专利名称：用于检测由多路传播引起的纹波及控制接收天线和调谐器的设备和方法
技术领域：
本发明总体上涉及对电视信号接收器如数字电视接收器中的信号接收进行控制，更具体地说，涉及一种用于检测多路信号效应的设备和方法，以便提供改进的信号接收。
背景技术：
在无线通信系统中，多路信号效应，或者简单地说多路径，是一个重要的问题。当在发射与接收点之间存在两个或更多传播路径时，出现多路径。被发射的信号可以从多个路径到达接收点，表现出不同大小的延迟和衰减。多个路径可能由来自人造或自然构造物的反射、转发器或者使用多个发射机引起。
对于常规的模拟信号如国家电视系统委员会制式(NationalTelevision System Committee，NTSC)的电视信号，多路径效应导致以与反射信号的延迟成比例的大小相对主图像水平偏移的重影图像。在达到阈值之前，在经过数字式解调的画面中，多路径的缺陷是不可见的，导致解调锁丢失。在数字电视信号接收器中，未经过校正的多路径引入了符号间干扰(ISI)，这增加了解码错误的风险。在接收器中使用自适应均衡器能够减小多路径效应并且提高系统性能。但是，在自适应均衡器的时间范围以外的多路径像附加的噪音一样被感觉到并且使接收的信噪比(S/N)下降。
在数字电视接收器中，用于减小的多路径效应的常规技术一般试图在数字信号已经被解调并且被转换为数字位流之后再对数字信号进行操作。但是，这类技术有几个问题。首先，如果多路径效应足够严重，则由于不能恢复载波和定时信号，因而可能无法得到解调锁。例如，在利用残余边带(vestigial sideband，VSB)解调的数字电视信号接收器中，多路径效应可能使不能恢复导频。此外，如果在与导频相对的一侧上有空值，则可能无法恢复定时。
即使在能够恢复载波和定时信号的情况下，当出现多路径时，这个过程不可避免地需要更长时间。因此，当出现多路径时，获得解调锁以及进行信号均衡所需要的时间更长。考虑到这些缺陷，在这里认识到理想的情况是在进行解调和均衡之前，对多路径信号效应进行识别和校正。本发明解决这些以及其他问题。
发明内容
按照本发明的一个方面，一种设备包括用于接收来自RF信号源的RF信号的调谐装置，该RF信号具有在接收到的信号中引起多个纹波的多路径信号效应。所述设备包括多路径检测装置，用于对至少一个纹波的幅值以及在至少两个纹波之间的频率间隔进行检测，该多路径检测装置根据对幅值和频率间隔的检测，对调谐装置和RF信号源中的至少一个进行控制。
按照本发明的另一个方面，一种用于对信号接收进行控制的方法包括如下步骤接收来自RF信号源的RF信号，该RF信号具有由多路径信号效应引起的多个纹波；对至少一个纹波的幅值以及在至少两个纹波之间的频率间隔进行检测，并且根据对幅值和频率间隔的检测，对调谐装置和RF信号源中的至少一个进行控制。
图1为适合于实施本发明的典型设备的示意图；图2为在正常信号与具有多路径失真的信号之间对比的示意图；图3为按照本发明的原理构成的多路径检测单元的第一实施例的细节的示意图；图4为按照本发明的原理构成的多路径检测单元的第二实施例的细节的示意图；并且图5为用于实施本发明的典型步骤的流程图。
这里所叙述的范例说明了本发明的优选实施例，不能以任何方式对本发明的范围进行限定。
具体实施例方式
本申请披露了一种用于对信号接收进行控制的设备和方法，其提供了优于常规技术的优点。如以下所详细描述的，本发明可特别应用于接收数字电视信号的设备，如数字电视信号接收器。但是，本发明也可应用于常规的模拟电视信号接收器。此外，还可以利用这里所披露的本发明的措施解决与数字无线电信号接收器有关的多路径问题。
按照优选的典型实施例，用于对信号接收进行控制的设备包括用于接收来自RF信号源的数字广播信号如数字电视信号的调谐装置。当这样的数字广播信号受到不良的多路径信号效应的影响时，在接收到的信号中出现多个纹波。该设备包括多路径检测装置，用于对至少一个纹波的幅值以及在至少两个纹波之间的频率间隔进行检测。在接收模拟电视信号的情况下，多路径检测装置检测画面载波信号幅值与声音载波信号幅值之间的差异。根据上述的检测，多路径检测装置对RF信号源如天线和调谐装置如调谐器中的至少一个进行控制。该设备还包括解调装置，用于在多路径检测装置对RF信号源和调谐装置中的至少一个进行控制之后，对调谐装置的输出信号进行解调。
以下参照附图，更具体说是图1，示出适合于实施本发明的典型电视信号接收器20的示意图。图1示出了发射电视信号的广播天线10。电视信号接收器20接收广播天线10发射的电视信号并且对电视信号进行处理，从而提供音频和/或视频(A/V)输出。
更具体地，天线30接收由广播天线10发射的电视信号并将接收到的信号提供给电视接收器20。如图1所示，某些由广播天线10发射的信号直接被天线30接收，而其他信号在被从结构15如建筑物或其他物体反射之后才被天线30接收。这些经过反射的信号在时间上相对于直接接收的信号延迟，由此产生不良的多路径效应(即失真)。
电视信号接收器20包括调谐器21，用于接收来自天线30的信号并且对接收到的信号进行信号调谐操作。具体地说，调谐器21进行信号滤波和频率转换操作，从而产生中频(IF)信号，按照实施例，该信号以44MHz为中心。表面声波(SAW)滤波器22接收来自调谐器21的IF信号并且对该IF信号进行滤波操作，从而产生经过滤波的IF信号。IF放大器23接收来自SAW滤波器22的经过滤波的IF信号并且对这个经过滤波的IF信号进行放大，从而产生经过放大的IF信号。
电视信号接收器20包括多路径检测单元24，用于接收来自IF放大器23的经过放大的IF信号的样本，检测其中的多路径信号效应并且能够根据检测执行控制功能。对于接收数字电视信号，多路径检测单元24接收具有在信号中引起多个纹波的多路径效应的经过放大的IF信号，并且对至少一个纹波的幅值和在至少两个纹波之间的频率间隔进行检测。对于接收模拟电视信号，多路径检测单元24对画面载波信号的幅值与声音载波信号的幅值之间的差进行检测。根据这个检测，多路径检测单元24通过天线控制器31对天线30和调谐器21的滤波操作中的至少一个进行控制。下面将提供关于多路径检测单元24工作的更多细节。
电视信号接收器20还包括解调和处理单元25，用于执行信号解调和处理(例如，均衡)操作。还提供了处理装置如视频和音频处理单元26，用于执行视频和音频处理操作。按照本发明的原理，在多路径信号效应已经被多路径检测单元24检测并且补偿之前，解调和处理单元25以及视频和音频处理单元26不对信号进行操作。通过在解调之前识别并且减弱多路径信号效应，本发明提供了一些优点，如在接收数字电视信号的过程中减少了丢失关于接收信号的解调锁的可能性。
参照图2，该图示出正常数字电视信号27与具有多路径失真的数字电视信号28之间的对比。为了解释和举例，将信号27和28示为具有导频的VSB数字电视信号。图2示出在IF采样点的正常数字电视信号27。如图所示，正常信号27是没有多路径失真的IF信号。相反，信号28示出在正常信号27上添加了多路径失真。如图2所示，信号28包括由添加了随频率变化的相长的和相消的多路径信号而引起的在其包络线中的纹波。每个纹波的频率间隔与多路径信号的延迟时间的倒数成正比。每个纹波的幅值与多路径信号的幅值成正比。
参照图3，该图示出了按照本发明的原理构成的，用于数字电视信号的多路径检测单元24的第一实施例的细节。在图3中，混频器51接收由图1的IF放大器23提供的IF信号的样本。混频器51将接收到的IF信号与由压控振荡器(VCO)52提供的信号混频，从而将接收到的IF信号转换为较低的频率。按照典型实施例，用100Hz的三角波在47.25MHz与53.25MHz之间对VCO 52进行扫描。带通滤波器53接收由混频器51提供的经过频率转换的IF信号并且对其进行滤波，从而将经过频移的IF信号的在6.25MHz范围内的部分分离出来。图3示出关于带通滤波器53的操作的细节。具体来说，带通滤波器53产生中心为6.25MHz，带宽(BW)为50KHz的经过滤波的输出信号。对于5μs的多路径延迟，频率峰值的间隔为200KHz。因此，对于带通滤波器53来说，50KHz的滤波带宽足以使峰值与空值分离。包括二极管D1、电容器C1和电阻R1的包络线检测器54接收来自带通滤波器53的经过滤波的输出并且产生直流(DC)电压V1。电容器C1和电阻R1的优选值分别为330pf和47KΩ。当重复对VCO 52进行扫描时，由包络线检测器54提供的缓慢变化的DC电压V1与由多路径情况在信号中引起的纹波成正比变化。因此，可以通过观测DC电压V1的变化来确定纹波之间的频率间隔。例如，考虑峰值间隔为200KHz的5ps的多路径延迟。利用100Hz的三角波，在半个周期或者5毫秒内对VCO 52的6MHz间距进行扫描。这样产生的纹波频率间隔为(6MHz)/[(5msec)×(200KHz)]＝6000Hz。
对于三角波来说，如果将VCO 52的控制电压切换到一个或多个特定的DC电压，则可以在V1测量IF信号的特定频率。在使用VSB解调的系统中，还可以对由包络线检测器54产生的DC电压V1进行观测，以便确定导频频率的状态。具体来说，可以将对应导频频率的电压与整个通频带的平均电压进行比较，以检测可能的解调问题。如上所述，在这样的系统中，为了得到解调锁，恢复导频是关键。
缓冲放大器55从包络线检测器54接收纹波并立即进行缓冲和放大操作。包括电容器C2以及电阻R2和R3的RC滤波器56接收缓冲放大器55的输出。电容器C2以及电阻R2和R3的优选值分别为1500pf、47KΩ和47KΩ。RC滤波器56进行滤波操作，以便使纹波的与具有较长时间延迟的多路径成分对应的高频成分(例如超过2120MHz的频率)升压。这些较长时间延迟的成分引起更严重的信号接收问题。
缓冲放大器57接收RC滤波器56的经过滤波的纹波输出并且立即进行缓冲和放大操作。包括二极管D2电容器C3以及电阻R4的包络线检测器58接收缓冲放大器57的输出。电容器C3以及电阻R4的优选值分别为0.68pf和220KΩ。包络线检测器58产生与纹波的峰-峰幅值成比例的DC电压V2。
多路径检测单元24使得根据纹波的频率间隔和分别由DC电压V1和V2所代表的纹波的峰-峰幅值控制功能能够执行。换句话说，本发明将对由V1代表的纹波的频率间隔和由V2代表的纹波的峰-峰幅值的表示用作手段，通过该手段估计多路径情况并且提供校正动作。可以按照不同的方式执行这种控制功能。
按照图1所示的优选实施例，多路径检测单元24通过天线控制器31控制天线30，从而实现改变天线30的方向、增益和/或极性。也可以对来自两个天线的信号进行选择或者组合，以同样实现这种作用。对于接收数字电视信号，多路径检测单元24向天线控制器31提供DC电压V1和V2。天线控制器31比较DC电压V2与整个通频带的DC电压V1的平均值，以估计多路径情况。在这种情况下，已经公认的是V2除以V1(整个通频带的平均值)的值小于0.3一般是可以接受的。按照本实施例的另一变化，天线控制器31可以简单地比较DC电压V2与一个预定值，以估计多路径情况。当然，可以根据本发明的原理使用其他估算DC电压V1和V2的方法。但是，按照一般原理，希望使DC电压V2最小。由天线控制器31进行的比较最好对在350度中均匀间隔的至少8个不同的天线位置进行，这8个不同的天线位置总体覆盖了天线30的全部方向范围。即，天线控制器31应该在各个天线位置的每个位置进行比较，从而确定哪个位置产生的多路径失真量最小。
一旦得到了天线30的理想位置，多路径检测单元24就可以控制调谐器21中的模拟滤波器的调谐。可以利用这一事实减小由较短的多路径信号引起的通频带倾斜(即，频带的低频侧高于频带的高频侧，或相反)。在这种控制方案中，多路径检测单元24向调谐器21提供DC电压V1和V2，调谐器21以与天线控制器31相同或相似的方式进行比较，从而确定哪个模拟滤波器设定产生的多路径失真量最小。即，调谐器21反复调节其滤波器的设定并且按照前述的方式进行比较，从而确定哪个天线设定最好。当然，也可以按照本发明的原理对电视信号接收器20和/或天线30的其他参数进行调节，以便减小多路径效应。
按照另一个优选实施例，由模数转换器(没有示出)对DC电压V1和V2进行数字化，然后由微处理器(没有示出)进行处理，从而估计多路径情况。在本实施例中，可以对微处理器进行编程以便执行这里所描述的控制功能，从而选择电视信号接收器20和/或天线30的产生最小的多路径失真量的设定。
参照图4，示出了按照本发明的原理构成的多路径检测单元24的第二实施例的细节。该第二实施例被设计为检测具有较长时间延迟的多路径信号。具体来说，对于时间延迟超过10微秒的多路径信号，纹波频率为100KHz或更小。实际上，对于小于50KHz的带宽，如图3的带通滤波器53的6.25MHz滤波器难以物理实现。如果滤波器带宽超过纹波间隔，则检测不到纹波。因此，图4所示第二实施例包括将频率转换到500KHz，由此使以该频率为中心的第二滤波器能够在带宽窄得多的情况下使用。以下将参照图4给出对这个第二实施例的详细描述。
在图4中，混频器61接收由图1的IF放大器23提供的IF信号样本。混频器61将接收到的IF信号与压控振荡器(VCO)62提供的信号混频，从而将接收到的IF信号转换为较低的频率。按照典型实施例，用20Hz的三角波在47.25MHz到53.25MHz之间对VCO 62进行扫描。对于该实施例，使三角波的频率减小，以便使更窄的滤波器能够跟随幅值变化。带通滤波器63接收由混频器61提供的经过频率转换的IF信号并且对其进行滤波，从而分离出IF信号在6.25MHz范围内的部分。在图4中图示出了关于带通滤波器63运行的细节。具体来说，带通滤波器63产生以6.25MHz为中心，具有200KHz带宽(BW)的经过滤波的输出信号。
混频器64接收由带通滤波器63提供的经过滤波的输出信号，并且将该经过滤波的输出与由本地振荡器65提供的6.75MHz的信号混频，从而将经过滤波的信号转换为较低频率。另一个带通滤波器66接收由混频器64提供的经过频率转换的信号并且对其进行滤波，从而将该信号在500KHz范围内的部分分离出。在图4中还示出了关于带通滤波器66运行的细节。具体来说，带通滤波器66产生以500KHZ为中心，带宽(BW)为5KHz的经过滤波的输出信号。
包括二极管D3、电容器C4和电阻R5的包络线检测器67接收来自带通滤波器66的经过滤波的输出，并且产生与信号的包络线对应的直流(DC)电压。电容器C4和电阻R5的优选值分别为680pf和47KΩ。当按照频率对本地振荡器65进行扫描时，由包络线检测器67测量的DC电压与由多路径情况引起的信号中的纹波成比例的变化。因此，可以通过观测DC电压V1来确定纹波之间的频率间隔。例如，考虑峰值间隔为100KHz的10psec的多路径延迟。利用20Hz的三角波，在半个周期或者25毫秒内对VCO 62的6MHz间距进行扫描。这样产生的纹波频率间隔为(6MHz)/[(25msec)×(100KHz)]＝2400Hz。
缓冲放大器68接收纹波并且此后立即进行信号缓冲和放大操作。包括电容器C5以及电阻R6和R7的RC滤波器69接收来自缓冲放大器68的输出。电容器C5以及电阻R6和R7的优选值分别为2200pf、47KΩ和47KΩ。RC滤波器69进行滤波操作，使纹波的某些频率成分(例如超过1500Hz的频率)升压。对于许多均流器设计，不能对大于10秒的多路径延迟进行校正。因此，通过强调大于1500Hz的频率，本发明能够建立天线和接收器的设定并避免其超出电流数字均衡器的性能。
缓冲放大器70接收来自RC滤波器69的经过滤波的纹波输出并且此后立即进行信号缓冲和放大操作。包括二极管D4、电容器C6和电阻R8的包络线检测器71接收来自缓冲放大器70的输出。电容器C6和电阻R8的优选值分别为0.18sif和220KΩ。包络线检测器71产生与纹波的峰-峰幅值成比例的DC电压。图4的实施例能够以与图3的实施例相同的方式对天线30和/或调谐器21进行控制。
图3和图4的实施例说明了在特性参数方面的变化。尽管图3的实施例较简单，但是，它能够检测适度长的多路径成分并且能够在自施加输入信号开始的较短的延迟时间的情况下生成输出指示。尽管图4的实施例比较复杂并且需要稍长的测量时间，但是，特别之处在于它能够检测出对系统尤其是对数字均衡器有害的多路径成分。此外，可以用图4的实施例仅扫描信号的一部分(例如，1MHz)。对于更长的多路径成分，通过仅测量频带的一部分，能够更快地进行测量。因此，在电视信号接收器中使用这两个实施例都是理想的。
参照图5，示出了说明用于实施本发明的典型步骤的流程图。为了说明和举例的目的，将结合图1所示电视信号接收器说明图5的流程图。在步骤81，电视信号接收器20接收信号，如经过VSB调制的数字电视信号，该信号具有由在接收到的信号中的多个纹波代表的多路径信号效应。在步骤82，多路径检测单元24检测至少一个纹波的幅值，并检测在至少两个纹波之间的频率间隔。接着，在步骤83，多路径检测单元24根据检测对天线30和调谐器21中的至少一个进行控制。然后，在步骤84，在已经对至少一个信号接收元件进行了控制之后，解调和处理单元25对接收到的信号进行解调和处理(例如，均衡)操作。
如上所述，本发明通过在解调和均衡之前减小多路径信号效应改进了信号接收。通过这样做，本发明有利地减少了在接收数字电视信号的过程中未能获得解调锁的可能性。这里所用的短语“电视信号接收器”意思是包括能够接收电视信号的，有或者没有显示器的任何设备。例如，电视信号接收器包括电视机、磁带录像机(VTR)、机顶盒和数字多用盘(DVD)记录器等，但不限于此。还可以将这些原理应用于其他形式的数字调制，如正交幅度调制(QAM)。
尽管已经将本发明描述为具有优选设计，但是，可以在本说明书的精神和范围内对本发明进一步进行修改。例如，尽管可以将本发明具体应用于数字电视信号接收器，但也可以将其应用于使用NTSC或其他模拟制式的电视信号接收器。具体来说，可以将这里所描述的技术用于测量视频和音频载波的电平。可以对天线和/或其他的接收器参数进行调节，从而在这些载波之间实现与当前的广播实践对应的10dB的额定比率。此外，如果数字信号受到来自NTSC或其他模拟电视信号的干扰，产生的交叉调制或信号漏泄将生成与多路径效应相似的指标，并且可以利用本发明的原理使这种干扰最小。因此，本申请意欲覆盖使用其基本原理的对本发明的任何改变、用途和修改。另外，本申请意欲覆盖那些与本发明地区别仅仅是本发明所述领域中的习惯和惯例，并且落入所附权利要求范围内的改变。例如，可以利用本发明的原理解决与数字无线电广播接收器相关的问题。
权利要求
1.一种设备，包括调谐装置(21)，与RF信号源(30，31)耦合，用于接收来自所述信号源(30，31)的数字射频信号，所述数字射频信号具有由多路径信号效应引起的多个纹波；多路径检测装置(24)，用于对至少一个所述纹波的幅值以及在至少两个所述纹波之间的频率间隔进行检测；并且所述多路径检测装置(24)根据对所述幅值和所述频率间隔的检测，对所述调谐装置(21)和所述信号源(30，31)中的至少一个进行控制。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述信号源包括天线(30)。
3.如权利要求1所述的设备，其中，所述调谐装置(21)包括调谐器模块内部的电路。
4.如权利要求1所述的设备，还包括解调装置(25)，用于在所述多路径检测装置(24)对所述调谐装置(21)和所述信号源(30，31)中的至少一个进行控制之后，对所述调谐装置(21)的输出进行解调。
5.如权利要求1所述的RF信号接收器，其中，所述数字RF信号包括经过残余边带(VSB)调制的电视信号。
6.一种设备，包括调谐装置(21)，与RF信号源(30，31)耦合，用于接收来自所述信号源(30，31)的RF信号，所述RF信号具有多路径信号效应；多路径检测装置(24)，用于检测画面载波信号的幅值和声音载波信号的幅值；并且所述多路径检测装置(24)根据对所述画面和声音载波的相应幅值的检测，对所述调谐装置(21)和所述信号源(30，31)中的至少一个进行控制。
7.如权利要求6所述的设备，其中，所述信号源包括天线(30)。
8.如权利要求6所述的设备，其中，所述调谐装置(24)包括调谐器模块内部的电路。
9.如权利要求6所述的设备，还包括解调装置(25)，用于在所述多路径检测装置(24)对所述调谐装置(21)和所述信号源(30，31)中的至少一个进行控制之后，对所述调谐装置(21)的输出进行解调。
10.一种设备，包括调谐器(21)，与RF信号源(30，31)耦合，用于接收来自所述信号源(30，31)的数字RF信号，所述数字RF信号具有由多路径信号效应引起的多个纹波；多路径检测器(24)，用于对至少一个所述纹波的幅值以及在至少两个所述纹波之间的频率间隔进行检测；并且所述多路径检测器(24)根据对所述幅值和所述频率间隔的检测，对所述调谐器(21)和所述信号源(30，31)中的至少一个进行控制。
11.如权利要求10所述的设备，其中，所述信号源包括天线(30)。
12.如权利要求10所述的设备，还包括解调器(25)，用于在所述多路径检测器(24)对所述调谐器(21)和所述信号源(30，31)中的至少一个进行控制之后，对所述调谐器(21)的输出进行解调。
13.如权利要求10所述的RF信号接收器，其中，所述数字RF信号包括经过残余边带(VSB)调制的电视信号。
14.一种方法，用于对信号接收进行控制，包括如下步骤接收来自RF信号源(30，31)的数字RF信号，所述数字RF信号具有由多路径信号效应引起的多个纹波；对至少一个所述纹波的幅值以及在至少两个所述纹波之间的频率间隔进行检测；并且根据对所述幅值和所述频率间隔的检测，至少对所述调谐装置(21)和所述信号源(30，31)中的一个进行控制。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述信号源包括天线(30)。
16.如权利要求14所述的方法，其中，所述调谐装置(24)包括调谐器模块内部的电路。
17.如权利要求14所述的方法，还包括一个步骤在对所述调谐装置(21)和所述信号源(30，31)中的至少一个进行控制之后，对所述调谐装置(21)的输出进行解调。
18.如权利要求14所述的方法，其中，所述数字RF信号是经过残余边带(VSB)调制的电视信号。
全文摘要
通过在解调和均衡之前识别和减弱多路径信号效应，在数字电视信号接收器中提供了改进的信号接收。按照典型实施例，接收(30)具有多路径信号效应的数字电视信号，多路径信号效应在接收到的信号中引起多个纹波的。对至少一个纹波的幅值以及在至少两个纹波之间的频率间隔进行检测(24)。根据检测(24)，至少对天线(30)和调谐器(21)中的一个进行控制。在至少对天线和调谐器中的一个进行控制之后，可以进行信号解调和均衡处理(25)。
文档编号H04B1/10GK1550073SQ01823659
公开日2004年11月24日 申请日期2001年8月2日 优先权日2001年8月2日
发明者M·W·穆特斯保赫, M W 穆特斯保赫 申请人:汤姆森许可公司