用兩個導頻信號的數字廣播接收器的載波恢復設備及方法
2023-08-13 21:21:06
專利名稱：用兩個導頻信號的數字廣播接收器的載波恢復設備及方法
技術領域：
本發明通常涉及用於在數字廣播系統的接收器上恢復載波的設備和方法，尤其涉及能夠在恢復通過殘留邊帶(VSB)調製的數字廣播信號的過程中，根據包括在廣播信號中的導頻的導頻音，補償發生在調諧期間的載波的頻率偏移和相位偏移的設備和方法。
背景技術：
通常，廣播信號發送系統包括殘留邊帶(VSB)調製和編碼正交頻分多路復用(COFDM)調製。VSB調製發送單載波上的廣播信號。COFDM調製經廣播信號的頻分多路復用通過多信道發送廣播信號。VSB調製是美國倡導的數字廣播系統，在諸如韓國和美國的國家採用。COFDM調製是歐洲倡導的數字廣播系統。
圖1是示出作為常規數字廣播接收器的範例的VSB接收器方框圖。VSB接收器包括調諧器12、表面聲波(SAW)濾波器14、中頻(IF)放大單元16、模-數轉換器(ADC)18、I/Q分離器20、匹配濾波器22、導頻去除單元24、下採樣單元26和均衡單元28。
調諧器12根據輸入的調諧命令將在天線10上接收的數字廣播信號調諧到相應的頻帶。SAW濾波器14將調諧頻帶的數字廣播信號濾波到預置的中頻(IF)帶。中頻(IF)放大單元16將從SAW濾波器14輸出的中頻(IF)帶的數字廣播信號放大到中頻(IF)。ADC 18將中頻(IF)放大的數字廣播信號轉換為數位訊號。I/Q分離器20將數字廣播信號分離為同相信道信號(在下文中稱作I-信號)和正交信號(在下文中稱作Q-信號)。匹配濾波器22將I和Q信號濾波以使其具有在發送時被接受的正弦特徵。導頻去除單元24從濾波的I和Q信號中去除導頻。下採樣單元26根據預置值減小導頻去除的(pilot-removed)I和Q信號的大小。均衡單元28補償已經在發送中出現的下採樣的I和Q信號的失真。
同時，常規VSB接收器包括用於補償偏移的採樣補償單元30和頻率/相位同步單元40，所述偏移在接收的數字廣播信號的恢復期間出現。採樣補償單元30補償已經在ADC 18的採樣期間出現的定時失真。頻率/相位同步單元40補償頻率偏移和相位偏移，所述頻率偏移和相位偏移已經在調諧器12的調諧期間出現。
圖2是更詳細地示出圖1的頻率/相位同步單元40的方框圖。頻率/相位同步單元40包括第一低通濾波器(LPF)42、自動頻率控制低通濾波器(AFC-LPF)44、限幅器46、第二LPF 48、乘法器50、自動相控低通濾波器(APC-LPF)52、和壓控振蕩器(VCO)54。
第一LPF 42濾波基帶中的I-信號的導頻音。AFC-LPF 44計算用於I-信號的導頻音的頻率差。限幅器46產生對應於從AFC-LPF 44輸出的導頻音的差的脈衝波。第二LPF 48濾波用於基帶中的Q-信號的導頻音。乘法器50用從第二LPF 48輸出的Q-信號乘從限幅器46輸出的脈衝波。APC-LPF 52計算用於Q-信號的導頻音的相位差。VCO 54將預置電平提供給調諧器12，由此調諧補償導頻音的頻率差和相位差。
常規數字廣播接收器經I和Q信號估計用於副載波的頻率偏移和相位偏移，並且補償估計的偏移，並且將預置的電平電壓提供給調諧器12以用於調諧。因此，可以補償在調諧器12的調諧期間出現的載波的頻率偏移和相位偏移。
這種使用常規頻率/相位同步單元40的載波恢復方法為每一信號使用一個導頻音。因此，如果導頻音被破壞，那麼在常規數字廣播接收器上的載波恢復質量會嚴重惡化。通常，可以將地面波發送信道調製到多徑信道，並且在此情況下，信道的頻率響應包含很多零值。即使僅零值之一存在於與導頻音相同的頻帶，數字廣播信號的導頻音也會被嚴重破壞。當這發生時，不能期望載波的精確恢復。
發明內容
因此，本發明的一個目的是提供用於數字廣播接收器的載波恢復設備及其方法，能夠在考慮到導頻音被破壞的情況下，更容易地恢復接收的數字廣播信號的載波。
本發明的另一目的是提供數字廣播接收器的載波恢復設備及其方法，能夠即使當導頻音被破壞時，仍可容易地恢復載波。
根據本發明，提供一種數字廣播接收器的載波恢復設備。該載波恢復設備利用包含在數字廣播信號中的I信號和Q信號，恢復在調諧期間出現的載波的偏移，該設備包括多個頻率偏移估計單元，用於通過將包含在I信號和Q信號中的多個導頻音分別移到基帶，估計在調諧數字廣播信號期間出現的載波的頻率偏移；組合單元，用於組合由多個頻率偏移估計單元估計的頻率偏移；相位偏移估計單元，用於估計由組合單元為其組合了頻率偏移的載波的相位偏移；以及壓控振蕩器(VCO)單元，用于振蕩預置電平電壓，用於補償頻率偏移和相位偏移，並在隨後調諧。
根據本發明，提供一種用於數字廣播接收器的載波恢復設備的載波恢復方法。載波恢復方法利用包含在數字廣播信號中的I信號和Q信號，恢復在調諧期間出現的載波的偏移，該方法包括以下步驟通過利用包含在I-信號和Q-信號中的多個導頻音，估計在調諧期間出現的載波的頻率偏移；組合根據多個導頻音估計的頻率偏移；利用頻率偏移的組合值估計載波的相位偏移；以及振蕩預置電平電壓，用於補償用於調諧的載波的頻率偏移和相位偏移。
通過參照附圖描述本發明的優選實施例，本發明的上述目的和特點將變得更清楚，其中圖1是常規數字廣播接收器的方框圖；圖2是更詳細的圖1的頻率/相位同步單元的方框圖；圖3是根據本發明優選實施例的數字廣播接收器和載波恢復設備的方框圖；圖4是更詳細地示出圖3中的第一和第二頻率偏移估計單元的方框圖；圖5A是更詳細地示出圖4的第一頻移單元的圖；圖5B是更詳細地示出圖4的第二頻移單元的圖；圖6是更詳細地示出圖3的相位偏移估計單元的方框圖；圖7是示出用於利用根據本發明優選實施例的數字廣播接收器的載波恢復設備恢復載波的方法的流程圖；圖8是示出詳細的圖7的頻率偏移估計步驟的流程圖；圖9是示出詳細的圖8的頻移步驟的流程圖；
圖10是示出詳細的圖7的相位偏移估計步驟的流程圖。
具體實施例方式
在下文中，將參照附圖更詳細的描述本發明的優選實施例。
圖3是根據本發明的數字廣播信號的載波恢復設備和數字廣播接收器的方框圖。數字廣播接收器包括調諧器62、表面聲波(SAW)濾波器64、中頻(IF)放大單元66、模-數轉換器(ADC)68、I/Q分離器70、匹配濾波器72、導頻去除單元74、下採樣單元76、均衡單元78、採樣補償單元80和載波恢復設備100。
調諧器62根據調諧命令將天線60上接收的數字廣播信號調諧到相應的頻帶。SAW濾波器64將調諧的頻帶的數字廣播信號濾波到預置的中頻(IF)帶。中頻(IF)放大單元66將從SAW濾波器64輸出的中頻(IF)帶中的數字廣播信號放大到中頻。ADC 68將中頻放大的數字廣播信號轉換為數位訊號。I/Q分離器70將數字廣播信號分別分離為I和Q信號。匹配濾波器72對I和Q信號濾波以使其具有在發送時接受的正弦特徵。導頻去除單元74從濾波的I和Q信號中去除導頻。下採樣單元76減小導頻去除的I和Q信號的大小。均衡單元78補償在發送期間已經出現的下採樣I和Q信號的失真。
採樣補償單元80補償已經在ADC 68的採樣期間出現的定時失真。載波恢復設備100通過使用包含在數字廣播信號的符號中的導頻，補償在調諧器62的調諧期間出現的頻率偏移和相位偏移。在此實施例中，通過使用關於一個符號的兩個(2)導頻音恢復載波的頻率偏移和相位偏移。
如圖所示，載波恢復設備100包括第一頻率偏移估計單元120、第二頻率偏移估計單元140、組合單元160、相位偏移估計單元170、以及壓控振蕩器(VCO)180。
第一頻率偏移估計單元120通過使用第一導頻音的I和Q信號估計載波的頻率偏移。第二頻率偏移估計單元140通過使用第二導頻音的I和Q信號估計載波的頻率偏移。組合單元160組合由第一和第二頻率偏移估計單元120、140分別估計的關於載波的頻率偏移。相位偏移估計單元170根據組合單元160上的各頻率偏移的組合值估計載波的相位偏移。VCO 180為調諧器62提供預置電平，由此補償和調諧載波的頻率偏移和相位偏移。
基於關於一個符號的兩個導頻的載波估計頻率偏移，並且通過組合估計值估計載波的相位偏移，可以減少由於損壞的導頻而產生的載波恢復的出錯概率。因此，可以更容易地恢復載波。
圖4是更詳細地示出圖3中的第一和第二頻率偏移估計單元120、140的方框圖。
第一頻率偏移估計單元120包括第一頻移單元121、第一低通濾波器(LPF)123、第一自動頻率控制低通濾波器(AFC-LPF)125、第一限幅器127和第一乘法器129。
第一頻移單元121移動從I/Q分離器121輸出的I和Q信號中的兩個導頻音中的第一導頻音到基帶。第一LPF 123濾波從第一頻移單元121輸出的第一導頻音的頻帶。第一AFC-LPF 125將第一導頻音的頻帶濾波，以計算預定參考信號和第一導頻音的頻率差。第一限幅器127根據從第一AFC-LPF125計算的頻率差，產生對應於載波的頻率偏移值的脈衝波。第一乘法器129用具有在第一LPF 123濾波的第一導頻音的Q-信號，乘從第一限幅器127產生的脈衝波。
更具體地說，從第一AFC-LPF 125輸出的頻率差是正值、負值和0之一。例如，當從AFC-LPF 125輸出的頻率差為正時，第一限幅器127產生+1脈衝波；當從AFC-LPF輸出的頻率差為負時，產生-1脈衝波；並且當從AFC-LPF輸出的頻率差為0時，產生0脈衝波。
第二頻率偏移估計單元140包括第二LPF 143、第二AFC-LPF 145、第二限幅器147和第二乘法單元149。第二頻率偏移估計單元140利用包含在從I/Q分離器70輸出的I和Q信號中的兩個導頻音中的第二導頻音，執行與第一頻率偏移估計單元120所作的相同的處理。
更具體地說，從第二AFC-LPF 145輸出的頻率差是正值、負值和0之一。例如，當從AFC-LPF 145輸出的頻率差為正時，第二限幅器147產生+1脈衝波；當從AFC-LPF輸出的頻率差為負時，產生-1脈衝波；並且當從AFC-LPF輸出的頻率差為0時，產生0脈衝波。
組合單元160組合從第一和第二乘法單元129、149輸出的結果以計算載波的頻率偏移的組合值。
圖5A是更詳細地示出圖4的第一頻移單元121的圖，並且圖5B是更詳細地示出圖4的第二頻移單元141的圖。第一頻移單元121包括第一數控振蕩器(NCO)121a和第一複數乘法單元121b。第一NCO 121a計算用於將I和Q信號的第一導頻音移到基帶的頻率值。第一複數乘法單元121b用由第一NCO 121a計算的頻率值複數乘從I/Q分離器70輸出的I和Q信號，以將第一導頻音移到基帶。第二頻移單元141包括第二數控振蕩器(NCO)141a和第二複數乘法單元141b。第二NCO 141a計算用於將I和Q信號的第二導頻音移到基帶的頻率值。第二複數乘法單元141b用由第二NCO 141a計算的頻率值複數乘I和Q信號，以將第二導頻音移到基帶。
例如，從第一NCO 121a和第二NCO 141a輸出的頻率值分別是-3.57MHz和+3.57MHz。
圖6是更詳細地示出圖3的相位偏移估計單元170的方框圖。相位偏移估計單元170包括環路濾波器172和APC-LPF 174。環路濾波器172濾波來自於組合單元160的組合值，以便組合值可以保持正弦模式。APC-LPF 174通過計算從環路濾波器172輸出的組合值和預定參考信號的相位差，估計載波的相位偏移值。
VCO 180振蕩預置電平電壓，用於補償由組合單元160組合的頻率偏移，和由相位偏移估計單元170估計的相位偏移，並且為調諧器62提供預置電平電壓。
根據本發明的優選實施例，基於已經利用兩個導頻音估計的載波的頻率偏移和相位偏移，數字廣播接收器恢復載波。因此，即使當導頻被破壞時，仍可容易地恢復載波。
圖7是示出利用根據本發明優選實施例的數字廣播接收器的載波恢復設備的載波恢復方法的流程圖。首先，第一頻率偏移估計單元120和第二頻率偏移估計單元140利用包含在I和Q信號中的兩個導頻音，估計數字廣播信號的載波的頻率偏移(步驟S100)。組合單元160組合由第一和第二頻率偏移估計單元120、140估計的頻率偏移(步驟S200)。相位偏移估計單元170根據組合單元160的組合值計算I和Q信號與預置參考信號之間的相位差，並且根據該計算結果估計載波的相位偏移(步驟S300)。VCO 180振蕩預置電平，用於補償在組合單元160上組合的載波的頻率偏移和在相位偏移估計單元170上估計的相位偏移，並且為調諧器62提供預置電平(步驟S400)。
由於通過使用兩個導頻音恢復載波以估計頻率偏移和相位偏移，即使當將數字廣播信號發送到根據時間改變的動態信道時，載波也可以容易地恢復。
圖8是更詳細地示出圖7的頻率偏移估計步驟S100的流程圖。首先，第一和第二頻率偏移估計單元120、140將兩個導頻音的第一和第二導頻音移到基帶(步驟S110)。通過將從第一和第二頻移單元121、141輸出的I和Q信號中的第一和第二導頻音移到基帶，第一和第二LPF 123、143執行低通濾波(步驟S120)。第一和第二AFC-LPF 125、145濾波經第一和第二LPF 123、143傳輸的第一和第二導頻音的頻帶，以計算第一和第二導頻音與預置參考信號之間的頻率差(步驟S130)。第一和第二限幅器127、147根據從第一和第二AFC-LPF 125、145輸出的頻率差，分別產生對應於載波的頻率偏移值的脈衝波(步驟S140)。
例如，在步驟S130中產生的頻率差是正值、負值和0之一。因此，在步驟S140中，當從AFC-LPF輸出的頻率差為正時，產生+1脈衝波；當從AFC-LPF輸出的頻率差為負時，產生-1脈衝波；並且當從AFC-LPF輸出的頻率差為0時，產生0脈衝波。
第一和第二乘法單元129、149用從第一和第二限幅器127、147產生的相應的脈衝波，乘包含來自第一和第二LPF 123、143的第一和第二濾波的導頻音的Q信號(步驟S150)。因此，第一和第二乘法單元129、149將相乘結果提供給組合單元160(步驟S160)。
圖9是更詳細地示出圖8的頻移步驟S110的流程圖。首先，第一和第二NCO 121a和141a計算用於將I和Q信號中的導頻音移到基帶的頻率值(步驟S112)。因此，第一和第二複數乘法單元121b、141b根據由第一和第二NCO 121a和141a計算的結果執行I和Q信號的乘法(步驟S114)。因此，移動數字廣播信號的載波。
例如，在步驟S112產生的頻率值分別是-3.57MHz和+3.57MHz。
圖10是更詳細地示出圖7的相位偏移估計步驟S300的流程圖。首先，環路濾波器172濾波來自於組合單元160的組合值，以便組合值可以保持正弦特徵(步驟S320)。APC-LPF 174計算低通濾波的組合值和預置的參考信號之間的相位差，以估計載波的相位偏移(步驟S340)。
因此，VCO 180振蕩預置電平，用於補償來自組合單元160的頻率偏移和由相位偏移估計單元170估計的相位偏移，並且為調諧器62提供預置電平電壓。由利用兩個導頻音估計載波的頻率偏移和相位偏移，並且當恢復載波時考慮這種估計的偏移，因此，即使當導頻被破壞時，仍可容易地恢復載波。
根據本發明，由於利用兩個導頻音估計並恢復載波的頻率偏移和相位偏移，即使當由於信道環境不同導頻被破壞時，仍可容易地恢復載波。
進一步地，由於利用兩個導頻音恢復載波，可準確地恢復載波。
儘管已經描述了本發明的優選實施例，本領域技術人員將會理解本發明將不限於優選實施例，並且在由所附權利要求所定義的本發明的實質和範圍之內，可以作出不同的改變和調整。
權利要求
1.一種數字廣播接收器的載波恢復設備，用於利用包含在數字廣播信號中的I信號和Q信號，恢復在調諧期間產生的載波的偏移，該設備包括多個頻率偏移估計單元，用於通過將包含在I信號和Q信號中的多個導頻音分別移到基帶，估計在調諧數字廣播信號期間出現的載波的頻率偏移；組合單元，用於組合由多個頻率偏移估計單元估計的頻率偏移；相位偏移估計單元，用於估計由組合單元為其組合了頻率偏移的載波的相位偏移；以及壓控振蕩器(VCO)單元，用于振蕩預置電平電壓，用於補償頻率偏移和相位偏移，並在隨後調諧。
2.如權利要求1的載波恢復設備，其中，頻率偏移估計單元的每一個都包括頻移單元，用於分別將多個導頻音移到基帶；自動頻率控制低通濾波器(AFC-LPF)，用於通過濾波導頻音的頻帶，分別計算多個導頻音的頻率差；限幅器，用於根據頻率差產生對應於載波的頻率差的脈衝波；以及乘法單元，用於用包含多個移動的導頻音的Q-信號乘脈衝波，其中組合單元通過組合相乘結果計算多個導頻音的組合值。
3.如權利要求2的載波恢復設備，其中，頻率偏移估計單元的每一個還包括在頻移單元和AFC-LPF之間提供的低通濾波(LPF)單元，用於濾波從頻移單元輸出多個導頻音的頻帶，在此通過乘法單元用從限幅器輸出的脈衝波乘由LPF濾波的Q-信號。
4.如權利要求3的載波恢復設備，其中，頻移單元的每一個包括數控振蕩器(NCO)，用於計算用於將多個導頻音移到基帶的頻率值；以及複數乘法單元，用於通過用I-信號和Q-信號複數乘頻率值，將多個導頻音移到基帶。
5.如權利要求4的載波恢復設備，其中，相位偏移估計單元包括環路濾波單元，用於濾波來自於組合單元的組合值，以便組合值可以保持平滑曲線；以及自動相控低通濾波器(APC-LPF)，用於經來自於環路濾波單元的組合值估計載波的相位偏移。
6.如權利要求5的載波恢復設備，其中，包含在I-信號和Q-信號中的多個導頻音是兩個，並且分別相應地提供兩個頻移單元、LPF、AFC-LPF、限幅器和乘法單元。
7.如權利要求6的載波恢復設備，其中，從NCO的每一個輸出的頻率值分別是-3.57MHz和+3.57MHz。
8.如權利要求7的載波恢復設備，其中，從AFC-LPF的每一個輸出的頻率差是正值、負值和0之一。
9.如權利要求8的載波恢復設備，其中，當從AFC-LPF輸出的頻率差為正時，限幅器的每一個產生+1脈衝波；當從AFC-LPF輸出的頻率差為負時，產生-1脈衝波；並且當從AFC-LPF輸出的頻率差為0時，產生0脈衝波。
10.一種使用數字廣播接收器的載波恢復設備的載波恢復方法，用於利用包含在數字廣播信號中的I-信號和Q-信號，恢復在調諧期間出現的載波的偏移，該方法包括以下步驟通過利用包含在I-信號和Q-信號中的多個導頻音，估計在調諧期間出現的載波的頻率偏移；組合根據多個導頻音估計的頻率偏移；利用頻率偏移的組合值估計載波的相位偏移；以及振蕩預置電平電壓，用於補償用於調諧的載波的頻率偏移和相位偏移。
11.如權利要求10的載波恢復方法，其中，頻率偏移估計步驟的包括以下步驟分別將多個導頻音移到基帶；通過濾波被移到基帶的多個導頻音的頻帶，計算多個導頻音的頻率差；根據頻率差產生對應於載波的頻率偏移的脈衝波；以及用包含移到基帶的多個導頻音的Q-信號乘脈衝波，其中，組合步驟通過組合各相乘結果計算多個導頻音的組合值。
12.如權利要求11的載波恢復方法，其中，頻率偏移估計步驟還包括低通濾波步驟，用於濾波其中多個移動的導頻音所處的窄帶，其中，乘法步驟用脈衝波乘被濾波的Q-信號。
13.如權利要求12的載波恢復方法，其中，頻移步驟包括以下步驟分別計算用於將多個導頻音移到基帶的頻率值；以及通過用I-信號和Q-信號複數乘頻率值，將多個導頻音頻移到基帶。
14.如權利要求13的載波恢復方法，其中，相位偏移估計步驟包括以下步驟環路濾波組合值，以便組合值可以保持平滑曲線；以及根據環路濾波的組合值估計載波的相位偏移值。
15.如權利要求14的載波恢復方法，其中，包含在I-信號和Q-信號中的多個導頻音是兩個。
16.如權利要求14的載波恢復方法，其中，從頻率值計算步驟輸出的頻率值分別是-3.57MHz和+3.57MHz。
17.如權利要求16的載波恢復方法，其中，從頻率差計算步驟輸出的頻率差是正值、負值和0之一。
18.如權利要求17的載波恢復方法，其中，當從AFC-LPF輸出的頻率差為正時，脈衝波產生步驟產生+1脈衝波；當從AFC-LPF輸出的頻率差為負時，產生-1脈衝波；並且當從AFC-LPF輸出的頻率差為0時，產生0脈衝波。
全文摘要
公開一種數字廣播接收器的載波恢復設備及其方法。該載波恢復設備包括多個頻率偏移估計單元，用於通過將包含在I信號和Q信號中的多個導頻音分別移到基帶，估計在調諧數字廣播信號期間出現的載波的頻率偏移；組合單元；用於組合由多個頻率偏移估計單元估計的頻率偏移；相位偏移估計單元，用於估計由組合單元為其組合了頻率偏移的載波的相位偏移；以及壓控振蕩器(VCO)單元，用于振蕩預置電平電壓，用於補償頻率偏移和相位偏移，並在隨後調諧。
文檔編號H04H1/00GK1463093SQ02144350
公開日2003年12月24日 申請日期2002年10月10日 優先權日2002年5月30日
發明者金俊守 申請人:三星電子株式會社