专利名称：用两个导频信号的数字广播接收器的载波恢复设备及方法
技术领域：
本发明通常涉及用于在数字广播系统的接收器上恢复载波的设备和方法，尤其涉及能够在恢复通过残留边带(VSB)调制的数字广播信号的过程中，根据包括在广播信号中的导频的导频音，补偿发生在调谐期间的载波的频率偏移和相位偏移的设备和方法。
背景技术：
通常，广播信号发送系统包括残留边带(VSB)调制和编码正交频分多路复用(COFDM)调制。VSB调制发送单载波上的广播信号。COFDM调制经广播信号的频分多路复用通过多信道发送广播信号。VSB调制是美国倡导的数字广播系统，在诸如韩国和美国的国家采用。COFDM调制是欧洲倡导的数字广播系统。
图1是示出作为常规数字广播接收器的范例的VSB接收器方框图。VSB接收器包括调谐器12、表面声波(SAW)滤波器14、中频(IF)放大单元16、模-数转换器(ADC)18、I/Q分离器20、匹配滤波器22、导频去除单元24、下采样单元26和均衡单元28。
调谐器12根据输入的调谐命令将在天线10上接收的数字广播信号调谐到相应的频带。SAW滤波器14将调谐频带的数字广播信号滤波到预置的中频(IF)带。中频(IF)放大单元16将从SAW滤波器14输出的中频(IF)带的数字广播信号放大到中频(IF)。ADC 18将中频(IF)放大的数字广播信号转换为数字信号。I/Q分离器20将数字广播信号分离为同相信道信号(在下文中称作I-信号)和正交信号(在下文中称作Q-信号)。匹配滤波器22将I和Q信号滤波以使其具有在发送时被接受的正弦特征。导频去除单元24从滤波的I和Q信号中去除导频。下采样单元26根据预置值减小导频去除的(pilot-removed)I和Q信号的大小。均衡单元28补偿已经在发送中出现的下采样的I和Q信号的失真。
同时，常规VSB接收器包括用于补偿偏移的采样补偿单元30和频率/相位同步单元40，所述偏移在接收的数字广播信号的恢复期间出现。采样补偿单元30补偿已经在ADC 18的采样期间出现的定时失真。频率/相位同步单元40补偿频率偏移和相位偏移，所述频率偏移和相位偏移已经在调谐器12的调谐期间出现。
图2是更详细地示出图1的频率/相位同步单元40的方框图。频率/相位同步单元40包括第一低通滤波器(LPF)42、自动频率控制低通滤波器(AFC-LPF)44、限幅器46、第二LPF 48、乘法器50、自动相控低通滤波器(APC-LPF)52、和压控振荡器(VCO)54。
第一LPF 42滤波基带中的I-信号的导频音。AFC-LPF 44计算用于I-信号的导频音的频率差。限幅器46产生对应于从AFC-LPF 44输出的导频音的差的脉冲波。第二LPF 48滤波用于基带中的Q-信号的导频音。乘法器50用从第二LPF 48输出的Q-信号乘从限幅器46输出的脉冲波。APC-LPF 52计算用于Q-信号的导频音的相位差。VCO 54将预置电平提供给调谐器12，由此调谐补偿导频音的频率差和相位差。
常规数字广播接收器经I和Q信号估计用于副载波的频率偏移和相位偏移，并且补偿估计的偏移，并且将预置的电平电压提供给调谐器12以用于调谐。因此，可以补偿在调谐器12的调谐期间出现的载波的频率偏移和相位偏移。
这种使用常规频率/相位同步单元40的载波恢复方法为每一信号使用一个导频音。因此，如果导频音被破坏，那么在常规数字广播接收器上的载波恢复质量会严重恶化。通常，可以将地面波发送信道调制到多径信道，并且在此情况下，信道的频率响应包含很多零值。即使仅零值之一存在于与导频音相同的频带，数字广播信号的导频音也会被严重破坏。当这发生时，不能期望载波的精确恢复。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供用于数字广播接收器的载波恢复设备及其方法，能够在考虑到导频音被破坏的情况下，更容易地恢复接收的数字广播信号的载波。
本发明的另一目的是提供数字广播接收器的载波恢复设备及其方法，能够即使当导频音被破坏时，仍可容易地恢复载波。
根据本发明，提供一种数字广播接收器的载波恢复设备。该载波恢复设备利用包含在数字广播信号中的I信号和Q信号，恢复在调谐期间出现的载波的偏移，该设备包括多个频率偏移估计单元，用于通过将包含在I信号和Q信号中的多个导频音分别移到基带，估计在调谐数字广播信号期间出现的载波的频率偏移；组合单元，用于组合由多个频率偏移估计单元估计的频率偏移；相位偏移估计单元，用于估计由组合单元为其组合了频率偏移的载波的相位偏移；以及压控振荡器(VCO)单元，用于振荡预置电平电压，用于补偿频率偏移和相位偏移，并在随后调谐。
根据本发明，提供一种用于数字广播接收器的载波恢复设备的载波恢复方法。载波恢复方法利用包含在数字广播信号中的I信号和Q信号，恢复在调谐期间出现的载波的偏移，该方法包括以下步骤通过利用包含在I-信号和Q-信号中的多个导频音，估计在调谐期间出现的载波的频率偏移；组合根据多个导频音估计的频率偏移；利用频率偏移的组合值估计载波的相位偏移；以及振荡预置电平电压，用于补偿用于调谐的载波的频率偏移和相位偏移。
通过参照附图描述本发明的优选实施例，本发明的上述目的和特点将变得更清楚，其中图1是常规数字广播接收器的方框图；图2是更详细的图1的频率/相位同步单元的方框图；图3是根据本发明优选实施例的数字广播接收器和载波恢复设备的方框图；图4是更详细地示出图3中的第一和第二频率偏移估计单元的方框图；图5A是更详细地示出图4的第一频移单元的图；图5B是更详细地示出图4的第二频移单元的图；图6是更详细地示出图3的相位偏移估计单元的方框图；图7是示出用于利用根据本发明优选实施例的数字广播接收器的载波恢复设备恢复载波的方法的流程图；图8是示出详细的图7的频率偏移估计步骤的流程图；图9是示出详细的图8的频移步骤的流程图；
图10是示出详细的图7的相位偏移估计步骤的流程图。
具体实施例方式
在下文中，将参照附图更详细的描述本发明的优选实施例。
图3是根据本发明的数字广播信号的载波恢复设备和数字广播接收器的方框图。数字广播接收器包括调谐器62、表面声波(SAW)滤波器64、中频(IF)放大单元66、模-数转换器(ADC)68、I/Q分离器70、匹配滤波器72、导频去除单元74、下采样单元76、均衡单元78、采样补偿单元80和载波恢复设备100。
调谐器62根据调谐命令将天线60上接收的数字广播信号调谐到相应的频带。SAW滤波器64将调谐的频带的数字广播信号滤波到预置的中频(IF)带。中频(IF)放大单元66将从SAW滤波器64输出的中频(IF)带中的数字广播信号放大到中频。ADC 68将中频放大的数字广播信号转换为数字信号。I/Q分离器70将数字广播信号分别分离为I和Q信号。匹配滤波器72对I和Q信号滤波以使其具有在发送时接受的正弦特征。导频去除单元74从滤波的I和Q信号中去除导频。下采样单元76减小导频去除的I和Q信号的大小。均衡单元78补偿在发送期间已经出现的下采样I和Q信号的失真。
采样补偿单元80补偿已经在ADC 68的采样期间出现的定时失真。载波恢复设备100通过使用包含在数字广播信号的符号中的导频，补偿在调谐器62的调谐期间出现的频率偏移和相位偏移。在此实施例中，通过使用关于一个符号的两个(2)导频音恢复载波的频率偏移和相位偏移。
如图所示，载波恢复设备100包括第一频率偏移估计单元120、第二频率偏移估计单元140、组合单元160、相位偏移估计单元170、以及压控振荡器(VCO)180。
第一频率偏移估计单元120通过使用第一导频音的I和Q信号估计载波的频率偏移。第二频率偏移估计单元140通过使用第二导频音的I和Q信号估计载波的频率偏移。组合单元160组合由第一和第二频率偏移估计单元120、140分别估计的关于载波的频率偏移。相位偏移估计单元170根据组合单元160上的各频率偏移的组合值估计载波的相位偏移。VCO 180为调谐器62提供预置电平，由此补偿和调谐载波的频率偏移和相位偏移。
基于关于一个符号的两个导频的载波估计频率偏移，并且通过组合估计值估计载波的相位偏移，可以减少由于损坏的导频而产生的载波恢复的出错概率。因此，可以更容易地恢复载波。
图4是更详细地示出图3中的第一和第二频率偏移估计单元120、140的方框图。
第一频率偏移估计单元120包括第一频移单元121、第一低通滤波器(LPF)123、第一自动频率控制低通滤波器(AFC-LPF)125、第一限幅器127和第一乘法器129。
第一频移单元121移动从I/Q分离器121输出的I和Q信号中的两个导频音中的第一导频音到基带。第一LPF 123滤波从第一频移单元121输出的第一导频音的频带。第一AFC-LPF 125将第一导频音的频带滤波，以计算预定参考信号和第一导频音的频率差。第一限幅器127根据从第一AFC-LPF125计算的频率差，产生对应于载波的频率偏移值的脉冲波。第一乘法器129用具有在第一LPF 123滤波的第一导频音的Q-信号，乘从第一限幅器127产生的脉冲波。
更具体地说，从第一AFC-LPF 125输出的频率差是正值、负值和0之一。例如，当从AFC-LPF 125输出的频率差为正时，第一限幅器127产生+1脉冲波；当从AFC-LPF输出的频率差为负时，产生-1脉冲波；并且当从AFC-LPF输出的频率差为0时，产生0脉冲波。
第二频率偏移估计单元140包括第二LPF 143、第二AFC-LPF 145、第二限幅器147和第二乘法单元149。第二频率偏移估计单元140利用包含在从I/Q分离器70输出的I和Q信号中的两个导频音中的第二导频音，执行与第一频率偏移估计单元120所作的相同的处理。
更具体地说，从第二AFC-LPF 145输出的频率差是正值、负值和0之一。例如，当从AFC-LPF 145输出的频率差为正时，第二限幅器147产生+1脉冲波；当从AFC-LPF输出的频率差为负时，产生-1脉冲波；并且当从AFC-LPF输出的频率差为0时，产生0脉冲波。
组合单元160组合从第一和第二乘法单元129、149输出的结果以计算载波的频率偏移的组合值。
图5A是更详细地示出图4的第一频移单元121的图，并且图5B是更详细地示出图4的第二频移单元141的图。第一频移单元121包括第一数控振荡器(NCO)121a和第一复数乘法单元121b。第一NCO 121a计算用于将I和Q信号的第一导频音移到基带的频率值。第一复数乘法单元121b用由第一NCO 121a计算的频率值复数乘从I/Q分离器70输出的I和Q信号，以将第一导频音移到基带。第二频移单元141包括第二数控振荡器(NCO)141a和第二复数乘法单元141b。第二NCO 141a计算用于将I和Q信号的第二导频音移到基带的频率值。第二复数乘法单元141b用由第二NCO 141a计算的频率值复数乘I和Q信号，以将第二导频音移到基带。
例如，从第一NCO 121a和第二NCO 141a输出的频率值分别是-3.57MHz和+3.57MHz。
图6是更详细地示出图3的相位偏移估计单元170的方框图。相位偏移估计单元170包括环路滤波器172和APC-LPF 174。环路滤波器172滤波来自于组合单元160的组合值，以便组合值可以保持正弦模式。APC-LPF 174通过计算从环路滤波器172输出的组合值和预定参考信号的相位差，估计载波的相位偏移值。
VCO 180振荡预置电平电压，用于补偿由组合单元160组合的频率偏移，和由相位偏移估计单元170估计的相位偏移，并且为调谐器62提供预置电平电压。
根据本发明的优选实施例，基于已经利用两个导频音估计的载波的频率偏移和相位偏移，数字广播接收器恢复载波。因此，即使当导频被破坏时，仍可容易地恢复载波。
图7是示出利用根据本发明优选实施例的数字广播接收器的载波恢复设备的载波恢复方法的流程图。首先，第一频率偏移估计单元120和第二频率偏移估计单元140利用包含在I和Q信号中的两个导频音，估计数字广播信号的载波的频率偏移(步骤S100)。组合单元160组合由第一和第二频率偏移估计单元120、140估计的频率偏移(步骤S200)。相位偏移估计单元170根据组合单元160的组合值计算I和Q信号与预置参考信号之间的相位差，并且根据该计算结果估计载波的相位偏移(步骤S300)。VCO 180振荡预置电平，用于补偿在组合单元160上组合的载波的频率偏移和在相位偏移估计单元170上估计的相位偏移，并且为调谐器62提供预置电平(步骤S400)。
由于通过使用两个导频音恢复载波以估计频率偏移和相位偏移，即使当将数字广播信号发送到根据时间改变的动态信道时，载波也可以容易地恢复。
图8是更详细地示出图7的频率偏移估计步骤S100的流程图。首先，第一和第二频率偏移估计单元120、140将两个导频音的第一和第二导频音移到基带(步骤S110)。通过将从第一和第二频移单元121、141输出的I和Q信号中的第一和第二导频音移到基带，第一和第二LPF 123、143执行低通滤波(步骤S120)。第一和第二AFC-LPF 125、145滤波经第一和第二LPF 123、143传输的第一和第二导频音的频带，以计算第一和第二导频音与预置参考信号之间的频率差(步骤S130)。第一和第二限幅器127、147根据从第一和第二AFC-LPF 125、145输出的频率差，分别产生对应于载波的频率偏移值的脉冲波(步骤S140)。
例如，在步骤S130中产生的频率差是正值、负值和0之一。因此，在步骤S140中，当从AFC-LPF输出的频率差为正时，产生+1脉冲波；当从AFC-LPF输出的频率差为负时，产生-1脉冲波；并且当从AFC-LPF输出的频率差为0时，产生0脉冲波。
第一和第二乘法单元129、149用从第一和第二限幅器127、147产生的相应的脉冲波，乘包含来自第一和第二LPF 123、143的第一和第二滤波的导频音的Q信号(步骤S150)。因此，第一和第二乘法单元129、149将相乘结果提供给组合单元160(步骤S160)。
图9是更详细地示出图8的频移步骤S110的流程图。首先，第一和第二NCO 121a和141a计算用于将I和Q信号中的导频音移到基带的频率值(步骤S112)。因此，第一和第二复数乘法单元121b、141b根据由第一和第二NCO 121a和141a计算的结果执行I和Q信号的乘法(步骤S114)。因此，移动数字广播信号的载波。
例如，在步骤S112产生的频率值分别是-3.57MHz和+3.57MHz。
图10是更详细地示出图7的相位偏移估计步骤S300的流程图。首先，环路滤波器172滤波来自于组合单元160的组合值，以便组合值可以保持正弦特征(步骤S320)。APC-LPF 174计算低通滤波的组合值和预置的参考信号之间的相位差，以估计载波的相位偏移(步骤S340)。
因此，VCO 180振荡预置电平，用于补偿来自组合单元160的频率偏移和由相位偏移估计单元170估计的相位偏移，并且为调谐器62提供预置电平电压。由利用两个导频音估计载波的频率偏移和相位偏移，并且当恢复载波时考虑这种估计的偏移，因此，即使当导频被破坏时，仍可容易地恢复载波。
根据本发明，由于利用两个导频音估计并恢复载波的频率偏移和相位偏移，即使当由于信道环境不同导频被破坏时，仍可容易地恢复载波。
进一步地，由于利用两个导频音恢复载波，可准确地恢复载波。
尽管已经描述了本发明的优选实施例，本领域技术人员将会理解本发明将不限于优选实施例，并且在由所附权利要求所定义的本发明的实质和范围之内，可以作出不同的改变和调整。
权利要求
1.一种数字广播接收器的载波恢复设备，用于利用包含在数字广播信号中的I信号和Q信号，恢复在调谐期间产生的载波的偏移，该设备包括多个频率偏移估计单元，用于通过将包含在I信号和Q信号中的多个导频音分别移到基带，估计在调谐数字广播信号期间出现的载波的频率偏移；组合单元，用于组合由多个频率偏移估计单元估计的频率偏移；相位偏移估计单元，用于估计由组合单元为其组合了频率偏移的载波的相位偏移；以及压控振荡器(VCO)单元，用于振荡预置电平电压，用于补偿频率偏移和相位偏移，并在随后调谐。
2.如权利要求1的载波恢复设备，其中，频率偏移估计单元的每一个都包括频移单元，用于分别将多个导频音移到基带；自动频率控制低通滤波器(AFC-LPF)，用于通过滤波导频音的频带，分别计算多个导频音的频率差；限幅器，用于根据频率差产生对应于载波的频率差的脉冲波；以及乘法单元，用于用包含多个移动的导频音的Q-信号乘脉冲波，其中组合单元通过组合相乘结果计算多个导频音的组合值。
3.如权利要求2的载波恢复设备，其中，频率偏移估计单元的每一个还包括在频移单元和AFC-LPF之间提供的低通滤波(LPF)单元，用于滤波从频移单元输出多个导频音的频带，在此通过乘法单元用从限幅器输出的脉冲波乘由LPF滤波的Q-信号。
4.如权利要求3的载波恢复设备，其中，频移单元的每一个包括数控振荡器(NCO)，用于计算用于将多个导频音移到基带的频率值；以及复数乘法单元，用于通过用I-信号和Q-信号复数乘频率值，将多个导频音移到基带。
5.如权利要求4的载波恢复设备，其中，相位偏移估计单元包括环路滤波单元，用于滤波来自于组合单元的组合值，以便组合值可以保持平滑曲线；以及自动相控低通滤波器(APC-LPF)，用于经来自于环路滤波单元的组合值估计载波的相位偏移。
6.如权利要求5的载波恢复设备，其中，包含在I-信号和Q-信号中的多个导频音是两个，并且分别相应地提供两个频移单元、LPF、AFC-LPF、限幅器和乘法单元。
7.如权利要求6的载波恢复设备，其中，从NCO的每一个输出的频率值分别是-3.57MHz和+3.57MHz。
8.如权利要求7的载波恢复设备，其中，从AFC-LPF的每一个输出的频率差是正值、负值和0之一。
9.如权利要求8的载波恢复设备，其中，当从AFC-LPF输出的频率差为正时，限幅器的每一个产生+1脉冲波；当从AFC-LPF输出的频率差为负时，产生-1脉冲波；并且当从AFC-LPF输出的频率差为0时，产生0脉冲波。
10.一种使用数字广播接收器的载波恢复设备的载波恢复方法，用于利用包含在数字广播信号中的I-信号和Q-信号，恢复在调谐期间出现的载波的偏移，该方法包括以下步骤通过利用包含在I-信号和Q-信号中的多个导频音，估计在调谐期间出现的载波的频率偏移；组合根据多个导频音估计的频率偏移；利用频率偏移的组合值估计载波的相位偏移；以及振荡预置电平电压，用于补偿用于调谐的载波的频率偏移和相位偏移。
11.如权利要求10的载波恢复方法，其中，频率偏移估计步骤的包括以下步骤分别将多个导频音移到基带；通过滤波被移到基带的多个导频音的频带，计算多个导频音的频率差；根据频率差产生对应于载波的频率偏移的脉冲波；以及用包含移到基带的多个导频音的Q-信号乘脉冲波，其中，组合步骤通过组合各相乘结果计算多个导频音的组合值。
12.如权利要求11的载波恢复方法，其中，频率偏移估计步骤还包括低通滤波步骤，用于滤波其中多个移动的导频音所处的窄带，其中，乘法步骤用脉冲波乘被滤波的Q-信号。
13.如权利要求12的载波恢复方法，其中，频移步骤包括以下步骤分别计算用于将多个导频音移到基带的频率值；以及通过用I-信号和Q-信号复数乘频率值，将多个导频音频移到基带。
14.如权利要求13的载波恢复方法，其中，相位偏移估计步骤包括以下步骤环路滤波组合值，以便组合值可以保持平滑曲线；以及根据环路滤波的组合值估计载波的相位偏移值。
15.如权利要求14的载波恢复方法，其中，包含在I-信号和Q-信号中的多个导频音是两个。
16.如权利要求14的载波恢复方法，其中，从频率值计算步骤输出的频率值分别是-3.57MHz和+3.57MHz。
17.如权利要求16的载波恢复方法，其中，从频率差计算步骤输出的频率差是正值、负值和0之一。
18.如权利要求17的载波恢复方法，其中，当从AFC-LPF输出的频率差为正时，脉冲波产生步骤产生+1脉冲波；当从AFC-LPF输出的频率差为负时，产生-1脉冲波；并且当从AFC-LPF输出的频率差为0时，产生0脉冲波。
全文摘要
公开一种数字广播接收器的载波恢复设备及其方法。该载波恢复设备包括多个频率偏移估计单元，用于通过将包含在I信号和Q信号中的多个导频音分别移到基带，估计在调谐数字广播信号期间出现的载波的频率偏移；组合单元；用于组合由多个频率偏移估计单元估计的频率偏移；相位偏移估计单元，用于估计由组合单元为其组合了频率偏移的载波的相位偏移；以及压控振荡器(VCO)单元，用于振荡预置电平电压，用于补偿频率偏移和相位偏移，并在随后调谐。
文档编号H04H1/00GK1463093SQ02144350
公开日2003年12月24日 申请日期2002年10月10日 优先权日2002年5月30日
发明者金俊守 申请人:三星电子株式会社