CN1190919C - 数字数据接收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种传输方案，其中在时分复用系统的不同分组传输从多个广播企业提供和由多种不同调制方案/纠错码产生的数字信号，在接收机端，有选择地接收从所希望的广播企业提供的希望数字信号。由于高质量信息在低C/N条件下可能具有不能使用的比特误差率，担心高质量信息(HQ)的分组识别信息可能改变成另一种高可靠性信息(LQ)的分组识别信息，并且可能影响高可靠性信息的解码。当用比特误差率检测和阈值判断电路(820)判断高质量信息(HQ)的分组以致不能接收该信息或不能进行误差校正时，在空白分组插入电路(821)中用诸如不影响另一种分组的空白分组之类的信号替换该分组。

Description

数字数据接收装置
本发明涉及数字数据时分复用传输技术，其中在不同的时分复用传输分组中传输由不同调制方案或不同纠错码形成的多个数字数据信号，在接收机端，在所传输的多个数字数据信号中有选择地提取希望的数字数据信号，特别是涉及一种数字数据接收装置，其中可防止传输的多个数字数据信号在传输条件恶化的场合相互作用。
例如，在常规的电视广播中，通常选择一种多传输方案。然而，在利用广播卫星作为中继站的BS数字广播中，已提出了由多个广播企业或节目提供商共同使用很少的中继站。也就是说，已提出了经一个单一的BS信道传输多个数字广播节目。
这种情况下，希望每个广播企业可自由选择相对于低C/N(接收的载波噪声比)具有希望误差容限的传输方案。可在相应的广播企业以希望的传输方案传输数字数据信号(服务)，在时间轴上压缩相应的数字数据和以复用模式(时分复用)传输时实现该目的。例如，现在假设按照MPEG以复用模式传输由多个广播企业产生的多个数字电视信号。然后，从相应的广播企业提供的每个TS(传送流)分组已加到一个13比特的识别标志，即被称为PID(分组识别)信息的识别符，用于识别相应的分组所属的广播企业。利用该识别符，在接收机端，可仅从接收的分组流有选择地提取希望的分组，并可对希望的图象和音频信息解码。
如上所述，可根据具有希望误差容限，即希望的纠错码和/或调制方案的希望传输方案传输从相应的广播企业向相应用户提供的服务。例如，已经制定了TC8PSK调制方案、QPSK系统、BPSK系统等作为BS数字广播的调制方案，并进一步提出了各种纠错码。希望相应的广播企业可选择这些纠错码和调制方案中的任何一种。例如，希望在不担心传输质量因干线衰减而恶化时，使用具有较大传输容量的8PSK系统，而当传输质量可能恶化时，使用相对于降雨衰减具有较高容限的QPSK系统或BPSK系统。
这种情况下，根据由传输条件所引起的恶化程度，正确地传输由特定传输方案传输的特定数据，但由于比特误差率太高，可能不使用由另一种传输方案传输的另一种数据。这种情况下，应该接受可能不使用在较高比特误差率的条件下传输的数据，但由于不能使用的分组中的PID信息也经受该比特误差，存在着该PID信息可能偶然改变成其分组被正确传输的另一个PID信息的一些可能性。如果出现这种情况，可能扰乱(数据间干扰)由正确传输的分组传输的服务。因此，希望虽然扰乱了某些采用特定调制方案或特定纠错码的广播企业的传输分组，但这并不影响其它广播企业的传输分组。
本发明的目的是提供一种数字数据接收装置，其中可抑制在时分复用模式中以不同传输方案传输的数据分组之间的上述干扰。
根据本发明，一种数字数据接收装置，用于根据不同传输方案在以时分复用模式传输的多个数字数据信号中接收所希望的数字数据信号，包括：
用于检测是否可对所述多个不同传输方案中的每一个实施正确接收的装置；和
用于用不影响由另一种传输方案传输的分组的信号替换被判断为不能进行正确接收的传输方案传输的传输分组的装置。
在根据本发明的数字数据接收装置的优选实施例中，用于检测是否可对所述多种不同传输方案中的每一种实施正确接收的所述装置包括用于检测由所述不同传输方案中的每一种传输的信号的比特误差率的电路，和用于将所述比特误差率与预定阈值比较以判断当所述比特误差率超过所述阈值时不能进行正确接收的比较器。
在根据本发明的数字数据接收装置的另一个优选实施例中，用于检测是否可对所述多种不同传输方案中的每一种实施正确接收的所述装置包括用于检测不能校正由所述不同传输方案中的每一种传输的信号的比特误差的情况的电路。
另外，在根据本发明的数字数据接收装置中，用于用不影响由另一种传输方案传输的分组的信号替换被判断为不能进行正确接收的传输方案传输的传输分组的所述装置最好包括用于把相关的接收分组替换到空白分组中的电路。在此，空白分组是其中除第一同步字节(47HEX)外所有比特为1的分组。
在根据本发明的数字数据接收装置的另一个优选实施例中，所述检测装置由比特误差率估算装置或纠错不可能检测装置构成。
图1是表明BS广播复用信号帧结构实例的示意图；
图2是说明BS广播调制波实例的示意图；
图3是描绘产生BS广播调制波的数字调制电路实施例的电路图；
图4是产生BS广播调制波的数字调制电路的实施例；
图5a、5b和5c是表明图3所示的8PSK、QPSK和BPSK的相应映射器(mapper)中输出信号方式的示意图；
图6是说明时分复用调制波的数据结构示意图；
图7是表明解调传输的时分复用调制波的数字解调电路实施例的电路图；
图8是表明解调传输的时分复用调制波的数字解调电路实施例的电路图；
图9是描绘包括图7所示的8PSK去映射器和匹配滤波器以及用于检测帧同步信号和TMCC信号的电路的电路图；
图10是表明比特误差率检测和阈值判断电路实施例的电路图；和
图11是说明图10所示的8PSK硬检测调制器的解调操作的示意图。
现在参考附图根据实施例详细说明本发明。
如上所述，在本发明中，同时采用各由调制方案和纠错码的任何组合形成的多种传输方案进行复用传输，并检测相应传输方案的传输条件。当判断一个分组因高比特误差率而不能使用时，用空白分组或不影响正确传输的分组的任何其它信号替换相关分组。这样，可防止把具有恶化比特误差率的分组错误地识别为由另一种传输方案传输的正确传输分组，并可防止由具有较高误差容限的传输分案传输的数据被由较低误差容限传输的数据扰乱。
参考实际的实施例说明本发明。在下面说明的实施例中，传输方案是为通过广播卫星的BS数字广播开发的那些方案。
首先，说明将要传输的复用信号的结构。
图1说明了(BS广播)复用信号结构的实例。
在该系统中，在MPEG2系统的基础上复用图象信号、音频信号和各种数字数据信号，并生成由188字节组成的TS(传送流)分组(100)。如图1所示，在TS分组之后，设置有16个由Reed-Solomon码(RS(204，188)组成奇偶校验字节(101)，单个帧由49个分组组成，每个分组具有上面的结构。每个所述分组在帧中所处的位置被称为时隙。第49个时隙是一个预先插入的伪时隙，以产生用于加强载波恢复的BPSK脉冲串周期。在每个TS分组的前部字节，最初被插入一个字节(十六进制的47)的同步码的分组。在本实施例中，形成帧结构时，用由2字节(16比特)的第一帧同步信号w1(102)、8字节被称为TMCC(传输和复用构成控制)信号的控制信号(103)和2字节(16比特)的第二帧同步信号w2(或w3)(104)组成的总共12个字节(96比特)覆盖该部分。
存在着用某种传输方案传输单个帧内仅有唯一TS分组的情况。这种情况下，为进行具有足够深度(不小于8)的代码移动(交错)以得到误差码校正能力，由8帧构成一个超帧并在该超帧内进行交错。然后，需要识别该超帧内的第一帧位置。为此，当由w2形成第二帧同步信号(104)时，它表示相关帧是超帧的第一帧，在w3时，相关帧表示为除超帧的第一帧外的一帧。
在一个时隙中，表示由占据相关时隙的广播企业希望的传输方案。例如，如图1所示，用传输方案1传输前8个时隙，用传输方案2传输剩余的40个时隙。
TMCC信号中描述了表示相应时隙位置与传输方案之间关系的信息。应该指出，TMCC信号中的内容表示两个超帧后的帧结构，因此，当改变传输方案时，TMCC信号中的内容必须在两个超帧前改变。
图2示出从具有使用传输方案1以及传输方案2的帧结构的复用信号获得的BS广播调制波的实例。
如图2所示，从第一帧周期，通过二进制相移键控(BPSK)调制来复用由第一帧同步信号W1(32个码元)(201)、一个TMCC信号(128个码元)(202)和第二帧同步信号W2(或W3)(32个码元)(203)组成的192个码元的标题。应该指出，这些信号的码元数量是与图1所示的TMCC信号对应部分的比特数量(64比特)的两倍。这是由于用具有1/2编码率的卷积编码对这些信号编码，并加入了其数量与原始数据的数量相同的冗余比特的事实造成的。
在标题部分之后，利用传输方案1复用主信号(服务数据)的8个时隙，然后利用传输方案2复用40个时隙。应该指出，在主信号部分中，对用于主信号传输的192个码元的调制波，插入具有4个随机码元的BPSK调制波(载波恢复增强码元)。通过该BPSK调制波，可进行达到低C/N的载波恢复。
在BS接收机端，捕获到帧同步信号后，利用具有上述构造的BS广播调制波，解调和解码TMCC信号部分，检测主信号后的传输方案，和根据检测的传输方案进行解调和解码。因此，虽然改变了传输方案，可针对每个超帧动态地改变相应时隙的传输方案。
图3和4分别示出了用于产生上述BS广播调制波的数字调制电路的前半部分和后半部分的实施例。
在图3中，复用装置301把图象信号、音频信号和数据服务复用成由49个时隙组成的帧结构(见图1)。在本实施例中，利用格码8PSK(TC8PSK)调制方案以高质量信息(下文称之为HQ)的形式传输44个分组，利用包括具有1/2编码率的卷积编码的纠错编码与正交相移键控(QPSK)调制方案的组合以高可靠性信息(下文称之为LQ)的形式传输两个分组。现在假设向一个分组分配一个时隙，如图所示，在用虚线围住的复用装置301中描述的帧结构(49个时隙)中，HQ占据44个时隙，LQ占据2个时隙。
如果用具有高频效率的TC8PSK调制方案传输所有数据，能够在单个帧周期内传输48个时隙的数据。然而，在本实例中，由于用其频率效率是TC8PSK一半的QPSK+1/2调制方案传输两个分组数据，有两个时隙的数据不能在单个帧内传输。因此，在本实例中，插入了其数量等于用QPSK+1/2调制方案传输的时隙数量，即两个伪时隙的非传输分组(伪分组)。这样，每个单元帧的时隙数保持不变，而与调制方案无关。
除用于传输诸如图象信号和音频信号之类服务的上述HQ和LQ信息外，从复用装置301产生表示该帧前部位置的帧同步信号以及TMCC信号。在控制信号产生电路302中，把当前从复用装置301产生的数据流识别为HQ或LQ或未传输而浪费的伪分组，并产生将在下文说明的控制各种电路操作的控制信号。
把分配给HQ的时隙信号经字节交错器303提供给并/串行转换电路304，在其中将8比特的数据流转换成2比特的数据流(在图中，连框线上的数值表示数据比特的数量)。通过在格构编码器305中加入纠错码把2比特的数据流再转换成三比特的编码数据。然后，借助8PSK映射器306把3比特编码数据转换成表示由I和Q(各8比特)组成的消息的信号。图5a示出该8PSK映射器。
如图5a所示，例如，当输入一个3比特信号(101)时，输出变成I＝-90和Q＝+90。映射器通常由ROM构成。
与分配给HQ的时隙信号相同，把分配给LQ的时隙信号经字节交错器303提供给并/串行转换电路307，在其中将8比特的数据流转换成1比特的数据流。通过在卷积编码器308中加入纠错码把1比特的数据流转换成两比特的编码数据。借助QPSK映射器把2比特的编码数据流转换成表示信号点I和Q(各8比特)的信号。图5b示出该QPSK映射器。
与HQ和LQ信息相同，把在每个时隙前部位置描述的两字节(16比特)的同步信号的一部分，和两字节(16比特)的同步信号w2或w3(在超帧的前部帧描述w2和在其它情况下描述w3)经字节交错器303提供给并/串行转换电路310，这些同步信号从8比特转换成1比特(通过增加具有1/2编码率的卷积码传输所述部分以获得更高的可靠性)。此后，由卷积编码器311向转换的信号加入纠错码，然后，借助BPSK映射器312把该信号转换成表示信号I和Q的信号(各8比特)。图5c示出该BPSK映射器。
借助由控制信号产生电路302产生的控制信号驱动的开关313-1和313-2依次改变以上面说明的方式获得的与HQ、LQ对应的I和Q信号，同步信号和TMCC信号，以便获得时分复用的I信号和Q信号。这些I信号和Q信号经根滚降滤波器414-1、414-2，D/A转换器415-1、415-2和低通滤波器416-1、416-2分别提供给正交调制器417，在此对其进行正交调制。然后，用带通滤波器418去除不需要的频谱以获得如图6所示的时分复用调制波。
应该指出，通过改变前面超帧中TMCC信号的内容，可从后续帧开始具有不同数量分配时隙的帧结构。
接下来说明解调方案的电路结构。
图7和8分别说明用于解调时分复用信号的数字解调电路实施例的前半部分和后半部分，其中利用上面提到的数字调制电路(见图3和4)复用TMCC信号。
在图7中，首先把输入的时分复用调制波(参见图6)提供给带通滤波器701并去除不需要的频谱。此后，在利用正交解调器702将其转换成基带I和Q信号后，利用低通滤波器703-1、703-2去除谐波分量，利用A/D转换器704-1、704-2对这些信号数字化(在此I和Q各为8比特)，并利用数字滚降滤波器705-1、705-2去除码元间干扰。这种情况下，图8所示的TMCC信号检测电路产生帧同步信号，表示针对TMCC周期的BPSK调制方案的信号和表示针对剩余周期的8PSK调制方案的信号，并将这些信号提供给相位检错电路707。相位检错电路707输出与8PSK对应的相位误差信号，并利用环路滤波器710再现载波。
接下来，利用具有n×π/4(n＝0，1，…7)相移的8PSK去映射器708对所得到的I信号和Q信号进行8PSK去映射(硬判决)，把输出与匹配滤波器1-8(709-1-709-8)中的帧同步器比较以得到相关值。该输出包含等距离系列的正和负相关脉冲。图9详细示出该部分。
利用具有n×π/4(n＝0，1，…7)相移的BPSK去映射器901对输入的I信号和Q信号进行具有8个相位的BPSK去映射。为8个输出信号的每一个提供一个20比特的移位寄存器902以进行串/并行转换，由帧同步信号检测门电路903捕获帧同步信号。这种情况下，当再现的载波位于正确频率附近时，可由8个门电路903中的至少一个检测帧同步信号。由″或″门904形成检测门电路所有输出的逻辑和，由前向-后向保护电路905利用从″或″门输出的帧同步信号以帧周期的间隔出现的事实来去除准同步信号。这样，可仅提取正确的帧同步信号。
利用所提取的帧同步信号，在同步化部分码元平均电路906中进行码元平均。由于同步码元的代码序列具有已知值，当输入的同步器代码是1时，给出180°的相移，当输入的同步器代码是0时，给出0°的相移，此后进行码元平均。然后，平均化电路906在BPSK代码″0″的码元上输出。通过把该信号提供给区域判断ROM907，用相对于原始相位具有m×π/4(m＝0，1，…7)的相移解调BPSK代码″0″。利用该信息，相位旋转ROM908给出一个可抵消上面相移的相移，以获得具有绝对相位的I和Q信号。在具有绝对相位的这些信号中，在Viterbi解码器909中仅对TMCC周期进行Viterbi解码，并把输出信号存储在一个超帧容量的FIFO 910中。在RS(64，48)解码器911中对所存储的信号进行RS(64，48)解码以获得TMCC信号。
从该信息能够了解当前接收的调制波的调制方案。根据该结果，在接收到BPSK、QPSK或8PSK时通过分别给予BPSK、QPSK或8PSK适当的相位来改变相位检错电路707。选通信号产生电路806根据TMCC信号的读出值和帧同步信号脉冲来控制该控制信号产生电路810(见图9)，当HQ信号出现在数字滚降滤波器705-1和705-2的输出时启动格构解码器812，当出现LQ信号时启动Viterbi解码器813，对剩余周期启动同步器码型产生电路815或TMCC。选通信号产生电路817进一步产生用于驱动选择开关817的选通信号。
通过上面说明的信号处理，能够重新构成具有与发射机端中使用的帧结构相同的复用数据。至此说明的结构在时分复用调制波的产生和解调中是通用的。
如上面说明的，当在低C/N条件下进行接收时，HQ部分的数据可能具有不能使用的比特误差率。这种情况下，可能将HQ的PID信息(分组识别信息)改变成LQ的PID信息，并可能扰乱LQ数据的解码。因此，在根据本发明的接收装置中，由比特误差率检测和阈值判断电路820监测HQ数据的误差率，当检测到比特误差率高于阈值时，由电路821把一个空白分组插入到具有重构帧结构的复用数据中的HQ部分。这样，可防止劣变HQ数据影响LQ数据。
图10示出比特误差率检测和阈值判断电路820的实施例。
在图10中，把同步解调的I、Q平面上的复合信号输入到该电路。由格构解码器1001对该信号进行格构解码以获得每个码元周期两比特的解码数据。在正常的C/N条件下，该数据基本上没有误差。此外，即使C/N恶化，数据的比特误差率减小到某个范围。当该数据受到与在发射机侧的格构编码器1002中相同的格构编码时，获得具有对其增加纠错冗余度的三个比特的编码数据。
另一方面，当由8PSK解码器1003对输入到该电路的信号解码时，可获得如图11所示的三个比特的解码输出，其中为用虚线分开的相应区域获得000-111。
这三比特数据是其误差仍未完全校正的数据，而在格构解码后从格构编码器1002输出的三比特数据具有抑制的比特误差率。因此，当在代码比较器1004将这三个比特数据信号相互比较时，在格构解码前能够获得8PSK的比特误差率的近似值。由计数器1005对其计数并在比较器1006中将计数值与阈值比较。这样，可判断比特误差率是否劣变到阈值以下。
应该指出，在图8中，由于在发射机侧，插入相应TS分组的前沿字节中的同步码(十六进制的47)已被TMCC代替，由822表示的方框是用于由原始同步码代替TMCC信号的电路。这样，可恢复原始MPEG的TS分组。
把来自同步码替换电路822的输出信号提供给去复用电路823，去复用电路进行与时分复用调制波产生侧的复用装置301(见图3)相反的信号处理，并把输出信号分成多个图象信号、多个音频信号和多个数据服务信号。在所划分的信号中，失去其中被插入空白分组的信号的信息，但这并不影响正确传输分组中的服务。
在至此说明的时分复用调制波产生和解调系统中，使用TC8PSK和QPSK+1/2这两个分层传输作为实例，但根据本发明，可增加分层的数量。这种情况下，除最高误差容限传输方案外，为所有分层设置与图10所示相同的多个比特误差率检测和阈值判断电路，并通过全盘考虑来自这些电路的输出来插入空白分组。此外，可用纠错不能检测电路代替比特误差率检测电路。
在上面的实施例中，当HQ数据的比特误差率超过预定阈值时，用空白分组代替相关的HQ数据分组。然而，根据本发明，可用不影响其它HQ或LQ数据分组的任何信号代替具有超过该阈值的比特误差率的HQ数据分组中的信号。该信号可以是TS误差指示标记。就是说，相关的HQ分组的标记可以是1，在去复用装置中，可忽略该分组。
工业实用性
根据本发明，可同时使用通过组合多种调制方案和纠错码形成的多种传输方案以进行复用传输，并且在低C/N条件下，可有效地防止由较高C/N传输方案传输的数据影响由较低C/N传输方案传输的数据。

Claims (6)

1.一种用于根据不同传输方案用于接收在以时分复用模式传输的多个数字数据信号的数字数据接收装置，包括：
解调电路，用于解调根据不同传输方案传输的多个数字数据信号的时分复用信号；
检测电路，用于检测在由所述解调电路解调的时分复用信号中的所述多个数字数据信号的每一个信号是否被正确接收，并且当由任何一个不同传输方案所发送的一个数字数据信号没有被正确接收时，产生一个误差信号；以及
替换电路，用于响应所述误差信号把被检测为不正确接收的所述数字数据信号替换为不影响由一种或多种剩余的传输方案所发送的数字数据信号的正确接收的一个信号，以形成一个正确的时分复用信号。
2.根据权利要求1所述的数字数据接收装置，其中所述检测电路包括：一个比特误差率检测电路，用于检测在所接收的时分复用信号中的所述多个数字数据信号的每个信号的比特误差率；以及比较器，用于将所述比特误差率与预定阈值比较，以当所述比特误差率超过所述阈值时产生所述误差信号。
3.根据权利要求2所述的数字数据接收装置，其中所述比特误差率检测电路包括：一个代码比较器，用于以比特为单元将对其进行给定的代码校正的数字数据信号与未经受代码校正的数字数据信号比较，并且输出一个表示该被比较的代码是否相互一致的结果；以及一个计数器，用于对来自该代码比较器的所述输出进行计数。
4.根据权利要求1所述的数字数据接收装置，其中所述检测电路包括一个用于检测由一个所述不同传输方案所发送的信号的一个或多个比特误差不能够被纠正的情况。
5.根据权利要求1所述的数字数据接收装置，其中所述替换电路包括用于把已经被检测不被正确接收的数字数据信号的一个发送数据分组替换为一个空白分组的装置。
6.根据权利要求1所述的数字数据接收装置，其中所述解调电路解调一个时分复用信号，其中包括根据BPSK调制方案、QPSK调制方案和8PSK调制方案发送的多个数字数据信号。
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