CN1319354C - 能适应动态环境变化的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。该单载波传输系统包括：扰码单元，对要传输的TS(传输流)扰码；FEC单元，对来自扰码后的TS进行前向纠错以形成编码TS；区域确定单元，将码的数据流确定为多个区域，并输出控制信号；多路复用器，接收编码的TS、帧同步、字段同步、PN序列和控制信号，通过根据控制信号向TS的多个确定的区域插入帧同步、字段同步、预定数目的PN序列以执行多路复用；导频插入单元，将导频插入多路复用的TS；调制单元，对入了导频的TS输出调制；和射频转换器，对调制后的TS执行射频转换，其中，区域确定单元根据调制单元的调制模式执行确定。结果，所述单载波传输系统能够适应在信道中发生很多变动的动态环境。

Description

能适应动态环境变化的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。

然而，数据的持续时间很长并且字段同步信号不经过FEC单元，因此传输端和接收端在信道中发生经常变动的动态环境中获取它们之间的同步和信道估计是不容易的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种能够适应在动态环境中的变化的单载波传输系统及其方法。

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TS；区域确定单元，用于将来自所述FEC单元的编码的数据流确定为多个区域，并输出一个控制信号；多路复用器，用于接收所述编码的TS、帧同步、字段同步、PN序列和所述控制信号，通过根据所述控制信号向所述TS的多个确定的区域插入所述帧同步、所述字段同步、预定数目的PN序列以执行多路复用；导频插入单元，用于将导频插入所述的多路复用的TS；调制单元，用于对来自导频插入单元的插入了导频的TS输出调制；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，其中，所述区域确定单元根据所述调制单元的调制模式执行所述确定。

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；对在扰码步骤被扰码后的TS进行前向纠错以形成编码的TS；将来自所述FEC步骤的编码的数据流确定为多个区域，并输出一个控制信号；接收所述编码的TS、帧同步、字段同步、PN序列和所述控制信号，通过根据所述控制信号向所述TS的多个确定的区域插入所述帧同步、所述字段同步、一个预定数目的PN序列以执行多路复用；将导频插入所述的多路复用的TS；对来自导频插入步骤的插入了导频的TS输出调制；和对来自所述调制步骤的调制后的TS执行射频转换，其中，所述区域确定步骤根据在所述调制步骤中使用的调制模式执行所述确定。

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中的系统传输信号的段的视图；

图3是示出图1中传输信号的帧结构的视图；

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中的数字广播传输系统的数字广播传输方法的流程图；和

图6是示出图5中所示出的数字广播传输系统的传输信号的帧结构的视图。

具体实施方式

在此下面，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数字广播传输系统的视图。参照图4，所述数字广播传输系统包括扰码器100、前向纠错(FEC)单元110、多路复用器(MUX)120、区域确定单元130、导频插入单元140、调制单元150和射频(RF)转换器160。所述FEC单元110包括里德-所罗门(RS)编码器111、块交织器113和网格编码器115。所述区域确定单元120具有一个计数器131。

图5是示出图4中的数字广播传输系统的数字广播传输方法的流程图。在此下方，参照附图将对根据本发明的单载波传输系统的操作进行详细说明。

在同步数据传输期间，在步骤S610，扰码器100为了防止在同步数据传输期间由于重复诸如数字00000000b或11111111b引起的诸如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100根据预定的模式改变数据信号的字节值，其在接收机被反向处理以恢复精确的原始数据。

在步骤S620，FEC单元110纠正从扰码器100输出的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被用ATSC标准的数字广播系统中的同样的方法构造和操作，在这里将省略进一步的说明。

同时，在步骤S630，区域确定单元130确定来自所述FEC单元110的编码数据流为多个区域，输出一个控制信号。更具体地说，区域确定单元130搜索由FEC单元110纠正的数据流。因此，区域确定单元130的计数器131计数修正的数据流的码元数目。

区域确定单元130基于由计数器131计数的结果值从数据流(DS)中确定多个区域。区域确定单元130中存储了分别用于确定的数据流的各区域的预设值，并且所述预设值根据调制单元140的调制模式被预定。因此，区域确定单元130比较由计数器131计数的值和所述预设值，并且相应地在当计数的值达到预设值时确定数据流的每个区域。由于经常发送PN序列会使数据流恶化，区域确定单元130需要考虑根据在动态环境中的信道改变和数据流的变动被构造以确定适当的区域的数目。当然，数据流被确定的区域的数目是一个变量。

随后在步骤S640，MUX 120接收编码的TS、帧同步、字段同步、PN序列和控制信号，通过根据所述控制信号向所述TS的确定的多个区域插入所述帧同步、所述字段同步、预定数目的PN序列以执行多路复用。

伪噪声(PN)序列产生单元(未示出)产生PN序列，即，它产生用于在传输机和接收机之间同步的同步信息，并且随后把产生的PN序列传输给MUX120。这里，所述“传输机”指的是配备有数字广播传输系统使用单载波方式传输数字广播的接收端，而“接收机”指的是用单载波方式接收传输的数字广播的接收端。

在网格编码器115执行的网格编码后，MUX 120在编码的TS的开头部分插入帧同步和字段同步。进一步，MUX 120在由区域确定单元130确定的区域中插入PN序列。在上述的说明中，整个数据流，其是原始输入，被称作传输信号，而数据流的区域被称为确定的区域。

在MUX 120中形成的传输信号(TS)的段如图2中所示，即，传输信号的段包括4个码元的段同步信号、三个分别为63码元的伪噪声PN序列、24码元的传输模式、92个保留码元和12个预码码元。图6示出了在VSB/OQAM情况下图5中所示出的数字广播传输系统的传输信号的帧结构的视图。如图6中所示，本发明的帧结构和如图3所示的ATSC系统中的帧结构非常相似。然而，多个PN序列是在确定的区域所插入的数据段。由于PN序列是插入的数据段，即使在段同步信号sync丢失的情况下也能容易地获取同步和信道估计。这里，字段sync#1是否和字段sync#2等同并不影响接收的性能。

在步骤S650，导频插入单元140在来自MUX 120的多路复用的TS中插入导频。

随后在步骤S660，调制单元150根据预定的调制模式对来自导频插入单元140的插入了导频的TS输出进行例如VSB/OQAM的调制，并且最终在步骤S670，射频转换器160对来自调制单元150的调制的TS进行射频转换，并且通过天线送出转换后的信号。

根据本发明，PN序列被插入到数据段以便快速和容易地获取同步和信道估计。

因此，所述单载波传输系统能够适应在信道中发生经常变动的动态环境。

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 (10)

1.一种单载波传输系统，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TS；

区域确定单元，用于将来自所述FEC单元的编码的数据流确定为多个区域，并输出一个控制信号；

多路复用器，用于接收所述编码的TS、帧同步、字段同步、PN序列和所述控制信号，通过根据所述控制信号向所述TS的多个确定的区域插入所述帧同步、所述字段同步、预定数目的PN序列以执行多路复用；

导频插入单元，用于将导频插入所述的多路复用的TS；

调制单元，用于对来自导频插入单元的插入了导频的TS输出调制；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，

其中，所述区域确定单元根据所述调制单元的调制模式执行所述确定。

2.如权利要求1所述的单载波传输系统，其中所述调制模式是VSB/OQAM。

3.如权利要求2所述的单载波传输系统，其中多个PN序列被插入到传输流的帧的数据段中。

4.如前面的权利要求中任意一项所述的单载波传输系统，其中所述区域确定单元包括计数器，用于计数来自所述FEC单元的编码的TS，以便和预设值相比较，并且当计数值达到预设值时确定每个区域。

5.如权利要求4所述的单载波传输系统，其中所述预设值是基于所述调制模式的。

6.一种单载波传输方法，包括下列步骤：

对要传输的TS(传输流)扰码；

对在扰码步骤被扰码后的TS进行前向纠错以形成编码的TS；

将来自所述前向纠错步骤的编码的数据流确定为多个区域，并输出一个控制信号；

接收所述编码的TS、帧同步、字段同步、PN序列和所述控制信号，通过根据所述控制信号向所述TS的多个确定的区域插入所述帧同步、所述字段同步、一个预定数目的PN序列以执行多路复用；

将导频插入所述的多路复用的TS；

对来自导频插入步骤的插入了导频的TS输出调制；和

对来自所述调制步骤的调制后的TS执行射频转换，

其中，所述区域确定步骤根据在所述调制步骤中使用的调制模式执行所述确定。

7.如权利要求6所述的单载波传输方法，其中所述调制模式是VSB/OQAM。

8.如权利要求7所述的单载波传输方法，其中多个PN序列被插入到传输流的帧的数据段中。

9.如权利要求6-8中任意一项所述的单载波传输方法，其中所述区域确定步骤包括计数步骤，用于计数来自所述前向纠错步骤的编码的TS，以便和预设值相比较，并且当计数值达到预设值时确定每个区域。

10.如权利要求9所述的单载波传输方法，其中所述预设值是基于所述调制模式。

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