專利名稱：符號定時搜索算法的制作方法
本申請要求美國臨時申請序列號的權益。
背景發(fā)明領域本發(fā)明涉及一種在電視接收機中符號定時恢復的方法和設備。更具體地說，本發(fā)明涉及一種在高分辨率數字電視接收機中有用的符號定時恢復的方法和設備。
相關技術討論任何地面數字TV系統(tǒng)都必須在把信號發(fā)射到接收機時執(zhí)行大量功能和克服很多難題。例如，美國已經采用了利用八電平殘留邊帶(8-VSB)作為它的數字電視調制標準的高級電視系統(tǒng)委員會(ATSC)系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，表示電視節(jié)目的數據作為符號流被發(fā)射，每個符號表示三個數據位。這些符號以指定額定頻率被產生。
來自包括以符號流形式的數字信息的調制信號的數據恢復通常需要接收機具有三個功能符號同步的定時恢復、載波恢復(基帶頻率解調)和信道均衡。本發(fā)明具體涉及一種用于在較大范圍的符號定時恢復(STR)偏移頻率內更可靠和更快速地獲取STR的方法和設備。
符號定時恢復是一個使得接收機符號時鐘(時基)能通過它而被同步到發(fā)射機符號時鐘的過程。它允許按時在最佳點抽樣接收信號來減少與所接收的符號值的決策導向的處理相關的削波誤差(slicing errors)。因此，本發(fā)明的一個重要目的是提供一個用于獲取符號同步的定時恢復環(huán)路。為了把接收機符號抽樣頻率鎖定到所發(fā)射的符號頻率，該符號頻率必須被獲取、估計和跟蹤以便可以以正確的速率和位置按時進行抽樣。例如，盡管系統(tǒng)符號速率可以被指定將為20兆赫(MHz)，然而發(fā)射機和接收機中振蕩器的相應頻率可能隨時間漂移，從而實際的符號頻率不同于指定的符號頻率。在本申請的其余部分接收信號的實際符號頻率和指定符號頻率之間的差值被稱為“偏移”。
在符號定時恢復電路的一個已知的實施例中，接收機中的鎖相環(huán)路(PLL)產生與接收信號同步的符號時鐘。PLL包括一個環(huán)路積分器，它控制壓控振蕩器的頻率。一個相位比較器，用于通過已知方法來比較接收信號和壓控振蕩器的輸出信號的相應的相位，提供控制信號到環(huán)路積分器。當新信號將被接收時，環(huán)路積分器的輸出必須被調整以便壓控振蕩器的頻率與新信號的符號速率相匹配，這稱作獲取過程。
PLL必須能夠鎖定到一個符號頻率值的范圍以便接收來自于從不同的發(fā)射機的信號，這每個發(fā)射機都有它們自己的發(fā)射機時鐘。如上所述，接收信號的符號頻率往往會偏離指定的符號頻率。同樣地，術語偏移可以指的是調整環(huán)形振蕩器來產生鎖定到接收信號中的符號的信號的環(huán)路積分器信號值和調整環(huán)形振蕩器來產生鎖定到指定頻率符號的信號的環(huán)路積分器信號值之間的差值。
在接收機中獲取適當的符號定時恢復涉及幾個問題。例如，如果符號定時恢復(STR)環(huán)路積分器(例如用于先前信號的環(huán)路積分器輸出信號)的起始點遠離新信號最后的鎖定值，則符號定時恢復電路可能用很長的時間來獲取一個信道上的“鎖定”。當狹窄的STR環(huán)路帶寬被使用以便保障可靠的獲取時，該問題甚至變得更加嚴重。實際上，如果STR起始偏移與鎖定值離得太遠，則STR環(huán)路鎖定可能根本就不能可靠地實現。此外，在中度到強的重影的情況下，當起始偏移接近最終偏移時，符號定時鎖定被更可靠地獲取。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及一種用于在發(fā)射機符號時鐘和接收機中的符號時鐘之間建立定時同步的方法，所述接收機用于接收一個格式化為具有一個符號頻率的符號序列并且經受呈現符號定時偏移的信號。該方法包括計算所期望的符號定時恢復(STR)范圍的偏移值的預選數的步驟。偏移值圍繞中心偏移值被充分對稱地分組。每個預選的偏移值都被測試以檢查符號定時恢復鎖定是否可以通過起始于中心值然后逐步離開中心值而被獲取。最后，兩個定時檢測算法被用來最大化STR鎖定的可能性。
結合本發(fā)明原理的又一個實施例提供了一個處理器，用于在發(fā)射機符號時鐘和接收機中的接收機符號時鐘之間建立定時同步，所述接收機用于接收包含具有一個符號頻率的符號序列并且經受呈現符號頻率偏移的信號。這個實施例包括用于計算期望的符號定時恢復(STR)范圍偏移值的預選數的裝置，偏移值圍繞中心偏移值被充分對稱地分組。提供了用于測試每個預選的偏移值以檢查符號定時恢復鎖定是否可以通過起始于中心偏移值并且逐步離開該中心偏移值而被獲取的裝置。還包括使用用于這類測試的兩個檢測算法的裝置，以及用于在這兩個算法之間進行切換以使得STR鎖定可能性最大化的裝置。
附圖概述

圖1是結合了本發(fā)明原理的VSB接收機的框圖；以及圖2是說明根據本發(fā)明原理的獲取方法的流程圖。
詳細說明參考附圖，圖1是結合了本發(fā)明原理的VSB接收機的框圖。地面廣播高清晰度電視(HDTV)模擬輸入信號(IN)通過天線(未示出)被接收。接收信號是載波抑制的8-VSB調制信號，其標準為高級電視標準委員會(ATSC)1995年9月16日提出并被美國采用的電視數字標準，在此它被包括進來以供參考。這類VSB信號由一維的數據符號組表示，其中只有一個坐標軸包括將被接收機恢復的量化數據。如上所述，接收信號由8-VSB格式的數據符號流表示，每個符號表示數字電視信號的三個數據位。這些用符號表示的信號以一個符號頻率出現，其可能不同于額定的指定符號頻率。
接收信號被施加到網絡20的輸入終端10，其包括RF調諧電路和IF處理器。IF處理器包括用于產生IF通帶輸出信號的雙變頻調諧器。網絡20還包括適當的自動增益控制(AGC)電路。網絡20的輸出信號是一個IF通帶輸出信號。這個信號被施加到模數轉換器(ADC)30，其產生過抽樣的數字數據流。ADC 30以21.52MHz的抽樣時鐘頻率過抽樣輸入的10.76兆符號/秒VSB符號數據流，該抽樣時鐘頻率是所接收符號速率的兩倍。這提供了具有每個符號兩個抽樣的過抽樣的21.52兆抽樣/秒數字數據流。采用這樣的每個符號兩個抽樣的處理而不是每個符號一個抽樣的處理，產生了后續(xù)的信號處理功能的有利的操作比如與后續(xù)的DC補償單元50相關；以及符號相位檢測器，其將在下面更詳細地被描述。
圖1中說明的電路的剩余部分在數字領域而不是在模擬領域中被實現。這類電路可以作為專用硬件電路被實現。然而，該電路也可以作為數字信號處理器被實現，該數字信號處理器被安排來執(zhí)行軟件程序以提供所需的處理功能，以上全部用已知方法實現。
通過把數據流施加到網絡40，來自ADC 30的數字數據流被解調到基帶，網絡40是全數字化的解調器和載波恢復網絡。網絡40通過使用一個全數字化鎖相環(huán)路(PLL)來實現這個功能，以響應于所接收的VSB數據流中的小的參考導頻載波。單元40產生輸出I相位解調的符號數據流。
與ADC網絡30和解調器40相連的是段同步和符號時鐘恢復網絡60。符號時鐘恢復功能用來檢測輸入信號中符號的時間位置。然后，抽樣時鐘與所接收的符號流同步產生。如上所述，抽樣時鐘以符號頻率的兩倍被產生并且與所接收的符號同步，結果形成每個符號兩個抽樣。這個抽樣時鐘被連接到ADC30。
當新的信道被調諧時必須獲取符號同步。這個過程將在下面更詳細地描述。一旦獲取，符號同步則必須被保持或被跟蹤。HDTV電視信號作為連續(xù)的幀被發(fā)射，每個幀包括兩個場，每個場包括313段，每個段都包括832個符號。每個場都從場同步段開始，并且每個段(包括場同步段)都從一個四符號同步序列開始，所有的都具有相同固定值。網絡60在所接收數據中每個段開始的時候檢測這些重復的同步分量。段同步信號被提供到其它處理塊(未示出以簡化附圖)。段同步信號的時間位置也被檢測并用來保持恰當相位的21.52MHz抽樣時鐘，其用來通過ADC 30控制數據流符號抽樣，以上都用已知方法實現。
一旦電路60在信道上鎖定以使得接收機時鐘與發(fā)射機時鐘同步，則VSB接收機被調諧到適當的信道并且可以以適當的方式運行。數字解調器和載波恢復電路40的輸出被施加到DC補償電路50，其如上所述補償導頻音的存在。DC補償電路50的輸出被施加到場同步檢測器70和NTSC同信道干擾抑制電路80。電路80的輸出被施加到自適應信道均衡器90，其校正信道失真。
然而，相位噪聲可以隨機地旋轉符號組以使得均衡器90的輸出被施加到相位跟蹤環(huán)路100，其除去來自均衡器90的輸出信號中的殘余相位和增益噪聲。這包括前面的載波恢復網絡40沒有除去的響應于導頻信號的相位噪聲。
來自相位跟蹤環(huán)路100的相位校正的信號輸出然后被單元110格形解碼，被單元120去交錯，Reed-Solomon誤差被單元130校正并且被單元140解擾頻或去隨機化。然后，被解碼的數據流通過單元150進行音頻、視頻和顯示處理。
調諧器和IF處理器單元20、場同步檢測器70、均衡器90、相位跟蹤環(huán)路100、格形解碼器110、去交錯器120、Reed-Solomon解碼器130和解擾頻器140可以使用1994年4月14日的大聯(lián)盟(Grand Alliance)HDTV系統(tǒng)規(guī)范中描述的電路類型。用于執(zhí)行模數轉換器30、數字解調和載波恢復40以及DC補償50功能的電路也是眾所周知的。
本領域熟練技術人員將從以上說明理解段同步信號用來跟蹤符號定時。因為段信號是一個具有已知固定值的四符號序列，為了檢測段同步信號，提供給ADC 30的抽樣時鐘必須已經與接收信號的符號定時同步。這不是當新信號接收時的情況。從而，符號定時必須通過一種用來跟蹤符號定時的不同的方法來獲取。也就是說，當新的信道被調諧時，新接收信號的符號定時必須被檢測，并且提供給ADC 30的抽樣時鐘必須被恰當地定相以在新接收信號中獲取抽樣。
已知的兩種可以檢測相對于抽樣時鐘的符號流中符號的相位而不需要符號同步。Mueller和Muller以及Gardner算法可以用于執(zhí)行本發(fā)明的獲取處理。這兩種算法都是眾所周知的。Mueller和Muller算法在IEEETransactions onCommunications、1976年5月、516-531頁中被描述，其內容援引在此供參考。Gardner算法在IEEETransactions on Communications、Vol.Com-34、no.5、1986年5月、423-428頁中被描述，其內容也援引在此供參考。
Mueller和Muller算法是基于每個符號一個抽樣，但是是決策導向的。Gardner算法不是決策導向的，而是通常需要每個符號兩個抽樣，其中一個抽樣符合符號時間位置。Mueller和Muller算法以及Gardner算法中的每種算法都具有不同的優(yōu)點和缺點，并且實際上每種算法都不是一直工作得比另一種更好。如果只使用一種算法，則它不必可操作于符號定時恢復(STR)必須潛在地能夠處理的所有情況下。電路60的STR定時檢測器獲取算法被安排以使得檢測器將在兩個不同的符號定時算法之間頻繁地切換，以便以一種下面更詳細描述的方式最大化STR鎖定的可能性。
如上所述，實際的符號頻率可以不同于或者偏離在可接受的符號頻率范圍內的額定的指定符號頻率。此外，前面信號的符號頻率有可能朝著范圍一端的方向偏移，而新接收的信號的符號頻率則朝著該范圍另一端的方向偏移。如上所述，在這種情況下，獲取新的符號頻率可能需要很長的時間，或者在最壞的情況下，符號時鐘恢復電路60可能一直不能獲取新信號的符號頻率。
根據本發(fā)明的原理，電路60中的STR符號頻率偏移在獲取階段被設置為不同的值，這些不同的值是從STR很可能穿過的偏移范圍中選擇的。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，STR偏移范圍被指定為±1kHz。這個范圍被分割成九個點，其對應于從額定符號頻率偏移的0、±200Hz、±400Hz、±600Hz以及±800Hz。同樣根據本發(fā)明的原理，為了迅速可靠地在接收機符號時鐘和發(fā)射機符號時鐘之間建立定時同步，本發(fā)明使用上述的兩種定時檢測算法。
圖2是說明根據本發(fā)明原理的獲取方法的流程圖。圖2中說明的搜索算法開始于塊602。在塊604中，上述兩種定時檢測算法的其中一種被選擇。在塊606中，對于所選擇的定時算法，上述九個預先計算的偏移的其中一個用來產生用于ADC 30的抽樣時鐘信號。在塊608中，起始于該預先計算的偏移，做了一個嘗試來鎖定到新接收的信號。在塊610中，做了一個檢測來確定鎖定嘗試是否成功。如果是，則獲取方法在塊612中結束。否則，在塊614中做了一個檢測來確定是否其它預先計算的偏移值仍然將被嘗試。如果是，則下一個預先計算的偏移值在塊606中被選擇，并且在塊608中做了另一個嘗試來鎖定。如果所有預先計算的偏移值都已經嘗試，則在塊616中做了一個檢測來確定是否兩種定時算法都已經被嘗試。如果不是，則另一種定時算法在塊604中被嘗試，并且對于那種定時算法所有預先計算的偏移值都被嘗試。如果兩種定時算法已經對所有預先計算的偏移值嘗試并且沒有獲取鎖定，則在塊618中指出失敗?？蛇x地，圖2中說明的獲取方法可以無限地重復。
如上所述，符號時鐘恢復電路60可以作為適合實現圖2中描述功能的專用硬件來實現?？蛇x地，符號時鐘恢復電路60可以包括可編程的數字信號處理器或微處理器，其在取決于處理器的程序的控制下操作以執(zhí)行圖2中所述的方法。另外，符號定時恢復電路60可以包括可編程處理器和設計成能在DSP的控制下執(zhí)行所選擇功能的專用硬件的組合，以上都以已知的方式實現。
在典型情況下，額定符號頻率和接收信號的實際符號頻率之間的頻率偏移接近于零，或者換言之，接近于符號時鐘恢復電路60可以在其上獲取鎖定的符號頻率的范圍中心。然而，接收信號的實際符號頻率偶而朝向指定鎖定范圍的極端方向，這是由于發(fā)射機和/或接收機的參考時鐘誤差所造成的。從而，通過在上述例子中提到的中心或零kHz選擇一個偏移，獲取方法在塊606中開始并且逐步朝著鎖定范圍的極端方向向外移動即±200Hz，然后±400Hz，然后±600Hz，然后±800Hz。這種算法方案在很寬的STR偏移頻率范圍內和在中度和強的重影存在的情況下允許更可靠更快速的STR獲取。
如上所述，在段同步和符號時鐘恢復電路60中，載頻偏移已經被預先計算來覆蓋STR可能穿過的預期的整個范圍。這將保證更可靠的獲取。因為當從被搜索的偏移值開始時電路60中的STR具有穿過的更短距離，所以實現獲取所用的時間更短并且提供獲取的額外的可靠性。
根據本發(fā)明的原理，利用Mueller和Muller算法，結合Gardner算法，以及上述用于計算所期望的符號獲取范圍的偏移值的預選數的方法，可保證接收機時鐘與發(fā)射機時鐘快速和精確的“鎖定”。因為如上所述當從被搜索的偏移值開始時STR積分器具有更短的穿越距離，所以可實現更可靠的獲取。
雖然本發(fā)明已經相對于特定方法和特定示例被描述，但是在不脫離以下權利要求所限定的本發(fā)明范圍的前提下，本發(fā)明的原理顯然可以用其它方法和方案來實現。例如，Gardner和/或Mueller和Muller符號定時算法可以被修改用于指定用于HDTV傳輸系統(tǒng)的特定VSB信號的更精確的獲取?？蛇x地，除了上述兩種符號定時算法之外的更多算法可以通過把它們包括到圖2所述的方法中來包括。另外，符號頻率的范圍可以比示出的實施例中的1kHz更寬，并且該范圍可以分成比示出的實施例中的九個點更多的點。此外，本領域技術人員將理解調制方法與本發(fā)明沒有密切關系。也就是說，本發(fā)明還可以使用其它數字調制方案，比如正交調幅(QAM)和正交移相鍵控(QPSK)調制。
權利要求
1.一種用于在發(fā)射機符號時鐘和接收機中的本地符號時鐘之間建立定時同步的方法，所述接收機用于接收一個作為符號序列以一個符號頻率被發(fā)射并且經受呈現符號頻率偏移的信號，所述方法包括下列步驟計算用于所期望的符號定時恢復范圍的偏移值的預選數，所述的偏移值圍繞中心偏移值被充分對稱地分組；測試每個所述的預選偏移值，以檢查符號定時恢復鎖定是否可以通過起始于所述的中心偏移值并且逐步離開所述的中心偏移值而被獲取。
2.權利要求1的方法，其中，所接收的信號承載作為調制殘留邊帶(VSB)信號而被發(fā)射的高清晰度電視(HDTV)信號，所述信號被格式化為表示數字圖象數據的符號的一維的數據組。
3.如權利要求1要求的方法，其中，所述期望的符號定時恢復范圍是±1KHz。
4.如權利要求3要求的方法，其中，所述偏移值的預選數是九。
5.如權利要求4要求的方法，其中，所述九個偏移值是0Hz、±200Hz、±400Hz、±600Hz和±800Hz。
6.如權利要求1要求的方法，還包括重復對多個符號定時恢復算法中的每一個的測試步驟的步驟。
7.如權利要求6要求的方法，其中，所述的多個符號定時恢復算法包括Mueller和Muller算法以及Gardner算法。
8.一種用于在發(fā)射機符號時鐘和接收機中的本地接收機符號時鐘之間建立定時同步的處理器，所述接收機用于接收包含具有一個符號頻率的符號序列并且受呈現的符號頻率偏移影響的信號，包括用于計算所期望的符號定時恢復范圍的偏移值的預選數的裝置，所述的偏移值圍繞中心偏移值被充分對稱地分組；用于測試所述預選偏移值以檢查符號定時恢復鎖定是否可以通過起始于所述中心偏移值并且逐步離開所述中心偏移值而被獲取的裝置。
9.如權利要求8要求的處理器，其中，所述接收信號包括高清晰度電視(HDTV)信號，其作為表示數字圖象數據的符號的一維數據組而被發(fā)射。
10.如權利要求8要求的處理器，其中，所述期望的符號定時恢復范圍是±1KHz。
11.如權利要求10要求的處理器，其中，所述偏移值的預選數是九。
12.如權利要求11要求的處理器，其中，所述九個偏移值是0Hz、±200Hz、±400Hz、±600Hz和±800Hz。
13.如權利要求12要求的處理器，還包括用于使用多種符號定時檢測算法來進行所述測試的裝置；以及用于按照需要在所述的算法之間進行切換以使得STR鎖定的可能性最大化的裝置。
14.如權利要求13要求的處理器，其中，所述切換裝置包括用于在測試每個所述預選偏移值之前選擇多種檢測算法的其中一種的裝置。
15.如權利要求13要求的處理器，其中，所述多種定時檢測算法包括Mueller和Muller算法以及Gardner算法。
全文摘要
描述了一種用于在本地接收機符號時鐘和發(fā)射機符號時鐘之間建立定時同步的系統(tǒng)。偏移值的預定數被計算用于所期望的符號定時范圍。所述偏移值圍繞中心偏移值被充分對稱地分組。每個預選擇的偏移值都被測試，以檢查符號定時恢復(STR)鎖定是否能夠通過從中心偏移值開始并且逐步離開這個值(606、608、610和614)而被獲取。最后，兩種定時檢測算法被使用并且按照需要在兩種算法之間進行切換來最大化STR鎖定的可能性(604)。
文檔編號H04L27/02GK1647441SQ03808748
公開日2005年7月27日 申請日期2003年4月15日 優(yōu)先權日2002年4月19日
發(fā)明者W·劉, A·R·博伊勒特, M·T·馬耶 申請人:湯姆森許可公司