CN101083500B

CN101083500B - 先进调制和编码模式的盲识别

Info

Publication number: CN101083500B
Application number: CN2007101016685A
Authority: CN
Inventors: 约瑟夫·桑托; 周广财; 欧内斯特C.·陈; 丹尼斯·赖; 沙米克·梅特
Original assignee: DirecTV Group Inc
Current assignee: DirecTV Group Inc
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2007-02-08
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2027-02-08
Also published as: JP2007259422A; US20070206638A1; US20100157881A1; KR20070080845A; EP1835676A3; US7715786B2; EP1835676A2; US8023888B2; CA2577539C; JP4537414B2; CA2577539A1; CN101083500A; KR100839317B1

Abstract

用于获得和解调通信系统中传输的数据流的方法和装置。依照本发明的方法包括：在数据流中寻找物理层帧(PL帧)的边界；寻找与数据流相关的唯一字(UW)的第一26比特；利用该UW寻找扰码；以及使用解码过程确定数据流内期望信号所使用的调制类型和编码速率。

Description

先进调制和编码模式的盲识别

技术领域

本发明涉及通信系统，尤其涉及最小化信号干扰的方法和设备。

背景技术

图1阐明了相关技术的典型卫星电视系统。

图1显示了通信系统，特别是电视广播系统100，该系统通过卫星发送和接收音频、视频、和数据信号。尽管在基于卫星的电视广播系统的环境下描述本发明，但这里描述的技术同样可以应用到节目内容传递的其他方法，例如陆地无线下载(over-the-air)系统、基于电缆的系统、和因特网。此外，尽管本发明主要关于电视内容(即，音频和视频内容)描述，本发明可以以包括视频内容、音频内容、与音频和视频相关的内容(例如，电视观看频道)、或数据内容(例如，计算机数据)的多种节目内容素材来实践。

电视广播系统100包括发送站102、上行链路抛物面天线(dish)104、至少一个卫星106、以及接收站108A-108C(全体被称为接收站108)。发送站102包括多个输入端110用于接收各种信号，例如模拟电视信号、数字电视信号、录像带信号、原始节目信号、和计算机产生的包含HTML内容的信号。此外，输入端110接收来自具有硬盘或其他数字存储介质的数字视频服务器的信号。发送站102还包括多个定时输入端112，其提供关于各种电视频道的定时和内容的电子进度表信息，例如在包含在新闻和电视向导的电视进度表中发现的信息。发送站102把来自定时输入端112的数据转换成节目向导数据。节目向导数据也可以在发送站102处手动输入。节目向导数据包括多个“对象”。该节目向导数据对象包括用于构建最终显示在用户的电视监视器上的电子节目向导的数据。

发送站102接收和处理在输入端110和定时输入端112接收的各种输入信号，把接收的信号转换为标准的格式，把标准的信号组合成单个的输出数据流114，并向上行链路抛物面天线104连续发送输出数据流114。输出数据流114是通常使用MPEG-2编码压缩的数字数据流，尽管诸如MPEG4或其他方案的其他压缩方案也可以使用。

输出数据流114中的数字数据被分成多个分组，每个分组被标记有业务频道标识(SCID)号码。接收站108中的接收机可以使用该SCID识别对应于每个电视频道的分组。纠错数据也可以包括在输出数据流114中。

输出数据流114通常是由发送站102使用标准频率和偏振调制技术调制的复用信号。优选地，输出数据流114包括多个频带，典型地包括16个频带，每个频带被左偏振或右偏振。可选择地，也可以使用垂直和水平偏振。

上行链路抛物面天线104连续地接收来自发送站102的输出数据流114，放大所接收的信号并将信号116发送到至少一个卫星106。尽管在图1中显示了单个上型链路抛物面天线104和三个卫星106，也可以优选地使用多个上行链路抛物面天线104和更多的卫星106来提供附加的带宽并帮助确保连续的向接收站108传递信号114。

卫星106沿绕地球的同步轨道旋转。每个卫星106具有多个转发器(transponder)，其接收由上行链路抛物面天线104发送的信号116，放大接收的信号116，把接收的信号116的频移到不同的频带，并且然后把该放大的、频移的信号118返送回地面的接收站108位于或在将来的某些时间将位于的期望的地理位置。接收站108然后接收和处理由卫星106发送的信号118。

每个卫星106通常在32个不同的频率广播信号118，这些频率被许可给多个用户用于广播节目，该节目可以是音频、视频、或数据信号、或它们的任意组合。这些信号通常被放置在Ku频带(即11-18GHz)，但是也可以在Ka频带(即18-40GHz，尤其在20-30GHz范围内)、或其他频带。

图2是一个接收站108的框图，该接收站接收和解码音频、视频和数字信号。通常，接收站108是“机顶盒”，也被称为集成接收机解码器(IRD)，其通常位于家庭或多住处单元，用于接收卫星广播电视信号118。接收站108也可以是能够记录信号用于以后重放的个人视频记录器(PVR)。

接收抛物面天线200可以是室外单元(ODU)，其通常是安装在家庭或多住处单元的较小抛物面天线。然而，如果需要，接收抛物面天线200也可以是较大的地面安装的抛物面天线。

接收抛物面天线200通常使用反射抛物面天线和喇叭天线装配来接收下行链路信号118并通过有线或同轴电缆把下行链路信号118引导到接收站108。每个接收站具有专用电缆，该电缆允许接收抛物面天线200通过多开关有选择地将下行链路信号118引导到接收站108，并允许接收站108确定哪个信号118是期望的。

接收站108通常包括接收抛物面天线200、备用内容源202、接收机204、监视器206、记录设备208、远程控制210和接入卡212。接收机204包括调谐器214/解调器/前向纠错(FEC)解码器216、数字/模拟(D/A)转换器218、CPU220、时钟222、存储器224、逻辑电路226、接口228、红外线(IR)接收机230和接入卡接口232。接收抛物面天线200接收由卫星106发送的信号118，放大信号118并把信号118传递到调谐器214。调谐器214和解调器/FEC解码器216在CPU220的控制下操作。

CPU220在存储在存储器224或存储在CPU220内的辅助存储器内的操作系统的控制下操作。CPU220执行的功能被存储在存储器224内的一个或多个控制程序或应用程序控制。操作系统和应用程序由指令构成，这些指令当被CPU220读取和执行时使得接收机204典型地通过接入和操纵存储在存储器224中的数据，执行实现和/或使用本发明必需的功能和步骤。实现这些应用程序的指令有形地体现在计算机可读介质中，例如存储器224或接入卡212中。CPU220也可以通过接口228或接收抛物面天线200与其他设备通信以接收命令或指令以便存储在存储器224中，从而依照本发明制成计算机程序产品或制品。这样，这里使用的术语“制品”、“程序存储设备”和“计算机程序产品”打算包括CPU220可以从任何计算机可读设备或媒体访问的任何应用程序。

存储器224和接入卡212为接收机204存储各种参数，例如授权处理并为其产生显示的频道接收机204列表；使用接收机204区域的邮政编码和区域代码；接收机204的模型名称或号码；接收机204的序列号；接入卡212的序列号；接收机204的所有者的名字、地址和电话号码；以及接收机204的制造商的名字。

接入卡212可以从接收机204(如图2所示)中移除。当插入到接收机204时，接入卡212耦合到接入卡接口232，该接口通过接口228与客服中心(没有显示)通信。接入卡212基于用户特定的账户信息从客服中心接收接入授权信息。此外，接入卡212和客服中心关于业务的付费和订购进行通信。

时钟222向CPU220提供当前本地时间。接口228优选耦合到接收站108所在位置的电话插座234。接口228允许接收机204通过电话插座234与图1所示发送站102通信。接口228也可以被用于向/从例如因特网的网络传送数据。

从接收抛物面天线200发送到调谐器214的信号是多个调制的射频(RF)信号。期望的射频信号然后被调谐器214下变频到基带，调谐器214也产生同相和正交相位(I和Q)信号。这两个信号然后被传递到解调器/FEC专用集成电路(ASIC)216。该解调器216ASIC然后解调该I和Q信号，并且该FEC解码器正确地识别每个发送的码元。所接收的用于正交相移键控(QPSK)或8PSK信号的码元分别承载2或3个数据比特。校正后的码元被转换为数据比特，该数据比特然后被装配成净负荷数据字节并最后转换成数据分组。数据分组可以承载130数据字节或188字节(187数据字节和1同步字节)。

除了接收抛物面天线200接收的数字卫星信号外，也可以优选地使用其他的电视内容源。例如，备用内容源202向监视器206提供额外的电视内容。备用内容源202耦合到调谐器214。可选内容源202可以是用于接收无线(off theair)信号国家电视标准委员会(NTSC)信号的天线，用于接收美国电视标准委员会(ATSC)信号的电缆，或其他内容源。尽管只显示了一个备用内容源202，也可以使用多个源。

首先，当数据进入接收机204时，CPU220查找在行业上通常被称为引导对象的初始化数据。引导对象识别可以发现所有的其他程序引导对象的SCID。引导对象一直以相同的SCID发送，因此CPU220知道其必须查找标记有该SCID的分组。来自引导对象的信息被CPU220用来识别程序向导数据的分组并把它们路由到存储器224。

远程控制210发射红外(IR)信号236，红外(IR)信号236被接收机204中的红外接收机230接收。可以替代地使用其他类型的数据输入设备，例如但不限定为，超高频(UHF)远程控制、接收机204上的键区、远程键盘和远程鼠标。当用户通过按压远程控制210上的“向导”按钮请求显示节目向导时，向导请求信号被IR接收机230接收并发送到逻辑电路226。逻辑电路226告知CPU220该向导请求。响应该向导请求，CPU220使存储器224把节目向导数字图像传输到D/A转换器218。D/A转换器218把该节目向导数字图像转换成标准的模拟电视信号，该模拟电视信号然后被传输到监视器206。监视器206然后显示TV视频和音频信号。可选择地，监视器206可以是数字电视，在这种情况下，接收机204中不再需要数字到模拟的转换。

用户使用远程控制210与电子节目向导交互。用户交互的例子包括选择特定的频道或请求附加的向导信息。当用户使用远程控制210选择频道时，IR接收机230把用户的选择中继到逻辑电路226，然后该逻辑电路226把该选择传递到存储器224，CPU220接入该存储器224。CPU220对所接收的来自FEC解码器216的音频、视频、和其他分组执行MPEG2/MPEG4解码步骤并把所选择频道的音频和视频数据输出到D/A转换器218。D/A转换器218把该数字信号转换为模拟信号，并把模拟信号输出到监视器206。

这样的通信系统100(这里作为例子显示为电视广播系统100)，已经包含使用数字技术使得高质量传输成为可能的需求。当分组和其他数据从上行链路抛物面天线104传输到接收机108时，要到其他接收站108的分组中的码元和比特通常以相同的频率从卫星106下行传输到接收机108，因为发送频率受卫星108的限制控制并且可用的发送频率受在频谱内的特定频率上传输的政府许可控制。

此外，数据帧被编码以使其相互干扰，并且接收机108不能解码并在监视器206上呈现想要的信号。这样的干扰被称为“同频道干扰”，该干扰中一个频道的数据与另一频道的接收和解调相互干扰。在实际的应用中，该同频道干扰也可能起源于其他系统运营商、运行在临近轨道隙的卫星106、或点束卫星广播系统100中的其他点传输束的传输。

当通信系统100传送更多数据，即可以在监视器206上观看的卫星广播系统上的更多的节目频道时，数据传输之间的干扰的概率增加，这样，信号接收的质量会降低。

为了优化使用可用频谱并在最小干扰的情况下传递节目的大数量的不同频道，RF传送使用不同的代码被加扰。然而，如果不知道该代码，接收机108不能确定解码哪个信号118，并且，因此，接收机108会不能正确地处理信号118。

然后，可以看出，现有技术需要能够在预先不知道解码的情况下正确地识别扰码并在广播系统中显示。

发明内容

为了最小化现有技术的局限性，以及最小化在阅读和理解本说明书后将会清楚的其他局限性，本发明公开了用于获得和解调在通信系统中传输的数据流的方法和装置。依照本发明的方法包括：在数据流中寻找物理层帧(PL帧)的边界；寻找与该数据流相关的唯一字(UW)的第一26比特；利用该UW寻找扰码；并使用解码过程确定用于数据流内期望信号的调制类型和码速率。

该方法进一步可选择地包括：数据流是来自卫星的下行链路信号，该扰码进一步包括用于加扰数据流的净负荷部分的Gold码；寻找PL帧的边界的步骤进一步包括寻找PL帧的粗边界；寻找PL帧的边界的步骤进一步包括寻找PL帧的帧开始(SOF)；寻找SOF的步骤包括归一化PL头部的最后一个码元和PL头部的第一个码元的共轭积；寻找UW的第一26比特的步骤包括归一化SOF后的数据流的第一26码元，使得第一码元具有已知相位；并且寻找扰码的步骤包括查找与UW相关的扰码。

依照本发明的设备获得并解调在通信系统中传输的数据流，并且包括：用于在数据流中寻找物理层帧的边界以及用于寻找与数据流相关的唯一字的第一26比特的解调器；耦合到解调器，用于利用唯一字寻找扰码的解扰器；以及耦合到解扰器，用于确定用于数据流内期望信号的调制类型和码速率以及解码数据流的解码器。

该设备进一步可选择地包括：数据流是来自卫星的下行链路信号；该扰码进一步包括用于加扰数据流的净负荷部分的Gold码；寻找物理层帧的边界的步骤进一步包括寻找物理层头部的粗略边界；寻找物理层帧的边界的步骤进一步包括寻找物理层帧的帧开始；寻找帧开始的步骤包括归一化物理层头部的最后一个码元和物理层头部的第一个码元的共轭积；寻找唯一字的第一26比特的步骤包括归一化帧开始后的数据流的第一26码元，使得第一码元具有已知相位；并且寻找扰码的步骤包括查找与唯一字相关的扰码。

依照本发明的另一系统实施例发送和接收数据流，并包括发送机和接收机，该发送机进一步包括：编码器，该编码器接受数据流并产生包括物理层头部和净负荷部分的数据流的编码版本；加扰器，耦合到编码器，用于接受数据流的编码版本并产生数据流的加扰版本；以及调制器，耦合到编码器，用于把数据流的加扰版本调制到载波上；该接收机进一步包括：解调器，用于寻找数据流的加扰版本中物理层帧的边界以及寻找与数据流的加扰版本相关的唯一字的第一26比特；解扰器，耦合到解调器，用于利用唯一字将扰码应用到数据流的加扰版本以重新产生数据流的编码版本；以及解码器，耦合到解扰器，用于使用调制类型和码速率解码数据流的编码版本，该解码器提取数据流内的期望信号。

该系统进一步可选择地包括加扰数据流的编码版本，其中仅仅加扰数据流的编码版本的净负荷部分，该数据流是来自卫星的下行链路信号，并且扰码进一步包括用于加扰数据流的净负荷部分的Gold码。

本发明的其他方面、特征和优点是公开的和要求保护的系统和方法所固有的或者根据下面的详细说明和所附的附图将会变得清楚的。该详细的说明和所附的附图仅仅示意本发明的特定实施例和实现，然而，本发明也可以是其他或不同的实施例，并且它的一些细节可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下在不同的方面修改。因此附图和说明实质上被认为是示意性的，并不限制本发明。

附图说明

本发明示例性地而不是限制性地在所附的附图中示出，在附图中相同的参考标记表示相同的部件，其中：

图1表示相关技术的典型的基于卫星的广播系统；

图2是接收和解码音频、视频和数据信号的接收站的框图；

图3A-3B是应用在图1-2的系统的数字传输设备中的示范性的发送机和解调器的框图；

图4A和4B是依照本发明的实施例在图3的系统中使用的帧结构的图，以及以不同唯一字(UW)加扰帧头部的逻辑图；

图5是依照本发明的各种实施例隔离同频道干扰的加扰器的框图；

图6是显示本发明的步骤的流程图。

具体实施方式

在下面的说明中，参考了构成本发明的一部分并且作为示例显示本发明的几个实施例的附图。应当理解其他的实施例也可以利用并且可以在不脱离本发明的范围的情况下可以进行结构的改变。

概述

在本发明中，数字数据经由信号114、卫星106和信号118从发送站102发送。数字数据包含三个主要成分：数据帧的头部，被称为物理层头部或PL头部；净负荷数据；以及可选择地，附加的插入码元，称为导频码元，导频码元被接收机108使用以减轻接收站108中恶化(主要是相位噪声)的有害影响。通过使用PL头部，解调器/FEC解码器216可以快速地获得和校正在每个数据帧开始处的相位和频率。对于多种8PSK和QPSK传输模式，也需要导频码元用于更精确地在相位噪声中跟踪信号。然而，在某些场合，当期望信号的PL头部和同频干扰信号在时间上对准时，干扰很大，从而解调器/FEC解码器216不能以需要的精确度确定与想要的信号相关联的载波频率的相位。这意味着当解调器216试图保持相位锁定在期望信号上时，非期望的信号呈现相同的头部码元或导频码元，并且解调器216可能被非期望信号的出现扰乱，并且因此不能跟踪期望信号的相位。在解调器216中的这种扰乱在本领域被称为解调器216被“拉出(pull off)”期望信号。如果解调器216被从QPSK传输的最佳构像(constellation)点拉出到45度时，解调器将不能正确的识别该码元。这将会引入错误，并且如果不能快速地校正，数据错误将被识别为锁定丢失。这又导致微处理器220命令解调器216重新获取该信号，这导致了数据的丢失，直到期望信号被重新获得。该数据的丢失将在观看者观看的监视器206上呈现错误数据，以及可能会呈现业务中断。与在给定的监视器206上观看期望电视频道的运动和对话不同，同频道干扰将使观看者看到监视器衰退为黑色屏幕或看到混乱的图片或听到混乱的声音。

本发明涉及下行链路信号118的初始获得的问题。如果解调器216不具有解码下行链路信号118的正确信息，该解调器216将不能解调和解码信号118，下行链路信号118是使用基于使用低密度奇偶校验(LDPC)和BCH码的新DVBS2规范的调制和前向纠错(FEC)系统编码的。

尽管在先申请关注于同频干扰，该干扰在甚至低到-14dBc的水平上，使FEC解码器在晴天状况下也会遭受数据的间歇的丢失。为了解决该问题，在先专利申请提到了加扰技术，该加扰技术保证了任意两个DVBS2传输是足够不同的。该数据帧包括3个部分——物理层头部(PL头部)、净负荷部分和导频码元。在先申请描述了加扰过程，该过程对PL帧头使用一个扰码(称为唯一字)以及对净负荷和导频部分使用另一代码(Gold码)。目前，大约有1000对唯一字和Gold码是可以使用的，其中一时代码与一个下行链路传输118一起使用。

然而，没有一个在先的发明关注信号118的不正确获得。IRD108中的当前解调器/FEC216ASIC必须具有用于解码DVSB2传输的特定信息，该信息包括唯一字和Gold码。如果因为某些原因，唯一字或Gold码不可用或不正确，则信号118不能被解码。

本发明提供一种加扰的DVSB2传输的几乎盲获得的方法、设备和制品。本发明提供一种方式来仅仅使用以下项去确定唯一字和Gold码：(1)可以使用的可能的唯一字和Gold码的在先知识、(2)中心频率和(3)传输的码元速率。计算机仿真指示与信号将不能被解码的当前情况相反，本公开所描述的过程可以在小于1秒的时间内识别新的解调器/FEC解码ASIC中的唯一字和Gold码。

在没有扰码的盲获得的情况下，IRD接收机必须具有正确的扰码否则信号不能被解码。本发明提供一种计算上有效方法来避免由于不正确或丢失扰码的使用引起的获得失败。

系统概述

在广播应用中，连续模式的接收机108被广泛地使用。在低信噪比(SNR)环境中运行良好的加扰和纠错码在同步方面(例如，载波相位和载波频率)与这些接收机108不一致。物理层头部和/或导频码元可以用于该同步。因此，关于系统性能的一个重要考虑是在物理层头部和/或导频码元上的同频干扰。由于物理层头部和/或导频用于获得和/或跟踪载波相位和载波频率，该干扰可能降低接收机的性能。

许多数字广播系统100除了帧结构的正常开销比特外需要使用附加的训练码元用于它们的同步过程。当信噪比(SNR)相对于所需要的水平较低，以及相位噪声在组合时或单独地较高时，尤其需要开销上的增加；当高性能的码与高阶调制相结合使用时该环境是典型的。传统上，连续模式接收机利用反馈控制环来获得并跟踪载波的频率和相位。完全地基于反馈控制环的这种方法倾向于强射频(RF)相位噪声和热噪声，引起整个接收机性能的高周期滑动率和误码基准(floor)。除了有限的获得范围和长的获得时间外，这样的方式由于增加的用于特定性能目标的训练码元的开销而负担加重。此外，这些传统的同步技术依赖于特定的调制方案，从而阻碍了调制方案使用的灵活性。

在系统100中，接收机108典型地通过检查嵌入在广播数据帧结构(图4A中显示)中的前置码、头部、和/或唯一扰码或唯一字(UW)来获得载波同步，从而降低特定地指定用于训练目的的附加开销的使用。

在这样的离散的通信系统100中，传输设施102产生代表多媒体内容(例如，音频、视频、文本信息、数据等)的一组离散的可能消息；每个可能的消息具有相应的信号波形。这些信号波形由通信频道116和118衰减，或改变。为了防止广播频道116和118中的噪声，传输设施102利用前向纠错码，例如低密度奇偶校验(LDPC)码，或不同FEC码的级联。

LDPC或由传输设备102产生的其他FEC码或在不引起任何性能损失的情况下促进高速实现。从传输设施102中输出的这些构建的LDPC码利用调制方案(如8PSK)避免了将小数量的校验节点分配到已经易受频道错误影响的比特节点。该LDPC码具有平行化的解码过程(与卷积码不同)，其有利地包括例如添加、比较和查表的简单运算。此外，仔细设计的LDPC码并不呈现浅的错误基准，例如，即使信噪比增加，错误也不会降低。如果错误基准存在，使用另一码(例如Bose/Chaudhuri/Hocquenghem(BCH)码或其他码)来明显抑制该错误基准是可能的。

依照本发明的一个实施例，传输设施102使用下面图2解释的相对简单的编码技术产生扰码，该扰码是基于它们的抗同频干扰能力产生的。

发送机功能

图3A是应用在图1的系统100的数字传输设备中的典型发送机的图。传输设施102中的发送机300具有LDPC/BCH编码器302，该编码器302从信息源110接收输入并输出适合在接收机108中进行纠错处理的较高冗余的编码流。信息源110从输入X产生信号k。LDPC码被指定以奇偶校验矩阵。编码LDPC码通常需要指定产生矩阵。BCH码被包含，从而降低系统100的错误基准，其改进了纠错性能。

编码器302使用简单的编码技术向加扰器304和调制器306产生信号Y，该编码技术通过把结构强加到奇偶校验矩阵上来仅使用奇偶校验矩阵。特别的，通过限制矩阵的特定部分为三角形来对奇偶校验矩阵进行限制。该限制导致了在性能损失可以忽略的情况下的高计算效率，并且因此，构成了有吸引力的折衷。

加扰器304依照本发明加扰FEC编码码元从而最小化同频干扰，下面将进行更全面的说明。

调制器306把来自加扰器304输出端的加扰消息映射为发送到发送天线104的信号波形，发送天线104通过通信频道116发送这些波形。来自发送天线104的传输如下所述传送到解调器。在卫星通信系统的情况下，来自天线104的发送信号如图1所示通过卫星中继到接收机108。

解调器

图3B是图2的系统中典型解调器/FEC解码器216的图。解调器/FEC解码器216包括解调器308、载波同步模块/解扰器310、以及LDPC/BCH解码器312并支持通过天线200来自发送机300的信号的接收。依照本发明的一个实施例，解调器308提供从天线200接收的LDPC编码信号的滤波和码元定时同步，并且载波同步模块310提供从解调器308输出的信号的帧同步、频率和相位获得以及跟踪和解加扰。在解调后，信号被转发到LDPC解码器312，该解码器通过产生消息X’试图重新构建原始源的消息。

关于接收侧，如果期望和干扰载波都使用相同的调制和编码配置(或模式)，当帧头部(图4A中显示)在时间上对准同时它们的相对频率偏移较小时，干扰可能引起解调器相位估计的严重错误。因此，当信号和干扰帧在时间上对准时，解调器会周期地输出错误。该情况发生在所讨论的信号的频率和码元时钟足够接近的时候，尽管它们可能相对于彼此漂移。

帧结构

图4A是应用在本发明的系统中的典型帧结构的图。例如，显示了可以支持如卫星广播和交互业务的LDPC编码帧400。帧400包括物理层头部(标识为“PL头部”)401，占用一个时隙，以及其他时隙403用于数据或其他净负荷。此外，依照本发明的一个实施例的帧400在每16个时隙后利用导频块405帮助载波相位和频率的同步。应该注意导频块405是可选择的。尽管显示为在16个时隙之后，表示加扰块的导频块(或导频序列)405，可以插在帧400的任何位置。

在典型实施例中，导频插入过程每1440码元插入导频块。在这种情况下，导频块包括36个导频码元。例如，在物理层帧400中，第一导频块被插入到PL头部401开始之后的1440净负荷码元后，第二导频块被插入到之后的2880净负荷码元后，等。如果导频块的位置与下一PL头部401的开始一致，则不插入导频块405。

依照本发明的一个实施例，载波同步模块310(图3)利用PL头部401和/或导频块405进行载波频率和相位的同步。PL头部401和/或导频块405可以用于载波同步，即，帮助频率获得和跟踪以及相位跟踪环的操作。这样，PL头部401和导频块405被认为是“训练”或“导频”码元，并单独地或共同地构成训练块。

每个PL头部401通常包括包含26个码元的帧开始(SOF)部分，以及包含64个码元的物理层信令码字段(PLS码)。通常，SOF部分对于没有进一步加扰而发送的所有信号的所有PL头部401是相同的。

对于QPSK、8PSK和其他调制，导频序列405是36码元长度的段(每个码元为

在帧400中，导频序列405可以插入到1440数据码元后。在这种情况下，PL头部401可以具有依赖于调制、编码和导频配置的64种可能的格式。

当干扰载波和期望载波(即，同频道)的PL头部401在时间上对准时，来自干扰PL头部401的相干作用可能引入严重的相位错误，造成难以接受的性能恶化。同样，如果两个同频道都使用导频码元(都使用相同Gold码序列用于导频块405)，导频块405以完全同样的方式被加扰，从而干扰载波(或同频道)中导频块的相干作用仍然是难以解决的。

为了减轻同频干扰的影响，帧400以导频模式被加扰。通常，在该模式中，非头部部分407用对发送机唯一的Gold码序列加扰。然而，在广播模式中，包括导频块405的整个帧400使用同一码加扰，例如，向所有的接收机105提供相同的Gold序列。

将不同的扰码应用到PL头部

如图4B所示，为了降低同频道干扰的影响，对各个同频道可以利用与PL头部401相同长度的几个不同唯一字(UW)模式加扰PL头部401。例如，可以对期望和干扰载波(即，同频道)进行不同UW模式411、413与PL头部401的异或(通过XOR逻辑409)。在这种方式下，与干扰载波的PL头部401相关的功率不再向期望载波的PL头部401固有地增加。

尽管关于支持卫星广播和交互业务(并与数字视频广播(DVB)-S2标准兼容)的结构描述了帧400，应当认识到本发明的载波同步技术可以被应用到其他的帧结构。

此外，在把PL头部401附到帧400之前可以对各个的PL帧头401进行加扰，并且可以对一个PL头部401进行加扰而不对其他PL头部401进行加扰。本发明预见基于两个数据帧400之间的期望的同频道干扰选择扰码(或产生扰码的种子)，或不选择扰码。PL头部可以如图5所示作为数据帧400加扰的一部分被再次加扰，或使用加密方案进行加密。

用于加扰PL头部401的码411和413可以是这里所述的Gold码、其他种子码或其他编码方案，只要它们不脱离本发明的范围。这些码或用于这些码的种子可以从有限数目的码或种子中选择，并且这些码或种子可以被发送到用于解扰数据帧400的接收机108进行解调和解扰帧400。可以基于包括卫星数量32或在通信系统100中预期的同频道干扰的数量的多个因素选择有限数量的码或种子。

同频道加扰

图5是依照本发明的一个实施例用于隔离同频干扰的序列加扰器的图。扰码是依照本发明的一个实施例可以由Gold码构建的复数序列。也就是，加扰器304产生加扰序列Rn(i)。表1定义了加扰序列Rn(i)如何依照图5的加扰序列产生器使用加扰器304加扰帧。尤其，表1显示了输入码元和基于加扰器304输出的输出码元之间的映射。

Rn(i)	Input(i)	Output(i)
			0	I+jQ	I+jQ
1	I+jQ	-Q+jI
			2	I+jQ	-I-jQ
3	I+jQ	Q-jI

表1

对于这样两个m-序列产生器中的任意一个使用不同的种子可以产生不同的Gold序列。通过对不同的业务使用不同的种子500，互相的干扰可以被降低。

在广播模式中，90码元物理层头部401可以对特定物理频道保持恒定。在每个帧的开头Gold序列被复位，从而，加扰的导频也是周期性的，其周期与帧的长度相同。因为在帧中承载数据的信息变化并显示为随机，同频干扰是随机的并降低了操作SNR。如果不使用该方案，由于原始PL头部401和导频块405的时间变化特性，载波和相位估针对于依赖于用于该获得和跟踪的这些导频和物理层头部的接收机来说是有偏差的。除与随机数据相关的SNR的降低以外，这将降低的性能。

加扰器304利用不同的加扰序列(图5中n)进一步隔离同频干扰。一个加扰序列提供给PL头部以及一个提供给导频。根据来自Gold序列的n个值的不同种子指定不同的导频。

因此，本发明期望单独加扰PL头部401、导频块405以及净负荷403的几个组合用于消除同频干扰。根据系统的复杂度，给定频道的PL头部401和导频块405(如果存在)可以使用与同频不同的码进行加扰而不加扰净负荷403。实际上，存在于一个频道400中的所有的非净负荷403码元使用一个码进行加扰，并且另一频道400中的所有非净负荷码元403使用不同的码进行加扰。

此外，两个不同频道的PL头部401和导频块405(如果存在)可以使用不同的扰码进行加扰，并且这些频道的净负荷403可以使用其他码进行加扰。例如，第一加扰序列可以应用到第一PL头部401，以及第二加扰序列可以被应用到第二PL头部401。第一净负荷403和导频块405具有被应用的第三加扰序列(典型地为Gold码)，并且第二净负荷和导频块405具有被应用的第四加扰序列(典型地也为Gold码)。

在本发明中也期望有对PL帧头401和净负荷403以及导频块405使用成对的码的系统。因此，用在PL头部401上的给定的扰码也一直与用于加扰净负荷403和导频块405的扰码一起使用。这些码对可以被应用到任何信号400，并且可以根据需要从一个信号400重新指定到另一信号400。

在本发明的范围内还期望系统100内的每个净负荷403和导频块405信号接收唯一扰码。此外，每个PL头部401可以接收唯一扰码，如果需要该扰码可以与用于净负荷403和导频块405的扰码配对。

尽管本发明被描述为用于给定频道400的单个加扰序列，本发明也期望在给定数量的帧发送后加扰序列可以改变或旋转。在不脱离本发明的范围的情况下，如果需要，用于PL头部401、净负荷403和导频块405或两者的加扰序列可以随机地或周期地旋转。

码在特定顺序/组合中的应用

如图4A-4B所示，Gold序列种子500(用于加扰净负荷403和导频块405)以及头部扰码411，413(用于加扰PL帧头401)被应用到每个信号。然而，给定的种子500并不一定与给定的头部411码很好地合作。最好的种子500和PL头部码411的组合被选择并执行测试以保证所选择的种子500/头部码411的组合并不与其他种子500/头部码411对的组合干扰。

为了保证这些对(应用到给定频道的种子500/帧头编码411)与系统100中所有的其他时正常地合作，检查每一对对所有其他对的可能的同频干扰。如果存在1000个要广播的频道，那么需要产生并检查1000对种子500/头部码411。

种子的产生

每个种子500首先独立于头部码411产生。每对有时被称为先进调制和编码(AMC)扰码，并给出一个AMC码号作为简单的参考工具。例如，但不作为限制AMC码1是种子500(其中种子是“00”)和头部码411(其中头部码是码“01”)的组合。AMC编码2是不同的种子500和不同的头部码411的组合。发送机300和解调器308编程有卫星106的每个转发器的AMC码号，从而解调器308“清楚”哪个AMC码被应用到给定的信号用于调谐和解调。

首先，使用期望的方案(例如采用DVB-S2广播标准中的默认种子)选择第一种子(其产生每个信号的Gold加扰序列)。第二候选种子500从Gold序列池的剩余中选择，当实现在具有导频码元的DVBS-2传输模式中时计算候选Gold序列与第一序列的互相关。只有当其与第一种子的所有互相关低于所有导频偏移的预定门限时，该候选种子被保持，否则，另一候选将从剩余种子池中选出用于第二种子，并且持续该过程直到第二种子被选择。然后选择第三候选种子，并且使用第三候选Gold码加扰的第三传输与前面两个传输之间中的每一个的互相关被计算。只有当其与第一和第二种子的互相关都低于用于所有导频偏移的门限时第三种子才被选择。该过程持续到所需数量的码被识别。因此，所有选择的Gold序列彼此之间的互相关低于都预定的门限值，这表示使用这些种子的传输不会严重地彼此相关并且因此会引入最小的相互之间的有害干扰。在用于构建系统100的元件中可能进行频道分离的情况下，该门限值被选择为同频道干扰的最差情况。可以为系统100的例如用于启动自举(strap)载入(BSL)、或其他目的的特定部分预留这些种子500的子集。当比较这些种子500序列的排列(permutation)时，可以按性能给这些码排队，其中最好的种子500排队的位置比最差的种子500高，并且，因此，可以产生种子的排队顺序。

码对的盲获得

典型地，解调器216具有关于存在于给定下行链路信号118上的种子500/码411和被正确地解调、解码、并显示在监视器206上的下行链路信号118的组合的信息。然而，有时接收机108内存在的码知识与信号118使用的码不匹配，并且，因此，信号118的获得不能发生。

本发明使用存储器224、以及CPU220，以及如果需要，使用时钟222，通过在存储器224中存储关于用于编码信号118的所有码组合的信息来确定信号118是否被获得，并随后如果获得并没正常发生或没发生在指定的时间段则进行码组合。

在下面的讨论中将使用几个基本的因素。

DIRECTV模式的物理层帧码元的长度是32490、33282、21690、或22194。

当前扰码可以被唯一字的第一26比特唯一识别，甚至被第一26UW比特的25个不同比特识别：当比较所有的1000+16可用唯一字时，UW的第一26比特的1016不同比特之间的最小的汉明(Hamming)距离是2。

可以在没有AMC信息的情况下进行定时恢复，并且通过某些公知的算法将频率偏移降低到1MHz。

处理流程

图6阐明了本发明的处理流程。

框600阐明了在数据流中寻找物理层帧(PL帧)的边界。

框602阐明了寻找唯一字(UW)的第一26比特。

框604阐明了寻找UW以及Gold序列，即，全部的扰码。

框606阐明了使用解码过程来确定期望信号的调制类型和码速率。

寻找物理层帧的边界

即使每个PL帧400被扰码加扰，PL头部401对每个帧一直是相同的(除非调制或编码参数改变)，并且即使在加扰后其也会保持相同。该信息可以被用于识别PL帧400的边界。

为了识别粗略边界，从4种可能的情况中选择帧长度，假设为L。从第一个码元开始，对某些连续码元(例如90个码元，其可能基于调制和BB头部信息而改变)与延迟了L个码元的另一90个码元执行互相关。该过程贯穿整个L码元。当获得互相关的绝对值时，真实的PL帧400开始位置将在峰值位置附近。码元的不确定的范围大约是[-35，35]，或者大约71个码元。

为了在不确定的范围(假设为71个)内识别准确的帧边界，固定PL头部401(90个码元)的信息被再次使用。如果{s1，s2，...s90}是包含PL头部401的码元，s90＊共扼(s1)对于固定的或缓慢改变的频率偏移和相位噪声是固定的值。归一化s90＊共扼(s1)，从而其具有幅度1，例如相位没有改变。对于不确定的范围内的每个帧开始，平均某些PL帧400(例如50个PL帧400)的归一化s90＊共轭(s1)。在这些平均值中，选择最大的峰值幅度。这就是PL帧400的真实开始(SOF)。当考虑BB头部的影响时，我们可以使用门限方法来识别SOF。

注意，如果导频被包括在期望的载波信号118中，为每个PL帧固定导频信息可以用于更加快速的识别SOF边界。

寻找UW的第一26比特

一旦发现准确的PL帧400边界，使用PL头部401的第一26码元独立于调制、码速率、导频或没有导频的信息来识别唯一字411的第一26比特。一旦识别了唯一字411的第一26比特，搜索通常位于存储器224中的可用扰码表，从而识别扰码(唯一字411和Gold码500)。

对于具有频率和相位不确定性的每个帧开始或SOF，一旦SOF被确定为了寻找唯一字411的第一26比特，归一化第一26码元，从而第一码元总是具有已知相位。然后在特定的周期(假设为100PL帧400)平均所述26个码元中的每一个，从而获得26个平均的码元。如果平均后的码元是{t1，...，t26}并且没有加扰的PL头部401的第一26个码元是{h1，...h26}，使用{h1，...h26}回转{t1，...，t26}产生新的序列{a1，...，a26}，其中对于i＝1，...26，ai＝ti/hi。现在序列{a1，..a26}是具有某些频率偏移和相位偏移的序列{1-2＊u1，...，1-2＊u26}。由于频率偏移应当是最多25％，可以用相干或非相干的方法来确定等于{u1，...u26}或1+{u1，...u26}模2的序列{v1，...，v26}或等于{u2-u1，...，u26-u25}模2的序列{v1，...v25}。这意味着这些序列可以相对于唯一字411被倒置(invert)，并且这些方法也可以解决该倒置。

注意，还有其他的方法来获得平均码元{t1，...t26}，该平均码元更准确但需要更大的存储器和更多的计算时间。例如，如果对两个连续的PL帧400收集第一90个头部码元，两个序列的互相关可以用于粗略地寻找两个头部之间的相位旋转。归一化第二头部码元，从而它们具有与第一头部码元大致相同的相位。同样，对于最后收集的90个头部码元，归一化它们，从而它们具有与第一90个头部码元大致相同的相位。现在第一26个码元可以被平均从而获得{t1，...，t26}。

下面说明另一种有效的方法。对于每个接收的26码元{s1，...s26}，使用{h1，...h26}旋转相位{s1，...，s26}产生新的码元序列，表示为{t1，...，t26}。然后获得序列{x1，...x25}，其中对于i＝1，...25，|xi|＝1，并且xi的相位是t(i+1)与ti的相位差。平均特定数量(假设为100)个这种向量{x1，...x25}，来寻找新的序列{y1，...y25}。在利用y1的相位和定时归一化向量{y1，...y25}后，实部(y1)的符号，即{v1，...v25}被获得，其等于{u2-u1，...，u26-u25}模2。在不脱离本发明的范围的情况下可以使用这些算法和技术的其他变型。

寻找扰码

一旦{v1，...，v26}或{v1，...v25}被确定，为了寻找整个的扰码，比较所获得的值与将使用每个唯一字411获得的值，且匹配的值确定正确的唯一字411。由于每个唯一字411和Gold码500之间具有一时一的对应关系，一旦唯一字411被定位，整个扰码就被确定。

该识别的组合然后可以用于解加扰信号118，并且标准的DBVS2解码过程可以为选择的下行链路信号118确定调制类型和码速率。

实验结果

使用一连串的仿真时参照图6所述的方法进行测试。对于没有导频码元以及使用扰码ID17(BB头部没有包含在仿真中)加扰的QPSK9/10模式，增加25％的频率偏移和使得CNR＝1dB的AWGN。当90个码元互相关时，由PL头部401贡献的峰值是非常明显的。该仿真结果表示粗略的帧边界可以被确定。对于没有导频的QPSK，错误监测概率仅仅大约为0.0005。当使用精确的边界方法以及观察50个PL帧时，由精确的SOF贡献的峰值容易被观察到。因此，可以在小于50个PL帧400中确定精确的SOF(包括粗略边界和精确边界的识别)。可以发现错误监测概率非常小。在粗略边界被正确识别的情况下，对于精确SOF监测，错误监测概率大约是0.0005。总地来说，基于50个PL帧400，错误检测概率被估计为大约0.001。

如果SOF边界是已知的，可以使用非相干方法基于100个PL帧400获得序列{v1，...v25}。假设u＝{u1，...u26}是具有加扰ID17的UW411的第一26比特。发现对于i＝1，...25，精确地有vi＝abs(u(i+1)-ui)。期望相干方法需要更少的PL帧400来获得相同的性能。当前识别的唯一字411的可能的全面搜索1016证明他们的差分码中没有一个是相同的，并且在每个唯一字411中，至少两个比特是不同的。

一旦扰码被确定，可以基于26SOF码元估计粗略频率偏移。导频ON或OFF状态由估计的帧长度确定。在移除粗略频率偏移后，可以使用Reed-Muller解码器从PL头部401提取码速率信息。在上述过程后，解码ASIC的解调器/FEC216或存储器224可以具有期望载波的全部信息并且信号可以基于预定的先进调制和编码规范被正确地解码。

期望可以在大约120个PL帧400内完成盲获得。全部的解调获得(在AGC和定时恢复之后)可以在大约150个PL帧400内实现，这段时间对于QPSK模式来说大约是250ms以及对于用于20MHz码元速率的8PSK模式来说大约是166ms，该全部的解调获得整体的错误检测概率小于0.001。可以使用BCH差错指示或使用MPEG分组CRC结果实现错误检测。

本发明的其他应用

其他应用就是提出的算法可以被用于从未知的AMC或DBVB-S2信号源识别干扰。该想法可以被粗略地如下描述：期望的信号通常具有较强的功率。在解码、重新编码和重新调制后，期望的信号可以从混合的信号中移除并且仅剩下干扰信号和噪声。只要干扰信号的载波噪声比(CNR)高于0dB，干扰信号就可以被识别。这与通过降低期望信号电平来识别干扰信号的较不理想的传统技术形成对比。

结论

总体来说，本发明包括用于获得和解调在通信系统中传输的数据流的方法和装置。依照本发明的方法包括：在数据流中寻找物理层帧(PL帧)的边界；寻找与数据流相关的唯一字(UW)的第一26比特；利用UW寻找扰码；并使用解码过程确定用于数据流内期望信号的调制类型和编码速率。

该方法进一步可选择地包括：所述数据流是来自卫星的下行链路信号；所述扰码进一步包括用于加扰数据流的净负荷部分的Gold码；寻找PL帧的边界的步骤进一步包括寻找PL帧的粗略边界；寻找PL帧的边界的步骤进一步包括寻找PL帧的帧开始(SOF)；寻找SOF的步骤包括归一化PL头部的最后一个码元和PL头部的第一个码元的头扼积；寻找UW的第一26比特的步骤包括归一化SOF后的数据流的第一26码元，从而第一码元具有已知相位；并且寻找扰码的步骤包括查找与UW相关的加扰。

依照本发明的装置获得并解调通信系统中传输的数据流，并且包括：用于在数据流中寻找物理层帧的边界以及用于寻找与数据流相关的唯一字的第一26比特的解调器；耦合到解调器用于利用唯一字寻找扰码的解扰器；以及耦合到解扰器，用于确定用于数据流内期望信号的调制类型和码速率以及码数据流的解码器。

该装置进一步可选择地包括：所述数据流是来自卫星的下行链路信号；该扰码进一步包括用于加扰数据流的净负荷部分的Gold码；寻找物理层帧的边界的步骤进一步包括寻找物理层帧的粗略边界；寻找物理层帧的边界的步骤进一步包括寻找物理层帧的帧开始(SOF)；寻找帧开始的步骤包括归一化物理层头部的最后一个码元和物理层头部的第一个码元的共扼积；寻找唯一字的第一26比特的步骤包括归一化帧开始后的数据流的第一26码元，从而第一码元具有已知相位；并且寻找扰码的步骤包括查找与唯一字相关的扰码。

依照本发明的系统实施例发送和接收数据流，并包括发送机和接收机，该发送机进一步包括：编码器，该编码器接受数据流并产生包括物理层头部和净负荷部分的数据流的编码版本；加扰器，耦合到编码器，用于接受数据流的编码版本并产生数据流的加扰版本；以及调制器，耦合到编码器，用于把数据流的加扰版本调制到载波上，该接收机进一步包括：解调器，用于寻找数据流的加扰版本中物理层帧的边界以及寻找与数据流的加扰版本相关的唯一字的第一26比特；解扰器，耦合到解调器，利用唯一字把扰码应用到数据流的加扰版本以重新产生数据流的编码版本；以及解码器，耦合到解扰器，使用调制类型和码速率解码数据流的编码版本，所述解码器提取数据流内的期望信号。

该系统进一步可选择地包括：加扰数据流的编码版本，其中仅仅加扰数据流的编码版本的净负荷部分，该数据流是来自卫星的下行链路信号，并且该扰码进一步包括用于加扰数据流的净负荷部分的Gold码。

本发明的范围不打算受详细的说明限制，而是有所附的权利要求和其等同物限定。上述说明书、例子和数据提供制造和使用本发明的组成的完整说明。由于本发明的多个实施例可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出，本发明在于之后所附的权利要求和其等同物。

Claims

1.一种用于获得和解调在通信系统中传输的数据流的方法，包括：

在数据流中寻找物理层帧的边界；

寻找与所述数据流相关的唯一字的第一26比特；

将所述唯一字的所述第一26比特的值与多个已知唯一字进行比较，并当在所述第一26比特和某已知唯一字之间发生匹配时，确定在所述多个已知唯一字中哪个已知唯一字与所述数据流相关；

利用被确定为与所述数据流相关的唯一字寻找扰码；以及

使用解码过程确定用于所述数据流中期望信号的调制类型和码速率。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述数据流是来自卫星的下行链路信号。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述扰码进一步包括用于加扰所述数据流的净负荷部分的Gold码。

4.如权利要求3所述的方法，其中寻找所述物理层帧的边界的步骤进一步包括寻找具有关于所述物理层帧的边界的码元的不确定范围的边界。

5.如权利要求4所述的方法，其中寻找所述物理层帧的边界的步骤进一步包括寻找所述物理层帧的帧开始。

6.如权利要求5所述的方法，其中寻找帧开始的步骤包括归一化物理层头部的最后一个码元和物理层头部的第一个码元的共轭积。

7.如权利要求6所述的方法，其中寻找唯一字的第一26比特的步骤包括归一化帧开始之后的数据流的第一26码元，使得第一个码元具有已知相位。

8.如权利要求7所述的方法，其中寻找扰码的步骤包括查找与所述已知唯一字相关联的扰码。