专利名称：快速符立叶转换的盲频道搜索与估计方法
技术领域：
本发明涉及一种快速符立叶转换的盲频道搜索与估计方法，特指一种在卫星电视(DVB-S)接收机应用上，利用快速符立叶转换有效缩短盲扫时间，并且同时保证估计的精度的方法。
背景技术：
数字电视要能蓬勃发展，首要任务就是建立数字平台。数字平台指的不只是单纯硬设备像是机上盒(Set-Top Box)或者是电视机，更包括数字频道以及数字内容。毕竟，有内涵及高品质的内容，才能吸引观众，并激励数字内容产业的发展。目前全球数字电视的主要规格可以分为两大类一是美国市场为主的ATSC(Advanced Television Systems Committee)，一是欧洲的DVB(Digital Video Broadcasting)。
进一步将DVB系统区分，又可以细分为DVBC(Cable)、DVB-S(Satellite)、以及DVB-T(Terrestrial)。所谓DVB-C指的是有线电视标准；DVB-S指的是卫星电视标准；而DVB-T则指无线电视标准。
通过22000miles以上高空的卫星，局端系统业者可将信号，如DigitalVideo Broadcasting-S(DVB-S)，传至住家建筑物上的卫星天线。这种传输方式是用Quadrature Phase Shift Keying(QPSK)的调变方式来传输MPEG-2数据。
在诸如卫星电视(DVB-S)接收机这样的应用中，全盲的信道搜索是一项必不可少的性能。它提供了一种简便的操作模式，可以使用户不需要事先知道所接收卫星的节目信息而自动的把所有节目扫描出来。而扫描速度是衡量盲扫算法的性能的最重要的指标之一，快速的搜索可以节省用户大量的等待时间。
传统的盲扫方法，是基于后端(back end)软件控制的扫频法。它的工作原理是先给调谐器(tuner)设定一个中心频率，然后启动基带解调芯片中的滤波器组(filter bank)和定时恢复环路(timing recovery loop)，从最小的符号速率开始运算，如果定时环路无法收敛，则加大符号速率。如果符号速率超过可能的最大值而一直没有收敛，则说明这个频点上没有信号。那么接下来就需要更新调谐器的中心频率，在原来基础上加上一个步长，然后重复以上步骤直至定时环路收敛。
这种方法的缺点是搜索速度非常慢。因为可能的符号速率范围非常大，从1Mbaud到45Mbaud都有可能；而且卫星信号所占的频谱也很宽，在Ku波段调谐器的输入范围有950MHz～2150MHz。两者组合产生很多可能性，盲扫要把这些可能性全部搜索一遍，这会导致很长的搜索时间。另外，改变调谐器的中心频率是一个耗时的过程，频繁的步进中心频率会显着延长搜索时间。定时环路的收敛也是很慢的，利用定时环路来循环搜索符号速率相当慢。以上这些原因都导致了传统的扫频法速度极慢。
发明内容
因此，本案发明人为解决上述公用技术无法快速回复影音同步的缺点，潜心研究并配合学理的运用，提出一种快速符立叶转换的盲频道搜索与估计方法。
本发明是一种快速符立叶转换的盲频道搜索与估计方法，是用以解决公知技术在卫星电视(DVB-S)接机中关于快速频率扫描时间过长的问题。
为了有效的缩短盲扫时间，并且同时保证估计的精度的目的，本发明的方法是包括等待激活状态，接着判断一自动增益控制是否收敛，然后撷取数据采样点做一符立叶转换，之后侦测撷取次数是否超过一预定值，通过一滤波器过滤累积后的信号噪声，判断整个频谱是否已搜寻完毕，及完成搜寻及计算出一符号速率及一中心频偏。
图1是本发明快速符立叶转换的盲频道搜索与估计方法流程图；图2A和图2B是本发明快速符立叶转换的盲频道搜索与估计方法最佳实施例流程图。
具体实施例方式
为了能更进一步了解本发明达成目的所采取的技术、方法及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，可由此得一深入且具体的了解，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
本发明是利用信号频谱特性来搜索信道和估计参数。信号的频谱由快速符立叶变换(FFT)得到。根据符立叶变换的知识得知，调制信号的频谱的统计值是沿中心轴对称的，并且如果信号采用均方根升余弦(root raised cosine)波形，如卫星电视标准规定的，能量谱的两个3dBd衰减点之间的距离就是符号速率，如果不是均方根升余弦波形，那也一定有两个边沿点之间距离就是符号速率。所以如果能找到信号频谱的这两个边沿点，就可以计算出符号速率，同时也能算出中心载波的频偏。这样在解调模块开始工作之前，就已经知道了关于信号很精确的信息，使得解调变成有的发散，不用再盲目的搜索。
如图1所示，是本发明快速符立叶转换的盲频道搜索与估计方法流程图，是包括等待激活状态(S100)，接着判断一自动增益控制是否收敛(S102)，若判断结果为是，则撷取数据采样点做一符立叶转换(S104)，接着计算由转换后结果的一能量且累积保存(S106)，之后侦测撷取次数是否超过一预定值(S108)，该预定值是可为20次，若侦测结果为是，则通过一滤波器过滤累积后的信号噪声(S110)，计算一频谱搜寻的范围(S112)，计算一门限值(S114)，该门限值是包括一最大值及一最小值，且该门限值是由一最大值和一最小值得到，进行该频谱搜寻的操作(S116)，判断是否有频道被搜索出来(S118)，若判断结果为是，则完成搜寻及计算出一符号速率及一中心频偏(S120)，致能一解调器的操作(S122)及判断是否整个需要搜索的频谱已经搜索完毕(S124)，若判断结果为是，则直接结束此快速符立叶转换的盲频道搜索与估计。
上述该判断一自动增益控制是否收敛步骤，若判断结果为否，则回到该等待激活状态步骤。于该侦测撷取次数是否超过一预定值步骤中，若侦测结果为否，则回到该撷取数据采样点做一符立叶转换步骤。在该判断整个频谱是否已搜寻完毕步骤中，若判断结果为否则更进一步包括更新一调谐器上的频率(S126)，设定依更新后的频率为该调谐器的频率(S128)。在该判断是否整个需要搜索的频谱已经搜索完毕步骤中，若判断结果为否则进一步包括更新一调谐器上的频率(S126)，设定依更新后的频率为该调谐器的频率(S128)。
如图2A及图2B所示，是本发明快速符立叶转换的盲频道搜索与估计方法最佳实施例流程图，是包括等待激活状态(S200)，判断一自动增益控制是否收敛(S202)，若判断结果为是则撷取数据采样点做一符立叶转换(S204)，首先，取1024个数据采样点做符立叶转换。以DVB-S常用解调芯片为例，采样率为90MHz。那么符立叶转换之后可以看到的信号频宽为90MHz，而分辨率为90MHz/1024＝87.89KHz。计算由转换后结果的一能量且累积保存(S206)，将符立叶转换结果取能量并保存。然后再取1024点做符立叶转换，将结果取能量后与上一次结果相加并保存这样撷取次数一共累加20次，用于平均消除信号的随机性，若判断一自动增益控制是否收敛步骤中，其判断结果为否则回到等待激活状态。
侦测撷取次数是否超过一预定值(S208)，该预定值是可为20次，若侦测结果为是，则过滤通过一滤波器累积后的信号噪声(S210)，将累加结果经过一个频域滤波器，削弱频谱数据上的毛刺，便于做后续处理，若侦测结果为否，则回到撷取数据采样点做一符立叶转换步骤。计算一频谱搜寻的范围(S212)，考虑调谐器的输出信号经过了一个模拟滤波器，而这个模拟滤波器的带宽可能小于45MHz。所以实际搜索范围不一定是从-45MHz到+45MHz，而是模拟滤波器的带宽。找出通过搜索频谱数据的若干最小值和最大值(S214)，进行若干个第一基准值及若干个第二基准值平均化的操作(S216)，获得平均后的一第三基准值及一第四基准值(S218)。
得到该第三基准值及该第四基准值相加后的一第一门限值(S220)，其中该第一基准值及第三基准值是为一最大值，该第二基准值及第四基准值是为一最小值，该第一门限值计算公式为(第三基准值/4+第四基准值×3/4)，该第一门限值都为一最小信噪比，进行第一次频谱搜索的操作(S222)，目的是为了确定这个90MHz频段(假设模拟滤波器的频宽为45MHz)有没有信号以及它们的中心位置。比较该第三基准值与该第四基准值相差的大小(S224)，首先比较前面得到的第三基准值和第四基准值相差的倍数，若比较结果为大，则进行一频段方向的搜寻操作(S226)。
若比较结果为小，则说明没有信号，可以结束这个90MHz频段的搜索，接着进行更新调谐器上的频率(S252)及进行依更新后的频率来设定调谐器频率(S254)。在进行该频段方向的搜寻操作步骤中，该频段方向是可为由负频段向正频段的方向或由正频段向负频段的方向。比较由搜寻后所得的若干个数据与该第一门限值的大小(S228)，该比较结果若为大，则包含获得一第一信号值(S230)，该第一信号值是为一上升沿，如果连续若干点数据大于门限，则说明找到了一个信号的上升沿(左边沿)。该比较结果若为小，则包含判断是否整个需要搜索的频谱已搜索完毕(S250)，该判断整个频谱是否已搜寻完毕步骤中，若判断结果为是，则进一步判断是搜索到频道(S238)，若判断结果为否，则回到进行一频段方向的搜寻操作步骤。
获得一第一信号值(S230)，进行一频段方向的搜寻操作(S232)，比较由搜寻后所得的若干个数据与第一门限值的大小(S234)，判断整个频谱是否已搜寻完毕(S236)，在该判断整个频谱是否已搜寻完毕步骤中，若判断结果为是，则判断是否搜索到频道(S238)，反之，若判断结果为否，则回到进行频段方向的搜寻操作，于该比较由搜寻后所得的若干个数据与第一门限值的大小步骤中，若比较结果为大，则判断整个频谱是否已搜寻完毕，反之，若比较结果为小，则进一步包括获得一第二信号值(S244)，该第二信号值是为一下降沿，若连续若干点小于门限，则说明找到了这个信号的下降沿(右边沿)。
将该一信号值与该第二信号值平均后获得一中心载频的估计(S246)，判断整个频道是否已搜寻完毕(S248)，在该判断整个频是否已搜寻完毕步骤中，若判断结果为是，则判断是否搜索到频道(S238)，反之，若判断结果为否，则更新一调谐器上的一频率(S252)，依更新后的频率来设定调谐器频率(S254)。
接着进行为所有搜寻到的信道的一第二搜索及单独计算一第二门限值(S240)，该第二门限值是包括一最大值及一最小值，该最大值的计算是为取该单独信道的中心位置的数据进行平均而获得者，该第二门限值的计算公式为(最大值-最小值)/2+最小值等于(最大值+最小值)/2，依据此第二门限值搜索该信道的能量3dB衰减点，然后计算精确的中心频偏和符号速率(S242)，因为第一次搜索的门限并不随着每一个信号的信噪比变化，所以找到的边沿点往往不是信号的3dB衰减点，这就需要第二次搜索，为每个搜寻到的信道单独计算门限。
于第二次搜索操作时，首先，取第一次搜索得到的第一个信道，因为我们知道它的中心载频，所以在它的中心载频左右各取若干数据点进行平均操作，这样得到该信道最大值的平均值。所获得的信道能量(最大值)可能不同，但是噪声能量都是相同的，所以最小值就取第一次搜索得到的最小值。接着应用上面提到的(最大值+最小值)/2公式得到针对该信道的门限值，以此门限值对该信道从负频段向正频段进行搜索。如果连续若干点数据大于门限，则说明找到了一个信号的上升沿(左边沿)，若连续若干点小于门限，则说明找到了这个信号的下降沿(右边沿)。而这两个沿我们认为就是该信道的精确的3dB衰减点。然后用它们求出中心载频(比第一次求出的更精确)和符号速率。若第一次搜索共搜出N个信道，则将上述过程再重复N-1遍，再结束第二次搜索。
本发明确能借上述所揭露的技术，提供一种迥然不同于公知的设计，能提高整体的使用价值，又因为申请前未见在刊物或公开使用，符合发明专利的申请要求，爰依法提出发明专利申请。
但是，上述所揭露的附图、说明，仅为本发明的实施例而已，凡精于此项技术者当可依据上述的说明作其它种种的改良，而这些改变仍属于本发明的发明精神及本发明的权利要求中。
权利要求
1.一种快速符立叶转换的盲频道搜索与估计方法，其特征在于，是包括等待激活状态；判断一自动增益控制是否收敛；撷取数据采样点做一符立叶转换；侦测撷取次数是否超过一预定值；过滤通过一滤波器累积后的信号噪声；判断是否有频道被搜索出来；及完成搜寻及计算出一符号速率及一中心频偏。
2.如权利要求1所述的快速符立叶转换的盲频道搜索与估计方法，其特征在于，该判断一自动增益控制是否收敛步骤中，若判断结果为是，则撷取数据采样点做一符立叶转换，反之，则回到该等待激活状态。
3.如权利要求1所述的快速符立叶转换的盲频道搜索与估计方法，其特征在于，该侦测撷取次数是否超过一预定值步骤前，是包含计算由符立叶转换后结果的一能量且累积保存；其中该预定值为20次；其中该侦测撷取次数是否超过一预定值步骤中，若侦测结果为是，则进行过滤通过一滤波器累积后的信号噪声步骤，反之，则回到该撷取数据采样点做一符立叶转换步骤。
4.如权利要求1所述的快速符立叶转换的盲频道搜索与估计方法，其特征在于，该过滤通过一滤波器累积后的信号噪声步骤，更进一步包括计算一频谱搜寻的范围；计算一门限值，其中该门限值是包括一最大值及一最小值；及进行该频谱搜寻的操作。
5.如权利要求1所述的快速符立叶转换的盲频道搜索与估计方法，其特征在于，该判断是否有频道被搜索出来步骤，若判断是否有频道被搜索出来的结果为是，则还包括进行完成搜寻及计算出一符号速率及一中心频偏；致能一解调器的操作；判断是否整个需要搜索的频谱已搜索完毕；若判断是否整个需要搜索的频谱已搜索完毕的结果为是时，则结束整个搜索操作；若判断是否整个需要搜索的频谱已搜索完毕的结果为否时，进一步包括更新一调谐器上的频率；设定依更新后频率的该调谐器频率；反之，若判断是否有频道被搜索出来的结果为否，则更进一步包括更新一调谐器上的频率；及设定依更新后频率的该调谐器频率。
6.一种快速符立叶转换的盲频道搜索与估计方法，其特征在于，是包括判断一自动增益控制是否收敛；撷取数据采样点做一符立叶转换；侦测撷取次数是否超过一预定值；过滤通过一滤波器累积后的信号噪声；计算一频谱搜寻的范围；找出通过搜索频谱数据的若干最小值和最大值；进行第一次频谱搜索的操作；进行一频段方向的搜寻操作；判断是否搜索到频道；及进行为所有搜寻到的信道的一第二搜索及单独计算一第二门限值。
7.如权利要求6所述的快速符立叶转换的盲频道搜索与估计方法，其特征在于，该判断一自动增益控制是否收敛前，是包含一等待激活状态；其中该判断一自动增益控制是否收敛的结果为是，则进行撷取数据采样点做一符立叶转换的步骤，反之，若该判断一自动增益控制是否收敛的结果为否，则回到该等待激活状态。
8.如权利要求6所述的快速符立叶转换的盲频道搜索与估计方法，其特征在于，该侦测撷取次数是否超过一预定值步骤前，是包含计算由转换后结果的一能量且累积保存；其中该侦测撷取次数是否超过一预定值步骤，若侦测结果为是，则进行过滤通过一滤波器累积后的信号噪声的步骤，反之，则回到该撷取数据采样点做一符立叶转换；其中该预定值为20次。
9.如权利要求6所述的快速符立叶转换的盲频道搜索与估计方法，其特征在于，找出通过搜索频谱数据的若干最小值和最大值步骤中，进一步包括进行若干个第一基准值及若干个第二基准值平均化的操作，其中这些第一基准值是为一最大值及第二基准值是为一最小值；获得平均后的一第三基准值及一第四基准值，其中该第三基准值为一最大值及该第四基准值是为一最小值；及得到该第三基准值及该第四基准值相加后的一第一门限值，其中第一门限值都为一最小信噪比，该第一门限值计算公式为(第三基准值/4+第四基准值×3/4)。
10.如权利要求6所述的快速符立叶转换的盲频道搜索与估计方法，其特征在于，进行第一次频谱搜索的操作步骤，进一步包含比较该第三基准值与第四基准值相差的大小，若比较结果为大，则进行一频段方向的搜寻操作的步骤，其中该频段方向是可为由负频段向正频段的方向或由正频段向负频段的方向，反之，若比较结果为小，则包括更新一调谐器上的一频率；及依更新后的频率来设定调谐器频率。
11.如权利要求6所述的快速符立叶转换的盲频道搜索与估计方法，其特征在于，该进行一频段方向的搜寻操作步骤，进一步包括比较由搜寻后所得的若干个数据与该第一门限值的大小；若比较的结果为大时，获得一第一信号值；若比较的结果为小时，则判断整个频谱是否已搜寻完毕；若判断整个频谱是否已搜寻完毕的结果为是时，则判断是搜索到频道；若判断整个频谱是否已搜寻完毕的结果为否时，则包括进行一频段方向的搜寻操作；比较由搜寻后所得的若干个数据与第一门限值的大小；若比较由搜寻后所得的若干个数据与第一门限值的大小的结果为大时，则获得一第一信号值；若比较由搜寻后所得的若干个数据与第一门限值的大小的结果为小时，则判断整个频谱是否已搜寻完毕；若判断整个频谱是否已搜寻完毕的结果为是时，则判断是否搜索到频道；若判断整个频谱是否已搜寻完毕的结果为否时，则进行一频段方向的搜寻操作；获得一第一信号值，其中该第一信号值是为一上升沿；进行一频段方向的搜寻操作；比较由搜寻后所得的若干个数据与第一门限值的大小；若比较由搜寻后所得的若干个数据与第一门限值的大小的结果为大，则判断整个频谱是否已搜寻完毕；若比较由搜寻后所得的若干个数据与第一门限值的大小的结果为小，进一步包括获得一第二信号值，其中该第二信号值是为一下降沿；将该一信号值与该第二信号值平均后获得一中心载频的估计；及判断整个频谱是否已搜寻完毕；若判断整个频谱是否已搜寻完毕的结果为是时，则判断是否搜索到频道；若判断整个频谱是否已搜寻完毕的结果为否时，则进行一频段方向的搜寻操作。
12.如权利要求6所述的快速符立叶转换的盲频道搜索与估计方法，其特征在于，该判断是否搜索到频道步骤中，若判断是否搜索到频道的结果为是，则包括进行为所有搜寻到的信道的一第二搜索及单独计算一第二门限值；计算依该第二门值的准确的一中心频偏和符号速率，该第二门限值是包括一最大值及一最小值，其中该最大值的计算是为取该单独信道的中心位置的数据进行平均而获得者；其中该第二门限值的计算公式为(最大值-最小值)/2+最小值或(最大值+最小值)/2；反之，若判断是否搜索到频道的结果为否，则进一步包括更新一调谐器上的一频率；及依更新后的频率来设定调谐器频率。
全文摘要
本发明是一种快速符立叶转换的盲频道搜索与估计方法，是包括等待激活状态；判断一自动增益控制是否收敛；撷取数据采样点做一符立叶转换；侦测撷取次数是否超过一预定值；过滤通过一滤波器累积后的信号噪声；判断整个频谱是否已搜寻完毕；及完成搜寻及计算出一符号速率及一中心频偏。本发明是使用于一卫星电视(DVB－S)接收机，以有效的缩短盲扫时间，并且同时保证估计的精度。
文档编号H03J5/24GK1761302SQ200410083930
公开日2006年4月19日 申请日期2004年10月12日 优先权日2004年10月12日
发明者金越海 申请人:扬智科技股份有限公司