在低信噪比下感测高级电视系统委员会信号的装置和方法

专利名称：在低信噪比下感测高级电视系统委员会信号的装置和方法
技术领域：
本发明一般涉及通信系统，更具体地涉及无线系统，例如地面广播、蜂
窝、无线保真(Wi-Fi )、卫星等等。
背景技术：
在IEEE 802.22标准组中正在对无线区域网络(WRAN)系统进行研究。 WRAN系统意图在不产生干扰的基础上、利用电视(TV )频语中的未使用的 TV广播频道，以与服务于城市和郊区区域的宽带接入技术的性能水平类似的 性能水平来面向(作为主要目标)乡村和偏远地区、以及低人口密度的服务 水平较低(underserved)的市场。另外，WRAN系统还可以能够扩展以服务于 这样的较高人口密度的区域，在该区域中频谱是可用的。由于WRAN系统的 一个目标是不与TV广播相干扰，因此首要例程(criticalprocedure)是鲁棒地并 且精确地感测在由WRAN服务的区域(WRAN区域)中存在的经许可的TV 信号。
在美国，TV频谱目前包括与NTSC (国家电视系统委员会)NTSC广播 信号并存的ATSC (高级电视系统委员会)广播信号。ATSC广播信号也被称 为数字TV (DTV)信号。目前，NTSC传输将在2009年停止，那时TV频 谱将只包括ATSC广播信号。
如上所述，由于WRAN系统的一个目标是不与在特定WRAN区域中存 在的那些TV信号相干扰，因此在WRAN系统中能够检测ATSC广播是重要 的。 一个已知的检测ATSC信号的方法是寻找作为ATSC信号的部分的小导 频信号。这样的检测器是简单的，并且包括具有用于提取ATSC导频信号的 非常窄的带宽滤波器的锁相环。在WRAN系统中，此方法提供简单的方式以 通过筒单地检查ATSC检测器是否提供提取出的ATSC导频信号来检查广播 频道是否当前被使用。不幸的是，此方法可能不精确，尤其是在非常低的信 噪比(SNR)的环境下。实际上，如果在导频载波位置具有频镨分量的波段 中存在干扰信号，则可能发生ATSC信号的错误检测。

发明内容
为了提高在非常低的信噪比(SNR)的环境下检测ATSC广播信号的精 确度，利用在ATSC DTV信号内嵌入的区段(segment)同步码元和字段同步 码元来提高检测概率，同时减少错误警报概率。具体地，并且根据本发明的 原理，装置包括收发机，用于经由多个频道之一与无线网络通信；以及高 级电视系统委员会(ATSC)信号检测器，用于形成包括所述多个频道中的、 在其上未检测到ATSC信号的那些频道的所支持的频道列表，其中ATSC信 号检测器包括与ATSC信号的PN511序列相匹配的滤波器，用于对所述多个 频道之一上的所接收的信号进行滤波，以提供用于确定所接收的信号是否是 ATSC信号的经过滤波的信号。
在本发明的示例实施例中，接收机是无线区域网络(WRAN )接收机， 并且其中ATSC信号检测器是相干ATSC信号检测器。
在本发明的另一示例实施例中，接收机是无线区域网络(WRAN)接收 机，并且其中ATSC信号检测器是非相干ATSC信号检测器。
考虑到以上内容，并且如将通过阅读详细描述而显而易见的，其它实施 例和特性也是可能的，并且落入本发明的原理的范围内。


图1示出了表l,其列出了电视(TV)频道；
图2和图3示出了表2和表3,其列出了所接收的ATSC信号在不同情况 下的频率偏移；
图4示出了根据本发明的原理的示例WRAN系统；
图5示出了根据本发明的原理的、在图4的WRAN系统中使用的示例接 收机；
图6示出了用于图4的WRAN系统的示例流程图7和图8图示了图5的调谐器305和载波跟踪环路315;
图9和图IO示出了 ATSCDTV信号的格式；以及
图11到图21示出了根据本发明的原理的、ATSC信号检测器的各种实施例。
具体实施例方式
除了发明构思之外，附图中所示的元件是公知的，并且将不对其进行详 细描述。而且，假定熟悉电视广播、接收才几以及视频编码，并且这里不对其
进行详细描述。例如，除了本发明构思之外，假定熟悉诸如NTSC(国家电 视系统委员会)、PAL (逐行倒相)、SECAM (顺序与存储彩色电视系统)以 及ATSC (高级电视系统委员会)(ATSC)之类的现有的和所提出的推荐TV 标准。可以在下面的ATSC标准中找到关于ATSC广播信号的其它信息数 字电视标准(A/53)、修订C,包括修改No. 1以及勘误No. 1， Doc.A/53C; 以及Recommended Practice: Guide to the Use of the ATSC Digital Television Standard (A/54 )。同样地，除了本发明构思之外，假设诸如八级(level)残 留边带(8-VSB)、正交幅度调制(QAM)、正交频分多路复用(OFDM)或 者编码的OFDM (COFDM)之类的传输概念，以及诸如射频(RF )前端之 类的接收机组件、或者诸如低噪声块、调谐器、解调器、相关器、泄漏积分 器和平方器之类的接收机部分。类似地，除了本发明构思之外，用于产生传 输比特流的才各式化和编码方法(诸如，运动画面专家组(MPEG) -2系统标 准(ISO/正C 13818-1)是公知的并且不在这里对其进行描述。还应该注意的 是本发明构思可以使用传统编程技术来实施，同样将不在这里描述所述编 程技术。最后，附图中相似标号表示相似元件。
图1的表1中示出了本领域中已知的美国的TV频谱，该表1提供了甚 高频(VHF )和超高频(UHF )波段中的TV频道的列表。对于每个TV频道， 示出了对应的所分配的频带的低边缘(low edge)。例如，TV频道2开始于 54 MHz(兆赫兹)，TV频道37开始于608 MHz, TV频道68开始于794 MHz 等。如在本领域中已知的，每个TV频道或波段占用6MHz带宽。这样，TV 频道2覆盖54 MHz到60 MHz的频if(或范围)，TV频道37覆盖从608 MHz 到614 MHz的波段，并且TV频道68覆盖从794 MHz到800 MHz的波段， 等等。如之前所述，WRAN系统利用电视(TV)频谱中未使用的TV广播频 道。在这点上，WRAN系统执行"频道感测"，以确定在WRAN区域中这些 TV频道中的哪些频道是实际有效的(或者"在用的(incumbent)"),以确定 TV频谱的实际上可由WRAN系统使用的那部分。
除了图1中示出的TV频谱，特定频道中的特定的ATSC DTV信号也可 能受与该ATSC信号位置相同(即，位于同一频道中)或者相邻(例如，在下一较低或者下一较高的频道中)的NTSC信号或者甚至其它ATSC信号影 响。这在图2的表2中在受不同的干扰情况影响的ATSC导频信号的背景 (context)下例示。例如，表2的第 一行71提供在不存在来自另一 NTSC或ATSC 信号的相同位置的或者相邻的干扰的情况下的、ATSC导频信号的以赫兹(Hz) 为单位的低边缘偏移。这对应于在上述ATSC标准中定义的ATSC导频信号， 即，导频信号在特定频道的低边缘之上309.44059 KHz(千赫兹)处出现。(再 一次，图1的表1提供每个频道的以MHz为单位的低边缘值)。然而，参照 表2中标号72的行，提供在存在相同位置的NTSC信号时提供ATSC导频信 号的低边缘偏移。在这样的情况下，ATSC接收机将接收高于低边缘338.065 KHz的ATSC导频信号。在NTSC和ATSC广播的背景下，可以从表2观察 到可能的偏移的总数是14。然而， 一旦NTSC传输停止，可能的偏移的总数 减少到2，其容限为10Hz,这在图3的表3中示出。
由于对于任何频道感测而言精确是重要的，我们观察到增加接收机中 的定时或者载波频率基准的精确度提高信号检测或者频道感测技术的性能 (无论这些技术是相干的还是非相干的)。具体地，接收机包括调谐器，用 于调谐到多个频道之一；广播信号检测器，其耦接到调谐器，用于检测是否 在所述频道的至少一个频道上存在广播信号，其中将调谐器校准为所接收的 广播信号的函数。在使用现有的ATSC频道作为基准的背景下描述本发明的 示例实施例。
图4中示出了并入本发明的原理的示例无线区域网络(WRAN )系统200。 WRAN系统200服务地理区域(WRAN区域)(图4中未示出)。在通常情况 下，WRAN系统包括至少一个基站(BS) 205,其与一个或多个客户端层内 设备(customer premise equipment) ( CPE ) 250通信。后者可以是固定的或者 移动的。CPE 250是基于处理器的系统，并且包括一个或多个处理器以及相 关联的存储器，如由以图4中虛线框的形式示出的处理器2卯和存储器295 表示的。在此背景下，计算机程序或者软件被存储于存储器295中以供处理 器290执行。后者表示一个或多个由存储程序控制的处理器，并且它们不需 要专用于发射机功能，例如，处理器290还可以控制CPE 250的其它功能。 存储器295表示任何存储设备，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器 (ROM)等；可以在CPE250的内部和/或外接于CPE250;并且根据需要是 易失性的和/或非易失性的。经由天线210和255进行的、BS 205和CPE250之间的物理层通信示例性地是经由收发机285的、基于OFDM的，并且由箭 头211表示。为了进入WRAN网络，CPE250可以首先与BS210 "相关联"。 在此关联期间，CPE 250经由收发机285将关于CPE 250的能力的信息经由 控制频道(未示出)发送到BS 205。所报告的能力包括例如最小和最大传 输功率、以及传输和接收所支持的频道列表。在这点上，CPE 250执行根据 本发明的原理的"频道感测"，以确定在WRAN区域中哪些TV频道不是有 效的。然后，将用于WRAN通信的产生的所支持的频道列表提供给BS 205。 图5中示出了用于CPE 250的接收机300的示例部分。只示出了接收机 300与本发明构思有关的那部分。接收机300包括调谐器305、载波跟踪环路
(CTL) 315、 ATSC信号检测器310以及控制器325。控制器325表示一个 或多个由存储程序控制的处理器，例如微处理器(诸如处理器2卯)，并且这 些不必需专用于本发明构思，例如，控制器325还可以控制接收机300的其 它功能。另外，接收机300包括存储器(诸如存储器295 )，例如随机存取存 储器(RAM)、只读存储器(ROM)等；并且可以是控制器325的一部分， 或者与控制器325分离。为求简便， 一些元件在图5中未示出，诸如自动增 益控制(AGC)元件、模数转换器(ADC)(如果处理在数字域中进行)、以 及附加的滤波。除了本发明构思之外，对于本领域技术人员来说这些元件是 容易显而易见的。在这点上，这里描述的实施例可以在模拟或数字域中实施。 另夕卜，本领域技术人员将认识到根据需要一些处理可以包括复杂的信号路径。 在描述本发明构思之前，接收机300的一般操作如下。将输入信号304
(例如，经由图4的天线255所接收的)施加到调谐器305。输入信号304 表示根据前述"ATSC数字电视标准"的数字VSB调制信号，并且在图1的 表1中所示的频道之一上传输。由控制器325经由双向信号路径326将调谐 器305调谐到所述频道中不同的频道，以选择具体的TV频道并提供以特定 IF (中频)为中心的经下变频的信号306。将信号306施加到CTL315，其处 理信号306以移除任何频率偏移(诸如发射机的本地振荡器(LO)和接收机 的LO之间的)，并且将所接收的ATSC VSB信号从中频(IF)解调降频到基 带或者接近基带频率(例如，参见美国高级电视系统委员会"ATSC数字电视 标准使用指南"，文档A/54, 1995年10月4日；以及2001年5月15日授予 Wang的、才示题为 "Segment Sync Recovery Network for an HDTV receiver" 的 美国专利第6233295号)。CTL315将信号316提供给ATSC信号检测器320,其处理信号316(下面进一步描述)以确定信号316是否是ATSC信号。ATSC 信号检测器320将所产生的信息经由路径321提供给控制器325。
现在转向图6,示出了在接收机300中使用的示例流程图。具体地，可 以通过具有准确的载波和定时偏移信息来增强在VHF和UHF TV波段中检测 低于解调有用信号所需的信号电平的信号电平的ATSCDTV信号的存在。示 例地，使用DTV频道自身的稳定性和已知的频率分配来提供此信息。如在上 述ATSC A/54A ATSC Recommended Practice中指定的，载波频率被指定为在 至少1 KHz (千赫兹)之内，并且为了更好的实践建议更严格的容限。在这 点上，在步骤260中，控制器325首先在诸如图1的表1中图示的已知的TV 频道中扫描存在的、可容易识别的ATSC信号。具体地，控制器325控制调 谐器305以选4奪TV频道中的每一个频道。由ATSC信号^r测器320处理所 产生的信号(如果有的话)(下面进一步描述)，并且结果被经由路径321提 供给控制器325。优选地，控制器325寻找在WRAN区域中当前广播的最强 的ATSC信号。然而，控制器325可能在首先检测到的ATSC信号处停止。
暂时转向图7，示出了调谐器305的示例框图。调谐器305包括放大器 355、乘法器360、滤波器365、除以n的元件370、压控振荡器(VCO ) 385、 相位检测器375、环路滤波器390、除以m的元件380以及本地振荡器(LO) 395。除了本发明构思之外，调谐器305的元件是公知的，并且这里不进一步 描述。通常，在由L0 395和VC0 385提供的信号之间保持以下的关系<formula>formula see original document page 9</formula> (1)
其中Fw是由L0 395提供的基准频率，Fvco是由VC0 385提供的频率，n是 由除以n的元件370表示的除数的值，以及m是由除以m的元件380表示的 除数的值。可以将等式(1)改写为
<formula>formula see original document page 9</formula>(2)
可以从等式(2 )观察到可以利用适当的n值将Fvco设置为不同的ATSC DTV 波段，如由控制器325 (图6的步骤260)经由路径326设置的。然而，并且 如上所述，接收机300包括CTL 315，其移除任何频率偏移F。ffset。主要存在 两种频率偏移。第一种是由L0 395和发射机频率基准之间的频率差造成的误 差。第二种是由用于Fstep的值造成的误差，这是因为由L0 395提供的实际频率Fref只是近似已知在本地振荡器的给定的容限内。这样，F。ffset包括从nFstep
的值到所选频道的误差以及由本地频率基准和发射机频率基准之间的频率差 造成的误差两者。
现在参照图8,示出了 CTL315的示例框图。CTL315包括乘法器405、 相位;险测器410、环路滤波器415、数值控制振荡器(NCO) 420、以及正弦/ 余弦表425。除了本发明构思之外，CTL315的元件是公知的，并且这里不对 其进一步描述。如本领域中已知的，NCO420确定F。他et，并且经由正弦/余弦 表425和乘法器405从所接收的信号中移除这些频率偏移。
继续图6的步骤270， 一旦找到存在的ATSC信号，控制器325通过根据 检测到的ATSC信号来确定至少一个相关的频率(定时)特性以校准接收机 300。具体地，图5的接收机300的一般操作可以由下面的等式表示
^ ="尸、.哗+ ^, (3)
其中Fc表示检测到的ATSC信号的导频信号的频率。关于等式(3)中F。ffset 的值，控制器325仅通过经由双向路径327访问NCO420中的相关联的数据 来确定此值。然而，尽管对于所选择的ATSC频道已经通过控制器325确定n 值，但是Fstep的实际值是未知的。然而，可以将等式(3)改写为
尺—尺
F呻r —。 ' (4)
尽管此解答似乎是简单明了的，但是应该回想起Fc的值不是如图1的表1所 建议的那样是唯一确定的。相反，检测到的ATSCDTV信号可能受如图2的 表2以及图3的表3中所示的其它NTSC或ATSC信号的影响。如果在WRAN 区域中存在NTSC和ATSC传输，则必须考虑图2的表2中所示的14个可能 的偏移。然而，如果在WRAN区域中不存在NTSC传输，则只须考虑图3 的表3中所示的2个偏移。为求简便，假定不存在NTSC传输，并且为此示 例只使用表3。
这样，使用来自表1和表3的值(例如，存储在前面提到的存储器中)， 控制器325执行两步计算来确定Fstep的不同的值
C= c 咖 (4a) F(2)_F
~~^ (4b)其中F，表示表1中的用于所选择的ATSC频道的低波段边缘加上表3的第 一行中的低波段边缘偏移；以及F"表示表1中的用于所选择的ATSC频道 的低波段边缘加上表3的第二行中的低波段边缘偏移。结果，控制器325确 定用于接收机300的Fstep的两个可能的值。因此，在步骤270中，控制器325 确定用于校准接收机300的调谐参数。
最后，在步骤275中，控制器325扫描TV频谱，以确定所支持的频道 列表，其包括一个或多个未被使用的TV频道，并且同样可用于支持WRAN 通信。对于由控制器325 (例如，从表1的列表中)所选择的每个频道，对 于等式(3)、 (4)、 (4a)和(4b)的观察结果仍然适用。换言之，对于每个 所选择的频道，必须考虑表3中所示的偏移。由于表3中示出了两个偏移， 并且如在步骤270中所确定的Fstep有两个可能的值(等式(4a)和(4b)), 所以执行四次扫描。(如果使用表2中列出的偏移，则存在142次扫描或者96 次扫描)。例如，在第一次扫描中，对于每个ATSC频道，控制器325经由路 径326将调谐器305设置为不同的n值。控制器325通过对于n求解等式(3 ) 来确定n值
其中F鄉的值等于所确定的FstepW的值，并且Fc的值等于表1中的用于所选
择的ATSC频道的低波段边缘加上表3的第一行中的低波段边缘偏移。然而，
对于第二次扫描，尽管F聊的值仍然等于所确定的FstepW的值，但是F。的值
现在变为等于表1中的用于所选择的ATSC频道的低波段边缘加上表3的第 二行中的低波段边缘偏移。除了现在将Fstep的值设为等于所确定的F一②的值 之外，第三次和第四次扫描是类似的。在这些扫描的每次扫描期间，当调谐 调谐器305以提供所选择的频道时，ATSC信号检测器320处理所接收的信号， 以确定在当前选择的频道上是否存在ATSC信号。将关于ATSC信号的存在 的数据或者信息经由路径321提供给控制器325。根据此信息，控制器325 建立所支持的频道列表。因此，使用DTV频道自身的稳定性和已知的频率分 配来校准接收机300,从而增强低SNRATSCDTV信号的检测。这样，在步 骤275中，由于在步骤270中确定的准确的频率信息(F。版t和F鄉的各个值), 接收机300甚至在非常低的SNR环境中也能够扫描可能存在的ATSC信号。 目标灵敏度是检测具有-116 dBm (相对于1毫瓦的功率等级的分贝)的信号强度的ATSC信号。这低于可视性阈值(ToV)超过30dB (分贝)。应注意 取决于本地振荡器的漂移特性，可能需要定期重新校准。还应注意也可以 实施对于上述方法的其它变型。例如，可以从在步骤275中执行的扫描中排 除在步骤260中检测的ATSC信号。另外，可以通过调谐到来自步骤260的 识别出的ATSC信号来立即执行任何重新校准，而不需要再次执行步骤260。 而且， 一旦在步骤275中检测到ATSC信号，就可以从任何随后的扫描中排 除相关联的波_敬。
如上所述，接收机300包括ATSC信号检测器320。根据本发明的原理， ATSC信号检测器320利用ATSC DTV信号的格式。使用8-VSB (残留边带) 调制DTV数据。具体地，对于在低SNR环境下操作的接收机，接收机利用 在ATSC DTV信号内嵌入的区段同步码元和字段同步码元，来提高精确检测 ATSC DTV信号的存在的概率，因此降低了错误警报的概率。在ATSCDTV 信号中，除了八级(eight-level)数字数据流之外，在每个数据区段的开始 处插入二级(two-level) (二进制)四个码元的数据区段同步。图9中示出了 ATSC数据区段。ATSC数据区段由832个码元组成数据区段同步的四个码 元、以及828个数据码元。数据区段同步模式是二进制1001模式，如可从图 9观察到的。多个数据区段(313个区段)包括一个ATSC数据字段，其包括 总共260416个码元(832 x 313 )。数据字段中的第一数据区段被称为字段同 步区段。字段同步区段的结构在图IO中示出，其中每个码元表示一比特数据 (两级)。在字段同步区段中，511比特的伪随机序列(PN511)紧接着数据 区l史同步。在PN511序列之后，存在连在一起的三个相同的63比特的伪随 机序列(PN63)，其中每隔一个数据字段第二个PN63序列取反一次。
考虑到以上内容，图11中示出了根据本发明的原理的ATSC信号检测器 320的 一个实施例。在此实施例中，ATSC信号^r测器320包括匹配滤波器505 ， 其与上述PN511序列匹配，用于识别PN511序列的存在。图12中示出了另 一个变型。在此附图中，将来自匹配滤波器的输出累积多次以判断是否存在 显著的峰值。这改进了检测概率并且降低了错误警报概率。图12的实施例的 缺点在于需要较大的存储器。图13中示出了另一方案。在此方案中，检测 峰值(520)连同其在一个数据字段内的位置(510、 515)。应注意复位信 号也对地址计数器增计数(即，"增加(bump )地址")以将结果存储在RAM 525的不同位置中。这样，在RAM 525中存储多个数据字段的结果。如果对
12于某一百分比的数据字段而言，峰值位置是相同的，则判断在DTV频道中存 在DTV信号。
检测ATSCDTV信号的存在的另一种方法是使用数据区段同步。由于对 于每个数据区段而言数据区段同步都重复一次，通常将其用于定时恢复。在 上述Recommended Practice: Guide to the Use of the ATSC Digital Television Standard ( A/54 )中概述了此定时恢复方法。然而，数据区段同步也可被用于 使用定时恢复电路来检测DTV信号的存在。如果定时恢复电路提供定时锁定 (timing lock)的指示，则其以高置信度确保DTV信号的存在。即使初始本 地码元时钟与发射机码元时钟不接近，只要时钟偏移在定时恢复电路的捕捉 (pull-in)范围内，此方法就将起作用。然而，应注意:由于可用范围下降到 0 dB SNR,因此需要额外的15 dB提升来达到上述-116 dBm的4企测目标。
可被用于检测ATSC信号的另一方案是与所采用的定时恢复机制无关地 处理区段同步。这在图14中图示，其示出了使用包括泄漏积分器(其中码元 a是预定义的常数)的无限脉冲响应(IIR)滤波器550的相干区段同步检测 器。IIR滤波器的使用通过增加与一个区段的重复周期一起出现的信息来建立 用于检测的定时峰值。这假定载波偏移和定时偏移较小。
除了上述用于检测ATSC信号的相干方法之外，也可以使用非相干方案， 即，不需要通过使用导频载波来下变频到基带。这是有利的，因为在低SNR 环境下鲁棒地提取导频可能是有问题的。图15中示出了一个示例性非相千区 段同步检测器，其图示了延迟线结构。输入信号乘以其自身的延迟的共轭形 式(570、 575 )。该结果被施加到用于匹配数据区段同步的滤波器(数据区段 同步匹配滤波器580 )。共轭确保任何载波偏移都将不影响匹配滤波器之后的 幅度。可替换地，可以采用积分及转储(integrate-and-dump)方案。在匹配 滤波器580之后，取信号的幅值(585 )(或者更容易地，将幅值的平方取为 I2+Q2,其中I和Q分别为匹配滤波器输出的信号的同相和正交分量)。可以 直接检查此幅值(586 )以看出是否存在指示出现DTV信号的显著的峰值。 可替换地，如图15所示，可以通过利用1IR滤波器550处理来进一步改善信 号586，从而在多个区段上改进估计的鲁棒性。图16中示出了替换实施例。 在此实施例中，相干地执行积分(580 )(即，保持相位信息)，在此之后取信 号的幅值(585 )。
与上述在基带操作的实施例类似，其它非相干的实施例也可以利用在字段同步中发现的更长的PN511序列。然而，应注意必须做出一些修改来适 应频率偏移。例如，如果将PN511序列用作ATSC信号的指示符，则可以存 在同时使用以4企测该PN511序列的存在的几个相关器。考虑其中频率偏移使 得载波在PN511序列期间经过一个完整的周期(cycle)或旋转的情况。在这样 的情况下，输入信号和基准PN511序列之间的匹配相关器输出的和将为零。 然而，如果将PN511序列分为N个部分，每个部分将具有可感知的能量，这 是因为载波在每个部分期间将只旋转1/N个周期。因此，可以通过将较长的 相关器分为较小的序列来有利地利用非相干相关器方案，并且利用一个非相 千相关器来处理每个子序列，如图17中所示。在此图中，将要进行相关的序 列分为N个子序列，对其编号为0到N-l。延迟输入数据使得将相关器输出 合并(590 )以产生可用的非相干合并。
图18中示出了根据本发明的原理的ATSC信号检测器的另一示例实施 例。为了减少ATSC信号检测器的复杂度，图18的ATSC信号检测器使用与 PN63序列匹配的匹配滤波器(710)。将来自匹配滤波器710的输出信号施加 到延迟线715。在图18的实施例中，使用相干合并方案。由于每隔一个数据 字段同步中间的PN63都取反一次，对应于两个数据字段同步的情况经由加 法器720和725生成两个输出yl和y2。如可以从图18观察到的，输出yl 的处理路径包括乘法器，以在经由加法器720进行合并之前对中间的PN63 取反。应注意图18的实施例执行峰值检测。如果在yl或者y2中出现显著 的峰值，则^(艮定存在ATSCDTV信号。
图19中示出了与PN63序列匹配的ATSC信亏检测器的替换实施例。餘 了将匹配滤波器710的输出信号首先施加到计算信号幅值的平方的元件730 之外，此实施例类似于图18中所示的实施例。这是非相干合并方案的示例。 如同在图18中那样，图19的实施例执行峰值检测。加法器735合并延迟线 715的各个元素以提供输出信号y3。如果在y3中出现显著的峰值，则假定存 在ATSCDTV信号。应注意当载波偏移相对较大时，图19的非相干合并 方案可能比相干合并方案更适合。而且，应注意元件730可以简单地确定 信号的幅值。
图20和图21中示出了另外的变型。在这些示例实施例中，将PN511和 PN63序列一起用于ATSC信号检测。首先转向图20中所示的实施例，如上 面针对图18的实施例所述的生成信号yl和y2,以检测PN63序列。另夕卜，将来自匹配滤波器505 (与PN511序列匹配)的输出施加到延迟线770,其 存储三个PN63序列的时间间隔上的数据。图20的实施例执行峰值检测。如 果在zl或者z2 (分别经由加法器760和765提供)中出现显著的峰值，则假 定存在ATSC DTV信号。
现在转向图21,图21的实施例还合并PN511序列的检测与如图19所示 的PN63序列的^r测。在此实施例中，将匹配滤波器505的输出信号首先施 加到元件780,其计算信号的幅值的平方。这是另一个非相干合并方案的示 例。如图20所示，图21的实施例执行峰值检测。加法器785合并延迟线770 的各个元素与输出信号y3,以提供输出信号z3。如果在z3中出现显著的峰 值，则假定存在ATSCDTV信号。而且，应注意元件780可以简单地确定信 号的幅值。
对上述内容的其它变型是可能的。例如，可以级联PN63和PN511匹配 滤波器，从而利用它们固有的延迟线结构来减少所需的额外的延迟线的数量。 在另一实施例中，可以采用三个PN63匹配滤波器，而不是单个PN63匹配滤 波器加上延迟线。这可以使用或者不使用PN511匹配滤波器来进行。
如上所述，通过在扫描其它广播信号的频谱之前首先将调谐器校准到所 接收的广播信号，来增强广播信号检测器的性能。因此，在WRAN系统的背 景下，可以以高置信度在低信噪比环境下检测ATSCDTV信号的存在。应注 意虽然在图4的CPE 250的背景下描述图5的接收机，但是本发明不限制 于此，并且还应用于例如可以执行频道感测的BS205的接收机。另夕卜，虽然 在WRAN系统的背景下描述图5的接收机，但是本发明不限制于此，并且也 应用于执行频道感测的任何接收机。而且，应注意虽然优选地将所述ATSC 信号检测器与较早前所述的校准调谐器一起使用，但是不要求使用较早前所 述的校准调谐器。
考虑到上述内容，前面仅说明了本发明的原理，因此将认识到本领域 技术人员将能够设计很多替换配置，尽管这里没有明确地描述，但所述替换 配置实施本发明的原理并且在其精神和范围之内。例如，尽管在分立功能元 件的背景下进行了例示，但是这些功能元件可以在一个或多个集成电路UC) 上实施。类似地，尽管作为分立元件示出，但是可以在由存储程序控制的处 理器(例如，数字信号处理器)中实施任何或所有元件，所述处理器执行例 如对应于例如在图6中示出的一个或多个步骤等的相关软件。另外，本发明的原理可用于其它类型的通信系统，例如卫星、无线保真(Wi-Fi)、蜂窝等
等。当然，本发明构思也可用于固定的或移动的接收机。因此应理解可以
对示例实施例做出很多修改并且可以设计其它配置，而不偏离由所附权利要 求书限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种装置，包括收发机，用于经由多个频道之一与无线网络通信；以及高级电视系统委员会(ATSC)信号检测器，用于形成包括所述多个频道中的、在其上未检测到ATSC信号的那些频道的所支持的频道列表，其中所述ATSC信号检测器包括与ATSC信号的PN511序列相匹配的滤波器，用于对所述多个频道之一上的所接收的信号进行滤波，以提供用于确定所接收的信号是否是ATSC信号的经过滤波的信号。
2. 如权利要求1所述的装置，还包括积分器，用于在一时间段上对所述经过滤波的信号进行积分，以提供用 于确定所接收的信号是否是ATSC信号的积分后的信号。
3. 如权利要求1所述的装置，还包括峰值检测器，用于检测所述经过滤波的信号的峰值；以及 存储器，用于存储一段时间上的峰值位置；以及处理器，用于当一百分比的所存储的峰值位置相同时确定所接收的信号 是ATSC信号。
4. 如权利要求l所述的装置，还包括处理器，耦接到ATSC信号检测器，用于形成包括所述多个频道中的、 在其上未检测到ATSC信号的那些频道的所支持的频道列表；其中，所述处理器经由所述收发机通过无线网络发送所支持的频道列表。
5. 如权利要求1所述的装置，其中所述无线网络是无线区域网络 (WRAN)。
6. 如权利要求l所述的装置，其中所述ATSC信号检测器是相干的。
7. 如权利要求l所述的装置，其中所述ATSC信号检测器是非相干的。
8. 如权利要求l所述的装置，其中所述匹配滤波器包括多个相关器，每个相关器用于将所接收的信号与PN511序列的不同部分 相关。
9. 如权利要求8所述的装置，还包括合并器，用于合并来自所述多个相关器中的每个相关器的相关器输出信号的幅值，以提供用于确定所接收的信号是否是ATSC信号的输出信号。
10. 如权利要求1所述的装置，其中ATSC信号检测器还利用ATSC信号 的PN63序列，来确定所接收的信号是否是ATSC信号。
11. 一种用于无线网络接收机的方法，该方法包括 调谐到多个频道之一，以恢复所接收的信号；以及 利用高级电视系统委员会(ATSC)信号检测器来处理所接收的信号，所述高级电视系统委员会(ATSC)信号检测器用于形成包括所述多个频道中的、 在其上未检测到ATSC信号的那些频道的所支持的频道列表，其中该处理步 骤包括利用与ATSC信号的.PN511序列匹配的滤波器对所接收的信号进行 滤波，以提供用于确定所接收的信号是否是ATSC信号的经过滤波的信3一
12. 如权利要求11所述的方法，其中所述处理步骤还包括 在一时间段上对所述经过滤波的信号进行积分，以提供用于确定所接收的信号是否是AT S C信号的积分后的信号。
13. 如权利要求11所述的方法，其中所述处理步骤还包括 检测所述经过滤波的信号的峰值； 存储一时间段上的峰值位置；以及当一百分比的所储存的峰值位置相同时确定所接收的信号是ATSC信号。
14. 如权利要求11所述的方法，还包括发送所支持的频道列表。
15. 如权利要求11所述的方法，其中所述无线网络接收机是无线区域网 络(WRAN)接收机。.
16. 如权利要求11所述的方法，其中所述处理步骤还包括 将所接收的信号与PN511序列的不同部分相关，以提供各个相关器输出信号；以及合并所述相关器输出信号的幅值，以提供用于确定所接收的信号是否是 ATSC信号的输出信号。
17. 权利要求ll所述的方法，其中所述滤波步骤还包括利用与ATSC信号的PN63序列匹配的滤波器对所接收的信号进行滤波。
全文摘要
一种无线区域网络(WRAN)接收机，包括收发机，用于通过多个频道之一与无线网络通信；以及高级电视系统委员会(ATSC)信号检测器，用于形成包括所述多个频道中的、在其上未检测到ATSC信号的那些频道的所支持的频道列表，其中ATSC信号检测器包括与ATSC信号的PN511序列匹配的滤波器，用于对在所述多个频道之一上所接收的信号进行滤波，以提供用于确定所接收的信号是否是ATSC信号的经过滤波的信号。ATSC信号检测器可以是相干或者非相干ATSC信号检测器。
文档编号H04W16/14GK101310552SQ200680040859
公开日2008年11月19日 申请日期2006年6月5日 优先权日2005年11月4日
发明者乔舒亚·L·科斯洛夫, 保罗·G·克努森, 文 高 申请人:汤姆森特许公司