專利名稱：快速符立葉轉換的盲頻道搜索與估計方法
技術領域：
本發明涉及一種快速符立葉轉換的盲頻道搜索與估計方法，特指一種在衛星電視(DVB-S)接收機應用上，利用快速符立葉轉換有效縮短盲掃時間，并且同時保證估計的精度的方法。
背景技術：
數字電視要能蓬勃發展，首要任務就是建立數字平臺。數字平臺指的不只是單純硬設備像是機上盒(Set-Top Box)或者是電視機，更包括數字頻道以及數字內容。畢竟，有內涵及高品質的內容，才能吸引觀眾，并激勵數字內容產業的發展。目前全球數字電視的主要規格可以分為兩大類一是美國市場為主的ATSC(Advanced Television Systems Committee)，一是歐洲的DVB(Digital Video Broadcasting)。
進一步將DVB系統區分，又可以細分為DVBC(Cable)、DVB-S(Satellite)、以及DVB-T(Terrestrial)。所謂DVB-C指的是有線電視標準；DVB-S指的是衛星電視標準；而DVB-T則指無線電視標準。
通過22000miles以上高空的衛星，局端系統業者可將信號，如DigitalVideo Broadcasting-S(DVB-S)，傳至住家建筑物上的衛星天線。這種傳輸方式是用Quadrature Phase Shift Keying(QPSK)的調變方式來傳輸MPEG-2數據。
在諸如衛星電視(DVB-S)接收機這樣的應用中，全盲的信道搜索是一項必不可少的性能。它提供了一種簡便的操作模式，可以使用戶不需要事先知道所接收衛星的節目信息而自動的把所有節目掃描出來。而掃描速度是衡量盲掃算法的性能的最重要的指標之一，快速的搜索可以節省用戶大量的等待時間。
傳統的盲掃方法，是基于后端(back end)軟件控制的掃頻法。它的工作原理是先給調諧器(tuner)設定一個中心頻率，然后啟動基帶解調芯片中的濾波器組(filter bank)和定時恢復環路(timing recovery loop)，從最小的符號速率開始運算，如果定時環路無法收斂，則加大符號速率。如果符號速率超過可能的最大值而一直沒有收斂，則說明這個頻點上沒有信號。那么接下來就需要更新調諧器的中心頻率，在原來基礎上加上一個步長，然后重復以上步驟直至定時環路收斂。
這種方法的缺點是搜索速度非常慢。因為可能的符號速率范圍非常大，從1Mbaud到45Mbaud都有可能；而且衛星信號所占的頻譜也很寬，在Ku波段調諧器的輸入范圍有950MHz～2150MHz。兩者組合產生很多可能性，盲掃要把這些可能性全部搜索一遍，這會導致很長的搜索時間。另外，改變調諧器的中心頻率是一個耗時的過程，頻繁的步進中心頻率會顯著延長搜索時間。定時環路的收斂也是很慢的，利用定時環路來循環搜索符號速率相當慢。以上這些原因都導致了傳統的掃頻法速度極慢。
發明內容
因此，本案發明人為解決上述公用技術無法快速回復影音同步的缺點，潛心研究并配合學理的運用，提出一種快速符立葉轉換的盲頻道搜索與估計方法。
本發明是一種快速符立葉轉換的盲頻道搜索與估計方法，是用以解決公知技術在衛星電視(DVB-S)接機中關于快速頻率掃描時間過長的問題。
為了有效的縮短盲掃時間，并且同時保證估計的精度的目的，本發明的方法是包括等待激活狀態，接著判斷一自動增益控制是否收斂，然后擷取數據采樣點做一符立葉轉換，之后偵測擷取次數是否超過一預定值，通過一濾波器過濾累積后的信號噪聲，判斷整個頻譜是否已搜尋完畢，及完成搜尋及計算出一符號速率及一中心頻偏。
圖1是本發明快速符立葉轉換的盲頻道搜索與估計方法流程圖；圖2A和圖2B是本發明快速符立葉轉換的盲頻道搜索與估計方法最佳實施例流程圖。
具體實施例方式
為了能更進一步了解本發明達成目的所采取的技術、方法及功效，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，相信本發明的目的、特征與特點，可由此得一深入且具體的了解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，并非用來對本發明加以限制。
本發明是利用信號頻譜特性來搜索信道和估計參數。信號的頻譜由快速符立葉變換(FFT)得到。根據符立葉變換的知識得知，調制信號的頻譜的統計值是沿中心軸對稱的，并且如果信號采用均方根升余弦(root raised cosine)波形，如衛星電視標準規定的，能量譜的兩個3dBd衰減點之間的距離就是符號速率，如果不是均方根升余弦波形，那也一定有兩個邊沿點之間距離就是符號速率。所以如果能找到信號頻譜的這兩個邊沿點，就可以計算出符號速率，同時也能算出中心載波的頻偏。這樣在解調模塊開始工作之前，就已經知道了關于信號很精確的信息，使得解調變成有的發散，不用再盲目的搜索。
如圖1所示，是本發明快速符立葉轉換的盲頻道搜索與估計方法流程圖，是包括等待激活狀態(S100)，接著判斷一自動增益控制是否收斂(S102)，若判斷結果為是，則擷取數據采樣點做一符立葉轉換(S104)，接著計算由轉換后結果的一能量且累積保存(S106)，之后偵測擷取次數是否超過一預定值(S108)，該預定值是可為20次，若偵測結果為是，則通過一濾波器過濾累積后的信號噪聲(S110)，計算一頻譜搜尋的范圍(S112)，計算一門限值(S114)，該門限值是包括一最大值及一最小值，且該門限值是由一最大值和一最小值得到，進行該頻譜搜尋的操作(S116)，判斷是否有頻道被搜索出來(S118)，若判斷結果為是，則完成搜尋及計算出一符號速率及一中心頻偏(S120)，致能一解調器的操作(S122)及判斷是否整個需要搜索的頻譜已經搜索完畢(S124)，若判斷結果為是，則直接結束此快速符立葉轉換的盲頻道搜索與估計。
上述該判斷一自動增益控制是否收斂步驟，若判斷結果為否，則回到該等待激活狀態步驟。于該偵測擷取次數是否超過一預定值步驟中，若偵測結果為否，則回到該擷取數據采樣點做一符立葉轉換步驟。在該判斷整個頻譜是否已搜尋完畢步驟中，若判斷結果為否則更進一步包括更新一調諧器上的頻率(S126)，設定依更新后的頻率為該調諧器的頻率(S128)。在該判斷是否整個需要搜索的頻譜已經搜索完畢步驟中，若判斷結果為否則進一步包括更新一調諧器上的頻率(S126)，設定依更新后的頻率為該調諧器的頻率(S128)。
如圖2A及圖2B所示，是本發明快速符立葉轉換的盲頻道搜索與估計方法最佳實施例流程圖，是包括等待激活狀態(S200)，判斷一自動增益控制是否收斂(S202)，若判斷結果為是則擷取數據采樣點做一符立葉轉換(S204)，首先，取1024個數據采樣點做符立葉轉換。以DVB-S常用解調芯片為例，采樣率為90MHz。那么符立葉轉換之后可以看到的信號頻寬為90MHz，而分辨率為90MHz/1024＝87.89KHz。計算由轉換后結果的一能量且累積保存(S206)，將符立葉轉換結果取能量并保存。然后再取1024點做符立葉轉換，將結果取能量后與上一次結果相加并保存這樣擷取次數一共累加20次，用于平均消除信號的隨機性，若判斷一自動增益控制是否收斂步驟中，其判斷結果為否則回到等待激活狀態。
偵測擷取次數是否超過一預定值(S208)，該預定值是可為20次，若偵測結果為是，則過濾通過一濾波器累積后的信號噪聲(S210)，將累加結果經過一個頻域濾波器，削弱頻譜數據上的毛刺，便于做后續處理，若偵測結果為否，則回到擷取數據采樣點做一符立葉轉換步驟。計算一頻譜搜尋的范圍(S212)，考慮調諧器的輸出信號經過了一個模擬濾波器，而這個模擬濾波器的帶寬可能小于45MHz。所以實際搜索范圍不一定是從-45MHz到+45MHz，而是模擬濾波器的帶寬。找出通過搜索頻譜數據的若干最小值和最大值(S214)，進行若干個第一基準值及若干個第二基準值平均化的操作(S216)，獲得平均后的一第三基準值及一第四基準值(S218)。
得到該第三基準值及該第四基準值相加后的一第一門限值(S220)，其中該第一基準值及第三基準值是為一最大值，該第二基準值及第四基準值是為一最小值，該第一門限值計算公式為(第三基準值/4+第四基準值×3/4)，該第一門限值都為一最小信噪比，進行第一次頻譜搜索的操作(S222)，目的是為了確定這個90MHz頻段(假設模擬濾波器的頻寬為45MHz)有沒有信號以及它們的中心位置。比較該第三基準值與該第四基準值相差的大小(S224)，首先比較前面得到的第三基準值和第四基準值相差的倍數，若比較結果為大，則進行一頻段方向的搜尋操作(S226)。
若比較結果為小，則說明沒有信號，可以結束這個90MHz頻段的搜索，接著進行更新調諧器上的頻率(S252)及進行依更新后的頻率來設定調諧器頻率(S254)。在進行該頻段方向的搜尋操作步驟中，該頻段方向是可為由負頻段向正頻段的方向或由正頻段向負頻段的方向。比較由搜尋后所得的若干個數據與該第一門限值的大小(S228)，該比較結果若為大，則包含獲得一第一信號值(S230)，該第一信號值是為一上升沿，如果連續若干點數據大于門限，則說明找到了一個信號的上升沿(左邊沿)。該比較結果若為小，則包含判斷是否整個需要搜索的頻譜已搜索完畢(S250)，該判斷整個頻譜是否已搜尋完畢步驟中，若判斷結果為是，則進一步判斷是搜索到頻道(S238)，若判斷結果為否，則回到進行一頻段方向的搜尋操作步驟。
獲得一第一信號值(S230)，進行一頻段方向的搜尋操作(S232)，比較由搜尋后所得的若干個數據與第一門限值的大小(S234)，判斷整個頻譜是否已搜尋完畢(S236)，在該判斷整個頻譜是否已搜尋完畢步驟中，若判斷結果為是，則判斷是否搜索到頻道(S238)，反之，若判斷結果為否，則回到進行頻段方向的搜尋操作，于該比較由搜尋后所得的若干個數據與第一門限值的大小步驟中，若比較結果為大，則判斷整個頻譜是否已搜尋完畢，反之，若比較結果為小，則進一步包括獲得一第二信號值(S244)，該第二信號值是為一下降沿，若連續若干點小于門限，則說明找到了這個信號的下降沿(右邊沿)。
將該一信號值與該第二信號值平均后獲得一中心載頻的估計(S246)，判斷整個頻道是否已搜尋完畢(S248)，在該判斷整個頻是否已搜尋完畢步驟中，若判斷結果為是，則判斷是否搜索到頻道(S238)，反之，若判斷結果為否，則更新一調諧器上的一頻率(S252)，依更新后的頻率來設定調諧器頻率(S254)。
接著進行為所有搜尋到的信道的一第二搜索及單獨計算一第二門限值(S240)，該第二門限值是包括一最大值及一最小值，該最大值的計算是為取該單獨信道的中心位置的數據進行平均而獲得者，該第二門限值的計算公式為(最大值-最小值)/2+最小值等于(最大值+最小值)/2，依據此第二門限值搜索該信道的能量3dB衰減點，然后計算精確的中心頻偏和符號速率(S242)，因為第一次搜索的門限并不隨著每一個信號的信噪比變化，所以找到的邊沿點往往不是信號的3dB衰減點，這就需要第二次搜索，為每個搜尋到的信道單獨計算門限。
于第二次搜索操作時，首先，取第一次搜索得到的第一個信道，因為我們知道它的中心載頻，所以在它的中心載頻左右各取若干數據點進行平均操作，這樣得到該信道最大值的平均值。所獲得的信道能量(最大值)可能不同，但是噪聲能量都是相同的，所以最小值就取第一次搜索得到的最小值。接著應用上面提到的(最大值+最小值)/2公式得到針對該信道的門限值，以此門限值對該信道從負頻段向正頻段進行搜索。如果連續若干點數據大于門限，則說明找到了一個信號的上升沿(左邊沿)，若連續若干點小于門限，則說明找到了這個信號的下降沿(右邊沿)。而這兩個沿我們認為就是該信道的精確的3dB衰減點。然后用它們求出中心載頻(比第一次求出的更精確)和符號速率。若第一次搜索共搜出N個信道，則將上述過程再重復N-1遍，再結束第二次搜索。
本發明確能借上述所揭露的技術，提供一種迥然不同于公知的設計，能提高整體的使用價值，又因為申請前未見在刊物或公開使用，符合發明專利的申請要求，爰依法提出發明專利申請。
但是，上述所揭露的附圖、說明，僅為本發明的實施例而已，凡精于此項技術者當可依據上述的說明作其它種種的改良，而這些改變仍屬于本發明的發明精神及本發明的權利要求中。
權利要求
1.一種快速符立葉轉換的盲頻道搜索與估計方法，其特征在于，是包括等待激活狀態；判斷一自動增益控制是否收斂；擷取數據采樣點做一符立葉轉換；偵測擷取次數是否超過一預定值；過濾通過一濾波器累積后的信號噪聲；判斷是否有頻道被搜索出來；及完成搜尋及計算出一符號速率及一中心頻偏。
2.如權利要求1所述的快速符立葉轉換的盲頻道搜索與估計方法，其特征在于，該判斷一自動增益控制是否收斂步驟中，若判斷結果為是，則擷取數據采樣點做一符立葉轉換，反之，則回到該等待激活狀態。
3.如權利要求1所述的快速符立葉轉換的盲頻道搜索與估計方法，其特征在于，該偵測擷取次數是否超過一預定值步驟前，是包含計算由符立葉轉換后結果的一能量且累積保存；其中該預定值為20次；其中該偵測擷取次數是否超過一預定值步驟中，若偵測結果為是，則進行過濾通過一濾波器累積后的信號噪聲步驟，反之，則回到該擷取數據采樣點做一符立葉轉換步驟。
4.如權利要求1所述的快速符立葉轉換的盲頻道搜索與估計方法，其特征在于，該過濾通過一濾波器累積后的信號噪聲步驟，更進一步包括計算一頻譜搜尋的范圍；計算一門限值，其中該門限值是包括一最大值及一最小值；及進行該頻譜搜尋的操作。
5.如權利要求1所述的快速符立葉轉換的盲頻道搜索與估計方法，其特征在于，該判斷是否有頻道被搜索出來步驟，若判斷是否有頻道被搜索出來的結果為是，則還包括進行完成搜尋及計算出一符號速率及一中心頻偏；致能一解調器的操作；判斷是否整個需要搜索的頻譜已搜索完畢；若判斷是否整個需要搜索的頻譜已搜索完畢的結果為是時，則結束整個搜索操作；若判斷是否整個需要搜索的頻譜已搜索完畢的結果為否時，進一步包括更新一調諧器上的頻率；設定依更新后頻率的該調諧器頻率；反之，若判斷是否有頻道被搜索出來的結果為否，則更進一步包括更新一調諧器上的頻率；及設定依更新后頻率的該調諧器頻率。
6.一種快速符立葉轉換的盲頻道搜索與估計方法，其特征在于，是包括判斷一自動增益控制是否收斂；擷取數據采樣點做一符立葉轉換；偵測擷取次數是否超過一預定值；過濾通過一濾波器累積后的信號噪聲；計算一頻譜搜尋的范圍；找出通過搜索頻譜數據的若干最小值和最大值；進行第一次頻譜搜索的操作；進行一頻段方向的搜尋操作；判斷是否搜索到頻道；及進行為所有搜尋到的信道的一第二搜索及單獨計算一第二門限值。
7.如權利要求6所述的快速符立葉轉換的盲頻道搜索與估計方法，其特征在于，該判斷一自動增益控制是否收斂前，是包含一等待激活狀態；其中該判斷一自動增益控制是否收斂的結果為是，則進行擷取數據采樣點做一符立葉轉換的步驟，反之，若該判斷一自動增益控制是否收斂的結果為否，則回到該等待激活狀態。
8.如權利要求6所述的快速符立葉轉換的盲頻道搜索與估計方法，其特征在于，該偵測擷取次數是否超過一預定值步驟前，是包含計算由轉換后結果的一能量且累積保存；其中該偵測擷取次數是否超過一預定值步驟，若偵測結果為是，則進行過濾通過一濾波器累積后的信號噪聲的步驟，反之，則回到該擷取數據采樣點做一符立葉轉換；其中該預定值為20次。
9.如權利要求6所述的快速符立葉轉換的盲頻道搜索與估計方法，其特征在于，找出通過搜索頻譜數據的若干最小值和最大值步驟中，進一步包括進行若干個第一基準值及若干個第二基準值平均化的操作，其中這些第一基準值是為一最大值及第二基準值是為一最小值；獲得平均后的一第三基準值及一第四基準值，其中該第三基準值為一最大值及該第四基準值是為一最小值；及得到該第三基準值及該第四基準值相加后的一第一門限值，其中第一門限值都為一最小信噪比，該第一門限值計算公式為(第三基準值/4+第四基準值×3/4)。
10.如權利要求6所述的快速符立葉轉換的盲頻道搜索與估計方法，其特征在于，進行第一次頻譜搜索的操作步驟，進一步包含比較該第三基準值與第四基準值相差的大小，若比較結果為大，則進行一頻段方向的搜尋操作的步驟，其中該頻段方向是可為由負頻段向正頻段的方向或由正頻段向負頻段的方向，反之，若比較結果為小，則包括更新一調諧器上的一頻率；及依更新后的頻率來設定調諧器頻率。
11.如權利要求6所述的快速符立葉轉換的盲頻道搜索與估計方法，其特征在于，該進行一頻段方向的搜尋操作步驟，進一步包括比較由搜尋后所得的若干個數據與該第一門限值的大小；若比較的結果為大時，獲得一第一信號值；若比較的結果為小時，則判斷整個頻譜是否已搜尋完畢；若判斷整個頻譜是否已搜尋完畢的結果為是時，則判斷是搜索到頻道；若判斷整個頻譜是否已搜尋完畢的結果為否時，則包括進行一頻段方向的搜尋操作；比較由搜尋后所得的若干個數據與第一門限值的大小；若比較由搜尋后所得的若干個數據與第一門限值的大小的結果為大時，則獲得一第一信號值；若比較由搜尋后所得的若干個數據與第一門限值的大小的結果為小時，則判斷整個頻譜是否已搜尋完畢；若判斷整個頻譜是否已搜尋完畢的結果為是時，則判斷是否搜索到頻道；若判斷整個頻譜是否已搜尋完畢的結果為否時，則進行一頻段方向的搜尋操作；獲得一第一信號值，其中該第一信號值是為一上升沿；進行一頻段方向的搜尋操作；比較由搜尋后所得的若干個數據與第一門限值的大小；若比較由搜尋后所得的若干個數據與第一門限值的大小的結果為大，則判斷整個頻譜是否已搜尋完畢；若比較由搜尋后所得的若干個數據與第一門限值的大小的結果為小，進一步包括獲得一第二信號值，其中該第二信號值是為一下降沿；將該一信號值與該第二信號值平均后獲得一中心載頻的估計；及判斷整個頻譜是否已搜尋完畢；若判斷整個頻譜是否已搜尋完畢的結果為是時，則判斷是否搜索到頻道；若判斷整個頻譜是否已搜尋完畢的結果為否時，則進行一頻段方向的搜尋操作。
12.如權利要求6所述的快速符立葉轉換的盲頻道搜索與估計方法，其特征在于，該判斷是否搜索到頻道步驟中，若判斷是否搜索到頻道的結果為是，則包括進行為所有搜尋到的信道的一第二搜索及單獨計算一第二門限值；計算依該第二門值的準確的一中心頻偏和符號速率，該第二門限值是包括一最大值及一最小值，其中該最大值的計算是為取該單獨信道的中心位置的數據進行平均而獲得者；其中該第二門限值的計算公式為(最大值-最小值)/2+最小值或(最大值+最小值)/2；反之，若判斷是否搜索到頻道的結果為否，則進一步包括更新一調諧器上的一頻率；及依更新后的頻率來設定調諧器頻率。
全文摘要
本發明是一種快速符立葉轉換的盲頻道搜索與估計方法，是包括等待激活狀態；判斷一自動增益控制是否收斂；擷取數據采樣點做一符立葉轉換；偵測擷取次數是否超過一預定值；過濾通過一濾波器累積后的信號噪聲；判斷整個頻譜是否已搜尋完畢；及完成搜尋及計算出一符號速率及一中心頻偏。本發明是使用于一衛星電視(DVB－S)接收機，以有效的縮短盲掃時間，并且同時保證估計的精度。
文檔編號H03J5/24GK1761302SQ200410083930
公開日2006年4月19日 申請日期2004年10月12日 優先權日2004年10月12日
發明者金越海 申請人:揚智科技股份有限公司