单载波铁路电视单频网的双天线分集信号同步系统

摘要

本发明涉及一种信息技术领域的单载波铁路电视单频网的双天线分集信号同步系统，包括两个RAM输入控制模块，两个RAM，RAM输出控制模块和加和输出模块。其中RAM输出控制模块又包括：两个读使能监测模块，一个读使能开启模块和两个与运算模块。本发明根据双定向天线接收到的两路信号分别同步到的信号帧头位置，将分别同步后的两路信号在时间上按帧头位置对齐，形成一路信号。之后再将此路信号送往后面的均衡器进行均衡，并进行后续处理。本发明不需要使用两套解调模块和相应的TS流选择对齐模块，基本上相当于节省了一台接收机，而且达到了对抗了铁路电视信道条件下的多普勒展宽的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种信息技术领域的单频网广播中的同步系统，尤其是涉及一种单载波铁路电视单频网的双天线分集信号同步系统。

背景技术

目前世界上应用或具有良好应用前景的数字电视广播技术主要分为两类：单载波数字电视广播和多载波数字电视广播。其中单载波数字电视广播主要有：美国的ATSC和中国的ADTB等技术标准；而多载波数字电视广播主要有：欧洲的DVB-T/H，和中国的数字电视地面传输标准(以下简称“国标”)等技术标准。

数字电视现在已经在全球普及，明年美国将强制性的使用数字电视取代模拟电视，但是，应用于铁路即在列车上收看的数字电视还不普及。并且，已有的铁路数字电视的研究基本集中在铁路卫星电视上。铁路电视的主要特点就是接收机移动为线型，并且快速移动。随着列车的不断提速，铁路电视接收机相对固定发射机的速度将会越来越快。

单频网是组建数字电视的一种比较好的组网方法。最大的好处就在于节省频率资源和免去了复杂的频谱规划。单频网组网面对的首要问题就是多径干扰的问题，对待这个问题上，单载波系统的关键技术是均衡器，多载波系统的关键技术是增加符号时间和保护间隔。单频网组网进行数字电视广播地面传输已经被广泛研究，单载波和多载波都被证明可以实现单频网广播。但是对于铁路电视的应用来说，单频网还要面对另外一个问题就是多普勒扩展。

铁路电视的同步发射机组网，常常是沿铁路线分布，而接收机的天线常常被置于列车顶端，一面朝着前面的发射机前进，另一方面背离后面的发射机行驶。处于两个发射站之间的接收机面对的是两根可视路径，在发射站功率覆盖的交叠区内，实际上是面对两个反向多普勒的强径，即列车速度方向迎向的主径信号为正向多频勒频偏，列车速度方向背向的定向天线接收的主径信号为反向多频勒频偏。最差的情况是接收机面临0dB相反方向多普勒频偏的双径。这两个径重叠起来，会形成多普勒扩展。对于单载波来说，这样的多普勒扩展如果直接交给均衡器对抗，就算载波和定时同步可以工作，从星座图上就可以看出这个信号是很难解调的。

使用天线分集接收是解决这个多普勒扩展的一个思路。DVB-T已经有了使用利用分机天线进行分集接收提高移动接收性能的方法，但是并不适用于单载波系统，也没有考虑到铁路电视的这样的复杂信道环境。关于单载波的空间分集技术明显没有多载波的空间分集技术研究的多。另外就是单载波分集多见于，数字电视地面传输，比如美国的一个专利Method and apparatus for reception ofterrestrial digital television signals(专利号09/923，676)介绍了一种单载波的数字电视分集接收技术，但是这种技术并没有针对铁路电视这种0dB反向多普勒双径的信道情况进行设计，并且该专利中每一个天线对应的都是包含均衡器的解调设备。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利“数字电视单频网的分集接收终端及接收方法”中(专利申请号200710041714.7)中描述了一个针对0dB反向多普勒双径的信道而设计的分集接收系统。该专利的实现方案为：信号进入两个带有前后抑制比的天线，前后两个信号经由两幅天线、两个调谐器，分别成为中频信号输出，并分别经过A/D采样下变频，成形滤波之后，分别送到同步模块进行位同步、载波同步和帧同步，同步之后分别送往各自的均衡器，在经过一系列的解映射、解码等处理，形成两路TS(数据传输)流，然后送往一个TS包对齐模块进行选择性合并。这种方法的好处是利用了铁路电视行进线路为直线，发射机始终位于前后两个位置的已知信息，不但使用了天线分集，而且利用了定向天线的特性，是一个有效的解决办法。但是该专利的缺点是使用了两套ADTB解调系统外加一个分集合并模块，增加了成本。

发明内容

本发明针对现有技术的不足之处，提供一种单载波铁路电视单频网的双天线分集信号同步系统，结合铁路电视单频网广播的信道模型为0dB反向多普勒双径这样的已知信息，实现单载波铁路电视单频网中对抗多普勒扩展的双天线分集信号同步。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：两个RAM(随机存取存储器)输入控制模块、两个RAM、一个RAM输出控制模块和一个加和输出模块。其中：

两个RAM输入控制模块，其输入为帧场同步使能和各自同步之后的信号，模块的输出为RAM写使能和写地址，该模块根据各自的帧场同步使能控制各自的RAM写使能，将两路各自同步后的信号存入两个RAM；其中，帧场同步使能指的是标记当前数据为帧、场或者段同步信息的信号，该使能信号高电平有效；

两个RAM，起到延时缓存的作用，负责存放两路各自同步后的信号；

RAM输出控制模块，其输入为帧场同步使能，输出为两个RAM的读使能和读地址，该模块根据帧场同步使能控制两个RAM读使能；

加和输出模块，其输入为两路RAM读出的信号，输出为同步之后的两路输入信号的一路合并信号，该模块将两路输入信号处理后合并为一路。

所述两个RAM输入控制模块，复位之后写使能关闭，在写使能关闭的时候，监测各自的帧同步使能，一旦发帧同步使能出现，则开启写使能，并将写地址设为RAM的首地址，同时启动计数器，随时钟周期进行计数，并监视帧场同步使能；在写使能为开启的时候，一旦计数数值和预先知道的按照正常帧场结构按系统时钟周期计数应该得到的数值不一致，则关闭写使能直到下一个帧同步使能出现，同时将计数器清零，这里，按照正常帧场结构按系统时钟周期计数应该得到的数值由预先知道的信号的调制方式确定。

所述视帧场同步使能为1比特宽度信号，这个信号作为最高位和各自同步后信号的数值合成一个数据一起进入RAM进行缓存。

所述两个RAM，RAM的大小应该取为大于个比特容量的最小的偶数个基本帧场结构的大小。其中，S为两个相邻发射点之间的距离，B为信号带宽，C为光速，这三个值单位都是国际单位，width为采样信号的位宽度，N为一个符号的采样个数，这两个值都是无量纲的。

所述RAM输出控制模块包括：两个读使能监测模块，一个读使能开启模块和两个与运算模块。其中：两路帧同步使能分别进入两个读使能监测模块，两个读使能监测模块输出为两路读使能检测信号、两路标志位信号和两路读地址；两个读使能监测模块输出的两路标志位信号进入读使能开启模块，读使能开启模块输出为一路读使能开启信号；一路读使能开启信号和两路读使能监测信号分别在两个与运算模块进行与运算，得到的结果分别作为相应的RAM的读使能。

所述读使能监测模块，复位之后相应RAM的标志位置0，在标志位为0的时候，监测帧同步使能，一旦发帧同步使能出现，则将相应RAM的标志位置1，并将读地址设为相应RAM的首地址输出给相应的RAM，同时启动计数器，随时钟周期进行计数，并监视帧场同步使能；在标志位为1的时候，一旦计数数值和预先知道的按照正常帧场结构按系统时钟周期计数应该得到的数值不一致，则延时关闭读使能监测信号直到下一个帧同步使能出现，同时将计数器清零。

所述读使能开启模块监测两路标志位，一旦有一路标志位置1，则延时开启读使能开启信号，一旦两路标志位都为0，则延时关闭读使能开启信号。延时和关闭读使能的延时数值设为写RAM半满所用的时间，即也为整数个基本帧场结构进入RAM所需要的时间。

所述加和输出模块，将输入的两路RAM读出的信号的最高位信号做或运算输出作为帧场同步使能，将除最高位外的其他位信号做加法求和输出作为输入均衡器的信号，然后将两种运算的结果合为带有帧场同步使能的一路合并信号输出。

本发明的有益效果是：本发明利用双天线分集信号同步到的帧头位置进行两路信号的再延时同步来进行两路合并，对抗了铁路电视信道条件下的多普勒展宽。本发明不需要使用两套解调模块和相应的TS流选择对齐模块，基本上相当于节省了一台接收机。所以，本发明相比于两个天线两套解调系统的方案，节省了成本。相对于DVB-T的分集接收系统来说，本发明利用了铁路电视单频网固有的已知信息，采用分别同步分别延时的办法解决了恶劣信道环境带来的影响，更适合铁路电视单频网的应用，并且DVB-T的分集针对于多载波系统，也很难和单载波的系统的分集模式相容。由于本发明可以但不能完全消除多普勒效应和多径的影响，所以，本发明更适合使用性能比较强的均衡器的系统，尤其适合于使用了ADTB均衡器的ADTB-R SFN系统。但由于本发明是针对铁路电视单频网的信道环境提出的解决方法，并没有限于单载波，因此单载波系统比如ATSC和多载波系统比如DVB-T组建铁路电视单频网都可以使用本发明。

附图说明

图1是现有技术中的双天线分集接收系统框图。

图2是使用了本发明之后的双天线分集接收系统框图。

图3是本发明应用在在ADTB-R SFN系统中的实施例的框图。

图4是本发明应用在ADTB-R SFN系统的实施例中的RAM输出控制模块的实现框图。

具体实现方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1，为现有技术中的双天线分集接收系统框图。这种方法的实现方案为：信号进入两个带有前后抑制比的天线101和102，前后两个信号经由天线102和101分别进入调谐器103和104，分别成为中频信号输出，并经过A/D采样下变频108和105，成形滤波107和106之后，分别送到同步模块109和116进行位同步、载波同步和帧同步，同步之后分别送往各自的均衡器110和112，在经过一系列的解映射、解码等处理，形成两路TS流，然后送往一个TS包对齐模块114进行合并。这其中模块102、103、108、107、109和110工作在晶振111上，晶振111作为位同步锁相环中的一部分受到同步模块109的控制。模块101、104、105、106、116和112工作在晶振113上，晶振113作为位同步锁相环中的一部分受到同步模块116的控制。模块114工作以及系统后续模块工作在晶振115上。晶振111和113的标称频率一致，对应系统的基带符号钟。

本实施例的双天线分集接收系统框图如图2，可以看出，该系统节省了一套均衡器之后(包含均衡器)的一系列解调和解码模块。

本实施例可应用于ADTB-R SFN系统中，ADTB-R SFN系统是一个铁路电视单频网系统，这个系统是一个单载波系统，并且面对的是典型的铁路电视的0dB反向多普勒双径信道。

本实施例应用在在ADTB-R SFN系统中的实施例的框图如图3，结合图2和图3，具体实施方式为：

两个带有前后抑制比的定向天线201和202接收信号。这两副定向天线分别对准列车前进方向的发射机和列车背离方向的发射机。

两个天线201和202接收到的信号分别进入两个调谐器203和209成为中频信号输出，然后分别经过两个A/D模数转换模块204和210进行下变频采样，然后分别进入两个成形滤波器滤波205和211，然后分别送到两套同步模块206和212。

A/D模数转换模块204、成形滤波器205和同步模块206工作在晶振207上，并且晶振207作为位同步锁相环中的一部分受到同步模块206的控制。A/D模数转换模块210、成形滤波器211和同步模块212工作在晶振213上，并且晶振213作为位同步锁相环中的一部分受到同步模块212的控制。两个晶振的标称值一致，标称频率都和系统的基带符号钟相对应。

双信号同步模块208和解调系统中的后续模块如均衡器215等都工作在一个单独的晶振214上，这个晶振的标称频率和两套A/D模数转换模块、成形滤波器和同步模块所用的晶振相同。

两套同步模块206和212分别对接收信号进行符号、载波和帧同步，输出帧场同步使能和各自同步之后的信号给同一个双信号同步模块。

双信号同步模块208的输入为两套同步模块206和212输出的两套帧场同步使能和各自同步之后的信号，输出为同步之后的两路输入信号的合并信号，以及提供给均衡器的帧场同步信号。

双信号同步模块的功能是根据前端送过来的帧场位置信息调整两路的延时，使得两路信号在延时到同一个帧头参考点上，然后合并输出到均衡器215。

均衡之后的信号将送往解映射等后续模块。

如图3，双信号同步模块的实现由6个部分组成：

两套RAM输入控制模块32和35。模块的输入为帧场同步使能和各自同步之后的信号，模块的输出为RAM写使能和写地址。模块的功能是根据各自的帧场同步使能控制各自的RAM写使能，将两路各自同步后的信号存入两个RAM31和33。RAM输入控制模块32或35的工作方式为：

复位之后写使能关闭。

在写使能关闭的时候，监测各自的帧同步使能，一旦发帧同步使能出现，则开启写使能，并将写地址设为RAM的首地址。

同时启动计数器，随时钟周期进行计数，并监视帧场同步使能。

在写使能为开启的时候，一旦计数数值和预先知道的按照正常帧场结构按系统时钟周期计数应该得到的数值不一致，则关闭写使能直到下一个帧同步使能出现，同时将计数器清零。这里，按照正常帧场结构按系统时钟周期计数应该得到的数值由预先知道的信号的调制方式确定。

来自两个同步模块的帧场使能为1比特宽度信号，这个信号作为最高位和来自两个同步模块的各自同步后信号的数值合成一个信号一起进入RAM进行缓存。

两个RAM31和33。起到延时缓存的作用，负责存放两路各自同步后的信号。RAM的大小应该取为大于个比特容量的最小的偶数个基本帧场结构的大小。其中，S为两个相邻发射点之间的距离，B为信号带宽，C为光速，这三个值单位都是国际单位，width为采样信号的位宽度，N为一个符号的采样个数，这两个值都是无量纲的。由于ADTB-R两个同步发射站之间的距离的典型值为10公里，信号带宽为8M，信号采样位宽是14位，一个符号的采样个数的典型值是1，因此$N\frac{8\mathrm{SB}}{C(\mathrm{width}+1)}=32000,$根据ADTB的帧场段结构，选择RAM大小是可以存放4场的采样值。即RAM读使能启动延时是2场的时间即140ms。

RAM输出控制模块33。模块的输入为帧场同步使能，输出为两个RAM31和33的读使能和读地址。模块的功能为根据帧场同步使能控制两个RAM31和33的读使能。RAM输出控制模块33的工作原理为，如图4所示，由两个读使能监测模块41和44，读使能开启模块43和两个与运算模块42和45实现。

两路帧同步使能分别进入两个读使能监测模块41和44，其输出为两路读使能检测信号，两路标志位信号和两路读地址。读使能监测模块的工作原理为：

复位之后相应RAM的标志位置0。

在标志位为0的时候，监测帧同步使能，一旦发帧同步使能出现，则将相应RAM的标志位置1，并将读地址设为相应RAM的首地址输出给相应的RAM。

同时启动计数器，随时钟周期进行计数，并监视帧场同步使能。

在标志位为1的时候，一旦计数数值和预先知道的按照正常帧场结构按系统时钟周期计数应该得到的数值不一致，则延时关闭读使能监测信号直到下一个帧同步使能出现，同时将计数器清零。

两个读使能监测模块41和44输出的两路标志位信号进入读使能开启模块43，其输出为一路读使能开启信号。读使能开启模块43的工作原理为：

监测两路标志位，一旦有一路标志位置1，则延时开启读使能开启信号。一旦两路标志位都为0，则延时关闭读使能开启信号。

延时和关闭读使能的延时数值设为写RAM半满所用的时间，即也为整数个基本帧场结构进入RAM所需要的时间。

一路读使能开启信号和两路读使能监测信号分别在模块42和45进行与运算，得到的结果分别作为相应的RAM的读使能。

延时和关闭读使能的延时数值设为写RAM半满所用的时间，即也为整数个基本帧场结构进入RAM所需要的时间。

一路读使能开启信号和两路读使能监测信号分别在模块进行与运算，得到的结果分别作为相应的RAM的读使能。

加和输出34。模块的输入为两路RAM读出的信号，输出为同步之后的两路输入信号的一路合并信号。模块的功能是将两路输入信号处理后合并为一路。工作方式为，将输入的两路RAM读出的信号的最高位信号做或运算输出作为帧场同步使能，将除最高位外的其他位信号做加法求和输出作为输入均衡器215的信号，然后将两种运算的结果合为带有帧场同步使能的一路合并信号输出给均衡器215。

相比原来的ADTB SFN双天线分集接收系统，使用了本实施例后，ADTB SFN的双天线分集接收系统节省了一套均衡器之后(包含均衡器)的一系列解调和解码模块，而同样达到了对抗铁路电视信道条件下的多普勒展宽的目的。由于ADTB解调模块中，最复杂最消耗资源的是均衡器模块，因此本实施例的ADTB SFN系统见底了系统的复杂度和不稳定性，并大幅节约了成本。