CN102187608B - 用于正交频分多路复用系统的前导码发送和接收方法和装置 - Google Patents

用于正交频分多路复用系统的前导码发送和接收方法和装置 Download PDF

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Abstract

提供用于OFDM系统的发送和接收具有序列信息的前导码的方法和装置。前导码发送方法包括：生成包括至少一帧的前导码块，所述至少一帧包括具有已知序列的标头和包含控制信息的代码块；以及发送通过在频率轴方向上重复以映射到正交频分多路复用(OFDM)单元的前导码块。

Description

用于正交频分多路复用系统的前导码发送和接收方法和装置
技术领域
本发明涉及正交频分多路复用(OFDM)系统，并且，具体而言，涉及用于OFDM系统的发送和接收具有序列信息的前导码的方法和装置。
背景技术
正交频分多路复用(OFDM)是带宽有效的数字调制技术，其已经被诸如数字视频地面广播(DVB-T)之类的各种先进广播标准所采用。第二代有线数字视频广播(DVB-C2)(经由电缆的广播发送新标准)也已经选择OFDM作为其调制技术以提供高度的效率和灵活性。
DVB-C2系统通过将各种相邻信道组合到单个宽带信道来支持灵活和动态的带宽分配的特征。在单个信道实施方案的情况下，DVB-C2的带宽变为8MHz，等于DVB-C的带宽。因此，当组合N个信道时，与DVB-C相比，DVB-C2系统的带宽增加了N倍。这意味着DVB-C2具有N×8MHz的带宽。
现在将在DVB-C中的信道组合和DVB-C2中的信道组合之间进行比较。在DVB-C系统中，由于保护频带(guard bands)要求确保信道之间的分离，保护频带的数量与组合的信道数量成比例。在组合4个信道的示范性情况中，数据传送可用的总带宽等于通过从整个24MHz带宽(4×8MHz)中减去5个保护频带而获得的值。
相反，使用OFDM发送信号的DVB-C2系统除了在边缘(edges)处的保护频带之外，不需要在信道之间的保护频带。因此，当4个信道被组合时，数据传送可用的总带宽等于通过从整个24MHz带宽(4×8MHz)中减去2个保护频带而获得的值。根据上述比较，很明显在频谱效率方面DVB-C2系统优于DVB-C系统。
图1是示出利用固定调谐窗口的传统DVB-C2系统的帧格式的示图。
在图1中，两个信道101和102占据两个不同的频带，并且每个信道由不同的广播数据(即用于第一信道101的PLP 1105和PLP 2106以及用于第二信道102的PLP 3107、PLP 4108和PLP 5109)组成。帧由前导码103和 104开始，前导码包含用于各自的信道101和102的控制信息。在这种情况下，接收器被调谐到信道1101或信道2102以接收在相应信道上发送的广播数据。
为了提高资源分配效率，在整个信道带宽上调度(schedule)广播数据。图2是示出另一传统DVB-C2系统的帧格式的示图。在图2中，每个前导码块的带宽与由参考标号220表示的8MHz的接收带宽相同。请注意，广播数据213被分配而不考虑信道的边界(boundary)。在这种情况下，在两个前导码202和203内发送相同的控制信息。接收器可调准(align)其调谐窗口220以接收目标广播数据而不需要与前导码调准。这里，每个广播数据的最大频率带宽不能大于接收器的最小接收带宽(在图2中，8MHz)。
可以考虑给前导码块分配比接收器的接收带宽更窄的带宽，这不同于图2的示范性情况，在图2中的示范性情况中每个前导码块的带宽与接收器的接收带宽相同。在这种情况下，可以在接收带宽(8MHz)内接收前导码而不被分割。
图3是示出另一传统DVB-C2系统的帧格式的示图。在图3中，前导码块的带宽比接收器的接收带宽更窄。当前导码的带宽比接收器的带宽更窄时，接收器可以在其接收带宽内接收未分割的前导码块302。然而，在这种情况下，由于调谐到携带前导码块302的信道的带宽，特定的前导码块303被接收。这是因为频带303以外的频带是另一系统带宽，例如，分配给不同于DVB-C2的通信系统的频率带宽。
图4是示出当在接收带宽中接收到分割的前导码时，在传统的DVB-C2系统中的接收器的操作原理的示图。如图4所示，当调准由参考标号420表示的接收带宽以接收广播数据(PLP 2)时，在接收带宽内接收由参考标号401表示的前导码信息。在这种情况下，由于在两个前导码块410和411内接收前导码信息，由前导码块410和411携带的信息必须被重新排序(reorder)以获得由参考标号430表示的完整信息。
因此，为了在上述传统的DVB-C2系统中获得完整的控制信息，接收器必须估计边界频率425，并基于边界频率425对由前导码携带的信息进行重新排序，从而处理等待时间(latency)。具体地，当由于频率偏移而导致边界频率被错估时，接收器很可能不能从前导码获得完整的控制信息，导致在整个帧内的数据的接收失败。
发明内容
技术问题
为了克服至少现有技术的问题，本发明提供用于在基于OFDM的广播系统中发送和接收对频率偏移具有鲁棒性(robust)的前导码的方法和装置。
本发明提供用于在基于OFDM的广播系统中发送和接收前导码的方法和装置，其能够通过重复控制信息来去除前导码块中不必要的伪单元(dummy cell)并提高接收性能。
本发明提供用于在基于OFDM的广播系统中发送和接收前导码的方法和装置，其能够通过取消(negating)由分割的前导码的接收造成的重新排序过程来提高接收器的接收性能。
解决方案
根据本发明的实施例，前导码发送方法包括：生成包括至少一帧的前导码块，所述至少一帧包括具有已知序列的标头(header)和包含控制信息的代码块；以及通过在频率轴方向上重复来发送映射到正交频分多路复用(OFDM)单元的前导码块。
根据本发明的另一实施例，前导码接收方法包括：从通过接收带宽接收的信号中检测序列；使用检测的序列来计算代码块的起始位置和长度；基于代码块的起始位置和长度从代码块提取控制信息；以及基于控制信息解码接收的数据信号。
根据本发明的另一实施例，前导码发送器包括：编码器，将控制信息编码到代码块中；序列生成器，生成序列并将序列插入代码块的标头；以及符号映射器，用于将具有标头和代码块的帧映射到前导码块的正交频分多路复用(OFDM)单元，在频率轴方向上重复帧，并发送重复的帧。
还根据本发明的另一实施例，前导码接收器包括：序列检测器，从通过接收带宽接收的信号中检测序列，并使用检测的序列来计算代码块的起始位置和长度；控制信息提取器，基于代码块的起始位置和长度从代码块提取控制信息；以及数据提取器，基于控制信息解码接收的数据信号。
有益效果
如上所述，用于OFDM系统的前导码发送和接收方法和装置利用改进的前导码进行操作，前导码被设计来简化接收器的结构并使用组合多样性 (combining diversity)，导致接收性能的改善。
此外，用于OFDM系统的前导码发送和接收方法和装置通过使用具有已知序列的改进的前导码而对频率偏移误差具有鲁棒性，导致接收可靠性的改善。
附图说明
从以下结合附图的详细说明中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得更加清楚，其中：
图1是示出具有固定调谐窗口的传统DVB-C2系统的帧格式的示图；
图2是示出另一传统DVB-C2系统的帧格式的示图；
图3是示出另一传统DVB-C2系统的帧格式的示图；
图4是示出在传统的DVB-C2系统中当在接收带宽中接收分割的前导码时接收器的工作原理的示图；
图5是示出在所述传统DVB-C2系统中使用的前导码块的结构的示图；
图6是示出根据本发明实施例的在前导码发送和接收方法中使用的前导码块的格式的示图；
图7是示出根据本发明实施例的前导码发送和接收方法的原理的示图；
图8是示出根据本发明另一实施例的前导码发送和接收方法的原理的示图；
图9是示出传统发送器的配置的框图；
图10是示出根据本发明实施例的发送器的配置的框图；
图11是示出根据本发明另一实施例的发送器的配置的框图；
图12是示出用于生成如参照图7所述的具有插入FEC块前面的已知序列的前导码的方法的流程图；
图13是示出用于生成如参照图8所述的具有插入FEC块中间的已知序列的前导码块的方法的流程图；
图14是示出根据本发明实施例的接收器的配置的框图；以及
图15是示出根据本发明实施例的用于接收具有已知序列的前导码的方法的流程图。
具体实施方式
参照附图详细描述本发明的实施例。遍及附图相同的参考标号始终用来指示相同的或相似的部分。这里结合的公知功能和结构的详细说明可以被忽略以避免使本发明的主题模糊。
首先描述根据本发明实施例的在前导码发送方法和装置中使用的帧的结构。
图5是示出在所述传统DVB-C2系统中使用的前导码块的结构的示图，而图6是示出根据本发明实施例的在前导码发送和接收的方法中使用的前导码块的格式的示图。
如图5所示，传统的C2帧的前导码块501由K个OFDM单元(cell)组成并具有小于或等于接收器的接收带宽的带宽。
帧的控制信息被编码和调制到一个或多个前向纠错(FEC)块511到513中，然后插入前导码块的开始部分中。在图5中，假设FEC块由M个单元组成，并且控制信息由N个FEC块携带。因此，在前导码块501中，K-M×N个单元是空的。前导码块501的长度具有预先确定的固定值，使得前导码块的空部分被伪单元填充(fill)。伪单元的数量是根据控制信息的长度的变量，从而，当控制信息的长度较短时，前导码块大部分被伪单元填充，导致资源的浪费。
在如下假设下，在图6中描绘根据本发明实施例的前导码块：前导码块由K个单元组成、前导码标头由A个单元组成、FEC块包括M个单元，并且控制信息由N个FEC块携带。在这种情况下，前导码标头611、613和615被分别插入在相应的FEC块612、614和616的前面。这里，控制信息是与所有信道有关的信息。也就是说，第一代码块到第N代码块携带与所有信道有关的数据。
在本发明的实施例中，前导码标头611(或613或615)具有已知序列值。所述序列可以是伪噪声序列。另外，每个前导码标头可以包括FEC块的索引和FEC块的长度。在图6中，标头的长度以A个单元预定，在前导码块中，K-N*(M+a)个单元是空的。在本发明的实施例中，不同于以伪单元填充空部分的传统前导码块，从前导码块的开始复制与空部分的长度一样的区域来填充前导码块的空部分。因此，以与前导码标头611相同的前导码标头617、以及与FEC块612的开始部分相同的部分FEC块618来填充前导码块的空部分。
在接收器处、可以通过用于改善接收性能的最大比率组合(Maximal Ratio Combining)方法，将部分FEC块618与FEC块612组合。
以下描述如何在发送器处将序列插入前导码标头以及如何在接收器处从前导码标头恢复控制信息。图7和图8是示出根据本发明实施例的前导码块发送和接收方法的原理的示图。
在图7和图8中，假设所有控制信息都是在单个FEC块内发送，所述单个FEC块在频率方向重复。
在图7的实施例中，已知序列被插入在FEC块的前面。参照图7，包括标头的FEC帧被循环重复，直到完整的前导码块被填充，使得前导码块710包括标头701、第一FEC块702、重复的标头703、以及重复的FEC块704。在放置标头701和FEC块702之后，从FEC帧的起始点复制与前导码块710的剩余空间一样的FEC帧以填充前导码块710的空部分。
在结构和数据方面，第二前导码块720与第一前导码块710相同。也就是说，第二前导码块720是第一前导码块710的副本(duplicate)。
当调准由参考标号730表示的接收器的调谐窗口(接收带宽)时，在调谐窗口内接收三个标头703、705和707，每个标头具有序列。因此，接收器的序列检测器可以使用相关(correlation)方法获得三个标头703、705和707的峰值a、b和c。也就是说，接收器以已知序列执行相关操作，以通过自动相关(auto-correlation)获得峰值。
接收器可基于峰值之间的间隔来估计控制信息的长度，并确定完整控制信息740的起始点“b”和长度。此外，接收器能够识别部分控制信息750，从而通过组合完整控制信息740和部分控制信息750能够改善数据可靠性。
与通过在调谐窗口内找到前导码块之间的边界频率(即，标头705的起始点)并且基于边界频率重新排序控制信息来恢复控制信息的传统前导码接收方法不同，根据本发明的前导码接收方法使得接收器能够使用简单序列检测器来恢复完整控制信息。因此，即使当发生未预料的频率偏移时，也可以利用可靠的前导码块检测来获得完整控制信息。
虽然在以上描述中已知序列被放在FEC块的前面，但是已知序列的位置可以改变。在本发明的另一实施例中，已知序列被放在FEC块的中间。
在图8的实施例中，假设诸如低密度奇偶校验(LDPC)码之类的系统(systematic)代码被用于编码控制信息。系统代码意味着FEC块由输入控制 信息位串(bit string)和奇偶校验位串组成。在这种情况下，已知序列可以被插入在信息位串和奇偶校验位串之间以便检测控制信息的长度。
参照图8，FEC块801由连续的(in series)信息位串10、具有已知序列的标头20、以及奇偶校验位串30组成。FEC块801被重复，直到完整前导码块被填充。这里，第一前导码块810和第二前导码块820彼此相同，并且分别具有已知序列803和805。
如果接收器被配置为具有由参考标号830表示的、等于或大于前导码块的大小的调谐窗口(接收带宽)，则在调谐窗口内至少一个标头被接收。因此，接收器可以通过序列检测器检测峰值870。
当检测到峰值870时，接收器可以基于峰值870的位置计算第一前导码块810和第二前导码块820之间的边界频率850的位置，然后使用峰值870和边界频率850的位置来计算信息位串长度860。为了以这种方式计算信息位串的长度，接收器应该具有调谐信息。
现在将比较传统发送器和用于发送以具有已知序列的控制信息生成的前导码块的发送器的结构。
图9是示出传统发送器的配置的框图。参照图9，传统发送器包括FEC编码器902、符号映射器904、以及伪单元插入器906。
FEC编码器902编码和调制输入控制信息，并且输出FEC块。符号映射器904将FEC块映射到需要数量的OFDM单元，而不考虑前导码的长度，并且输出OFDM单元。伪单元插入器906将伪单元插入到前导码块的剩余容量中，并输出具有预定长度的前导码块。对所有信道重复以这种方式形成的前导码块。
在本发明的实施例中，发送器不将伪单元插入到前导码块的剩余容量中。以下描述根据本发明的实施例的发送器的结构。
图10是示出根据本发明实施例的发送器的配置的框图。在图10中描绘的发送器被配置为如参照图7描述的将已知序列插入在FEC块的前面。
参照图10，根据本发明实施例的发送器包括FEC编码器1002、序列生成器1005、重复器(repeater)1003、符号映射器1004、以及控制器1010。
FEC编码器1002编码和调制输入控制信息。序列生成器1005生成和输出具有已知序列的标头。由序列生成器1005输出的标头被添加在由FEC编码器1002输出的FEC块的前面，使得FEC帧被输入到重复器1003。
重复器1003循环地重复FEC帧，直到完整前导码块被填充。如参照图6所述，可将FEC帧进行拆分(broken)以适合前导码块的剩余部分。
接下来，符号映射器1004将FEC块映射到OFDM单元，从而输出前导码块。在这种情况下，在前导码块内不存在空空间(empty space)，因此取消伪单元插入过程。
控制单元1010向序列生成器1005输出种子值，以便使序列生成器1005生成用于标识FEC块的序列，并将用于填充前导码块的单元的数量通知重复器1003。
图11是示出根据本发明另一实施例的发送器的配置的框图。在图11中描绘的发送器被配置为如参照图8描述的将已知序列插入在FEC块的中间。
参照图11，根据本发明另一实施例的发送器包括FEC编码器1102、序列生成器1105、重复器1103、符号映射器1104、以及控制器1110。
序列生成器1105生成已知序列并输出其中插入已知序列的标头。FEC编码器1102将由序列生成器1105输出的标头插入到输入控制信息位串中，并编码和调制插入标头的位串以输出FEC块。
因此，将标头插入在FEC块的中间，并且FEC块被输入到重复器1103。重复器1103循环地重复FEC块，直到完整前导码块被填充。
接下来，符号映射器1104将FEC块映射到OFDM单元，从而输出前导码块。在这种情况下，在前导码块内不存在空空间，因此取消了伪单元插入过程。
控制单元1110向序列生成器1105输出种子值，以便使序列生成器1105生成用于标识FEC块的序列，并将用于填充前导码块的单元的数量通知重复器1103。
以上已经描述了根据本发明的实施例的发送器的结构。以下参照图12和图13描述根据本发明实施例的前导码块生成方法。
图12是示出用于生成如参照图7所述的具有插入FEC块前面的已知序列的前导码的方法的流程图。
参照图12，在步骤1201，发送器首先生成与FEC块相对应的控制信息。接下来，在步骤1203，发送器将控制信息编码和调制到FEC块中，并且在步骤1205，将已知序列插入在FEC块的前面以输出完整FEC块。当生成FEC块时，在步骤1207，发送器确定是否存在更多的将要发送的控制信息。如果 还存在更多的将要发送的控制信息，则过程前进到步骤1201。否则，如果不存在更多的将要发送的控制信息，则在步骤1209，发送器循环地重复FEC块，直到前导码块被填充。接下来，在步骤1211，发送器将FEC块映射到OFDM单元以生成前导码块。最终，在步骤1213，发送器复制将要在整个系统内应用的前导码块。
图13是示出用于生成如参照图8所述的具有插入FEC块中间的已知序列的前导码块的方法的流程图。
在图13中描绘的前导码块生成过程与图12的前导码块生成过程相似，除了将编码步骤1203和序列插入步骤1205彼此互换之外。
参照图13，在步骤1301，发送器生成与FEC块相对应的控制信息。接下来，在步骤1303，发送器将已知序列插入到控制信息位串中，然后在步骤1305，编码和调制插入已知序列的控制信息位串以输出FEC块。当生成FEC块时，在步骤1307，发送器确定是否还存在更多的将要发送的控制信息。如果还存在更多的将要发送的控制信息，则过程前进到步骤1301。否则，如果不存在更多的将要发送的控制信息，则在步骤1309，发送器循环地重复FEC块，直到前导码块被填充。接下来，在步骤1311，发送器将FEC块映射到OFDM单元以生成前导码块。最终，在步骤1313，发送器复制将要在整个系统内应用的前导码块。
以上描述了根据本发明实施例的前导码生成方法。以下描述用于接收如上所述生成的前导码的接收器的操作。图14是示出根据本发明实施例的接收器的配置的框图。
参照图14，根据本发明实施例的接收器包括调谐器1402、调谐控制器1403、前导码检测器1404、序列检测器1405、控制信息提取器1406、以及数据提取器1407。
调谐控制器1403在系统带宽上确定调谐窗口(接收带宽)。也就是说，调谐控制器1403进行控制以使调谐窗口被定位，以便接收在特定广播带宽上发送的目标广播数据。例如，可以如图7中参考标号730或图8中参考标号830表示的那样来调准调谐窗口。
调谐器1402被调谐以便在调谐控制器1403的控制下通过调谐窗口接收广播数据。前导码检测器1404从通过调谐窗口接收的广播信号中检测前导码。序列检测器1405搜索用于第一FEC块的序列的前导码，并基于所找到的序列计算控制信息的长度和位置。已经参照图7和图8描述了计算控制信息的长度和位置。
控制信息提取器1406基于控制信息的长度和位置提取控制信息。如上所述，在前导码块内重复FEC块，使得位于前导码块的最后部分的部分FEC块可与先前的FEC块组合以获得完整控制信息。数据提取器1407基于在提取的控制信息中包含的参数来解码在信道上接收的数据。
以上已经描述了用于接收前导码的接收器的结构。以下描述根据本发明实施例的用于接收前导码的方法。图15是示出根据本发明实施例的用于接收具有已知序列的前导码的方法的流程图。
参照图15，在步骤1501，接收器通过预定的调谐窗口(即，接收带宽)来接收广播信号。当接收广播信号时，在步骤1503，接收器在时间轴上获得帧同步并在时间方向上检测前导码。接下来，在步骤1505，接收器在频率方向上在前导码内检测第一FEC块的序列的位置，然后在步骤1507，基于序列的位置计算控制信息的长度和位置。
在本发明的实施例中，FEC块被循环地重复以填充前导码块，使得部分FEC块可以被组合到完整的控制信息。当计算控制信息的长度和位置时，在步骤1509，接收器确定是否组合在前导码块内接收的FEC块。如果确定组合FEC块，则在步骤1511，接收器组合重复的FEC块。
参照图7的示范性情况，后面是(followed by)FEC块704的标头703与后面是FEC块706的相应部分的标头705相同，从而通过同步后面是FEC块704的标头703和后面是FEC块706的标头705的起始点来对它们进行组合。
参照图8的示范性情况，因为在调谐窗口830内接收的块809和块804的一部分以及块805对应于块806和块807的一部分以及块808，所以块809和块804的一部分以及块805可以与包括块806、块807和块808的FEC块进行组合。
在组合FEC块之后，在步骤1513，接收器基于控制信息的长度和位置，解调和提取控制信息。最终，在步骤1515，接收器基于控制信息中包含的参数对数据进行解码。如果确定不组合FEC块，则跳过步骤1511。
如上所述，用于OFDM系统的前导码发送和接收方法和装置以被设计来简化接收器的结构和使用组合多样性的改进的前导码进行操作，导致接收性 能的改善。
此外，用于OFDM系统的前导码发送和接收方法和装置通过使用具有已知序列的改进的前导码而对频率偏移错误具有鲁棒性，导致接收可靠性的改善。
产业上的可利用性
虽然以上已经详细描述了本发明的示范性实施例，但是应该清楚地理解，本领域技术人员会遇到的在此教导的基本发明构思的许多变化和/或修改仍然落在由所附的权利要求定义的本发明的精神和范围之内。

Claims (10)

1.一种前导码发送方法，包括：
将控制信息编码和调制到一个或多个前向纠错FEC块中；
将具有已知序列的标头插入在每个FEC块的前面；
生成包括至少一个具有标头的FEC块的前导码块，由具有标头的FEC块的至少一部分的循环重复来填充所述前导码块；以及
在通过在频率轴上重复以映射到正交频分多路复用(OFDM)单元之后，发送所述前导码块。
2.如权利要求1所述的前导码发送方法，其中，所述已知序列是伪噪声序列。
3.如权利要求1所述的前导码发送方法，其中，所述一个或多个FEC块具有相等长度。
4.如权利要求1所述的前导码发送方法，其中，所述标头包括与所述前导码相对应的长度信息。
5.一种前导码接收方法，包括：
检测接收带宽内的代码块；
如果所述代码块重复，则组合重复的代码块；
从所述代码块提取控制信息；以及
基于所述控制信息解码接收的数据信号，
其中，重复的代码块包括至少一个具有已知序列的标头的前向纠错FEC块，由具有标头的FEC块的一部分的循环重复来填充所述代码块，
其中，检测代码块包括：
检测接收带宽内的已知序列；以及使用所述已知序列计算所述代码块的起始位置和长度。
6.一种前导码发送器，包括：
编码器，用于生成具有控制信息的一个或多个前向纠错FEC块；
生成器，用于生成包括至少一个具有标头的FEC块的前导码块，由具有标头的FEC块的至少一部分的循环重复来填充所述前导码块；以及
发送器，用于在通过在频率轴上重复以映射到正交频分多路复用(OFDM)单元之后，发送生成的前导码块，
所述前导码发送器还包括序列生成器，用于生成具有已知序列的标头，所述标头被插入在FEC块的前面。
7.如权利要求6所述的前导码发送器，其中，所述序列是伪噪声序列。
8.如权利要求6所述的前导码发送器，其中，所述一个或多个FEC块具有相等长度。
9.如权利要求6所述的前导码发送器，其中，所述标头包括与所述前导码相对应的长度信息。
10.一种接收器，包括：
控制信息提取器，用于如果代码块在预定接收带宽内重复，则在组合重复的代码块之后，从在所述接收带宽内的代码块中提取控制信息；以及
数据提取器，用于基于所述控制信息解码接收的数据信号，
其中，重复的代码块包括至少一个具有已知序列的标头的前向纠错FEC块，由具有标头的FEC块的一部分的循环重复来填充所述代码块，
所述接收器还包括序列检测器，用于在接收带宽内检测已知序列，并基于所述已知序列计算所述代码块的起始位置和长度。
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