CN1780376A - 一种基于自动增益控制值的数字卫星频道的盲扫方法 - Google Patents

Abstract

一种数字卫星频道的盲扫方法，用于搜索接收卫星转发器的数字信号，包括以下步骤：(a)接收射频的前端系统进行盲扫初始化，其中接收射频的前端系统包括高频头和解调器；(b)通过控制高频头，以一定的频率间隔在预先计算好的频段内扫描，得到每个频率点的自动增益控制(AGC)值；(c)通过对这些值的处理和计算，找到能量比较强的若干个频率点作为候选频率；(d)在每个候选频率点进行符号率扫描，如果能锁定一个符号率，则存储该频率点和符号率；否则，认为这个候选频率点是无效。应用本发明免除了特殊硬件的实现，从而降低了成本，同时提高了频率扫描方法的精度，合理减少了符号率扫描的个数，可以大大缩短盲扫所用的时间。

Description

一种基于自动增益控制值的数字卫星频道的盲扫方法

技术领域

本发明涉及数字卫星频道的搜索方法，尤其涉及一种基于自动增益控制(AGC)值的数字卫星频道的盲扫方法。

背景技术

所谓盲扫，就是实现在卫星转发器参数未知的情况下搜索出载有数字信号的频道的方法。

卫星电视节目通常是通过位于地球同步轨道上的卫星的转发器来转发的。一个转发器从卫星对地面转发一路极高频信号(通常在11到12GHz)，中间承载一路或多路的传输流(传输流内含有多路视音频节目信号)。一般卫星数字电视信号的调制方式是QPSK(Quadrature Phase Shift Keying键控移相调制)。每个转发器有4个物理参数：1.频率；2.符号率；3.极化方向；4.前向纠错码。

卫星数字电视的接收至少需要两套设备：1.天线和低噪声单元(LNB)；2.数字电视机顶盒。天线的作用是汇聚卫星信号到其焦点，增强信号强度。LNB是卫星转发器实际信号的接收设备，它安装于天线的焦点。LNB把卫星转发器信号下变频到卫星电视机顶盒可以接收的信号频率范围。每个LNB有其自己的中心频率，它的输出频率是卫星转发器频率和LNB中心频率差值的绝对值。

卫星电视机顶盒接收LNB输出信号的模块通常称之为机顶盒射频前端或简称前端，其接收信号的频率范围是从950到2150兆赫兹(MHz)。另外，卫星电视机顶盒还包括微处理器、内存记忆和程序存储记忆。它一般分为两个部分：1.高频头单元和2.解调器单元。高频头单元的作用是调谐从LNB接收到的射频信号，将之转成基带信号并传给解调器单元。为了要能接收到卫星发射的能量，必须控制卫星接收天线的极化方向与转发器发射的电波方向一致。

解调器单元的作用有两方面：一方面是要控制调谐器的自动增益控制等参数，以达到最佳的接收效果。另一方面，要把基带QPSK卫星信号解调成数字电视解码器可以解码的数字信号。因为传输流在调制过程中是根据一定的符号率将数据编成符号传输的，同时根据一定的纠错码率编加前向纠错码，所以在解调过程中，必须要依据传输流的正确的符号率以及前向纠错码率，才能够成功的抓到传输流。

因而，数字卫星电视机顶盒接收某个转发器的数字电视信号，必须知道其频率，符号率，前向纠错码和极化方向。一般来说，现在绝大多数的前端能够自动识别前向纠错码，因而在这里的搜索方法中并没有涉及前向纠错码。

目前，绝大多数的卫星机顶盒前端都没有硬件的盲扫功能。其盲扫都是通过控制前端遍历所有的频率和符号率来实现的。假设每隔1M扫描一个频率点，每个频率点扫描450个符号率，每个符号率的等待时间为500ms。则这样扫描的最长时间为(2150-950)*450*0.5＝270000秒＝75小时，也就是大约要3天多。

因此，需要一种能够在短时间搜索到数字卫星信号频道的方法。

发明内容

本发明的目的是在天线已经正确安装的前提下，可以在卫星转发器参数未知的情况下，在很短的时间内，搜索到该天线所能收到的所有卫星转发器。

根据本发明，微处理器控制前端接收和测量卫星转发器的数字信号，进行一系列处理，找出每一个转发器的物理参数，进而根据这些物理参数锁定每一个转发器并搜索到所有的数字频道。其包括以下步骤：

(a)微处理器和接收射频的前端系统进行盲扫初始化，其中接收射频的前端系统包括高频头和解调器；

(b)微处理器控制高频头，以一定的频率间隔在预先计算好的频段内扫描，得到每个频率点的自动增益控制(AGC)值；

(c)微处理器对这些值的处理和计算，找到能量比较强的若干个频率点作为候选频率；

(d)微处理器控制高频头，在每个候选频率点进行符号率扫描，如果能锁定一个符号率，则存储该频率点和符号率；否则，认为这个候选频率点是无效。

优选地，步骤(b)中扫描时根据卫星频段的不同使用不同的扫描带宽，即对于C波段卫星，扫描带宽为(LNB中心频率-4200)MHz到(LNB中心频率-3400)MHz；对于Ku波段卫星，扫描带宽为950MHz到2150MHz。

优选地，步骤(b)中寻找候选频率的方法为，任何一个频点所得到的AGC值若小于一个门限，那么该频点则被舍弃不作为考虑，否则，作为候选频率，其中该门限为各频点AGC值的几何平均值乘以一个系数，其中该系数通常略大于1。

优选地，可以对AGC值为进行去毛刺处理，即统计每个频率点左右2个频率的AGC值，如果其左边两个点和右边两个点的AGC值全部相等，而这个点本身的AGC值比他们要大一个单位，或者小一单位，则认为这个点为毛刺，其AGC值用左右相邻点的AGC值替代。

优选地，可以对AGC值进行加权平均处理，即对于每个频点的AGC值进行去加权平均处理，得到每个频点AGC的加权平均值(AVG)。

步骤(b)中寻找候选频率的方法还可以为：

首先，对于每个频点的AGC值进行去加权平均处理，得到每个频点AGC的加权平均值(AVG)；

其次，检查每一个频率点的AVG值变化方向，如果AVG值的变化方向由上升变为平坦或下降，这个频率点将被作为最初的候选频率点；

然后，针对该候选频率，计算3dB带宽和/或转折点带宽，其中，3dB带宽是根据每个候选频率的AVG值，向左和向右分别寻找能量比候选频率低3dB的频率点，这两个低3dB的能量频率点的频率差就是候选频率的3dB带宽；转折点带宽是在往左或往右寻找3dB点的过程中，出现AVG值曲线由下降变为上升时，首先找到左右转折点中较高的转折点的AVG值作为带宽测量能量点，然后计算在能量在这个点的左右频率点的频率差作为转折点带宽；

然后，以左右3dB或转折点的频率中值为候选频率的中心频率；

最后，如果发现某个候选频率的AVG值远远小于邻近的已经被锁定的候选频率的AVG值，那么认为这个候选频率是无效的，这里的判定参数需要根据测量决定。

优选地，步骤(c)中对每个候选频率点进行符号率扫描时，符号率的扫描范围是这样设定的：如果候选频率的转折带宽低于4MHz，其带宽将被设为4MHz；如果候选频率同时拥有3dB带宽和转折点带宽，符号率的扫描范围将是从 到转折点带宽×2.5和

到3dB带宽×2；如果候选频率只有3dB带宽，符号率的扫描范围将是从

到3dB带宽×2。

优选地，步骤(d)中对每次符号率扫描开始时，首先尝试上次成功锁定的符号率。

优选地，步骤(d)中前端锁定一个转发器信号所需要的等待时间为A-符号率×B，其中A，B均为常数。

优选地，步骤(d)中所扫的符号率的排列次序为由使用频率越高的符号率到使用频率越低的符号率。

本发明依据数字卫星电视机顶盒的前端的特点，可以适用于绝大多数的数字卫星电视机顶盒及其类似的系统，并没有对前端有任何的特殊要求，搜索速度也相对独立于后端控制芯片的处理速度。应用本发明的方法可以大大缩短盲扫所用的时间。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明，附图中：

图1是机顶盒系统图；

图2是机顶盒射频前端系统；

图3是现有技术盲扫方法的流程图；

图4是本发明盲扫方法总流程图；

图5是本发明一个实施例的频率扫描流程图；

图6是本发明一个实施例的符号率扫描流程图；

图7是去毛刺方法图示；

图8是卫星频率扫描曲线(AGC)以及加权平均值曲线(AVG)；

图9带宽计算图示；

图10中心频率计算图示。

具体实施方式

下面以数字卫星电视频道为例，阐明本发明的内容，但是本发明并不限于数字卫星电视频道的盲扫，它也可以用于数字卫星数据广播等领域。

图1示出了数字卫星电视机顶盒系统。在机顶盒里有一个射频前端的子系统，一个微处理器做运算，一个程序存储记忆储存运算的程序，一个内存记忆用来在开机时存储运算程序以及完成运算所需的参数和变数。

图2示出了数字卫星电视机顶盒的前端子系统。微处理器通过解调器上的控制接口对高频头进行控制。控制的参数包括频率，内部滤波器带宽等。高频头在对LNB接收来的卫星信号做调谐之后以I/Q(同相/正交)信号线将调制的数字电视信号传给解调器。自动增益控制是解调器根据高频头输出的I/Q信号的强度来自动调整高频头的增益值，以期达到最佳的接收效果。一般而言自动增益越大，表示接收信号强度越弱。反之则表示信号越强。在本发明中，为了计算方便，我们将自动增益值做了反相的处理。即信号越强自动增益值越大，信号越弱自动增益值越小。

本发明运算由系统中的微处理器执行(参考图1)。通常它带有自己的动态和静态存储器，并通过总线或其他接口控制解调器。解调器根据微处理器的要求控制高频头工作。微处理器可以通过和解调器相连的接口读取解调器和高频头内的寄存器，监控他们的工作状态。例如自动增益控制值，锁定状态等信息都可以通过读寄存器的方法获得。

图3是现有技术的盲扫方法的流程图。盲扫的原理是控制卫星数字电视机顶盒前端进行扫描得到卫星转发器的各项参数。可以从图中看出，普通的盲扫方法对每个频率点都进行符号率扫描，这样浪费了大量的时间在没有信号的频率点上，速度非常的慢。扫描一次大约要3天的时间。

本发明实施所用硬件与图1所示系统相同，对硬件没有任何的特殊要求，对硬件成本的增加为零。它的主要原理是：通过频率扫描和一系列计算、处理剔除了绝大多数的没有信号的频率点，只针对有限的一些频率点进行符号率的扫描，极大的缩短了扫描的时间。

另外，卫星转发器一般使用两个极化方向-水平和垂直，因此本发明只讨论对一个极化方向进行盲扫，另一个极化方向的扫描过程完全相同。

本发明的方法的主要流程分为两大部分，一部分是频率扫描，另一部分是符号率扫描。图4示出了盲扫的总流程框图，它描述了盲扫的整个流程：

首先，进行盲扫初始化。

其次，进行频率扫描，即通过控制高频头，以一定的频率间隔在预先计算好的频段内扫描，得到每个频率点的自动增益控制(AGC)值。

然后，通过对这些值的处理和计算，分析其相互关系，找到能量比较强的若干个频率点作为候选频率。频率扫描的精度对于提高扫描速度十分关键，精度越高，则候选频率越少，错失的频率也越少，需要进行符号率扫描的候选频率也越少。通过对要进行符号率扫描的频率进行筛选，本发明的频率扫描的精度远远高于其他方法。

最后，在每个候选频率点进行符号率扫描，如果能锁定一个符号率，则存储该频率点和符号率；否则，认为这个候选频率点是无效。在符号率扫描时，除了按照现有技术对每个候选频率点扫描450个符号率，也可以通过一系列的优化方法，提高扫描效率，缩短扫描时间。

在频率扫描流程中，最好根据卫星频段的不同使用不同的扫描带。根据卫星频段的不同，我们可以使用不同的扫描带宽。对于C波段的卫星来说，其转发器频率范围是从3,400MHz到4,200MHz。我们应该扫描的带宽应该是从(LNB中心频率-4200)到(LNB中心频率-3400)。以LNB中心频率为5150MHz为例，应该扫描的带宽是从(5150-4200)＝950MHz到(5150-3400)＝1550MHz。对于Ku波段来说，转发器频率范围已经超出了高频头的频率覆盖范围，因而应该进行全频段扫描，即从950MHz到2150MHz。这样，就可以最大程度的缩小扫描范围，减小扫描时间。

在频率扫描流程中，最好对每个频率点进行去毛刺处理。图7示出了去毛刺的原理：统计每个频率点左右2个频率的AGC值；如果其左边两个点和右边两个点的AGC值全部相等，而这个点本身的AGC值比他们要大一个单位，或者小一单位，则认为这个点为毛刺；其AGC值用左右相邻点的AGC值替代。这样，就可以去除扫描过程中发现的小的毛刺，减小将毛刺误判为候选频率的可能性。

在对扫描的频率进行筛选时，一个筛选方法为：任何一个频点所得到的AGC值若小于一个门限，那么该频点则被舍弃不作为考虑，否则，作为候选频率，其中该门限为频谱平均能量乘以一个系数，其中该系数通常略大于1。频谱平均能量为各频点AGC值的几何平均值，即

由于所有频点的AGC值可以全部正规化到正数值，为了避免开平方根的复杂运算，我们可以直接取用平均能量的平方值。这样，就可以过滤掉扫描到的能量值很低的频率点以达到缩短扫描时间的目的。

在对扫描的频率进行筛选时，另一个筛选方法为：

首先，对于每个频点的AGC值进行去加权平均处理，得到每个频点AGC的加权平均值(AVG)。图8示出了加权平均方法。这个方法的原理是，对每一个频率点和左右各n个频率点的AGC值进行加权平均计算。举例言之：n＝2代表了5点平均。若我们采用的权值是W1，W2，W3，W4，W5，对于频率点J来计算，它的加权平均AGC值AVG则为AVG(J)＝(W1*AGC(J-2)+W2*AGC(J-1)+W3*AGC(J)+W4*AGC(J+1)+W5*AGC(J+2))/5。这样，通过了加权平均方法对于AGC的曲线做了低通的滤波得到了AVG曲线，再在AVG曲线上做候选频率的判断，可以减小误选频率的可能性。

其次，检查每一个频率点的AVG值变化方向，如果AVG值的变化方向由上升变为平坦或下降，这个频率点将被作为最初的候选频率点。这个找出的候选频率点较多，后面的方法中会将大部分的误判候选频率剔除。

然后，针对该候选频率，计算3dB带宽和/或转折点带宽。如图9所示，3dB带宽是根据每个候选频率的AVG值，向左和向右分别寻找能量比候选频率低3dB的频率点，这两个低3dB的能量频率点的频率差就是候选频率的3dB带宽；转折点带宽是在往左或往右寻找3dB点的过程中，出现AVG值曲线由下降变为上升时，首先找到左右转折点中较高的转折点的AVG值作为带宽测量能量点，然后计算在能量在这个点的左右频率点的频率差作为转折点带宽。这个3dB是由AVG值曲线的下降幅度来估计的，具体的值应该根据前端的实际测试结果决定。通过计算候选频率的带宽，可以缩小符号率搜索的范围，缩短搜索时间。

然后，如图10所示，以左右3dB或转折点的频率中值为候选频率的中心频率。由于我们采用的峰值搜索方法只能找到AVG值曲线由上升变为平坦和下降的点，在转发器符号率比较高的情况下，这个点的频率可能会小于实际转发器频率很多。这样计算出来的中心频率会和实际的转发器频率非常接近。

最后，如果发现某个候选频率的AVG值远远小于邻近的已经被锁定的候选频率的AVG值，那么认为这个候选频率是无效的，这里的判定参数需要根据测量决定。这样作的原理是，经过统计和研究发现，同一个卫星不同转发器的能量值变化不会很大。这样，就可以过滤能量较小的误判候选频率。

图5示出了频率扫描的一个实施例。其分为如下步骤：

(1)进行频率扫描，即通过控制高频头，以一定的频率间隔在预先计算好的频段内扫描，得到每个频率点的AGC值。

(2)对每个频率点的AGC值进行去毛刺处理。

(3)计算每个频率电的AGC加权平均值AVG。

(4)计算整个频段的平均能量。

(5)判断每一个频率点AVG值的变化方向，如果是由上升变为下降或平坦，则预设这个频率点为候选频率并计算带宽和中心频率；否则舍弃该频率点。

(6)如果中心频率和上一个候选频率差太小，放弃本候选频率。如果中心频率和上一个候选频率差小于4MHz，则认为两者相差太小。

(7)如果本候选频率AGC小于频段能量门槛，放弃本候选频率。该能量门槛定义为频段平均能量乘以一个稍大于1的系数。

一般经过上述步骤之后可以获得不超过100个候选频率点，其中候选频率点的个数主要与数字卫星信号频道的个数有关。然后，对这些候选频率点进行符号率扫描。

符号率扫描的原理是有选择的设定前端的符号率，并尝试锁定。在等待一定的时间后，如果成功锁定则得到本频点的符号率，如果超时则尝试下一个选出的符号率，只到找出能够锁定的符号率，或者尝试完所有选出的符号率为止。符号率扫描时间的长短也同样关系到整个扫描时间的长短。合理的选择符号率和等待时间，能够以最快的速度找到候选频率的符号率或者排除候选频率。

在符号率扫描流程中，符号率的扫描范围是优选设定的：如果候选频率的转折带宽低于4MHz，其带宽将被设为4MHz；如果候选频率同时拥有3dB带宽和转折点带宽，符号率的扫描范围将是从

到转折点带宽×2.5和 到3dB带宽×2；如果候选频率只有3dB带宽，符号率的扫描范围将是从

到3dB带宽×2。这样，就可以尽可能减小符号率扫描的范围以提高速度。

在符号率扫描流程中，优选首先尝试上一个成功锁定的符号率。这是因为经过统计发现，在同一颗卫星上，相邻的转发器的符号率相同的机率很高。这样，可以减少符号率的扫描。

在符号率扫描流程中，优选前端锁定一个转发器信号所需要的等待时间为A-符号率×B，其中A，B均为常数。根据此算式，越高的符号率等待的时间越短。这个方法可以在符号率较高时缩短等待时间，在较低时延长等待时间，减小错过符号率的可能性。

在符号率扫描流程中，所扫的符号率的排列次序优选为由使用频率越高的符号率到使用频率越低的符号率。这样可以缩短符号率扫描的总时间。

图6示出了符号率扫描的一个实施例。其分为如下步骤：

(1)从候选频率种获取一个频率和极化方向；如果该候选频率落在上一个锁定频率的有效带宽内，则舍弃该频率；设定极化方向；如果该候选频率落在有效范围外，则舍弃该频率；根据候选频率带宽限制符号率扫描的范围。

(2)扫描上一个成功锁定频率的符号率。

(3)计算各项参数和等待时间。

(4)试扫描。

(5)如果等待超时，进行下一个符号率扫描；否则，对该符号率进行锁定。

(6)如果锁定，保存该候选频率和符号率，然后进行下一步频率的符号率扫描，直至扫描结束。

一般上述符号率扫描中，每个候选频率点的符号率扫描个数不超过100个。

应用本发明的盲扫方法的可以在微处理器的平台上以软件的方式完成高速的对于卫星转发器电视节目的盲扫功能，免除了特殊硬件的实现，从而降低了成本。频率扫描的精度对于提高扫描速度十分关键，精度越高，则候选频率越少，错失的频率也越少，需要进行符号率扫描的候选频率也越少。本发明的频率扫描方法的精度远远高于其他方法，可以大大缩短盲扫所用的时间。在符号率的扫描中，本发明也通过一系列的优化方法，提高了扫描效率，也缩短扫描时间。根据试验结果，本发明完成整个盲扫的时间大约是在10分钟左右。精度都达到或超过了由硬件实现的盲扫的程度。

应当可以理解，本发明并不限于卫星转发器电视节目的盲扫，它也可应用于其它卫星数字信号的盲扫。

Claims (10)

1.一种数字卫星频道的盲扫方法，用于搜索接收卫星转发器的数字信号，其特征在于：包括以下步骤：

(a)接收射频的前端系统进行盲扫初始化，其中接收射频的前端系统包括高频头和解调器；

(b)通过控制高频头，以一定的频率间隔在预先计算好的频段内扫描，得到每个频率点的自动增益控制(AGC)值；

(c)通过对这些值的处理和计算，找到能量比较强的若干个频率点作为候选频率；

(d)在每个候选频率点进行符号率扫描，如果能锁定一个符号率，则存储该频率点和符号率；否则，认为这个候选频率点是无效。

2.如权利要求1所述的盲扫方法，其特征在于：步骤(b)中根据卫星频段的不同使用不同的扫描带宽，即对于C波段卫星，扫描带宽为(LNB中心频率-4200)MHz到(LNB中心频率-3400)MHz；对于Ku波段卫星，扫描带宽为950MHz到2150MHz。

3.如权利要求1或2所述的盲扫方法，其特征在于：步骤(b)中寻找候选频率的方法为，任何一个频点所得到的AGC值若小于一个门限，那么该频点则被舍弃不作为考虑，否则，作为候选频率，其中该门限为各频点AGC值的几何平均值乘以一个系数，其中该系数通常略大于1。

4.如权利要求3所述的盲扫方法，其特征在于：所述的AGC值为经过去毛刺处理的AGC值，即统计每个频率点左右2个频率的AGC值，如果其左边两个点和右边两个点的AGC值全部相等，而这个点本身的AGC值比他们要大一个单位，或者小一单位，则认为这个点为毛刺，其AGC值用左右相邻点的AGC值替代。

5.如权利要求3所述的盲扫方法，其特征在于：所述的AGC值为经过加权平均处理的AGC值，即对于每个频点的AGC值进行去加权平均处理，得到每个频点AGC的加权平均值(AVG)。

6.如权利要求1或2所述的盲扫方法，其特征在于：步骤(b)中寻找候选频率的方法为：

首先，对于每个频点的AGC值进行去加权平均处理，得到每个频点AGC的加权平均值(AVG)；

其次，检查每一个频率点的AVG值变化方向，如果AVG值的变化方向由上升变为平坦或下降，这个频率点将被作为最初的候选频率点；

然后，针对该候选频率，计算3dB带宽和/或转折点带宽，其中，3dB带宽是根据每个候选频率的AVG值，向左和向右分别寻找能量比候选频率低3dB的频率点，这两个低3dB的能量频率点的频率差就是候选频率的3dB带宽；转折点带宽是在往左或往右寻找3dB点的过程中，出现AVG值曲线由下降变为上升时，首先找到左右转折点中较高的转折点的AVG值作为带宽测量能量点，然后计算在能量在这个点的左右频率点的频率差作为转折点带宽；

然后，以左右3dB或转折点的频率中值为候选频率的中心频率，如果该中心频率和上一个候选频率相差太小，则放弃该候选频率；

最后，如果发现某个候选频率的AVG值远远小于邻近的已经被锁定的候选频率的AVG值，那么认为这个候选频率是无效的。

7.如权利要求6所述的盲扫方法，其特征在于：步骤(c)中对每个候选频率点进行符号率扫描时，符号率的扫描范围是这样设定的：

如果候选频率的转折带宽低于4MHz，其带宽将被设为4MHz；

如果候选频率同时拥有3dB带宽和转折点带宽，符号率的扫描范围将是从

到转折点带宽×2.5和

到3dB带宽×2；

如果候选频率只有3dB带宽，符号率的扫描范围将是从

到3dB带宽×2。

8.如权利要求1所述的盲扫方法，其特征在于：步骤(d)中对每次符号率扫描开始时，首先尝试上次成功锁定的符号率。

9.如权利要求1或8所述的盲扫方法，其特征在于：步骤(d)中前端锁定一个转发器信号所需要的等待时间为A-符号率×B，其中A，B均为常数。

10.如权利要求1或8所述的盲扫方法，所扫的符号率的排列次序为由使用频率越高的符号率到使用频率越低的符号率。

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