CN1496035A - 数字广播解调器 - Google Patents
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Abstract
一种用于以数据包形式传送编码数字视频和音频信息的数字地面广播等的解调器,包含一同步码型检测电路,用以从所接收数据包数据的最高有效位信号当中检测分段同步码型;一用以对所接收数据包数据中码元数据数目计数的码元数目计数电路;一同步检测建立电路,用以当码元数目计数电路计数达到规定数目时,通过从同步码型检测电路获得分段同步码型来判断正确的分段同步码型;以及一同步检测保护计数电路,用以根据同步码型检测电路的输出和码元数目计数电路为规定数目的递增计数,检测并建立所接收数据中的分段同步信号。这样构成,即便处于诸如因微弱电场造成信号C/N变差、或较强的重影或地面波多径特性等较差的广播接收环境,仍可提供能够稳定且精确地处理数据包同步检测、AGC和时钟信号再生的数字广播解调器。
Description
本申请是申请日为1999年9月29日、申请号为99801690.X、发明名称为“数字广播解调器”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种通过对视频和音频信息编码进行数字传输的数字广播中对例如多值VSB调制所调制的数字调制信号进行解调的数字广播解调器。
背景技术
近来,归功于数字压缩技术和数字调制解调技术方面的进步,已通过利用卫星和CATV来提供电视广播。视频数据按MPEG2编码,并由卫星广播中的QPSK法或CATV中的QAM法来实现数字调制系统。在美国,地面数字广播(DTV)从1998年秋天起列入时间表,并计划采用MPEG2视频压缩的数字解调8VSB系统。
下面参照附图说明数字地面广播的接收和解调装置的现有例。
图10是地面数字广播解调器的框图。一接收射频信号的天线1所接收的射频调制波信号输入一选择频道的调谐器2,以选择任意的频道。调谐器2中,该选取的信号受到增益控制,并经过频率变换,送出作为一中频(IF)。调谐器2的IF输出限制在SAW滤波器3所确定频率特性的频带中,并输入一放大信号的放大器4。放大器4中由后面说明的AGC检测器11的控制信号控制信号电平,并将它提供给混频器5、6。混频器5、6将该IF信号乘以电压控制振荡器8(VCO)的本振频率信号,以进行正交检测。正交检测后,I、Q信号各基带信号分别提供给LPF 9和LPF 10。
这里,该混频器6提供一由IF载波频率和VCO 8频率信号之间差值所生成的拍频信号,并输入LPF 9,还作为频率误差信号提供给VCO 8。VCO输出的再生载波输入混频器5,所输入的是经一延迟相位90度的90度移相器7延迟90度相位后输入混频器6的载波。通过利用混频器6、LPF 9、VCO 8和90度移相器7的系统构成一PLL,便能由VCO 8振荡产生与所接收调制波的IF载波频率相等的本振信号。
提供给LPF 10的基带信号限制为所需的频率特性,并输入一用以将模拟信号变换为数字信号的A/D变换器12和用以确定信号幅度平均值的AGC检测器11。检测所输入基带信号包络时,AGC检测器11产生一AGC控制信号。AGC控制信号反馈至放大器4和调谐器2并受到控制时,实行AGC运作。
另一方面,输入A/D变换器12的基带信号变换为数字信号,并提供给一解调处理单元和后一级的波形均衡器22。该A/D变换器12所提供的数字数据输入BPF 13,并提取为数据速率的码元频率(Fs)的二分频分量。
该Fs/2的频率分量提供给一平方电路14使之平方后输入BPF 15。BPF 15中提取等于码元速率的频率分量Fs,并输入一检测相位误差的相位检测器16。该相位检测器16检测偏离码元频率(Fs)的相位误差,并输入一环路滤波器17。
该环路滤波器17对该相位误差信号积分,并提供作为VCO 18的控制信号。通过构成至BPF(Fs/2)13、平方电路14、BPF(Fs)15、相位比较器16、环路滤波器17和VCO 18的反馈回路,以再生时钟信号。
A/D变换器12输出的数字数据还提供给一用以判断码元数据数值的码元判别电路19,并判别接所接收的码元数据的数值,提供给一用以检测所接收数据中同步信号的同步信号检测电路21。同步信号检测检测电路21,与用以提供已知同步信号数据数值的已知同步信号数据电路20输出同步基准信号的码元数据数值不同,检测出的是数据包数据的同步信号。
因此,为了对数字地面广播8VSB等进行解调,重要的步骤包括对传输数据包数据的同步信号检测处理,用以控制信号幅度的AGC处理,和用以从传输数据当中提取并再生时钟信号分量的时钟信号再生。
但在诸如数字地面广播特性重影和多重路径、以及NTSC等模拟广播的同频道干扰等造成较差的广播接收环境的情况下,无论在这种精确判别码元数据数值的同步检测处理中检测同步,还是在确定所检测的基带信号平均值的AGC处理中运作AGC,还是在提取传输数据当中频率分量的时钟信号再生处理中精确再生时钟信号,均极端困难。因而,为了提高精度,需要通过提高采样频率进行处理,或组成一相当大规模的滤波器。
发明内容
本发明的一种数字广播解调器,为一以数据包形式发送经数字VSB调制系统编码的数字视频和音频信息的数字广播的接收装置,包括:AGC检测器,通过检测输入基带信号的包络来产生AGC控制信号;AGC误差检测电路,根据一特定位置的标准值来输出同步信号的误差作为控制信号,其中所述特定位置是由一表明所接收数据的同步信号被检测和建立的信号和一表明同步信号位置的信号来检测的;开关电路,根据所述AGC检测器的输出来选择AGC控制,直到检测和建立了所接收数据包数据的同步信号为止,以及当所接收数据包数据的同步信号被检测和建立时,根据所述AGC误差检测电路的输出来选择AGC控制。
本发明这种构成,即便处于较差无线电波状况下,也能实现精确的AGC。
附图说明
图1是本发明数字广播解调器的总体框图,图2是本发明第一实施例数字广播解调器的简要框图,图3是本发明第二实施例数字广播解调器的简要框图,图4是本发明第三实施例数字广播解调器的简要框图,图5是数字地面广播VSB调制系统中数据帧的说明图,图6是数字地面广播VSB调制系统中场同步信号的说明图,图7是说明本发明第二实施例中分段同步信号的示范性波形图,图8是说明本发明第三实施例中分段同步信号的波形图,图9是本发明时钟信号相位误差检测电路的框图,图10是现有技术数字广播解调器构成的框图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的较佳实施例。图1中首先说明的是本发明数字广播解调器,尤其是地面数字广播VSB调制系统的数字广播解调器的示意性构成,接下来具体说明本发明的实施例。
与图10中表示的现有数字地面广播接收解调器具有相同功能的部分加上相同标号,并省略详细说明。
一A/D变换器12输出的数字数据Data分成4部分。其中之一输入分段同步检测建立电路框116中的同步码型检测电路101,通过处理代码位(最高有效位,MSB,表示正负号)来检测同步码型。同步码型检测电路的输出分成3部分,它们分别输入一检测保护计数电路103、一分段同步检测建立电路104和时钟信号相位误差检测电路105。
用以判断各分段正确的同步码型的分段同步检测建立电路104的输出,作为一复位信号输入至码元数目计数器102,一个数据包中码元数目的计数结果反馈给该检测保护电路103和分段同步检测建立电路104。检测保护计数器103根据该反馈信号向一端口109送出一表明分段同步信号在数据包中位置的分段起始信号Segst,向一端口110送出一表明分段同步信号检测建立的分段同步建立信号Shld。
该分段同步建立信号Shld输入一切换电路111,作为一在下面说明的AGC误差检测电路106的控制信号Gerr与AGC检测电路11的控制信号之间进行切换的切换信号。
A/D变换器12分支输出的第二输出数字数据Data输入时钟信号相位误差检测电路105,并与同步码型检测电路101输出的信号和检测保护计数器103输出的分段起始信号Segst一起反馈,并向端口108送出数据中一时钟信号相位误差,作为时钟信号再生控制信号Pherr。该时钟信号再生控制信号Pherr输入至D/A变换器112,并变换为一模拟信号,该信号反馈给LPF 113。LPF 113中积分的控制信号输入至VCO 18来控制其振荡频率。按VCO 8、A/D变换器12、时钟信号相位误差检测电路105、D/A变换器112和LPF 113这一路径组成一反馈回路。
而A/D变换器12的第三部分数字数据输出Data输入AGC误差检测电路106,并作为与已知数值不同的AGC控制信号Gerr送入端口107。该AGC控制信号Gerr输入至D/A变换器114,并变换为一模拟信号,送至LPF 115。LPF 115中积分的AGC控制信号送至切换电路111。
该切换电路111按分段建立信号Shld在模拟AGC检测器11输出的控制信号和通过数字处理从LPF 115检测输出的AGC控制信号之间进行切换。作为切换电路111输出的AGC控制信号输入放大器4和调谐器2,并对输入信号的幅度进行控制。
A/D变换器12的第四输出,输入波形均衡器22作为一接收输出。
下面就这样构成的数字广播解调器说明具体实施例。
(实施例1)
图2是本发明的一个实施例的简要框图。本实施例涉及一数字广播解调器,用于对尤其是数字VSB传输系统中通过以数据包形式发送经编码的数字视频和数字音频信息的数字广播进行接收的装置,该电路构成为对所接收传送数据包数据的代码位(MSB)进行处理,并在所接收数据中建立同步信号。通过这样构成,在诸如重影、多重路径、或NTSC同频道干扰等较差无线电波广播接收状况下,仍然能够精确、可靠地检测并建立数据包中的同步信号。
下面参见图2说明其构成和工作原理。正交检测后的基带信号输入至A/D变换器12,并且时钟信号的再生已经得到锁定。A/D变换器12输出的数字数据Data中的代码位(最高有效位MSB)送至分段同步检测建立电路框116中的同步码型检测电路101和码元数目计数器102。这里,VSB数字地面广播的数据包结构示于图5和图6。图5中示出的传输帧由1个数据包中的832个码元所组成,并且仅对开头的4个码元插入分段同步信号。
每一313个数据包(分段)插入有场同步信号#1、#2。图6示出场同步信号。数据包的开头组成了4个码元的分段同步信号和规定数目的PN码。分段同步信号为图6中示出的按照+5、-5、-5、+5数值进行变换的信号。此信号数值为已知数据,并插入图5所示的所有数据包的开头。
同步码型检测电路101对所有收到数据的代码位(最高有效位MSB)进行处理,检测出+、-、-、+为分段同步信号的码型。当按2的补值对信号进行处理时,分段同步信号的代码为-、+、+、-。
仅处理代码位时,在数字地面广播具有诸如较强重影、多重路径或NTSC同频道干扰特性的状况下,接收数据受到阻抗相当大的影响,因而变差。但在较差接收波状况下代码位在抗干扰方面极强,从而能够稳定地检测分段同步信号的同步码型。
同步码型检测电路101中检测所有收到数据的4个码元的同步码型时,同时将信号Sdet送至检测保护计数器103和分段同步检测建立电路104。码元数目计数器102当加电时便加上加电复位电平,并与等于码元速率Fs的信号处理时钟信号保持同步,从而启动自动的递增计数。对1个数据包中的832个码元计数时,一递增计数信号Co送至检测保护计数器103和分段同步检测建立电路104。
同步码型检测信号Sdet、码元数目递增计数信号Co和检测保护计数器103输出的信号Sbld均送至分段同步检测建立电路104,若所有收到数据中具有与分段同步码型相同的码型,便判断该码型为正确的分段同步信号。
分段同步检测建立电路104动作过程中,当码元数目计数器102送出的信号Co达到数据保码元数目计数832时,或输入同步码型检测电路101输出的分段同步码型检测信号Sdet时,发出一输出信号Lo。
通常,所接收数据当中有很多与分段同步码型相同的码型数据,但码元数目计数器102一旦复位,这时,与分段同步信号相同的码型检测信号Sdet便反馈给分段同步检测建立电路104,并将根据部分时钟信号用以下拉至低电平的Lo信号输入,计数达到一个数据包中的码元数目832。在递增计数当中,检测到与同步码型相同的码型时,分段同步检测建立电路104便发出信号Lo,并使码元数目计数器102复位。这样,便重复进行计数动作,直到码元数目递增计数达到1个数据包中832时输出信号Co的同时输入信号Sdet为止。具体来说,为正确的分段同步信号的情况下,832计数完时,同时有下一数据包的分段同步信号,信号Sdet和信号Co同时送入分段同步检测建立电路104,发出Lo信号,并使码元数目计数器102复位。
码元数目计数器102的输出信号Co和同步码型检测电路101的输出信号Sdet还送至检测保护计数器103。因而,检测保护计数器103每次将保持信号Shld设定为高电平,并由该信号Shld保持分段同步检测建立电路104,并将它保持在直到同时输入电路101输出的信号Sdet和电路102输出的信号Co才发出复位信号Lo的状态。因而,同一时间只有Sdet信号输入的话,就没有复位信号Lo发出。但在第一次,若信号Co未输入电路103,除非同时有信号Sdet输入,否则码元数目计数器102和检测保护计数器103复位,信号Shld处于低电平。检测保护计数器103对信号Sdet和信号Co同时输入的次数进行计数,当信号Sdet和信号Co同时输入达到规定次数例如连续4次时,便在所接收数据中检测并建立为正确的分段同步信号。理由在于,对于输出信号Co的场合,有可能偶尔会输入相同码型的信号,但不会输入正确的分段同步信号,这种可能性是避免发生的。这样,重复规定次数在所接收数据中检测并建立分段同步信号时,便将分段建立信号Shld固定为高电平。
通过该Shld电路,分段同步检测建立电路104保持在直到电路101输出的信号Sdet和电路102输出的信号Co同时输入才发出复位信号Lo这种状态。因而,同时只有信号Sdet输入的话,便没有复位信号Lo发出。即便处于这种保持状态,只有当信号Sdet和信号Co同时输入,才发出复位信号Lo,并更新码元数目计数器102。
分段同步信号一旦建立,若信号Sdet和信号Co未同时输入,并不立即取消分段建立,但当出错规定次数例如8次以上,便取消分段同步信号检测的建立,将信号Shld设定为低电平。
这样,每当使码元数目计数器102复位,便检测出与分段同步信号相同的波形,当由正确的分段同步信号复位,并且直到递增计数达到规定数目才输入与同步信号相近的波形时,码元数目计数器102的递增计数和下一分段输入正确的同步信号便同时发生,并由检测保护计数器发出信号Shld,并在使电路102递增计数时取消同样的波形,当此动作重复达到规定次数时,便检测并建立为正确的分段同步信号。
本实施例的构成包括:通过仅对所接收数据中的代码位(MSB)进行处理来检测已知的同步信号码型的同步码型检测电路101,对一个数据包中码元数目进行计数的码元数目计数器102,当码元数目计数器102检测达到规定计数且同时检测到同步信号码型时便判断正确的分段同步码型并发出一信号使码元数目计数器102复位的分段同步检测建立电路104,以及通过根据同步码型检测电路101的输出和码元数目计数电路102达到规定数目的递增计数在所接收数据中检测并建立分段同步信号来送出信号Shld的检测保护计数电路103,因而即便数字广播处于较强的重影、多径干扰特性、低C/N等这种较差无线电波广播接收状况下,也能稳定地检测并建立同步信号,并进行稳定的解码处理。
(实施例2)
图3示出本发明的实施例2的框图。本实施例涉及一数字广播解调器,用于对尤其是数字VSB传输系统中通过以数据包形式发送经编码的数字视频和数字音频信息的数字广播进行接收的装置,通过计算所接收数据中第N和第N+1数据包同步信号之差,来获得所接收数据的时钟信号相位误差,即便在较差的无线电波接收环境下也能稳定再生时钟信号。
下面参见图3说明其构成和动作。虚线框116与实施例1在图2中示出的分段同步检测建立电路框相对应,送出一表明所接收数据Data中分段同步信号检测建立的分段同步建立信号Shld,以及表明数据包中分段同步信号位置的分段起始信号Segst。电路框116的工作原理与实施例1中说明的相同,故省略。
A/D变换器12输出的所接收数字数据Data输入一时钟信号相位误差检测电路105。该分段同步检测建立电路框116还反馈信号Sdet,以表明数据包中与同步信号中码型相同的数据的位置,以及表明数据包中分段信号位置的信号Segst。
图9示出时钟信号相位误差检测电路105的框图。A/D变换器12输出的所接收数字数据Data经一锁存器203输入至一减法电路202中的加法输入端。此输入还经一锁存器204输入至一减法电路202中的减法输入端。减法电路22从第N+1个输入当中减去第N个输入,并将减法数值输入锁存电路207。减法运算的顺序没有限制,重要的是该减法数值是否为0。锁存电路207中,数据由分段同步信号的码型检测信号Sdet锁存,并送至一锁存电路208。对信号Sdet在时间上进行调整,以便锁存电路205在所接收数据中第2和第3分段同步信号减法运算后的时刻锁存减法数值。锁存电路208通过由检测并建立分段同步信号后送出的表明分段同步信号位置的信号Segst进行锁存,将它输出作为时钟信号相位误差信号Pherr。还对信号Segst在时间上进行调整,以便锁存电路208对锁存电路206中第2和第3分段同步信号的减法数值进行锁存。
此电路构成为检测如图7所示的4个码元组成的分段同步信号,若采用不同的码型,可将该电路按不同方式组成。
图7示出所得到的分段同步信号单元的采样点。该采样点为a、b、c、d时,VCO18的振荡频率在相位上完全与所接收数据的时钟信号相符合。该数据数值为平滑数值,是因为带宽受到限制,以免前一级SAW滤波器3滤波处理造成码间干扰。这里,假定第N数据为第二数据数值b,从第N+1数据数值c当中减去得到c-b。
如图7所示,该减法处理是为了确定本来应该为相同电平的采样点数值b和c或b’和c’之间连线的斜率。这里,当所接收数据的时钟信号与VCO 18振荡的频率信号的相位保持完全同步时,c-b数值为0。若频率和相位有偏移,便如图7中虚线所示,与c’-b’一样,并通过减法处理确定时钟信号相位误差信号Pherr。进行反馈控制,使该时钟信号相位误差信号Pherr可以接近0。如图1所示,时钟信号相位误差反馈至D/A变换器112,并变换为一模拟信号,送至LPF 113。变换为模拟信号的时钟信号相位误差在LPF 113中积分,作为时钟信号相位控制信号送至VCO 18。VCO 18中根据时钟信号相位控制信号对振荡频率信号进行控制,由PLL与所接收数据中的时钟信号保持同步。本例中,在本该为相同电平的2个连续信号之间比较电平,但若不连续,便在设想应为相同电平的2个信号之间比较电平。
另外,根据上述发明,当加电或切换频道时,一直通过将数据包中同步信号和码型之间符合的本该为相同电平的所有数据的差分数值连续反馈给VCO 18作为时钟信号相位误差,来设法迅速结束时钟信号再生,直到检测并建立数据包中分段同步信号为止。
本实施例中,根据表明按数据包形式发出的数据当中同步信号位置的信号Segst和表明数据包数据中同步信号和码型为相同数据的信号Sdet,通过减法处理本该为相同电平的数据包数据中第N和第N+1同步信号,确定时钟信号相位误差信号Pherr,并执行时钟信号再生处理进行控制,使得误差为0。
对这种构成,即便处于较差的无线电波数字广播接收状况,也可以利用简单、成本低的电路构成实现稳定的时钟信号再生。
(实施例3)
图4示出本发明的实施例3的框图。本实施例涉及一数字广播解调器,用于对尤其是数字VSB传输系统中通过以数据包形式发送经编码的数字视频和数字音频信息的数字广播进行接收的装置,并根据同步检测建立信号和表明数据包中同步信号位置的信号,计算同步信号的数据数值和基准数值之差,来实现AGC。
下面参见图4说明其构成和动作。虚线框116与实施例1中示出的分段同步检测建立电路框相对应,送出一表明所接收数据Data中分段同步信号检测建立的分段同步建立信号Shld,以及表明数据包中分段同步信号位置的分段起始信号Segst。电路框116的工作原理与实施例1中说明的相同,故省略。A/D变换器12输出的数字数据Data输入一AGC误差检测电路106。
图8示出加到数据包数据开头处的4个码元组成的分段同步信号。分段同步信号如图8所示按±5数值对应。因为是已知数值,在接收端,与±5对应的数据数值可作为基准数值处理。分段同步建立信号Shld输入AGC误差检测电路106时,可根据表明数据包中分段同步信号位置的信号Segst,来规定4个码元组成的数据距离分段同步开头的位置,确定该数值和内部基准数值之差。如图8所示,按虚线所示输入所接收数据时,与基准数值的差在+端用d表示,在-端用d’表示。进行反馈控制,使与基准数值的差d、d’更为接近0。
这里示出的是所输入的收到数据大于分段同步信号基准数值的场合,但输入的数据小于该基准数值时,通过取绝对值处理后的减法,以避免经减法处理反相的代码会增大差值,送出误差信号Gerr作为AGC控制信号。由图1所示的端口107将AGC控制信号Gerr输入D/A变换器114,并变换为一模拟信号送至LPF 115。由LPF 115积分的AGC控制信号经切换电路111反馈至放大器4和调谐器2,并通过反馈控制对所接收数据的幅度进行控制来实现AGC。
按照本发明的实施例,当加电或切换频道时,一直通过将图1所示端口110送出的分段同步建立信号Shld提供给切换电路111,来设法在根据模拟信号的包络检测幅度误差的控制信号和利用数字处理根据同步电平检测幅度误差的控制信号之间对AGC控制信号进行切换,直到检测并建立数据包中分段同步信号为止。所接收数据输入时,通过前一级模拟处理单元中的模拟检测从基带信号包络中检测出幅度误差,优先应用基于该误差的AGC控制,直到检测并建立数据包分段同步信号为止,检测并建立数据包中分段同步信号后,则反馈用以从该同步信号当中检测幅度误差的数字处理当中所输出的误差信号,来有效地进行AGC。
实施例3中,根据表明数据包形式发送的数据其同步位置的信号Segst和表明检测并建立同步信号的信号Shld,通过所接收数据分段同步信号和分段信号基准数值之间的减法处理,来确定幅度误差信号Gerr,靠D/A变换和LPF的积分,经切换电路111反馈至模拟放大器和调谐器,来进行幅度控制,实现AGC。按照此方法,即便处于诸如重影和多重路径这种较差的无线电波数字广播接收状况下,仍可以较低成本的电路构成实现稳定的AGC。
上述实施例给出的是地面数字广播的解调器,但也可以应用于其他设备中。
码元的数目、分段的数目、脉冲部分的构成以及具体信号格式均可以在保护范围内改变或修改。
当然也可通过微处理器的处理来实现实施例中分立电路的动作。
综上所述,本发明的数字广播解调器,涉及数据包数据等的数字地面广播,包括一用以处理所接收数据代码位并检测同步信号码型的同步码型检测电路,一码元数目计数电路,一同步检测保护计数电路以及一同步检测建立电路,在其中检测并建立正确的同步信号码型,因而在诸如数字地面广播具有较强重影和多径干扰特性的较差无线电波状况下,也能以很低成本的电路构成稳定地检测并建立数据包中的同步信号。
而且包括所接收数据的减法装置,根据与同步信号相同的码型检测信号和表明数据包中同步信号位置的信号,来确定本该为相同电平的同步信号之间的电平差,检测所接收数据的时钟信号相位误差,并反馈给VCO用于控制,因而在诸如数字地面广播具有较强重影、多径干扰特性、低C/N的较差无线电波状况下,也能以很低成本的电路构成,稳定且精确地再生时钟信号。
此外,根据表明所接收数据包中同步信号位置的信号和在数据包中检测并建立同步信号的信号,使所接收数据的同步信号和已知数值相减,来确定幅度误差,并反馈给模拟放大电路和调谐器用于控制,因而在较差无线电波环境下仍实现精确的AGC。
Claims (1)
1.一种数字广播解调器,为一以数据包形式发送经数字VSB调制系统编码的数字视频和音频信息的数字广播的接收装置,其特征在于,包括:
AGC检测器,通过检测输入基带信号的包络来产生AGC控制信号;
AGC误差检测电路,根据一特定位置的标准值来输出同步信号的误差作为控制信号,其中所述特定位置是由一表明所接收数据的同步信号被检测和建立的信号和一表明同步信号位置的信号来检测的;
开关电路,根据所述AGC检测器的输出来选择AGC控制,直到检测和建立了所接收数据包数据的同步信号为止,以及当所接收数据包数据的同步信号被检测和建立时,根据所述AGC误差检测电路的输出来选择AGC控制。
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