CN1612555B - 减小地面数字电视广播系统中同频转发器时延的调制设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种能够减少地面数字电视广播系统中的同频转发器的时延的调制设备。本发明的调制设备包括：将同频转发器中的补偿单元的输出信号与预定义的域/段的同步信号合成来形成基带信号的基带信号形成单元；将导频信号插入到基带信号中的导频插入单元；对带有导频信号的基带信号进行上采样的上采样单元；基于窗技术和/或等波纹滤波器对经上采样的基带信号进行滤波来形成同相(I)信号和正交(Q)信号的VSB滤波单元；将经滤波的I和Q信号上变频为中频(IF)频段的频率的上变频单元；将经上变频的I和Q信号相加并把合成的信号转换成IF频段的数字VSB信号的加法器；以及将IF频段的数字信号转换成模拟信号的数模转换单元。

Description

减小地面数字电视广播系统中同频转发器时延的调制设备
技术领域
本发明涉及一种数字电视(TV)广播服务技术，而且，尤其涉及一种能够减少地面数字电视广播系统中的同频转发器(OCR)时延的调制设备及其方法。
背景技术
通常，主发射机和转发器是根据广播站的广播覆盖范围和地表的自然地形和地质构造来进行架设的，以提供广播服务。
将转发器设立在主发射机的信号接收微弱的地区，以解决信号接收不良问题并扩大来自于主发射机的广播信号的发射覆盖范围。
用于当前地面数字电视广播业务中的转发器接收来自于主发射机的广播信号并以分配给不同的转发器的不同频率发射所接收到的广播信号。
参照图1，传统上，主发射机11通过发射频率A来发射广播信号，而转发器12到15将广播信号从发射频率A中继到其它频率B、C、D和E上。也就是说，在图1的地面数字电视(TV)广播系统中，分别为每一个转发器12到15给定了不同的频率B、C、D和E，以解决在超出广播业务传播覆盖范围的区域内的广播信号接收不良的问题，或者用来扩大广播系统传播覆盖范围。
然而，要在地面数字电视广播业务中针对每个转发器12、13、14或15使用不同的频率B、C、D或E，那么转发器12到15就需要使用多个频段。也就是说，需要很多频率资源。这在频率利用方面是非常低效，这是因为相同频率在远距离范围内是不能重复使用的，但是在相同的频率之间不会产生干涉的遥远区域内可以使用。
如果转发器12到15能够使用主发射机11中所使用的频率A，则能够在相邻的范围内使用相同的频率，因此能够使频率的利用率显著增加。
图2表示通过频率A来发射广播信号的主发射机21和以相同频率A来转发广播信号的同频转发器(OCR)22到25。在这个实施例中，频率的利用率非常高。为此，接收机应当能够区分由使用相同频段的主发射机21和同频转发器(OCR)22到25发射的广播信号。
由于普通接收机装配有消除多路信号的补偿部分，因此能够消除同一频带内的时延信号，而不消除期望得到的信号。
然而，如图2所示，如果使用相同频段A的同频转发器22到25转发广播信号，那么在相同的信道间可能会产生干扰，从而在接收机的补偿单元中将无法消除时延多路信号。
如果从主发射机21和同频转发器22到25发射的广播信号具有超出接收机中的补偿部分的多路信号消除能力的时延，则补偿部分将不能消除时延信号。
因此，为了通过同频转发器22到25提供地面数字电视广播服务，同频转发器22、23、24或25的输出信号应该和主发射机21的输出信号相同，而且两个信号之间的时延应该很小。换句话说，应当使同频转发器22到25的时延最小化。
由同一受让人于2003年5月20日提交的韩国专利申请第10-2003-32007号公开了一种如图3所示的使用相同同频转发器22到25的技术，该专利申请合并在此作为参考。在现有技术中，同频转发器22、23、24或25的输出信号和主发射机21的输出信号相同，并且两个信号之间的时延很小。而且，同频转发器22到25的输出信号具有优于同频转发器22到25的输入信号的特性，这是因为在主发射机21和同频转发器22到25之间的传播路径中产生的噪声和多路信号都被消除了。而且，通过消除由于同频转发器22到25的发射和接收天线的低绝缘性而产生的反馈信号，该技术还能提高同频转发器22到25的发射输出功率。
参照图3，同频转发器22到25包括一个射频(RF)接收部分32、一个中频(IF)下变频部分33、一个解调部分34、一个补偿部分35、一个调制部分36、一个RF上变频部分37、一个高功率放大器部分38、一个发射天线39、和一个本机振荡部分(LO)40。
RF接收部分32通过转发器的接收天线31接收由主发射机21发射的RF广播信号。IF下变频部分33根据第一基准频率将在RF接收部分32中接收到的RF广播信号转换为一个IF信号。解调部分34将在IF下变频部分33中得到的IF信号转换为基带信号。
补偿部分35消除在解调部分34得到并在主发射机21和同频转发器22到25之间产生的噪声和多路信号。而且，补偿部分35消除由同频转发器22到25的发射和接收天线的低绝缘性产生的反馈信号。调制部分36将补偿部分35的基带输出信号转换成IF信号。RF上变频部分37基于第二基准频率将由调制部分36转换的IF信号再转换成RF广播信号。
高功率放大部分38对在RF上变频部分37中得到的RF广播信号进行放大并将经放大的信号中继到发射天线。发射天线39将由高功率放大器部分38输出的广播信号发射出去。
由于解调部分34将IF信号转换成基带信号以使发射和接收信号的频率和相位同步，本地振荡部分(LO)40产生第一基准频率，将第一基准频率提供给IF下变频部分33，根据该第一基准频率产生第二基准频率，并将该第二基准频率提供给RF上变频部分37。
下面是同频转发器22到25的操作过程。首先，接收天线31和RF接收部分32接收由主发射机21发射的RF广播信号。在IF下变频部分33中将所接收到的RF广播信号转换成IF信号。然后，在解调部分34中将IF信号转换成基带信号。
高性能的补偿部分35消除由主发射机21和同频转发器22到25之间的传输造成的噪声和多路信号和由于发射和接收天线31和39的低绝缘性而产生的反馈信号。
在调制部分36中，将消除了噪声、多路信号和反馈信号的基带信号转换成IF广播信号。在RF上变频部分37中将该IF信号转换成RF信号。在高功率放大器部分38中对RF信号进行放大，然后通过发射天线39将其发射出去。接收信号的频率和相位应当是与发射信号保持同步。
如下所述，使发射部分和接收部分中信号的频率和相位同步。为了使处于RF频带的发射和接收信号的频率彼此同步，仅将一个基准频率提供给IF下变频单元和RF上变频单元。于是，在RF频带中发射和接收信号的频率互相同步。
为了使处于IF频带的发射和接收信号的频率彼此同步，将从解调部分34中的再同步处理提取的频率和时间偏移不加任何变化地用于调制部分36中。这样，来自于同频转发器22到25的发射单元的输出信号与接收信号在频率和相位上是同步的。因此，在不使用任何附加的参考信号的条件下，同频转发器22到25输出信号的频率和相位能够与由主发射机21产生的信号的频率和相位保持同步。
如上所述，如果由主发射机21和同频转发器22到25发射的信号具有超出接收机的补偿部分的多路信号消除范围的时延，接收机的补偿部分将无法消除延迟信号。
出于这个原因，为了通过同频转发器22到25提供数字广播服务，应当使同频转发器22到25的输出信号和主发射机21的输出信号之间的时延最小化。然而，如图4所示，在同频转发器22到25中使用传统的调制部分36使得时延很长。
参照图4，传统的调制部分36包括一个基带信号形成单元41、一个导频插入单元42、一个上采样单元43、一个残余旁带(VSB)滤波单元44、一个IF上变频单元45、一个加法器46、一个数模转换(DAC)单元47。VSB滤波单元44包括一个同相(I)滤波器441和一个正交(Q)滤波器442。
基带信号形成单元41通过对补偿部分35的输出信号和预定义的域/段同步信号进行合成来形成基带信号。导频插入单元42将一个导频信号插入到基带信号中。
接下来，在上采样单元43中，对具有导频信号的基带信号进行上采样，并且在VSB滤波单元44中经过了VSB滤波后，上采样信号转换成了一个I信号和一个Q信号。VSB滤波单元44包括I滤波器g(n)*{g(n)·cos(2π·fVSB·nT)}441，和
Q滤波器g(n)*{g(n)·sin(2π·fVSB·nT)}442。这里，频率fVSB是2.69MHz，*表示一次卷积运算。
通过IF上变频单元45将经过VSB滤波后得到的一个I信号和一个Q信号转换成IF信号，以获得IF上变频I信号和IF上变频Q信号。
IF上变频单元45包括一个用于将I信号乘以cos(2π·fIF·nT)的第一上变频单元451和一个用于将Q信号乘以sin(2π·fIF·nT)的第二上变频单元452。这里，频率fIF将经VSB滤波的信号的频率上变频到IF频段的频率。
最后，通过加法器46将IF上变频的I和Q信号转换成IF频段的数字VSB信号。在数模转换单元47中将IF频带的数字VSB信号转换成模拟IF信号。
传统的调制部分36包括一个时延单元，即，用于VSB调制的VSB滤波单元。这里，VSB滤波单元的时延是由其中使用的滤波器抽头的数目决定的。换句话说，当假定I滤波器441抽头的数目是N，Q滤波器442抽头的数目是M时，I滤波器441和Q滤波器442中分别产生N/2和M/2的时延。
不过，由于I滤波器441和Q滤波器442使用相同的平方根升余弦(SRRC)滤波器，用在两个滤波器441和442中抽头的数目是相同的。而且，由于I滤波器441和Q滤波器442具有彼此并行的结构，因此在VSB滤波单元44中，产生的总时延等于抽头数，即，N/2或M/2。
通常，一个由VSB滤波器产生的信号应该满足频谱标准，称为频谱遮蔽(Spectrum Mask)。然而，众所周知，当上采样率是4且用在SRRC滤波器中的抽头数大于500时，前述的利用SRRC滤波器产生的VSB滤波单元44是满足频谱遮蔽标准的。
使用抽头数大于500的SRRC滤波器的VSB调制单元500可用在主发射机21中，该发射机中允许相对较长的时延，但对要求短时延的同频转发器22到25是不适用的。因此，为了通过同频转发器22到25来提供数字广播服务，就需要一个能使同频转发器22到25的时延最小化的调制方法。也就是说，主发射机21的输出信号和同频转发器22到25的输出信号的时延应当很小。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一个调制部分，该调制部分能够减小由用于调制地面数字电视(TV)广播系统中的同频转发器的滤波器造成的时延。
按照本发明的一个方面，提供有一个能减少地面数字电视广播系统中的同频转发器的时延的调制部分，它包括：通过将同频转发器中补偿单元的输出信号与预定义域/段的同步信号合成来形成基带信号的基带信号形成单元；将导频信号插入到基带信号的导频插入单元；用于上采样带有导频信号的基带信号的上采样单元；基于窗技术和/或等波纹滤波器滤波上采样基带信号来形成同相(I)和正交(Q)信号的VSB滤波单元；用于将滤波的I和Q信号的频率上变频到中频(IF)频带的频率的上变频单元；将上变频的I和Q信号相加并将合成的信号转换成IF频段的数字VSB信号的加法器；以及将IF频段的数字信号转换成模拟信号的数模转换单元。
在本发明中，具有低系统延迟和卓越特性的输出信号的同频转发器被用来转发数字广播信号。当采用这种同频转发器，由于相对低的系统延迟，目前的接收机就不会受什么影响。同频转发器输出信号的卓越特性能够使转发范围扩大。
因此，按照如下方法，本发明的技术减少了数字电视广播系统中的同频转发器的时延。首先，在调制过程中，同频转发器中使用的补偿部分的输出信号被形成，也就是说，通过将补偿单元的输出信号与预定义域/段的同步信号合成来形成基带信号。然后，一个导频信号被插入到基带信号，并且上采样带有导频信号的基带信号。通过包括了等波纹(ER)滤波器和窗技术的新式VSB滤波单元，上采样信号通过包含等波纹滤波器和窗技术的新的VSB滤波单元被转换成滤去了残余旁带(VSB)的I信号和滤去了VSB的Q信号。接下来，经VSB滤波的I和Q信号被上变频成IF信号，然后IF上变频的I和Q信号被相加，而合成的信号被转换成一个IF频段的VSB信号。在数模转换单元47中，IF频段的数字VSB信号被转换成一个模拟IF信号。
附图说明
通过下述结合附图给出的优选实施例的说明，本发明的上述的和其它的目的和特征将会变得更加显而易见，其中：
图1是表示使用传统转发器的广播业务原理的示意图。
图2是表示使用普通的同频转发器(OCR)的广播业务原理的示意图。
图3是介绍按照现有的实施方式的图2中的一个OCR的框图。
图4是表示用在OCR中的传统的调制部分的框图；以及
图5是表示根据本发明实施例的用于减小OCR时延的调制部分框图。
具体实施方式
通过下面参照附图对实施例做出的说明，本发明的其它目的和方面将变得更加显而易见，下文对此进行了阐述。
图5是表示按照本发明一个实施例的用于减小同频转发器(OCR)的延时的调制部分的框图。参照图5，用于减少OCR的时延的调制部分包括一个基带信号形成单元51，一个导频插入单元52，一个上采样单元53，一个残余旁带(VSB)滤波单元54，一个IF上变频单元55，一个加法器56，和一个数模转换单元57。
基带信号形成单元5 1通过将用在同频转发器22到25中的补偿部分35的输出信号与预定义域/段的同步信号进行合成来形成基带信号。导频插入单元52将一个导频信号插入到该基带信号中。
上采样单元53对带有导频信号的基带信号进行上采样。VSB滤波单元54基于窗法(Window method)和/或等波纹滤波器对经上采样的基带信号进行滤波，产生一个同相(I)信号和一个正交(Q)信号。
IF上变频单元55将经滤波的I和Q信号的频率上变频为IF频段的频率。加法器56将经上变频的I和Q信号相加并将合成的信号转换成IF频段的数字信号。然后，数模转换单元57将IF频段的数字信号转换成模拟信号。
VSB滤波单元54包括一个I滤波器541和一个Q滤波器542，并使用窗技术和一个等波纹滤波器进行VSB滤波，而不是仅使用一个平方根升余弦(SRRC)滤波器。
同时，VSB滤波单元54也能够使用一个SRRC滤波器和窗技术来进行VSB滤波，而不是仅使用SRRC滤波器。而且，VSB滤波单元54也能够仅使用ER滤波器来进行VSB滤波，而不是仅使用SRRC滤波器。
具有上述结构的调制部分进行如下所述的操作。首先，在基带信号形成单元51中，通过将用在同频转发器22到25中的补偿部分35的输出信号与预定义域/段的同步信号合成来形成基带信号。然后，在导频插入单元52中，将一个导频信号插入到基带信号中。
在上采样单元53中对带有导频信号的基带信号进行上采样，并且在VSB滤波单元54中，使用窗技术和一个ER(e(n))滤波器，将经上采样的信号转换成经VSB滤波的I信号和经VSB滤波的Q信号。
VSB滤波单元54包括I滤波器([e(n)*{e(n)·cos(2π·fVSB·nT}]·w(n)541和Q滤波器([e(n)*{e(n)·cos(2π·fVSB·nT}]·w(n)542。这里，频率fVSB是2.69MHz而*表示一次卷积运算。而且，w(n)代表一个窗函数。w(n)可以是各种窗函数中的一种，例如Kaiser，Hamming，Hanning和Blackman。
然后，在IF上变频单元55中将经VSB滤波的I和Q信号转换成IF信号，即，IF上变频的I和Q信号。IF上变频单元55包括一个乘以cos(2π·fIF·nT)的I信号上变频器551和一个乘以sin(2π·fIF·nT)的Q信号上变频器552。在这里，频率fIF将经VSB滤波的信号的频率上变频到IF频段的频率。
最后，由加法器56将IF上变频的I和Q信号转换成IF频段的数字VSB信号，而将IF频段的数字VSB信号在数模转换单元(DAC)57中转换成一个模拟IF信号。
如上所述，本发明的调制部分(见图5)包括一个时延装置，即，VSB滤波单元54，正与图4的传统的调制部分一样，VSB滤波单元54的时延由其中使用的滤波器抽头数目决定。
如果I滤波器441和541的抽头数目是K，而Q滤波器442和542的抽头数目是L，在I滤波器441和Q滤波器442分别产生K/2和L/2的时延。然而，由于I滤波器441和Q滤波器442使用相同的SRRC滤波器，两个滤波器441和442的抽头数目是一样的。而且，由于I滤波器441和Q滤波器442彼此并行的结构，产生在VSB滤波单元44的整个时延是K/2或L/2。
与此不同，由于本发明调制部分的VSB滤波单元54使用了一个ER滤波器和窗技术，它能用相对较少的ER滤波器抽头数目来满足频谱遮蔽标准。
例如，当传统VSB滤波单元44的上采样率是4时，应当使用抽头数目大于500的SRRC滤波器来满足频谱遮蔽标准。然而，对于VSB滤波单元54，通过使用抽头数目大于100的ER滤波器就能够满足频谱遮蔽标准。
因此，采用具有上述结构的调制部分，能够制造出在主发射机21的输出信号和同频转发器22到25的输出信号之间具有很小时延的同频转发器22到25。
本发明的调制部分及方法在同频转发器中产生相对低的系统延迟，转发面积能够得到扩大，有限的频率资源能够得到有效的利用。
虽然本发明是针对某些优选实施例进行描述的，对本领域的技术人员来说，在不超出由后附的权利要求书限定的本发明的范围前提下对本发明进行各种改变和修改是显而易见的。

Claims (4)

1.一种用于减少地面数字广播系统中同频转发器时延的调制设备，其中，同频转发器接收一个信道上的信号，并将这个信号分配到与接收信道频率相同的信道上，该调制设备包括：
一个基带信号形成装置，用于将同频转发器中的补偿单元的输出信号与预定义的域/段的同步信号合成来形成一个基带信号；
一个导频插入装置，用于将一个导频信号插入到该基带信号中；
一个上采样装置，用于对带有导频信号的基带信号进行上采样；
一个残余旁带VSB滤波装置，用于基于窗技术和/或等波纹滤波器对经上采样的基带信号进行滤波，从而形成一个同相I信号和一个正交Q信号；
一个上变频装置，用于将经滤波的I和Q信号的频率上变频为一个中频IF频段的频率；
一个加法装置，用于将经上变频的I和Q信号相加并将合成的信号转换成一个IF频段的数字信号；以及
一个数模转换装置，用于将IF频段的数字信号转换成模拟信号。
2.如权利要求1所述的调制设备，其中，滤波装置通过使用一个平方根升余弦SRRC滤波器和窗技术来进行残余旁带VSB滤波。
3.如权利要求1所述的调制设备，其中，滤波装置通过使用一个等波纹滤波器来进行残余旁带VSB滤波。
4.如权利要求1所述的调制设备，其中，滤波装置通过使用一个等波纹滤波器和窗技术来进行残余旁带VSB滤波。
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