專利名稱：地面數(shù)字電視接收機及接收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地面數(shù)字電視領(lǐng)域，特別是涉及一種地面數(shù)字電視接收機。本發(fā)明還 涉及一種利用所述地面數(shù)字電視接收機接收單載波和多載波信號的方法。
背景技術(shù)：
按信號傳輸介質(zhì)的不同，數(shù)字電視可分為地面數(shù)字電視、有線數(shù)字電視、衛(wèi)星數(shù)字 電視。近些年，地面數(shù)字電視發(fā)展迅速。到目前為止，全球最主要的地面數(shù)字電視標準有四 個，分別是美國先進電視業(yè)務委員會ATSC、歐洲數(shù)字視頻廣播DVB-T、日本綜合業(yè)務數(shù)字廣 播ISDB-T以及中國的地面數(shù)字電視標準。在上述四個地面數(shù)字電視標準中，按照調(diào)制方式不同可以分為兩類。一類是采用 單載波調(diào)制技術(shù)的系統(tǒng)，包括美國的ATSC標準和中國地面數(shù)字電視標準中的單載波部分， 另一類是采用多載波調(diào)制技術(shù)的系統(tǒng)，包括歐洲的DVB-T標準、日本的ISDB-T標準以及中 國地面數(shù)字電視標準中的多載波部分。單載波調(diào)制系統(tǒng)和多載波調(diào)制系統(tǒng)各有優(yōu)缺點。采用單載波調(diào)制技術(shù)的系統(tǒng)頻譜 效率高、峰均功率比小，但抵抗長回波、強回波以及動態(tài)多徑能力弱；而多載波調(diào)制系統(tǒng)抗 多徑干擾能力強，但多載波調(diào)制對同步誤差比較敏感、峰均功率比大。圖1是基于單載波調(diào)制技術(shù)的ATSC地面數(shù)字電視系統(tǒng)的接收機框圖，接收的射 頻信號先通過高頻頭11傳輸給A/D轉(zhuǎn)換器12，A/D轉(zhuǎn)換器12的一路輸出通過自動增益控 制13后反饋給高頻頭11，A/D轉(zhuǎn)換器12的另一路輸出通過正交解調(diào)21、同步31、時域均衡 (噪聲消除)41、信道譯碼51后輸出TS (Transport Stream，傳輸流)碼流。圖2是基于多載波調(diào)制技術(shù)的DVB-T地面數(shù)字電視系統(tǒng)的接收機框圖，接收的射 頻信號先通過高頻頭11傳輸給A/D轉(zhuǎn)換器12，A/D轉(zhuǎn)換器12的一路輸出通過自動增益控 制13后反饋給高頻頭11 ；A/D轉(zhuǎn)換器12的另一路輸出通過正交解調(diào)21、同步31、去保護間 隔40傳輸給FFT (快速傅里葉變換)單元42 ；FFT單元42的輸出分為三路，一路反饋給同 步31，另一路通過信道估計43后輸入給頻域均衡44，第三路直接輸入到頻域均衡44 ；頻域 均衡44的輸出通過信道譯碼51后輸出TS碼流。比較圖1和圖2可以看出，在圖1所示的結(jié)構(gòu)中同步后的信號直接進行時域噪聲 消除，然后進行信道譯碼；而圖2所示的結(jié)構(gòu)中同步后的信號需先經(jīng)過FFT，再進行信道估 計和頻域均衡，然后進行信道譯碼。根據(jù)上面的分析可知，單載波接收機和多載波接收機最 主要的區(qū)別在于接收機的均衡部分。中國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)字電視地面廣播標準GB20600-2006《數(shù)字電視地面廣 播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制》支持高清晰度電視、標準清晰度電視和多媒體數(shù)據(jù)廣 播等多種業(yè)務，滿足大范圍固定覆蓋和移動接收需要。該標準突破性的取得了單、多載波調(diào) 制技術(shù)的融合，是我國自主創(chuàng)新的一項新的重要成果?；谠摌藴实南到y(tǒng)性能好，頻譜利用 率高，可擴展性強，適應我國城鄉(xiāng)不同應用需求。由于我國的地面數(shù)字電視采用的是單載波 和多載波調(diào)制技術(shù)的融合標準，再加之單載波調(diào)制和多載波調(diào)制的原理不同，很難采用傳統(tǒng)接收方法實現(xiàn)同時支持單載波和多載波的接收。如果對單載波接收機和多載波接收機進 行簡單的復合疊加，不僅帶來電路實現(xiàn)復雜度的增加，還使得芯片的設計周期增長、成本提升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一個地面數(shù)字電視接收機，能夠同時支持單載波 和多載波接收；為此，本發(fā)明還要提供一種利用所述地面數(shù)字電視接收機接收單載波和多 載波信號的方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的地面數(shù)字電視接收機，包括高頻頭，將射頻信號頻譜搬移到中頻，濾除頻帶外的干擾，并對射頻信號進行放 大；A/D轉(zhuǎn)換器，其輸入端與高頻頭連接，其輸出端分別與自動增益控制單元和正交解 調(diào)單元相連接；將高頻頭放大后的模擬射頻信號變?yōu)閿?shù)字帶通信號；自動增益控制單元，其輸出端與高頻頭連接，根據(jù)數(shù)字帶通信號的功率大小調(diào)整 高頻頭的放大增益；正交解調(diào)單元，其輸出端與同步單元相連接，對數(shù)字帶通信號的頻譜進一步搬移， 使其成為中心頻率為零附近的準基帶信號；同步單元，其輸出端分別與去保護間隔單元，信道估計單元相連接，對準基帶信號 進行定時恢復和載波跟蹤，提取準基帶信號中的載波，根據(jù)恢復的載波將準基帶信號變?yōu)?基帶信號；其特征在于，還包括信道估計單元，其輸出端分別與第二 FFT單元，去保護間隔單元相連接，估計出基 帶信號的信道響應；去保護間隔單元，其輸出端與FFT單元相連接，根據(jù)估計出的信道響應，去除基帶 信號中的保護間隔；FFT單元，其輸出端與頻域均衡單元相連接，將去除保護間隔后的基帶信號變換到 頻域；第二 FFT單元，其輸出端與頻域均衡單元相連接，將估計出的信道響應變換到頻 域；頻域均衡單元，其輸出端分別與選擇器，IFFT單元，解系統(tǒng)信息單元相連接，根據(jù) 第二 FFT單元輸出的頻域信道響應對去除保護間隔后的頻域基帶信號進行頻域均衡；IFFT (快速傅里葉反變換)單元，其輸出端與解系統(tǒng)信息單元相連接，對頻域均衡 后的單載波數(shù)據(jù)進行IFFT運算變換到時域；解系統(tǒng)信息單元，其輸出端分別與選擇器，時域噪聲消除單元相連接，根據(jù)頻域均 衡后的數(shù)據(jù)和IFFT單元輸出的時域數(shù)據(jù)解出系統(tǒng)信息，判斷出載波模式；根據(jù)載波模式控 制選擇器選擇相應的均衡結(jié)果輸出；時域噪聲消除單元，其輸出端與選擇器相連接，對IFFT單元變換后的單載波時域 數(shù)據(jù)信號消除有色噪聲；選擇器，其輸出端與信道譯碼單元相連接，選擇相應的均衡結(jié)果，如果為多載波模 式，直接將頻域均衡單元均衡后的數(shù)據(jù)輸出到信道譯碼單元；否則，根據(jù)解系統(tǒng)信息單元解出的系統(tǒng)信息，將時域噪聲消除單元消除有色噪聲后的單載波時域數(shù)據(jù)信號輸出至道信道 譯碼單元；信道譯碼單元，完成信道譯碼后輸出TS碼流。本發(fā)明利用所述地面數(shù)字電視接收機接收單載波和多載波信號的方法是將射頻信號頻譜搬移到中頻，濾除頻帶外的干擾，并對射頻信號進行放大；將高頻 頭放大后的模擬射頻信號變?yōu)閿?shù)字帶通信號；并根據(jù)數(shù)字帶通信號的功率大小調(diào)整高頻頭 的放大增益；對數(shù)字帶通信號的頻譜進一步搬移，使其成為中心頻率為零附近的準基帶信號； 對準基帶信號進行定時恢復和載波跟蹤，提取準基帶信號中的載波，根據(jù)恢復的載波將準 基帶信號變?yōu)榛鶐盘枺还烙嫵龌鶐盘柕男诺理憫?；根?jù)估計出的信道響應，去除基帶信號中的保護間 隔；將去除保護間隔后的基帶信號變換到頻域；將估計出的信道響應變換到頻域；根據(jù)頻域信道響應對去除保護間隔后的頻域基 帶信號進行頻域均衡；對頻域均衡后的單載波數(shù)據(jù)進行IFFT運算變換到時域；對IFFT單 元變換后的單載波時域數(shù)據(jù)信號消除有色噪聲；根據(jù)頻域均衡后的數(shù)據(jù)和IFFT單元輸出的時域數(shù)據(jù)解出系統(tǒng)信息，判斷出載波 模式；根據(jù)載波模式控制選擇相應的均衡結(jié)果輸出；選擇相應的均衡結(jié)果，如果為多載波模式，直接將頻域均衡后的數(shù)據(jù)輸出到信道 譯碼單元，完成信道譯碼后輸出TS碼流；否則，根據(jù)解出的系統(tǒng)信息，將消除有色噪聲后的 單載波時域數(shù)據(jù)信號輸出至信道譯碼單元完成信道譯碼后輸出TS碼流。本發(fā)明根據(jù)基于單載波和多載波調(diào)制技術(shù)接收機的主要區(qū)別，對接收機的均衡部 分進行融合處理。對接收到的單載波或多載波信號進行頻域均衡，并對頻域均衡后和IFFT 后的數(shù)據(jù)解系統(tǒng)信息，進一步根據(jù)解出的系統(tǒng)信息中的載波模式信息選擇相應的單載波均 衡或者多載波均衡結(jié)果輸出，實現(xiàn)在單一接收機上對單載波和多載波的接收。同時基于本 發(fā)明的接收機的電路設計開銷遠小于單載波接收機和多載波接收機簡單的復合疊加，進一 步減小芯片的設計周期和成本。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明圖1是基于單載波調(diào)制技術(shù)的地面數(shù)字電視接收機原理框圖；圖2是基于多載波調(diào)制技術(shù)的地面數(shù)字電視接收機原理框圖；圖3是本發(fā)明的地面數(shù)字電視接收機一實施例原理框圖；圖4是幀結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖3中時域噪聲消除單元一實施例原理框圖。
具體實施例方式參見圖3所示，在本發(fā)明的一實施例中，同時支持單載波和多載波接收的地面數(shù) 字電視接收機包括
高頻頭11，其輸入端接收的是射頻信號和自動增益控制單元13輸出的信號，其輸 出端與A/D轉(zhuǎn)換器12進行連接；通過天線接收到的射頻信號通過高頻頭11將射頻信號頻 譜搬移到中頻，濾除頻帶外的干擾，并對射頻信號進行放大。A/D轉(zhuǎn)換器12，其輸出端分別與自動增益控制單元13和正交解調(diào)單元21相連接； 將高頻頭11放大后的模擬射頻信號變?yōu)閿?shù)字帶通信號。自動增益控制單元13，根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器12輸出的數(shù)字帶通信號的功率大小調(diào)整高 頻頭11的放大增益，使得A/D轉(zhuǎn)換器12輸出的數(shù)字帶通信號的功率調(diào)整到合適的大小。正交解調(diào)單元21，其輸出端與同步單元31相連接，對A/D轉(zhuǎn)換器12輸出的數(shù)字帶 通信號頻譜進一步搬移，使其成為中心頻率為零附近的準基帶信號。同步單元31，其輸出端分別與去保護間隔單元40，信道估計單元43相連接，對準 基帶信號進行定時恢復和載波跟蹤，使得接收到的符號的時鐘同步于發(fā)射的符號時鐘，提 取準基帶信號中的載波，根據(jù)恢復的載波將準基帶信號變?yōu)榛鶐盘?。信道估計單?3，其輸出端分別與第二 FFT單元45，去保護間隔單元40相連接， 估計出基帶信號的信道響應。去保護間隔單元40，其輸出端與FFT單元42相連接，根據(jù)估計出的信道響應，去除 同步單元11恢復出的基帶信號中的保護間隔。FFT單元42，其輸出端與頻域均衡單元44相連接，將去除保護間隔后的基帶信號 進行FFT運算變換到頻域。第二 FFT單元45，其輸出端與頻域均衡單元44相連接，將估計出的信道響應進行 FFT運算變換到頻域。頻域均衡單元44，其輸出端分別與選擇器49，IFFT單元46，解系統(tǒng)信息單元48相 連接，根據(jù)第二 FFT單元45輸出的頻域信道響應對去除保護間隔后的頻域基帶信號進行頻 域均衡。IFFT單元46，其輸出端與解系統(tǒng)信息單元48相連接，對頻域均衡后的單載波數(shù)據(jù) 進行IFFT運算變換到時域。解系統(tǒng)信息單元48，其輸出端分別與選擇器49，時域噪聲消除單元47相連接，對 頻域均衡單元45輸出的數(shù)據(jù)和IFFT單元46輸出的時域數(shù)據(jù)解出系統(tǒng)信息，判斷出載波模 式；根據(jù)載波模式控制選擇器49選擇相應的均衡結(jié)果輸出。頻域均衡后的數(shù)據(jù)和IFFT變 換后的數(shù)據(jù)中，系統(tǒng)信息部分一路是已知的特定序列，另一路是隨機信號，可根據(jù)已知的特 定序列的相關(guān)性采用相關(guān)的方法解出系統(tǒng)信息。時域噪聲消除單元47，其輸出端與選擇器49相連接，利用解出的系統(tǒng)信息作為其 訓練序列，并根據(jù)解出的系統(tǒng)信息控制其判決器的判決，對IFFT單元46變換后的單載波時 域數(shù)據(jù)信號消除有色噪聲。選擇器49，其輸出端與信道譯碼單元51相連接，選擇相應的均衡結(jié)果，如果解系 統(tǒng)信息單元48判斷為多載波模式，直接將頻域均衡單元44均衡后的數(shù)據(jù)輸出到信道譯碼 單元51 ；否則，根據(jù)解系統(tǒng)信息單元48解出的系統(tǒng)信息，將IFFT單元46輸出的數(shù)據(jù)通過 時域噪聲消除單元47后輸出至道信道譯碼單元51。信道譯碼單元51，完成信道譯碼后輸出TS碼流。所述基帶信號具有如圖4所示的幀結(jié)構(gòu)，包括幀頭和幀體兩個部分，幀頭部分為時域?qū)ьl已知序列。幀體部分包括系統(tǒng)信息和數(shù)據(jù)塊，幀體部分可以是OFDM (正交頻分復 用)數(shù)據(jù)塊也可以是非OFDM數(shù)據(jù)塊。 圖3中的頻域均衡單元45可以采用ZF(Zerc) Forcing,迫零)均衡或 MMSE(Minimum Mean Square Error，最小均方誤差)均衡方法進行頻域均衡。
ZF均衡可以表示為， Ym=!2"，。彡 m 彡 N-I(公式 1)
m
其中，m表示子載波下標，R表示幀體數(shù)據(jù)，H表示頻域信道響應。
ZF均衡可以將信號無失真的恢復出來，但是當信道存在深衰落點，噪聲會被放大。
為了保證在頻域均衡時噪聲不會被放大，可以進行MMSE均衡，MMSE均衡可以表示
權(quán)利要求
一種地面數(shù)字電視接收機，包括高頻頭，將射頻信號頻譜搬移到中頻，濾除頻帶外的干擾，并對模擬射頻信號進行放大；A/D轉(zhuǎn)換器，其輸入端與高頻頭連接，其輸出端分別與自動增益控制單元和正交解調(diào)單元相連接；將模擬射頻信號變?yōu)閿?shù)字帶通信號；自動增益控制單元，其輸出端與高頻頭連接，根據(jù)數(shù)字帶通信號的功率大小調(diào)整高頻頭的放大增益；正交解調(diào)單元，其輸出端與同步單元相連接，對數(shù)字帶通信號的頻譜進一步搬移，使其成為中心頻率為零附近的準基帶信號；同步單元，其輸出端分別與去保護間隔單元，信道估計單元相連接，對準基帶信號進行定時恢復和載波跟蹤，提取準基帶信號中的載波，根據(jù)恢復的載波將準基帶信號變?yōu)榛鶐盘枺黄涮卣髟谟?，還包括信道估計單元，其輸出端分別與第二FFT單元，去保護間隔單元相連接，估計出基帶信號的信道響應；去保護間隔單元，其輸出端與FFT單元相連接，根據(jù)估計出的信道響應，去除基帶信號中的保護間隔；FFT單元，其輸出端與頻域均衡單元相連接，將去除保護間隔后的基帶信號變換到頻域；第二FFT單元，其輸出端與頻域均衡單元相連接，將估計出的信道響應變換到頻域；頻域均衡單元，其輸出端分別與選擇器，IFFT單元，解系統(tǒng)信息單元相連接，根據(jù)第二FFT單元輸出的頻域信道響應對去除保護間隔后的頻域基帶信號進行頻域均衡；IFFT單元，其輸出端與解系統(tǒng)信息單元相連接，對頻域均衡后的單載波數(shù)據(jù)進行IFFT運算變換到時域；解系統(tǒng)信息單元，其輸出端分別與選擇器，時域噪聲消除單元相連接，根據(jù)頻域均衡后的數(shù)據(jù)和IFFT單元輸出的時域數(shù)據(jù)解出系統(tǒng)信息，判斷出載波模式；根據(jù)載波模式控制選擇器選擇相應的均衡結(jié)果輸出；時域噪聲消除單元，其輸出端與選擇器相連接，對IFFT單元變換后的單載波時域數(shù)據(jù)信號消除有色噪聲；選擇器，其輸出端與信道譯碼單元相連接，選擇相應的均衡結(jié)果，如果為多載波模式，直接將頻域均衡單元均衡后的數(shù)據(jù)輸出到信道譯碼單元；否則，根據(jù)解系統(tǒng)信息單元解出的系統(tǒng)信息，將時域噪聲消除單元消除有色噪聲后的單載波時域數(shù)據(jù)信號輸出至道信道譯碼單元；信道譯碼單元，完成信道譯碼后輸出TS碼流。
2.如權(quán)利要求1所述的地面數(shù)字電視接收機，其特征在于所述基帶信號包括幀頭和 幀體兩個部分，幀頭部分為時域?qū)ьl已知序列，幀體部分包括系統(tǒng)信息和數(shù)據(jù)塊，幀體部分 是OFDM數(shù)據(jù)塊或非OFDM數(shù)據(jù)塊。
3.如權(quán)利要求1所述的地面數(shù)字電視接收機，其特征在于所述頻域均衡采用迫零均 衡或最小均方誤差均衡。
4.如權(quán)利要求1所述的地面數(shù)字電視接收機，其特征在于所述時域噪聲消除單元，包括加法器，將經(jīng)IFFT單元變換后的時域信號與第二選擇器輸出的數(shù)據(jù)信號相減，得到時 域信號中的有色噪聲；第二選擇器，根據(jù)解出的系統(tǒng)信息的位置選擇使用解出的系統(tǒng)信息或者判決器的判決結(jié)果；時間延時線單元，對有色噪聲進行延時；第二加法器，將有色噪聲和抽頭濾波求和單元輸出的有色噪聲的估計值相減得到誤差信號。乘法器，將誤差信號與抽頭更新步長μ相乘；抽頭更新單元，對時間延時線單元延時后的有色噪聲，和乘法器的運算結(jié)果進行運算， 產(chǎn)生抽頭更新量并對抽頭更新單元的抽頭進行更新；抽頭濾波求和單元，對時間延時線單元延時后的有色噪聲，和更新后的抽頭進行濾波 求和運算估計出有色噪聲的估計值；第三加法器，從IFFT單元變換后的時域信號中減去有色噪聲的估計值，對IFFT單元變 換后的時域信號進行白化處理，并將白化處理后的時域信號輸出至選擇器；判決器，利用解出的系統(tǒng)信息作為其訓練序列，并根據(jù)解出的系統(tǒng)信息對白化處理后 的時域信號進行判決。
5.如權(quán)利要求1所述的地面數(shù)字電視接收機，其特征在于頻域均衡后的數(shù)據(jù)和IFFT 變換后的數(shù)據(jù)中，系統(tǒng)信息部分一路是已知的特定序列，另一路是隨機信號，可根據(jù)已知的 特定序列的相關(guān)性采用相關(guān)的方法解出系統(tǒng)信息。
6.一種利用權(quán)利要求1所述的地面數(shù)字電視接收機接收單載波和多載波的方法，其特 征在將模擬射頻信號頻譜搬移到中頻，濾除頻帶外的干擾，并對射頻信號進行放大；將放大 后的模擬射頻信號變?yōu)閿?shù)字帶通信號；并根據(jù)數(shù)字帶通信號的功率大小調(diào)整高頻頭的放大 增益；對數(shù)字帶通信號的頻譜進一步搬移，使其成為中心頻率為零附近的準基帶信號；對準 基帶信號進行定時恢復和載波跟蹤，提取準基帶信號中的載波，根據(jù)恢復的載波將準基帶 信號變?yōu)榛鶐盘枺黄涮卣髟谟?，還包括估計出基帶信號的信道響應；根據(jù)估計出的信道響應，去除基帶信號中的保護間隔； 將去除保護間隔后的基帶信號變換到頻域；將估計出的信道響應變換到頻域；根據(jù)頻域信道響應對去除保護間隔后的頻域基帶信號進行頻域均衡；對頻域均衡后的 單載波數(shù)據(jù)進行IFFT運算變換到時域；對IFFT單元變換后的單載波時域數(shù)據(jù)信號消除有 色噪聲；根據(jù)頻域均衡后的數(shù)據(jù)和IFFT單元輸出的時域數(shù)據(jù)解出系統(tǒng)信息，判斷出載波模式； 根據(jù)載波模式控制選擇相應的均衡結(jié)果輸出；選擇相應的均衡結(jié)果，如果為多載波模式，直接將頻域均衡后的數(shù)據(jù)輸出到信道譯碼 單元，完成信道譯碼后輸出TS碼流；否則，根據(jù)解出的系統(tǒng)信息，將消除有色噪聲后的單載 波時域數(shù)據(jù)信號輸出至道信道譯碼單元完成信道譯碼后輸出TS碼流。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種地面數(shù)字電視接收機，包括高頻頭、A/D轉(zhuǎn)換器、自動增益控制單元、正交解調(diào)單元和同步單元，信道估計單元估計出基帶信號的信道響應；去保護間隔單元去除基帶信號中的保護間隔；FFT單元將去除保護間隔后的基帶信號變換到頻域；第二FFT單元將信道響應變換到頻域；頻域均衡單元對頻域基帶信號進行頻域均衡；IFFT單元對頻域均衡后的單載波數(shù)據(jù)變換到時域；解系統(tǒng)信息單元解出系統(tǒng)信息，判斷出載波模式；時域噪聲消除單元消除有色噪聲；選擇器選擇相應的均衡結(jié)果；信道譯碼單元完成信道譯碼后輸出TS碼流。本發(fā)明還公開了一種接收單載波和多載波的方法。本發(fā)明既能接收單載波信號又能接收多載波信號，適用于地面數(shù)字電視接收系統(tǒng)。
文檔編號H04N5/44GK101998071SQ20091005774
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者李衛(wèi)國, 楊勇, 黃彩, 黃思寧, 龍必起 申請人:上海明波通信技術(shù)有限公司