专利名称：残留边带接收机的载波和码元定时恢复设备及其恢复方法
技术领域：
本发明的总体构思通常涉及一种可用于残留边带(VSB)接收机的载波和码元定时恢复设备及其恢复方法。更具体地说，本发明的总体构思涉及一种通过使用VSB信号的导频信号、上边带、和下边带来更有效地恢复载波和码元定时的设备，及其恢复方法。
背景技术：
为了使接收根据残留边带(VSB)调制机制发送的数据的数据接收机对VSB调制数据进行精确地解调，必须使从用于数据接收的调协器或RF振荡器生成的频偏和相位噪声(抖动)的高电平最小化。这个过程被称为“载波恢复”。
为了更精确地接收数据，数据接收机应能生成与在数据发送器中使用的时钟信号相同的时钟信号。这个过程被称为“码元定时恢复”。
基于符合先进电视系统委员会(ATSC)的美国数字电视标准的VSB调制方法的数字广播系统使用包括在发送信号中的导频信号来进行载波同步。导频信号是加载到用于传输的载波上以便在数据接收机中可精确地恢复载波的信号。
典型地，码元定时恢复方法使用在数据发送期间由数据发送器有规律地插入的数据分段同步信号，或频带边沿分量最大化(BECM)算法。
图1示出包括导频信号的VSB信号的频谱。
图1的频谱是具有发送到基带的导频信号的普通VSB信号。除了其带宽近似6MHz之外，由ATSC标准定义的数字广播信号的频谱与图1所示的频谱典型地相同。
在图1中，‘a’代表在BECM算法中使用的接收的信号的上边带，‘b’代表接收的信号的导频信号。
图2是示出传统的数字广播接收机的示意性框图。
参照图2，传统的数字广播接收机200包括模数转换器(ADC)201、乘法器203、匹配滤波器205、使用导频信号的载波恢复电路230、以及使用BECM算法的码元定时恢复电路250。
载波恢复电路230包括导频检测器231、相位检测器233、环路滤波器235、以及数控振荡器(NCO)237。
接收的信号由ADC 201数字化，通过乘法器203作为基带信号输出。
载波恢复电路230的导频检测器231检测来自基带信号的导频信号，相位检测器233读取导频信号的相位误差信息。读取相位误差信息的方法根据不同的应用场合而不同。由相位检测器233获得的相位误差信息被提供给环路滤波器235，由NCO 237转换为频率分量，在乘法器203中与接收的信号相乘。
载波恢复电路230重复上述过程，直到由相位误差信息指示的导频信号的相位误差减为零。
码元定时恢复电路250包括BECM部分251、环路滤波器253、以及NCO255。
通过乘法器203产生的基带信号被提供给匹配滤波器205，由匹配滤波器205滤波、然后输出到码元定时恢复电路250。
BECM部分251将来自输入到其的信号(即匹配滤波器205的输出信号)的码元时钟的误差信息输出到环路滤波器253，环路滤波器253输出与误差信息相应的控制电压来控制NCO 255。接下来，NCO 255根据从环路滤波器253接收的控制电压来调整输入到ADC 201的采样时钟。
平稳地并正确地执行载波恢复和码元定时恢复两者对于精确地解调接收的信号来说非常重要。如果它们其中之一失败，则不能精确地解调接收的信号。
然而，实际上，大量噪声共存于无线环境中或信号广播的信道中。因此，典型地接收不到具有与图1中所示的频谱相似的频谱的信号。此外，噪声可充分地破坏接收的信号的导频信号和上边带信号。
被破坏的导频信号指示无法从接收的信号中正确地恢复载波。这样导致了具有传统的数字广播接收机的系统的数据接收性能的恶化。
此外，在某些情况下，接收的VSB调制信号在传输信道产生失真，因此，其上边带被充分地破坏。这也导致了传统的数字广播接收机和相应的系统的性能降低。特别是在多径环境中更经常发生上边带的破坏，从而导致数据接收机性能的恶化。
由于接收的信号的破坏，基于VSB方法的数字广播系统无法完全避免数据接收性能的恶化和载波与码元定时恢复的性能降低。
发明内容
本发明的总体构思提供一种可用于VSB(残留边带)接收机的载波和码元定时恢复设备，无论包含在接收的信号中的导频信号和/或上边带信号的破坏如何，该设备都能恢复载波和码元定时，及其恢复方法。
本发明的总体构思的其它方面将在下面部分地阐释，并从描述中部分地变得清楚，或可通过本发明总体构思的实施来理解。
本发明的总体构思的前述和/或其它方面通过提供一种可用于VSB(残留边带)接收机的载波和码元定时恢复设备来实现，其中，该设备包括模数转换器(ADC)，用于接收VSB调制信号，并使用预定的采样时钟将接收的VSB调制信号转换为数字信号；乘法器，用于将数字信号与预定频率的载波信号相乘来将相乘的结果转换为基带VSB信号；误差检测器，用于分别对基带VSB信号的上边带和下边带执行预定的算法，以基于接收的VSB调制信号的相位信息和预定参考相位信息之间的差值来生成上误差(upper error)信息和下误差(lower error)信息；载波生成器，用于组合上误差信息和下误差信息，并相应地生成频偏被纠正的载波；以及采样时钟生成器，用于组合上误差信息和下误差信息，并相应地生成码元时钟误差被纠正的采样时钟。
预定算法可包括BECM(频带边沿分量最大化)算法。
误差检测器可包括上BECM(upper BECM)部分，用于对基带VSB信号执行BECM算法以生成上误差信息；频谱反转器，用于将基带信号的上边带和下边带进行反转以反转其频谱；以及下BECM(lower BECM)部分，用于对频谱反转信号的执行BECM算法以生成下误差信息。
在对基带VSB信号的频谱进行反转之前，频谱反转器可检测并去除包含在基带VSB信号中的导频信号。
误差检测器可还包括导频检测器，用于检测包含在基带VSB信号中的导频信号；以及相位检测器，用于从检测的导频信号中检测作为接收的VSB调制信号的相位信息的导频相位信息，并将该导频相位信息输出到载波生成器。
载波生成器可包括第一组合器，用于将导频相位信息、上误差信息、以及下误差信息分别与预定的权值相乘，并将各个相乘结果的和作为载波误差信息输出；第一环路滤波器，用于从载波误差信息中滤出第一低频带(low-band)信号；以及第一NCO(数控振荡器)，用于在滤出的第一低频带信号的控制下将频偏被纠正的载波输出到乘法器。
采样时钟生成器可包括第二组合器，用于将上误差信息和下误差信息分别与预定权值相乘，然后将各个相乘结果的和作为码元定时误差信息输出；第二环路滤波器，用于从码元定时误差信息中滤出第二低频带信号；以及第二NCO，用于在滤出的低频带信号的控制下将码元时钟被纠正的采样时钟输出到ADC。
在不同的信道特性下，预定权值可分别根据导频相位信息、上误差信息、下误差信息的可靠性而变化。
载波生成器可包括第一组合器，用于将上误差信息和下误差信息分别与预定的第一和第二权重相乘，并将各个乘积结果的和作为载波误差信息输出；第一环路滤波器，用于从载波误差信息中滤出第一低频带信号；以及第一NCO，用于在滤出的第一低频带信号的控制下将频偏被纠正的载波输出到乘法器。此外，采样时钟生成器可包括第二组合器，用于将上误差信息和下误差信息分别乘以第三和第四权值，并将各个乘积结果的和作为码元定时误差信息输出；第二环路滤波器，用于从码元定时误差信息中滤出低频带信号；以及第二NCO，用于在滤出的第二低频带信号的控制下将码元时钟误差被纠正的采样时钟输出到ADC。
在第一、第二、第三、和第四权值中，第一和第二权值可符号相同，第三和第四权值可符号不同。
此外，第一和第二权值可符号不同，第三和第四权值可符号相同。
VSB调制信号可包括符合ATSC(先进电视系统委员会)的标准的数字广播信号。
本发明总体构思的前述和/或其它方面还通过提供一种可用于数字广播接收机的恢复设备而实现，该设备包括接收单元，用于接收在无线信道上的具有载波和时钟的信号，并根据接收的信号生成基带信号；误差检测器，用于检测在基带信号的至少两个部分中的误差信息；以及载波生成器，用于通过将基带信号的至少两个部分的检测的误差信息进行组合来生成频偏被调整的载波。
本发明总体构思的前述和/或其它方面还通过提供一种可用于数字广播接收机的恢复设备而实现，该恢复设备包括误差检测器，用于接收基带信号，并检测与其导频信号的相位相关的第一误差、与其下边带的相位相关的第二误差、和与其上边带的相位相关的第三误差；以及恢复单元，用于确定导频信号、上边带、和下边带中的任意几个是否被破坏，基于该确定，根据第一、第二和第三误差中的至少一个来恢复原始时钟和原始载波，并输出在发送装置中使用的原始时钟和原始载波。
本发明总体构思的前述和/或其它方面还通过提供一种恢复设备而实现，该恢复设备包括误差检测器，用于接收基带VSB信号，并检测导频信号、上边带、下边带的频偏；以及载波生成器，用于使用导频信号、上边带、下边带的检测的频偏来生成频偏被纠正的载波。
本发明总体构思的前述和/或其它方面还通过提供一种包括载波和码元定时恢复设备的数字广播接收机而实现。该载波和码元定时恢复设备包括误差检测器，用于接收基带信号，并检测与其导频信号的相位相关的第一误差、与其下边带的相位相关的第二误差、和与其上边带的相位相关的第三误差；以及恢复单元，用于确定导频信号、上边带、和下边带中的任意几个是否被破坏；基于该确定，根据第一、第二和第三误差中的至少一个来恢复原始时钟和原始载波；并输出原始时钟和原始载波。
本发明总体构思的前述和/或其它方面还通过提供一种可用于VSB接收机的载波和码元定时恢复方法而实现。该方法包括接收VSB调制信号；使用预定的采样时钟来将接收的VSB调制信号转换为数字信号；将该数字信号乘以预定频率的载波信号来将乘积的结果转换为基带VSB信号；分别对基带VSB信号的上边带和下边带执行预定的算法，以基于接收的VSB调制信号的相位信息和预定的参考相位信息之间的差值来生成上误差信息和下误差信息；组合上误差信息和下误差信息并相应地生成频偏被纠正的载波；以及组合上误差信息和下误差信息并相应地生成码元时钟误差被纠正的采样时钟。
上误差信息和下误差信息的生成可包括对基带VSB信号执行BECM算法以生成上误差信息；将基带VSB信号的上边带和下边带反转以反转其频谱；以及对频谱反转的信号执行BECM算法以生成下误差信息。
频偏被纠正的载波的生成可包括将上误差信息和下误差信息分别乘以第一和第二权值；以及将各个乘积结果相加在一起。码元时钟误差被纠正的采样时钟的生成包括将上误差信息和下误差信息分别乘以第三和第四权值；以及将各个乘积结果相加在一起。此外，在第一、第二、第三、第四权值中，第一和第二权值可符号相同，第三和第四权值可符号不同。此外，第一和第二权值可符号不同，第三和第四权值可符号相同。
本发明总体构思的前述和/或其它方面还通过提供一种可用于VSB接收机的恢复载波和码元定时的方法而实现，该方法包括接收在无线信道上的具有载波和时钟的信号；确定用于至少接收的信号的第一部分和接收的信号的第二部分的相位信息；通过将第一和第二部分的相位信息与参考相位信息进行比较，生成第一误差信息和第二误差信息以分别符合接收的信号的第一部分和第二部分；以及组合第一误差信息和第二误差信息以生成频偏被纠正的载波和码元时钟误差被纠正的采样时钟。
本发明总体构思的前述和/或其它方面还通过提供一种可用于数字广播接收机的恢复载波和码元定时的方法而实现，该方法包括接收基带信号，并检测与其导频信号的相位相关的第一误差、与其下边带的相位相关的第二误差、和与其上边带的相位相关的第三误差；确定导频信号、上边带、和下边带的任意几个是否被破坏；以及基于该确定，根据第一、第二、和第三误差的至少一个来恢复原始时钟和原始载波，并输出在发送装置中使用的原始信号和原始载波。
本发明总体构思的前述和/或其它方面还通过提供一种恢复方法而实现，该方法包括接收基带VSB信号；检测导频信号、上边带、和下边带的频偏；以及使用导频信号、上边带、和下边带的检测的频偏来生成频偏被纠正的载波。
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明总体构思的这些和/或其它方面将会变得清楚和更加容易理解，其中图1图示地示出包括导频信号的VSB信号的频谱；图2是示出传统数字广播接收机的示例性框图；图3是示出根据本发明总体构思的实施例的可用于VSB接收机的载波和码元定时恢复设备的示例性框图；
图4是示出基带VSB信号的频谱的图；图5是示出根据本发明总体构思的实施例的图3的载波和码元定时恢复设备的上BECM(upper BECM)部分的示例性框图；以及图6是示出根据本发明总体构思的实施例的恢复载波和码元定时的方法的流程图。
具体实施例方式
现将详细参照其例子在附图中示出的本发明总体构思的实施例，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。下面参照附图描述实施例以解释本发明的总体构思。
根据本发明的总体构思的实施例的载波和码元定时恢复设备可被安装在接收机中以接收和解调残留边带(VSB)调制信号。载波和码元定时恢复设备执行在发射机和接收机之间的包括最小化频偏和相位噪声的载波恢复以及包括码元时钟误差纠正的码元定时恢复。
根据本发明的总体构思的实施例的载波和码元定时恢复设备可被安装在使用符合先进电视系统委员会(ATSC)的标准的8-VSB调制方法的数字广播接收系统中。下面的描述将基于这样的假设本发明的总体构思的各种实施例的载波和码元恢复设备接收8-VSB数字广播信号。然而，应该理解，本发明总体构思的实施例的载波和码元恢复设备可用于其它类型的数字广播信号。
本发明总体构思的实施例的恢复设备(即载波和码元恢复设备)从接收的VSB信号的导频信号和上边带或下边带信号分量获得频偏信息和码元时钟信息。在这样的方式下，无论由于信道特性导致的导频信号和上边带信号的可能的破坏如何，都可稳定地并精确地执行载波恢复和码元定时恢复。
本发明总体构思的实施例的载波和码元恢复设备可包括在载波恢复和码元定时恢复中使用的用于获取频偏信息和用于纠正码元时钟误差的单个设备。这与在其中使用多个用于恢复载波和码元定时的分立装置的传统的载波和码元恢复设备不同。由于同一设备执行载波和码元定时恢复两者，所以包括本发明总体构思的实施例的载波和码元恢复设备的系统的硬件规模可大大减少。
图3是示出根据本发明总体构思的实施例的可用于VSB接收机的载波和码元定时恢复设备300的示例性框图。
参照图3，载波和码元定时恢复设备300包括模数转换器(ADC)301、乘法器303、误差检测器330、载波生成器340、以及采样时钟生成器350。
载波生成器340恢复载波，采样时钟生成器350恢复码元定时，误差检测器330检测采样时钟生成器350和载波生成器340两者的误差。
ADC 301使用由采样时钟生成器350提供的码元时钟误差被纠正的采样时钟对接收的VSB信号进行采样，乘法器303将数字的(即采样的)VSB信号乘以由载波生成器340提供的频偏被纠正的信号，并将乘积的结果转换为基带信号。下文中，由乘法器303输出的基带信号被称为‘基带VSB信号’。
根据下面的过程可执行载波恢复。误差检测器330接收基带VSB信号，并从接收的基带VSB信号的导频信号和上、下边带中检测出频偏信息。接下来，载波生成器340使用检测出的频偏信息生成频偏被纠正的信号。接下来，乘法器303将频偏被纠正的信号乘以数字VSB信号。
根据下面的过程可执行码元定时恢复。误差检测器330接收基带VSB信号，并检测出来自接收的VSB信号的上、下边带的码元时钟误差信息。接下来，采样时钟生成器350使用检测出的码元时钟误差信息生成码元时钟误差被纠正的采样时钟，并向ADC 301提供码元时钟误差被纠正的采样时钟。
现将提供根据本发明总体构思的实施例的载波和码元定时恢复设备300的每一组件的描述。
ADC 301接收VSB信号并根据从第二NCO 355接收的码元定时被恢复的时钟对接收的VSB信号进行采样。
乘法器303从第一NCO 345接收频偏被纠正的信号，并将频偏被纠正的信号乘以从ADC 301接收的数字VSB信号(即采样的VSB信号)。接下来乘积的结果被转换为基带VSB信号。
基带VSB信号可通过匹配滤波器(未示出)输出。接下来，输出的信号可被输入到均衡器(未示出)并被均衡。
误差检测器330使用包含在基带VSB信号中的导频信号和上、下边带分别检测出用于载波恢复的频偏信息和用于码元定时恢复的码元时钟误差信息。
误差检测器330包括上频带边沿分量最大化(BECM)部分331、频谱反转器333、下BECM部分335、导频检测器337、以及相位检测器339。
现将结合图1和4示出的基带VSB信号的频谱来描述图3误差检测器330。
图1是示出包括导频信号的VSB信号的频谱的图。这样的VSB信号可与根据本发明总体构思的实施例的乘法器303输出的基带VSB信号的频谱相同。
图4是示出与图1的频谱相比的反转的基带VSB信号的频谱的图。
如图4所示，图1的基带VSB信号的下边带频移到上边带‘c’。换句话说，频谱反转器333将基带VSB信号的频谱(图1所示)反转为反转的频谱(图4所示)。因此，图1所示的导频信号的位置‘b’改变为图4的‘d’。
导频检测器337检测来自基带VSB信号的导频信号，相位检测器339根据检测的导频信号生成导频误差信息并将其输出。导频误差信息可包括关于接收的VSB信号的导频信号的相位的信息。
上BECM部分331从乘法器303接收与图1所示的频谱对应的基带VSB信号，并根据接收的VSB信号的上边带‘a’生成和输出载波误差信息和码元时钟误差信息(即码元定时误差信息)(下文中为‘上误差信息’)。上误差信息可包括关于接收的VSB信号的上边带‘a’的相位的信息。
上BECM部分331使用BECM算法以通过对基带VSB信号的上边带(图1中的‘a’)执行BECM算法来生成上误差信息。下面提供上BECM部分331的更详细的描述和BECM算法的原理。
频谱反转器333从乘法器303接收与图1所示的频谱对应的基带VSB信号，并将该频谱反转为如图4所示。结果，图1所示的频谱的下边带频移到图4所示的频谱的上边带‘c’。相似地，图1所示的频谱的上边带‘a’频移到图4所示的频谱的下边带。来自频谱反转器333的输出被提供给下BECM部分335。
频谱反转器333从导频检测器337接收导频信号，并可从频谱反转的基带VSB信号中去除导频信号‘d’(见图4)。因为频谱反转的基带VSB信号包括如图4所示的导频信号‘d’，其易于影响频谱反转的基带VSB信号，所以频谱反转器333可去除该导频信号。
此外，因为从包含导频信号的信号获得的误差信息可能更可靠，所以可不去除导频信号‘d’。图4示出导频信号‘d’未被去除并与频谱反转的基带VSB信号一起被输出到下BECM部分335的情形。下面的描述可应用于包含导频信号的基带VSB信号或不包含导频信号的基带VSB信号，应该理解，本发明的总体构思可用于有导频信号或无导频信号的情形。
下BECM部分335对应于上BECM部分331，从而下BECM部分335执行与上BECM部分331相同的功能。也就是说，下BECM部分335生成并输出用于载波和码元定时恢复的误差信息(下文中为‘下误差信息’)。下误差信息可包括关于接收的VSB信号的下边带的相位信息。两个BECM部分之间仅有的差别在于具有图4所示的频谱的频谱反转的基带VSB信号被输入到下BECM部分335。由于图1所示的基带VSB信号的下边带频移到图4中的频谱的上边带‘c’，所以下BECM部分335通过对被频移到图4所示的频谱的上边带‘c’的图1所示的频谱的下边带执行BECM算法来生成下误差信息。
现参照图5解释使用BECM算法的上、下BECM部分331和335的详细结构。
图5是示出根据本发明总体构思实施例的图3的载波和码元恢复设备300的上BECM部分331的示例性框图。下BECM部分335的结构可与图5所示的上BECM部分331的结构相同。
BECM算法使用基带VSB信号的上边带的谐波信号或谱线通过读取接收的信号的相位信息来生成误差信息。BECM算法的典型例子是加德纳(Gardner)系统。具体地说，BECM算法生成与发送装置的时钟和接收装置的时钟之间的相位差值成正比的误差信号。
参照图5，上BECM部分331包括预滤波器501、非线性部件503、码元频率(symboltone)提取器505、以及相位检测器507。
预滤波器501接收基带VSB信号并仅滤出上边带。非线性部件503生成从预滤波器501输出的信号(即上边带)的谐波分量。
码元频率提取器505从由非线性部件503生成的多个谐波中提取具有与在发送装置中使用的时钟相同的频率的码元频率。
相位检测器507从基于由码元频率提取器505提取的码元频率而预设的参考码元相位和提取的码元频率的相位中检测出码元时钟误差信息。码元时钟误差信息可包括关于接收的VSB信号的码元时钟的相位的信息。
如上所述，除了下BECM部分335接收不同的(即反转的)输入信号外，下BECM部分335可具有与上BECM部分331相同的结构和功能。
如图3所示，误差检测器330通过相位检测器339、上BECM部分331、和下BECM部分335分别生成并输出三种类型的误差信息。实际上，通过正确地组合这三种类型的误差信息可完成载波和码元定时恢复。
执行载波恢复的载波生成器340包括第一组合器341、第一环路滤波器343、以及第一NCO 345。
第一组合器341分别从上BECM部分331、下BECM部分335、和相位检测器339接收上误差信息、下误差信息、和导频误差信息。第一组合器341将上误差信息、下误差信息、和导频误差信息分别乘以第一权值K1、第二权值K2、和第三权值K3。接下来，第一组合器341将各个乘积结果相加以获得载波误差信息。
这里，第一、第二、和第三权值K1、K2、和K3可根据在包含在基带VSB信号中的导频信号、上边带、和下边带的失真中反映出的的信道特性(或状态)而改变。具体地说，较大的权值分配给高可靠性的误差信息。因此，由于下误差信息包含更可靠的导频信号，所以通常大权值被分配给从下BECM部分335接收的下误差信息。然而，如果频谱反转器333从导频检测器337接收导频信号，从基带VSB信号去除导频信号，接下来反转基带VSB信号的频谱，则确定上误差信息和下误差信息具有相同级别的可靠性。在此情形中，上、下误差信息可分别乘以相同的值的第一和第二权值K1和K2。
为了根据信道特性分配合适的权值，有许多获得关于信道特性的信息的方法。例如，可通过分别测量从上BECM部分331、下BECM部分335、和导频检测器337检测出的上边带、下边带、和导频信号的幅度来获得权值。
第一环路滤波器343检测出在从第一组合器341接收的载波误差信息中的仅具有基带信号分量的控制信号，并将该控制信号输出到第一NCO 345。第一环路滤波器343可包括主环路或辅环路，这取决于是将要纠正接收的VSB信号的频偏还是将要纠正接收的VSB信号的频偏和相偏两者。其系数值可根据收敛步骤而改变。
第一NCO 345是根据从第一环路滤波器343接收的控制信号的基带信号分量输出频率被纠正的振荡信号的振荡器电路。由第一NCO 345产生的输出信号具有恢复的载波的频率，并被输出到从ADC 301接收的VSB信号在此被转换为基带VSB信号的乘法器303。
与载波生成器340不同，恢复码元定时的采样时钟生成器350使用由误差检测器330输出的上误差信息和下误差信息。
采样时钟生成器350包括第二组合器351、第二环路滤波器353、以及第二NCO 355。
第二组合器351分别从上BECM部分331和下BECM部分335接收上误差信息和下误差信息。接下来，第二组合器351组合码元定时误差信息并将其输出到第二环路滤波器353。更具体地说，第二组合器351将上误差信号和下误差信息分别乘以第四权值K4和第五权值K5，并将各个乘积的结果相加以产生码元定时误差信息。
第四和第五权值K4和K5可根据在包含在接收的基带VSB信号中的上、下边带信号的失真中反映出的信道特性而改变。因此，较大的权值被分配给高可靠性的误差信息。因此，由于下误差信息包含更可靠的导频信号，所以大权值通常被分配给从下BECM部分335接收的下误差信息。
与上述的第一、第二、和第三权值K1、K2、和K3相似，为了对于不同的信道特性分配合适的权值，有很多获得关于信道特性的信息的方法。例如，可通过测量输入到上BECM部分331和下BECM部分335的信号的幅度来获得第四和第五权值K4和K5。
然而，因为载波频偏和码元定时偏移对上边带和下边带的影响不同，所以设置表1中的下面的情形。
表1
也就是说，如果用于载波恢复的第一和第二权值K1和K2的符号相同，则第四和第五权值K4和K5的符号应该不同。此外，如果用于载波恢复的第一和第二权值K1和K2的符号彼此不同，则第四和第五权值K4和K5的符号应该相同。在本发明总体构思的另一实施例中，通过对来自上、下BECM部分331和335的输出执行预定的操作可改变所述符号。
用于载波恢复的第一和第二权值K1和K2可被设置为相同的符号，用于码元定时恢复的第四和第五权值可被设置为不同的符号。
第二环路滤波器353仅让在从第二组合器351接收的码元定时误差信息中的基带信号分量被滤出或通过，并将该基带信号分量输出到第二NCO 355。
第二NCO 355根据从第二环路滤波器353接收的基带信号分量改变输出频率和ADC 301的采样时钟以恢复码元定时。
载波和码元定时恢复设备300有三种方法来执行载波和码元定时恢复。第一种方法是恢复设备300可使用通过上BECM部分331获得的上误差信息来恢复载波和码元定时。第二种方法是恢复设备300可使用通过频谱反转器333和下BECM部分335获得的下误差信息来恢复载波和码元定时。第三种方法是恢复设备300可使用通过导频检测器337和相位检测器339获得的导频误差信息来恢复载波和码元定时。
上BECM部分331和下BECM部分335可独立地执行载波和码元定时恢复，或使用如图3所示的第一和第二组合器341和351以整合的路径共同地执行载波和码元定时恢复。具体地说，关于载波恢复，包括上、下BECM部分331和335、频谱反转器333、导频检测器337、以及相位检测器339的恢复设备300的全部组件可参与载波恢复。此外，恢复设备300的组件可被单个地使用以提供必要的信息。
然而，为了如在本发明总体构思的一些实施例中那样使用单个设备同时恢复载波和码元定时，可将从上BECM部分331接收的上误差信息和从下BECM部分335接收的下误差信息结合使用。导频检测器337和相位检测器339可被使用，也可不被使用。在不使用导频检测器337和相位检测器339的情形中，第三权值K3被分配为等于零。
在本发明总体构思的另一实施例中，可使用单独的控制器(未示出)来实现误差检测器生成上误差信息和下误差信息中的一个。在此情形中，不可同时执行载波恢复和码元定时恢复。因此，该控制器控制误差检测器330、载波生成器340、以及采样时钟生成器350以顺序地执行载波恢复和码元定时恢复。
图6是示出根据本发明总体构思的实施例的恢复载波和码元定时的方法的流程图。为了示例性的目的，下面参照图1和图3到图6来描述恢复载波和码元定时的方法以及图3的载波和码元定时恢复设备300。
ADC 301对接收的VSB调制信号进行数字化。乘法器303接收数字VSB调制信号，并将数字VSB调制信号乘以从第一NCO 345接收的输出信号以生成具有如图1所示的频谱的基带VSB信号。基带VSB信号分别被输入到误差检测器330的上BECM部分331、导频检测器337、以及频谱反转器333(操作S601)。
误差检测器330的上BECM部分331使用从乘法器303接收的基带VSB信号的上边带‘a’(图1)来执行BECM算法，并相应地生成上误差信息。
频谱反转器333对从乘法器303接收的基带VSB信号的频谱进行反转，生成具有图4所示的频谱的信号并将其输出到下BECM部分335。下BECM部分335使用频谱反转的基带VSB信号的上边带‘c’来执行BECM算法，并相应地生成下误差信息(操作S603)。
导频检测器337在从乘法器303接收的基带VSB信号中检测出导频信号，并将该检测出的导频信号输出到相位检测器339。相位检测器339根据检测出的导频信号生成导频误差信息(操作S603)。
第一组合器341分别从上BECM部分331、下BECM部分335、以及相位检测器339接收上误差信息、下误差信息、以及导频误差信息，并将上误差信息、下误差信息、以及导频误差信息分别乘以第一、第二、以及第三权值K1、K2、以及K3。接下来，第一组合器341将各个乘积结果相加并生成载波误差信息(操作S605)。
第二组合器351分别从上BECM部分331和下BECM部分335接收上误差信息和下误差信息，并将上误差信息和下误差信息分别乘以第四和第五权值K4和K5。第二组合器351将各个乘积结果相加并生成用于码元定时恢复的误差信息。(操作S605)第一环路滤波器343从第一组合器341接收载波误差信息，并将控制信号输出到第一NCO 345。第一NCO 345根据从第一环路滤波器343接收的控制信号改变用于恢复载波的频率，并将恢复的载波输出到乘法器303(操作S607)。
第二环路滤波器353从第二组合器351接收码元定时误差信息，并将控制信号输出到第二NCO 355。第二NCO 355根据从第二环路滤波器353接收的控制信号生成根据码元时钟误差信息恢复的码元时钟误差被纠正的采样时钟，并将恢复的(纠正的)采样时钟输出到ADC 301，从而可执行码元定时恢复(操作S607)。
无论发生在导频信号中的破坏如何，本发明总体构思的各个实施例都可被用于恢复载波和/或码元定时。
此外，即使接收的VSB调制信号的上边带可能被破坏，本发明总体构思的各个实施例也可通过使用接收的VSB调制信号的下边带而不使用上边带来恢复码元定时。因此，无论导致失真和/或破坏的信道特性如何，接收系统的性能都可被改善。
此外，简单的硬件设计可用于实现本发明总体构思的各个实施例以使用单个设备来检测用于载波和码元定时恢复的误差信息。
虽然本发明总体构思的一些实施例已被示出和描述，但本领域技术人员应该理解，在不脱离在所附权利要求及其等同物所限定的其范围的本发明总体构思的原理和精神的情况下，可对这些实施例做出改变。
权利要求
1.一种可用于残留边带调制(VSB)接收机的载波和码元定时恢复设备，该设备包括模数转换器(ADC)，用于接收VSB调制信号，并使用预定的采样时钟将接收的VSB调制信号转换为数字信号；乘法器，用于将数字信号乘以预定频率的载波信号，并将乘积的结果转换为基带VSB信号；误差检测器，用于分别对基带VSB信号的上边带和下边带执行预定的算法，并基于接收的VSB调制信号的相位信息与预定参考相位信息之间的差值生成上误差信息与下误差信息；载波生成器，用于组合上误差信息和下误差信息以生成频偏被纠正的载波；以及采样时钟生成器，用于组合上误差信息和下误差信息以生成码元时钟误差被纠正的采样时钟。
2.如权利要求1所述的设备，其中，预定的算法包括频带边沿分量最大化(BECM)算法。
3.如权利要求2所述的设备，其中，误差检测器包括上BECM部分，用于对基带VSB信号执行BECM算法以生成上误差信息；频谱反转器，用于将基带VSB信号的上边带和下边带进行反转以反转基带VSB信号的频谱；以及下BECM部分，用于对频谱反转的信号执行BECM算法以生成下误差信息。
4.如权利要求3所述的设备，其中，在对基带VSB信号的频谱进行反转之前，频谱反转器检测并去除包含在基带VSB信号中的导频信号。
5.如权利要求3所述的设备，其中，误差检测器还包括导频检测器，用于检测包含在基带VSB信号中的导频信号；以及相位检测器，用于检测作为接收的VSB调制信号的相位信息的来自检测的导频信号的导频相位信息，并将该导频相位信息输出到载波生成器。
6.如权利要求5所述的设备，其中，载波生成器包括第一组合器，用于将导频相位信息、上误差信息、和下误差信息分别乘以预定的权值，并将各个乘积结果的和作为载波误差信息输出；第一环路滤波器，用于从载波误差信息中滤出低频带信号；以及第一数控振荡器(NCO)，用于根据滤出的低频带信号将频偏被纠正的载波输出到乘法器。
7.如权利要求6所述的设备，其中，在不同的信道特性下，预定的权值分别根据导频相位信息、上误差信息和下误差信息的可靠性而变化。
8.如权利要求1所述的设备，其中，载波生成器包括第一组合器，用于将上误差信息和下误差信息分别乘以预定的权值，并将各个乘积结果的和作为载波误差信息输出；第一环路滤波器，用于从载波误差信息中滤出低频带信号；以及第一NCO，用于根据滤出的低频带信号将频偏被纠正的载波输出到乘法器。
9.如权利要求1所述的设备，其中，采样时钟生成器包括第二组合器，用于将上误差信息和下误差信息分别乘以预定的权值，并将各个乘积结果的和作为码元定时误差信息输出；第二环路滤波器，用于从码元定时误差信息中滤出低频带信号；以及第二NCO，用于根据滤出的低频带信号将码元时钟误差被纠正的采样时钟输出到ADC。
10.如权利要求1所述的设备，其中，载波生成器包括第一组合器，用于将上误差信息和下误差信息分别乘以预定的第一和第二权值，并将各个乘积结果的和作为载波误差信息输出；第一环路滤波器，用于从载波误差信息中滤出第一低频带信号；以及第一NCO，用于在滤出的第一低频带信号的控制下将频偏被纠正的载波输出到乘法器；以及采样时钟生成器包括第二组合器，用于将上误差信息和下误差信息分别乘以预定的第三和第四权值，并将各个乘积结果的和作为码元定时误差信息输出；第二环路滤波器，用于从码元定时误差信息中滤出第二低频带信号；以及第二NCO，用于根据滤出的第二低频带信号将码元时钟误差被纠正的采样时钟输出到ADC。
11.如权利要求10所述的设备，其中，在第一、第二、第三、和第四权值中，第一和第二权值的符号相同，第三和第四权值的符号不同。
12.如权利要求10所述的设备，其中，在第一、第二、第三、和第四权值中，第一和第二权值的符号不同，第三和第四权值的符号相同。
13.如权利要求1所述的设备，其中，VSB调制信号包括遵守先进电视系统委员会(ATSC)的标准的数字广播信号。
14.一种可用于数字广播接收机的恢复设备，该设备包括接收单元，用于接收在无线信道上的具有载波和时钟的信号，并根据接收的信号生成基带信号；误差检测器，用于检测在基带信号的至少两个部分中的误差信息；以及载波生成器，用于通过对所述基带信号的至少两个部分的检测的误差信息进行组合来生成频偏被调整的载波。
15.如权利要求14所述的恢复设备，还包括码元定时恢复单元，用于通过对所述基带信号的至少两个部分的检测的误差信息进行组合来生成定时被调整的时钟。
16.如权利要求15所述的恢复设备，其中，所述基带信号的至少两个部分包括其上边带及其下边带。
17.如权利要求15所述的恢复设备，其中，基带信号包括导频信号，而所述基带信号的至少两个部分不包括导频信号。
18.如权利要求15所述的恢复设备，其中，接收单元包括模数转换器，用于接收在无线信道上的信号，并通过根据定时被调整的时钟对接收的信号进行采样来将接收的信号转换为数字信号；以及乘法器，用于通过将该数字信号与频偏被调整的载波相乘来生成基带信号。
19.如权利要求15所述的恢复设备，其中，载波生成器和码元定时恢复单元分别重复地调整载波和时钟，直到原始载波和原始时钟被恢复。
20.如权利要求15所述的恢复设备，其中，基带信号包括导频信号、上边带、和下边带。
21.如权利要求18所述的恢复设备，其中，误差检测器包括导频误差单元，用于确定来自导频信号的导频误差信息；上边带误差单元，用于确定来自上边带的上误差信息；以及下边带误差单元，用于确定来自下边带的下误差信息。
22.如权利要求21所述的恢复设备，其中，载波生成器包括第一组合器，用于根据导频误差信息、下误差信息、和上误差信息的可靠性确定来将第一、第二、和第三权值分别分配给导频误差信息、下误差信息、和上误差信息，并将乘以权值的导频误差信息、乘以权值的下误差信息、和乘以权值的上误差信息进行组合来生成载波误差信息；第一滤波器，用于通过从载波误差信息中滤出基带信号分量来生成控制信号；以及第一振荡器，用于根据所述控制信号来生成频偏被调整的载波，并向接收单元提供该频偏被调整的载波。
23.如权利要求15所述的恢复设备，其中，上边带误差单元包括上BECM单元，用于对基带信号执行频带边沿分量最大化算法以确定上误差信息；以及下边带误差单元包括频谱反转器，用于以其上边带和下边带被反转的方式来将基带信号的频谱进行反转，和下BECM单元，用于对频谱反转的基带信号执行频带边沿分量最大化算法以确定下误差信息。
24.一种可用于数字广播接收机的恢复设备，该恢复设备包括误差检测器，用于接收基带信号，并检测与其导频信号的相位相关的第一误差、与其下边带的相位相关的第二误差、和与其上边带的相位相关的第三误差；以及恢复单元，用于确定导频信号、上边带、和下边带中的任意几个是否被破坏；基于该确定，根据第一、第二、和第三误差中的至少一个来恢复原始时钟和原始载波；以及输出在发送装置中使用的原始时钟和原始载波。
25.如权利要求24所述的恢复设备，还包括接收单元，用于接收具有偏移时钟和偏移载波的信号，并根据偏移时钟和偏移载波从接收的信号生成基带信号；用于从恢复单元接收原始载波和原始时钟；以及用于将偏移时钟调整为原始时钟，并将偏移载波调整为原始载波。
26.如权利要求24所述的恢复设备，其中，误差检测器包括导频误差单元，用于检测在基带信号中的导频信号，并将检测出的导频信号与预定的第一参考相位进行比较以确定第一误差；下误差单元，用于反转基带信号的频谱，并对基带信号的反转的频谱执行频带边沿分量最大化算法以确定第二误差；以及上误差单元，用于对基带信号执行频带边沿分量最大化算法以确定第三误差。
27.如权利要求26所述的恢复设备，其中，下误差信息包括下边带和预定第二参考相位之间的相位差值，上误差信息包括上边带和预定第三参考相位之间的相位差值。
28.如权利要求26所述的恢复设备，其中，上误差单元包括预滤波器，用于接收基带信号，并从其中滤出上边带；以及非线性部件，用于根据从预滤波器接收的滤出的上边带来生成谐波分量；码元频率(symbol tone)提取器，用于从由非线性部件生成的谐波分量中提取具有与由向数字广播接收机发送信号的发送装置所使用的原始时钟相同的频率的码元频率；以及相位检测器，用于根据提取的码元频率检测作为第三误差的时钟相位误差。
29.如权利要求26所述的恢复设备，其中，下误差单元包括频谱反转器，用于以下边带被反转为上边带的方式来将基带信号的频谱进行反转；预滤波器，用于接收反转的基带信号，并从其中滤出反转的下边带；非线性部件，用于根据从预滤波器接收的滤出的反转的下边带来生成谐波分量；码元频率提取器，用于从由非线性部件生成的谐波分量中提取具有与由向数字广播接收机发送信号的发送装置所使用的原始时钟相同的频率的码元频率；以及相位检测器，用于根据提取的码元频率检测作为第二误差的时钟相位误差。
30.如权利要求24所述的恢复设备，其中，恢复单元包括具有被集成地包括在其中的载波恢复单元和码元定时恢复单元的单个设备。
31.如权利要求24所述的恢复设备，其中，恢复单元确定导频信号、上边带、下边带中的任意几个是否被破坏，以在载波恢复操作和码元定时恢复操作中考虑改变信道特性。
32.如权利要求24所述的恢复设备，其中，基带信号从遵守ATSC标准的8残留边带信号获得。
33.如权利要求24所述的恢复设备，其中，恢复单元通过将较大的权值分配给第一、第二、第三误差中较可靠的根据确定来对第一、第二和第三误差赋权值。
34.一种恢复设备，包括误差检测器，用于接收基带VSB信号，并检测导频信号、上边带、和下边带的频偏；以及载波生成器，用于使用导频信号、上边带、和下边带的检测的频偏来生成频偏被纠正的载波。
35.如权利要求34所述的恢复设备，其中，误差检测器还检测上边带和下边带的相偏，并且恢复设备还包括采样时钟生成器，用于使用上和下边带的相偏恢复码元定时。
36.一种数字广播接收机，包括载波和码元定时恢复设备，包括误差检测器，用于接收基带信号，并检测与其导频信号的相位相关的第一误差、与其下边带的相位相关的第二误差、和与其上边带的相位相关的第三误差；以及恢复单元，用于确定导频信号、上边带、和下边带中的任意几个是否被破坏；基于该确定，根据第一、第二、和第三误差中的至少一个来恢复原始时钟和原始载波；以及输出该原始时钟和该原始载波。
37.一种可用于残留边带接收机的载波和码元定时恢复方法，该方法包括接收VSB调制信号，并使用预定的采样时钟将接收的VSB调制信号转换为数字信号；将该数字信号与预定频率的载波信号相乘，并将乘积的结果转换为基带VSB信号；分别对基带VSB信号的上边带和下边带执行预定的算法，并基于接收的VSB调制信号的相位信息与预定参考相位信息之间的差值来生成上误差信息和下误差信息；将上误差信息和下误差信息进行组合，并根据其生成频偏被纠正的载波；以及将上误差信息和下误差信息进行组合，并生成码元时钟误差被纠正的采样时钟。
38.如权利要求37所述的方法，其中，上误差信息和下误差信息的生成包括对基带VSB信号执行频带边沿分量最大化(BECM)算法以生成上误差信息；将基带VSB信号的上边带和下边带进行反转，并反转其频谱；以及对频谱反转的信号执行BECM算法以生成下误差信息。
39.如权利要求37所述的方法，其中，频偏被纠正的载波的生成包括将上误差信息和下误差信息分别乘以第一和第二权值，并将各个乘积结果相加在一起；码元时钟误差被纠正的采样时钟的生成包括将上误差信息和下误差信息分别乘以第三和第四权值，并将各个乘积结果相加在一起。
40.如权利要求39所述的方法，其中，在第一、第二、第三和第四权值中，第一和第二权值的符号相同，第三和第四权值的符号不同。
41.如权利要求39所述的方法，其中，在第一、第二、第三和第四权值中，第一和第二权值的符号不同，第三和第四权值的符号相同。
42，一种可用于VSB接收机的恢复载波和码元定时的方法，该方法包括接收在无线信道上的具有载波和时钟的信号；确定至少接收的信号的第一部分和接收的信号的第二部分的相位信息；通过将第一和第二部分的相位信息与参考相位信息进行比较，生成第一误差信息和第二误差信息以分别符合接收的信号的第一部分和第二部分；以及将第一误差信息与第二误差信息进行组合以产生频偏被纠正的载波和码元时钟误差被纠正的采样时钟。
43.一种可用于数字广播接收机的恢复载波和码元定时的方法，该方法包括接收基带信号，并检测与其导频信号的相位相关的第一误差、与其下边带的相位相关的第二误差、和与其上边带的相位相关的第三误差；确定导频信号、上边带、和下边带中的任意几个是否被破坏；以及基于该确定，根据第一、第二、和第三误差中的至少一个来恢复原始时钟和原始载波，并输出在发送装置中使用的原始时钟和原始载波。
44.一种恢复方法，包括接收基带VSB信号；检测导频信号、上边带、和下边带的频偏；以及使用导频信号、上边带、和下边带的检测的频偏来生成频偏被纠正的载波。
45.如权利要求44所述的方法，其中，频偏的检测还包括检测上边带和下边带的相偏，该恢复方法还包括使用上、下边带的相偏来恢复码元定时。
全文摘要
一种可用于VSB(残留边带)接收机的载波和码元定时恢复设备及其方法。为了恢复载波和码元定时，使用接收的信号的导频信号、上边带和下边带来检测误差信息。每一检测的误差信息被分别乘以预定的权值，并且各个乘积的结果被相加或组合。因此，即使导频信号可能被破坏，也仍然可精确地执行载波恢复。此外，即使接收的VSB调制信号的上边带可能被破坏，也可使用下边带来执行码元定时恢复。其结果是，甚至在不理想的信道特性下，也可改善接收系统的性能。此外，由于通过单个设备执行载波和码元定时恢复，所以使简化其硬件实现变为可能。
文档编号H04L27/06GK1758638SQ20051010807
公开日2006年4月12日 申请日期2005年9月29日 优先权日2004年10月7日
发明者李东勋 申请人:三星电子株式会社