CN1209921C - 按数据区接收优先级插入不同数导频音的数字广播发射机 - Google Patents

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Abstract

数字广播发射机按照每个数据区域的接收优先级在数据中插入多个导频音。该发射机包括：多个前向纠错单元，对多个传输流编码以纠正数据传输中在接收机发生的误差；帧构建单元，按经纠错编码的数据区域的接收优先级插入多个导频音；IDFT单元，调制编码的数据和导频信号，所调制的编码数据和导频信号被定义为OFDM码元；保护间隔插入单元，向OFDM码元插入保护间隔以禁止码元间干扰；PN插入单元，向OFDM码元插入PN；脉冲整形滤波单元，按预定滚降因数对插入PN的OFDM码元进行脉冲整形滤波；射频上变换单元，在脉冲整形滤波后上变换码元到射频并传输到信道。

Description

按数据区接收优先级插入不同数 导频音的数字广播发射机
技术领域
本发明一般地涉及一种数字广播发射机，具体涉及用于发送按照每个数据区的接收优先级插入不同数量的导频音的数据的数字广播发射机。
背景技术
一般而言，高清晰度电视(HDTV)的广播系统可以被大致划分为一个图像编码单元和一个图像调制单元。图像编码单元将从高清晰度的图像源输入的大约1Gbps的数字数据压缩为15～18Mbps的数据。图像调制单元通过大约6～8MHz的一个限带信道向接收端发送几十Mbps的数字数据。HDTV使用地面同时广播方法，这个方法使用被分配用于电视广播目的的甚高频/超高频(VHF/UHF)。考虑到地面广播环境，要求用于HDTV广播系统的调制方案满足下列条件。
这样的用于数字广播系统的调制方案包括正交调幅(QAM)和残留边带(VSB)。在欧洲，已经采纳一种正交频分复用(OFDM)系统来用于数字电视地面广播，因为它具有高频率效率和防止干扰的优点。
OFDM系统的优点是它比诸如逐行倒相制(PAL)和顺序与存储彩色电视系统(SECAM)的其他广播业务具有较小的干扰，因为OFDM信号的波形与白高斯噪音相同。由于对于各个载波变化地进行调制，使能了分层传输。
图1是示出用于数字广播系统的导频音的分布的图，其中导频音表示为点块。导频音在接收机被用于信道估计和同步。
在图1中，水平轴表示频率轴f，其中在每十二个子载波中插入一个导频音。图1的垂直轴表示时间轴t，其中在每个码元中插入导频音，每个导频音之间有三个载波。用于广播其中插入这样的导频音的信号的广播接收机通过使用插入的导频音内插而对于全部数据副载波进行信道估计。
图2是示出在传统的数字广播系统中使用导频音的内插的图。如图2所示，轴①表示在时间轴t的内插，轴②表示在频率轴f的内插。
传统上，数字广播接收机通过在时间轴t的内插而获得对于在频率轴f上的每三个副载波的一个信道估计值。当在时间轴t中内插之后，数字广播接收机进行频率轴f中的内插，从频率轴f中的每三个副载波估计导频音。结果，数字广播接收机获得对于全部副载波区域的信道估计。而且，数字广播接收机补偿来自对于全部副载波区域的信道估计的数据值，因此可以进行信道均衡。
时域同步(TDS)正交频分复用(OFDM)系统在时域中通过伪噪音(PN)序列进行同步和信道估计。因此，由TDS-OFDM系统传输的广播信号不包括专用导频音。
同样，TDS-OFDM系统的广播信号被以同样的模式传输，与接收机的接收环境无关。因此，当在移动接收环境中的时候，广播接收机不能通过信道估计对于所接收的广播信号进行精确的还原。
而且，由于广播信号以固定的模式以PN序列进行传输，而与被插入的接收环境无关，因此传统的TDS-OFDM接收机不能按照接收环境有选择地接收广播信号。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种数字广播接收机及其方法，所述数字广播接收机通过改进的信道估计质量而用于在移动接收环境中在接收机的更可靠的接收，并用于在固定的接收环境中在接收机的高接收率。
上述目的的实现是通过按照本发明的用于传输广播信号的数字广播发射机，其中在广播信号中插入用于同步和信道估计的导频音，所述数字广播发射机包括：多个前向纠错(FEC)单元，用于对多个传输的流进行编码以纠正在数据传输中发生的在接收机的误差；一个帧构建单元，用于按照各个进行了纠错编码的数据区域的接收优先级而插入多个导频音；一个逆离散傅立叶变换(IDFT)单元，用于调制编码的数据和导频信号，所调制的编码数据和导频信号被定义为OFDM码元；一个保护间隔(GI)插入单元，用于向OFDM码元插入某个长度的保护间隔(GI)以用以禁止在OFDM码元之间的码元间干扰(ISI)；一个PN插入单元，用于向OFDM码元插入PN，所述PN包括用于同步和信道估计的同步信息和附加信息；一个脉冲整形滤波单元，用于按照预定的滚降因数对于插入PN的OFDM码元进行脉冲整形滤波；一个射频(RF)上变换单元，用于在脉冲整形滤波后变换码元，以便所述码元可以被上变换到射频并被传输到一个信道。所述多个FEC单元是两个(2)。所述脉冲整形滤波单元是平方根升余弦(SRRC)滤波器。所述多个FEC单元对第一传输流(TS)和第二传输流(TS)进行编码。第一TS是一个低分辨率的基本MPEG流，第二TS是与第一TS组合的增进MPEG流，所述组合产生了高分辨率MPEG流。
按照本发明的优选实施例的数字广播发射机还包括一个帧构建单元，用于在高优先级(HP)数据中比在低优先级(LP)数据中插入更大量的导频音。所述帧构建单元在HP数据中插入导频音，在频率轴上有6个副载波的周期，在时间轴上有两个码元的周期。
按照本发明，要传输的数据被按照其优先级划分成HP数据和LP数据，高优先级的HP数据被插入大量的导频音，以便在移动接收环境中的接收机可以很可靠地接收广播信号，因为它可以通过接收和还原HP数据而进行改进的信道估计。而且，在固定接收环境中的接收机也可以以更高的数据传输率接收广播信号，因为它可以接收和还原HP数据与LP数据。
而且，因为在高接收优先级的HP数据中比低接收优先级的LP数据插入的导频音更多，在恶劣接收环境中的接收机可以使用可以用于信道估计的HP数据，以还原低分辨率的图像。在好的接收环境中，接收机也可以通过将LP数据与HP数据组合而还原高分辨率的图像。
上述目的的实现也通过一种用于传输广播信号的方法，其中在广播信号中插入用于同步和信道估计的导频音，所述方法包括步骤：编码多个传输流以纠正在数据传输中发生的在接收机的误差；按照进行了纠错编码的各个数据区的接收优先级而插入多个导频音；逆离散傅立叶变换编码的数据和导频信号以便调制编码的数据和导频信号；在来自IDFT单元的OFDM码元中插入某个长度的保护间隔(GI)，用于禁止在OFDM码元之间的码元间(ISI)干扰；在插入GI的OFDM码元中插入PN序列，所述PN序列包括用于同步和信道估计的同步信息和附加信息；按照预定的滚降因数对于插入PN的OFDM码元进行脉冲整形滤波；在脉冲整形滤波之后变换码元以便所述码元可以被上变换到射频并被传输到信道。
按照本发明，所述插入多个导频音的步骤包括步骤：在HP数据中插入导频音，在频率轴中每6个副载波插入，在时间轴中每2个码元插入。第一TS是一个低分辨率的基本MPEG流，第二TS是与第一TS组合因此具有高分辨率的增强MPEG流。
按照本发明的优选实施例的用于传输广播信号的方法还包括步骤：在高优先级(HP)数据中比低优先级(LP)数据中插入更大量的导频音。
附图说明
通过参照附图详细说明本发明的优选实施例，本发明的上述目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1是示出在传统数字广播系统中使用的导频音的分布的图；
图2是示出在传统的数字广播系统中使用导频音内插的示例的图；
图3是按照本发明的优选实施例的能够根据每个数据区域的接收优先级可变地插入多个导频音的数字广播发射机的方框图；
图4是示出从图3的IDFT单元输出的广播信号的导频音的分布的图；
图5是示出按照本发明优选实施例用于传输广播信号的方法的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图来更详细说明本发明的优选实施例。
图3是按照本发明的优选实施例的数字广播发射机的方框图。
数字广播发射机包括前向纠错(FEC)单元100、第二FEC单元120、帧构建单元160、逆离散傅立叶变换(IDFT)单元180、保护间隔(GI)插入单元200、PN序列插入单元220、脉冲整形滤波单元240和射频(RF)上变换单元260。
第一FEC单元100编码以MPEG2格式压缩的第一传输流(TS1)，以纠正在传输中发生的误差。按照本发明的优选实施例，第一TS流TS1是具有低分辨率的用于数字广播的基本MPEG流。
第二FEC单元120编码以MPEG2格式压缩的第二传输流(TS2)，以纠正在传输中发生的误差。在这个优选实施例中，所述第二TS流TS2是用于数字广播的增进的MPEG流，它当与基本MPEG流组合的时候具有高分辨率。
IDFT单元180调制编码的数据和导频信号，所调制的编码数据和导频信号被定义为OFDM码元。
帧构建单元160按照来自IDFT单元180的逆离散傅立叶变换的数据的接收优先级，对于每个数据区域插入不同数量的导频音。在OFDM接收机需要导频音来用于信道估计和同步。最好，对于高接收优先级的数据区域，帧构建单元160在频率轴f的每第6个副载波插入导频音，同时在时间轴t的每第二个码元插入导频音。对于低接收优先级的数据区域，帧构建单元160不插入导频音。
因为按照接收优先级对于各个数据区域插入不同数量的导频音，因此接收机根据插入到高接收优先级的数据区域的导频音来进行内插用于信道估计和同步。因此，在接收机更准确地进行对于具有更高数量的导频音的数据区域、即对于更高接收优先级的数据区域的信道估计和同步。
GI插入单元200在来自IDFT单元180的逆离散傅立叶变换的数据中插入预定长度的保护间隔，以便对于多径强壮。
PN序列插入单元220在插入GI的逆离散傅立叶变换的数据中插入PN序列。在此，PN序列包括所接收的数据的同步信息，用于信道估计和同步，还包括所接收的数据的附加信息。以下，将同步信息称为伪噪音(PN)序列。
脉冲整形滤波单元240按照预定的滚降因数对插入PN的数据进行脉冲整形滤波。对于脉冲整形滤波单元240，可以使用平方根升余弦滤波器。
RF上变换单元260将滤波的数据变换为射频并通过信道传输数据。
因此，OFDM接收机可以对于高接收优先级的数据区进行更准确的信道估计和数据还原。低接收优先级的数据区域的数据也可以在位于静态接收环境中的时候被以高分辨率提供。OFDM接收机利用插入所接收的数据的PN序列而通过信道估计和同步进行均衡，也可以利用插入到数据的导频音对于高接收优先级的数据进行附加的信道估计。
图4是示出输入到图3的IDFT单元180的信号的导频音的分布的图。参见图4，在更高接收优先级的数据区域中的数据将被称为高优先级(HP)数据，而在低接收优先级的数据区域中的数据将被称为低优先级(LP)数据。
参见输入到IDFT单元180的信号的导频音的分布，所插入的导频音的数量对于HP数据和LP数据分别不同。在频率轴f中每第五个副载波插入导频音，在时间轴t中每个码元插入导频音。换句话说，对于HP数据的导频音的插入具有在频率轴f中的6个副载波的周期、在时间轴t中的2个码元的周期。
对于LP数据，小数量的导频音或根本没有导频音被以长于正常插入周期的周期，即在频率轴f中的12个副载波和在时间轴t中的4个码元，而插入。
按照本发明，OFDM接收机可以仅仅接收高接收优先级的HP数据而还原TS流。即使对于低接收优先级的LP数据，也可以当LP数据与HP数据组合并在OFDM接收机被还原的时候获得高分辨率。
因此，即使在恶劣的接收环境中，例如当接收机是移动的时候，通过改进的信道估计也可以使能广播信号的可靠接收，因为HP数据被准确地接收和还原。而且，当接收机在固定的接收环境中的时候，因为OFDM接收机可以接收和还原HP数据和LP数据，因此它可以以高传输率接收广播信号。
按照本发明，要传输的数据被按照接收优先级而划分为HP数据和LP数据，并且高优先级的HP数据被插入大量的导频音，以便在移动接收环境中的接收机可以很可靠地接收广播信号，因为它可以通过接收和还原HP数据而进行改进的信道估计。而且，在固定接收环境中的接收机也可以以更高的数据传输率接收广播信号，因为它可以接收和还原HP数据与LP数据。
而且，因为导频音比在低接收优先级的LP数据中更多地被插入到高接收优先级的HP数据中，因此在恶劣接收环境中的接收机可以使用可用于信道估计的HP数据来还原低分辨率的图像。在良好的接收环境中，接收机也可以通过将LP数据与HP数据组合而还原高分辨率的图像。
图5是示出按照本发明优选实施例用于传输广播信号的方法的流程图，其中在广播信号中插入了用于信道估计和同步的导频音。
在开始处理后，在步骤10，FEC单元100和120编码多个传输流以纠正在数据传输中发生的在接收机的误差。接下来，在步骤20，帧构建单元160按照纠错编码的各个数据区域的接收优先级而插入多个导频音。其后，在步骤30，IDFT单元180逆离散傅立叶变换编码的数据和导频信号，以便调制编码的数据和导频信号。然后，在步骤40，GI插入单元200在来自IDFT单元的OFDM码元中插入一定长度的保护间隔(GI)，用于禁止在OFDM码元之间的码元间干扰(ISI)。在步骤50，PN插入单元220在插入GI的码元中插入PN序列，所述PN序列包括用于信道估计和同步的同步信息和附加信息。在步骤60，脉冲整形滤波单元240按照预定的滚降因数对于插入PN序列的OFDM码元进行脉冲整形滤波。在脉冲整形滤波之后，在步骤70，射频(RF)上变换单元变换码元，以便码元可以被上变换到射频和传输到信道。
虽然已经说明了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员可以明白，本发明不限于所述的优选实施例，在不脱离所附的权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下。可以进行各种改变和改进。

Claims (12)

1.一种用于传输广播信号的数字广播发射机，其中在广播信号中插入用于同步和信道估计的导频音，所述数字广播发射机包括：
多个前向纠错单元，用于对多个传输的流进行编码以纠正在数据传输中发生的在接收机的误差；
一个帧构建单元，用于按照各个进行了纠错编码的数据区域的接收优先级而插入多个导频音；
一个逆离散傅立叶变换单元，用于调制编码的数据和导频信号，所调制的编码数据和导频信号被定义为正交频分复用码元；
一个保护间隔插入单元，用于向正交频分复用码元插入某个长度的保护间隔以用以禁止在正交频分复用码元之间的码元间干扰；
一个伪噪音插入单元，用于向正交频分复用码元插入伪噪音，所述伪噪音包括用于同步和信道估计的同步信息和附加信息；
一个脉冲整形滤波单元，用于按照预定的滚降因数对于插入伪噪音的正交频分复用码元进行脉冲整形滤波；以及
一个射频上变换单元，用于在脉冲整形滤波后变换码元，以便所述码元可以被上变换到射频并被传输到一个信道。
2.权利要求1所述的数字广播发射机，其中所述多个前向纠错单元是两个。
3.权利要求1所述的数字广播发射机，其中所述多个前向纠错单元对第一传输流和第二传输流进行编码。
4.权利要求3所述的数字广播发射机，其中第一传输流是一个低分辨率的基本MPEG流，第二传输流是与第一传输流组合的增进MPEG流，所述组合产生了高分辨率MPEG流。
5.权利要求1所述的数字广播发射机，其中所述帧构建单元在高优先级数据中比在低优先级数据中插入更大量的导频音。
6.权利要求2所述的数字广播发射机，其中所述帧构建单元以在频率轴上每6个副载波的周期和在时间轴上每两个码元的周期在高优先级数据中插入导频音。
7.权利要求1所述的数字广播发射机，其中所述脉冲整形滤波单元是平方根升余弦滤波器。
8.一种用于传输广播信号的方法，其中在广播信号中插入用于同步和信道估计的导频音，所述方法包括步骤：
编码多个传输流以纠正在数据传输中发生的在接收机的误差；
按照进行了纠错编码的各个数据区的接收优先级而插入多个导频音；
逆离散傅立叶变换编码的数据和导频信号以便调制编码的数据和导频信号；
在来自逆离散傅立叶变换单元的正交频分复用码元中插入一定长度的保护间隔，用于禁止在正交频分复用码元之间的码元间干扰；
在插入保护间隔的正交频分复用码元中插入伪噪音序列，所述伪噪音序列包括用于同步和信道估计的同步信息和附加信息；
按照预定的滚降因数对于插入伪噪音的正交频分复用码元进行脉冲整形滤波；
在脉冲整形滤波之后变以及换码元以便所述码元可以被上变换到射频并被传输到信道。
9.权利要求8所述的用于传播广播信号的方法，其中所述插入多个导频音的步骤包括步骤：以在频率轴上每6个副载波的周期和在时间轴上每两个码元的周期在高优先级数据中插入导频音。
10.权利要求8所述的用于传播广播信号的方法，其中所述编码多个传输流的步骤包括步骤：对第一传输流和第二传输流进行编码。
11.权利要求10所述的用于传播广播信号的方法，其中第一传输流是一个低分辨率的基本MPEG流，第二传输流是与第一传输流组合因此具有高分辨率的增进MPEG流。
12.权利要求8所述的用于传播广播信号的方法，其中所述插入多个导频音的步骤还包括步骤：在高优先级数据中比低优先级数据中插入更大量的导频音。
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