符號定時恢復電路和方法
2023-04-24 11:54:26
專利名稱：符號定時恢復電路和方法
技術領域：
本發明涉及數位電視接收機，尤其涉及用於恢復符號定時的電路和方法，以便精確地解調發射信號。
數字接收機應該使用與輸入數位訊號的符號傳輸相同步的解調器，以便最佳解調。由於包括信道均衡器的接收機通常是由數字電路操作的，所以，接收的模擬信號能以精確的取樣時間經過模擬/數字轉換器轉換成數位訊號。就是說，由於信號處理操作是在模擬信號被轉換成數位訊號之後進行的，所以，當數據以取樣時間精確地產生時，該數字接收機就能實現正常的操作。
在數字的高圖象質量的電視系統中，GA(大聯盟)系統使用作為一個載波的具有在數據發射期間大約值是1.25的直流(DC)的導頻信號，以便在接收端容易地恢復載波。所以，從接收機接收的數據包括導頻信號的直流成分。如果直接從接收的數據檢測定時誤差成分，則由於DC成分的影響，很難檢測一個準確的定時誤差值。
本發明的目的是提供一種符號定時恢復電路和方法，用於解調發射的信號而沒有由對已接收數據段同步信號的相位誤差的檢測引起的誤差，並對檢測的相位誤差進行補償。
根據本發明的數位電視的一個符號定時恢復電路包括一個模擬/數字轉換器，利用一個符號時鐘對將被轉換成數字數據的已接收模擬信號進行取樣；用於恢復載波的解調器，其將數字數據解調成基帶信號，並產生一個數據段信號；數據段同步信號檢測器，用於從數據段信號檢測數據段同步信號；由數據段同步信號啟動的相位誤差檢測器，用於接收數據段信號並檢測數據段同步信號的同步符號的相位誤差；以及一個符號時鐘相位調節器，用於根據將被加到該模擬/數字轉換器作為符號時鐘的同步符號的相位誤差，調節符號時鐘的相位。
為完整地了解本發明及其優點，參考附圖對本發明進行詳述，以使對本發明的目的、特徵、優點的理解更加清楚。
圖1是根據本發明的符號定時恢復電路的框圖；圖2A、2B及2C表示根據符號定時誤差的數據段同步信號的變化；
圖3是圖1的符號定時恢復電路的更詳細的框圖；圖4是圖1和圖3的數據段同步信號檢測器的更詳細的框圖；圖5是圖1符號定時恢復電路的另一個更詳細的框圖。
附圖中相同的參考符號表示相同或相應的部件。
在以下的描述中，「數字高圖象質量電視」表示GA(大聯盟)系統的高清晰度電視。「數據段信號」或「數據分段信號」表示包括828符號的數據和4符號的一個同步信號的一個832符號的信號，並意指一個水平行的信號。「同步信號」或「數據段同步信號」表示用於指示數據段信號的起始的四個(第一至第四)同步符號。第一和第四的同步符號具有+5的信號電平，而第二和第三的同步符號具有-5的信號電平。
圖1示出了一個數字高質量圖像電視接收機的符號定時恢復電路。利用具有兩倍符號速率fs的一個符號時鐘，模擬/數字(A/D)轉換器10把從調諧器產生的所選頻道的模擬信號轉換成數字數據信號。作為一個載波恢復電路的數字解調器20將從A/D轉換器10產生的數字數據恢復成一個發送數據的基帶信號。數字解調器20可以採用一個數字頻率和相位鎖定環路(DFPLL)。匹配電路30是一個匹配濾波器，並調節符號速率與數據段同步信號檢測器40相匹配。就是說，從數字解調器20產生的具有2fs的符號速率經匹配電路30被調節成具有fs符號速率的數據。
從匹配電路30產生的數據段信號被加到下一級的一個信號處理器，且同時加到數據段同步信號檢測器40，以便檢測同步信號。數據段同步信號檢測器40利用第一至第四同步符號的特徵從數據段信號檢測同步信號。相位誤差檢測器50接收該數據段信號並在第二和第三同步符號之間檢測將產生作為相位誤差信號的一個相位差。符號時鐘相位調節器60利用該相位誤差信號調節符號時鐘的相位並把已相位調節的符號時鐘送到A/D轉換器10。
圖2A到圖2C表示根據符號定時誤差在數據段同步信號中引起的變化。圖2A示出了當符號定時精確實現時的數據段同步信號。圖2B和2C分別表示當符號定時誤差具有正值和負值時的數據段同步信號。
當在數據的數據段信號中的符號定時被精確實現時，由於第二和第三同步符號具有幾乎相同的形狀，則如同2A所示，先前的形狀(form)被保持，但是，如果在發射過程中包括了例如頻道躁聲和重影等不必要的各種成分，則會在轉換成數字數據的過程中產生符號定時誤差，如同2B和2C所示，該同步符號被失真。該同步信號失真的程度可由第二和第三同步符號之間的差異來計算。就是說，第二和第三同步符號之間的差異對應於符號定時誤差。如圖2B和2C所示，同步信號的失真方向取決於該符號定時誤差是具有正值還是具有負值。符號時鐘的相位是利用屬於符號定時誤差的一個相位誤差來調節。如果已經相位調節的符號時鐘被送到A/D轉換器10，則該符號定時誤差可被精確地恢復。
圖3是圖1的符號定時恢復電路的更詳細的框圖。相位誤差檢測電路150的一個延遲單元151延遲從匹配電路30產生的數據段信號。另一個延遲單元152再次延遲延遲單元151的輸出。此種情況中，延遲單元151和152延遲以一個符號周期接收的數據段信號。減法器153計算延遲單元151和152之間的相位差。當從數據段同步信號檢測器40產生的數據段同步信號被啟動時，開關154接收減法器153的輸出並產生減法器153的輸出作為相位誤差信號。由於數據段同步信號檢測器40是在第四同步符號被接收的狀態下產生的數據段同步信號，所以，延遲單元151和152調節定時以便產生第二和第三同步符號之間的差作為相位誤差信號。換句話說，當數據段同步信號檢測器40產生數據段同步信號時，延遲單元151和152分別產生第二和第三同步符號。所以，當開關154由數據段同步信號切換到減法器153時，減法器153產生第二和第三同步符號之間的差信號。隨即，當數據段信號被接收時，相位誤差檢測器50計算第二和第三同步符號之間的差，以便產生符號定時誤差值的相位誤差信號。
在利用相位誤差信號對符號時鐘的相位進行調節的符號時鐘相位調節器60中，環路濾波器161累加相位誤差信號，並把累加的相位誤差信號標度成一個壓控振蕩器163的控制電壓電平。數字/模似(D/A)轉換器162將環路濾波器161的輸出轉換成一個模擬電壓。壓控振蕩器163是受控於從D/A轉換器162產生的電壓，並調節將被送到A/D轉換器10的作為符號時鐘的符號時鐘的相位。
圖4是圖1和圖3示出的數據段同步信號檢測器40的更詳細的框圖。數據段同步信號檢測器40包括一個數據段積分器110、一個符號相關器120和一個數據段同步信號產生器130。數據段積分器110將已接收的數據的數據段信號延遲一個數據段周期，並將延遲的數據段信號累加。符號相關器120將數據段積分器110的輸出延遲一個同步信號周期，將每一個延遲的同步信號由一個對應的同步信號的相關值相乘，把相乘的同步信號相加並檢測在該同步信號周期的具有峰值的同步信號。通過將符號相關器120的輸出與一個基準值作比較，數據段同步信號產生器130產生該數據段信號的同步信號。
數據段積分器110的一個加法器111順序地將已接收的數據段信號加到已經延遲了一個數據段周期的先前的數據段信號。數據段延遲單元112存儲從加法器111產生的累加的數據段信號，將數據段信號延遲一個數據段周期。並將該延遲的數據段信號負反饋回到加法器111。隨後，數據段積分器110順序地將累加的數據段信號加到當前接收的數據段信號。該相加的信號是數據段周期的同一位置的符號。
在符號相關器120中，延遲單元121至124順序地延遲從數據段積分器110的加法器111產生的每一個符號的累加值，並產生分別的延遲符號信號。乘法器125至128將每一個延遲符號信號分別地與同步信號的相關值相乘。乘法器125和128接收一個為+1的正值，以便乘以具有正相關性的第一和第四同步符號信號。乘法器126和127接收一個為-1的負值，以便與具有負值的相關性的第二和第三同步符號信號相乘使具有正值。因此，乘法器125至128在同步信號周期中產生具有正值的信號。加法器129相加乘法器125至128的輸出，並產生具有在該同步信號周期上的峰值的一個同步相關信號。
在同步信號產生器130中，一個基準值產生器131產生一個基準值，該值小於從加法器129產生的同步信號累加值，但大於其它隨機數據的累加值。比較器132將該基準值與從該加法器129產生的同步相關信號比較，並當該同步相關信號大於該基準值時產生同步信號。
具有上述結構的符號定時恢復電路的操作將在下面詳述。
在從數據段信號檢測同步信號的過程中，加法器111是以一個輸入端接收從匹配電路30產生的數據段信號，把經另一輸入端接收的數據段延遲單元112的輸出信號加到當前接收的數據段信號。由於數據段延遲單元112產生延遲了一個數據段周期的數據段信號，所以，送到加法器111的兩個數據段信號是數據段周期的同一位置的符號數據，相加的數據被送到數據段延遲單元112，並同時送到延遲單元121。因此，可以明白，數據段延遲單元112將數據延遲了一個數據段周期，並同時存儲與數據段周期相加的對應符號數據的累加值。因此，數據段積分器110連續累加在每一個數據段信號中的同一位置的符號數據。每一個數據段周期重複接收的同步符號的累加值的增長要多於隨機數據符號的累加值。
符號的累加值由延遲單元121到124順序地延遲。從延遲單元121到124產生的延遲符號信號被送到乘法器125到128的每一個輸入端，第一至第四同步符號的相關值被送到乘法器125到128的另一個的輸入端。經加法器111累加的第一和第四同步符號具有一個正值，而；第二和第三同步符號具有一個負值。如果將+1、-1、-1、+1送到乘法器125到128的另一端，則經乘法器1 25到128產生具有正值的同步符號。在相乘期間，由於四個符號的同步信號變成(+5)(+1)、(-5)(-1)、(-5)(-1)、(+5)(+1)，則在每一個數據段周期產生一個恆定值。隨機數據部分在每一個數據段周期具有一個隨機值。乘法器125到128的輸出在加法器129中相加。在同步信號部分，加法器129的輸出具有一個很大的值。在隨機信號部分，相對於同步信號部分，加法器129的輸出具有一個很小的值。在由加法器129產生的累加相關值的輸出特性中，在同步信號部分產生出一個具有大於在隨機部分產生的信號值的累加相關值的信號。該信號即為同步相關信號。
加法器129的輸出和從基準值產生器131產生的基準值被送到比較器132。基準值的設置是小於在同步信號部分檢測的4符號的累加值而大於在隨機數據部分檢測的值。如果該基準值產生器131產生了這樣的一個基準值，比較器132則將該基準值與加法器129的輸出相比較。比較器132在同步信號部分產生一個邏輯「HIGH」脈衝信號，並在隨機數據部分產生一個邏輯「LOW」脈衝信號。如果從比較器132產生的邏輯「HIGH」脈衝信號被用作同步信號，則已接收的數據段信號就能被精確地同步。因此，比較器132的輸出信號被產生作為數據段同步信號。
同時，從匹配電路30產生的數據段信號被送到相位誤差檢測器50。在相位誤差檢測器50的操作中，延遲單元151將數據段信號延遲一個符號周期。延遲的數據段信號被送到減法器153的一個輸入端。延遲的數據段信號還被送到延遲單元152。經過延遲單元152進一步延遲的數據段信號被送到減法器153的另一個輸入端。減法器153計算延遲單元151和152的輸出之間的差。因此，相對於所有的數據段信號，減法器153產生出一個符號之前和一個符號之後的信號的相減輸出。
減法器153的輸出被接到開關154的第一輸入端。開關154具有接到地端的一個第二輸入端和接到數據段同步信號檢測器40的輸出端的一個控制端。所以，如果數據段同步信號是從數據段同步信號檢測器40產生，則開關154將選擇第一輸入端的輸出信號，如果不是，開關154則選擇地電壓。就是說，只有當數據段同步信號被產生時，開關154才切換減法器153的輸出。開關154可以使用一個兩輸入的多路轉換器。
應該檢測第二和第三同步符號的相位誤差值。當第四同步信號符號被接收時，數據段同步信號檢測器40檢測數據段同步信號。相位誤差檢測器50利用延遲單元151和152調節第二和第三同步符號的相減時間，以便與產生數據段同步信號的時間相吻合。因此，當數據段同步信號被產生時，開關154產生第二和第三同步符號之間的誤差值，並且該誤差值就是符號定時的相位誤差值。
根據發射條件，第二和第三同步符號之間的關係具有如圖2A-2C所說的特性。如果符號定時準確，第二和第三同步符號幾乎具有如圖2A所說的為-5的相同信號電平。如果符號定時誤差具有正值，則第二同步符號的信號電平大於第三同步符號的信號電平，如圖2B中所示。如果符號定時誤差具有負值，則第三同步符號的信號電平大於第二同步符號的信號電平，如圖2C中所示。當數據段同步信號被產生且被送到符號時鐘相位調節器60，則由相位誤差檢測器50檢測同步符號之間的相位誤差。
在符號時鐘相位調節器60的操作中，環路濾波器161累加符號定時誤差值，該誤差值是同步符號的定時相位誤差，並標度了一個能夠控制壓控振蕩器163的一個合適的值。環路濾波器161的輸出被D/A轉換器162轉換成模似電壓值並被送到壓控振蕩器163作為控制電壓。由於控制電壓隨著同步符號的相位誤差改變，所以該壓控振蕩器163是根據控制電壓而受控振蕩，調節符號時鐘的頻率和相位，以便逐漸地減小相位誤差。結果是，使符號時鐘相位誤差被精確地恢復。
上述的操作被重複，直到從相位誤差檢測器50檢測的同步符號的相位誤差值接近0，如果該相位誤差是0就保持了從壓控振蕩器163產生的符號時鐘的頻率和相位。
圖5示出了符號定時恢復電路的另一個實施例。除去相位誤差檢測器50之外，圖5的電路和圖3的電路相同。相位誤差檢測器50的延遲單元171到175延遲數據段信號的符號。從延遲單元173和174產生的第三和第四延遲符號被送到減法器153。延遲單元171到175是受控的，以便使產生減法器153的輸出信號的時間與從數據段同步信號檢測器40產生數據段同步信號的輸出時間相吻合。利用該數據段同步信號。開關154有選擇地從由減法器153產生的第二和第三同步符號之間的相位誤差值。
如上所述，相位誤差是直接地利用在數字高圖象質量電視中的發射的數據段同步信號的失真程度而被檢測的，而且，符號時鐘的頻率和相位是利用被測相位誤差值控制的，從而恢復了符號定時誤差，由於符號時鐘恢復該定時誤差於是能夠在發射的數據段信號的發射之時精確地確定數據的取樣時間，所以，接收機能夠無誤差地恢復數據。
因此，應該懂得，本發明並不局限在此示出的用於執行本發明的最佳模式的特定實施例，更不局限於說明書中的具體實施例，而是由本發明的權利要求的內容所確定。
權利要求
1.一種數位電視的符號定時恢復電路包括一個模擬/數字轉換裝置，利用一個符號時鐘對將被轉換成數字數據的已接收的模擬信號進行取樣；用於恢復載波的解調裝置，將所說數字數據解調成基帶信號，並產生一個數據段信號；數據段同步信號檢測裝置，用於從所說的數據段信號檢測數據段同步信號；由所說數據段同步信號啟動的相位誤差檢測裝置，用於接收所說的數據段信號並檢測數據段同步信號的同步符號的相位誤差；以及一個符號時鐘相位調節裝置，用於根據將被加到該模擬-數字轉換裝置作為所說符號時鐘的同步符號的相位誤差，調節符號時鐘的相位。
2.根據權利要求1的數位電視的符號定時恢復電路，其中，所說的相位誤差檢測裝置包括用於延遲所說的數據段信號並且再次延遲已經延遲的數據段信號的裝置，以便產生第一和第二已延遲的數據段信號；利用所說的第一和第二延遲的數據段信號之間的差進行計算，用於檢測兩個數據段信號的相位差的裝置；用於切換所說的相位誤差的裝置，所說的切換裝置是由所說數據段同步信號所啟動。
3.根據權利要求2的數位電視的符號定時恢復電路，其中，所說的符號時鐘相位調節裝置包括用於累加所說相位誤差的一個環路濾波器，並將累加的相位誤差標度成一個控制電平；數字/模擬轉換裝置，用於將所說環路濾波器的輸出轉換成一個模擬控制電壓；振蕩裝置，用於調節所說符號時鐘的相位，所說振蕩裝置是由所說模擬控制電壓所振蕩。
4.根據權利要求1至3中的任何之一的數位電視的符號定時恢復電路，其中，所說的數據段同步信號檢測裝置包括累加裝置，用於將已接收的數據段信號延遲一數據段周期，並累加延遲的數據段信號；同步信號相關裝置，用於將所說累加裝置的輸出延遲一個同步信號周期，將每一個延遲的同步信號由一個對應的同步信號的相關值相乘，對每一個相乘的同步信號進行相加並檢測在所說同步信號周期的具有峰值的數據段同步信號；用於將所說同步信號相關裝置的輸出信號與一個內部的基準值相比較的裝置，以便產生一個數據段同步信號。
5.一種數位電視的符號定時恢復電路，其中，一個數欄位信號具有第一至第四符號的一個同步信號和828個符號的數據，所說的第一和第四同步符號是以一個第一信號電平發射的，而所說的第二和第三同步符號是以一個第二信號電平發射的，所說的符號定時恢復電路包括一個模擬/數字轉換裝置，利用一個符號時鐘對將被轉換成數字數據的已接收的模擬信號進行取樣；用於恢復載波的解調裝置，將數字數據解調成基帶信號，並產生一個數據段信號；數據段同步信號檢測裝置，用於從所說的數據段信號檢測數據段同步信號；由所說數據段同步信號啟動的相位誤差檢測裝置，用於接收所說的數據段信號並通過所說第二和第三同步符號之間的差別檢測相位誤差；以及一個符號時鐘相位調節裝置，用於根據將被加到該模擬-數字轉換裝置作為符號時鐘的所說同步符號的所說相位誤差，調節所說符號時鐘的相位。
6.根據權利要求5的數位電視的符號定時恢復電路，其中，所說的相位誤差檢測裝置包括用於延遲所說的數據段信號並且再次延遲已經延遲的數據段信號的裝置，以便產生第一和第二已延遲的數據段信號；利用所說的第一和第二延遲的數據段信號之間的差進行計算，用於檢測兩個數據段信號的相位差的裝置；用於切換所說的相位誤差的裝置，所說的切換裝置是由數據段同步信號所啟動。
7.根據權利要求6的數位電視的符號定時恢復電路，其中，所說的符號時鐘相位調節裝置包括用於累加所說相位誤差的一個環路濾波器，並將累加的相位誤差標度成一個控制電平；數字/模擬轉換裝置，用於將所說環路濾波器的輸出轉換成一個模擬控制電壓；振蕩裝置，用於調節所說所說符號時鐘的相位，所說振蕩裝置是由所說模擬控制電壓所振蕩。
8.根據權利要求5-7中的任何之一的數位電視的符號定時恢復電路，其中，所說的數據段同步信號檢測裝置包括具有一個數據段延遲的累加裝置，用於將所說的數據段信號與從所說的數據段延遲單元產生的延遲的數據段信號相加；具有第一至第四延遲單元的裝置，用於延遲所說累加裝置的輸出，以產生第一至第四延遲符號信號。具有第一至第四乘法器的裝置，用於將所說的第一至第四延遲符號信號由一個對應同步信號的相關值分別相乘；相加裝置，用於將所說第一至第四乘法器的輸出相加，並產生在一個同步信號周期的一個峰值；以及用於將所說的相加裝置的輸出信號與一個內部基準值相比較的裝置，以便產生一個數據段同步信號。
9.一種數位電視的符號定時恢復方法，其中的一個數據段信號具有第一至第四符號的一個同步信號和828個符號的數據，所說的第一和第四同步信號是以一個第一信號電平發射的，而所說的第二和第三同步符號是以一個第二信號電平發射的，所說的符號定時恢復方法包括步驟利用一個符號時鐘對將被轉換為數字數據的已收模擬信號進行取樣；恢復一個載波，將所說的數字數據解調成基帶信號，並產生一個數據段信號；從所說數據段信號檢測一個數據段同步信號；利用所說的數據段同步信號檢測所說第二和第三同步符號之間的相位誤差；以及根據所說的同步符號的相位誤差調節所說符號時鐘的相位，並將該相位已經被調節的符號時鐘提供到所說的取樣步驟。
全文摘要
一種符號定時恢復電路和方法包括一個模擬/數字轉換器(10)，利用一個符號時鐘對將被轉換成數字數據的已收模擬信號進行取樣；用於恢復載波的解調器(20)，將數字數據解調成基帶信號，並產生一個數據段信號；數據段同步信號檢測器(40)，用於從數據段信號檢測數據段同步信號；由數據段同步信號啟動的相位誤差檢測器(50)，用於接收數據段信號並檢測數據段同步信號的同步符號的相位誤差；以及一個符號時鐘相位調節器(60)，用於根據將被加到該模擬-數字轉換器作為符號時鐘的同步符號的相位誤差，調節符號時鐘的相位。
文檔編號H04N11/04GK1152386SQ96190433
公開日1997年6月18日 申請日期1996年6月5日 優先權日1995年6月9日
發明者金基範 申請人:三星電子株式會社