CN1640134A - 具有受控上行链路传输的宽带多信道低噪声抑制变换器/发送器结构的卫星电视系统地面站 - Google Patents

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CN1640134A CN03804654.7A CN03804654A CN1640134A CN 1640134 A CN1640134 A CN 1640134A CN 03804654 A CN03804654 A CN 03804654A CN 1640134 A CN1640134 A CN 1640134A
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Abstract

一种卫星电视地面系统，尤其用于闭合或断开(make or break)卫星电视信号系统，包括经由单同轴电缆和用于电源的可选分离单导线而彼此通信的室外单元和室内单元。所述卫星电视地面系统可操作用于利用DSP技术来测量和反转频率变换误差，允许从卫星电视地面系统更精确地生成和传输上行链路信号。在其电源电缆上经由低数据速率连接，或者通过经由同轴电缆的窄带信令信道来发送系统的控制数据。系统也利用单基准振荡器来驱动各种频率合成器等。卫星电视地面系统对于上行链路和下行链路部分利用相关的振荡器。在电视信号解调器的载波跟踪环路部件中测量下行链路中的载频偏移。利用下行链路的载频偏移来合成用于上行链路和下行链路部分的各种频率信号以校正频率误差。对于上行链路部分，在上行链路中反转下行链路的载频偏移。如果上行链路是不同的频率，则可以通过不同的合成器比率来标度所测量的系统主振荡器的偏移。

Description

具有受控上行链路传输的宽带多信道低 噪声抑制变换器/发送器结构的卫星电视系统地面站
技术领域
本发明涉及卫星通信系统，尤其涉及一种在其他情况中使能在诸如卫星电视系统的通信系统中交互服务的接口。
背景技术
使用卫星来分布电视信号在广播工业中是众所周知的，并且帮助革命化电视分布系统。第一代卫星电视系统利用在所谓的“地球同步”轨道中围绕地球的通信卫星，“地球同步”是指围绕地球的卫星相对于地球上的固定点是静止的。地球同步卫星必须维持高纬度，以便保持在地球同步轨道中。地球同步轨道的一方面在于它使单个卫星能够向整个大陆、大部分大陆、和/或地球上的大面积分布电视信号。
下一代卫星电视系统涉及到近地轨道(“LEO”)卫星和/或中地轨道(“MEO”)卫星。顾名思义，这些卫星占据了比地球同步卫星低得多的轨道。LEO和/或MEO卫星系统有助于提供各种交互服务，例如交互电视服务、因特网服务(例如电子邮件、网络冲浪等)等等，因为往返行程信号传播时间比地球同步卫星系统中的时间少得多。然而，由于它们的轨道较低，为了向与地球同步卫星相同的地理面积分布信号，需要多个LEO/MEO卫星。
对LEO/MEO卫星系统，可以使用全方向天线，该全向方天线提供不需要跟踪卫星的简单、空间低效率的链接。全向系统由于全向天线在链接中的非常低的增益而提供非常低的带宽。为了实现高带宽和空分复用，必须使用高增益天线并且跟踪卫星。因此为了提供到非地球同步卫星提供高带宽连续数据链接，需要跟踪两个卫星的能力，因为当一个卫星越过地平线时，应当建立到另一个卫星的链接并且操作来接管所述链接。通过跟踪两个卫星，在卫星之间可以进行断开之前闭合(make-before-break)切换。
在卫星电视系统的环境中，多个非地球同步卫星(即LEO和MEO卫星系统)的使用要求用户电视设备能够跟踪和接收来自多个卫星的信号。因此，用户电视设备将包括多个以同时方式操作的接收器。而且，为了提供交互式电视服务，也期望用户电视设备包括用于将信号发送至卫星的装置。在下一代电视卫星系统的情况中，用户电视设备必须因此具有能够接收两个卫星信号的地面站，并且将上行链路信号提供给卫星。地面站通常包括室内单元和室外单元。
由于在下一代电视卫星系统中提出的地面站是消费者装置，因此期望最小化消费者地面站的成本。消费者地面站的一个主要成本是从室内单元到室外单元的连接。在这种断开之前闭合系统中，需要解调两个卫星信号。使用传统LNB(低噪声抑制)下变换器，这意味着在单片电缆上承载两个宽带信号(每个达到≈1GHz)。另外，在该相同的单电缆上也需要承载上行链路信号。
在由Ramaswasmy等人于2001年12月21日提交的序号为10/029645、标题为“Bi-directional Communication Apparatus”的美国专利申请中，示出了一个用于接收第一和第二卫星电视信号的卫星电视地面站的示例。第一和第二卫星电视信号在卫星电视地面站的室外单元中被下变换，并被发送至卫星电视地面站的室内单元。信号发送模块接收来自室内单元的RF信号，并且上变换该RF信号，以便响应于选择信号而选择性地提供上变换的信号。将来自室内单元的参考频率提供给室外单元的基准振荡信号发生器。该基准振荡信号发生器将振荡信号提供给室外单元的不同组件。然而，在设计中卫星电视地面站是基本的，它不能解决本发明所解决的问题。
因此需要一种例如克服当前卫星系统的上述和其他当前不足和/或缺陷的卫星系统。因此还需要一种例如克服当前基于地面的卫星电视系统的上述和其他不足和/或缺陷的基于地面卫星电视系统。
发明内容
本发明主题是基于地面的卫星系统。该基于地面的卫星系统包括室外单元和室内单元。所述室外和室内单元提供下行链路和上行链路。
在一种形式中，本主题发明是卫星电视地面系统的室外单元。所述室外单元包括下行链路电路和上行链路电路。下行链路电路可操作用于从第一和第二卫星接收第一和第二卫星电视信号，处理所述第一和第二卫星电视信号，并且将所述处理的第一和第二卫星电视信号提供给卫星电视地面系统的室内单元。上行链路电路可操作用于从室内单元接收上行链路信号，处理所接收的上行链路信号，并且当所述下行链路电路由所述第一和第二卫星之一信号锁定时将所处理的上行链路信号提供给卫星发送天线。
在另一种形式中，本主题发明是一种卫星电视地面系统的室外单元。所述室外单元包括：用于从第一和第二卫星接收第一和第二卫星电视信号的部件；用于处理所述第一和第二卫星电视信号的部件；用于将所处理的第一和第二卫星电视信号提供给卫星电视地面系统的室内单元；用于从室内单元接收上行链路信号的部件；用于处理所接收的上行链路信号的部件；和用于当下行链路电路由第一和第二卫星之一信号锁定时将所处理的上行链路信号提供给卫星发送天线的部件。
在另一种形式中，本主题发明是一种在卫星电视地面系统的室外单元中提供与电视广播卫星的上行链路通信的方法，所述方法包括步骤：(a)从第一和第二卫星接收第一和第二卫星电视信号；(b)处理所述第一和第二卫星电视信号；(c)将所处理的第一和第二卫星电视信号提供给卫星电视地面系统的室内单元；(d)从室内单元接收上行链路信号；(e)处理所接收的上行链路信号；和(f)当下行链路电路被第一和第二卫星之一信号锁定时将所处理的上行链路信号提供给卫星发送天线。
本主题系统仅提供一个上行链路，因为数据可以在那个链路上突发。仅当接收器由目标上行链路卫星锁定以确保上行链路功率放大器在天空各处不会漏出(spew)信号时才发生上行链路。本主题发明也利用公共振荡器用以下行链路和上行链路部分。上行链路部分利用基于公共振荡器和输入的电视信号的频稳振荡器。
本主题发明对室外单元允许用上行链路信号频分复用多个下行链路的所选择的信道。粗调谐器减小承载到室内单元的宽带信号的带宽。宽带信号由许多FDM(频分复用)信道组成。以这样的方式执行能够多路复用的变频，从而取消上行链路路径上的本机振荡器漂移。
附图说明
通过参考结合附图的本发明实施例的下列描述，本发明的各种特征和优点、以及实现它们的方式将变得更加明显和更容易理解，其中：
图1是其中可以利用本主题发明的示例性卫星电视系统的方框图；
图2是根据本主题发明的原理的室外单元和室内单元的实施例的简化方框图；
图3是根据本主题发明的原理的室外单元的实施例的方框图；
图4是根据本主题发明的原理的室外单元的替换上变换器的实施例的方框图；
图5是根据本主题发明的原理的室内单元的实施例的方框图；
图6是根据本主题发明的原理的替换的二阶载波跟踪环路滤波器的实施例的方框图；和
图7是具有未锁定的介质谐振振荡器的室外单元的实施例的方框图。
整个附图中相应的附图标记表示相应的部件。
具体实施方式
参考图1，示出了可以利用本主题发明的示例性卫星电视系统(一般指定为10)。卫星电视系统10最好是LEO或MEO、断开之前闭合型卫星电视系统。然而，卫星电视系统10是其中跟踪多个卫星(即接收到来自多个卫星的信号)并且从地面站将一个或多个信号发送到至少一个卫星的任意卫星电视系统的代表。
卫星电视系统10利用第一子系统或卫星系统12以及第二子系统或地面系统15。卫星系统12具有第一卫星13和第二卫星14。第一和第二卫星13和14中的每一个可操作用于发送电视信号和从基于地面的发送器接收数据信号，所述电视信号由多个视频和/或音频数据或者节目(即卫星电视信号)组成。从每个卫星发出的各个箭头表示卫星电视信号，而数据信号由指向卫星的箭头表示。应当理解，卫星电视系统10可以并且最好包括两个以上的卫星。然而，在任何时间仅典型地利用两个卫星。同样，关于卫星13和14的术语“第一”和“第二”是任意的。
地面系统15包括第一卫星天线16和第二卫星天线18。第一卫星天线16包括反射器20和馈电喇叭21。反射器20通常为抛物面、改进抛物面形状，或者否则提供卫星电视信号的焦点或集中(concentration)。或者，反射器20适合于接收非集中的卫星电视信号。馈电喇叭21位于反射器20的焦点。同样地，第二卫星天线18包括反射器22和馈电喇叭23。反射器22通常为抛物面、改进抛物面形状，或者否则提供卫星电视信号的焦点或集中。或者，反射器22适合于接收非集中的卫星电视信号。馈电喇叭23位于反射器22的焦点。第一卫星天线16可操作用于从第一或第二卫星13或14接收卫星广播电视信号并且将数据发送至第一或第二卫星13或14。第二卫星天线18可操作用于从第一或第二卫星13或14接收卫星广播电视信号。
应当理解，关于卫星天线16和18的术语“第一”和“第二”是任意的。而且，第一和第二卫星天线16和18可以是能够和/或可操作用于接收卫星广播电视信号并且将数据发送至卫星13和14的任何其他设备。
地面系统15也包括室外单元24和室内单元30。室外单元24与第一和第二天线16和18连接和/或与其靠近，而室内单元30与诸如电视、机顶盒等(未示出)的电视信号接收器连接和/或与其靠近。室外和室内单元24和30经由单条通信线或电缆32彼此进行通信。
室外单元24可操作用于接收两个卫星电视信号，下变换并粗调谐所接收的卫星电视信号，并且将有条件的卫星电视信号(下行链路信号)提供给室内单元30。室外单元24因此划分所述信号以便最小化到室内单元30的带宽。另外，室外单元24可操作用于从室内单元30接收上行链路信号，上变换所接收的上行链路信号，并且提供上变换的上行链路信号用以发送。根据本主题发明的一方面，室外单元24对于下行链路和上行链路利用相关的振荡器。具体地，室外单元24对于下行链路和上行链路利用单个振荡器。更具体地，室外单元24对于从室内单元30接收的下行链路和上行链路利用单个振荡器。而且，室外单元24经由单RF电缆32发送至室内单元30。
室内单元30可操作用于接收下行链路信号，测量下行链路信号中的频率变换误差(下行链路载频偏移)并适当地调整上行链路信号(例如通过在调制器中预旋(prerotation)，或者通过不同的合成器比率标度系统基准来消除接收器载波偏移)。室内单元30测量频率变换误差，随后频率变换误差被反向用以发送(上行链路)。室内单元30也提供主参考振荡信号和控制信号并经由单RF电缆32将其提供给室外单元24。室内单元30还可操作用于生成/产生并对其本身和室外单元24提供参考时钟或振荡器。以这种方式，上行链路和下行链路利用相关的振荡器。
参考图2，描述了经由单RF电缆32彼此进行通信的示例性室外单元24和示例性室内单元30的简化方框图。单RF电缆32可以是诸如标准卫星电视电缆(例如RG-6同轴电缆)的任何类型的卫星电视信号导线。标准RG-6同轴电缆典型适用于小于2.0GHz的频率传输。来自两个卫星天线16和18的输入由输入1和输入2表示。输入1和2被提供到LNB变换器34。LNB变换器34可操作用于分别抑制下变换(block downconvert)提供在输入1和2上的卫星电视信号。每个卫星电视信号的下变换是通过下变换技术来实现的，所述下变换技术利用由锁频振荡器40提供的参考振荡信号(特定频率的振荡信号)。锁频振荡器40经由电缆32从室内单元30接收控制信号和/或参考振荡信号或时钟信号。LNB变换器34提供第一抑制下变换的卫星电视信号和第二抑制下变换的卫星电视信号。
室外单元24也包括粗调谐器36。用于独立的抑制下变换的卫星电视信号(即第一和第二抑制下变换的卫星电视信号)的LNB变换器34的独立输出被提供给粗调谐器36。粗调谐器36可操作用于独立地抑制调谐来自LNB变换器34的第一和第二抑制下变换的卫星电视信号。每个抑制下变换的卫星电视信号的粗调谐是通过粗调谐技术实现的，所述粗调谐技术利用由锁频振荡器40提供的参考振荡信号(特定频率的振荡信号)。独立的第一和第二粗调谐的输出(下行链路信号)在连接到单电缆32的双工器38中组合。由此经由电缆32将下行链路信号提供给室内单元30。下行链路信号在发送到室内单元30之前被双工器3频分复用。以这种方式，室内单元30接收两个下行链路信号用以进一步处理。
LNB变换器34经过控制信号(来源于室内单元30)可操作用于选择对来自输入1和2的输入卫星电视信号(典型为20-30GHz)独立地下变换并独立转发到粗调谐器36的频率。具体地，LNB变换器34可操作用于将两个输入卫星电视信号变换成两个500MHz抑制的电视信号。粗调谐器36可操作用于根据控制信号(来源于室内单元30)将LNB变换器34的输出(即500MHz抑制的电视信号)变换成两个粗调谐的卫星电视信号。LNB变换器34也可操作用于选择输入信号的极化来下变换。粗调谐器36的输出被多工器/多路复用器38组合或者复用到同轴电缆32。
室外单元24也包括上行链路电路/逻辑电路42。上行链路/逻辑电路42可操作用于经由电缆32从室内单元30接收上行链路信号，并且经由输出1将所处理的上行链路信号提供给传输天线(天线16或天线18)。上行链路电路/逻辑电路42与锁频振荡器40进行通信。同样，上行链路电路/逻辑电路42接收由锁频振荡器40提供的参考振荡信号(特定频率的振荡信号)并且利用其对上行链路频率进行上变换以便适用于卫星的传输。
室外单元24的锁频振荡器40连接到电缆32和/或与其进行通信，从而可以将来自室内单元30的主基准信号(即特定频率的主振荡信号)提供给锁频振荡器40。锁频振荡器40可操作用于从室内单元30接收主时钟信号或者主频振荡信号，并且利用其对所接收的上行链路信号执行适当的上变换。在上行链路信号中测量并且反向下行链路信号的频率变换误差。具体地，利用控制信号和/或时钟信号来稳频下变换和/或上行链路传输。
室内单元30连接到电缆32和/或与其进行通信。电缆32与室内单元30的细调谐器44进行通信。细调谐器44可操作用于独立地细调谐输入信号。细调谐器44从主振荡器52接收时钟和/或控制信号，从而补偿频率上的任何偏移。细调谐器44与信号处理电路/逻辑电路46进行通信。信号处理电路/逻辑电路46调节两个输入信号。这两个输入信号由信号处理电路/逻辑电路46根据载频偏移测量信号进行处理。载频偏移测量信号由解调器和载频偏移测量电路/逻辑电路48产生。解调器和载频偏移测量电路/逻辑电路48与信号处理电路/逻辑电路46的输出通信，并且可操作用于独立地解调来自信号处理电路/逻辑电路46的电视信号和独立地确定两个电视信号的载频偏移。
将两个解调的电视信号提供为对于电视信号接收器(未示出)的数据输出(Data Out 1和Data Out 2)。解调器和载频偏移测量电路/逻辑电路48与室内单元30的处理器50通信。将从每个电视信号获得的频率误差信息/数据提供给处理器50。处理器50利用频率误差信息/数据用以各种目的。处理器50与诸如图形用户接口、遥控器和/或等的用户接口58通信并且在其的控制下。具体地，处理器50从解调器和载频偏移测量电路/逻辑电路48提供频率误差信息/数据的结果的频率误差信号。
处理器50将频率误差信号提供给室内单元30的各种组件。具体地，处理器50将频率误差信号提供给上行链路信号处理电路/逻辑电路54和室外单元控制调制解调器56。将来自室外单元控制调制解调器的控制信号提供给电缆32(从而到室外单元24)用以与室外单元24通信/到室外单元24。上行链路信号处理电路/逻辑电路54也接收由室内单元30产生的上行链路信号。将来自处理器50的频率误差信号与上行链路信号组合并因此进行处理从而提供频率补偿的上行链路信号。频率补偿的上行链路信号与室外单元控制调制解调器信号和来自主机振荡处理电路/逻辑电路52的主机振荡(时钟)信号相加。经由通信电路32将组合的信号提供给室外单元24。
应当理解，虽然附图所示的实施例并且尤其是单同轴电缆32支持两个下行链路和一个上行链路，但是由单同轴电缆32和其他实施例支持的下行链路和上行链路的数目由链接、电缆、衰减对频率、以及所需和所利用的滤波器的复杂性决定。
参考图3，描述了室外单元24的详细示例性实施例。根据本主题的一方面，室外单元24从室内单元30接收主机振荡信号或者参考音调信号(freflo)。具体地，锁频振荡器40从室内单元30接收主机振荡信号，并且利用该主机振荡信号生成和/或产生用于室外单元24的振荡/时钟信号。主机振荡信号、基准振荡信号、或者基准音调是由室内单元30根据所测量的输入信号(来自室外单元24)的频率误差数据而产生的。更具体地，锁频振荡器40的带通滤波器72接收主机振荡信号，并且对输入信号的任何不期望的部分进行滤波。然后将振荡信号提供给放大器74。将来自放大器74的中间振荡信号提供给上行链路部分42、粗调谐器36、以及锁频振荡器40的其他组件。
将来自放大器74的中间振荡信号直接提供给上行链路部分42的第一频率上变换器99、粗调谐器36的第一频率下变换器129、以及粗调谐器36的第二频率下变换器139。第一频率上变换器99利用中间振荡信号来产生给定频率的中间上行链路信号。中间上行链路信号是通过利用中间振荡信号在混合器104中将来自室内单元30的上行链路信号与由第一频率上变换器99生成的频率合成信号(f3)相乘而形成的。中间上行链路信号还如这里所述进行处理。粗调谐器36的第一频率下变换器129根据来自LNB抑制变换器34的第一抑制变换的卫星电视信号，利用来自缓冲器74的中间振荡信号77来产生第一中间粗调谐的信号。粗调谐器36的第二频率下变换器139根据来自LNB抑制变换器34的第二抑制变换的卫星电视信号、以及利用来自缓冲器74的中间振荡信号77来产生第二中间粗调谐的信号。第一和第二中间粗调谐的信号还如这里所述进行处理。
锁频振荡器40还处理来自缓冲器74的中间振荡信号77用以产生最终振荡信号。将最终振荡信号提供给LNB抑制变换器34和上行链路部分42的上变换器。具体地，将来自缓冲器74的中间振荡信号77提供给锁相环路75，更具体地，将来中间振荡信号77提供给相位比较器76，该相位比较器的输出被提供给环路滤波器78。将环路滤波器78的输出提供给压控介质谐振振荡器(VCDRO)80。VCDRO 80提供最终振荡信号(frefhi)。锁相环路75利用最终振荡信号(frefhi)来完成锁相环路。具体地，将最终振荡信号(frefhi)作为输入提供给1/4预标度器(prescaler)82。将1/4预标度器82的输出作为输入提供给1/p分频器84。将1/p分频器84的输出作为输入提供给相位比较器76。相位比较器76可操作用于将预标度和分频的最后振荡信号(frefhi)的相位与来自缓冲器74的中间振荡信号77进行比较。可以按照所接收的控制数据来相应地调节锁相环路75。
室外单元24也经由同轴电缆32从室内单元接收控制数据/控制数据信号。控制数据由室外单元24的控制数据处理电路/逻辑电路70接收。控制数据处理电路/逻辑电路70处理输入的控制数据，并且将该控制数据提供给室外单元24的适当组件(例如变容二极管控制电压、频段开关控制、合成器控制等)。具体地，将控制数据提供给适当的各种合成器、变容二极管、以及室外单元24的其他组件。LNB变换器34、粗调谐器36、和上行链路部分42利用来自锁频振荡器40的控制数据和主振荡数据。由对于室外单元24的每个功能室外单元24的各部分或部件使用单振荡信号，同时由室外单元24的各种部分或部件使用控制数据。具体地，控制数据控制各种组件和/或室外单元34的部分的功能和/或操作。
将最终振荡信号(frefhi)提供给上行链路部分42的上行链路变换器90。上行链路变换器90可操作用于产生/生成最终上行链路信号，利用最终振荡信号(frefhi)经由发送天线(反射器)16/18将该上行链路信号发送到卫星。具体地，将最终振荡信号(frefhi)提供给倍频器92，该倍频器92产生n倍于输入频率(n·frefhi)的频率的信号。倍频器92的乘数n通常是固定地、并选择用来将以在2GHz以下的频率为中心的中间上行链路信号带到卫星上行链路频带。来自倍频器92的倍频信号在被可调谐带通滤波器(BPF)106处理之后与来自第一倍频器92的中间上行链路信号进行混频。带通滤波器106响应于控制数据是可调谐的。随后在混频器94中将滤波的中间上行链路信号与在缓冲器96中缓冲的倍频信号进行混频，并且将其输出到带通滤波器(BPF)98。带通滤波器的输出(最终上行链路信号)在经由发送器16/18被发送之前被提供给发送器功率放大器108。由于公共基准频率用于所有频率变换、以及上行链路和下行链路，因此能够根据从下行链路接收器测量的偏移来计算发送频率偏移。以这样的方式，最终上行链路信号被频率变换误差较正(相对于输入信号)用以传输。
也将最终振荡信号(frefhi)提供给LNB变换器34。具体地，将最终振荡信号(frefhi)提供给LNB变换器34的第一LNB抑制变换器109、和LNB变换器34的第二LNB抑制变换器119。在第一和第二LNB抑制变换器109和119中，最终振荡信号(frefhi)与由各自天线16和18接收的第一和第二输入卫星电视信号混频或相乘。将第一和第二LNB抑制变换器109和119的输出提供给粗调谐器36的输入端。
第一LNB抑制变换器109包括倍频器110、放大器112、混频器或组合器114、低通滤波器(LPF)116、以及输出放大器118。输入放大器112与天线/反射器16通信。混频器114与输入放大器112和倍频器110通信。混频器114与低通滤波器116通信，低通滤波器116与输出放大器118通信。将来自反射器/天线16的第一卫星电视信号提供给输入放大器112。混频器114将第一卫星电视信号乘以倍频器110的频率的输出。倍频器将frefhi乘以m以便产生一个选择的频率，当该选择的频率与第一卫星信号的频率混频或相乘时产生一个另一频率的复合卫星电视信号用于进一步处理。将该复合的卫星电视信号输入到低通滤波器116，以便获得第一下变换的卫星电视信号。将第一下变换的卫星电视信号输入到输出放大器118，依次输入到粗调谐器36的第一输入端。
第二LNB抑制变换器119包括倍频器120、放大器122、混频器或组合器124、低通滤波器(LPF)126、以及输出放大器128。输入放大器122与天线/反射器18通信。混频器124与输入放大器122和倍频器120通信。混频器124与低通滤波器126通信，低通滤波器126与输出放大器128通信。将来自反射器/天线18的第二卫星电视信号提供给输入放大器122。混频器124将第二卫星电视信号与来自倍频器120的倍频信号xm进行混频或者组合。倍频器将frefhi乘以m以便产生一个选择的频率，当该选择的频率与第二卫星信号的频率混频或相乘时产生另一频率的复合卫星电视信号用于进一步处理。将该复合的卫星电视信号输入到低通滤波器126，以便获得第二抑制下变换的卫星电视信号。将给第二抑制下变换的卫星电视信号输入到输出放大器128，依次输入到粗调谐器36的第二输入端。
将第一抑制下变换的信号输入到粗调谐器36的第一频率下变换器129。将第二抑制下变换的信号输入到粗调谐器36的第二频率下变换器139。第一频率下变换器129可操作用于粗调谐第一抑制下变换的卫星电视信号，同时第二频率下变换器139可操作用于粗调谐第二抑制下变换的卫星电视信号。第一和第二抑制下变换的卫星电视信号在加法器38中组合以便经由电缆32传输。第一和第二频率下变换器129和139接收并利用来自室内单元的控制数据和来自第一频率上变换器99的中间振荡信号。具体地，第一和第二频率下变换器129和139利用控制信号来调节混频或组合信号的频率，而中间振荡信号被用来合成混频或组合信号。
第一频率下变换器129包括：可调谐带通滤波器(BPF)130，与LNB抑制下变换器34的第一输入端通信；混频器或者组合器134，具有与可调谐带通滤波器130的输出端通信的第一输入端和与信号合成器132的输出端通信的第二输入端；带通滤波器(BPF)136，具有与混频器134的输出端通信的输入端；以及放大器138，具有与带通滤波器136的输出端通信的输入端和与加法器38通信的输出端。
可调谐带通滤波器130可操作用于接收控制数据，并且根据到那里的控制数据对输入的第一抑制下变换的卫星电视信号进行滤波。信号合成器132可操作用于从放大器74接收中间振荡信号，并且合成混频信号f1以便经由混频器134与第一抑制下变换的卫星电视信号进行混频或者组合。将从组合器134得到的信号输入到带通滤波器136以便过滤掉任何不期望的噪声/信号。将带通滤波器136的输出输入到放大器138。因此经由电缆32将第一粗调谐的卫星电视信号提供给室内单元30。
第二频率下变换器139包括：可调谐带通滤波器(BPF)140，与LNB抑制下变换器34的第二输入端通信；混频器或者组合器144，具有与可调谐带通滤波器140通信的第一输入端和与信号合成器142的输出端通信的第二输入端；带通滤波器(BPF)146，具有与混频器144的输出端通信的输入端；以及放大器148，具有与带通滤波器146的输出端通信的输入端和与加法器或双工器38通信的输出端。
可调谐带通滤波器140可操作用于接收控制数据，并且根据到那里的控制数据对输入的第二抑制下变换的卫星电视信号进行滤波。信号合成器142可操作用于从放大器74接收中间振荡信号，并且合成混频信号f2以便经由混频器144与第二抑制下变换的卫星电视信号进行混频或者组合。将从组合器144得到的信号输入到带通滤波器146以便过滤掉任何不期望的噪声/信号。将带通滤波器146的输出输入到放大器148。因此经由电缆32将第二粗调谐的卫星电视信号提供给室内单元30。
由于来自LNB抑制下变换器34的第一和第二抑制下变换卫星电视信号是相同频率，所以来自各个频率合成器132和142的合成的信号f1和f2的频率彼此偏移。这种偏移将第一和第二粗调谐的卫星电视信号提供给室内单元30，该第一和粗调谐的卫星电视信号是用以在电缆32上传输的不同频率或频带。
现在参考图4，描述一个上行链路部分42的上行链路变换器90(通常指定为90’)的替换实施例。替换的上行链路变换器90’可被用来代替图3的上行链路变换器90。实质上，该变换器分两步将上行链路信号移位到上行链路卫星波段。上行链路变换器90’具有混频器或乘法器152，该混频器或乘法器152具有用于在线168上从可调谐带通滤波器106接收中间上行链路信号的第一输入端以及用于从倍频器150接收信号的第二输入端。倍频器150可操作用于在线166上从锁相环路75接收最终振荡信号frefhi，并且将该最终振荡信号frefhi乘以I。根据对于高频或微波电路设计的正常设计技术来选择对于项150的乘数I和对于项158的乘数k。因子I、k以及n都是整数，并且n等于I与k的乘积(n＝I×k)。将从混频器152得到的信号提供给放大器154。将放大器154的输出提供给带通滤波器156。将带通滤波器156的输出提供混频器或组合器160。混频器160的另一个输入从被抛弃158接收倍频的振荡信号。倍频器158可操作用于在线166上从锁相环路75接收最终振荡信号frefhi，并且将该最终振荡信号乘以k。将从混频器160得到的信号提供给放大器162。将放大器162的输出提供给带通滤波器164。带通滤波器的输出是上行链路信号，该上行链路信号在被天线16/18传输之前被放大器108放大。在后面的标准倍频设计技术中，n和n/2必须是整数。这种替换的上行链路变换器90’可以简化上行链路中带通滤波器和倍频器设计。
现在参考图5，描述一个室内单元30的详细示例性实施例。细调谐器44可操作用于经由电缆32从室外单元24接收第一和第二粗调谐的电视信号。细调谐器44包括第一细调谐器部分170和第二细调谐器部分182。第一细调谐器部分170可操作用于将第一粗调谐的卫星电视信号细调谐到特定信道。第二细调谐器部分182可操作用于将第二粗调谐的卫星电视信号细调谐到特定信道。由第一和第二细调谐器部分170和182调谐的特定信道可以是相同的信道或者可以是不同的信道。第一和第二细调谐器部分170和182可操作用于进一步接收和利用控制数据。
具体地，第一细调谐器170包括可调谐带通滤波器172，该可调谐带通滤波器具有与电缆32通信的输入端。该可调谐带通滤波器172可操作用于接收第一粗调谐的卫星电视信号。该第一细调谐器170也具有混频器或组合器174，该混频器或组合器174具有用于从可调谐带通滤波器172接收信号的第一输入端和用于从信号合成器176接收第一合成的信号ff1的第二输入端。合成的信号ff1利用来自主晶体振荡器的主机振荡信号来产生第一合成的信号ff1。将混频器174的输出(得到的或组合的信号)输入到低通滤波器(LPF)178。将低通滤波器178的输出输入到放大器180。放大器180的输出是第一细调谐的卫星电视信号。
第二细调谐器182包括可调谐带通滤波器184，该可调谐带通滤波器具有与电缆32通信的输入端。该可调谐带通滤波器184可操作用于接收第二粗调谐的卫星电视信号。第二细调谐器182也具有混频器或组合器186，该混频器或组合器186具有用于从可调谐带通滤波器184接收信号的第一输入端和用于从信号合成器188接收第二合成的信号ff2的第二输入端。合成的信号ff2利用来自主晶体振荡器的主机振荡信号以产生第二合成的信号ff2。将混频器186的输出(得到的或组合的信号)输入到低通滤波器(LPF)190。将低通滤波器190的输出输入到放大器192。放大器192的输出是第二细调谐的卫星电视信号。
将细调谐器44的输出输入到解调器和载频偏移测量电路/逻辑电路48，具体上是处理部分46。具体地，第一细调谐的卫星电视信号被第一解调器和载频偏移测量部分200接收，同时第二细调谐的卫星电视信号被第二调谐器和载频偏移测量部分210接收。第一和第二解调器和载频偏移测量部分200和210可操作用于解调输入卫星电视信号并提供解调的数据作为Data Out 1和Data Out 2。然后诸如电视的电视信号接收器(未示出)利用解调的数据。每个解调器和载频偏移测量部分200和210测量载频偏移。
具体地，第一解调器和载频偏移测量部分200具有模数转换器(A/D)202，该模数转换器(A/D)202通信并接收来自细调谐器44的第一细调谐器部分170的第一细调谐的卫星电视信号。将A/D转换器202的输出(数字电视信号)输入到混频器或乘法器204的一个输入端。混频器204的另一个输入端从CTL/NCO电路/逻辑电路208接收数控振荡器(NCO)信号。将混频器204的输出输入到解调器206，解调器206的输出作为Data Out 1输出。Data Out 1是第一解调的数字电视信号。解调器206也可操作用于将有关第一卫星信号的载波的相位误差的载波信号(相位误差信号)提供给CTL/NCO电路/逻辑电路208。CTL/NCO 208可操作用于提供数控振荡信号，该数控振荡信号在混频器204中与来自A/D转换器202的数字电视信号进行组合。CTL/NCO 208还可操作用于将有关第一卫星信号的频率误差数据(即测量频率误差)提供给处理器50。
第二解调器和载频偏移测量部分210具有模数转换器(A/D)212，模数转换器(A/D)212通信并接收来自细调谐器44的第二细调谐器部分182的第二细调谐的卫星电视信号。将A/D转换器212的输出(数字电视信号)输入到混频器或乘法器214的一个输入。混频器214的另一个输入从CTL/NCO电路/逻辑电路218接收数控振荡器(NCO)信号。将混频器214的输出输入到解调器216，解调器216的输出端输出作为Data Out 2。Data Out 2是第二解调的数字电视信号。解调器216也可操作用于将有关第二卫星信号的载波的相位误差的载波信号(相位误差信号)提供给CTL/NCO电路/逻辑电路218。CTL/NCO218可操作用于提供数控振荡信号，该数控振荡信号在混频器214中与来自A/D转换器212的数字电视信号进行组合。CTL/NCO 218还可操作用于将有关第二卫星信号的频率误差数据(即测量频率误差)提供给处理器50。
处理器50利用频率误差信号、数据或信息将频率补偿信号提供给数控振荡器(NCO)上行链路部分224。NCO上行链路部分224可操作用于生成和提供频率补偿振荡信号给混频器或乘法器222的第一输入。混频器222的第二输入通常响应于经由用户接口58和处理器50的用户输入而接收由室内单元30生成的调制上行链路波带信号。将得到的信号输入到数模转换器(DAC)226。
将来自DAC 226的数字上行链路信号输入到低通滤波器(LPF)228。低通滤波器228根据x/sin(x)提供滤波。在混频器230中将滤波的数字上行链路信号与由频率合成器232产生的合成信号ff3进行混频或组合。频率合成器232利用来自主晶体振荡器52的主机振荡信号产生得到的特定频率的上行链路信号(上变换的上行链路信号)。将该上变换的上行链路信号提供给可调谐低通滤波器234的输入。将带通滤波器234的输出提供给加法器236。以这种方式，由室内单元30产生并调节上行链路信号并且将其发送至室外单元24用以发送至卫星。
参考图6，描述一个在室内单元30中使用的另一个载波跟踪环路(CTL)的示例性实施例。具体地，图6描述了一个示例性二阶载波跟踪环路、以及对于每个CTL/NCO 208和218在室内单元30中使用的环路滤波器(通常指定为240)。具体地，CTL 240包括用于接收相位误差检测信号部分Kp和Ki的第一和第二电路/逻辑电路242和244。将Ki 244的输出提供给积分器电路/逻辑电路246，将该积分器电路/逻辑电路的输出作为已测量的频率误差提供给加法器248作为输入。将Kp 242的输出作为另一个输入提供给加法器248。从加法器248得到的信号是数控振荡器(NCO)信号。
处理器50也生成被提供给室内单元30的调谐器(未示出)用以对其进行控制的数据信号。处理器50也生成数据信号并将该数据信号提供给室外单元控制调制解调器56，在加法器238中该数据信号与来自主晶体振荡器52的主机振荡信号相加。随后在加法器236中将得到的信号与来自可调谐带通滤波器234的上行链路信号相加。将得到的信号经由电缆32提供给室外单元24。
参考图7，描述了一个室外单元(通常指定为24’)的示例性替换实施例。虽然室外单元24的示例性实施例利用锁定的介质谐振振荡器(即室外单元24的振荡器被主机振荡信号锁定为特定频率的信号)，室外单元24’利用未锁定的介质振荡器。应当理解可以使用其他类型的锁定和未锁定振荡器。室外单元24’具有卫星电视信号接收反射器16’、包括LNB抑制变换器34’和粗调谐器36’的输入电视信号处理器、上行链路部分42’、和信号发送反射器18’。室外单元24’包括控制数据处理电路/逻辑电路70’，可操作用于经由电缆32’接收由室内单元(在图7中未示出)生成和发送的控制数据/信息/信号。控制数据处理电路/逻辑电路70’还可操作用于将适当的控制数据提供给室外单元24’的各种组件，例如滤波调谐、可变电容控制电压、RF频带切换控制、合成器参数/控制、发送功率控制、极化选择等等。
接收反射器16’可操作用于接收卫星广播电视信号(一般为数字卫星电视信号)，并且将所接收的卫星广播电视信号提供给LNB抑制变换器34’。具体地，接收反射器16’与LNB抑制变换器34’的放大器252进行通信。放大器252将放大的卫星电视信号提供给混频器或组合器254的一个输入。混频器254的另一个输入从未锁定的介质谐振振荡器(DRO)256接收振荡或时钟信号fdro(特定频率的信号)。如同所有的其他混频器或多路复用器一样，不同频率的两个输入信号导致以输入频率的和与差为中心的n个输出信号。在下变换的情况中，输出信号是由低通或带通滤波器选择的较低频率。在上变换的情况中，输出信号是由高通或带通滤波器选择的较高频率。在该情况中，将来自混频器254的合成的信号提供给低通滤波器(LPF)258的输入端。将低通滤波器258的输出提供给放大器260的输入端。
将来自放大器260的抑制下变换的卫星电视信号提供给粗调谐器36’用于抑制下变换的卫星电视信号的粗调谐(频率范围调谐)，具体上是单粗调谐器部分262。更具体地，将抑制下变换的卫星电视信号提供给粗调谐器部分262的可调谐带通滤波器(BPF)264。可调谐带通滤波器从控制数据处理电路/逻辑电路70’接收控制数据。控制数据设定所有的可调谐带通滤波器的滤波器响应(频率响应)。将可调谐带通滤波器264的一个输出提供给混频器或组合器266的一个输入端。混频器266的另一个输入端从信号或振荡合成器268接收合成信号(freflo*scn)。信号合成器268具有用于从放大器74’接收参考音调(tone)或主机振荡信号freflo的输入端，并且处理该主机振荡信号freflo以便获得特定频率的合成信号(freflo*scn)。该频率允许卫星电视信号的粗调谐。将混频器266的输出提供给带通滤波器270的输入端。带通滤波器270具有允许特定选择的频带通过(粗调谐)的响应。将带通滤波器270的输出提供给放大器272，然后放大器272将经由电缆32发送的放大的粗调谐的卫星电视信号提供给室内单元。
室外单元24’的上行链路部分42’可操作用于经由电缆32从室内单元接收上行链路信号，相应地处理该上行链路信号(包括频率变换误差的较正)，并且将该上行链路信号提供给反射器18用于传输到卫星。上行链路部分42’的带通滤波器(BPF)276接收上行链路信号并且相应地滤波该上行链路信号。将带通滤波器276的输出提供给混频器或组合器278的一个输入端。混频器278的另一个输入端从信号合成器274接收合成的信号(freflo*scn)。信号合成器274从来自放大器74’的主或基准振荡器信号freflo中提供特定频率的合成信号。在混频器278中，信号(freflo*scn)的频率将上行链路信号上变换成高频。将混频器278的输出提供给可调谐带通滤波器280(用于接收适当的控制信号)，该带通滤波器将合适的更高频的上行链路信号传递到混频器或组合器282的一个输入端。混频器283的另一个输入端从介质谐振振荡器256接收振荡信号fdro。再次，信号fdro的频率当与输入上行链路信号混频时，产生更高频的上行链路信号，该更高频的上行链路信号是通过放大器284和带通滤波器286提供混频器282的输出而获得的。将带通滤波器286的输出提供给发送器功率放大器288。将放大的最终上行链路信号提供给发送天线18’。
应当理解，本主题卫星电视信号地面系统提供单个上行链路。上行链路数据(上行链路信号)因此可以经由数据链路突发。根据本主题发明的一方面，由于上行链路的各种合成的信号和其他参数/约束取决于输入的信号载波偏移测量，所述上行链路取决于输入信号的接收。因此，上行链路可以仅当输入信号由下行链路接收时才进行发送。而且，如果一个或多个振荡器未锁定输入信号，则发送器可能并且应当禁用。另外，发送器可被配置为禁用，除非代码或者指定消息由Data Out 1或Data Out 2接收。以这种方式，当卫星未在接收信号的位置时，发送器不进行发送。如果输入信号未被接收和锁定，则假设目标上行链路卫星不在那里(对应于下行链路卫星)，并且应当禁用发送器。
根据本主题发明的一方面，本主题发明成功操作的关键在于对于上行链路和下行链路利用相关的振荡器。这可以在室内单元30和室外单元24两者的所有方面中利用的主振荡器中明示或体现。最好在室内单元30的数字解调器的载波跟踪环路部分中测量下行链路中的载频偏移。更具体地，最好从解调器中的载波跟踪环路中的环路滤波器的积分器来进行载波偏移测量。如果上行链路在不同的频率，则可以通过不同的合成器比率来标度所测量的系统基准(主控)振荡器的偏移。假设所有的本机振荡器锁定在一起，则可以给出下列关系：
(a)m·frefhi＝4·p·m·freflo        下行链路1频段变换频率；
(b)m·frefhi＝4·p·m·freflo        下行链路2频段变换频率；
(c)n·frefhi＝4·p·n·freflo        上行链路频段段变换频率；
(d)f1＝a1/b1·freflo             下行链路1粗变换频率；
(e)f2＝a2/b2·freflo             下行链路2粗变换频率；
(f)f3＝a3/b3·freflo             上行链路粗变换频率；
(g)ff1＝af1/bf1·freflo           下行链路1细变换频率；
(h)ff2＝af2/bf2·freflo           下行链路2细变换频率；和
(i)ff3＝af3/bf3·freflo           上行链路细变换频率；
对于下行链路1测量的频率误差由总和(4·p·m+a1/b1+af1/bf1)来标度。同样地，对于下行链路2测量的频率误差由总和(4·p·m+a2/b2+af2/bf2)来标度。上行链路频率误差将由总和(4·p·n+a3/b3+af3/bf3)来标度。在下行链路1载波跟踪环路中测量的频率偏移乘以比率(4·p·n+a3/b3+af3/bf3)/(4·p·m+a1/b1+af1/bf1)，如果被用来驱动上行链路NCO(数控振荡器)，则将其补偿在上行链路变换链中的频率偏移。同样地，在下行链路2载波跟踪环路中测量的频率偏移乘以比率(4·p·n+a3/b3+af3/bf3)/(4·p·m+a2/b2+af2/bf2)，如果被用来驱动上行链路NCO(数控振荡器)，则将其补偿在上行链路变换链中的频率偏移。
如果在系统中存在多个频率基准，则人们也可以通过检查多个RF信道(假设这些信道是精确相关的)，或者通过不同的粗和细调谐的组合调谐信道并且随后求解未知频率来计算参考偏移。然而，进行这些测量可能是不切实际的。锁定本主题发明中出现的所有振荡器是最理想的。最好从解调器中的载波跟踪环路中的环路滤波器的积分器进行载波偏移测量。如果介质谐振振荡器开环运行，则人们将必须求解两个等式来确定误差的哪一部分来源于介质谐振振荡器(DRO)，并且哪一部分来源于低频基准(主振荡器)。由于(假设)DRO是固定的，因此人们将必须检查两个唯一信道来获得可求解的等式的系统。
例如，假设下列情况：
(a)fdro        DRO频率；
(b)freflo       用于粗和细合成器的低频基准；
(c)fNCOup       上行链路NCO频率；
(d)fC1         信道1频率；
(e)fC2         信道2频率；
(f)fup         上行链路信道频率；
(g)δ                        DRO频率偏差；
(h)ε                        低频参考频率偏差；
(i)sc1         用于信道1的粗合成器比率；
(j)sc2         用于信道2的粗合成器比率；
(k)scup        上行链路信道粗合成器比率；
(l)sf1         用于信道1的细合成器比率；
(m)sf2         用于信道2的细合成器比率；
(n)sfup         上行链路信道细合成器比率；
(o)error1       对于信道1在载波跟踪环路中测量的误差；
(p)error2       对于信道2在载波跟踪环路中测量的误差；
因此，
(1)(fdro+δ)+(freflo+ε)·(scn+sfn)-fcn＝errorn；
(2)δ+ε·(sc1+sf1)＝error1+fc1-fdro-(sc1+sf1)·freflo；
(3)δ+ε·(sc2+sf2)＝error2+fc2-fdro-(sc2+sf2)·freflo；和
(4)(fdro+δ)+(freflo+ε)·(scup+sfup)-fcup＝fNCOup。
等式(1)说明了接收器中的频率关系，并且如果一个频率调谐到两个唯一信道，则建立等式(2)和(3)的系统。对于δ和ε可以求解该系统(等式(2)和(3))。可以将这些变量应用到等式(4)来计算fNCOup、以及由fdro和freflo误差引起的上行链路载频中期望的误差。当然，该技术也可应用于由单变换来替换粗和细变换的情况。
虽然已经示出了具有优选设计的本发明，但是在本公开的精神和范围之内可以进一步修改本发明。例如，地面系统可以锁定基准为基于卫星的基准。总之，本申请往往覆盖使用本发明的一般原理的任何变化和使用。而且，本申请覆盖那些背离本公开却在本公开所属并落入所附权利要求的限制之内的本领域的已知或惯用实践之内的范围。

Claims (15)

1.一种卫星电视地面系统的室外单元，包括：
下行链路电路，可操作用于从第一和第二卫星接收第一和第二卫星电视信号，处理所述第一和第二卫星电视信号，并且将所述处理的第一和第二卫星电视信号提供给卫星电视地面系统的室内单元；和
上行链路电路，可操作用于从室内单元接收上行链路信号，处理所接收的上行链路信号，并且当所述下行链路电路被所述第一和第二卫星之一信号锁定时将所处理的上行链路信号提供给卫星发送天线。
2.如权利要求1所述的室外单元，其中所述上行链路电路还可操作用于从室内单元接收表示用第一和第二卫星之一的信号锁定条件的上行链路控制信号。
3.如权利要求2所述的室外单元，其中所述上行链路控制信号包括上行链路数据信号和上行链路振荡信号。
4.如权利要求3所述的室外单元，其中所述上行链路振荡信号来源于第一和第二卫星电视信号之一。
5.如权利要求4所述的室外单元，其中所述上行链路振荡信号来源于第一和第二卫星电视信号之一的频率变换误差数据。
6.一种卫星电视地面系统的室外单元，包括：
用于从第一和第二卫星接收第一和第二卫星电视信号的部件；
用于处理所述第一和第二卫星电视信号的部件；
用于将所处理的第一和第二卫星电视信号提供给卫星电视地面系统的室内单元；
用于从室内单元接收上行链路信号的部件；
用于处理所接收的上行链路信号的部件；和
用于当下行链路电路由第一和第二卫星之一信号锁定时将所处理的上行链路信号提供给卫星发送天线的部件。
7.如权利要求6所述的室外单元，还包括：
用于从室内单元接收表示用第一和第二卫星之一信号锁定的条件的上行链路控制信号的部件。
8.如权利要求7所述的室外单元，其中所述上行链路控制信号包括上行链路数据信号和上行链路振荡信号。
9.如权利要求8所述的室外单元，其中所述上行链路振荡信号来源于第一和第二卫星电视信号之一。
10.如权利要求9所述的室外单元，其中所述上行链路振荡信号来源于第一和第二卫星电视信号之一的频率变换误差数据。
11.一种在卫星电视地面系统的室外单元中提供与电视广播卫星上行链路通信的方法，所述方法包括步骤：
从第一和第二卫星接收第一和第二卫星电视信号；
处理所述第一和第二卫星电视信号；
将所处理的第一和第二卫星电视信号提供给卫星电视地面系统的室内单元；
从室内单元接收上行链路信号；
处理所接收的上行链路信号；和
当下行链路电路由第一和第二卫星之一信号锁定时将所处理的上行链路信号提供给卫星发送天线。
12.如权利要求11所述的方法，还包括：
从室内单元接收表示用第一和第二卫星之一信号锁定的条件的上行链路控制信号。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述上行链路控制信号包括上行链路数据信号和上行链路振荡信号。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述上行链路振荡信号来源于第一和第二卫星电视信号之一。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述上行链路振荡信号来源于第一和第二卫星电视信号之一的频率变换误差数据。
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