专利名称：残留边带/正交调幅接收机及方法
技术领域：
本发明涉及数字广播接收机，尤其涉及残留边带/正交调幅(VSB/QAM)接收机及其方法，该接收机接收VSB信号和QAM信号，以用于地面波有线传输标准。
近来，提供多媒体服务的视频和音频信息的数字广播业务已在全球范围商业化。对于数字广播而言，应当获得足以传输预定带宽广播频道中的视频和音频信号的比特率。按照传输媒体，通过卫星、地面波、或电缆提供数字广播。这些传输媒体按照它们各自的唯一特性选择不同的带宽和调制方法。特别是在电缆和地面波数字广播中，由于通过与现有模拟广播相同的媒体发送信号，频带限制在UHF/VHF内，并且由于与模拟广播同时存在，带宽也被定义得与现有广播相同。因此，为在有限的带宽内获得大的比特率，采用正交调幅(QAM)或残留边带(VSB)方法一类的多电平调制方法。与此类似，由于通过各种媒体提供各种数字广播，作为数字广播接收机的数字电视和数字机顶盒应同时接收QAM信号和VSB信号。因为VSB/QAM接收机不需要用于VSB信号的单独的VSB接收机，减小了硬件尺寸。
图1是一种普通的VSB/QAM接收机，在文件[BroadCOM BCM3500规范，“VSB/QAM CATV/HDTB接收机”06/02/99]中公开了该接收机。图1的接收机具有模数转换器(A/D)12；自动频率控制器(AFC)13，用于恢复载波；混频器14；以及内插器15，用于恢复的载波提取原始码元。图1的接收机还具有匹配滤波器16，用于对恢复的载波进行滤波，以及定时处理器11，用于恢复载波/定时和控制时钟。
在具有该结构的图1的VSB/QAM接收机中，A/D转换器12相对于时钟将模拟信号转换为数字信号，该时钟具有预定频率(通常为25MHz)，是在定时处理器11中产生的。AFC 13相对于定时处理器11中产生的具有预定频率的时钟来校正输入到混频器14的信号的频率及相位失真。混频器14将恢复的载波输出到内插器15。内插器15相对于定时处理器11产生的码元时钟从信号输入提取码元。匹配滤波器16对内插器15提取的码元滤波。定时处理器11产生恢复其时序的码元时钟并提供该码元时钟作为内插器15和匹配滤波器16的驱动时钟。亦即，不管其时序被恢复的码元时钟如何，在A/D转换和载波恢复中所用的时钟具有预定频率。这里，认为VSB信号是补偿QAM，接收机总体上讲具有QAM型接收结构。然而，由于在常规VSB/QAM接收机中，载波恢复环路位于定时恢复环路的前部，所以由A/D转换时钟恢复载波而由码元时钟恢复定时。因此，由于在常规VSB/QAM接收机中，A/D转换时钟和码元时钟是不同步的，在码元中可能余留相位失真且A/D转换速率超过两倍的普通码元时钟，这带来功耗和IC设计上的缺点。
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种VSB/QAM接收机及其方法，其中通过恢复信号的载波恢复环路前部的码元定时，可将定时被恢复的码元时钟用在载波恢复中，因此消除码元中的相位失真。
为了实现上述目的，提供一种残留边带/正交调幅(VSB/QAM)接收机，包括模数转换器，用于按照具有预定频率的时钟将接收模拟信号转换为数字信号；内插器，用于按照定时处理器的控制，将通过模数转换器提供的数字信号内插在码元的原始位置来恢复码元定时；载波恢复单元，用于按照定时处理器的驱动时钟，通过校正内插器中内插的码元信号的频率和相位上的失真恢复载波；匹配滤波器，用于匹配在载波恢复单元中恢复其载波的码元信号；定时处理器，用于检测滤波的码元信号中的定时误差，根据检测的定时误差控制内插器，及产生驱动时钟；以及VSB分类器，用于按照VSB/QAM模式无任何改变地输出从滤波器输出的码元，其载波和定时被恢复的码元，或在重新整理码元后输出该码元。
为了达到本发明的另一目的，还提供一种用于在VSB/QAM接收机中接收VSB信号以及QAM信号的方法，该方法包括下列步骤(a)按照预定时钟将模拟信号转换为数字信号；(b)通过内插在步骤(a)中转换的数字信号，在原始码元位置提取一码元；(c)通过校正在步骤(b)提取的码元的频率和相位失真来恢复载波；(d)根据在步骤(c)恢复的信号计算定时误差，按照计算的定时误差，通过控制步骤(b)的内插位置恢复码元定时，及产生其定时被恢复的时钟；以及(e)按照VSB/QAM模式，无任何改变地输出其码元定时和载波被恢复的信号，或者在重新整理信号后输出该信号。
参照附图详细描述本发明优选实施例后，本发明的上述目的和优点将更为清楚，附图中图1示出常规残留边带/正交调幅(VSB/QAM)的结构；
图2示出本发明的VSB/QAM接收机；图3示出图2接收机的定时处理器的详细图；图4示出图2接收机的载波恢复单元的详细图；图5示出图2接收机的VSB分类器的详细图；图6示出通过图5的VSB分类器的信号重排的频谱变化。
以下，参照附图详细描述本发明实施例。本发明不限于下述实施例，在本发明的精神和范围内可以有许多变型。为了对本领域任何技术人员更全面地解释本发明而提供本发明的这些实施例。
图2示出按照本发明的VSB/QAM接收机。图2的接收机包括振荡器(OSC)21，用于产生具有预定频率(f0)的时钟；A/D转换器22，用于相对于具有预定频率(f0)的时钟将接收的模拟信号转换为数字信号；同相/正交(I/Q)信号发生单元，用于以复数形式输出数字信号。此外，与图1常规接收机不同，图2的接收机在用于补偿数字信号频率和相位的载波恢复单元26的前部具有内插器24。匹配滤波器27将从载波恢复单元26输出的信号滤波。连接到匹配滤波器27的定时处理器25控制内插器24，并提供其定时被恢复的码元时钟给每一单元作为驱动时钟。连接到匹配滤波器27的VSB分类器28对输入VSB信号再分类。图3示出定时处理器25的详细结构，图4示出载波恢复单元26的详细结构。
基本上采用全数字接收方法实施本发明的VSB/QAM接收机。亦即，利用具有预定频率(f0)、振荡器21自身产生的时钟将接收的模拟信号转换为数字形式。这里，所采用的时钟频率(f0)大于发送的码元频率。用于电缆和地面波数字广播的QAM和VSB方法具有不同的带宽和发送码元率，如下表1所示表1
按此，接收机需要可平稳地恢复这些模式的载波和定时的结构。因此，本发明的接收机是考虑到用于恢复彼此相互锁定的载波和定时的方法、VSB/QAM模式变化和处理方法来构造的。
参见图2，通过A/D转换器22转换为数字形式的信号输入到I/Q信号发生单元。I/Q信号发生单元23相对于具有振荡器21的振荡频率(f0)的时钟以同相(I)轴数据和正交(Q)轴数据的复数形式输出输入的数字信号。复数形式的数字信号通过内插器24输入到载波恢复单元26。载波恢复单元26校正输入数字信号的频率和相位失真并恢复载波。这将参照图4在下面作说明。载波恢复单元26输出的信号通过匹配滤波器27反馈到定时处理器25。定时处理器25计算定时误差以恢复定时，并产生表示最佳码元位置的位置信号。更具体地，参见图3，定时处理器25作为QAM信号处理VSB信号。亦即，如果根据中心频率作为QAM解调VSB信号，可认为VSB信号是具有5.38MHz码元率的偏移QAM。因此，定时处理器25可恢复定时而不管是QAM或是VSB模式。然而，由于在作为偏移QAM处理的VSB信号中在I轴码元与Q轴码元之间发生半个码元周期(T/2)的偏移，应对该偏移进行校正。因此，定时处理器25将输入的I轴码元和Q轴码元延迟半个码元周期(T/2)。将从匹配滤波器27输出的I轴码元输入到定时误差检测器33。此外，将Q轴码元同时输入到延迟器31和多路复用器32。延迟器31将输入的Q轴码元延迟半个码元周期(T/2)并将该码元输出到多路复用器32。多路复用器32按照VSB/QAM模式，选择当前输入的Q轴码元和被延迟半个码元周期(T/2)的Q轴码元，以输出到定时误差检测器33。如果为VSB模式，多路复用器32选择被延迟半个码元周期(T/2)的Q轴码元，如果为QAM模式，则选择当前输入的Q轴码元。定时误差检测器33接收由多路复用器32选择的I轴码元和Q轴码元，确定定时状态，并检测定时误差，定时误差表示在时间上该码元的当前位置是在该码元的最佳位置之前还是之后。定时误差检测器33检测的定时误差施加到环路滤波器34，环路滤波器34产生控制电压。控制和时钟发生器35相对于环路滤波器34产生的控制电压产生可变振荡频率时钟，并控制内插器24的偏移。此时，由于VSB信号的码元率是QAM信号的码元率的两倍，相对于VSB和QAM信号，该时钟与码元率或为码元率的1/4的频率具有相同的频率。在定时处理器25恢复码元定时的时钟提供到每一方框作为驱动时钟。
再次参见图2，内插器24按照定时处理器25的控制在原始码元位置内插复数形式的数字信号，该数字信号是相对于振荡器21的振荡频率(f0)的时钟输入的，并输出恢复定时的数字信号。如此，由于将内插器24输出的数字信号再次输入到载波恢复单元26，以形成反馈环，码元定时的恢复和载波的恢复被彼此互锁，因此，消除了相位失真。定时处理器25提供恢复的时钟到载波恢复单元26、匹配滤波器27和VSB分类器28，作为驱动时钟，该恢复的时钟具有与VSB信号的码元率相同的频率，同时，将恢复的码元时钟提供给后部的方框(未示出)。
同时，由于用于恢复载波的导频音(pilot-tone)包括在VSB信号中，VSB信号中恢复载波的结构与QAM的不同。同样，由于共同使用定时恢复意味着将VSB认为是偏移QAM，在内插器24输出的VSB信号中，导频音在2.69MHz左右的带宽中，不在低频率带宽附近。因此，在将导频音移动到低频率带宽之后，计算载波的频率和相位失真。将参照图4对此进行详细解释。
参见图4，将通过内插器24恢复的码元通过混频器41输入AFC 42和VSB 43。如果定时被恢复的码元是QAM信号，AFC 42计算频率和相位失真，并输出已校正所计算的失真的值到多路复用器45。如果混频器41的输出是VSB信号，VSB分类器43将码元再分类。然后，数字频率和相位锁定环路(DFPLL)44从再分类的码元计算频率和相位失真，并将已校正所计算的失真的值输出到多路复用器45。DFPLL 44是基于数字信号处理的载波恢复装置。多路复用器45按照VAB/QAM模式选择从AFC 42和DFPLL 44输出的每个信号并将该信号输出到NCO 46。亦即，多路复用器45在当前模式是QAM时选择从AFC 42输出的信号，并在当前模式是VSB时选择从DFPLL 44输出的信号，通过这么做，调整NCO 46。混频器41将从内插器24输出的信号乘以从NCO 46输出的信号，以补偿频率和相位失真。将载波被恢复的码元输入到匹配滤波器27。此时，由在定时处理器25中恢复的码元时钟恢复载波。因此，由于存在有导频音的频率是码元时钟的1/4，可通过信号再分类进行转换而无需额外的乘法器。因此，实施本发明接收机无需这样的硬件。亦即，在通过匹配滤波器27将载波被恢复的码元滤波之后，如果该码元是QAM信号，将该码元直接输出到在后部的均衡器(未示出)，如果该码元是VSB信号，则通过VSB分类器28输出到均衡器。
参见图5，VSB分类器28具有倒相器51和52，用于分别将I轴码元和Q轴码元倒相；以及多路复用器53和54，用于有选择地重新整理I轴码元、-I轴码元、Q轴码元、和-Q轴码元。亦即，多路复用器53和54形成I’轴码元和Q’轴码元，I’轴码元是通过按照计数器(未示出)的计数按顺序选择I轴码元、-I轴码元、Q轴码元、和-Q轴码元之一重新整理I轴而获得的，Q’轴码元是通过按照计数器(未示出)的计数按顺序选择Q轴码元、-Q轴码元、I轴码元、和-I轴码元之一重新整理Q轴而获得的，并输出恢复的VSB信号。如图6所示，通过重新整理VSB信号将其中存在导频音的频率移动到码元时钟的1/4。
如上所述，以全数字形式构成本发明的VSB/QAM接收机及其方法。通过在恢复载波恢复单元前部的码元定时之后恢复具有恢复的码元时钟的载波，可采用具有低码元率的频率，可迅速完成载波中的失真校正，并且可使对用于接收VSB信号的附加硬件的需求更小。
权利要求
1．一种残留边带/正交调幅(VSB/QAM)接收机，包括模数转换器，用于按照具有预定频率的时钟将接收模拟信号转换为数字信号；内插器，用于按照定时处理器的控制，通过将模数转换器提供的数字信号内插在码元的原始位置来恢复码元定时；载波恢复单元，用于按照定时处理器的驱动时钟通过校正内插器中内插的码元信号的频率和相位上的失真恢复载波；滤波器，用于匹配在载波恢复单元中恢复其载波的码元信号；定时处理器，用于检测滤波的码元信号中的定时误差，根据检测的定时误差控制内插器，及产生驱动时钟；以及VSB分类器，用于按照VSB/QAM模式无任何改变地输出从滤波器输出的码元，其载波和定时被恢复的码元，或在重新整理码元后输出码元。
2．如权利要求1所述的VSB/QAM接收机，其中定时处理器按照VSB/QAM模式将I轴码元和Q轴码元延迟半个码元周期以使信号输入时间不同。
3．如权利要求2所述的VSB/QAM接收机，其中定时处理器包括延迟器，用于将从滤波器输出的Q轴码元延迟半个码元周期；多路复用器，在信号是VSB信号时选择在延迟器中延迟的Q轴码元，在信号是QAM信号时，则选择Q轴码元；定时误差检测器，用于接收从滤波器输出的I轴码元和多路复用器选择的Q轴码元，并检测定时误差；环路滤波器，在施加定时误差检测器中检测的定时误差后产生控制电压；以及控制和时钟发生单元，用于按照环路滤波器的控制电压，产生消除内插器偏移的控制信号和定时被恢复的码元时钟。
4．如权利要求1所述的VSB/QAM接收机，其中载波恢复单元包括NCO；混频器，通过将内插器输出的信号乘以NCO输出的信号补偿频率和失真；自动频率控制器(AFC)，用于从混频器输出的信号计算频率和相位失真，并产生所计算失真的校正值；VSB分类器，用于重新整理混频器输出的码元；数字频率相位锁定环路(DFPLL)，用于计算VSB分类器中重新整理的码元中的频率和相位失真，并产生所计算失真的校正值；以及多路复用器，通过在信号是QAM时选择从AFC输出的信号并在信号是VSB时选择从DFPLL输出的信号，控制NCO的频率。
5．如权利要求1所述的VSB/QAM接收机，其中VSB分类器通过重新整理解调的VSB信号中的信号将其中存在导频音的频率移动1/4码元时钟。
6．如权利要求1所述的VSB/QAM接收机，其中VSB分类器包括倒相器，用于将从滤波器输出的I轴码元和Q轴码元都倒相；以及多路复用器，在以预定次序选择I轴码元、Q轴码元、及均经倒相器倒相的I轴码元和Q轴码元之后输出重新整理的I’轴码元和Q’轴码元。
7．一种用于在VSB/QAM接收机中接收VSB信号以及QAM信号的方法，该方法包括下列步骤(a)按照预定时钟将模拟信号转换为数字信号；(b)通过内插在步骤(a)中转换的数字信号在原始码元位置提取一码元；(c)根据其定时被恢复的时钟，通过校正在步骤(b)提取的码元的频率和相位失真来恢复载波；(d)根据在步骤(c)恢复的信号计算定时误差，按照计算的定时误差通过控制步骤(b)的内插位置恢复码元定时，及产生其定时被恢复的时钟；以及(e)按照VSB/QAM模式，无任何改变地输出其码元定时和载波被恢复的信号，或者在重新整理信号后输出该信号。
全文摘要
一种VSB/QAM接收机,包括:模数转换器,将接收模拟信号转换为数字信号;内插器,将所提供的数字信号内插在码元原始位置来恢复码元定时;载波恢复单元,通过校正内插器中内插的码元信号的频率和相位上的失真恢复载波;滤波器,匹配恢复其载波的码元信号;定时处理器,检测滤波码元信号中的定时误差,产生驱动时钟;VSB分类器,按VSB/QAM模式,无任何改变地输出从滤波器输出的码元,或在重新整理码元后输出码元。
文档编号H04L27/38GK1323124SQ01104969
公开日2001年11月21日 申请日期2001年2月26日 优先权日2000年5月4日
发明者吴智成 申请人:三星电子株式会社