CN104836976A - 在广播发射装置和本地发射装置间协调广播的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种在广播发射装置和本地发射装置间协调广播的方法及对应的广播系统。其中，广播发射装置将广播信号划分为信令帧和数据帧，在数据帧中划分出公共帧，并且指示公共帧中每一个时频资源块所传输的节目类型，节目类型包括覆盖整个广播发射范围的公共节目和覆盖部分广播发射范围的本地节目；本地发射装置发出请求信号；广播发射装置接收请求信号，并生成对应的控制信号；广播发射装置根据控制信号将公共帧内的每一个时频资源块分配给本地节目或公共节目；广播发射装置在信令帧中插入指示节目类型的LSI信令；广播发射装置发射广播信号。本发明的系统和方法能够使时频资源块在本地节目和公共节目之间动态分配，从而提高了频谱效率。

Description

在广播发射装置和本地发射装置间协调广播的方法及系统

技术领域

本发明涉及一种数字电视广播系统和广播方法，更具体地说，涉及一种在广播发射装置和本地发射装置间协调数字电视广播的方法及对应的广播系统。

背景技术

目前主流使用的地面数字电视广播系统有DVB（Digital Video Broadcasting）标准和ATSC（Advanced Television Systems Committee）标准，而DVB标准有具体地分为DVB-T、DVB-S、DVB-NGH等。

DVB-NGH（Next-Generation Hybrid Digital Broadcasting）是下一代的地面数字电视混合传输标准，其可以应用于各种丰富的实际环境之下。例如，可以设想如下的场景：

在具有一定广播范围的一个广播系统中，存在一个覆盖全范围的发射塔（以下简称广播发射装置）和若干个覆盖部分区域的发射塔（以下简称本地发射装置），广播发射装置可以在整个广播范围内广播节目内容，即公共节目，而本地发射装置只能在其范围内广播节目内容，即本地节目。但是，广播发射装置和本地发射装置所采用的频率段相同，例如，均为447-958MHz。

为了能够将447-958MHz的频率段在广播发射装置和本地发射装置之间进行分配，DVB-NGH标准中的一种做法是将广播发射装置发送的一个物理帧内固定的某些资源预留下来，用于本地发射装置的本地节目插入。这些预留资源不管有没有本地节目插入，都是不被公共节目使用的。因此，在某些时刻，没有本地节目插入服务时，这样预留资源就会造成频谱的浪费。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种在广播发射装置和本地发射装置间协调广播的方法及系统，来解决现有技术中DVB-NGH标准在信号帧内预留固定资源给本地节目，这些资源无法在本地节目和公共节目之间动态分配，导致资源浪费的问题。

依据上述目的，实施本发明的一种广播系统，包括广播发射装置和本地发射装置。广播发射装置发射的广播信号包括信令帧和数据帧，数据帧包括公共帧，广播发射装置包括控制器，控制器用以标识公共帧内的每一个时频资源块所传输的节目类型，节目类型包括覆盖整个广播发射范围的公共节目和覆盖部分广播发射范围的本地节目，广播发射装置在信令帧中插入指示节目类型的本地节目插入信令。

依据本发明的另一目的，实时本发明的一种在广播发射装置和本地发射装置间协调广播的方法，包括以下步骤：广播发射装置将广播信号划分为信令帧和数据帧，在数据帧中划分出公共帧；本地发射装置发出请求信号；广播发射装置接收请求信号，并生成对应的控制信号，控制信号标识公共帧中每一个时频资源块所传输的节目类型，节目类型包括覆盖整个广播发射范围的公共节目和覆盖部分广播发射范围的本地节目；广播发射装置根据控制信号将公共帧内的时频资源块分配给本地节目或公共节目；广播发射装置在信令帧中插入指示节目类型的本地节目插入信令；广播发射装置发射广播信号。

优选的，广播发射装置在数据帧中划分出基础帧，在基础帧中传输公共节目。

优选的，控制器根据本地发射装置发出的请求信号来生成对应的控制信号，广播发射装置根据控制信号将公共帧内的时频资源块分配给本地节目或公共节目。

优选的，控制信号为一个多位掩码，每一位掩码对应公共帧中的一个时频资源块。

优选的，本地发射装置在请求信号中插入本地发射装置ID、请求本地节目时间、请求资源指令、停止请求的信息。

优选的，广播发射装置在本地节目插入信令中插入标识公共帧是否用于分配本地节目，插入本地节目的数据位置，本地节目所分配的资源块编号，本地节目的长度、编码调制模式的信息。

优选的，广播发射装置还包括发射机和接收机，发射机工作于第一频率，接收机工作于第二频率，接收机接收请求信号，并将请求信号传输至控制器，发射机根据控制信号将时频资源块分配给公共节目和本地节目。

优选的，本地发射装置包括：请求模块，工作于第二频率，用于向接收机发送请求信号；收发模块，工作于第一频率，用于在第一频率内搜索并解调广播发射装置发射的广播信号，并且在本地节目插入信令约定的条件下发射本地节目。

优选的，本地发射装置搜索并解调广播信号，并在本地节目插入信令约定的条件下发射本地节目。

采用了本发明的技术方案，根据DVB-NGH标准的特点，对其预留的时频资源块进行进一步的设计，因此本发明的广播系统和广播方法能够使公共帧中的部分时频资源块在本地节目和公共节目之间动态分配，从而提高了频谱效率。

附图说明

在本发明中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1是本发明地面数字广播帧结构的示意图；

图2是本发明广播系统的结构示意图；

图3是本发明广播方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

针对DVB-NGH的帧结构，本发明公开一种广播系统，所述广播系统发射的广播信号对DVB-NGH发射信号的帧结构标准进行改进，形成了一种新的地面数字广播帧结构，以及在本发明的广播系统中进行协调广播的方法。本发明的广播系统包括一个覆盖全范围的收发塔（以下简称广播发射装置1）和若干个覆盖部分区域的收发塔（以下简称本地发射装置5），广播发射装置1可以在整个广播范围内广播节目内容，即公共节目，而本地发射装置5只能在其范围内广播节目内容，即本地节目。

本发明首先对DVB-NGH帧结构中预留的时频资源块进行进一步的设计。参照图1，本发明的广播系统发射的广播信号包括信令帧和数据帧。信令帧可以是传统的帧头，或者是DVB-NGH标准的帧头。特别的，根据DVB的帧头结构，帧头为前导频，例如可以是DVB-T2系统中的P1导频和P2导频，也可以是其他携带信令的数据或符号。

如图1所示，广播信号的数据帧部分可以是由若干个OFDM符号组成的帧结构，其包括基础帧和公共帧，基础帧用以传输公共节目，而公共帧则可以选择性地传输公共节目和本地节目，公共节目定义为覆盖整个广播发射范围的节目，而本地节目定义为覆盖部分广播发射范围的节目。公共帧包括至少一个时频资源块，根据控制信号将时频资源块分配给公共节目和本地节目，即存在以下3种情况：

1.没有本地节目的请求，则全部传输公共节目。

2.一部分时频资源用来传输本地节目，剩下的用来传输公共节目。

3.全部用来传输本地节目，则没有剩余时频资源用来传输公共节目。

假设数据帧内最大可允许用于本地节目插入的时频资源（即公共帧）为图1中阴影块所示，本发明将公共帧分割成若干个时频资源块，分别编号为“Block_1”、“Block_2”、……“Block_N”。例如图1所示，N=3，即公共帧分割成3个时频资源块，分别编号为“Block_1”、“Block_2”、“Block_3”，以此类推。

进一步地，由于公共帧分隔成了多个时频资源块“Block_1”、“Block_2”、“Block_3”，因此每一个时频资源块之间的星座映射、编码类型、码率等调制模式都是各自独立的。例如，“Block_1”和“Block_3”分配给本地节目，而“Block_2”分配给公共节目，并且“Block_1”、“Block_2”和“Block_3”的星座映射方式、编码类型和码率都是不同的。

由于公共帧是根据控制信号来将时频资源分配给公共节目和本地节目的，因此控制信号必须与公共帧对应。如下表所示，控制信号可以是一个多位掩码，掩码的位数与时频资源块的个数对应，控制信号将每一个时频资源块与一个公共节目或本地节目相匹配。

Block_1	Block_2	Block_3
			0	0	0

例如，参照图1，公共帧分割成了3个时频资源块，因此控制信号对应地就用3比特掩码表示，每一个比特掩码对应了一个时频资源块。如上表所示，“0”表示该比特掩码对应的时频资源块尚未分配，即可以用于分配本地节目，也可以用于分配公共节目。而“1”表示该比特掩码对应的时频资源块已经分配给了本地节目使用，公共节目不可用。一般情况下，可以设置默认未分配时频资源块（即‘0’）供公共节目使用。

然而，上述例子只是控制信号的一种设计方式，根据计算机原理知识，控制信号可以有多种表现形式，例如还可以用多位的2进制码来对应一个时频资源块，或者用其他进制的参数来表示公共帧的时频资源块的状态，等等，只要能将控制信号和公共帧所分割而成的各个时频资源块形成对应关系，则这样的控制信号的设计均可以适用于本发明的地面数字广播帧结构中，本发明对此不做限定。

根据上述地面数字广播帧的结构，假设基础帧的长度为L个OFDM符号，公共帧的长度为N个OFDM符号，L、N的长度可以自定义，甚至为0（但不同时为0）。在一般情况下，L个长度的基础帧均用来传输公共节目，N个长度的公共帧用来在公共节目和本地节目之间进行分配。在一些特殊情况下，例如N为0时，表示所述数据帧均用来分配公共节目，没有分配本地节目，而L为0时，表示所有的数据帧中没有专门用来分配公共节目的帧。

进一步地，由于本发明对数据帧的结构做了改进，尤其是公共帧中各个时频资源块的调制模式都可以是独立的，因此在信令帧内需要传输包括标识公共帧是否用于分配本地节目、插入本地节目的数据位置、本地节目所分配的资源块编号、本地节目的长度、编码调制模式等对应的信令信息，即信令帧内包括指示节目类型的LSI（Local Service Insertion，本地节目插入）信令。

例如，LSI信令内可以有如下的信令信息：

LSI_SWITH：表示LSI开关，没有本地节目插入时设为‘0’；有插入本地节目设为‘1’。

LSI_START_SYMBOL：表示插入本地节目的数据位置，换句话说就是公共帧的大小。假设一帧有1000个OFDM符号，若要在第901个OFDM符号开始插入本地节目，即令LSI_START_SYMBOL=901（换算成二进制比特）。

LSI_BLOCK_ID：表示本地节目所分配的资源块编号，假设总资源可分为10个块，当前使用的是第3个块，那么可令LSI_BLOCK_ID=“10”（二进制）。

LSI_Signal_PILOT_PATTERN：约定本地节目插入的信令的导频图案。

LSI_Signal_MOD：约定本地节目插入的信令的星座映射。

LSI_Signal_COD：约定本地节目插入的信令的编码码率。

LSI_Signal_FEC_TYPE：约定本地节目插入的信令的编码类型。

LSI_Signal_LEN：约定本地节目插入的信令长度。

另一方面，参照图2，本发明公开的广播系统发射的广播信号就是应用了图1所示的帧结构。如图2所示，广播发射装置1包括控制器3、发射机2和接收机4，本地发射装置5包括请求模块7和收发模块6。发射机2和收发模块6工作于第一频率，接收机4和请求模块7工作于第二频率，工作频段为避免干扰，第二频率需远离第一频率。例如，发射机2和收发模块6均工作于447-958MHz，而接收机4和请求模块7均工作于111-167Mhz，上述具体的频率值仅作为一个参考示例。

如图2所示，本发明还公开一种广播系统，其主要包括至少一个广播发射装置1与至少一个本地发射装置5，图2所示的仅仅只有一个本地发射装置5，但在一般情况下，通常在一个广播系统中，有一个广播发射装置1和多个本地发射装置5，多个本地发射装置5的原理与一个相同，因此下面仅以一个本地发射装置5为例。

如图3所示，广播发射装置1与本地发射装置5的互动过程可以分为7个主要步骤：

步骤S1：广播发射装置将广播信号划分为信令帧和数据帧，在数据帧中划分出公共帧。

步骤S2：本地发射装置发出请求信号。

步骤S3：广播发射装置接收请求信号，并生成对应的控制信号。控制信号标识公共帧中每一个时频资源块所传输的节目类型，节目类型包括覆盖整个广播发射范围的公共节目和覆盖部分广播发射范围的本地节目。

步骤S4：广播发射装置根据控制信号将公共帧内的时频资源块分配给本地节目或公共节目。

步骤S5：广播发射装置在信令帧中插入指示节目类型的LSI信令。

步骤S6：广播发射装置发射广播信号。

步骤S7：本地发射装置搜索并解调广播信号，并在LSI信令约定的条件下发射本地节目。

下面来详细说明在广播发射装置1和本地发射装置5之间实现上述各个步骤的广播方法。

参照图2，广播发射装置1划分信令帧、数据帧的结构在上面已有充分说明，这里不再赘述。在没有分配本地节目时，广播发射装置1在所有频率和时间（包括图1中标有阴影的时频资源）上都可以传播公共节目，控制器3用以标识公共帧内的每一个时频资源块所传输的节目类型，本发明定义节目类型包括覆盖整个广播发射范围的公共节目和覆盖部分广播发射范围的本地节目。

例如，控制器3初始化时，用于本地节目插入的时频资源块“Block_1”、“Block_2”、“Block_3”均可用，即控制信号的3比特掩码为：

Block_1	Block_2	Block_3
			0	0	0

在某一时刻，本地发射装置5的请求模块7向广播发射装置1请求资源，即在111-167MHz上向接收机4发送请求信号（每个小塔有一个ID）。请求信号可以包括：“本地发射装置5的ID”、“请求本地节目时间”（该信息可以被广播发射装置1的控制器3记录，结合本地发射装置5的“请求关闭”时间，可以统计本地发射装置5使用时间，进一步可以有统计征收费用等服务）、“请求资源指令”等。

具体来说，本地发射装置5的ID根据系统支持的本地发射装置5的数目，用多位比特数表示，例如：若广播发射装置1支持10个本地发射装置5的本地节目插入，用4比特表示本地发射装置5的ID，例如可用“0000”表示。请求开启时间信息可用多位比特表示，如可用20比特表示年月日时分信息。“请求资源指令”可用多位比特表示，如用12比特“000010100101”表示。

此时，广播发射装置1的接收机4收到请求信号，然后将请求信号传输至控制器3。控制器3根据接收机4收到的请求信号生成对应的控制信号，控制信号用来标识公共帧中每一个时频资源块所传输的节目类型，节目类型包括覆盖整个广播发射范围的公共节目和覆盖部分广播发射范围的本地节目，而广播发射装置1根据控制信号将公共帧中的时频资源块分配给公共节目或本地节目。

具体来说，控制器3查看公共帧中是否存有可分配资源，若有资源，则通知发射机2“开始配置”，此时发射机2根据控制器3的控制信号将时频资源块分配给公共节目或本地节目。若没有资源，则响应接收机4“资源已满，请关闭”，此时接收机4关闭。控制信号的结构在上述广播帧结构中已经有过描述，这里不再重复说明。

发射机2接收到“开始配置”指令之后，在下一个新的广播帧开始配置用于本地节目插入的信令、以及分配时频率资源块给本地发射装置5等，并报告资源使用情况给控制器3。例如，广播发射装置1将“Block_1”分配给本地发射装置5，则控制器3标识“Block_1”已被占用，剩下资源块“Block_2”和“Block_3”均仍未分配（默认未分配的供公共节目使用），即控制信号的3比特掩码为：

Block_1	Block_2	Block_3
			1	0	0

除了对控制信号的配置之外，广播发射装置1在接收到“开始配置”指令后，在信令帧中插入指示节目类型的LSI（Local Service Insertion，本地节目插入）信令，即在下一个新的广播帧的信令帧内需要修改/补充LSI_SWITH、LSI_START_SYMBOL、LSI_START_SYMBOL、LSI_BLOCK_ID、LSI_Signal_PILOT_PATTERN、LSI_Signal_MOD、LSI_Signal_COD、LSI_Signal_FEC_TYPE、LSI_Signal_LEN等各个信令的参数。上述各个广播帧内信令的具体内容不再重复说明，并且广播发射装置1既可以通过发射机2来完成上述对信令帧的配置，也可以通过控制器3来完成上述配置，或者通过广播发射装置1内其他的专用或非专用的设备来完成上述配置，本发明对此不作限定。

在完成LSI信令的插入之后，广播发射装置1将带有上述信令帧、数据帧结构的广播信号在第一频率（447-958MHz）进行广播。

特别的，利用信令帧中的上述信令，广播帧可以约定本地发射装置5信号的信令，从而本地发射装置5发射本地节目时，具体的信令设计是灵活自由的，并且广播发射装置1能够有效的通知终端在规定的时频资源块内选用合适的参数来解调插入的本地节目信号。

本地发射装置5在发完“资源请求”后，其内部的收发模块6开始在第一频率（447-958MHz）内搜索信号，并解调广播发射装置1发射的广播信号内的信令，直到检测到广播发射装置1发送的允许本地节目插入的信令（例如LSI_SWITH=1），并确认广播发射装置1已经分配了时频资源(例如“Block_1”)。此时，本地发射装置5关闭工作在第二频率（111-167MHz）上的请求模块7，并开始在LSI（Local Service Insertion，本地节目插入）信令约定的条件下发射本地节目，例如在约定的时间、时频资源、以及频率（即第一频率）上发射本地节目。

在另一时刻，本地发射装置5若不想插入本地节目，则关闭工作在447MHz-958MHz的收发模块6；然后开启工作在111MHz-167MHz上的请求模块7，发送“停止请求”信息。

此时，广播发射装置1的接收机4收到本地发射装置5发来的“停止资源请求”后通知控制器3，控制器3通知发射机2，发射机2重新配置信令，释放资源“Block_1”给公共节目使用，并对控制器3响应，报告已经释放的资源。此时，可用资源仍为“Block_1”、“Block_2”和“Block_3”，控制信号的3比特掩码恢复为：

Block_1	Block_2	Block_3
			0	0	0

此时，控制器3通知接收机4，若接收机4没有工作，则此时接收机4开始工作，扫描是否有新的“资源请求”信号，若接收机4已经开始工作，则忽略此信号。

通过上述广播系统的结构可以看出，广播发射装置1的核心在于利用控制器3产生的控制信号来分配公共帧中的公共节目和本地节目。然而，在其他的一个实施例中，控制器3可以将控制信号传输至专门的组帧器来实现公共帧中公共节目和本地节目的分配，再通过发射机2发送。在另一个实施例中，控制器3还可以直接控制公共帧中公共节目和本地节目的分配。因此，上述列举的利用发射机2/组帧器/控制器3来实施公共节目和本地节目的分配只是本发明众多可选结构中的一种，任何能够实现上述功能的装置均与本发明的技术方案相同或等同。

所属领域的技术人员应当认识到，以上的说明书仅是本发明众多实施例中的一种或几种实施方式，而并非用对本发明的限定。任何对于以上所述实施例的均等变化、变型以及等同替代等技术方案，只要符合本发明的实质精神范围，都将落在本发明的权利要求书所保护的范围内。

Claims (15)

1.一种广播系统，包括广播发射装置和本地发射装置，其特征在于：

所述广播发射装置发射的广播信号包括信令帧和数据帧，所述数据帧包括公共帧；

所述广播发射装置包括控制器，所述控制器用以标识所述公共帧内的每一个时频资源块所传输的节目类型，所述节目类型包括覆盖整个广播发射范围的公共节目和覆盖部分广播发射范围的本地节目；

所述广播发射装置在所述信令帧中插入指示所述节目类型的本地节目插入信令。

2.如权利要求1所述的广播系统，其特征在于，所述数据帧还包括基础帧，所述基础帧用以传输所述公共节目。

3.如权利要求1所述的广播系统，其特征在于，所述控制器根据所述本地发射装置发出的请求信号来生成对应的控制信号，所述广播发射装置根据所述控制信号将公共帧内的时频资源块分配给本地节目或公共节目。

4.如权利要求3所述的广播系统，其特征在于，所述控制信号为一个多位掩码，每一位掩码对应公共帧中的一个时频资源块。

5.如权利要求3所述的广播系统，其特征在于，所述请求信号包括本地发射装置ID、请求本地节目时间、请求资源指令、停止请求的信息。

6.如权利要求3所述的广播系统，其特征在于，所述本地节目插入信令包括标识公共帧是否用于分配本地节目，插入本地节目的数据位置，本地节目所分配的资源块编号，本地节目的长度、编码调制模式。

7.如权利要求3所述的广播系统，其特征在于，所述广播发射装置还包括发射机和接收机，所述发射机工作于第一频率，所述接收机工作于第二频率，所述接收机接收所述请求信号，并将所述请求信号传输至所述控制器，所述发射机根据所述控制信号将时频资源块分配给公共节目或本地节目。

8.如权利要求7所述的广播系统，其特征在于，所述本地发射装置包括：

请求模块，工作于所述第二频率，用于向所述接收机发送请求信号；

收发模块，工作于所述第一频率，用于在所述第一频率内搜索并解调所述广播发射装置发射的广播信号，并且在所述本地节目插入信令约定的条件下发射本地节目。

9.一种在广播发射装置和本地发射装置间协调广播的方法，其特征在于，包括以下步骤：

广播发射装置将广播信号划分为信令帧和数据帧，在数据帧中划分出公共帧；

本地发射装置发出请求信号；

广播发射装置接收所述请求信号，并生成对应的控制信号，所述控制信号标识公共帧中每一个时频资源块所传输的节目类型，所述节目类型包括覆盖整个广播发射范围的公共节目和覆盖部分广播发射范围的本地节目；

广播发射装置根据所述控制信号将公共帧内的时频资源块分配给本地节目或公共节目；

广播发射装置在所述信令帧中插入指示节目类型的本地节目插入信令；

广播发射装置发射所述广播信号。

10.如权利要求9所述的在广播发射装置和本地发射装置间协调广播的方法，其特征在于，广播发射装置在数据帧中划分出基础帧，在基础帧中传输所述公共节目。

11.如权利要求9所述的在广播发射装置和本地发射装置间协调广播的方法，其特征在于，所述本地发射装置搜索并解调广播信号，并在所述本地节目插入信令约定的条件下发射本地节目。

12.如权利要求11所述的在广播发射装置和本地发射装置间协调广播的方法，其特征在于，所述广播发射装置在第一频率发射广播信号，在第二频率接收所述请求信号，所述本地发射装置在第二频率发射所述请求信号，在第一频率内搜索、解调广播信号，以及发射本地节目。

13.如权利要求9所述的在广播发射装置和本地发射装置间协调广播的方法，其特征在于，所述控制信号为一个多位掩码，每一位掩码对应公共帧中的一个时频资源块。

14.如权利要求9所述的在广播发射装置和本地发射装置间协调广播的方法，其特征在于，所述本地发射装置在请求信号中插入本地发射装置ID、请求本地节目时间、请求资源指令、停止请求的信息。

15.如权利要求9所述的在广播发射装置和本地发射装置间协调广播的方法，其特征在于，所述广播发射装置在本地节目插入信令中插入标识公共帧是否用于分配本地节目，插入本地节目的数据位置，本地节目所分配的资源块编号，本地节目的长度、编码调制模式的信息。