CN1878028A - 适用于数字电视地面广播的载波跟踪环路 - Google Patents

Abstract

一种适用于数字电视地面广播的载波跟踪环路，属于数字信号传输领域。本发明包括均衡器的FIR、DFE、复乘器、加法器、判决器、减法器、实乘器、累加器和环路低通滤波器；其解调后处理得到的复信号由I和Q两路组成，经过复均衡FIR输出为复信号，与总相差φ复乘，取出其中的实基带信号；再与DFE输出送入加法器，得到均衡器的输出；再进入一个判决器，将其一方面送入DFE作为其输入，再进入减法器；该信号和均衡器的FIR输出的虚部Q′送入实乘器鉴相输出；送入一个累加器消除鉴相噪声；最后得到其输出便得到数控振荡器驱动频率误差信号Δf。本发明能补偿信号受到的损伤，进行载波恢复处理，去除载波频率抖动，维持***正常工作，具有更快收敛的特性。

Description

适用于数字电视地面广播的载波跟踪环路

技术领域

本发明涉及一种数字信号传输技术领域的载波跟踪环路，尤其涉及一种适用于数字电视地面广播的载波跟踪环路。

背景技术

在诸如数字高清晰度电视(HDTV)之类的高速数字信号无线传输***中，信号在无线传输过程中经过信道的线性和非线性衰落，以及接收机中由于采样间隔、载波相位的非优化等引起信号的损伤，改变了原有数字信号的状态，这些失真变化都需要在接收机中进行处理，从而恢复出发端的正确数据。

在单载波调制传输VSB(残留边带)，QAM(正交幅度调制)，OQAM(偏置正交幅度调制)***中，将对接收到的信号通常都要进行4步操作：即载波恢复，定时恢复，均衡，解码。

在ADTB-T高级数字电视地面广播传输***中，采用了OQAM调制，并且利用加双导频的方法在发送数据中的上下边带中心各加上1个导频来辅助载波恢复。并且在接收机中，还充分利用发端形成的OQAM信号上下边带对称的冗余信息来共同辅助载波恢复环路进行锁频琐相(DPDFLL)。参见图1，该图为频谱图，其中以频谱中相对幅度大小来表示。一般情况下该环路是基于经典COSTAS(科斯达斯)环路，对频率敏感的锁频锁相环，具有较快的锁频能力和较宽的锁频范围，载波捕获速度很快。但同时由于输出的误差方差也大，频率抖动厉害，因此***还需要另一个载波跟踪环路，来将这些剩余频率抖动去掉。而且考虑到最恶劣情况，即导频和边带信息均被破坏而无法提取时，载波捕获失败，但同时由于均衡器和解码器仍然在工作并输出数据，因此如果均衡器后还有一个载波跟踪环路，用均衡器的输出继续进行载波跟踪，那么***在一定程度上仍然可以工作，直到载波捕获环路可以再次启动。

基于均衡输出的公共误差信息的鉴相方程在实际应用中既可以补偿码间干扰，又可以补偿频率抖动和相位抖动。

横向滤波器结构的均衡器主要是对抗信道衰落引起的码间干扰，弥补多径干扰的幅度和时延的影响，但均衡器对频率和相位的敏感性不大。因此均衡后的数据中还是包含了频率抖动和相位的抖动信息。目前常用的均衡器结构包括一个FIR有限冲激响应滤波器和一个DFE判决反馈均衡器。由于采用不同的调制方式，从均衡器的输出得到鉴相方程也各不相同。

经对现有技术的文献检索发现，在2005.12.28公开的专利号为“CN200380103709.4”的中国专利“载波跟踪环路锁定检测器”中，提出了一种ATSC(高级电视***委员会)VSB(残余边带)接收机。很显然，这种接收机可以用于采用适用于基于VSB调制的***。但是对于采用OQAM调制的***，可以有改进的装置，以充分利用I路和Q路的信息。在基于VSB调制的传输***(比如美国的ATSC)中，均衡器是一个实均衡，只有一路I路信号参与均衡器和解码，鉴相方程中的Q路信号是从I路信号经过希尔伯特变化得来。因此实际上的鉴频鉴相信息都来自I路信息。

图2显示了一种结合均衡器的常用载波恢复环路框图。然而，在基于QAM调制的传输***，均衡器是个复均衡，I路和Q路是两路独立的数据信息，可以分别提取载波相位信息来进行鉴频鉴相。因此，对于采用OQAM调制的***，可以充分利用I路和Q路的信息来提高其载波跟踪特性。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种适用于数字电视地面广播的载波跟踪环路。本发明需要解决的技术问题，是针对高速数字信号在无线传输过程中，信号受到的损伤、失真，需要在接收机中进行载波恢复的处理，使其恢复到出发端的正确数据，本发明的目的是在ADTB-T OQAM***的接收机中，在均衡器之后加上一个载波跟踪环路，去除剩余载波频率抖动。同时也可在载波捕获失败时，***仍可维持正常工作一段时间来等待再次载波捕获。

本发明的目的是依靠以下技术方案实现的，一种数字电视地面广播中的载波跟踪环路，在信号传输***的接收机中，由数控振荡器驱动信号产生以及相位解旋共同组成，该载波跟踪环路包括一个均衡器的FIR，和一个均衡器的DFE，一个复乘器，一个加法器，一个判决器，一个减法器，一个实乘器，一个累加器，一个环路低通滤波器，其产生过程的步骤为，OQAM解调后处理得到的复信号由I和Q两路信号组成(I+jQ)；经过复均衡的FIR之后输出的仍为复信号(I′+jQ′)，(I′+jQ′)与总的相差复乘后去除频率和相位抖动，取出其中的实基带信号；该实基带信号与DFE输出一起送入一个加法器，相加得到均衡器的输出SUM；再进入一个判决器进行判决得到判决信号DATA；将其一方面送入DFE作为其输入，另一方面和SUM一起进入一个减法器；减法器的输出误差信号为ERR；该信号和均衡器的FIR输出的虚部Q′一起送入一个实乘器得到(SUM-DATA)×Q′为鉴相输出；随后送入一个累加器消除鉴相噪声；去噪之后的鉴相信号的再送入一个环路低通滤波器LPF，得到其输出便得到数控振荡器驱动频率误差信号Δf。在本发明的NCO(数控振荡器)驱动信号产生方法中，判决器即可以是硬判决器，也可以是一个软判决器。

在ADTB-T的各种传输模式中，判决器可以结合均衡后的信道解码来完成：

32-OQAM，16-OQAM和4-OQAM：判决器采用了星座点的硬判决。

4-OQAM-E：判决器采用软输入软输出(SISO)的Nordstrom-Robinson码(NR)解码器。所述环路低通滤波器可以是有源比例积分滤波器。

该驱动频率误差信号Δf可以直接驱动数控振荡器NCO得到相差，送入FIR后的复乘器进行相位解旋，与数控振荡器、复乘器共同组成一个载波跟踪环路。

该驱动频率误差信号Δf可以直接驱动数控振荡器NCO得到相差2，与相关相位跟踪环路中的相差1相加得到总的相差，一起送入FIR后的复乘器进行相位解旋；该频率误差信号、数控振荡器、1和复乘器共同组成一个载波相位跟踪环路。

该驱动频率误差信号Δf可以直接反馈到均衡前的与解调结合的载波捕获环路中，与载波偏差Δw一起驱动一个数控振荡器，得到相差，进入载波捕获环路中的复乘器进行相位解旋；也可作为独立的载波跟踪环路与载波捕获环路共同组成一个二阶载波恢复反馈大环路。

概括地说在ADTB-T OQAM***的接收机中，在均衡器之后加上一个载波跟踪环路，去除载波频率抖动。该载波跟踪环路利用均衡器的FIR复数输出，以及均衡器输出之后的判决数据，得到鉴相方程，从鉴相方程中提取鉴频信息，得到NCO的驱动信息，进而驱动NCO进行载波跟踪。该载波跟踪环路即可以独立进行载波跟踪，还可以与相位跟踪环路结合，来共同消除均衡器后的频率抖动和相位抖动。甚至还可以将上述NCO驱动信息反馈到均衡器之前的解调模块，共同驱动载波捕获环路中的NCO，从而参与载波捕获过程。

本发明的有益效果是，该载波跟踪环路能补偿在无线传播过程中信号受到的损伤，可进行载波恢复处理，去除频率抖动，同时也可在载波捕获失败时，保证***仍可维持正常工作一段时间，来等待再次载波捕获。相对于传统应用于VSB调制信号的载波跟踪环路，本发明更加充分的利用了I路和Q路的信息，因而具有更快收敛的特性。

附图说明

图1为ADTB-T OQAM***数据加双导频频谱

图2为结合均衡器的常用的载波恢复环路的框图

图3为本发明的载波跟踪环路的NCO驱动信息产生框图

图4为本发明的载波跟踪环路的第一实施例的框图(NCO输出只提供FIR后的数据进行载波跟踪)

图5为本发明的载波跟踪环路的第二实施例的框图(NCO的输出即提供解调模块的载波恢复，也给FIR后的数据进行载波跟踪)

图6为本发明的载波跟踪环路的第三实施例的框图(NCO输出只提供解调模块中的载波恢复)

具体实施方式

以下结合附图进一步说明实施例。

图3显示了本发明的载波跟踪环路的基本结构以及NCO驱动信息产生的框图。该载波跟踪环路包括一个均衡器的FIR，和一个均衡器的DFE，一个复乘器，一个加法器，一个判决器，一个减法器，一个实乘器，一个累加器以及一个环路低通滤波器。

其中，环路低通滤波器一般还可以采用有源比例积分滤波器来代替。

其主要的工作流程为：OQAM解调后处理得到的复信号由I和Q两路信号组成(I+jQ)；经过复均衡的FIR之后输出的仍为复信号(I′+jQ′)，(I′+jQ′)与总的相差复乘(相当与相位解旋)后去除频率和相位抖动，取出其中的实基带信号；上述实基带信号与DFE输出一起送入一个加法器，相加得到均衡器的输出SUM；均衡输出SUM进入一个判决器(可以是硬判决，也可以是软判决)进行判决得到判决信号DATA；上述判决输出DATA一方面送入DFE作为其输入，另一方面和SUM一起进入一个减法器(SUM-DATA)；减法器的输出误差信号ERR；误差信号ERR和均衡器的FIR输出的虚部Q′一起送入一个实乘器得到(SUM-DATA)×Q′为鉴相输出；由于该鉴相方程的噪声较大，上述鉴相输出随后送入一个累加器消除鉴相噪声；上述去噪之后的鉴相信号的再送入一个环路低通滤波器LPF(也可以是有源比例积分滤波器)，得到LPF输出便得到驱动NCO的频率误差信号Δf。

图4显示了本发明的载波跟踪环路的第一实施例的框图。其中，不同于图3所示的实施例在于，NCO输出只提供FIR后的数据进行载波跟踪。参见图4，上述NCO驱动信号可以直接驱动一个NCO，得到的相位补偿1作为总的相差进入上述复乘器，对FIR的输出进行相位解旋。由于该相差由频率抖动引起，因此图4就是结合均衡输出的载波跟踪的一个实施例。

图5显示了本发明的载波跟踪环路的第二实施例的框图。其中，不同于图3所示的实施例在于，NCO的输出即提供解调模块的载波恢复，也给FIR后的数据进行载波跟踪。参见图5结合均衡输出的载波跟踪的第二实施例，图4给出的载波跟踪的实施例中得到的由频率抖动引起的驱动NCO的频差信号，还可以直接反馈到均衡前解调处的载波捕获环路中，与载波捕获环路中载波偏差信号一起驱动NCO，组成载波恢复的两阶反馈大环路。

图6显示了本发明的载波跟踪环路的第三实施例的框图。其中，不同于图3所示的实施例在于，NCO输出只提供解调模块中的载波恢复。参见图6结合均衡输出的载波跟踪的第三实施例，图4中的由频率抖动引起的相差信号1，也可以与相关的相位跟踪环路的相差信号2相加得到总的相差信号，进入上述复乘器，对FIR的输出进行相位解旋。

Claims (7)

1.一种适用于数字电视地面广播的载波跟踪环路，包括一个均衡器的FIR、和一个均衡器的DFE、一个复乘器、一个加法器、一个判决器、一个减法器、一个实乘器、一个累加器以及一个环路低通滤波器，其特征在于，OQAM解调后处理得到的复信号由I和Q两路信号组成(I+jQ)；经过复均衡的FIR之后输出的仍为复信号(I′+jQ′)，(I′+jQ′)与总的相差复乘后去除频率和相位抖动，取出其中的实基带信号；上述实基带信号与DFE输出一起送入一个加法器，相加得到均衡器的输出SUM；均衡输出SUM进入一个判决器进行判决得到判决信号DATA；上述判决输出DATA一方面送入DFE作为其输入，另一方面和SUM一起进入一个减法器；减法器的输出误差信号ERR；误差信号ERR和均衡器的FIR输出的虚部Q′一起送入一个实乘器得到(SUM-DATA)×Q′为鉴相输出；上述鉴相输出随后送入一个累加器消除鉴相噪声；上述去噪之后的鉴相信号的再送入一个环路低通滤波器LPF，得到LPF输出便得到驱动NCO的频率误差信号Δf。

2.根据权利要求1所述的适用于数字电视地面广播的载波跟踪环路，其特征是，所述判决器，是硬判决器，或是软判决器。

3.根据权利要求1或者2所述的适用于数字电视地面广播的载波跟踪环路，其特征是，所述判决器包括星座点的硬判决，它适用于ADTB-T的各种传输模式，包括32-OQAM，16-OQAM和4-OQAM；判决器或者采用软输入软输出的NR码解码器，适用于4-OQAM-E。

4.根据权利要求1所述的适用于数字电视地面广播的载波跟踪环路，其特征是，所述环路低通滤波器是有源比例积分滤波器。

5.根据权利要求1所述的适用于数字电视地面广播的载波跟踪环路，其特征是，所述的驱动频率误差信号Δf直接驱动数控振荡器得到相差，送入FIR后的复乘器进行相位解旋，该Δf与数控振荡器、复乘器共同组成一个载波跟踪环路。

6.根据权利要求1或者5所述的适用于数字电视地面广播的载波跟踪环路，其特征是，所述驱动频率误差信号Δf直接驱动数控振荡器得到相差2，与相关相位跟踪环路中的相差1相加得到总的相差，一起送入FIR后的复乘器进行相位解旋；该频率误差信号、数控振荡器、1和复乘器共同组成一个载波相位跟踪环路。

7.根据权利要求1或者5所述的适用于数字电视地面广播的载波跟踪环路，其特征是，所述驱动频率误差信号Δf直接反馈到均衡前的与解调结合的载波捕获环路中，与载波偏差Δw一起驱动一个数控振荡器，得到相差，进入载波捕获环路中的复乘器进行相位解旋；该Δf与载波捕获环路共同组成一个二阶载波恢复反馈大环路。

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