使用的接收机的已解调的数据。图2显示这样的配置的例子。
DVCR的第一个应用是提供非实时观看，即将节目记录下来以用于以后观看。如果当节目被发送时观看者不正在观看任何其它的节目，则可通过使用接收机的解调器解调所想要的节目，然后，以数字方式传送到DVCR。然而，对于VCR的一种普通应用是记录一个节目而同时观看另一个节目。
这对于接收机的实现再次地提出了关于如何提供一个频道用于显示和另一个频道用于记录的问题。
第一个解决办法是实现两个调谐器和频道解调器，以提供分别包含要被记录的节目和要被显示的节目的两个传输流。然而，正如以上讨论的，实现两个信道解调器会增加数字TV接收机的成本。
图3上显示了本发明的一个实施例。
实现了两个调谐器2，每个调谐器可被独立地调谐到RF频道。调谐器部分2下变频、放大、和滤波输入信号。所得到的基带信号然后被采样和被变换成数字值。来自每个调谐器部分的输出是数字化的基带信号。
来自每个调谐器2的数字化输出被馈送到缓冲器12，后者存储数字化值。每个缓冲器12具有足够的大小，用来保持对于至少一个接收的符号的样本。
每个缓冲器12的输出被馈送到解调器部分4的独立的输入端。解调器部分4也通过使用对于每个调谐器2的分开的AFC和AGC线路独立地控制调谐器部分2。
从解调器4输出的传输流包含来自由调谐器部分所调谐到的每个RF频道的传输流。
从解调器输出的传输流可以以两种方式中的一种方式被输出。可以提供分开的传输流输出，这实现起来很简单，但是这具有的缺点是：需要使用额外的管脚来提供传输流输出。例如，如果输出是时钟控制的并行字节流，则可能需要10个输出管脚。可替换地，传输流输出可以是以图5所示的方式在两个信息流之间进行时间复接的。该输出是在同一组输出管脚上在两个传输流之间时间复接。也可提供传输流指示信号，以用来指示哪个传输流是由解调器4输出的。
来自调谐器部分2的输出是基带数据，它是以对于被使用的调制系统的正常的速率被采样的。所采样的基带数据然后被存储在采样缓冲器12中；新的样本以采样速率fSAMPLE被附加到每个缓冲器12。
缓冲器12优选地是双端口FIFO，这样，样本可由解调器部分以与它们被调谐器部分2写入到FIFO的相同的次序被读出。FIFO的双端口性质允许解调器部分4与调谐器部分2无关地读出样本。
图4显示诸如图3中的实施例的略微不同的示意性代表。
再次地，提供了两个调谐器2，每个调谐器用来馈送给各个缓冲器12。缓冲器12向复接器14进行馈送。在图3的实施例中，复接器14的功能被包含在解调器4中。然而，如图4所示，复接器选择性地在各缓冲器12之间切换，以便于以时间复接方式把其输出提供到解调器4
解调器4可被做成完整的数字系统。这允许解调器部分4处理具有只取决于系统时钟频率的速率的数据。所以，解调器部分可从采样缓冲器12读出符号，并以两倍于由调谐器2接收的信号的速率即以2*fSAMPLE的速率来处理它。解调器部分4的输出是时钟控制的传输流数据，它再次地可以以取决于所使用的输出时钟速度的任何速度而在时钟控制下输出。
所以，解调器部分4可以以等于符号在该信道上接收的两倍速度处理来自该信道的符号，然后利用空闲时间，它必须处理来自另一个频道的符号。解调器部分4也可以输出以等于2*fSAMPLE的采样速率的传输流速率的数据。
解调器部分4也必须在它切换到其它频道以前存储每个频道译码处理的状态。这允许解调器恢复所需要的AFC和AGC值以及解调处理过程可能需要的其它参量。AGC和AFC信号将对于每个频道独立地被驱动，这样在另一个频道的数据正在被处理的同时，一个频道的AGC和AFC环路继续运行。AGC和AFC环路将要考虑通过使用采样缓冲器12引入的延时。所以，多半将需要某种形式的数字预测滤波器来消除延时对AFC和AGC控制环路的影响。
在图3的实施例中，缓冲器16和18被提供来用于AGC和AFC信号。在图4的实施例中，这个功能是通过公共控制单元20来显示出的，它也同步复接器和解调器的运行。
虽然调谐器部分2不需要以与解调器4相同的时钟速率工作，但解调器4优选地提供同步的时钟信号。在这个实施例中，这是优选地以一半的时钟信号速率来提供给采样缓冲器12的。
缓冲器大小12足够允许来自一个频道的样本数据得到保持，而同时来自另一个频道的数据被处理。缓冲器12也允许两个频道的符号速率是不同的和不同步的。如果假定缓冲器将保持两个符号的最大值，缓冲器大小的近似值就可以被求出。对于地面系统，符号至多可以是1.2ms长，被数字化成在18MHz时的8比特。这可给出缓冲器大小为：
1.2*10-3*18*106＝43200字部分
如果需要存储更多的符号，或以更高的分辨率或速率进行采样，则所需要的缓冲器储存量将相应地更高。
假定解调器部分对于每个频道一次处理一个符号。如果解调器部分对于其运行需要两个或两个以上的符号的更长的序列，则缓冲器就必须相应地更大，以保持所需要的符号序列。

Claims (14)

1.用于接收和解调以不同的载频发送的多个数字信号的数字接收机，包括：
多个调谐器，每个调谐器用于把各个载频信号下变频成各个基带信号，然后数字化各个基带信号，以及每个调谐器具有各自的输出端，在其上提供各个数字化的基带信号；
其中
提供了一个解调器，以便接收多个调谐器中的每个调谐器的各个输出，从而以时分形式解调数字化的基带信号。
2.按照权利要求1的数字接收机，其特征在于，其中多个调谐器中的每个调谐器是可独立地调谐的。
3.按照权利要求1的数字接收机，其特征在于，其中多个调谐器中的每个调谐器附加地用于放大和滤波被下变频的基带信号。
4.按照权利要求3的数字接收机，其特征在于，其中解调器提供分开的各个自动增益控制和自动频率控制给多个调谐器中的每一个。
5.按照任何一项上述的权利要求的数字接收机，其特征在于，其中每个数字化的基带信号被提供给复接器的单独的输入端，以使得解调器可以选择性地解调在每个输入端接收的信号。
6.按照权利要求1到4中任一项的数字接收机，其特征在于，还包括在多个调谐器中的每个调谐器的输出端处的各个缓冲器，每个缓冲器足以保持至少一个接收的符号。
7.按照权利要求6的数字接收机，其特征在于，其中缓冲器是双端口FIFO(先进先出)以及解调器提供输出时钟给缓冲器，以便接收以至少两倍于它们被存储在缓冲器中的速率的各个数字化基带信号，从而使得至少两个信号能以时分方式被解调。
8.按照权利要求1到4中任一项的数字接收机，其特征在于，其中解调器用于输出其中调制信号被时间复接的传输流。
9.用于接收和解调来自有线、卫星、和地面源中的至少一个的信号的数字电视接收机，其特征在于包括：
按照权利要求1到4的任一项的数字接收机。
10.包括按照权利要求9的数字电视接收机、和用于显示从至少一个解调信号产生的图象的显示器的电视设备。
11.按照权利要求10的设备，其特征在于，其中该设备包括用于在显示器上产生来自所述至少一个解调信号中的一个信号的主画面图象、和来自所述至少一个解调信号中的另一个信号的画中画图象的装置。
12.按照权利要求10的设备，其特征在于，其中该设备包括用于选择性地记录所述至少一个或另一个解调信号的数据记录器。
13.按照权利要求11的设备，其特征在于，其中该设备包括用于选择性地记录所述至少一个或另一个解调信号的数据记录器。
14.用于接收和解调以不同的载频发送的多个数字信号的方法，包括：
把载频信号下变频成各个基带信号，并数字化各个基带信号；以及
提供用于以时分形式解调数字化的基带信号的公共解调器。
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