CN1465155A - 利用同步环路在具有天线分集的接收机中实现定时恢复 - Google Patents

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Abstract

双天线接收机中的同步系统采用分别耦合到不同天线输入的两个定时恢复环路。一个定时恢复环路的分段同步锁定(数据流中分段同步的检测)会促使选择来自相应定时恢复环路的定时误差以用于两个环路内的定时恢复。然后利用所选的定时误差使两个定时恢复环路同步。如果所选的环路失去同步锁定，则选择另一个环路来向两个环路提供定时误差。

Description

利用同步环路在具有天线分集的接收机中实现定时恢复
本发明一般涉及无线传输系统中的定时恢复，更具体地说，涉及在同步环路中为与两个或两个以上天线耦合的接收机实现定时恢复。
目前“高级电视系统委员会”(ATSC)接收机采用单天线系统来接收地面数字电视(DTV)信号。但是，发送远端站或从远端站发出的地面无线信号可能从地形特征、固定或移动物体(如建筑物或车辆)或者大气层的不连续性反射回来。如果没有将反射信号充分吸收或衰减，就会在发射机和接收机之间产生多个不同的传播路径，从而产生称作多径传播的情况。
各种与多径传播相关的问题通常统称为多径衰落，可能会对吞吐量及其它性能标准有决定性影响。“电子工业协会/电信工业协会”(EIA/TIA)提出的标准ISO-2000中陈述了一个将无线信号传输期间的多径衰落影响减至最小的建议，采用时空扩展(STS)，其中利用物理上移位的天线在两个(最好是正交的)信道中的每一个上发送相同编码的数据帧。
在单天线系统中，需要同步环路在接收机内协调发射和接收数据速率偏差；在多天线系统中，仍需要同步环路，但是存在(来自每个天线的)多个输入。因此，现有技术中需要一种采用来自两个或两个以上天线的信号的健壮性同步机制。
为了解决现有技术的上述缺点，本发明的主要目的是提供一种用于双天线接收机的同步系统，该系统采用了两个分别与不同天线输入耦合的定时恢复环路。由一个定时恢复环路执行的分段同步锁定(数据流中分段同步的检测)促使选择两个环路中用于定时恢复的相应定时恢复环路的定时误差。两个定时恢复环路就利用选择的定时误差实现同步。如果用于选定环路的同步锁定丢失，则选择另一个环路为这两个环路提供定时误差。
前述内容相当概括地描述了本发明的特征和技术优点，使得本领域的技术人员能够更好地理解本发明下面的详细说明。本发明的其它特征和优点将随后说明，它们构成本发明权利要求的主题。本领域的技术人员应当理解，可以容易地利用所公开的概念和具体实施例，作为修改或设计实现与本发明相同的目的的其它结构的基础。本领域的技术人员还应认识到，这种等效结构不背离本发明在其最广义形式上的精神和范围。
在对本发明进行如下详细说明之前，给出在此整个专利文件中使用的特定词汇或短语的定义可能会有所帮助：术语“包含”和“包括”及其派生词表示无限制地包括；术语“或”是包括在内，表示和/或；术语“与...相关”和“与之相关”及其派生词可能表示包括、被包括在内、与...互连、包含、被包含在内、连接到或与...连接、耦合到或与...耦合、与...通信、与...配合、交织、并列、接近于、限于或附于、具有、具有...特性等；以及术语“控制器”表示控制至少一个操作的任何装置、系统或其部分，无论此装置是以硬件、固件、软件还是以其中至少两个的某种组合来实现的。应该指出，与任何特定控制器相关的功能可以是集中的，也可以是分布的，或者是本地的，或者是远程的。特定词汇和短语的定义在本专利文件全文中都适用，本领域的技术人员应该理解，这类定义在许多情况下(如果不是大多数情况)适用于这样定义的词和短语的现有以及将来使用。
为了更全面地理解本发明及其优点，参考下文结合附图进行的说明，图中类似数字指示类似对象，其中：
图1说明一种多天线接收机系统，它包括根据本发明一个实施例的用于定时恢复的基于同步锁定的同步环路；
图2详细说明一种根据本发明一个实施例、采用用于定时恢复的基于同步锁定的天线转换的同步系统；以及
图3是根据本发明一个实施例的用于定时恢复的基于同步锁定的天线转换的处理的高级流程图。
本专利文件中，以下讨论的图1至图3以及用于说明本发明原理的各种实施例仅仅是举例说明，而不应视为以任何方式来限定本发明的范围。本领域的技术人员应当理解，本发明的原理可以在任何适当设置的装置中实现。
图1说明一种多天线接收机系统，它包括根据本发明一个实施例的用于定时恢复的基于同步锁定的同步环路。接收机系统100包括具有物理上移位的天线101a和101b的天线阵列101。天线101a和101b不是相隔很近地放在一起(例如半个波长左右)以得到阵列增益，而是相隔足够远，使得接收的信号(几乎)独立地衰落。
天线阵列101与接收机102耦合，在本实施例中，该接收机是数字电视接收机，从天线101a和101b接收分开的输入104和105。本发明还可用于任何接收机，例如宽带无线因特网接入接收机。但是，无论是否是所述实施例，接收机102都包括根据本发明的同步系统103，它采用基于微分器的天线转换来实现定时恢复，如下文的详细说明。
本领域的技术人员应该意识到，图1并未明确地表示接收机系统中的每个组件。而只表示了此系统中本发明特有的和/或对于理解本发明的结构和操作来说是必需的那些部分。
图2详细说明根据本发明一个实施例的采用基于同步锁定的天线转换来实现定时恢复的同步系统。同步系统103包括两个定时恢复环路200和201。由于不同的调谐器与天线101a和101b配合使用，所以采用独立载波恢复机制。
每个定时恢复环路200和201分别包括与输入104和105耦合的抽样率转换器(SRC)202和203，所述输入从天线101a和101b其中之一接收无线信号。抽样率转换器202和203的输出分别被传送到载波恢复(CR)单元204和205，而这两个单元的输出又连接到平方根升余弦(SQRC)滤波器206和207。平方根升余弦滤波器206和207的输出分别传送到定时恢复(TR)单元208和209，而这两个单元又产生用于控制抽样率转换器202和203的控制信号，从而完成定时恢复环路200和201。
抽样率转换器202和203需要来自定时恢复单元208和/或209的输入来进行适当操作，但是定时恢复环路200和201可能会在不良信道条件下失效，使得分集的方式更利于定时恢复算法。虽然信号振幅和符号到达时间可能由于多径传播的原因而变化，但是符号间定时不太可能受影响。这样，用于任一个定时恢复环路200或201的定时恢复误差可用于另一定时恢复环路，至多添加一些延迟因数或恒定的相位偏移。
在本发明中，来自定时恢复单元208和209的定时恢复误差在分段同步检测单元210和211中由分段同步检测来控制。操作中，系统103以“独立”方式进行初始化，定时恢复环路200和201分别在各天线输入104和105上独立工作，复用器213将各个定时恢复单元208和209的输出分别传送到相应定时恢复环路200和201中的抽样率转换器202和203。
当各个分段同步检测单元210或211检测到所接收的无线ATSC信号流中的分段同步时，控制单元212从分段同步检测单元210和211接收信号。如果任一个分段同步检测单元210或211获得同步锁定(在ATSC流中检测到多个分段同步)，则相应的定时恢复环路200或201被选作“主”定时恢复环路，并且由相应定时恢复单元208或209生成的误差值被选择用于同时控制抽样率转换器202和203。
复用器213在控制单元212的控制下，将所选的定时恢复单元208或209的输出传送到抽样率转换器202和203。抽样率转换器202和203则利用所接收的定时恢复误差值来调整从输入104和105接收的无线信号的处理(因此抽样率转换器202和203在同一时刻抽样，但是有恒定的相位偏移)。如果“主”定时恢复环路失去了同步锁定，则控制单元212切换到另一个定时恢复环路作为主定时恢复环路。
当然，也可以采用上述操作方案的多种变型。例如，如果当前“主”定时恢复环路200或201由于任一种原因而失去同步锁定，则系统103可以返回到“独立”方式，两个定时恢复环路202和203分别独立处理各自天线输入104和105，而不是简单地直接切换到另一个定时恢复环路。可以在由于同步锁定检测而在“主”定时恢复环路之间切换时采用滞后方式来保持稳定性。
本发明在如下情况中特别有利：一个天线检测极差的信道，无法独立地获得同步锁定，而另一个天线检测较为良好的信道，能够获得同步锁定。通过本发明，当一个天线104、105及相关的定时恢复环路200、201以及分段同步检测单元210和211获得同步锁定时，整个系统103就具有同步锁定。表1中表示一种初始模拟，将相对良好的信道(可通过目前技术均衡的信道)与非常差的信道(无法通过目前技术均衡或者甚至无法获得同步锁定的信道)组合利用，生成关于数据流中每个连续场同步的信噪比(SNR)和符号差错率(SER)：
      表1
    SNR     SER
    5.586060dB     0.640000
    23.757439dB     0.005714
    37.408863dB     0.000000
    41.548672dB     0.000000
如上所示，所述系统可以在四个场同步内得到均衡而无符号差错，并且得到大约41dB的信噪比。单独处理不良天线信号的标准接收机无法对发送信号进行解码。
图3是根据本发明一个实施例的用于定时恢复的基于同步锁定的天线转换处理的高级流程图。天线转换处理300由图2所示的同步系统103来实现，开始时，两个定时恢复环路启动并且基于来自相应天线的输入而独立工作(步骤301)。然后分别计算两个环路的定时误差(步骤302)。接着，进行关于定时恢复环路之一是否(通过检测分段同步信号)获得了同步锁定的判断(步骤303)。如果不是，则处理返回，以便进一步独立地计算定时误差。但是，如果判断结果是肯定的，则处理选择已获得同步锁定的定时恢复环路作为“主”定时恢复环路(步骤304)，采用来自该环路的定时误差用于两个定时恢复环路内的反馈。
然后判断是否已经失去了同步锁定(步骤305)，或者重复该判断(步骤305)，或者选择另一个定时恢复环路作为主定时恢复环路(步骤306)。该处理无限地继续，直到被外部处理中断为止。
本发明将天线分集应用于定时恢复，特别是用于定时恢复的天线选择和/或切换。利用同步检测选择要在定时恢复和同步中采用哪个天线输入。因此，同步系统只取决于检测最佳信道的天线，而不是取决于检测最差信道的天线或者最佳与最差信道的某种组合。即使其中一个天线无法独立地获得同步锁定，整个系统的同步锁定仍可以获得。采用双天线系统中基于定时恢复的天线转换的ATSC接收机得到定时恢复同步锁定的概率远远大于采用独立同步的接收机。
虽然详细地描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不背离本发明最广义的精神和范围的前提下，可以作出各种更改、替换和改造。

Claims (20)

1.一种用于在定时恢复误差之间切换的同步系统103，它包括：
第一和第二定时恢复环路200、201，它们各与不同的天线输入104、105耦合，并且计算相应的定时误差；
第一和第二同步检测器210、211，它们分别耦合到所述第一和第二定时恢复环路200、201；以及
控制机构，它从所述第一和第二同步检测器210、211接收同步检测信号，并且在从所述第一和第二定时恢复环路200、201其中之一接收到同步检测信号时，选择所述第一和第二定时恢复环路200、201中所述一个所生成的定时误差以用于使所述第一和第二定时恢复环路200、201都与接收信号同步。
2.如权利要求1所述的同步系统103，其特征在于，所述控制机构还包括：
控制单元212，它从所述第一和第二同步检测器210、211接收所述同步检测信号；以及
复用器213，它能够选择性地将来自所述第一和第二定时恢复环路200、201中任一个的定时误差传送到所述第一和第二定时恢复环路200、201二者内的反馈点202、203，
所述控制单元212选择所述第一和第二定时恢复环路200、201中所述一个环路所计算的所述定时误差，使所述复用器213将所述选择的定时误差传送到所述第一和第二定时恢复环路200、201二者内的所述反馈点202、203。
3.如权利要求2所述的同步系统103，其特征在于，所述第一和第二定时恢复环路200、201各自还包括对相应天线输入进行抽样并形成所述定时恢复环路200、201的所述反馈点的抽样率转换器202、203，所述抽样率转换器202和203利用所述选择的定时误差来控制所述相应天线输入104、105的抽样。
4.如权利要求3所述的同步系统103，其特征在于，所述第一和第二定时恢复环路200、201分别还包括为所述定时恢复环路200、201计算定时误差并将所述定时误差传送到所述复用器213的定时恢复单元208、209。
5.如权利要求4所述的同步系统103，其特征在于，所述第一和第二定时恢复环路200、201分别在最初接收由所述相应的定时恢复环路200、201内的所述定时恢复单元208、209计算的所述定时误差，直到所述第一和第二同步检测器210、211其中之一检测到分段同步为止。
6.如权利要求4所述的同步系统103，其特征在于，当与产生所述选择的定时误差的所述定时恢复环路200、201对应的所述第一和第二同步检测器210、211其中之一的同步锁定失去时，控制单元212切换到所述第一和第二定时恢复环路200、201中的另一个环路所生成的定时误差。
7.如权利要求4所述的同步系统103，其特征在于，所述第一和第二定时恢复环路200、201各自还包括载波恢复单元204、205以及信号滤波器206、207。
8.一种接收机102，它包括：
第一和第二天线输入104和105；以及
用于在定时恢复误差之间切换的同步系统103，其中包括：
第一和第二定时恢复环路200、201，它们各与不同的天线输入104、105耦合，并且计算相应的定时误差；
第一和第二同步检测器210、211，它们分别耦合到所述第一和第二定时恢复环路200、201；以及
控制机构，它从所述第一和第二同步检测器210、211接收同步检测信号，并且在从所述第一和第二定时恢复环路200、201其中之一接收到同步检测信号时，选择所述第一和第二定时恢复环路200、201中所述一个环路所生成的定时误差以用于使所述第一和第二定时恢复环路200、201都与接收信号同步。
9.如权利要求8所述的接收机102，其特征在于，所述控制机构还包括：
控制单元212，它从所述第一和第二同步检测器210、211接收所述同步检测信号；以及
复用器213，它能够选择性地将来自所述第一和第二定时恢复环路200、201中任一个的定时误差传送到所述第一和第二定时恢复环路200、201二者内的反馈点202、203，
所述控制单元212选择所述第一和第二定时恢复环路200、201中所述一个环路所计算的所述定时误差，并且使所述复用器213将所述选择的定时误差传送到所述第一和第二定时恢复环路200、201二者内的所述反馈点202、203。
10.如权利要求9所述的接收机102，其特征在于，所述第一和第二定时恢复环路200、201各自还包括对相应天线输入104、105进行抽样并且形成所述定时恢复环路200、201的所述反馈点的抽样率转换器202、203，所述抽样率转换器202、203利用所述选择的定时误差来控制所述相应天线输入104、105的抽样。
11.如权利要求10所述的接收机102，其特征在于，所述第一和第二定时恢复环路200、201各自还包括为所述定时恢复环路200、201计算定时误差并将所述定时误差传送到所述复用器213的定时恢复单元208、209。
12.如权利要求11所述的接收机102，其特征在于，所述第一和第二定时恢复环路200、201各自在最初接收所述相应定时恢复环路200、201内的所述定时恢复单元208、209所计算的所述定时误差，直到所述第一和第二同步检测器210、211其中之一检测到分段同步为止。
13.如权利要求11所述的接收机102，其特征在于，当与产生所述选择的定时误差的所述定时恢复环路200、201对应的所述第一和第二同步检测器210、211其中之一失去同步锁定时，控制单元212切换到所述第一和第二定时恢复环路200、201中的另一个环路所产生的定时误差。
14.如权利要求11所述的接收机102，其特征在于，所述第一和第二定时恢复环路200、201各自还包括载波恢复单元204、205以及信号滤波器206、207。
15.一种在定时恢复误差之间切换的方法，它包括：
对耦合到不同天线输入104、105的第一和第二定时恢复环路200、201中的每一个计算定时误差；
监测所述第一和第二定时恢复环路200、201所处理的信号以获取同步信号；以及
响应在所述第一和第二定时恢复环路200、201其中之一内检测到同步信号，选择所述第一和第二定时恢复环路200、201中所述一个环路所生成的定时误差以用于使所述第一和第二定时恢复环路200、201都与接收信号同步。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，选择所述第一和第二定时恢复环路200、201其中之一所生成的定时误差以用于使所述第一和第二定时恢复环路200、201都与接收信号同步的步骤还包括：选择性地将来自所述第一和第二定时恢复环路200、201中任一个环路的定时误差传送到所述第一和第二定时恢复环路200、201二者内的反馈点202、203。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于还包括：
在各个相应的定时恢复环路200、201的所述反馈点202、203对各个相应的天线输入104、105进行抽样；
采用所选择的定时误差来控制两个天线输入104、105的抽样。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于还包括对第一和第二定时恢复环路200、201中的每一个环路计算定时误差并将所述定时误差传送到复用器213。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于还包括：最初采用所述相应的定时恢复环路200、201内的定时恢复单元208、209所计算的所述定时误差，直到定时恢复环路200、201内的第一和第二同步检测器210、211其中之一检测到分段同步为止。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于还包括：当与生成所述选择的定时误差的所述定时恢复环路200、201对应的第一和第二同步检测器210、211其中之一失去同步锁定时，切换到所述第一和第二定时恢复环路200、201中的另一个环路所生成的定时误差。
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