CN1491035A - 改进内交织器随机结构的数字广播系统发送装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种数字广播系统的发送装置和发送方法，其中发送装置包括：第一和第二外编码器，分别对输入的第一和第二传输(TS)流执行编码；第一和第二外交织器，分别对第一和第二外编码器编码的数据执行交织；第一和第二内编码器，分别对第一和第二外交织器交织的数据执行编码；内交织器，包括：位交织器，用于使用卷积交织器对第一和第二内编码器编码的数据执行位交织，以及符号交织器，用于使用查询表中提供的预定交织地址对位交织器进行位交织后的数据进行符号交织；以及调制单元，用于对内交织器交织的数据进行数字调制并发送该数据。因此，通过改善内交织器的随机性，在接收机处改善了纠错编码性能。

Description

改进内交织器随机结构的数字广播系统发送装置及方法
技术领域
本发明涉及一种数字广播系统的发送装置及方法，更具体地，涉及能够改进内交织器的随机性的数字广播系统及方法。
背景技术
与模拟广播比较，数字广播使用数字编码系统，具有系统综合和交互操作的优点。因此，借助于计算机和网络，数字广播满足了所谓的媒体集中中心的要求。此外，数字广播的交互特点也较单向的模拟广播取得了极大的进步。
为了保证数字广播综合和交互操作，首先，需要引入标准。目前，推荐的数字地面电视广播的发送方法有美国的8-VSB(残留边带)和欧洲的COFDM(编码的正交频分复用)。
由于数字广播需要压缩信号源以发送大量数据，所以通道中出现的少量差错对整个系统的影响是相当可观的。因此，必须减少通道中出现的差错。为了减少差错，可以增加发送功率以提高信噪比(SNR)。但是，这会带来诸如由于大发送功率和发送装置的高输出造成的成本增加、以及通道间的干扰。为了减轻这些问题，数字广播系统使用纠错码，能够不增加发送功率对差错进行纠正。纠错码能够不增加发送功率而纠正通道中出现的差错，降低接收机中出现差错的可能性。
纠错码大体上分为自动请求重发(ARQ)和前向纠错(FEC)两种方式。根据ARQ，如果在接收机中检测到差错，接收机向发送机发送请求重发该数据的请求信号。从而发送机重发该数据。由于ARQ需要允许接收机向发送机发送重发请求信号的反向通道，故该方法不适合在数字广播中使用。同时基于FEC，信号是与附加在该信号的附加符号一起发送的，所以接收机能够检测通道中出现的差错，并用代数方法纠正它。
FEC大体上分为块代码和卷积代码。块代码是按块单位对信息进行编码和解码的，其包括汉明码、BCH码和RS(瑞德-所罗门)码。在这些码中，RS码在距离特性上是优良的，包括有效的编码和解码算法，因此在数字广播系统中得到广泛的应用。RS码在纠正突发差错中是非常出色的，因为它是按块单位检测和纠正差错的。
同时，对于卷积码，其输出位受到过去输入的位和当前输入的位的影响，并且其在纠正随机差错方面是有效的。维特比解码器通常用于解码卷积码。
一般地，根据欧洲DVB-T标准的内交织器具有：位交织器和符号交织器。位交织器用于按位单位交织数据；而符号交织器用于按符号单位交织OFDM子载波中携带的数据。例如，以2K FFT模式的符号交织器按OFDM符号单位进行交织，对应于2K FFT模式的有效数据符号的数量。
DVB-T的内交织器，即位交织器和符号交织器根据结构交织规则产生交织地址。结构交织即指根据主要是算术公式的特定规则产生交织地址。
结构交织的优点是简化了发送机和接收机的设计，而不是在随机性能上的改进。
发明内容
本发明的开发是为了解决现有技术中的上述问题。因此，本发明的一个目的是提供一种具有随机性改善的内交织器的数字广播系统的发送装置及其方法。
上述目的是通过提供一种数字广播系统的发送装置来实现的，所述发送装置，包括：第一和第二外编码器，分别对输入的第一和第二传输(TS)流执行编码；第一和第二外交织器，分别对第一和第二外编码器编码的数据执行交织；第一和第二内编码器，分别对第一和第二外交织器交织的数据执行编码；内交织器，包括：位交织器，用于使用卷积交织器对第一和第二内编码器编码的数据执行位交织，以及符号交织器，用于使用查询表中提供的预定交织地址对位交织器进行位交织后的数据进行符号交织；以及调制单元，用于对内交织器交织的数据进行数字调制并发送该数据。
卷积交织器具有B个分支以及用于以预定位的位单元延迟数据的存储器M，B和预定位是根据发送系统的操作环境进行选择调整的。
符号交织器包括：第一和第二存储器，用于按符号单元读取和写入由位交织器交织的数据；地址产生器，用于基于LUT产生交织地址；以及控制器，用于控制地址产生器，使得第一和第二存储器的读取和写入操作是根据交织地址进行的。
调制单元包括：映射/OFDM调制块，用于按照映射方法对内交织器交织的数据进行映射，并执行OFDM调制；导频/系统信息插入块，向映射/OFDM调制块提供用于信号同步和信号预测的导频信号以及有关发送模式的信息；保护间隔(GI)插入块，用于将GI插入到从映射/OFDM调制块输出的信号中；数字至模拟(D/A)转换块，用于对插入了GI的信号执行D/A转换；以及射频(RF)块，用于将经D/A转换的信号转换成高频信号并发送该信号。
最好发送装置还包括：第一和第二加扰器，用于分别对第一和第二TS流进行随机化，以将随机化后的第一和第二TS流提供到第一和第二外编码器。
第一和第二外编码器是使用瑞德-所罗门码的瑞德-所罗门编码器。
发送装置还包括：第二内交织器，其包括：第二位交织器，用于使用另一个卷积交织器对第二内编码器编码的数据执行位交织；以及第二符号交织器，用于使用查询表中提供的预定交织地址对第二位交织器进行位交织的数据进行符号交织；其中所述位交织器，用于对第一内编码器编码的数据执行位交织；并且所述符号交织器，用于使用交织地址对所述位交织器进行位交织后的数据进行符号交织。
同时，提供一种数字广播系统的发送方法，包括步骤：(a)分别对第一和第二输入传输(TS)流执行纠错编码并输出第一和第二编码的数据；(b)分别对第一和第二编码的数据执行交织，并输出第一和第二交织数据；(c)分别对第一和第二交织数据执行编码；(d)对来自步骤(c)的第一和第二编码数据使用卷积交织器进行位交织；(e)使用查询表中提供的预定交织地址对经过位交织的数据进行符号交织；以及(f)对经过内交织器交织的数据进行数字调制并发送数据。
步骤(d)是使用具有B个分支以及用于以预定位的位单元延迟数据的存储器M的卷积交织器来执行的，B和预定位是根据发送系统的操作环境进行选择调整的。
步骤(e)中，基于在查询表中提供的预定交织地址对经过位交织的数据进行符号交织。
步骤(f)包括步骤：(f1)按映射方法映射经过内交织器交织的数据并执行OFDM调制；(f2)向在映射/OFDM调制步骤中的数据提供用于信号同步和信号预测的导频信号以及有关发送模式的信息；(f3)将GI插入到从在映射/OFDM调制步骤中输出的信号；(f4)对插入了GI的信号执行D/A转换；以及(f5)将经过D/A转换的信号转换成高频信号并发送该信号。
最好在步骤(a)之前还包括步骤：分别对第一和第二TS流进行加扰。
步骤(a)使用瑞德-所罗门码进行编码。
根据本发明，内交织器的随机性可以通过执行根据卷积交织方法的位交织以及通过执行使用特定随机化的LUT的符号交织而得到改善。因此，能够改善接收机处的纠错编码性能。
附图说明
通过参考附图对本发明的优选实施例的详细描述，本发明的上述目的和优点将变得更加清楚，其中：
图1是根据本发明实施例的数字广播系统的发送装置的方框图；
图2A通过举例方式示出了用做图1的位交织器的卷积交织器；
图2B是当B等于2并且M等于1时的卷积交织器的结构图；
图3通过举例方式示出了使用查询表(LUT)的图1的符号交织器；
图4是图1的数字广播系统的发送装置的操作方法的流程图；以及
图5根据本发明另一个实施例的数字广播系统的发送装置的方框图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图，详细描述本发明的优选实施例。
图1是根据本发明实施例的数字广播系统的发送装置的方框图。
参照图1，根据该实施例的数字广播系统的发送装置包括：第一和第二加扰器10和11、前向纠错(FEC)单元40以及调制单元50。FEC单元40包括：第一和第二外编码器12和22、第一和第二外交织器14和24、第一和第二内编码器16和26、以及内交织器30。调制单元50包括：导频/系统信息插入块51、映射/OFDM调制块53、保护间隔(GI)插入块55、数字模拟(D/A)转换块57、以及射频(RF)块59。
根据该实施例，该数字广播系统的发送装置支持分层传输模式，因此分离器(未示出)将传输流(TS流)分成高优先级(HP)层和低优先级(LP)层。通过HP层发送的第一TS流输入到第一加扰器10，而通过LP层发送的第二TS流输入到第二加扰器11。
第一和第二加扰器10和11根据预定模式将第一和第二输入TS流的数据值随机化。即，通过将伪随机二进制序列加扰成输入TS流，可以去除输入信号之间的相关性。这防止了由于发送同步数据期间的诸如00000000b或11111111b的重复数据造成的系统同步丢失的问题。在接收机处可逆地执行该处理以恢复原始值。
FEC单元40对通过第一和第二加扰器10和11输入的数据执行编码以纠正在数据发送期间出现的差错。即，第一和第二外编码器12和22使用RS编码接收从第一和第二加扰器10和11输出的数据，并对该数据按块单位执行RS编码以便纠错。RS编码添加用于纠错的奇偶校验码，由第一和第二外编码器12和22添加的奇偶校验码的尺寸彼此相同或不同。
第一和第二外交织器14和24对第一和第二外编码器12和22按块单元编码的各个数据执行交织，由此，打散潜在的突发差错。第一和第二内编码器16和26分别对第一和第外交织器14和24按块交织的数据执行卷积编码。
由第一和第二内编码器16和26编码的数据被内交织器30再次进行交织。
内交织器30具有位交织器31和符号交织器33。
位交织器31使用与第一和第二外交织器14和24相似的卷积交织器。区别在于位交织器31按位单位交织数据。并且符号交织器33使用查询表(LUT)按符号单位交织数据。下面，将参照图2A至3详细说明位交织器31和符号交织器33。
图2A是使用卷积交织方法的位交织器31的结构图。如图2A所示，所采用的卷积交织器310由B个分支以及预定位的FIFO移位寄存器组成。
分支0没有FIFO移位寄存器(M)，分支1有一个FIFO移位寄存器(M)，分支2有两个FIFO移位寄存器(2M)，分支B-1有B-1个FIFO移位寄存器((B-1)M)。
即，随着分支数和FIFO移位寄存器的位数(size)的增加，交织的随机性改善得越多。分支数和FIFO移位寄存器的位数分别由B和M表示。B和M的值可以根据系统的操作环境通过各种选择而改变。
参照图2B，将详细描述卷积交织器311执行的交织过程，其中B等于2，M等于1位。
当输入到卷积交织器311的数据位为...b6、b5、b4、b3、b2、b1时，数据位交替地输入到分支0和1。即，b1输入到分支0，b2输入到分支1，b3输入到分支0，b4输入到分支1，b5输入到分支0等。数据位从其输入的相同分支中输出。即，输入到分支0的数据位从分支0中输出。
输入的数据位...b6、b5、b4、b3、b2、b1通过B＝2，M＝1位的卷积交织器311比如按照...b7、b4、b5、b2、b3、b0、b1的顺序随机输出，其中b0是在b1之前输入的数据位。
即，当数据位...b9、b7、b5、b3、b1输入到分支0时，它们就立即从分支0输出，而数据位...b10、b8、b6、b4、b2被FIFO移位寄存器(M)延迟1位并被输出。因此，随着分支数，即B，以及FIFO移位寄存器的位数，即M，的增加，交织随机性得到改进。
由于卷积交织器的特征，即B和M，可以根据系统的操作环境进行调整，因此能够进行各种交织操作。
图3示出了使用查询表(LUT)执行交织的符号交织器330的详细方框图。
符号交织器330包括：第一和第二开关331和337，由预定的控制信号控制其开和关；第一和第二存储器335和336，用于读取和写入输入的OFDM符号单元流(可用的数据符号数)；地址产生器332，用于根据LUT中提供的交织地址产生地址；以及控制器338，用于与LUT提供的交织地址相对应地控制第一和第二存储器335和336的读取和写入操作。
第一和第二存储器335和336的大小(交织帧)根据2K、4K和8K FFT模式确定。例如，当2K FFT模式时，可用数据符号数是1512，因此第一和第二存储器335和336的大小(交织帧数)是1512，相应地，8K FFT模式的交织帧数是6048(1512×4)。即，按由1512可用数据符号构成的OFDM符号单位执行交织。
例如，在控制器338的控制下，当输入的第二OFDM符号写入第一存储器335的同时，第二存储器336读取并输出在前输入的第一OFDM符号。当第一存储器335使用在地址产生器332中基于LUT产生的交织地址将所输入的第二OFDM符号写入的同时，第二存储器336使用基于LUT产生的交织地址读取并输出在第二存储器336中写入的第一OFDM符号。如上所述，当一个存储器处于读取状态时，另一个存储器处于写入状态，从而按OFDM符号单位交织数据。
调制单元50对由改进随机性的内交织器30交织的数据执行数字调制，该数字调制适合于所述的数字广播系统的发送方法。图1通过举例方式示出了调制单元50执行的基于例如DVB-T的调制。
调制单元50的映射/OFDM调制块53将从内交织器30输出的数据映射成诸如QPSK(正交相移键控)、16-QAM(正交幅度调制)以及64-QAM的符号，并使用IFFT(快速傅立叶逆变换)执行OFDM调制。在进行OFDM调制之前，导频/系统信息插入块51插入用于信号同步和信号预测的导频信号以及有关发送模式的信息。GI插入块55插入防止多径环境中符号间干扰(ISI)的保护间隔(GI)。而且，D/A转换块57对插入了GI的信号执行数字至模拟(D/A)的转换，RF块59将经过D/A转换的信号放大到高频，并通过天线发送该信号。
图4是图1所示的根据本发明的数字广播系统的发送装置的操作方法的流程图。
参照该流程图，分离器(未示出)将输入的传输流(TS流)分成通过高优先级(HP)层发送的第一TS流和通过低优先级(LP)层发送的第二TS流。第一TS流输入到第一加扰器10，并由第一加扰器10进行加扰，而第二TS流输入到第二加扰器11，并被第二加扰器11加扰(S100)。第一和第二外编码器12和22对从第一和第二加扰器10和11加扰输出的数据按块单位执行RS编码以便纠错(S200)。
根据RS编码，一个包含k个输入符号的块被编码成具有n个代码符号的块，其中n大于k。因此，添加了n-k个冗余符号，其被称为瑞德-所罗门奇偶校验码。通过RS编码添加的奇偶校验码的数量取决于发送系统，例如，每个188字节的符号添加16或20个。RS解码器使用奇偶校验码检查接收的数据。如果作为检查结果为检测到差错，则该RS解码器搜索差错的位置、纠正失真的数据、并恢复原始符号。一般地，纠正的差错数至多为所添加奇偶校验码数量的一半，并且不能纠正超出所添加奇偶校验码数量的一半数量的差错。
第一和第二外交织器14和24对第一和第二外编码器12和22按块单位编码的数据执行外交织(S300)。在第一和第二外交织器14和24使用的各种交织数据的方法中，通常使用卷积交织器。
第一和第二内编码器16和26对从第一和第二外交织器14和24输出的数据执行卷积编码(S400)。卷积码用于将各个连续的k位的输入行编码成n个输出位，并且该编码由输入位和二进制脉冲响应的卷积组成。DVB-T发送系统使用具有受限长度为7编码率为1/2的卷积编码器。在此，采用卷积编码器的第一和第二内编码器16和26的编码率可以改变，例如为2/3，3/4，5/6以及7/8。
使用图2A所示的卷积交织器310，内交织器30的位交织器31对从第一和第二内编码器16和26输出的数据执行位交织(S500)。此后，使用如图3所示的基于LUT产生的交织地址，对位交织后的数据按符号单位进行交织(S600)。
对于通过具有改善随机性的内交织器30进行纠错编码的数据，调制单元50执行适合于数据发送的数字调制，并发送该数据(S700)。
图5是根据本发明的另一个优选实施例的数字广播系统的发送装置。
在图5中，除了使用第一和第二内交织器30-1和30-2之外，其余部分与图1的相同，在此省略相同部分的说明。
第一内交织器30-1包括第一位交织器31-1和第一符号交织器33-1，由第一内编码器16编码的数据被第一内交织器30-1再次进行交织，第一位交织器31-1按位执行交织，而第一符号交织器33-1按在OFDM子载波中携带的符号执行交织。
第二内交织器30-2包括第二位交织器31-2和第二符号交织器33-2，由第二内编码器26编码的数据被第二内交织器30-2再次进行交织。第二位交织器31-2按位执行交织，而第二符号交织器33-2按在OFDM子载波中携带的符号执行交织。
第一和第二位交织器31-1和31-2的结构与图1的位交织器31相同，第一和第二符号交织器33-1和33-2的结构与图1的符号交织器33相同。
因此，通过改善数字广播系统的发送装置的内交织器30的随机性，能够改善接收机的纠错编码性能。
根据本发明，内交织器的随机性可以通过执行根据卷积交织方法的位交织以及通过执行使用特定随机化的LUT的符号交织而得到改善。因此，能够改善接收机处的纠错编码性能。
上述实施例和优点仅是示范性的，并不用于限制本发明。本说明可以容易地应用到其它类型的装置。本发明的说明书试图进行说明而不是限制权利要求书的范围。对于本领域技术人员来说，得到多种变形、改进和改变是显然的。在权利要求书中，装置加功能的语句试图覆盖这里所描述的执行所述功能的结构，并且不仅是结构上的等价，还包括等价的结构。

Claims (17)

1.一种数字广播系统的发送装置，包括：
第一和第二外编码器，分别对输入的第一和第二传输(TS)流执行编码；
第一和第二外交织器，分别对第一和第二外编码器编码的数据执行交织；
第一和第二内编码器，分别对第一和第二外交织器交织的数据执行编码；
内交织器，包括：位交织器，用于使用卷积交织器对第一和第二内编码器编码的数据执行位交织；以及符号交织器，用于使用查询表中提供的预定交织地址对位交织器进行位交织后的数据进行符号交织；以及
调制单元，用于对内交织器交织的数据进行数字调制并发送该数据。
2.如权利要求1所述的发送装置，其中卷积交织器具有B个分支以及用于以预定位的位单元延迟数据的存储器M，B和预定位是根据发送系统的操作环境进行选择调整的。
3.如权利要求1所述的发送装置，其中符号交织器包括：
第一和第二存储器，用于按符号单元读取和写入由位交织器交织的数据；
地址产生器，用于基于LUT产生交织地址；以及
控制器，用于控制地址产生器，使得第一和第二存储器的读取和写入操作是根据交织地址进行的。
4.如权利要求1所述的发送装置，其中调制单元使用OFDM进行数字调制。
5.如权利要求1所述的发送装置，其中调制单元包括：
映射/OFDM调制块，用于按照映射方法对内交织器交织的数据进行映射，并执行OFDM调制；
导频/系统信息插入块，向映射/OFDM调制块提供用于信号同步和信号预测的导频信号以及有关发送模式的信息；
保护间隔(GI)插入块，用于将GI插入到从映射/OFDM调制块输出的信号中；
数字至模拟(D/A)转换块，用于对插入了GI的信号执行D/A转换；以及
射频(RF)块，用于将经D/A转换的信号转换成高频信号并发送该信号。
6.如权利要求1所述的发送装置，还包括：
第一和第二加扰器，用于分别对第一和第二TS流进行随机化，以将随机化后的第一和第二TS流提供到第一和第二外编码器。
7.如权利要求1所述的发送装置，其中第一和第二外编码器是使用瑞德-所罗门码的瑞德-所罗门编码器。
8.如权利要求1所述的发送装置，还包括第二内交织器，包括：第二位交织器，用于使用另一个卷积交织器对第二内编码器编码的数据执行位交织；以及第二符号交织器，用于使用查询表中提供的预定交织地址对第二位交织器进行位交织后的数据进行符号交织；
其中所述位交织器，用于对第一内编码器编码的数据执行位交织；并且所述符号交织器，用于使用交织地址对所述位交织器进行位交织后的数据进行符号交织。
9.如权利要求8所述的发送装置，其中所述另一个卷积交织器具有B个分支以及用于以预定位的位单元延迟数据的存储器M，B和预定位是根据发送系统的操作环境进行选择调整的。
10.如权利要求8的发送装置，其中第二符号交织器包括：
第一和第二存储器，用于按符号单元读取和写入由第二位交织器交织的数据；
地址产生器，用于基于LUT产生交织地址；以及
控制器，用于控制地址产生器，使得第一和第二存储器的读取和写入操作是根据交织地址进行的。
11.一种数字广播系统的发送方法，包括步骤：
(a)分别对第一和第二输入传输(TS)流执行纠错编码并输出第一和第二编码的数据；
(b)分别对第一和第二编码的数据执行交织，并输出第一和第二交织数据；
(c)分别对第一和第二交织数据执行编码；
(d)对来自步骤(c)的第一和第二编码数据使用卷积交织器进行位交织；
(e)使用查询表中提供的预定交织地址对经过位交织的数据进行符号交织；以及
(f)对经过内交织器交织的数据进行数字调制并发送数据。
12.如权利要求11所述的发送方法，其中步骤(d)是使用具有B个分支以及用于以预定位的位单元延迟数据的存储器M的卷积交织器来执行的，B和预定位是根据发送系统的操作环境进行选择调整的。
13.如权利要求11所述的发送方法，其中步骤(e)中，基于在查询表中提供的预定交织地址对经过位交织的数据进行符号交织。
14.如权利要求11所述的发送方法，其中步骤(f)使用OFDM进行数字调制。
15.如权利要求11所述的发送方法，其中步骤(f)包括步骤：
(f1)按映射方法映射经过内交织器交织的数据并执行OFDM调制；
(f2)向在映射/OFDM调制步骤中的数据提供用于信号同步和信号预测的导频信号以及有关发送模式的信息；
(f3)将GI插入到从在映射/OFDM调制步骤中输出的信号；
(f4)对插入了GI的信号执行D/A转换；以及
(f5)将经过D/A转换的信号转换成高频信号并发送该信号。
16.如权利要求11所述的发送方法，在步骤(a)之前还包括步骤：
分别对第一和第二TS流进行加扰。
17.如权利要求11所述的发送方法，其中步骤(a)使用瑞德-所罗门码进行编码。
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