能適應動態環境變動的單載波傳輸系統及其方法
2023-06-29 12:44:46 1
專利名稱：能適應動態環境變動的單載波傳輸系統及其方法
技術領域：
本發明一般涉及單載波傳輸系統及其方法，尤其涉及能夠改善被傳輸的信號的可靠性的單載波傳輸系統及其方法。
背景技術：
在通信多媒體、計算機和廣播時代，世界各國都一直在數位化模擬類型的廣播。特別是在發達國家如美國、歐洲和日本，使用衛星的數字廣播系統已經被開發並且投入實用。隨著快速的發展，在各國分別提議了不同的用於數字廣播的標準。
在1996年12月24日，美國的聯邦通信委員會(FCC)通過了把高級電視系統委員會的數位電視標準作為下一代TV的廣播標準。所有的地面廣播操作者必須遵守和視頻/音頻壓縮、分組數據傳輸結構、調製和傳輸系統規範有關的ATSC標準。只有視頻格式的規範沒有被宣布(stated)，而是由工業界決定。
根據ATSC標準，所述視頻壓縮方案採用運動圖像專家組-2(MPEG-2)的ISO/IEC IS13812-2標準。該標準已經被採用為全球所有數字廣播類型的標準。音頻壓縮方案採用由Dolby提議的數字音頻壓縮-3(AC-3)標準。MPEG-2系統的ISO/IEC IS13812標準已經被採用為一種多路復用方法。這種多路復用方法和視頻壓縮方案一起被用作歐洲的提案中。8-殘餘邊帶(8-VSB)被採用為調製和傳輸的方法。所述VSB方法被提議用於數位電視廣播，使用6MHz的頻帶以通過一個簡單結構獲取19.39Mbps的高頻帶效率數據傳輸率。這也被設計用來最小化與國家電視標準委員會(NTSC)的現存廣播系統的廣播信道之間的幹擾。為了即使在噪聲環境下也能穩定操作，這種方法使用了導頻信號、段同步信號、和欄位同步信號。進一步，為了避免錯誤，該方法使用了裡德-所羅門(RS)碼和網格(Trellis)編碼。
ATSC數位電視標準是用於使用單載波VSB方法以6MHz頻帶傳輸高質量視頻、音頻和附加數據，並且支持同時地面廣播模式和高數據率有線廣播模式。本方法的主要方面在於8-VSB調製方法，該方法是現存模擬VSB方法的一種修改形式，能夠執行數位訊號調製。
圖1是示出根據ATSC標準的數字廣播系統的示意性方框圖。參照圖1，所述數字廣播系統包括擾碼器10、前向糾錯(FEC)單元20、多路復用器(MUX)30、導頻插入單元40、調製單元50和射頻(RF)轉換器60。所述FEC單元20包括裡德-所羅門(RS)編碼器21、交織器23和網格編碼器25。
擾碼器10被稱為數據隨機器，它對傳輸的數據信號進行隨機化操作，藉此防止由於在同步數據傳輸期間由於重複數字諸如00000000b或11111111b引起的同步信號丟失的問題。擾碼器10用預定的模式改變每個數據信號的字節，並且這個處理是反向進行的以便精確的值在接收端被恢復。
RS編碼器21是添加給輸入數據流的FEC結構。FEC是修正在數據傳輸期間發生的比特錯誤的技術之一。大氣中的噪聲、多路頻率、信號衰減和接收機的非線性是誤碼的原因。當傳輸的數據是在MPEG-II傳輸流中時RS編碼器21在187位元組的尾部添加20位元組。這種添加的20位元組被稱為裡德-所羅門奇偶字節。接收機比較接收的187位元組和該20奇偶字節，藉此確定接收的數據的準確性。在檢測到錯誤的情況下，接收機找到錯誤的位置，並且通過修正變形的字節來恢復原始信號。通過使用這種方法每個流可以恢復多到10個字節的錯誤。然而，超過10個字節的錯誤不可恢復，因而，整個流被丟棄。
交織器23對數據流的順序進行交織，藉此在時間軸上分散傳輸的數據。通過這樣做，傳輸的數據變得不怕(不敏感)幹擾。通過分散傳輸的數據，當噪聲出現在特定的位置時保留了在其它頻帶的信號。接收機逆轉上述的處理，藉此把分散的傳輸信號恢復成和原始信號完全一樣。
和RS編碼器21不同，網格編碼器25具有一個不同類型的FEC結構。並且，和構成整個MPEG-II流的RS編碼器21不同，網格編碼器25考慮到時間的影響進行編碼。這被稱作是卷積碼。網格編碼器25把8比特的字節分成4個2比特字。所述2比特字被和前一個字比較，並且生成一個3比特的二進位碼，目的在於描述從前一個字到當前字的改變。該3比特碼被傳輸到所述8-VSB的8電平碼元而不是原始的2比特字(3比特＝8電平)。因此，輸入到網格編碼器25的2比特字被轉換並作為3比特信號輸出。因為這個特徵，8-VSB有時被稱為2/3速率編碼器。網格編碼的優勢在於信號可以被以時間單位跟蹤，從而清除了錯誤信息。
在網格編碼器25的網格編碼後，多路復用器30在傳輸信號中插入段同步和欄位同步。導頻插入單元40把ATSC導頻插入到被插入了段同步和欄位同步的傳輸信號。這裡，在剛完成調製後，立刻向8-VSB基帶信號施加一個有輕微直流偏差的1.25v。當這發生時，在調製頻譜的零頻率點出現一個輕微的殘餘載波。這種生成的殘餘載波被稱為「ATSC導頻」。
調製單元50通過使用8-VSB調製對從導頻插入單元40接收的信號調製。射頻轉換器60轉換調製的信號，並且通過天線輸出轉換的信號。
ATSC數據段由原始MPEG-II數據流的187個字節和20個字節構成。在網格編碼後，段的207個字節被變成828(207×4)個8電平碼元流。
段同步信號是4個1位元組的脈衝，所述脈衝被重複地添加到數據段的開頭和用於替換原始MPEG-II傳輸流的同步字節。接收機能夠從完全隨機的數據中區分重複模式的段同步信號，並且還能在即使噪聲和幹擾處於不允許數據自我恢復的水平時還能精確地恢復時鐘。在圖2中示出了段同步信號(即，段同步)被分配給其的傳輸信號的段。如示出的，傳輸信號的段包括4個碼元的段同步信號、分別為63個碼元的3個偽噪聲(PN)序列、24個碼元的傳輸模式、96個保留碼元和12個預碼碼元。PN序列是用於接收機的同步和信道估計的同步信息序列。PN序列由PN序列產生單元(未示出)所產生，並且被多路復用器30插入到傳輸信號中。
圖3是示出ATSC數據的幀結構的視圖。參照圖3，ATSC數據的欄位包括313個連續的數據段，並且ATSC欄位同步(即欄位sync)成為欄位數據段。ATSC數據幀由2個ATSC數據欄位構成。
以時間間隔24.2ms重複ATSC數據欄位，這和NTSC的16.7ms垂直間隔類似。段同步具有眾所周知的數據碼元模式，並且被用在接收機中以清除重影。更具體地說，清除重影是通過把包含錯誤的信號和欄位同步比較，並使用得出的錯誤矢量調整重影清除均衡器的特性而實現的。
圖4是示意性地示出在像美國ATSC標準那樣採用QAM和QPSK調製的單載波傳輸系統中的傳輸信號的幀結構的視圖。在此系統中，對移動模式和固定模式使用不同的調製方法，對移動模式使用QPSK調製和對固定模式使用16QAM。對於在固定模式的大量的數據，該系統標準實施64QAM或256QAM。
參照圖4，傳輸信號的幀，按順序包括幀同步、淨荷1、訓練碼元、淨荷2和尾碼元。幀同步包括3個偽噪聲(PN)序列的系列，其中每個偽噪聲序列由511個碼元構成，並且在PN序列後是控制比特並且在控制比特後是剩餘的比特。所述3個PN序列的系列被稱為訓練碼元。這裡，在通過用於數據傳輸的通信線被傳輸的比特中，控制比特是用於控制的比特，例如奇偶比特、起始比特或結束比特。
剩餘的比特是用於時間軸變動、比特率壓縮和糾錯的區域。淨荷是用於和上層相關的信息的區域，並且可以被用於通信業務。尾碼元用於要傳輸的附加信息(即，識別信息)，並且被稱為『尾』碼元區域，因為其被添加在幀的最後節點。
如圖4所示，傳輸信號的幀具有一個在幀同步中被插入3個PN序列的系列的結構，並且在那裡插入淨荷1。換句話說，訓練碼元在一幀中被插入兩次。這種幀結構妨礙系統跟上在動態環境中的信道的變動，其中的變動發生的甚至比第一和第二訓練碼元的時間間隔還快。
在第09/962,263號美國專利申請(公開號為US2002041608)中公開了一種VSB接收系統，該接收系統包括調諧器，調諧從VSB發射機傳輸的RF信號；VSB解調器，對從調諧器輸出的信號進行解調；多路分解器，將解調的信號多路分解為ATSC數據和附加數據；解碼器，對ATSC數據解碼；解隨機化器，對解碼的數據解隨機化。
在笫09/415,265號美國專利申請(公開號為US6211924)公開了一種接收VSB信號的接收機，其包括第一數據同步恢復電路和第二數據同步恢復電路，用於恢復從解碼電路輸出的數據同步信息，以執行數據同步。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種能夠適應在動態環境中的變動的單載波傳輸系統及其方法。
為了實現上面的目標，提供了一種單載波傳輸系統。該單載波傳輸系統包括擾碼單元，用於對要傳輸的TS(傳輸流)擾碼；FEC單元，用於對來自擾碼單元的擾碼後的TS進行前向糾錯以形成編碼TS；區域確定單元，用於將來自所述FEC單元的編碼的數據流確定為多個區域，並輸出一個控制信號；多路復用器，用於接收所述編碼的TS、幀同步、尾碼元、PN序列和所述控制信號，通過根據所述控制信號向所述TS的多個確定的區域插入所述幀同步、所述尾碼元、預定數目的PN序列以執行多路復用；調製單元，用於對多路復用的TS調製；和射頻轉換器，用於對來自所述調製單元的調製後的TS執行射頻轉換，其中，所述區域確定單元根據所述調製單元的調製模式執行所述確定。
根據本發明的另一個方面，提供了一種單載波傳輸方法。所述單載波傳輸方法包括下面的步驟對要傳輸的TS(傳輸流)擾碼；對在擾碼步驟中被擾碼後的TS進行前向糾錯以形成編碼的TS；將來自所述FEC單元的編碼的數據流確定為多個區域，並輸出一個控制信號；接收所述編碼的TS、幀同步、尾碼元、PN序列和所述控制信號，通過根據所述控制信號向所述TS的多個確定的區域插入所述幀同步、所述尾碼元、預定數目的PN序列以執行多路復用；對多路復用的TS調製；和對調製後的TS執行射頻轉換，其中，所述區域確定步驟根據所述調製單元的調製模式執行所述確定。
本發明的上述目標和特徵通過參照附圖對本發明的實施例的說明將會更為清楚，其中圖1是示意性示出根據ATSC標準的數字廣播傳輸系統的方框圖；圖2是示出在圖1中的傳輸信號的段的視圖；圖3是示出圖1中傳輸信號的幀結構的視圖；圖4是示意性示出在使用QAM和QPSK調製的單載波傳輸系統中傳輸信號的幀結構的視圖；圖5是示意性示出根據本發明的數字廣播傳輸系統的方框圖；圖6是示出圖5所示的數字廣播傳輸系統的數字廣播傳輸方法的流程圖；圖7是示出圖5所示的數字廣播傳輸系統的傳輸信號的幀結構的視圖。
具體實施例方式
在此下面，結合附圖詳細說明本發明的優選實施例。
圖5是示意性示出根據本發明的數字廣播傳輸系統的方框圖。參照圖5，所述數字廣播傳輸系統包括擾碼器100、前向糾錯(FEC)單元110、多路復用器(MUX)120、區域確定單元130、調製單元140和射頻(RF)轉換器150。所述FEC單元110包括裡德-所羅門(RS)編碼器111、塊交織器113和網格編碼器115。所述區域確定單元130具有一個計數器131。
圖6是示出圖5所示的數字廣播傳輸系統的數字廣播傳輸方法的流程圖。在此下方，參照附圖將對根據本發明的單載波傳輸系統的操作進行詳細說明。
在同步數據傳輸期間，在步驟S610，擾碼器100為了防止在同步數據傳輸期間由於重複諸如00000000b或11111111b引起的諸如同步信號丟失的問題，對傳輸的數據信號進行隨機操作。擾碼器100根據預定的模式改變數據信號的字節值，其在接收機被反向處理以恢復精確的原始數據。
在步驟S620，FEC單元110修正從擾碼器100輸出的有關輸入數據流的比特錯誤。由於RS編碼器111、交織器113和網格編碼器115被以ATSC標準的數字廣播系統中的同樣的方式構造和操作，在這裡將省略進一步的說明。
同時，在步驟S630，區域確定單元130確定來自所述FEC單元110的編碼數據流為多個區域，輸出一個控制信號。更具體地說，區域確定單元130搜索由FEC單元110修正的數據流。因此，區域確定單元130的計數器131計數修正的數據流的碼元數目。
區域確定單元130基於由計數器131計數的結果值從數據流(DS)中確定多個區域。區域確定單元130中存儲了分別用於數據流的確定的區域的預設值，並且所述預設值根據調製單元140的調製模式被預定。因此，區域確定單元130比較由計數器131計數的值和所述預設值，並且相應地確定在當計數的值達到預設值時數據流的每個區域。在QAM的情況下，區域確定單元130最好被構造成從數據流確定4個區域。由於經常發送PN序列會使數據流惡化，區域確定單元130需要考慮根據在動態環境中的信道改變和數據流的變動被構造以確定適當的區域的數目。當然，數據流被確定的區域的數目是可變的。
隨後在步驟S640，MUX 120接收編碼的TS、幀同步，尾碼元、PN序列和控制信號，通過根據所述控制信號向所述TS的確定的多個區域插入所述幀同步、所述尾碼元、預定數目的PN序列以執行多路復用。
偽噪聲(PN)序列產生單元(未示出)產生PN序列，即，它產生用於在傳輸機和接收機間同步的同步信息，並且隨後把產生的PN序列傳輸給MUX 120。這裡，所述「傳輸機」指的是配備有數字廣播傳輸系統使用單載波方式傳輸數字廣播的接收端，而「接收機」指的是用單載波方式接收傳輸的數字廣播的接收端。
在網格編碼器115執行的網格編碼後，MUX 120在編碼的TS的開頭部分插入幀同步。進一步，MUX 120向由區域確定單元130確定的區域插入PN序列。在MUX 120在數據流中插入幀同步的情況下，PN序列、控制比特和剩餘的比特被合併並被插入到編碼的TS的頭部分中。在上述的說明中，整個數據流，其是原始輸入，被稱作傳輸信號，而數據流的區域被稱為確定的區域。
在步驟S650，調製單元140根據諸如QAM模式對來自MUX 120的多路復用的TS調製，並且最終在步驟S660，射頻轉換器160對調製的TS進行射頻轉換，並且通過天線發送轉換後的信號。
圖7是示出圖5所示的數字廣播傳輸系統的傳輸信號的幀結構的視圖。圖7示出了在QAM情況下的幀結構。如圖7所示，在QAM的情況下，所述信號的幀包括，按順序幀同步，多個在相鄰的兩個淨荷中具有2個PN序列的淨荷和訓練碼元。在圖7中的淨荷數目是4，然而，該數目是基於情況可變的。根據QAM，MUX 120可以被構造成在兩個相鄰的確定的區域中插入一個具有255個碼元的PN序列和另一個具有256個碼元的PN序列。這是由於QAM系統以511個碼元為單位插入PN序列。或者，MUX 120可以被構造成在兩個相鄰的確定的區域中插入兩個其中每個具有255個碼元的PN序列。在這種情況下，幀的淨荷被增加到比根據QAM的幀的淨荷大3個碼元。
最好區域確定單元130用這樣一種方式來確定數據流的區域，在此種方式下，511個碼元的PN序列被插入到數據流中超過三次。
因此，該單載波傳輸系統可以適用於信道中發生經常變動的動態環境。
雖然描述了本發明的優選實施例，本領域的技術人員應當理解本發明不局限於所述的優選實施例，但是如權利要求所限定在本發明的精神和範圍之內可以進行各種變化和改動。
權利要求
1.一種用於接收包括多個淨荷和在相鄰的兩個淨荷之間的PN序列的廣播信號的接收系統，所述系統包括接收單元，從發射機方接收包括淨荷和PN序列的廣播信號，其中，每一所述PN序列和所述淨荷的每一個連續排列，從而每一所述PN序列在淨荷的每一個的前面；解調單元，對從接收單元接收的廣播信號進行解調；和同步單元，使用所述多個PN序列執行數據同步。
2.如權利要求1所述的接收系統，其中，所述廣播信號由多個具有不同長度的PN序列構成。
3.如權利要求2所述的接收系統，其中，所述廣播信號由多個在相鄰的兩個淨荷之間具有兩個PN序列的淨荷構成。
4.如權利要求3所述的接收系統，其中，在所述淨荷間的兩個PN序列分別由255個碼元和256個碼元構成。
5.如權利要求3所述的接收系統，其中，淨荷的數目是4。
6.一種用於接收包括多個淨荷和在相鄰的兩個淨荷之間的PN序列的廣播信號的接收方法，包括下述步驟從發射機方接收包括淨荷和PN序列的廣播信號，其中，每一所述PN序列和所述淨荷的每一個連續排列，從而每一所述PN序列在淨荷的每一個的前面；對接收的廣播信號進行解調；和使用所述多個PN序列執行數據同步。
7.如權利要求6所述的接收方法，其中，所述廣播信號由多個具有不同長度的PN序列構成。
8.如權利要求7所述的接收方法，其中，所述廣播信號由多個在相鄰的兩個淨荷之間具有兩個PN序列的淨荷構成。
9.如權利要求8所述的接收方法，其中，在所述淨荷間的兩個PN序列分別由255個碼元和256個碼元構成。
10.如權利要求8所述的接收方法，其中，淨荷的數目是4。
11.一種用於接收包括多個淨荷和在相鄰的兩個淨荷之間的PN序列的廣播信號的接收系統，所述系統包括接收裝置，從發射機方接收包括淨荷和PN序列的廣播信號，其中，每一所述PN序列和所述淨荷的每一個連續排列，從而每一所述PN序列在淨荷的每一個的前面；解調裝置，對從接收裝置接收的廣播信號進行解調；和同步裝置，使用所述多個PN序列執行數據同步。
12.如權利要求11所述的接收系統，其中，所述廣播信號由多個具有不同長度的PN序列構成。
13.如權利要求12所述的接收系統，其中，所述廣播信號由多個在相鄰的兩個淨荷之間具有兩個PN序列的淨荷構成。
14.如權利要求13所述的接收系統，其中，在所述淨荷間的兩個PN序列分別由255個碼元和256個碼元構成。
15.如權利要求13所述的接收系統，其中，淨荷的數目是4。
16.一種用於接收由多個淨荷和在相鄰的兩個淨荷之間的PN序列構成的廣播信號的接收機，其中，每一所述PN序列和所述淨荷的每一個連續排列，從而每一所述PN序列在淨荷的每一個的前面，所述系統包括解調單元，對接收的廣播信號進行解調；和同步單元，使用所述多個PN序列執行數據同步。
17.如權利要求16所述的接收機，其中，所述廣播信號由多個具有不同長度的PN序列構成。
18.如權利要求17所述的接收機，其中，所述廣播信號由多個在相鄰的兩個淨荷之間具有兩個PN序列的淨荷構成。
19.如權利要求18所述的接收機，其中，在所述淨荷間的兩個PN序列分別由255個碼元和256個碼元構成。
20.如權利要求18所述的接收機，其中，淨荷的數目是4。
21.一種用於接收廣播信號的接收系統，包括解調單元，對接收的廣播信號進行解調；和同步單元，使用PN序列執行數據同步，其中，所述廣播信號由多個淨荷和在相鄰的兩個淨荷之間的PN構成，其中，每一所述PN序列和所述淨荷的每一個連續排列，從而每一所述PN序列在淨荷的每一個的前面。
22.如權利要求21所述的接收系統，其中，所述廣播信號由多個具有不同長度的PN序列構成。
23.如權利要求22所述的接收系統，其中，所述廣播信號由多個在相鄰的兩個淨荷之間具有兩個PN序列的淨荷構成。
24.如權利要求22所述的接收系統，其中，在所述淨荷間的兩個PN序列分別由255個碼元和256個碼元構成。
25.如權利要求22所述的接收系統，其中，淨荷的數目是4。
全文摘要
一種單載波傳輸系統及其方法。所述單載波傳輸系統包括擾碼單元，對要傳輸的TS(傳輸流)擾碼；FEC單元，對擾碼後的TS進行前向糾錯以形成編碼TS；區域確定單元，將編碼的數據流確定為多個區域，並輸出控制信號；多路復用器，接收編碼的TS、幀同步、尾碼元、PN序列和控制信號，通過根據控制信號向TS的多個確定的區域插入幀同步、尾碼元、預定數目的PN序列以執行多路復用；調製單元，對多路復用的TS調製；和射頻轉換器，用於對調製後的TS執行射頻轉換，其中，區域確定單元根據調製單元的調製模式執行所述確定。結果，單載波傳輸系統能夠適應在信道中發生很多變動的動態環境。
文檔編號H03M13/03GK1953439SQ20061014680
公開日2007年4月25日 申請日期2003年9月30日 優先權日2002年10月8日
發明者鄭晉熙 申請人:三星電子株式會社