CN1491009A - 能够改善在单载波接收系统的接收效率的单载波发送系统 - Google Patents

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Abstract

公开一种单载波发送系统及其方法。单载波发送系统包括扰频单元、FEC单元、导频插入单元、调制单元和RF转换单元。并且发送系统还包括：PN序列生成单元，生成PN序列；前同步信号/后同步信号插入单元，接收模式选择信号并且根据模式选择信号将前同步信号和后同步信号插入到两个连续接收的PN序列的每一个中来形成两个改变的PN序列；及多路复用器，通过连续将从前同步信号/后同步信号插入单元输出的改变的PN序列、段同步和两个相同长度的系统信息数据插入到从FEC单元输出的数据流上执行多路复用，来形成帧。使用本发明的单载波发送系统及其方法，在单载波接收系统的同步区域的抖动可以显著降低，并且接收系统的接收性能提高。

Description

能够改善在单载波接收系统的接收效率的单载波发送系统
技术领域
本发明涉及一种单载波发送系统，尤其涉及能够改善在单载波接收系统的接收效率的单载波发送系统。
背景技术
在通信、计算机和广播多媒体时代，世界上的国家继续数字化模拟类型的广播。尤其在像美国、欧洲和日本等发达国家，已经开发出使用卫星的数字广播系统并且投入使用。根据迅速的发展，在各国家中提出了不同的用于数字广播的标准。
近来，已经提出先进电视系统委员会(ATSC)标准。ATSC标准支持单一/混合模式，并且使用偏移正交调幅(OQAM)。
图1是表示根据ATSC标准的数字广播系统的示意框图。参照图1，数字广播系统包括扰频器(scrambler)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。FEC单元20包括Reed-Solomon(里德-索罗门，RS)编码器21，交织器23和Trellis(网格)编码器25。
扰频器10称为数据随机器，它将正在发送的数据随机化，从而防止在同步数据发送期间由于诸如00000000b或11111111b的重复的数字导致同步信号损失的问题。扰频器10以预定模式改变每个数据信号的比特，并且反向执行该处理，以便在接收系统中恢复精确值。
RS编码器21是加到输入数据流的FEC结构。FEC是纠正在数据发送期间产生误码的技术中的一种。考虑空气中的噪声、多经频率、信号衰落和接收系统的非线性作为引起误码的原因。当发送的数据在MPEG-II发送数据流中时，RS编码器21在187字节的尾部添加20字节。附加的20字节称为Reed-Solomon奇偶字节。接收系统将接收的187字节与20奇偶字节进行比较，从而确定接收的数据的精确度。在检测错误的情况中，接收系统找出错误的位置，并且通过纠正变形的字节来恢复原始信号。通过使用此方法可以对每一流恢复最多10字节。然而超过10个字节的错误是不可恢复的，因此，作废整个数据流。
交织器23将数据流的序列交织，从而将发送的信号分散到时间轴上。
这样，发送的信号对干扰变得不敏感(不灵敏)。通过分散发送的信号，当在某个位置发生噪声时，在其它频带的信号可以被保留。接收系统进行针对上述处理的逆处理，从而将分散的发送信号恢复为准确的原始信号。
与RS编码器21不同，Trellis编码器25具有不同的FEC结构。同样，与RS编码器21转换整个MPEG-II数据流不同，Trellis编码器25考虑时间影响执行编码。这称为卷积码。Trellis编码器25将8比特字节分为2比特的字。将2-比特字与先前的字相比较，产生3-比特二进制码，旨在描述从先前的字到当前字的转变。3-比特码被发送到8-VSB的8级码元(symbol)而不是原始的2比特字(3比特＝8级)。因此，输入到Trellis编码器25的2-比特字被转换并且作为3比特信号输出。通过该特点，8-VSB系统有时称为2/3速率编码器。Trellis编码的优点是信号可以以时间单位跟踪，因此消除错误信息。
在Trellis编码器25进行Trellis编码后，MUX 30在发送的信号中插入段(segment)同步和帧同步。导频插入单元40在其中插入段同步和帧同步的发送的信号中插入ATSC导频。这里，恰好在调制后，向8-VSB基带信号施加1.25V的少量DC偏移。当发生上述情况时，少量的剩余载波出现在调制的频谱的零频率点上。这样生成的剩余载波称为导频。
调制单元50通过使用8-VSB调制将从导频插入单元40信号接收的信号进行调制。RF转换器60将调制的信号转换为射频(RF)，并且通过天线发送调制的信号。
图2是表示根据单载波发送系统的一个例子的帧结构的图。图2表示根据ATSC标准的数据的帧结构。参照图2，ATSC数据的字段包括313个连续的数据段，并且ATSC字段同步(即字段同步)变为字段数据同步。ATSC数据帧包括2个ATSC数据字段。
ATSC数据字段以24.2毫秒的时间间隔重复，其与NTSC的16.7毫秒垂直时间间隔相类似。字段同步具有熟知的数据码元模式，并且被用在接收系统中用于重影消除。具体讲，通过将包含错误的信号与字段同步进行比较然后使用得到的差错矢量调节重影消除的特性获得重影消除。
ATSC数据段由原始MPEG-II数据流的187字节和20字节组成。在Trellis编码后，段的207字节被改变为828(207×4)、8级码元流。
段同步信号是4个1字节脉冲，它重复加到数据段的开头并且替换MPEG-II发送数据流的同步字节。接收系统能够分辨在完全随机数据中的重复的模式的段同步信号，并且甚至在噪声和干扰等级不允许本身恢复数据的情况下还精确恢复时钟。在图2表示了分配段同步信号(即段同步)的发送信号的段。如图所示，发送信号的段包括4码元的段同步信号、各自为63码元的3伪噪声(PN)、24码元的发送模式、92个保留的码元和12个预编码的码元。PN序列是用于接收系统的同步和信道估计的同步信息序列。由PN序列生成单元(未示出)生成PN序列，并通过MUX 30被插入到发送的信号。
单载波接收系统使用从单载波发送系统发送的数据和通过在单载波接收系统中提供的字段同步信号生成单元(未示出)生成的字段同步信号之间的相关性获得单载波发送系统的同步。图4表示在发送的数据和字段同步信号之间的相关性。
然而，由于常规信号载波发送系统仅仅使用一个PN序列，或使用不同类型的PN序列，因此当接收系统根据相关性执行信道估计时，在接收系统经常发送抖动。因而，接收系统不能执行准确的信道估计，因此，接收系统的接收性能降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够改善在单载波接收系统的接收效率的单载波发送系统，及其发送方法。
为了实现上述目的，提供一种包括扰频单元、FEC单元、导频插入单元、调制单元和RF转换单元的单载波发送系统。本发明的单载波发送系统还包括：PN序列生成单元，用于生成PN序列；前同步信号/后同步信号插入单元，用于接收模式选择信号并且根据模式选择信号将前同步信号和后同步信号插入到两个连续接收的PN序列的每一个中来形成两个改变的PN序列；及多路复用器(MUX)，用于通过连续将从前同步信号/后同步信号插入单元输出的改变的PN序列、段同步和两个相同长度的系统信息数据插入到从FEC单元输出的数据流上执行多路复用，来形成帧。
根据本发明的另一方面，提供一种单载波发送方法。单载波发送方法包括下述步骤：(a)对要被发送的数据流加扰；(b)对加扰的数据流执行FEC操作；(c)生成PN序列；(d)接收模式选择信号并且根据模式选择信号将前同步信号和后同步信号插入到两个连续接收的PN序列的每一个中来形成两个改变的PN序列；(e)通过连续将从步骤(c)输出的所述的两个改变的PN序列、段同步和两个相同长度的系统信息数据插入到从所述FEC单元输出的加扰的数据流中执行多路复用，来形成帧；(f)将导频插入到所述帧中；(g)调制导频插入的帧来形成发送信号；及(h)RF转换并输出发送信号。
附图说明
通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1是表示根据先进电视系统委员会(ATSC)标准的单载波发送系统的示意框图；
图2是表示图1的数据帧的结构的一个示例的图；
图3是表示图2的数据段的结构的图；
图4是表示帧同步信号和图1的单载波接收系统的接收的数据之间的相关性；
图5是表示根据本发明的单载波发送系统的示意图；
图6是表示图5的数据段的结构的一个示例的图；
图7是表示图5的数据段的结构的另一个示例的图；
图8是表示图5的数据段的结构的又一个示例的图；
图9是表示图5的数据段的结构的再一个示例的图；
图10是表示图5的伪噪声(PN)序列的一个示例的图；
图11是表示帧同步信号和单载波接收系统的接收的数据之间的相关性的图；及
图12是表示根据本发明的图5表示的数字广播发送系统的操作的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的优选实施例。
图5是表示根据本发明的数字广播发送系统示意框图。参照图5，数字广播发送系统包括扰频器100、前向纠错(FEC)单元110、伪噪声(PN)序列生成单元130、前同步信号/后同步信号插入单元140、多路复用器(MUX)150、导频插入单元160、调制单元170、和射频(RF)转换器180。FEC单元120包括Reed-Solomon(RS)编码器121、交织器123和Trellis编码器125。
当发送的数据在MPEG-II发送数据流中时，RS编码器121将20字节加到187比特的尾部。接收系统将接收的187比特与20奇偶比特比较，从而确定接收的数据的准确度。在检测错误的情况中，接收系统找出差错位置，并且通过纠正变形的字节来恢复原始信号。通过使用此方法可以恢复最多10的字节。然而超过10个字节的错误是不可恢复的，因此，作废整个数据流。
交织器123将数据流的顺序交织，从而将发送的信号分散到时间轴上。这样，发送的信号对干扰变得不敏感(不灵敏)。通过分散发送的信号，当在某个位置发生噪声时，在其它频带的信号可以被保留，从而将分散的发送信号恢复为准确的原始信号。
与RS编码器121不同，Trellis编码器125具有不同的FEC结构。同样，与RS编码器121覆盖整个MPEG-II数据流不同，Trellis编码器25考虑时间影响执行编码。
PN序列生成单元130生成伪噪声(PN)序列，即，用于在发送系统和接收系统之间的同步的同步信息。PN序列由码元单元中的多行脉冲信号组成，其中一个码元大小为2比特。此外，一个码元大小可以为4或8比特。
前同步信号/后同步信号插入单元140接收模式选择信号并根据模式选择信号将前同步信号和后同步信号插入到两个从PN序列生成单元130连续接收的PN序列的每一个上来形成两个修改的PN序列。作为示例，模式选择信号存储在存储器(未示出)中。
MUX 150通过将从前同步信号/后同步信号插入单元140输出的两个PN序列、段同步和两个相同长度的系统信息数据(未示出)连续插入到从FEC单元120输出的数据流执行多路复用来形成帧。
PN序列的长度和信息数据可以在厂家设置。同样，它们的长度根据各自实现的标准而改变。
在本描述中，其中插入了段同步和PN序列的数据流的段的码元的大小等于根据ATSC标准的段的码元的大小，因此它具有832个码元。然而，不能将此认为是限制。例如，数据流的段可以具有836个码元。
图6是表示图5的数据的段结构的一个示例的图。参照图6，根据模式选择信号从前同步信号/后同步信号插入单元140输出的两个修改的PN序列每一个具有382个码元。该实施例将两个修改的PN序列的全部数量表示为具有764码元。此外，该实施例表示两个修改的PN序列具有相同的大小。
图7是表示图5的数据的段结构的另一个示例的图，并且图8是表示图5的数据的段结构的又一个示例的图。参照图7和8，来自前同步信号/后同步信号插入单元140的两个修改的PN序列具有不同的码元大小。具体讲，图7和8表示两个修改的PN序列中的一个具有380个码元而另一个调制的PN序列具有384个码元。也就是说，两个修改的PN序列分别具有380个码元和384个码元，以便在各自区域之间具有最小差值，用于更准确的单载波接收系统的基于相关性的信道估计。当各自PN序列在大小上差别很小时，插入数据流确定区域的顺序就不重要。384个码元的区域可以插入到380个码元的区域之前，或者，380个码元的区域可以插入到384个码元的区域之前(见图7和8)。
图9是表示图5的数据的段结构的再一个示例的图。参照图9，两个修改的PN序列的总长度是768个码元，而段由836个码元组成。在这种情况下，根据模式选择信号两个修改的PN序列的每一个具有384个码元。如图所示，段的PN序列比根据ATSC标准的段多出4个码元，而ATSC标准的段的码元的数量保持不变。这通过降低段的系统信息的码元的数量是可能的。
图10是表示图5的在PN序列生成单元1 30生成的PN序列的一个示例的图。参照图10，PN序列前同步信号区、具有255个码元的PN序列区和后同步信号区组成。为了更有效的信号处理，前同步信号和后同步信号区替换了PN序列的某部分。PN序列区具有255个码元的码元大小，以便可以确定ATSC标准的511个码元的区域作为2个区并且被插入到数据流。因此，码元数量被改变。
在384个码元的PN序列区的情况中，从PN序列的255个码元的尾部复制25个码元并且插入到PN序列的255个码元的开头作为前同步信号区，而从PN序列的255个码元的开头复制104个码元并且插入到PN序列的255个码元的尾部作为后同步信号。
在382个码元的PN序列区的情况中，从PN序列的255个码元的尾部复制23个码元并且插入到PN序列的255个码元的开头作为前同步信号区，而从PN序列的255个码元的开头复制104个码元并且插入到PN序列的255个码元的尾部作为后同步信号。
在382个码元的PN序列区的情况中，从PN序列的255个码元的尾部复制25个码元并且插入到PN序列的255个码元的开头作为前同步信号区，而从PN序列的255个码元的开头复制102个码元并且插入到PN序列的255个码元的尾部作为后同步信号。
在380个码元的PN序列区的情况中，从PN序列的255个码元的尾部复制23个码元并且插入到PN序列的255个码元的开头作为前同步信号区，而从PN序列的255个码元的开头复制102个码元并且插入到PN序列的255个码元的尾部作为后同步信号。
在380个码元的PN序列区的情况中，从PN序列的255个码元的尾部复制25个码元并且插入到PN序列的255个码元的开头作为前同步信号区，而从PN序列的255个码元的开头复制100个码元并且插入到PN序列的255个码元的尾部作为后同步信号。
在380个码元的PN序列区的情况中，从PN序列的255个码元的尾部复制21个码元并且插入到PN序列的255个码元的开头作为前同步信号区，而从PN序列的255个码元的开头复制104个码元并且插入到PN序列的255个码元的尾部作为后同步信号。
在多路复用后，导频插入单元160将导频插入到发送信号，其中信号插入了段同步、前同步信号/后同步信号和PN序列。
调制单元170通过偏移正交调幅(OQAM)调制来自导频插入单元160的发送信号。RF转换器180将调制的发送信号转换为RF，并且经由天线发送转换的数据。
图12是表示根据本发明的图5表示的数字广播发送系统的操作的流程图。参照图12，将详细描述根据本发明的数字广播发送方法。
如图12所示，在步骤S1210，扰频器110对要被发送的数据流(即输入数据)加扰。这里，扰频器110以预定模式改变每个数据信号的字节，并且反向执行该过程以便在接收系统中恢复准确值。
在步骤S1220，FEC单元120对来自扰频器110的加扰的数据流执行FEC操作。具体讲，当发送的数据在MPEG-II发送数据流中时，RS编码器121将20比特加到187比特的尾部。交织器123交织数据流的序列，从而将发送的信号分散到时间轴上。并且Trellis编码器25考虑时间影响执行编码。
同时，在步骤S1230，PN序列生成单元130生成PN序列。然后，在步骤S1240，前同步信号/后同步信号插入单元140接收模式选择信号并且根据模式选择信号将前同步信号和后同步信号插入到两个连续从PN序列生成单元130接收的PN序列的每一个上来形成两个修改的PN序列。
在步骤S1250，MUX 150对从FEC单元120输出的加扰的数据流、段同步和两个修改的PN序列执行多路复用。具体讲，MUX 150连续将从前同步信号/后同步信号插入单元140输出的修改的PN序列、段同步和两个相同长度的系统信息数据插入到从FEC单元120输出的加扰的数据流上，来形成帧。
然后，在步骤S1260，导频插入单元160将导频插入到来自MUX150的帧上。在步骤S1270，调制单元170调制插入了导频的帧来形成发送信号。最后，在步骤S1280，RF转换器180 RF转换并输出发送信号。
图11是表示帧同步信号和单载波接收系统的接收的数据之间的相关性的图。参照图5，由于两个修改的PN序列是相同的码元大小，或码元大小有少许不同，并且被插入到数据流，在单载波接收系统的同步区域的抖动显著降低了。因此，根据本发明的单载波接收系统具有改善的接收性能。
尽管已参照本发明的确定优选实例表示和描述了本发明，但本领域内的普通技术人员将理解的是，可在不背离由所附权利要求限定的本发明宗旨和范围的前提下对本发明进行各种形式和细节上的修改。

Claims (29)

1、一种包括扰频单元、FEC单元、导频插入单元、调制单元和RF转换单元的单载波发送系统，其中所述的单载波发送系统还包括：
PN序列生成单元，用于生成PN序列；
前同步信号/后同步信号插入单元，用于接收模式选择信号并且根据模式选择信号将前同步信号和后同步信号插入到两个连续接收的PN序列的每一个中来形成两个改变的PN序列；及
多路复用器(MUX)，用于通过连续将从前同步信号/后同步信号插入单元输出的改变的PN序列、段同步和两个相同长度的系统信息数据插入到从FEC单元输出的数据流上执行多路复用，来形成帧。
2、如权利要求1所述的单载波发送系统，其中所述的帧具有836个码元。
3、如权利要求1所述的单载波发送系统，还包括存储器，用于存储所述模式选择信号。
4、如权利要求1所述的单载波发送系统，其中在所述的PN序列生成单元生成的每个所述的PN序列具有255个码元。
5、如权利要求2所述的单载波发送系统，其中根据所述的模式选择信号确定所述的PN序列中的每一个具有380码元、382码元、384码元中的任何一种。
6、如权利要求5所述的单载波发送系统，其中如果确定所述的PN序列中的一个具有382个码元，从PN序列的255个码元的尾部复制23个码元并且插入到PN序列的255个码元的开头作为前同步信号区，而从PN序列的255个码元的开头复制104个码元并且插入到PN序列的255个码元的尾部作为后同步信号。
7、如权利要求5所述的单载波发送系统，其中如果确定所述的PN序列中的一个具有382个码元，从PN序列的255个码元的尾部复制25个码元并且插入到PN序列的255个码元的开头作为前同步信号区，而从PN序列的255个码元的开头复制102个码元并且插入到PN序列的255个码元的尾部作为后同步信号。
8、如权利要求5所述的单载波发送系统，其中如果确定所述的PN序列中的一个具有384个码元，从PN序列的255个码元的尾部复制25个码元并且插入到PN序列的255个码元的开头作为前同步信号区，而从PN序列的255个码元的开头复制104个码元并且插入到PN序列的255个码元的尾部作为后同步信号。
9、如权利要求5所述的单载波发送系统，其中如果确定所述的PN序列中的一个具有380个码元，从PN序列的255个码元的尾部复制23个码元并且插入到PN序列的255个码元的开头作为前同步信号区，而从PN序列的255个码元的开头复制102个码元并且插入到PN序列的255个码元的尾部作为后同步信号。
10、如权利要求5所述的单载波发送系统，其中如果确定所述的PN序列中的一个具有380个码元，从PN序列的255个码元的尾部复制25个码元并且插入到PN序列的255个码元的开头作为前同步信号区，而从PN序列的255个码元的开头复制100个码元并且插入到PN序列的255个码元的尾部作为后同步信号。
11、如权利要求5所述的单载波发送系统，其中如果确定所述的PN序列中的一个具有380个码元，从PN序列的255个码元的尾部复制21个码元并且插入到PN序列的255个码元的开头作为前同步信号区，而从PN序列的255个码元的开头复制104个码元并且插入到PN序列的255个码元的尾部作为后同步信号。
12、如权利要求5所述的单载波发送系统，其中从所述前同步信号/后同步信号插入单元连续接收的所述的两个改变的PN序列分别具有380码元和384码元。
13、如权利要求5所述的单载波发送系统，其中从所述前同步信号/后同步信号插入单元连续接收的所述的两个改变的PN序列分别具有384码元和380码元。
14、如权利要求5所述的单载波发送系统，其中从所述前同步信号/后同步信号插入单元连续接收的所述的两个改变的PN序列都具有382码元。
15、如权利要求5所述的单载波发送系统，其中从所述前同步信号/后同步信号插入单元连续接收的所述的两个改变的PN序列都具有384码元。
16、一种单载波发送方法，包括下述步骤：
(a)对要被发送的数据流加扰；
(b)对加扰的数据流执行FEC操作；
(c)生成PN序列；
(d)接收模式选择信号并且根据模式选择信号将前同步信号和后同步信号插入到两个连续接收的PN序列的每一个中来形成两个改变的PN序列；
(e)通过连续将从步骤(c)输出的所述的两个改变的PN序列、段同步和两个相同长度的系统信息数据插入到从所述FEC单元输出的加扰的数据流中执行多路复用，来形成帧；
(f)将导频插入到所述帧中；
(g)调制导频插入的帧来形成发送信号；及
(h)RF转换并输出发送信号。
17、如权利要求16所述的单载波发送方法，其中所述的帧836码元。
18、如权利要求16所述的单载波发送方法，其中在步骤(c)生成的PN序列中的每一个具有255码元。
19、如权利要求17所述的单载波发送方法，其中根据所述的模式选择信号确定所述的PN序列中的每一个具有380码元、382码元、384码元中的任何一种。
20、如权利要求19所述的单载波发送方法，其中如果确定所述的PN序列中的一个具有382个码元，从PN序列的255个码元的尾部复制23个码元并且插入到PN序列的255个码元的开头作为前同步信号区，而从PN序列的255个码元的开头复制104个码元并且插入到PN序列的255个码元的尾部作为后同步信号。
21、如权利要求19所述的单载波发送方法，其中如果确定所述的PN序列中的一个具有382个码元，从PN序列的255个码元的尾部复制25个码元并且插入到PN序列的255个码元的开头作为前同步信号区，而从PN序列的255个码元的开头复制102个码元并且插入到PN序列的255个码元的尾部作为后同步信号。
22、如权利要求19所述的单载波发送方法，其中如果确定所述的PN序列中的一个具有384个码元，从PN序列的255个码元的尾部复制25个码元并且插入到PN序列的255个码元的开头作为前同步信号区，而从PN序列的255个码元的开头复制104个码元并且插入到PN序列的255个码元的尾部作为后同步信号。
23、如权利要求19所述的单载波发送方法，其中如果确定所述的PN序列中的一个具有380个码元，从PN序列的255个码元的尾部复制23个码元并且插入到PN序列的255个码元的开头作为前同步信号区，而从PN序列的255个码元的开头复制102个码元并且插入到PN序列的255个码元的尾部作为后同步信号。
24、如权利要求19所述的单载波发送方法，其中如果确定所述的PN序列中的一个具有380个码元，从PN序列的255个码元的尾部复制25个码元并且插入到PN序列的255个码元的开头作为前同步信号区，而从PN序列的255个码元的开头复制100个码元并且插入到PN序列的255个码元的尾部作为后同步信号。
25、如权利要求19所述的单载波发送方法，其中如果确定所述的PN序列中的一个具有380个码元，从PN序列的255个码元的尾部复制21个码元并且插入到PN序列的255个码元的开头作为前同步信号区，而从PN序列的255个码元的开头复制104个码元并且插入到PN序列的255个码元的尾部作为后同步信号。
26、如权利要求19所述的单载波发送系统，其中从步骤(d)连续接收的所述的两个改变的PN序列分别具有380码元和384码元。
27、如权利要求19所述的单载波发送系统，其中从步骤(d)连续接收的所述的两个改变的PN序列分别具有384码元和380码元。
28、如权利要求19所述的单载波发送系统，其中从步骤(d)连续接收的所述的两个改变的PN序列都具有382码元。
29、如权利要求19所述的单载波发送系统，其中从步骤(d)连续接收的所述的两个改变的PN序列都具有384码元。
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