單載波傳輸系統及其方法
2023-10-23 21:23:12 1
專利名稱：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比特等。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幀同步。導頻插入單元40把ATSC導頻插入到被插入了段同步和幀同步的傳輸信號。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。
通常，指示系統的傳輸模式的系統信息信號通過使用擴展頻譜被插入到PN序列後面或者在欄位同步單元之中。然而，由於欄位同步信號並不經過FEC單元，在傳輸處理中顯示的多經或突發噪聲可以導致信號的失真。這種系統信息的失真隨後導致在數字廣播信號接收端的接收問題。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種在單載波類型數字廣播系統中通過使用Walsh碼能夠可靠地傳輸系統信息信號的數字廣播傳輸系統及其傳輸方法。
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的TS；PN序列產生單元，用於產生PN序列；Walsh碼產生單元，用於產生對應於識別信息的Walsh碼；邏輯耦合單元，用於邏輯耦合由Walsh碼產生單元產生的Walsh碼和由PN序列產生單元產生的PN序列；多路復用器(MUX)，用於通過在編碼後的TS中插入由邏輯耦合單元耦合的信號和段同步碼元以執行多路復用導頻插入單元，用於將導頻插入所述多路復用的TS；調製單元，用於對插入了導頻的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。
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；對擾碼後的TS進行前向糾錯以形成編碼的TS；產生PN序列；產生對應於一個識別信息的Walsh碼；對在Walsh碼產生步驟產生的Walsh碼和在PN序列產生步驟產生的PN序列執行邏輯耦合；通過在編碼後的TS中插入在邏輯耦合步驟耦合的信號和段同步碼元以執行多路復用；將導頻插入所述的多路復用的TS；對插入了導頻的TS調製；和對來自所述調製單元的調製後的TS執行射頻轉換。
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標準的數字廣播系統的方框圖；圖2是示出在圖1的系統中的傳輸信號的段的視圖；圖3是示出ATSC數據的幀結構的視圖；圖4是示意性示出根據本發明的數字廣播傳輸系統的視圖；
圖5是示出圖4中的系統的數字廣播傳輸方法的流程圖圖6是示出根據本發明的傳輸信號的段的視圖；圖7是示出圖5中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
下面，結合附圖詳細說明本發明的優選實施例。
圖4是示意性示出根據本發明的一個例子的數字廣播系統的視圖，並且圖5是示出圖4中的系統的數字廣播傳輸方法的流程圖。參照圖4，根據本發明的數字廣播系統包括擾碼器100、前向糾錯(FEC)單元110、偽噪聲(PN)序列產生單元120、Walsh碼產生單元130、邏輯耦合單元140、多路復用器(MUX)150、導頻插入單元160、調製單元170和射頻(RF)轉換器180。進一步，FEC單元110包括裡德-所羅門(RS)編碼器111、交織器113和網格編碼器115。
被稱為數據隨機器的擾碼器100為了防止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，對傳輸的數據信號進行隨機化操作。擾碼器10用預定的模式改變每個數據信號的字節，該處理在接收端被反向以恢復精確的原始值。
FEC單元110糾正有關輸入數據流的誤碼。由於RS編碼器111、交織器113和網格編碼器115的操作是根據ATSC標準執行的，在這裡將省略進一步的說明。
PN序列產生單元120產生PN序列，即，它產生用於在傳輸端和接收端之間同步的同步信息，並且隨後把產生的PN序列傳輸給多路復用器150。由PN序列產生單元產生的PN序列可以被實現成不同數目的碼元，諸如255個碼元、511個碼元、1023個碼元、2047個碼元和8191個碼元。並且，在此說明書中的「傳輸端」指的是配備有數字廣播傳輸系統用於根據單載波方式傳輸數字廣播的接收端，而「接收端」指的是根據單載波方式接收傳輸的數字廣播的接收端。
Walsh碼產生單元130產生有關傳輸端的額外信息，即，它產生Walsh碼。所述「額外信息」指的是由傳輸端提供的用於接收端快速和容易地對接收信號解碼的識別信息。所述識別信息可以包括映射方法、碼率、關於傳輸的TS的幀結構信息和數據分散信息中的至少一種。進一步，Walsh碼由同樣大小的比特流組形成，而比特流由2N形成(N＝自然數)。
邏輯耦合單元140對由PN序列產生單元120產生的PN序列和由Walsh碼產生單元130產生的Walsh碼進行邏輯耦合。邏輯耦合單元140最好是一個用於異或耦合PN序列和Walsh碼的異或門電路。
在網格編碼器115執行的網格編碼後，多路復用器150在傳輸信號中插入段同步和幀同步。進一步，多路復用器150在傳輸信號中插入由邏輯耦合單元140耦合的PN序列和Walsh碼。導頻插入單元160在插入了段同步和幀同步的傳輸信號中插入導頻。如上所述，導頻指的是在調製頻譜的零頻率點發生的殘餘載波。
調製單元170對從導頻插入單元160接收的信號進行調製。
數字調製是將載波的相位、振幅和頻率中的一個轉換成數位訊號的處理。在其中，相移鍵控(PSK)是根據數字值改變相位的處理。最基本的PSK是二進位相移鍵控，在1比特信號『0』和『1』載波間具有180°的相位間隔。正交相移鍵控(QPSK)是用4個2比特對應於1個碼元具有90°的相位間隔的處理。把由余弦波和BPSK信號相乘獲得的值和由正弦波和BPSK信號相乘獲得的值相加並發送該值。8-PSK發送一個具有8電平信號的單一碼元，所述8電平信號分別具有3個比特和45°的相位間隔。由於在同樣帶寬下8-PSK傳輸三倍於BPSK的信息，8-PSK具有高得多的頻率效率。然而，由於在各相位間的狹窄間隔，它容易受到噪聲的影響，因此需要很高功率來維持同樣的傳輸錯誤率。
振幅鍵控(ASK)是改變載波的振幅的處理。ASK幾乎和振幅調製(AM)類似，除了調製信號並非順序的，而是按照預定數目的振幅電平。例如，經過對3比特信息的ASK處理，調製的波具有8個電平，而通過對4比特信息的ASK處理後，調製的波具有16個電平。被調製的波信號是雙邊帶信號。
振幅相位鍵控是在載波的載波和振幅都傳輸信息的方式。正交振幅調製改變載波的正交關係，合併載波並傳輸這些載波。例如，所述16-QAM可以在同樣的帶寬傳輸BPSK 4倍的信息。然而，由於各個碼分別在狹窄的間隔，因此需要高的功率來維持同樣的傳輸錯誤率。
ASK信號的頻譜是雙邊帶信號，因此，不能說該信道被滿意地利用了。把這些信號頻帶限制到殘餘邊帶將產生VSB信號。例如，3比特的數字信息被用8電平來表示。然後通過ASK處理和VSB過濾的頻帶限制操作產生8-VSB信號。結論是除了它可以具有8個信號之外，8-VSB信號和模擬VSB非常類似。
射頻轉換器180對調製後的信號執行射頻轉換，並且通過天線發送這些調製後的信號。
圖5是示出圖4中的系統的數字廣播傳輸方法的流程圖。
參照圖5，在步驟S510，擾碼單元100對要傳輸的TS(傳輸流)擾碼。
在步驟S520，FEC單元110對來自擾碼單元100的擾碼後的TS執行前向錯誤修正以形成編碼的TS。
同時，在步驟S530，PN序列產生單元120產生PN序列，並且在步驟S540，Walsh碼產生單元130產生對應於識別信息的Walsh碼。
隨後在步驟S550，邏輯耦合單元140對由PN序列產生單元120產生的PN序列和由Walsh碼產生單元130產生的Walsh碼進行邏輯耦合。當邏輯耦合單元140採用一個異或門電路時，對Walsh碼和PN序列執行異或耦合操作。
多路復用器(MUX)150在步驟S560通過在編碼的TS中插入由邏輯耦合單元耦合的信號和段同步信號執行多路復用。
隨後，在步驟S570，導頻插入單元在從MUX 150輸出的多路復用的TS中插入一個導頻。
隨後在步驟S580，調製單元170對插入導頻的TS接收和調製，並且在步驟S590，射頻轉換器180對來自調製單元170的調製後的TS進行轉換並通過天線傳輸它們。
圖6是示出當使用VSB/OQAM調製模式時根據本發明的傳輸信號段的視圖，並且圖7是示出在圖5中示出的數字廣播傳輸信號的幀結構的視圖。參照圖6和7，傳輸信號段包括8個碼元的段同步信號、兩個PN序列(每個分別為511碼元和253碼元)和32碼元的系統信息信號。進一步，本發明的欄位由13碼元或26碼元或52碼元的順數據段構成。所述欄位成為欄位數據段。
如示出的，根據本發明的段、欄位和幀結構和ATSC標準的段，欄位和幀結構沒有多大區別。進一步，由於所述發明的欄位同步信號不經過FEC單元，本發明非常有用。
如上所述，同步信號不需要經過FEC單元，可以使用Walsh碼根據額外信息插入信號。結果，傳輸信號的可靠性增強了。
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
1.一種傳輸系統，包括擾碼單元，用於對要傳輸的數據擾碼；FEC單元，用於對來自擾碼單元的擾碼後的數據進行前向糾錯以形成編碼的數據；系統信息插入單元，用於插入系統信息；多路復用器，用於通過在編碼的數據中插入系統信息以執行多路復用；導頻插入單元，用於將導頻插入所述多路復用的數據中；調製單元，用於對編碼的數據進行調製；和射頻轉換器，用於對來自所述調製單元的調製後的數據執行射頻轉換。
2.如權利要求1所述的傳輸系統，其中，系統信息插入單元包括PN序列產生單元，用於產生PN序列；Walsh碼產生單元，用於產生包括系統信息的Walsh碼；邏輯耦合單元，用於邏輯耦合由Walsh碼產生單元產生的Walsh碼和由PN序列產生單元產生的PN序列。
3.如權利要求2所述的傳輸系統，其中，傳輸的信號的段包括8個碼元的段同步信號、兩個其中每個分別是511碼元和253碼元的PN序列、和32碼元的系統信息信號，並且欄位由13碼元或26碼元或52碼元的順序數據段構成。
4.如權利要求1-3中任一項所述的傳輸系統，其中，所述系統信息包括映射方法、碼率、關於傳輸的數據的幀結構信息和數據分散信息中的至少一種。
5.如權利要求2所述的傳輸系統，其中，所述邏輯耦合單元是用於異或耦合所述PN序列和所述Walsh碼的異或門電路。
6.如權利要求2所述的傳輸系統，其中，所述Walsh碼由同樣大小的比特流組構成。
7.如權利要求6所述的傳輸系統，其中，每個比特流由2N比特形成，其中N是自然數。
8.一種傳輸方法，包括下列步驟對要傳輸的數據擾碼；對擾碼後的數據進行前向糾錯以形成編碼的數據；插入系統信息；在編碼的數據中多路復用系統信息；將導頻插入所述多路復用的數據中；對包括系統信息的編碼的數據進行調製；和對調製後的數據執行射頻轉換。
9.如權利要求8所述的傳輸方法，其中，插入系統信息的步驟包括產生PN序列；產生包括系統信息的Walsh碼；邏輯耦合由Walsh碼產生步驟產生的Walsh碼和由PN序列產生步驟產生的PN序列。
10.如權利要求9所述的傳輸方法，其中，傳輸的信號的段包括8個碼元的段同步信號、兩個其中每個分別是511碼元和253碼元的PN序列、和32碼元的系統信息信號，並且欄位由13碼元或26碼元或52碼元的順序數據段構成。
11.如權利要求8-10中任一項所述的傳輸方法，其中，所述系統信息包括映射方法、碼率、有關傳輸的數據的幀結構信息和數據分散信息中的至少一種。
12.如權利要求9所述的傳輸方法，其中，在邏輯耦合步驟中，所述PN序列和所述Walsh碼是異或耦合的。
13.如權利要求9所述的傳輸方法，其中，所述Walsh碼包括同樣大小的比特流組。
14.如權利要求13所述的傳輸方法，其中，每個比特流由2N比特形成，其中N是自然數。
全文摘要
提供了一種單載波傳輸系統及其方法。該單載波傳輸系統包括擾碼單元，對要傳輸的TS擾碼；FEC單元，對來自擾碼單元的擾碼後的TS進行前向糾錯以形成編碼的TS；PN序列產生單元，產生PN序列Walsh碼產生單元，產生對應於識別信息的Walsh碼；邏輯耦合單元，邏輯耦合產生的Walsh碼和PN序列；多路復用器(MUX)，通過在編碼後的TS中插入由邏輯耦合單元耦合的信號和段同步碼元以執行多路復用；導頻插入單元，將導頻插入多路復用的TS；調製單元，對插入了導頻的TS調製；和射頻轉換器，對來自調製單元的調製後的TS執行射頻轉換。通過使用Walsh碼插入額外信息，該單載波傳輸系統具有信號傳輸改善的可靠性。
文檔編號H04N7/015GK1968233SQ20061014680
公開日2007年5月23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