CN101600103B - 数字信号的发送和接收 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了数字信号的发送与接收。在一种数字信号发送器中，多个数据流中的每一个通过在频道组中的一个频道内的相应频带的调制而被发送，所述各频带中的每一个占据不超过预定最大带宽，所述预定最大带宽小于或等于信道宽度；所述数字信号发送器包括用于在每一个频道内的相应频率位置进行发送的装置，定义所述各频带的频带信息的一个或多个实例与在所述频道内携带的所有数据流相对应，所述一个或多个实例被布置成使得，在宽度上等于所述预定最大带宽的所述频道的任何部分包括所述频带信息的至少一个实例。

Description

数字信号的发送和接收
技术领域
本发明涉及数字信号的发送和接收。
背景技术
在诸如数字电视广播之类的应用中发送数字信号。诸如所谓的DVB标准之类的标准自20世纪90年代以来就已经存在，并且提供用于广播业务的大量正交幅度调制(QAM)方案、以及用于传输伴生控制数据和元数据的格式。这些标准定义了携带数据所用的射频(RF)技术以及将表示不同广播业务的数据组织成用于传输的分组和流的方式。
所述DVB标准在别处被广泛地描述，因此现在将参考与有线(cable)广播业务的传输相关的标准来仅仅给出一个简短的概述，尽管当然将会认识到，类似的考虑可以适用于(例如)数字卫星业务和地面广播业务。
基本而言，将对应于广播节目的视频数据、音频数据和伴生数据复用为MPEG-2节目流(PS)。复用一个或多个PS以形成传输流(TS)，所述传输流(TS)是作为固定长度数据分组的序列而形成的。所述TS的比特率可以在大约6Mbit/s和64Mbit/s之间的范围变化，这取决于参数，例如使用中的调制方案(例如16QAM到256QAM)和将被用来携带所述TS的广播信道的带宽。
在当前技术中，一个广播信道(具有几MHz一直到8MHz的带宽)携带一个TS。所述TS包括分组化的节目数据(视频、音频等)和定义该TS所携带的不同节目的分组化的控制数据。可选地，所谓的网络信息表(NIT)也被携带，其提供关于物理网络的信息，例如信道频率、业务始发者和业务名称。
不仅对于更多的数字电视业务，而且对于更高质量(在图像和音频分辨率方面)的业务，都存在日益增长的需求。这一需求对每个信道所携带的数字净荷施加了压力。高效且灵活地使用可用的广播频谱是一直以来的目标。
发明内容
本发明提供一种数字信号发送器，其中多个数据流中的每一个通过在由一个或多个频道组成的组中的一个频道内的相应频带的调制而被发送，所述各频带中的每一个占据不超过预定最大带宽，所述预定最大带宽小于或等于信道宽度；其中所述发送器包括用于在每一个频道内的相应频率位置进行发送的装置，定义所述各频带的频带信息的一个或多个实例与在所述频道内携带的所有数据流相对应，所述一个或多个实例被布置成使得，在宽度上等于所述预定最大带宽的所述频道的任何部分包括所述频带信息的至少一个实例。
本发明的实施例方便地允许使用频道宽度大于接收器的带宽或者任何单独净荷流的宽度，这是通过提供一种用于向接收器指示在频道内的什么地方它应当对准它的接收器带宽以便接收到期望的数据流的机制来实现的。
本发明进一步的相应方面和特征在所附权利要求书中被限定。
附图说明
现在将仅通过示例的方式、参考附图来描述本发明的实施例，其中：
图1示意性地说明数字信号发送系统；
图2示意性地说明先前提出的数据传输帧；
图3示意性地说明根据本发明一个实施例的数据传输帧；
图4示意性地说明L1数据分组；
图5示意性地说明网络信息表；
图6示意性地说明数据超帧；
图7示意性地说明接收器设备；
图8示意性地说明发送方法；以及
图9示意性地说明接收方法。
具体实施方式
现在参考图1，数字信号发送系统包括发送器10和接收器20，所述发送器10和接收器20通过传输链路30来链接。在该例中，所述传输链路是有线链路(该术语包括导电线和光纤)，并且图1的系统被布置成提供有线电视业务。一般而言，除了所述的差别外，所述设备按照DVB-C标准操作。
还提供可选的返回通道40，通过它可以将诸如购买数据和观看统计之类的数据从所述接收器载送到所述发送器。所述返回通道是常规的，这里将不进一步描述它。
本技术不限于有线系统。对应技术可以被使用在其他传输系统中，例如地面或卫星系统。
所述发送器包括多个节目复用器100，将被发送的每一个节目数据流对应一个节目复用器。这些节目复用器将与节目有关的视频、音频和数据流复用成MPEG-2节目流(PS)。所述PS通过传输复用器110与其他节目的PS一起被复用以形成MPEG-2传输流(TS)。TS是所述系统携带的基本数字流，并且通常可具有大约6到大约64Mbit/s范围内的比特率。
所述TS与其他TS(或其他输入流，例如所谓的通用封装流、通用连续流或通用固定长度分组化流)以及网络信息(稍后将描述)通过复用器120复用，所得到的数据被传递给编码器和调制器130。
所述编码器和调制器130包括这样的功能，例如分组化、信道编码、数据交织(按照时间和/或频率)、字长转换、差分编码、QAM编码、帧产生、基带滤波和射频(RF)调制(例如OFDM调制，其中每一个净荷流通过(通常)由邻近子载波组成的调制组进行携带)。除了这里描述的以外，这些功能对应于DVB-C发送器的已知功能。(在实际系统中，可能存在耦合到合并器以产生组合调制RF信号的多个发送器)。将所述调制RF信号传递到所述电缆30以传输到一个或多个(通常为大量的)接收器20。
所述发送器10在控制器140的控制下操作。下面将对所述控制器140执行的功能(例如NIT和频带信息数据的准备)进行描述。
在下面将特别参考图7更详细地描述接收器20。目前，注意到下述就足够了，即所述接收器根据控制信息操作以解调和解码来自发送信号的所需数据流，例如特定TS。
在操作中，所述发送器10在多个频道上操作。这些频道一般而言位于大约40到大约800MHz的范围内。但是本技术能够适用于仅仅具有一个频道的装置。在每一个频道内，通过多个子载波的OFDM调制来传输数据。
在先前的系统中，信道具有固定的宽度，例如8MHz，其中每一个信道在频率(可能具有小的防护频带)上邻近下一个信道。图2示意性地说明在先前DVB-C系统中这样的频道内的数据传输帧200。
在图2中，时间在向下的垂直方向上被表示，以及频率在水平方向上被表示(都相对于图的取向)。按照时间顺序，所述数据帧200包括：
(a)前同步码数据210，其除其他可能的功能之外还用来标记数据帧的开始；
(b)第一层(L1)数据，其除其他可能的功能之外还标识随后的数据净荷，并且提供接收器所使用的与数据净荷的编码相关的物理层参数；以及
(c)净荷数据，在这种情况下是TS。
所述数据帧200占据整个信道宽度(在本例中为8MHz)。所述接收器带宽也将对应于该信道宽度。相应地，所述接收器可以简单地通过指定所述信道的中心频率来成功地对准这种类型的信道。在作为每个TS的一部分的可选网络信息表(NIT)广播中能够提供所述中心频率信息。可替换地，通过接收器执行自动信道“扫描”能够检测到所述中心频率，其中整个可用频率范围都被扫描以检测广播信道。
本实施例允许使用不同宽度(例如8、16或32MHz)的信道。然而，所述接收器带宽(以及对应地能够携带单个净荷数据流例如TS的最大允许带宽)保持与先前的系统相同，例如8MHz。换句话说，预定的接收器带宽小于或等于所述信道宽度。所述技术也允许多个TS或其他类型的净荷被携带在单个信道内。说明根据本发明一个实施例的DVB-C2数据传输帧的图3将被用来解释该技术如何操作。
再一次，时间在向下的垂直方向上被表示，以及频率在水平方向上被表示。数据帧300是(在本例中)32MHz宽，并且以与所述前同步码数据210类似的前同步码数据310开始。
在所述前同步码数据之后，在所述信道内不同频率位置处跟随了L1数据的多个实例。所述L1数据的特定内容将在下面进行解释，但是参考图3的例子，应该注意到在32MHz信道内提供了8个这样的实例。换句话说，所述L1数据的每一个实例通过相邻OFDM子载波组提供，所述相邻OFDM子载波被视作组，占据4MHz的带宽，虽然更一般地，每一个实例能够小于或等于所述接收器带宽的一半，以及如果每一个实例的带宽更低，就能够存在相应更多数量的实例。(实际上，为了避免在限定所述信道的滤波器通带的最边缘处的衰减问题，L1的每一个实例将会正好略微小于4MHz宽，但是为了当前描述的目的，它们将被称作4MHz宽)。
在单个32MHz信道内的所述L1数据的8个实例(在本例中)是相同的，并且为了方便起见被同时发送。所述L1数据以不大于所述接收器带宽一半的带宽被发送的原因在于，无论所述8MHz接收器带宽在所述32MHz信道内的任何地方被对准，所述接收器带宽必然包括所述L1数据的至少一个完整的实例。
所述L1数据的多个实例不需要(当一起考虑时)填满整个信道宽度。在它们之间可以有频率间隙或防护频带。单独实例的宽度应小于或等于接收器带宽的一半这一约束假设，所述接收器带宽小于所述信道宽度；如果所述接收器实际能包括整个信道，则原则上将只需要一个实例，并且该约束将不适用。
与前面一样，所述接收器有两种途径来定位信道。一种是通过NIT，另一种是通过如上所述的频率扫描。
本实施例中的NIT定义了每个信道的中心频率，而不是定义了所述信道内各个TS的频率范围。信道所携带的每一个TS通过所述信道的中心频率进行描述，而不是通过携带表示该TS的数据流的频带的中心频率进行描述。为了发现相关TS的频带的中心频率，所述接收器首先将其接收器带宽对准所述信道的中心频率340，然后检测所述L1数据的下一个可用实例(其在这种情况下将是实例321或实例322的下一个可用传输)，然后从所接收到的L1数据中检测所需TS的中心频率和其他接收器参数(例如QAM参数、子载波流的标识、带宽等)。例如，如果特定PS所需的TS是TS 350，则该PS的L1数据将至少规定：(a)TS；(b)TS中心频率360；和(c)TS的接收器参数。知道了所述中心频率和带宽，所述接收器将对准它的接收器带宽370以确保其包含该TS占据的频带。
如果通过频率扫描来定位所需信道，则用于定位TS的机制是类似的，因为所述接收器将其带宽与所述信道内的任一位置对准并检测所述L1数据的实例。从这里开始，所述接收器能够以与刚才描述的相同的方式提取接收所需TS所需要的所有信息。
所述净荷数据330在所述L1数据之后。单个信道可以携带多个TS以及其他类型的数据，例如IP数据332，其是被称为“通用流封装”或者说GSE的更一般的数据类型的例子。
图4示意性地说明所述L1数据的实例。所述L1数据具有在DVB-C和MPEG-2标准中的各种现有功能，但是这里将描述的特定功能是针对每一个TS(例如TS：TS1..4)的功能，所述L1数据定义了：每一个TS的中心频率；TS的带宽；以及该TS的接收器参数。
图5示意性地说明网络信息表(NIT)。所述NIT被作为具有唯一节目标识符PID的数据流进行发送。如果在每一个TS中所述NIT至少被发送一次，则因此能够参考该PID来将其提取。在DVB-C标准的情况下，所述NIT被认为是可选的和专有的，并且因此能够包含各种类型的数据。但是除了这种其他可能的功能之外，在当前情况下所述NIT用来标识每一个TS的信道中心频率(以及可选的其他参数数据)。
图6示意性地说明与一个信道相关的数据超帧。
所述超帧由多个帧(例如图3所示的帧300)形成，所述多个帧之前是前同步码数据，之后是后同步码数据。另一个超帧将直接跟随在一个完整超帧的后同步码数据之后。每帧包含所述L1数据的多个实例(即在与该信道相关的频率范围上散布并在所述帧期间在时间上重复至少一次)，这意味着所述L1数据的实例在所述超帧期间被周期性地重复。为了将周期放入上下文中，所述帧具有按毫秒度量的长度，而超帧可以具有按小时或者甚至更长的时间度量的长度。因此，在对于特定PS建立正确的TS和接收器参数的过程中所涉及的延迟具有一帧长度的数量级。
限制所述系统以使所述L1数据的变化只发生在超帧边界处。所述L1数据的新值有可能在一个超帧的最后几帧内进行发送，但是为了允许所述接收器准备(比方说)返回操作，在所述超帧边界之前不生效。
图7示意性地说明接收器设备。输入的有线信号被提供给包括调谐器(其在本例中具有8MHz带宽，尽管如下所述这会是可调整的)、QAM解调器和信道解码器的数据接收器，其执行诸如差分解码、字长转换、解交织等之类的已知操作来产生输出数据。
数据接收器400输出的数据信号被传递给解码器410和与参数存储器430相关联的参数检测器420。
所述参数检测器420执行从NIT或从扫描中检测信道细节以及从L1数据中检测TS细节的功能。所有这些细节被存储在所述参数存储器430中并被用来控制所述数据接收器400。下面将关于图9来概述执行这一操作的方式。在所述参数检测器420和所述数据接收器400之间的虚线连接指示上述的可能性，即参数检测器向接收器参数中变化的超帧末端传递超前细节而在所述超帧末端处生效。
一旦适当的接收器参数被设置，则所述解码器400进行操作以对所需PS流进行解码。
所述数据接收器400可以在某些限制内具有可变带宽。例如，所述数据接收器400可以具有在8MHz与7MHz之间的可选择的带宽，这有可能允许与先前DVB-C系统的不同实例具有传统兼容性。这一特征实际上可与本技术结合使用，从而一旦所述L1数据定义了参数来接收所需数据流，则所述数据接收器就能够设置它的接收器带宽为最低(或仅仅为低)设置(从所述数据接收器可用的那些值当中)，其仍包括所需数据流，从而当然允许所谓的滚降，所述滚降是在所述数据接收器带宽的边缘处所述数据接收器的响应的减小。在使用这一特征的情况下，例如，每当专门需要访问所述L1数据时，所述数据接收器就能够设置其带宽回到较高水平(如果这在给定所述L1数据的每个实例的宽度时的确是必需的)。
图8是示出发送器的操作的示意流程图。
在图8中，步骤500和510(在本例中)通过控制器140来执行，其中产生信道信息(对应于上述的NIT数据)和频带信息的实例(对应于上述的L1数据的实例)。注意，所述NIT数据的产生是可选的；可以替代地通过频率扫描来识别信道。在步骤520发送这些数据(通过所述编码器和调制器130执行的步骤)。
图9是说明接收器的操作的示意流程图。
在图9中，在步骤600(对于所期望的输出数据流)检测所需的信道。这可以通过所述参数检测器420从当前检测到的信道内检查所述NIT数据来实现，或者其可以通过频率扫描并且然后由所述参数检测器在检测到的信道内检查所述L1数据来实现。
在步骤610，参数检测器420将所需的信道的适当的参数存储在所述参数存储器430中，以及所述数据接收器400将它的接收器带宽对准所需的信道，优选地对准所需的信道的中心频率。在步骤620，所述参数检测器420通过所述数据接收器接收所需输出数据流的频带信息(对应于所述L1数据)，并将适当的参数存储在所述参数存储器430中。在步骤630，所述数据接收器将它的接收器带宽对准所需的频带(即包含所需净荷数据的信道的部分)的中心频率。
所述净荷数据然后可以由所述解码器410接收并解码以产生所需输出流。
注意，实际上所述L1数据可以定义接收器中心频率，所述接收器中心频率实际上不是包含所需净荷数据的频带的中心频率，但是其仍然使得，在以所述接收器中心频率为中心时，所述接收器将仍接收与所需净荷数据相关的所有子载波。为什么这能实现的一个例子是在所需频带接近所述信道边缘的情况下，以及在所述信道外部但相邻或邻近所述信道边缘存在潜在干扰信号。这里，可能有益的是，通过所述L1数据定义的接收器中心频率偏离所述信道的边缘，使得所述接收器不大可能接收到所述干扰信号。
同时，在步骤640，所述参数检测器继续监视在已成功发送的所述L1数据的实例中包含的频带信息。在一个实施例中，所述L1数据的带宽使得，无论所述数据接收器的中心频率是什么，其总将接收所述L1数据的至少一个完整的实例。然而，在另一实施例中，如果所述L1数据的带宽和所述接收器带宽以及中心频率使得仅仅(比方说)接收到L1数据的一个实例的较高子载波和L1数据的下一个实例的较低子载波，则可布置所述数据接收器以便将这些接收到的子载波(例如在所述接收器端的FFT阶段之后)重新排序成对应于所述L1数据的完整实例的顺序以用于解调和解码。
在步骤650，如果检测到所述频带信息的任何改变，则控制回到所述步骤630，使得所述相关的接收器参数能被调整。否则，控制回到所述步骤640，使得所述监视过程能够继续。
所述参数存储器能被用来进一步改善所述接收器的操作。在历史上，一个广播信道携带一个TS。这个信道的中心频率被包括在所述NIT(如果存在的话)中或被所述接收器在频率扫描的部分中发现，并且对照该TS被存储在接收器内的数据库中。当接收器需要接收TS时，其将查询它的数据库以找到该TS的中心频率并将该信息发送给所述调谐器以作为调谐器参数。
在这里描述的实施例中，TS能够占据形成频道的子集的频带。如果所述接收器遵循上述的历史上的方法，则每当其需要接收组成该信道的部分(或全部)的特定TS时，其就将存储所述信道的中心频率，并将它的接收器带宽对准该中心频率。然后，所述接收器将需要如上所述地读取所述L1数据以找出TS所使用的确切的频带，这也许有必要返回到该频带(在同一信道内)以便能够接收正确的频带。每当所述接收器需要接收TS时，就将需要这两步操作。
本发明的实施例提供执行所述调谐操作的不同方式。第一次需要TS时，在返回到正确频带之前(必要时)，所述接收器被调谐到所述信道的中心频率以便发现该TS的频率参数。然而，一旦从所述L1数据中发现TS的频带(以及潜在地其他接收器参数)，则所述频带被存储在所述参数存储器中以作为与该TS有关的查找记录。这意味着下一次所述接收器接收该TS时，其使用已经存储在所述参数存储器中的信息以直接对准该TS所使用的频带。这由图9中的步骤605来表示。当然，自所述细节被存储在参数存储器中以来，所述频带可能已经被修改，因此与步骤640和650相关的检查仍然被执行，以验证在所述L1数据中详述的接收器参数尚未改变。
注意，由于在信道内所述L1数据的实例是相同的，因此每当所述接收器被调谐到该频道中的任何TS时，就可以执行步骤640和650来验证在所述参数存储器中高速缓存的参数；而不只是在所述接收器被调谐到特定TS时。
这样，所述接收器(在参数存储器中)高速缓存TS的最新已知参数，而不是如在所述NIT中所通知的信道。
将会认识到，上述的设备和方法可以通过在适当的软件命令控制下操作的计算或数据处理设备来至少部分地实施。因此，这种软件以及用来提供这种软件的数据载体或信号被认为是本发明的实施例。

Claims (17)

1.一种数字信号发送器，其中多个数据流中的每一个通过在由一个或多个频道组成的组中的一个频道内的相应频带的调制而被发送，所述各频带中的每一个占据不超过预定最大带宽，所述预定最大带宽小于或等于信道宽度；
其中所述发送器包括用于在每一个频道内的相应频率位置进行发送的装置，定义所述各频带的相同频带信息的多个实例与在所述频道内携带的所有数据流相对应，所述相同频带信息的多个实例被布置成使得，在宽度上等于所述预定最大带宽的所述频道的任何部分包括所述相同频带信息的至少一个实例。
2.根据权利要求1所述的发送器，包括用于对于每一个数据流发送定义相应频道的信道信息的装置。
3.根据权利要求2所述的发送器，其中至少一个所述频道携带与一个或多个其他频道所携带的数据流有关的信道信息。
4.根据权利要求2或3所述的发送器，其中所述信道信息定义了所述相应频道的中心频率。
5.根据权利要求1所述的发送器，其被布置成重复地发送所述相同频带信息。
6.根据权利要求5所述的发送器，其被布置成按周期性时间间隔发送所述相同频带信息的每一个实例。
7.根据权利要求6所述的发送器，其中信道所携带的数据被布置为数据帧，所述相同频带信息的每一个实例在每一个数据帧内被发送至少一次。
8.根据权利要求6或7所述的发送器，其被布置成使得所述相同频带信息的所有实例基本上同时被发送。
9.根据权利要求7所述的发送器，其中：
多个连续的数据帧被布置为一个数据超帧；以及
限制所述数据流使用的频带，使得所述相同频带信息内的变化可以不发生在超帧内。
10.根据权利要求1所述的发送器，其中所述相同频带信息的每一个实例占据的带宽不大于所述预定最大带宽的一半。
11.根据权利要求1所述的发送器，其中所述预定最大带宽是8MHz，并且所述信道宽度是从由8、16和32MHz组成的组中选择。 
12.根据权利要求1所述的发送器，其中所述预定最大带宽小于频道的宽度。
13.根据权利要求1所述的发送器，其中所述数据流中的至少一些代表视频和/或音频信号。
14.一种数字信号发送系统，包括：
根据前述权利要求中的任何一项所述的发送器；以及
数字信号接收器，用于从由所述发送器发送的数字信号中接收所需数据流，所述接收器包括数据接收器，所述数据接收器具有的接收器带宽等于或大于所述预定最大带宽；
其中所述数据接收器被布置成将其接收器带宽对准由所述发送器发送的信道，以便从该信道内接收所述频带信息的实例，然后响应于所接收到的频带信息，对准其接收器带宽以便包含期望的数据流的频带。
15.根据权利要求14所述的系统，包括：
参数存储器，其被布置成保留用于对准所述接收器带宽的信息，以便包含所需数据流的频带；
以及其中如果再次需要所述数据流，则所述数据接收器被布置成根据所需数据流的最新已知频带的所述保留的信息来对准其接收器带宽。
16.根据权利要求14或15所述的系统，包括电的和/或光的有线连接来从所述发送器向所述接收器载送所发送的数字信号。
17.一种数字信号发送方法，其中多个数据流中的每一个通过在由一个或多个频道组成的组中的一个频道内的相应频带的调制而被发送，所述各频带中的每一个占据不超过预定最大带宽，所述预定最大带宽小于或等于信道宽度；
所述方法包括以下步骤：
在每一个频道内的相应频率位置进行发送，定义所述各频带的相同频带信息的多个实例与在所述频道内携带的所有数据流相对应，所述相同频带信息的多个实例被布置成使得，在宽度上等于所述预定最大带宽的所述频道的任何部分包括所述相同频带信息的至少一个实例。 
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