专利名称：用于减少信道上中继器的时延的解调装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种数字电视(TV)广播业务技术；尤其涉及一种能够减小地面数字TV广播系统中的信道上中继器(OCR，on-channel repeater)的时延的解调装置及其方法。
背景技术：
一般地，基于每一个广播站的广播覆盖和拓扑环境/自然地物，设置主发射机和中继器以提供广播业务。
中继器被安装在微弱接收来自主发射机的广播信号的区域内，用于解决广播业务覆盖范围以外的区域中的广播信号接收问题，并用于扩展主发射机的信号传送区域。
被用于提供当前地面数字广播业务的中继器从主发射机接收广播信号，并通过不同的频率发送广播信号，每一个信号被分配一个频率。
参考图1，它示出了使用传统中继器的广播业务的原理图，主发射机11通过发射频率A发射广播信号。然后，每一个中继器12至15将广播信号中继至另外的频率B、C、D和E。也就是说，在图1所示的地面数字TV广播业务中，每一个中继器12至15被给定不同的频率B、C、D或E，从而解决在主发射机的广播业务覆盖以外的区域中的广播问题，或扩展广播业务覆盖。
然而，因为每一个中继器12至15应当使用多个频带，不同的中继器12至15使用不同的频率B、C、D和E就需要许多频率资源。由于同一频率不能在相邻区域内重复使用但可用于不产生同一频率间的干扰的远的区域中，所以这在频率使用方面非常低效。
如果中继器12至15使用主发射机11中使用的频率A，则可以在相邻区域内重复使用相同频率。结果，频率使用效率明显增加。这被图2示出，它示出了使用普通信道上中继器(OCR)的广播业务的原理图。在该图中，主发射机21通过发射频率A发射广播信号，信道上中继器22至25将广播信号中继到与主发射机21相同的频率A。用此方法，能够提高频率使用效率。
为了以该结构提供广播业务，接收机应区分从主发射机21和信道上中继器22至25发送的广播信号。一般地，接收机具有消除多径信号的均衡部件。该均衡部件能够消除同一频带内被延时并被不期望地输入的信号，除了所需的信号。
然而，如图2所示，在使用信道上中继器22至25通过相同频带A中继广播信号的情况下，在相同信道间会产生干扰，在接收机的均衡单元中不能消除被延时的多径信号。
也就是说，从主发射机21和信道上中继器22至25发送的信号存在时延，该时延超出了接收机中的均衡部件的多径信号消除能力。均衡部件不能消除延时的信号。
因此，为了在地面数字TV广播系统中通过信道上中继器22至25提供广播业务，信道上中继器22至25的输出信号应当与主发射机21的相同，且主发射机21的输出信号和信道上中继器的输出信号之间的时延应当很小。简言之，信道上中继器22至25中的时延应被最小化。
2003年5月20日公开的韩国专利申请第10-2003-32007公开了一种通过消除由于信道上中继器22至25的发射和接收天线的低隔离而产生的反馈信号，提高信道上中继器的发射输出功率的技术。根据采用图3的相同信道上中继器的韩国专利申请第10-2003-32007的技术，信道上中继器22至25的输出信号与主发射机21的输出信号相同，主发射机的输出信号和信道上中继器的输出信号之间的时延很小。同样，通过消除主发射机21和信道上中继器22至25之间的传输所产生的噪声和多径信号，信道上中继器的输出信号的特性优于信道上中继器的输入信号的特性。
图3更详细示出图2的信道上中继器的结构。信道上中继器22至25包括接收天线31、射频(RF)接收部件32、中频(IF)下变频部件33、解调部件34、均衡部件35、调制部件36、RF上变频部件37、高功放部件38、发射天线39和本振(LOlocal oscillator)40。
RF接收部件32通过接收天线31接收从主发射机21发送的RF广播信号。IF下变频部件33基于第一参考频率，将RF广播信号变换为IF信号。解调部件34将IF下变频部件33中获得的IF信号变换为基带信号。
均衡部件35从解调部件34中获得并在主发射机21和信道上中继器22至25之间产生的基带信号中，消除噪声、多径信号和反馈信号。调制部件36将均衡部件35中获得的基带信号变换为IF信号。
RF上变频部件37基于第二参考频率，将来自调制部件36的IF信号变换为RF广播信号。高功放部件38放大RF上变频部件37中获得的RF广播信号，并向发射天线中继放大的信号。
发射天线39发射从高功放部件38输出的广播信号。本地振荡器(LO)40考虑到解调部件34将IF信号转换为基带信号而产生第一参考频率，以同步发射和接收信号的频率和相位，并向IF下变频部件33提供该第一参考频率，基于第一参考频率产生第二参考频率，并向RF上变频部件37提供该第二参考频率。
信道上中继器22至25如下执行操作。首先，接收天线31和RF接收部件32接收从主发射机21发送的RF广播信号。通过IF下变频部件33将接收的RF信号变换为IF信号。解调部件34将IF信号变换为基带信号。
高性能均衡部件35消除噪声、多径信号和反馈信号，其中噪声和多径信号是由主发射机21和信道上中继器22至25之间的传输产生的，而反馈信号是由于发射和接收天线31和39的低隔离产生的。
调制部件36将没有噪声、多径信号和反馈信号的基带信号变换为IF广播信号。RF上变频部件37将IF信号变换为RF信号，高功放部件将RF信号放大，然后通过发射天线39发射出去。接收信号的频率和相位应当与发射信号的频率和相位同步。
如下同步接收部件和发射部件中的信号的频率和相位。为了在RF频带内使发射和接收信号的频率彼此同步，仅向IF下变频单元和RF上变频单元提供一个参考频率。然后，在IF频带内使发射和接收信号的频率彼此同步。
为了在IF频带内使发射和接收信号的频率彼此同步，调制部件36没有任何变化地使用从解调部件34中的再同步处理提取的频率和定时偏移信息。这样，来自信道上中继器22至25的发射单元的输出信号在频率和相位上与接收信号同步。因此，不使用任何附加参考信号，信道上中继器22至25的输出信号的频率和相位可以与主发射机21中产生的信号的频率和相位同步。
如上所述，如果从主发射机21和信道上中继器22至25发射的信号存在时延，而该时延超出接收机中的均衡部件的多径信号消除能力，均衡部件将不能消除延迟的信号。因此，主发射机21的输出信号和信道上中继器22至25的输出信号之间的时延应当很小，以通过信道上中继器22至25提供数字广播业务。
尽管时延应当被最小化，图4的传统解调部件34无助地产生长的时延。这里参考图4对传统解调部件34进行描述。
信道上中继器22、23、24或25的接收天线31和RF接收部件32从主发射机21接收RF广播信号。IF下变频部件，即第一下变频部件33将接收的RF信号变换为IF信号，以产生第一下变频的模拟IF信号。
模/数转换部件(ADC)41将第一下变频的模拟IF信号变换为数字IF信号。第二下变频部件42将数字IF信号变换为近基带信号。因为相对于IF频带(约44MHz)，在近基带内更容易设计匹配滤波器43，所以这里加入了第二下变频部件42。图4中，频率fNB将IF频带的频率下变频为近基带的频率。
随后，第二下变频部件42中获得的近基带信号经过匹配滤波器43以最大化信噪比。第三下变频部件44对已经过匹配滤波器43的信号进行下变频，使信号的导频分量处于0频率。
也就是说，近基带的信号成为用于残留边带(VSB，vestigial sideband)广播的基带信号，信号的中心频率处于2.69MHz。图中，fB是一个频率，它将近基带的频率下变频为用于VSB广播的基带频率。在第三下变频部件44中获得的用于VSB广播的基带信号在低通滤波器45中去掉镜像分量，从而成为用于VSB广播的基带信号。
在VSB解调处理中，传统的解调部件34包括两个时延器件，即匹配滤波器43和低通滤波器45。根据两个滤波器中使用的抽头数目确定由滤波器43和45所引起的时延长度。
假设匹配滤波器43中使用的抽头数目是N，而低通滤波器45中使用的抽头数目是M，两个滤波器43和45分别产生N/2和M/2的时延。由两个滤波器43和45引起的时延总长度为(M+N)/2。
因此，需要能够最小化信道上中继器22至25的时延的解调定理，以通过信道上中继器22至25提供数字广播业务。简言之，主发射机21的输出信号和信道上中继器22至25的输出信号之间的时延应当非常小。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种解调装置及其解调方法，可以减小由地面数字电视广播系统中的信道上中继器中用于解调的滤波器所引起的时延。
依照本发明的一个方面，提供了一种能够减小地面数字电视广播系统中的信道上中继器的时延的解调装置，包括模/数转换单元，用于将模拟中频(IF)信号转换为数字IF信号；下变频单元，用于通过转换数字IF的频率而产生同相(I)信号和正交(Q)信号，并用于下变频所述I和Q信号的导频分量的频率，以使所述I和Q信号的中心频率可以被移位到0；滤波单元，用于滤波下变频后的I和Q信号并最大化信噪比；上变频单元，用于将滤波后的I和Q信号上变频为基带信号，其中，滤波后的I和Q信号的中心频率被置于基带内且滤波后的I和Q信号的导频分量被移位到0；以及相加单元，用于将上变频后的I和Q信号相加，以将信号恢复为用于广播的基带信号。
依照本发明的另一个方面，提供一种能够减小地面数字电视广播业务中的信道上中继器的时延的解调方法，包括以下步骤a)将模拟IF信号变换为数字IF信号；b)通过变换数字IF信号的频率产生I和Q信号，并下变频所述I和Q信号的导频分量的频率，于是所述I和Q信号的中心频率可以被移位到0；c)滤波下变频后的I和Q信号并最大化信噪比；d)将滤波后的I和Q信号上变频为基带信号，其中，滤波后的I和Q信号的中心频率被置于基带内且将滤波后的I和Q信号的导频分量移位到0；以及e)将上变频后的I和Q信号相加，以将信号恢复为用于广播的基带信号。
本发明的最终目的是通过使用产生低时延的信道上中继器中继数字广播信号，并输出良好特性的信号。
利用产生低时延和良好特性的输出信号的信道上中继器，现有的接收机较少受到相对低的系统延迟的影响，以及输出信号的良好特性使得可以扩展中继区域。
为了减小地面数字TV广播系统中的信道上中继器的时延，从主发射机向信道上中继器发射的RF广播信号在解调过程中被下变频为IF信号，以获得第一下变频的模拟IF信号。第一下变频的模拟IF信号被转换为数字IF信号，数字IF信号被下变频以获得第二下变频信号，于是中心频率可以是0频率。第二下变频信号经过匹配滤波器以最大化第二下变频信号的信噪比。已经过匹配滤波器的信号被上变频，于是它们的导频分量可被置于0频率。通过相加上变频后的I和Q信号而获得基带信号。
通过结合附图在下面描述的具体实施例，本发明上述和其它目的和特征将变得显而易见，其中图1示出使用传统中继器的广播业务的原理图；图2是使用普通信道上中继器(OCR)的广播业务的原理图；图3是描述图2的信道上中继器的框图；图4是示出用于传统信道上中继器中的解调部件的框图；图5是依照本发明的实施例，能够减小信道上中继器中的时延的解调部件的框图；以及图6是依照本发明的实施例，用于减小信道上中继器中的时延的解调处理的流程图。
具体实施例方式
本发明的其它目的和方面将参考附图在后面实施例的具体描述中变得显而易见，它在下文中被阐述。
图5是依照本发明的实施例，能够减小信道上中继器中的时延的解调部件的框图。参考图5，本发明建议的解调部件34包括模/数转换单元(ADC)51、第二下变频单元52、匹配滤波单元53、上变频单元54和加法器55。
当从主发射机21发射的射频(RF)广播信号通过信道上中继器的接收天线31和RF接收部件32被输入，并在为第一下变频部件的IF下变频部件33中下变频之后，ADC 51将模拟中频(IF)信号转换为数字IF信号。
第二下变频单元52通过变换数字IF信号的频率产生同相(I)和正交(Q)信号，下变频所述I和Q信号的导频分量的频率，并将I和Q信号的中心频率移位到0频率。匹配滤波单元53滤波下变频后的I和Q信号，从而最大化信噪比。
上变频单元54上变频滤波后的I和Q信号，于是这两个信号的中心频率可以是基带信号，并将所述I和Q信号的导频分量移位到0频率。加法器55将上变频后的I和Q信号恢复为用于广播的基带信号。
本发明的信道上中继器中使用的解调部件34如下执行操作。首先，信道上中继器的接收天线31和RF接收部件32接收从主发射机21发射的RF广播信号。IF下变频部件33，即第一下变频部件将RF信号转换为IF信号，从而产生第一下变频模拟信号。
模/数转换单元(ADC)51将第一下变频模拟信号转换为数字IF信号。移位数字IF信号使中心频率可被置于0频率，即导频分量可被置于-2.69MHz。
第二下变频单元52包括第一下变频器521和第二下变频器522。第一下变频器521通过将cos(2π·fC·nT)与数字IF信号相乘而产生I分量。第二下变频器522通过将sin(2π·fC·nT)与数字IF信号相乘而产生Q分量。图5中，fC是将IF导频信号的频率下变频到-2.69MHz频率的频率。
随后，在第二下变频单元52中移位的信号经过匹配滤波单元53以最大化信噪比。匹配滤波单元53包括用于I信号的匹配滤波器和用于Q信号的匹配滤波器。这两个匹配滤波器531和532具有相同的结构。
上变频单元54对已通过匹配滤波器53的信号进行上变频，使导频分量可被置于0频率，即，信号的中心频率可以是2.69MHz，这样使信号成为基带信号。
上变频单元54包括用于乘以cos(2π·fD·nT)的I信号的第一上变频器541，和用于乘以sin(2π·fD·nT)的Q信号的第二上变频器542。图5中，fD是将信号的中心频率置于2.69MHz频率的频率。即，它将信号的导频分量置于0频率。
最后，上变频后的I和Q信号在加法器55中相加在一起，从而产生将被恢复的用于残留边带(VSB)广播的基带信号。
由于基带匹配滤波单元53扮演了图4的低通滤波器45的角色，本发明的VSB解调部件34仅有一个时延器件，即匹配滤波单元53。这里，根据滤波器的抽头数目确定由匹配滤波单元53引起的时延的长度。
假设用于匹配滤波器531和532的抽头数目为N，则滤波器531和532中均产生N/2的时延。因为由两个滤波器531和532引起的时延总长度与由图4的一个匹配滤波单元43产生的时延相同，产生差不多N/2的总时延。
因此，通过使用具有上述结构的解调部件，能够制造产生短时延的信道上中继器22-25。在信道上中继器22-25中，主发射机21的输出信号和信道上中继器22至25的输出信号之间的时延非常小。
图6是依照本发明的实施例，用于减小信道上中继器中的时延的解调处理的流程图。
在步骤S601，信道上中继器31和RF接收部件32接收从主发射机21发射的RF广播信号。在步骤S602，为第一下变频部件的IF下变频部件33，将RF信号变换为IF信号。然后，ADC 51将第一下变频后的模拟IF信号变换为数字IF信号，其中，第一下变频后的模拟IF信号是在IF下变频部件33，即第一下变频部件中获得的。
随后，第二下变频单元52移位ADC 51中获得的数字IF信号的频率，使它们的中心频率可被置于0频率，即数字IF信号的导频分量被置于-2.69MHz。简言之，第二下变频单元52通过将cos(2π·fC·nT)与数字IF信号相乘而产生I分量，并通过将sin(2π·fC·nT)与数字IF信号相乘而产生Q分量。这样，它将导频频率从IF频带下变频到-2.69MHz的频率。
在步骤S604和S605，匹配滤波单元53最大化在第二下变频单元52中移位后获得的每一个I和Q信号的信噪比。然后，上变频单元54上变频从匹配滤波器53输出的信号，使导频分量可被置于0频率，即，信号可以为中心频率处于2.69MHz的基带信号。上变频单元54通过将cos(2π·fD·nT)与滤波后的I信号相乘，以及将sin(2π·fD·nT)与滤波后的Q信号相乘，而将中心频率置于2.69MHz。简言之，信号的导频分量被置于0频率。
最后，在步骤S610，加法器55将上变频单元54中获得的上变频后的I和Q信号相加，从而产生用于VSB广播的基带信号。
本发明的解调部件和方法在信道上中继器中产生相对低的系统延迟。通过使用这样的信道上中继器，能够扩展中继区域并有效地使用有限的频率资源。
本发明已结合一定的优选实施例加以描述，本领域的技术人员容易理解，在不脱离本发明下述权利要求书范围的情况下，可以对其进行各种改变和修改。
权利要求
1.一种能够减小地面数字电视广播系统中的信道上中继器的时延的解调装置，包括模/数转换部件，用于将模拟中频(IF)信号转换为数字IF信号；下变频部件，用于通过变换数字IF信号的频率而产生同相(I)信号和正交(Q)信号，并用于下变频所述I和Q信号的导频分量的频率，使所述I和Q信号的中心频率被移位至0；滤波部件，用于滤波下变频后的I和Q信号并最大化信噪比；上变频部件，用于将滤波后的I和Q信号上变频为基带信号，其中，滤波后的I和Q信号的中心频率被置于基带内，且滤波后的I和Q信号的导频分量被移位至0；以及相加部件，用于将上变频后的I和Q信号相加，以将信号恢复为用于广播的基带信号。
2.如权利要求1所述的解调装置，其中，所述下变频部件包括第一下变频器，用于通过将cos(2π·fC·nT)与数字IF信号相乘而产生同相(I)分量，fC表示将IF带宽的导频频率下变频到-2.69MHz的频率；以及第二下变频器，用于通过将sin(2π·fC·nT)与数字IF信号相乘而产生正交(Q)分量。
3.如权利要求1所述的解调装置，其中，所述上变频部件包括第一上变频器，用于通过将滤波后的I信号与cos(2π·fD·nT)相乘而将中心频率移位到2.69MHz，fD是将滤波后的I信号的中心频率移位到2.69MHz的频率，即，fD将信号的导频分量移位到0；以及第二上变频器，用于将中心频率移位至2.69MHz频率，这样通过将滤波后的Q信号与sin(2π·fD·nT)相乘而将信号的导频分量置于0频率。
4.如权利要求1所述的解调装置，其中，所述滤波部件包括用于I信号的第一匹配滤波器和用于Q信号的第二匹配滤波器，执行低通滤波器的功能，并根据每一个滤波器中使用的抽头数目确定时延，以及由第一和第二匹配滤波器引起的时延总和与由一个匹配滤波器引起的时延相同。
5.一种能够减小地面数字电视(TV)广播业务中的信道上中继器的时延的解调方法，包括以下步骤a)将模拟中频(IF)信号变换为数字IF信号；b)通过变换数字IF信号的频率产生同相(I)信号和正交(Q)信号，下变频所述I和Q信号的导频分量的频率，使所述I和Q信号的中心频率被移位到0；c)滤波下变频后的I和Q信号并最大化信噪比；d)将滤波后的I和Q信号上变频为基带信号，其中，滤波后的I和Q信号的中心频率被置于基带内且滤波后I和Q信号的导频分量被移位至0；以及e)将上变频后的I和Q信号相加，以将信号恢复为用于广播的基带信号。
6.如权利要求5所述的解调方法，其中，在步骤b)，通过将cos(2π·fC·nT)与数字IF信号相乘而产生同相(I)分量，fC是将IF带宽的导频频率下变频为-2.69MHz的频率；以及通过将sin(2π·fC·nT)与数字IF信号相乘而产生正交(Q)分量。
7.如权利要求5所述的解调方法，其中，在步骤d)，通过将cos(2π·fD·nT)与滤波后的I信号相乘而将滤波后的I信号的中心频率移位到2.69MHz，fD是将中心频率移位到2.69MHz的频率，即，将信号的导频分量的频率移位到0；并将中心频率移位至2.69MHz频率，这样通过将滤波后的Q信号与sin(2π·fD·nT)相乘而将信号的导频分量置于0频率。
全文摘要
提供一种能够减小地面数字电视(TV)广播系统中的信道上中继器的时延的解调装置及其解调方法。该解调方法包括以下步骤a)将模拟中频(IF)信号转换为数字IF信号；b)通过变换数字IF信号的频率产生同相(I)信号和正交(Q)信号，并下变频I和Q信号的导频分量的频率，使I和Q信号的中心频率可被移位至0；c)滤波下变频后的I和Q信号并最大化信噪比；d)将滤波后的I和Q信号上变频为基带信号，其中，滤波后的I和Q信号的中心频率被置于基带内，且将滤波后的I和Q信号的导频分量的频率移位至0；以及e)将上变频后的I和Q信号相加，以将信号恢复为用于广播的基带信号。
文档编号H04N7/015GK1612556SQ20041004456
公开日2005年5月4日 申请日期2004年5月11日 优先权日2003年10月29日
发明者朴成益, 李熔台, 徐在贤, 金丞源, 李寿寅 申请人:韩国电子通信研究院