CN1299455C - 单载波传输系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种单载波传输系统及其方法。所述单载波传输系统包括：扰码单元，用于对要传输的TS(传输流)扰码；FEC单元，对来自扰码单元的扰码后的TS进行前向纠错以形成编码的TS；PN序列产生单元，产生PN序列；Walsh码产生单元，产生对应于识别信息的Walsh码；逻辑耦合单元，逻辑耦合产生的Walsh码和PN序列；多路复用器(MUX)，通过在编码后的TS中插入由逻辑耦合单元耦合的信号和尾码元以执行多路复用；调制单元，对多路复用的TS调制；和射频转换器，对来自调制单元的调制后的TS执行射频转换。通过使用Walsh码插入附加信息，所述单载波传输系统具有信号传输改善的可靠性。

Description

单载波传输系统及其方法

技术领域

本发明一般涉及单载波传输系统及其方法，尤其涉及能够改善被传输的信号的可靠性的单载波传输系统及其方法。

背景技术

在通信多媒体、计算机和广播时代，世界各国都一直在数字化模拟类型的广播。特别是在发达国家如美国、欧洲和日本，使用卫星的数字广播系统已经被开发并且投入实用。随着快速的发展，在各国分别提议了不同的用于数字广播的标准。

在1996年12月24日，美国的联邦通信委员会(FCC)通过了把高级电视系统委员会的数字电视标准作为下一代TV的广播标准。所有的地面广播操作者必须遵守和视频/音频压缩、分组数据传输结构、调制和传输系统规范有关的ATSC标准。只有视频格式的规范没有被宣布(stated)，而是由工业界决定。

根据ATSC标准，所述视频压缩方案采用运动图像专家组-2(MPEG-2)的ISO/IEC IS13812-2标准。该标准已经被采用为全球所有数字广播类型的标准。音频压缩方案采用由Dolby提议的数字音频压缩-3(AC-3)标准。MPEG-2系统的ISO/IEC IS13812标准已经被采用为一种多路复用方法。这种多路复用方法和视频压缩方案一起被用作欧洲的提案中。8-残余边带(8-VSB)被采用为调制和传输的方法。所述VSB方法被提议用于数字电视广播，使用6MHz的频带以通过一个简单结构获取19.39Mbps的高频带效率数据传输率。这也被设计用来最小化与国家电视标准委员会(NTSC)的现存广播系统的广播信道之间的干扰。为了即使在噪声环境下也能稳定操作，这种方法使用了导频信号、段同步信号、和字段同步信号。进一步，为了避免错误，该方法使用了里德-所罗门(RS)码和网格(Trellis)编码。

ATSC数字电视标准是用于使用单载波VSB方法以6MHz频带传输高质量视频、音频和附加数据，并且支持同时地面广播模式和高数据率有线广播模式。本方法的主要方面在于8-VSB调制方法，该方法是现存模拟VSB方法的一种修改形式，能够执行数字信号调制。

图1是示出根据ATSC标准的数字广播系统的示意性方框图。参照图1，所述数字广播系统包括扰码器10、前向纠错(FEC)单元20、多路复用器(MUX)30、导频插入单元40、调制单元50和射频(RF)转换器60。所述FEC单元20包括里德-所罗门(RS)编码器21、交织器23和网格编码器25。

扰码器10被称为数据随机器，它对传输的数据信号进行随机化操作，借此防止由于在同步数据传输期间由于重复数字诸如00000000b或11111111b引起的同步信号丢失的问题。扰码器10用预定的模式改变每个数据信号的字节，并且这个处理是反向进行的以便精确的值在接收端被恢复。

RS编码器21是添加给输入数据流的FEC结构。FEC是修正在数据传输期间发生的比特错误的技术之一。大气中的噪声、多路频率、信号衰减和接收机的非线性是误码的原因。当传输的数据是在MPEG-II传输流中时RS编码器21在187字节的尾部添加20字节。这种添加的20字节被称为里德-所罗门奇偶字节。接收机比较接收的187字节和该20奇偶字节，借此确定接收的数据的准确性。在检测到错误的情况下，接收机找到错误的位置，并且通过修正变形的字节来恢复原始信号。通过使用这种方法每个流可以恢复多到10个字节的错误。然而，超过10个字节的错误不可恢复，因而，整个流被丢弃。

交织器23对数据流的顺序进行交织，借此在时间轴上分散传输的数据。通过这样做，传输的数据变得不怕(不敏感)干扰。通过分散传输的数据，当噪声出现在特定的位置时保留了在其它频带的信号。接收机逆转上述的处理，借此把分散的传输信号恢复成和原始信号完全一样。

和RS编码器21不同，网格编码器25具有一个不同类型的FEC结构。并且，和构成整个MPEG-II流的RS编码器21不同，网格编码器25考虑到时间的影响进行编码。这被称作是卷积码。网格编码器25把8比特的字节分成4个2比特字。所述2比特字被和前一个字比较，并且生成一个3比特的二进制码，目的在于描述从前一个字到当前字的改变。该3比特码被传输到所述8-VSB的8电平码元而不是原始的2比特字(3比特＝8电平)。因此，输入到网格编码器25的2比特字被转换并作为3比特信号输出。因为这个特征，8-VSB有时被称为2/3速率编码器。网格编码的优势在于信号可以被以时间单位跟踪，从而清除了错误信息。

在网格编码器25的网格编码后，多路复用器30在传输信号中插入段同步和帧同步。导频插入单元40把ATSC导频插入到被插入了段同步和帧同步的传输信号。这里，在刚完成调制后，立刻向8-VSB基带信号施加一个有轻微直流偏差的1.25v。当这发生时，在调制频谱的零频率点出现一个轻微的残余载波。这种生成的残余载波被称为“ATSC导频”。

调制单元50通过使用8-VSB调制对从导频插入单元40接收的信号调制。射频转换器60转换调制的信号，并且通过天线输出转换的信号。

ATSC数据段由原始MPEG-II数据流的187个字节和20个字节构成。在网格编码后，段的207个字节被变成828(207×4)个8电平码元流。

段同步信号是4个1字节的脉冲，所述脉冲被重复地添加到数据段的开头和用于替换原始MPEG-II传输流的同步字节。接收机能够从完全随机的数据中区分重复模式的段同步信号，并且还能在即使噪声和干扰处于不允许数据自我恢复的水平时还能精确地恢复时钟。在图2中示出了段同步信号(即，段同步)被分配给其的传输信号的段。如示出的，传输信号的段包括4个码元的段同步信号、分别为63个码元的3个伪噪声(PN)序列、24个码元的传输模式、96个保留码元和12个预码码元。PN序列是用于接收机的同步和信道估计的同步信息序列。PN序列由PN序列产生单元(未示出)所产生，并且被多路复用器30插入到传输信号中。

图3是示出ATSC数据的帧结构的视图。参照图3，ATSC数据的字段包括313个连续的数据段，并且ATSC字段同步(即字段sync)成为字段数据段。ATSC数据帧由2个ATSC数据字段构成。

以时间间隔24.2ms重复ATSC数据字段，这和NTSC的16.7ms垂直间隔类似。段同步具有众所周知的数据码元模式，并且被用在接收机中以清除重影。更具体地说，清除重影是通过把包含错误的信号和字段同步比较，并使用得出的错误矢量调整重影清除均衡器的特性而实现的。

通常，指示系统的传输模式的系统信息信号通过使用扩展频谱被插入到PN序列后面或者在字段同步单元之中。然而，由于字段同步信号并不经过FEC单元，在传输处理中显示的多经或突发噪声可以导致信号的失真。这种系统信息的失真随后导致在数字广播信号接收端的接收问题。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种在单载波类型数字广播系统中通过使用Walsh码能够可靠地传输系统信息信号的数字广播传输系统及其传输方法。

为了实现上面的目标，提供了一种单载波传输系统。该单载波传输系统包括：扰码单元，用于对要传输的TS(传输流)扰码；FEC单元，用于对来自扰码单元的扰码后的TS进行前向纠错以形成编码的TS；PN序列产生单元，用于产生PN序列；Walsh码产生单元，用于产生对应于识别信息的Walsh码；逻辑耦合单元，用于逻辑耦合由Walsh码产生单元产生的Walsh码和PN序列；多路复用器(MUX)，用于通过在编码后的TS中插入由逻辑耦合单元耦合的信号和尾码元以执行多路复用；调制单元，用于对多路复用的TS调制；和射频转换器，用于对来自所述调制单元的调制后的TS执行射频转换。

根据本发明的另一个方面，提供了一种单载波传输方法。所述单载波传输方法包括下面的步骤：对要传输的TS(传输流)扰码；对来自扰码单元的扰码后的TS进行前向纠错以形成编码的TS；产生PN序列；产生对应于识别信息的Walsh码；逻辑耦合在Walsh码产生步骤产生的Walsh码和在PN序列产生步骤产生的PN序列；通过在编码后的TS中插入在逻辑耦合步骤耦合的信号和尾码元以执行多路复用；对多路复用的TS调制；和对来自所述调制单元的调制后的TS执行射频转换。

附图说明

本发明的上述目标和特征通过参照附图对本发明的实施例的说明将会更为清楚，其中：

图1是示意性示出根据ATSC标准的数字广播系统的方框图；

图2是示出在图1中系统中的传输信号的段的视图；

图3是示出ATSC数据的帧的结构的视图；

图4是示意性示出根据本发明的数字广播传输系统的视图；

图5是示出图4中的系统的数字广播传输方法的流程图；

图6是示意性示出根据本发明的传输信号的帧结构的视图。

具体实施方式

下面，结合附图详细说明本发明的优选实施例。

图4是示意性示出根据本发明的一个例子的数字广播系统的视图，并且图5是示出图4中的系统的数字广播传输方法的流程图。参照图4，根据本发明的数字广播系统包括扰码器100、前向纠错(FEC)单元110、伪噪声(PN)序列产生单元120、Walsh码产生单元130、逻辑耦合单元140、多路复用器(MUX)150、调制单元170和射频(RF)转换器180。进一步，FEC单元110包括里德-所罗门(RS)编码器111、交织器113和网格编码器115。

被称为数据随机器的扰码器100为了避免在同步数据传输期间由于诸如00000000b或11111111b的重复数字引起的同步信号丢失的问题，对传输的数据信号进行随机操作。扰码器10用预定的模式改变每个数据信号的字节，该处理在接收端被反向以恢复精确的原始值。

FEC单元110纠正有关输入数据流的误码。由于RS编码器111、交织器113和网格编码器115的操作是根据ATSC标准执行的，在这里将省略进一步的说明。

PN序列产生单元120产生PN序列，即，它产生用于在传输端和接收端之间同步的同步信息，并且随后把产生的PN序列传输给多路复用器150。由PN序列产生单元产生的PN序列可以被实现成不同数目的码元，诸如255个码元、511个码元、1023个码元、2047个码元和8191个码元。并且，在此说明书中的“传输端”指的是配备有数字广播传输系统用于根据单载波方式传输数字广播的接收端，而“接收端”指的是根据单载波方式接收传输的数字广播的接收端。

Walsh码产生单元130产生有关传输端的附加信息，即，它产生Walsh码。所述“附加信息”指的是由传输端提供的用于接收端快速和容易地对接收信号解码的识别信息。所述识别信息可以包括映射方法、码率、关于传输的TS的帧结构信息和数据分散信息中的至少一种。进一步，Walsh码由同样大小的比特流组形成，而比特流由2^N形成(N＝自然数)。

逻辑耦合单元140对由PN序列产生单元120产生的PN序列和由Walsh码产生单元130产生的Walsh码进行逻辑耦合。逻辑耦合单元140最好是一个用于异或耦合PN序列和Walsh码的异或门电路。

在网格编码器115执行的网格编码后，多路复用器150在传输信号中插入尾码元。进一步讲，多路复用器150在传输信号中插入由逻辑耦合单元140耦合的PN序列和Walsh码。

调制单元170对从多路复用器150接收的多路复用的信号进行调制。调制单元170的调制模式是例如QAM或QPSK。

射频转换器180对调制后的信号进行射频转换，并通过天线发送调制后的信号。

图5是示出图4中的系统的数字广播传输方法的流程图。

参照图5，在步骤5510，扰码单元100对要传输的TS(传输流)扰码。

在步骤S520，FEC单元110对来自扰码单元100的扰码后的TS执行前向纠错以形成编码的TS。

同时，在步骤S530，PN序列产生单元120产生PN序列，并且在步骤S540，Walsh码产生单元130产生对应于识别信息的Walsh码。

随后在步骤S550，逻辑耦合单元140对由PN序列产生单元120产生的PN序列和由Walsh码产生单元130产生的Walsh码进行逻辑耦合。

多路复用器(MUX)在步骤S560通过在编码的TS中插入由逻辑耦合单元耦合的信号和尾码元执行多路复用。

随后，在步骤S570，调制单元170对多路复用的TS调制。

最终，在步骤S580，射频转换器180对来自调制单元170的调制后的TS进行射频转换。

在步骤S570中的调制单元170的调制模式是例如QAM或QPSK。

如上所述，本发明的数字广播系统可以使用用于单载波方式的QAM和QPSK调制模式。更具体地说，本发明的数字广播系统采用对移动模式和固定模式有区别的调制。即，对移动模式使用QPSK而对固定模式使用16QAM。根据本发明，64QAM或256QAM用于和大量数据有关的固定模式。

图6是示意性示出根据本发明的传输信号的帧结构的视图。参照图6，在QAM的情况下，信号的帧按顺序包括：帧同步、净荷和尾码元，并且在QPSK的情况下，信号的帧按顺序包括：帧同步、净荷1、训练码元、净荷2和尾码元。帧同步包括3个PN序列的系列，其中每个PN序列由511个码元构成，并且在PN序列后是控制比特并且在控制比特后是剩余的比特。所述3个PN序列的系列被称为训练码元。这里，在通过用于数据传输的通信线被传输的比特中，控制比特是用于控制的比特，例如奇偶比特、起始比特或结束比特。

剩余的比特是目的用于时间轴变动、比特率压缩和纠错的区域。净荷是用于和上层相关的信息的区域。尾码元用于要传输的附加信息(即，识别信息)，并且被称为‘尾’码元区域，因为其被添加在帧的最后节点。

虽然描述了本发明的优选实施例，本领域的技术人员应当理解本发明不局限于所述的优选实施例，但是如权利要求所限定在本发明的精神和范围之内可以进行各种变化和改动。

Claims (20)

1.一种单载波传输系统，包括：

扰码单元，用于对要传输的TS扰码；

FEC单元，用于对来自扰码单元的扰码后的TS进行前向纠错以形成编码的TS；

PN序列产生单元，用于产生PN序列；

Walsh码产生单元，用于产生对应于识别信息的Walsh码，所述识别信息用于使接收端快速和容易地对接收的信号解码；

逻辑耦合单元，用于逻辑耦合由Walsh码产生单元产生的WalSh码和PN序列；

多路复用器，用于通过在编码后的TS中插入由逻辑耦合单元耦合的信号和尾码元以执行多路复用；

调制单元，用于对多路复用的TS调制；和

射频转换器，用于对来自所述调制单元的调制后的TS执行射频转换。

2.如权利要求1所述的单载波传输系统，其中所述调制单元的调制模式是QAM。

3、如权利要求2所述的单载波传输系统，其中所述信号的帧按顺序包括帧同步、净荷和尾码元。

4.如权利要求1所述的单载波传输系统，其中所述调制单元的调制模式是QPSK。

5.如权利要求4所述的单载波传输系统，其中所述信号的帧按顺序包括帧同步、净荷1、训练码元、净荷2和尾码元。

6.如权利要求3或5所述的单载波传输系统，其中所述帧同步包括3个PN序列的系列，其中每个PN序列由511个码元构成，并且在PN序列后是控制比特并且在控制比特后是剩余的比特，所述3个PN序列的系列是训练码元。

7.如权利要求6所述的单载波传输系统，其中所述识别信息至少包括和传输的TS有关的帧结构信息和数据分散信息。

8.如权利要求7所述的单载波传输系统，其中的逻辑耦合单元是一个用于异或耦合PN序列和Walsh码的异或门。

9.如权利要求8所述的单载波传输系统，其中的Walsh码由同样大小的比特流组构成。

10.如权利要求9所述的单载波传输系统，其中每个比特流由2^N比特构成，其中N是一个自然数。

11.一种单载波传输方法，包括下列步骤：

对要传输的TS扰码；

对来自扰码步骤的扰码后的TS进行前向纠错以形成编码的TS；

产生PN序列；

产生对应于识别信息的Walsh码，所述识别信息用于使接收端快速和容易地对接收的信号解码；

逻辑耦合在Walsh码产生步骤产生的Walsh码和在PN序列产生步骤产生的PN序列；

通过在编码后的TS中插入在逻辑耦合步骤耦合的信号和尾码元以执行多路复用；

对多路复用的TS调制；和

对来自所述调制单元的调制后的TS执行射频转换。

12.如权利要求11所述的单载波传输方法，其中所述调制步骤的调制模式是QAM。

13.如权利要求12所述的单载波传输方法，其中所述信号的帧按顺序包括帧同步、净荷和尾码元。

14.如权利要11所述的单载波传输方法，其中所述调制步骤的调制模式是QPSK。

15.如权利要求14所述的单载波传输方法，其中所述信号的帧按顺序包括帧同步、净荷1、训练码元、净荷2和尾码元。

16.如权利要求13或15所述的单载波传输方法，其中所述帧同步包括3个PN序列的系列，其中每个PN序列由511个码元构成，并且在PN序列后是控制比特并且在控制比特后是剩余的比特，所述3个PN序列的系列被称为训练码元。

17.如权利要求16所述的单载波传输方法，其中所述识别信息至少包括和传输的TS有关的帧结构信息和数据分散信息。

18.如权利要求17所述的单载波传输方法，在其中的逻辑耦合步骤中PN序列和Walsh码被异或耦合。

19.如权利要求18所述的单载波传输方法，其中的Walsh码由同样大小的比特流组构成。

20.如权利要求19所述的单载波传输方法，其中每个比特流由2^N比特构成，其中N是一个自然数。

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