改進內交織器隨機結構的數字廣播系統發送裝置及方法
2023-10-09 22:46:14
專利名稱：改進內交織器隨機結構的數字廣播系統發送裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種數字廣播系統的發送裝置及方法，更具體地，涉及能夠改進內交織器的隨機性的數字廣播系統及方法。
背景技術：
與模擬廣播比較，數字廣播使用數字編碼系統，具有系統綜合和交互操作的優點。因此，藉助於計算機和網絡，數字廣播滿足了所謂的媒體集中中心的要求。此外，數字廣播的交互特點也較單向的模擬廣播取得了極大的進步。
為了保證數字廣播綜合和交互操作，首先，需要引入標準。目前，推薦的數字地面電視廣播的發送方法有美國的8-VSB(殘留邊帶)和歐洲的COFDM(編碼的正交頻分復用)。
由於數字廣播需要壓縮信號源以發送大量數據，所以通道中出現的少量差錯對整個系統的影響是相當可觀的。因此，必須減少通道中出現的差錯。為了減少差錯，可以增加發送功率以提高信噪比(SNR)。但是，這會帶來諸如由於大發送功率和發送裝置的高輸出造成的成本增加、以及通道間的幹擾。為了減輕這些問題，數字廣播系統使用糾錯碼，能夠不增加發送功率對差錯進行糾正。糾錯碼能夠不增加發送功率而糾正通道中出現的差錯，降低接收機中出現差錯的可能性。
糾錯碼大體上分為自動請求重發(ARQ)和前向糾錯(FEC)兩種方式。根據ARQ，如果在接收機中檢測到差錯，接收機向發送機發送請求重發該數據的請求信號。從而發送機重發該數據。由於ARQ需要允許接收機向發送機發送重發請求信號的反向通道，故該方法不適合在數字廣播中使用。同時基於FEC，信號是與附加在該信號的附加符號一起發送的，所以接收機能夠檢測通道中出現的差錯，並用代數方法糾正它。
FEC大體上分為塊代碼和卷積代碼。塊代碼是按塊單位對信息進行編碼和解碼的，其包括漢明碼、BCH碼和RS(瑞德-所羅門)碼。在這些碼中，RS碼在距離特性上是優良的，包括有效的編碼和解碼算法，因此在數字廣播系統中得到廣泛的應用。RS碼在糾正突發差錯中是非常出色的，因為它是按塊單位檢測和糾正差錯的。
同時，對於卷積碼，其輸出位受到過去輸入的位和當前輸入的位的影響，並且其在糾正隨機差錯方面是有效的。維特比解碼器通常用於解碼卷積碼。
一般地，根據歐洲DVB-T標準的內交織器具有位交織器和符號交織器。位交織器用於按位單位交織數據；而符號交織器用於按符號單位交織OFDM子載波中攜帶的數據。例如，以2K FFT模式的符號交織器按OFDM符號單位進行交織，對應於2K FFT模式的有效數據符號的數量。
DVB-T的內交織器，即位交織器和符號交織器根據結構交織規則產生交織地址。結構交織即指根據主要是算術公式的特定規則產生交織地址。
結構交織的優點是簡化了發送機和接收機的設計，而不是在隨機性能上的改進。
發明內容
本發明的開發是為了解決現有技術中的上述問題。因此，本發明的一個目的是提供一種具有隨機性改善的內交織器的數字廣播系統的發送裝置及其方法。
上述目的是通過提供一種數字廣播系統的發送裝置來實現的，所述發送裝置，包括第一和第二外編碼器，分別對輸入的第一和第二傳輸(TS)流執行編碼；第一和第二外交織器，分別對第一和第二外編碼器編碼的數據執行交織；第一和第二內編碼器，分別對第一和第二外交織器交織的數據執行編碼；內交織器，包括位交織器，用於使用卷積交織器對第一和第二內編碼器編碼的數據執行位交織，以及符號交織器，用於使用查詢表中提供的預定交織地址對位交織器進行位交織後的數據進行符號交織；以及調製單元，用於對內交織器交織的數據進行數字調製並發送該數據。
卷積交織器具有B個分支以及用於以預定位的位單元延遲數據的存儲器M，B和預定位是根據發送系統的操作環境進行選擇調整的。
符號交織器包括第一和第二存儲器，用於按符號單元讀取和寫入由位交織器交織的數據；地址產生器，用於基於LUT產生交織地址；以及控制器，用於控制地址產生器，使得第一和第二存儲器的讀取和寫入操作是根據交織地址進行的。
調製單元包括映射/OFDM調製塊，用於按照映射方法對內交織器交織的數據進行映射，並執行OFDM調製；導頻/系統信息插入塊，向映射/OFDM調製塊提供用於信號同步和信號預測的導頻信號以及有關發送模式的信息；保護間隔(GI)插入塊，用於將GI插入到從映射/OFDM調製塊輸出的信號中；數字至模擬(D/A)轉換塊，用於對插入了GI的信號執行D/A轉換；以及射頻(RF)塊，用於將經D/A轉換的信號轉換成高頻信號並發送該信號。
最好發送裝置還包括第一和第二加擾器，用於分別對第一和第二TS流進行隨機化，以將隨機化後的第一和第二TS流提供到第一和第二外編碼器。
第一和第二外編碼器是使用瑞德-所羅門碼的瑞德-所羅門編碼器。
發送裝置還包括第二內交織器，其包括第二位交織器，用於使用另一個卷積交織器對第二內編碼器編碼的數據執行位交織；以及第二符號交織器，用於使用查詢表中提供的預定交織地址對第二位交織器進行位交織的數據進行符號交織；其中所述位交織器，用於對第一內編碼器編碼的數據執行位交織；並且所述符號交織器，用於使用交織地址對所述位交織器進行位交織後的數據進行符號交織。
同時，提供一種數字廣播系統的發送方法，包括步驟(a)分別對第一和第二輸入傳輸(TS)流執行糾錯編碼並輸出第一和第二編碼的數據；(b)分別對第一和第二編碼的數據執行交織，並輸出第一和第二交織數據；(c)分別對第一和第二交織數據執行編碼；(d)對來自步驟(c)的第一和第二編碼數據使用卷積交織器進行位交織；(e)使用查詢表中提供的預定交織地址對經過位交織的數據進行符號交織；以及(f)對經過內交織器交織的數據進行數字調製並發送數據。
步驟(d)是使用具有B個分支以及用於以預定位的位單元延遲數據的存儲器M的卷積交織器來執行的，B和預定位是根據發送系統的操作環境進行選擇調整的。
步驟(e)中，基於在查詢表中提供的預定交織地址對經過位交織的數據進行符號交織。
步驟(f)包括步驟(f1)按映射方法映射經過內交織器交織的數據並執行OFDM調製；(f2)向在映射/OFDM調製步驟中的數據提供用於信號同步和信號預測的導頻信號以及有關發送模式的信息；(f3)將GI插入到從在映射/OFDM調製步驟中輸出的信號；(f4)對插入了GI的信號執行D/A轉換；以及(f5)將經過D/A轉換的信號轉換成高頻信號並發送該信號。
最好在步驟(a)之前還包括步驟分別對第一和第二TS流進行加擾。
步驟(a)使用瑞德-所羅門碼進行編碼。
根據本發明，內交織器的隨機性可以通過執行根據卷積交織方法的位交織以及通過執行使用特定隨機化的LUT的符號交織而得到改善。因此，能夠改善接收機處的糾錯編碼性能。
通過參考附圖對本發明的優選實施例的詳細描述，本發明的上述目的和優點將變得更加清楚，其中圖1是根據本發明實施例的數字廣播系統的發送裝置的方框圖；圖2A通過舉例方式示出了用做圖1的位交織器的卷積交織器；圖2B是當B等於2並且M等於1時的卷積交織器的結構圖；圖3通過舉例方式示出了使用查詢表(LUT)的圖1的符號交織器；圖4是圖1的數字廣播系統的發送裝置的操作方法的流程圖；以及圖5根據本發明另一個實施例的數字廣播系統的發送裝置的方框圖。
具體實施例方式
在下文中，將參考附圖，詳細描述本發明的優選實施例。
圖1是根據本發明實施例的數字廣播系統的發送裝置的方框圖。
參照圖1，根據該實施例的數字廣播系統的發送裝置包括第一和第二加擾器10和11、前向糾錯(FEC)單元40以及調製單元50。FEC單元40包括第一和第二外編碼器12和22、第一和第二外交織器14和24、第一和第二內編碼器16和26、以及內交織器30。調製單元50包括導頻/系統信息插入塊51、映射/OFDM調製塊53、保護間隔(GI)插入塊55、數字模擬(D/A)轉換塊57、以及射頻(RF)塊59。
根據該實施例，該數字廣播系統的發送裝置支持分層傳輸模式，因此分離器(未示出)將傳輸流(TS流)分成高優先級(HP)層和低優先級(LP)層。通過HP層發送的第一TS流輸入到第一加擾器10，而通過LP層發送的第二TS流輸入到第二加擾器11。
第一和第二加擾器10和11根據預定模式將第一和第二輸入TS流的數據值隨機化。即，通過將偽隨機二進位序列加擾成輸入TS流，可以去除輸入信號之間的相關性。這防止了由於發送同步數據期間的諸如00000000b或11111111b的重複數據造成的系統同步丟失的問題。在接收機處可逆地執行該處理以恢復原始值。
FEC單元40對通過第一和第二加擾器10和11輸入的數據執行編碼以糾正在數據發送期間出現的差錯。即，第一和第二外編碼器12和22使用RS編碼接收從第一和第二加擾器10和11輸出的數據，並對該數據按塊單位執行RS編碼以便糾錯。RS編碼添加用於糾錯的奇偶校驗碼，由第一和第二外編碼器12和22添加的奇偶校驗碼的尺寸彼此相同或不同。
第一和第二外交織器14和24對第一和第二外編碼器12和22按塊單元編碼的各個數據執行交織，由此，打散潛在的突發差錯。第一和第二內編碼器16和26分別對第一和第外交織器14和24按塊交織的數據執行卷積編碼。
由第一和第二內編碼器16和26編碼的數據被內交織器30再次進行交織。
內交織器30具有位交織器31和符號交織器33。
位交織器31使用與第一和第二外交織器14和24相似的卷積交織器。區別在於位交織器31按位單位交織數據。並且符號交織器33使用查詢表(LUT)按符號單位交織數據。下面，將參照圖2A至3詳細說明位交織器31和符號交織器33。
圖2A是使用卷積交織方法的位交織器31的結構圖。如圖2A所示，所採用的卷積交織器310由B個分支以及預定位的FIFO移位寄存器組成。
分支0沒有FIFO移位寄存器(M)，分支1有一個FIFO移位寄存器(M)，分支2有兩個FIFO移位寄存器(2M)，分支B-1有B-1個FIFO移位寄存器((B-1)M)。
即，隨著分支數和FIFO移位寄存器的位數(size)的增加，交織的隨機性改善得越多。分支數和FIFO移位寄存器的位數分別由B和M表示。B和M的值可以根據系統的操作環境通過各種選擇而改變。
參照圖2B，將詳細描述卷積交織器311執行的交織過程，其中B等於2，M等於1位。
當輸入到卷積交織器311的數據位為...b6、b5、b4、b3、b2、b1時，數據位交替地輸入到分支0和1。即，b1輸入到分支0，b2輸入到分支1，b3輸入到分支0，b4輸入到分支1，b5輸入到分支0等。數據位從其輸入的相同分支中輸出。即，輸入到分支0的數據位從分支0中輸出。
輸入的數據位...b6、b5、b4、b3、b2、b1通過B＝2，M＝1位的卷積交織器311比如按照...b7、b4、b5、b2、b3、b0、b1的順序隨機輸出，其中b0是在b1之前輸入的數據位。
即，當數據位...b9、b7、b5、b3、b1輸入到分支0時，它們就立即從分支0輸出，而數據位...b10、b8、b6、b4、b2被FIFO移位寄存器(M)延遲1位並被輸出。因此，隨著分支數，即B，以及FIFO移位寄存器的位數，即M，的增加，交織隨機性得到改進。
由於卷積交織器的特徵，即B和M，可以根據系統的操作環境進行調整，因此能夠進行各種交織操作。
圖3示出了使用查詢表(LUT)執行交織的符號交織器330的詳細方框圖。
符號交織器330包括第一和第二開關331和337，由預定的控制信號控制其開和關；第一和第二存儲器335和336，用於讀取和寫入輸入的OFDM符號單元流(可用的數據符號數)；地址產生器332，用於根據LUT中提供的交織地址產生地址；以及控制器338，用於與LUT提供的交織地址相對應地控制第一和第二存儲器335和336的讀取和寫入操作。
第一和第二存儲器335和336的大小(交織幀)根據2K、4K和8K FFT模式確定。例如，當2K FFT模式時，可用數據符號數是1512，因此第一和第二存儲器335和336的大小(交織幀數)是1512，相應地，8K FFT模式的交織幀數是6048(1512×4)。即，按由1512可用數據符號構成的OFDM符號單位執行交織。
例如，在控制器338的控制下，當輸入的第二OFDM符號寫入第一存儲器335的同時，第二存儲器336讀取並輸出在前輸入的第一OFDM符號。當第一存儲器335使用在地址產生器332中基於LUT產生的交織地址將所輸入的第二OFDM符號寫入的同時，第二存儲器336使用基於LUT產生的交織地址讀取並輸出在第二存儲器336中寫入的第一OFDM符號。如上所述，當一個存儲器處於讀取狀態時，另一個存儲器處於寫入狀態，從而按OFDM符號單位交織數據。
調製單元50對由改進隨機性的內交織器30交織的數據執行數字調製，該數字調製適合於所述的數字廣播系統的發送方法。圖1通過舉例方式示出了調製單元50執行的基於例如DVB-T的調製。
調製單元50的映射/OFDM調製塊53將從內交織器30輸出的數據映射成諸如QPSK(正交相移鍵控)、16-QAM(正交幅度調製)以及64-QAM的符號，並使用IFFT(快速傅立葉逆變換)執行OFDM調製。在進行OFDM調製之前，導頻/系統信息插入塊51插入用於信號同步和信號預測的導頻信號以及有關發送模式的信息。GI插入塊55插入防止多徑環境中符號間幹擾(ISI)的保護間隔(GI)。而且，D/A轉換塊57對插入了GI的信號執行數字至模擬(D/A)的轉換，RF塊59將經過D/A轉換的信號放大到高頻，並通過天線發送該信號。
圖4是圖1所示的根據本發明的數字廣播系統的發送裝置的操作方法的流程圖。
參照該流程圖，分離器(未示出)將輸入的傳輸流(TS流)分成通過高優先級(HP)層發送的第一TS流和通過低優先級(LP)層發送的第二TS流。第一TS流輸入到第一加擾器10，並由第一加擾器10進行加擾，而第二TS流輸入到第二加擾器11，並被第二加擾器11加擾(S100)。第一和第二外編碼器12和22對從第一和第二加擾器10和11加擾輸出的數據按塊單位執行RS編碼以便糾錯(S200)。
根據RS編碼，一個包含k個輸入符號的塊被編碼成具有n個代碼符號的塊，其中n大於k。因此，添加了n-k個冗餘符號，其被稱為瑞德-所羅門奇偶校驗碼。通過RS編碼添加的奇偶校驗碼的數量取決於發送系統，例如，每個188位元組的符號添加16或20個。RS解碼器使用奇偶校驗碼檢查接收的數據。如果作為檢查結果為檢測到差錯，則該RS解碼器搜索差錯的位置、糾正失真的數據、並恢復原始符號。一般地，糾正的差錯數至多為所添加奇偶校驗碼數量的一半，並且不能糾正超出所添加奇偶校驗碼數量的一半數量的差錯。
第一和第二外交織器14和24對第一和第二外編碼器12和22按塊單位編碼的數據執行外交織(S300)。在第一和第二外交織器14和24使用的各種交織數據的方法中，通常使用卷積交織器。
第一和第二內編碼器16和26對從第一和第二外交織器14和24輸出的數據執行卷積編碼(S400)。卷積碼用於將各個連續的k位的輸入行編碼成n個輸出位，並且該編碼由輸入位和二進位脈衝響應的卷積組成。DVB-T發送系統使用具有受限長度為7編碼率為1/2的卷積編碼器。在此，採用卷積編碼器的第一和第二內編碼器16和26的編碼率可以改變，例如為2/3，3/4，5/6以及7/8。
使用圖2A所示的卷積交織器310，內交織器30的位交織器31對從第一和第二內編碼器16和26輸出的數據執行位交織(S500)。此後，使用如圖3所示的基於LUT產生的交織地址，對位交織後的數據按符號單位進行交織(S600)。
對於通過具有改善隨機性的內交織器30進行糾錯編碼的數據，調製單元50執行適合於數據發送的數字調製，並發送該數據(S700)。
圖5是根據本發明的另一個優選實施例的數字廣播系統的發送裝置。
在圖5中，除了使用第一和第二內交織器30-1和30-2之外，其餘部分與圖1的相同，在此省略相同部分的說明。
第一內交織器30-1包括第一位交織器31-1和第一符號交織器33-1，由第一內編碼器16編碼的數據被第一內交織器30-1再次進行交織，第一位交織器31-1按位執行交織，而第一符號交織器33-1按在OFDM子載波中攜帶的符號執行交織。
第二內交織器30-2包括第二位交織器31-2和第二符號交織器33-2，由第二內編碼器26編碼的數據被第二內交織器30-2再次進行交織。第二位交織器31-2按位執行交織，而第二符號交織器33-2按在OFDM子載波中攜帶的符號執行交織。
第一和第二位交織器31-1和31-2的結構與圖1的位交織器31相同，第一和第二符號交織器33-1和33-2的結構與圖1的符號交織器33相同。
因此，通過改善數字廣播系統的發送裝置的內交織器30的隨機性，能夠改善接收機的糾錯編碼性能。
根據本發明，內交織器的隨機性可以通過執行根據卷積交織方法的位交織以及通過執行使用特定隨機化的LUT的符號交織而得到改善。因此，能夠改善接收機處的糾錯編碼性能。
上述實施例和優點僅是示範性的，並不用於限制本發明。本說明可以容易地應用到其它類型的裝置。本發明的說明書試圖進行說明而不是限制權利要求書的範圍。對於本領域技術人員來說，得到多種變形、改進和改變是顯然的。在權利要求書中，裝置加功能的語句試圖覆蓋這裡所描述的執行所述功能的結構，並且不僅是結構上的等價，還包括等價的結構。
權利要求
1.一種數字廣播系統的發送裝置，包括第一和第二外編碼器，分別對輸入的第一和第二傳輸(TS)流執行編碼；第一和第二外交織器，分別對第一和第二外編碼器編碼的數據執行交織；第一和第二內編碼器，分別對第一和第二外交織器交織的數據執行編碼；內交織器，包括位交織器，用於使用卷積交織器對第一和第二內編碼器編碼的數據執行位交織；以及符號交織器，用於使用查詢表中提供的預定交織地址對位交織器進行位交織後的數據進行符號交織；以及調製單元，用於對內交織器交織的數據進行數字調製並發送該數據。
2.如權利要求1所述的發送裝置，其中卷積交織器具有B個分支以及用於以預定位的位單元延遲數據的存儲器M，B和預定位是根據發送系統的操作環境進行選擇調整的。
3.如權利要求1所述的發送裝置，其中符號交織器包括第一和第二存儲器，用於按符號單元讀取和寫入由位交織器交織的數據；地址產生器，用於基於LUT產生交織地址；以及控制器，用於控制地址產生器，使得第一和第二存儲器的讀取和寫入操作是根據交織地址進行的。
4.如權利要求1所述的發送裝置，其中調製單元使用OFDM進行數字調製。
5.如權利要求1所述的發送裝置，其中調製單元包括映射/OFDM調製塊，用於按照映射方法對內交織器交織的數據進行映射，並執行OFDM調製；導頻/系統信息插入塊，向映射/OFDM調製塊提供用於信號同步和信號預測的導頻信號以及有關發送模式的信息；保護間隔(GI)插入塊，用於將GI插入到從映射/OFDM調製塊輸出的信號中；數字至模擬(D/A)轉換塊，用於對插入了GI的信號執行D/A轉換；以及射頻(RF)塊，用於將經D/A轉換的信號轉換成高頻信號並發送該信號。
6.如權利要求1所述的發送裝置，還包括第一和第二加擾器，用於分別對第一和第二TS流進行隨機化，以將隨機化後的第一和第二TS流提供到第一和第二外編碼器。
7.如權利要求1所述的發送裝置，其中第一和第二外編碼器是使用瑞德-所羅門碼的瑞德-所羅門編碼器。
8.如權利要求1所述的發送裝置，還包括第二內交織器，包括第二位交織器，用於使用另一個卷積交織器對第二內編碼器編碼的數據執行位交織；以及第二符號交織器，用於使用查詢表中提供的預定交織地址對第二位交織器進行位交織後的數據進行符號交織；其中所述位交織器，用於對第一內編碼器編碼的數據執行位交織；並且所述符號交織器，用於使用交織地址對所述位交織器進行位交織後的數據進行符號交織。
9.如權利要求8所述的發送裝置，其中所述另一個卷積交織器具有B個分支以及用於以預定位的位單元延遲數據的存儲器M，B和預定位是根據發送系統的操作環境進行選擇調整的。
10.如權利要求8的發送裝置，其中第二符號交織器包括第一和第二存儲器，用於按符號單元讀取和寫入由第二位交織器交織的數據；地址產生器，用於基於LUT產生交織地址；以及控制器，用於控制地址產生器，使得第一和第二存儲器的讀取和寫入操作是根據交織地址進行的。
11.一種數字廣播系統的發送方法，包括步驟(a)分別對第一和第二輸入傳輸(TS)流執行糾錯編碼並輸出第一和第二編碼的數據；(b)分別對第一和第二編碼的數據執行交織，並輸出第一和第二交織數據；(c)分別對第一和第二交織數據執行編碼；(d)對來自步驟(c)的第一和第二編碼數據使用卷積交織器進行位交織；(e)使用查詢表中提供的預定交織地址對經過位交織的數據進行符號交織；以及(f)對經過內交織器交織的數據進行數字調製並發送數據。
12.如權利要求11所述的發送方法，其中步驟(d)是使用具有B個分支以及用於以預定位的位單元延遲數據的存儲器M的卷積交織器來執行的，B和預定位是根據發送系統的操作環境進行選擇調整的。
13.如權利要求11所述的發送方法，其中步驟(e)中，基於在查詢表中提供的預定交織地址對經過位交織的數據進行符號交織。
14.如權利要求11所述的發送方法，其中步驟(f)使用OFDM進行數字調製。
15.如權利要求11所述的發送方法，其中步驟(f)包括步驟(f1)按映射方法映射經過內交織器交織的數據並執行OFDM調製；(f2)向在映射/OFDM調製步驟中的數據提供用於信號同步和信號預測的導頻信號以及有關發送模式的信息；(f3)將GI插入到從在映射/OFDM調製步驟中輸出的信號；(f4)對插入了GI的信號執行D/A轉換；以及(f5)將經過D/A轉換的信號轉換成高頻信號並發送該信號。
16.如權利要求11所述的發送方法，在步驟(a)之前還包括步驟分別對第一和第二TS流進行加擾。
17.如權利要求11所述的發送方法，其中步驟(a)使用瑞德-所羅門碼進行編碼。
全文摘要
一種數字廣播系統的發送裝置和發送方法，其中發送裝置包括第一和第二外編碼器，分別對輸入的第一和第二傳輸(TS)流執行編碼；第一和第二外交織器，分別對第一和第二外編碼器編碼的數據執行交織；第一和第二內編碼器，分別對第一和第二外交織器交織的數據執行編碼；內交織器，包括位交織器，用於使用卷積交織器對第一和第二內編碼器編碼的數據執行位交織，以及符號交織器，用於使用查詢表中提供的預定交織地址對位交織器進行位交織後的數據進行符號交織；以及調製單元，用於對內交織器交織的數據進行數字調製並發送該數據。因此，通過改善內交織器的隨機性，在接收機處改善了糾錯編碼性能。
文檔編號H04H1/00GK1491035SQ0312344
公開日2004年4月21日 申請日期2003年5月9日 優先權日2002年10月19日
發明者金紀甫 申請人:三星電子株式會社