CN1798326A - 具有综合纠错编码功能的数字广播系统的发送装置及方法 - Google Patents

Abstract

具有复合纠错编码功能的数字广播系统的发送装置及方法。在数字广播系统的发送装置中，将输入传送流(TS流)划分为第一TS流和第二TS流，并分别编码第一和第二TS流以纠错，发送装置包括：第一和第二编码器，分别对第一和第二TS流进行编码以纠错；第一和第二外部交织器，分别交织由第一和第二编码器编码的数据；卷积编码器，对由第一外部交织器交织的数据执行卷积编码；TURBO编码器，编码由第二外部交织器交织的数据以纠错；内部交织器，交织由卷积编码器编码的数据和由TURBO编码器编码的数据；调制单元，数字调制由内部交织器交织的数据和发送调制的数据。因此，通过按发送层级不同地编码数据以纠错，有可能按接收机的通信环境有效地实现数字广播发送。

Description

具有综合纠错编码功能的 数字广播系统的发送装置及方法

本申请是提交日为2003年1月9日、申请号为03101071.7、题为“具有综合纠错编码功能的数字广播系统的发送装置及方法”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及具有综合纠错编码功能的数字广播系统的发送装置及其方法，具体涉及支持分层发送模式的数字广播系统的发送装置及其方法，所述发送装置能够按照发送层级不同地编码数据以纠错。

背景技术

与模拟广播相比，用于数字化、发送和接收广播信号的数字广播由于使用了数字编码系统而具有系统集成和互用性的优点。因此，利用计算机和网络，数字广播满足了作为所谓的媒体集中的核心的要求。另外，数字广播的交互特点极大地改变了单向和下向的模拟广播。

为了保证数字广播的集成和互用性，首先，需要引入标准。当前提出的用于数字地面电视广播的广播方法是美国的利用8-VSB(残留边带)的ATSC(高级电视系统委员会)和欧洲的基于COFDM(编码正交频分复用)的DVB-T(数字视频广播-地面)。

由于数字广播需要压缩信号源以发送大量的数据，在信道内的一点差错相当大地影响整个系统。因此，需要减少在信道中发生的差错。为了减少差错，可以提高发送功率以提高信号噪声比(SNR)。但是，它具有诸如这样的问题，即由更大的发送功率导致的增大的成本和发送装置的高输出以及信道之间的干扰。为了减轻这些问题，数字广播系统使用纠错码，它使得错误能够被纠正而不需要提高发送功率。

纠错码被从主要划分成自动重复请求(ARQ)和前向纠错(FEC)。按照ARQ，如果在接收机中检测到差错，则接收机向发送机发送用于请求重发数据的信号。因此，发送机重发数据。因为ARQ需要一个用于允许接收机向发送机发送重发请求信号的返回信道，因此这个方法不适合于在数字广播中使用。同时，按照FEC，信号与加到信号的附加码元一起被发送，以便接收机可以检测到在信道中的差错并随后用代数方法将其纠正。

FEC被主要划分成块码和卷积码。块码是逐块的编码和解码信息，它包括汉明码、BCH码和RS(里德-索罗蒙)码。在这些代码中，RS码在距离特性上优良，并包括有效的编码和解码算法，因此已经被广泛应用在数字广播系统中。RS码在纠正突发差错方面优越，因为它逐块检测和纠正差错。

而对于卷积码，输出的比特易于受到过去输入的比特以及当前的输入比特的影响，它在纠正随机差错方面是有效的。卷积码包括维特比码和特播(turbo)码。虽然TURBO码具有简化的复合算法，但是它显示出令人惊讶的性能。而且，TURBO码具有迭代解码的优点，并能够调整交织器的大小。

同时，因为用于纠错的编码数据与加到数据上的附加信息一起被发送，因此降低了每个带宽可以发送的信息量。按照近来研究的发送方法，例如，TCM(网格编码调制)、编码和调制功能被组合为一个，因此可以获得大的编码优点而不降低数据发送率或降低带宽。

图1是示出按照DVB-T的数字广播系统的发送装置的方框图。

参见图1，数字广播系统的发送装置包括第一和第二扰码器10和11、前向纠错(FEC)单元30和调制单元40。FEC单元30包括第一和第二里德-索罗蒙(RS)编码器12和22、第一和第二外部交织器14和24、第一和第二卷积编码器16和26，以及一个内部交织器28。调制单元40包括导频/系统信息插入块41、映射/OFDM调制块43、保护间隔(GI)插入块45、数模(D/A)转换块47和射频(RF)块49。

在DVB-T方法的情况下，它支持分层发送模式。在这个情况下，所输入的发送流(TS流)被分离器(未示出)划分成高优先级(HP)层级和低优先级(LP)层级。通过HP层级发送的第一TS流被输入到第一扰码器10，而通过LP层级发送的第二TS流被输入到第二扰码器11。

第一和第二扰码器10和11按照预定的模式将第一和第二输入TS流的数据值随机化。这个处理在接收机被反向执行以便还原原始值。

FEC单元30对于由第一和第二扰码器10和11随机化的数据执行编码，以便纠正在数据发送期间发生的差错。即，第一和第二RS编码器12和22从第一和第二扰码器10和11接收数据，并对数据执行RS编码以纠错。RS编码加上奇偶校验码(检测码元)以纠错。所加上的奇偶校验码的数量取决于传输系统。在DVB-T方法的情况下，16个奇偶校验码元被加到188字节的每个TS流，因此纠错编码的字节的总数为204。

第一和第二外部交织器14和24交织在第一和第二RS编码器12和22逐块被RS编码的数据，因此分散了可能的突发差错。第一和第二卷积编码器16和26对于在第一和第二外部交织器14和24交织的数据执行卷积编码。DVB-T方法一般使用具有约束长度7和编码率1/2的卷积码。

在第一和第二卷积编码器16和26卷积编码的数据被内部交织器28重新交织以输出。

对于从FEC单元30输出的编码数据，调制单元40执行适合于在数字广播系统中使用的发送方法的数字调制。如图1所示，在使用DVB-T系统的OFDM的情况下，映射/OFDM调制块43将从内部交织器28输出的数据映射为诸如QPSK(四相移键控)、16-QAM(正交调幅)和64-QAM的一个码元，并利用IFFT(逆快速傅立叶变换)执行OFDM调制。在这个过程中，导频/系统信息插入块41向信号插入用于信号同步和信道估测和关于发送模式的信息的导频信号。GI插入块45插入用于防止在多径环境中的ISI(码元间干扰)的GI。D/A转换块47对于插入GI的信号执行数模(D/A)转换。RF块49以高频放大D/A转换的信号，并经由天线发送信号。

如上所述，传统的数字广播系统的发送装置主要使用级联码系统，所述系统使用第一和第二RS编码器12和22作为外部编码器，使用第一和第二卷积编码器16和26作为内部编码器。同样，对于支持诸如DVB-T的分层传输模式的数字广播系统的发送装置，它使用对于HP和LP层级具有相同规格的编码器和以相同的方法执行交织的交织器。

如上所述，在对于HP和LP层级使用相同方法的编码器和交织器被用于纠错编码的情况下，存在一个优点，即所有在HP和LP层级编码的数据可以由具有相同结构的接收器接收。

但是，可能存在一种情况，使用HP层级的接收器和使用LP层级的接收器存在于各自不同的通信环境下。在这种情况下，按照接收器的环境的纠错编码的不同使用可以提高整个系统的发送效率。例如，在移动通信环境下的接收器需要具有较好的接收性能，而在固定通信环境下的接收器需要接收在更大量的信号。在这种情况下，对于通过HP层级发送的数据差错，需要执行更增强的纠错编码以改善接收器的接收性能。对于通过LP层级发送的数据差错，需要执行不同的纠错编码以具有更大的数据发送率。因此，数字广播系统的发送装置对于接收器的不同信道环境需要执行不同的纠错编码处理。

发明内容

为了解决现有技术领域的上述问题，本发明得到开发。因此，本发明的一个目的是提供一种数字广播系统的发送装置及其方法，能够按照接收器的通信环境不同地编码通过HP层级发送的数据和通过LP层级发送的数据，以便纠错。

上述目的的获得是通过提供一种数字广播系统的发送装置，其中将输入的传送流(TS)划分为第一TS流和第二TS流，并分别编码第一和第二TS流以纠错，所述发送装置包括：第一和第二编码器，用于分别对第一和第二TS流进行编码以纠错；第一和第二外部交织器，用于分别交织由第一和第二编码器编码的数据；卷积编码器，用于对于由第一外部交织器交织的数据执行卷积编码；TURBO编码器，用于编码由第二外部交织器交织的数据以实现纠错；内部交织器，用于交织由卷积编码器编码的数据和由TURBO编码器编码的数据；以及调制单元，用于数字调制由内部交织器交织的数据和发送调制的数据。

优选的是，TURBO编码器使用TURBO码或特播-TCM码以纠错。

可能的是，内部交织器以相同的方法交织由卷积编码器编码的数据和由TURBO编码器编码的数据。同样可能的是，内部交织器也以不同的方法交织由卷积编码器编码的数据和由TURBO编码器编码的数据。

优选的是，第一和第二编码器是使用里德-索罗蒙码的里德-索罗蒙编码器。可能的是，第一和第二编码器利用具有不同规格的RS码执行纠错编码。

优选的是，调制单元使用正交频分复用(OFDM)调制来执行数字调制。调制单元包括：映射/OFDM调制块，用于以预定的映射方法映射由内部交织器交织的数据并执行OFDM调制；系统信息插入块，用于向映射/OFDM调制块提供用于信号同步和信道估测的导频信号以及关于发送模式的信息；保护间隔(GI)插入块，用于向从映射/OFDM调制块输出的信号插入一个GI；数模(D/A)转换块，用于对插入GI的信号执行D/A转换；以及射频(RF)块，用于将D/A转换的信号转换为高频信号并发送这个信号。

优选的是，所述发送装置还包括：第一和第二扰码器，用于分别将第一和第二TS流随机化以向第一和第二编码器提供第一和第二TS流。

而且，在将输入传送流(TS)划分为第一TS流和第二TS流并分别编码第一和第二TS流以纠错的数字广播系统的发送方法中，所述发送方法包括步骤：(a)对于第一和第二TS流分别执行编码以纠错，并输出第一和第二编码数据；(b)分别交织第一和第二编码数据和输出第一和第二交织数据；(c)对于第一交织数据执行卷积编码；(d)对于第二交织数据执行TURBO编码以纠错；(e)重新交织卷积编码的数据和TURBO编码的数据；以及(f)数字调制重新交织的数据并发送被调制的数据。优选的是步骤(d)使用TURBO码或特播-TCM码以纠错。

可能的是，步骤(e)以相同的方法交织卷积编码的数据和特播编码的数据。同样可能的是，步骤(e)以不同的方法交织卷积编码的数据和特播编码的数据。

优选的是，步骤(a)使用里德-索罗蒙码以编码。可能的是，在步骤(a)第一和第二传送流使用具有不同规格的RS码来进行纠错编码。

优选的是，步骤(f)利用正交频分复用(OFDM)调制执行数字调制。步骤(f)包括：(F1)以预定的映射方法映射重新交织的数据并执行OFDM调制；(f2)向映射/OFDM调制步骤提供用于信号同步和信道估测的导频信号以及关于发送模式的信息；(f3)向从步骤(f2)输出的信号插入保护间隔(GI)；(f4)对于插入GI的信号执行D/A转换；(f5)将D/A转换的信号转换为高频信号并发送这个信号。

优选的是，发送方法还包括步骤：分别随机化第一和第二TS流以提供步骤(a)的第一和第二TS流。

附图说明

通过参照附图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是示出一般数字广播系统的发送装置的方框图；

图2是示出按照本发明的第一实施例的数字广播系统的发送装置的方框图；

图3是示出图2的数字广播系统的发送装置的运行方法的流程图；

图4是示出按照本发明的第二实施例的数字广播系统的发送装置的方框图；

图5是图4的数字广播系统的发送装置的运行方法的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图来更详细说明本发明。

图2是示出按照本发明的第一实施例的数字广播系统的发送装置的方框图。

参见图2，按照第一实施例的数字广播系统的发送装置主要包括第一和第二扰码器110和111、前向纠错(FEC)单元130和调制单元140。FEC单元130包括第一和第二里德-索罗蒙(RS)编码器112和122、第一和第二外部交织器114和124、卷积编码器116、TURBO编码部件126和内部交织器128。调制单元140包括导频/系统信息插入部件141、映射/OFDM调制部件143、保护间隔(GI)插入部件145、数模(D/A)转换部件147和射频(RF)部件149。

按照第一实施例，数字广播系统的发送装置支持分层发送模式，因此由分离器(未示出)将传送流(TS流)划分为高优先级(HP)层级和低优先级(LP)层级。通过HP优先级发送的第一TS流被输入到第一扰码器110，而通过LP层级发送的第二TS流被输入到第二扰码器111。

第一和第二扰码器110和111按照预定的模式随机化输入的第一和第二TS流的数据值。即，通过将伪随机二进制序列扰码为输入TS流，消除了在输入信号之间的相关性。这是要防止在同步数据发送期间由于诸如00000000b或11111111b的重复数字引起丢失系统的同步的问题。这个处理在接收器被反向执行以还原原始数值。

FEC单元130对通过第一和第二扰码器110和111输入的数据执行编码，以纠正在数据发送期间发生的差错。即，第一和第二RS编码器112和122接收从第一和第二扰码器110和111输出的数据，并逐块执行对于数据的RS编码，以纠正差错。RS编码加上奇偶校验码以纠错，由第一和第二RS编码器112和122加上的奇偶校验码的大小彼此相同或彼此不同。

第一和第二外部交织器114和124对从第一和第二RS编码器112和122输出的数据执行字节交织。

卷积编码器116对于从第一外部交织器114输出的数据执行卷积编码，而TURBO编码部件126利用TURBO码或特播-TCM码对于从第二外部交织器124输出的数据执行编码。卷积编码的数据和特播或特播-TCM编码的数据被内部交织器128重新交织并被输出到调制单元140。内部交织器128可以包括一个比特交织器和一个码元交织器。所述比特交织器对输入数据执行比特交织。在OFDM方法的情况下，所述码元交织器交织在OFDM码元中存在的可使用的副载波。

对于从内部交织器128输出的编码数据，调制单元140执行适合于所述数字广播系统的发送方法的数字调制。图2以示例示出了根据DVB-T系统的OFDM方法执行调制的调制单元140。

在这种情况下，调制单元140的映射/OFDM调制部件143将从内部交织器128输出的数据映射为诸如QPSK(四相移相键控)、16-QAM(正交调幅)和64-QAM的一个码元，并利用IFFT(逆快速傅立叶变换)执行OFDM调制。在这个过程中，导频/系统信息插入部件141插入用于信号同步和信道估测的导频信号和关于发送模式的信息。GI插入部件145插入用于防止在多径环境中的ISI(码元间干扰)的保护间隔(GI)。D/A转换部件147对于插入GI的信号执行数模(D/A)转换。RF部件149以高频放大D/A转换的信号，并经由天线发送信号。

图3是示出按照本发明的图2的数字广播系统的发送装置的运行方法的流程图。

参见所述流程图，输入的发送流(TS流)被分离器(未示出)划分为要通过高优先级(HP)层级发送的TS流和通过低优先级(LP)层级发送的TS流(S300)。如果通过HP层级发送的TS流是第一TS流，则由分离器(未示出)划分的第一TS流被输入到第一扰码器110，第一扰码器110执行扰码以随机化第一TS流(S302和S304)。

第一RS编码器112对于由第一扰码器110扰码的数据逐块进行RS编码以纠错(S306)。

按照RS编码，包括k个输入码元的一个部件被编码为具有n个编码码元的部件，其中n大于k。因此，n-k个冗余码元被加上，其称为里德-索罗蒙奇偶校验码。通过RS编码加上的奇偶校验码的数量取决于传输系统，例如每188字节的码元为16或20。RS解码器利用奇偶校验码检查所接收的数据。如果检测到一个差错作为检查的结果，则RS解码器搜索差错的位置，纠正失真的数据并还原原始码元。一般，加上的奇偶校验码的一半数量的差错被纠正，不可能纠正多于奇偶校验码的一半数量的差错。

第一外部交织器114对于在第一RS编码器112按块编码的数据执行外部交织(S308)。在通过第一外部交织器114交织数据的各种方法中，一般使用卷积交织器。所述卷积交织器在一个周期中在预定数量的移位寄存器之一写入输入的码元或比特，并在一个周期中读取移位寄存器以便因此输出一个交织的码元。交织器的基本功能是最大限度地分散突发的差错。

卷积编码器116对于从第一外部交织器214输出的数据执行卷积编码(S310)。卷积码用于将各个连续的k比特的输入行编码为n数目的输出比特，并且编码包括输入比特以及二进制脉冲响应的卷积。DVB-T传输系统使用具有约束长度7和编码率1/2的卷积编码器。在此，卷积编码器116的编码率可以改变，例如2/3、3/4、5/6和7/8。

内部交织器128对于由卷积编码器116卷积编码的数据执行交织(S322)，因此改善了由多径引起的性能恶化。对于上述的用于纠错的编码数据，调制单元140执行适合于数据传输的数字调制并发送数据(S330)。

而且，如果通过LP层级发送的TS流是第二TS流，则由分离器(未示出)划分的第二TS流被输入到第二扰码器111并被第二扰码器111扰码(S314)。被扰码的数据被第二RS编码器122RS编码(S316)。在此，第二RS编码器122可以具有与第一RS编码器112相同的编码规格或与第一RS编码器112不同的编码规格。

第二外部交织器124交织由第二RS编码器122编码的数据，因此分散了在信道中发生的潜在突发差错(S318)。

TURBO编码部件126对于由第二外部交织器124交织的数据执行TURBO编码以纠错(S320)。

TURBO码由Berrou等人引入。TURBO编码器一般并行使用两个递归系统卷积(RSC)编码器并可以按照它的纠错容量具有所期望的大小。在两个RSC编码器之间提供了一个交织器，用于交织输入到第二RSC编码器的数据，以便突发差错被处理为随机差错。TURBO码可以利用迭代解码和调整交织器的大小获得所期望的比特误码率(BER)性能。

TURBO编码部件126可以使用特播-TCM码代替TURBO码。TCM(网格编码调制)可以通过将编码和调制功能组合为一以获得极大的编码优点，而不用降低数据发送率或提高带宽。特播-TCM编码同时执行TCM功能和TURBO编码功能。

由TURBO编码部件126编码的数据被发送到内部交织器128并被内部交织器128重新交织(S322)。对于用于纠错的编码数据，调制单元140执行适合于数据发送的数字调制，并经由天线发送数据(S330)。

按照上述方法，有可能不同地并且复合地编码通过HP层级发送的数据和通过LP层级发送的数据以实现纠错。

图4是示出按照本发明的第二实施例的数字广播系统的发送装置的方框图。

参见图4，数字广播系统的发送装置包括第一和第二扰码器210和211、前向纠错(FEC)单元230，和调制单元240。FEC单元230包括第一和第二里德-索罗蒙(RS)编码器212和222、第一和第二外部交织器214和224、卷积编码器216、TURBO编码部件226以及第一和第二内部交织器218和228。调制单元240包括导频/系统信息插入部件241、映射/OFDM调制部件243、保护间隔(GI)插入部件245、数模(D/A)转换部件247和射频(RF)部件249。

按照本发明的第二实施例的广播系统的发送装置与图2所示的第一实施例的不同在于，使用了两个内部交织器，即第一和第二内部交织器218和228。因此，由卷积编码器216编码的数据和由TURBO编码部件226编码的数据被通过不同的方法分别交织。其他部件的功能与图2所示的第一实施例相同。

图5是图4的数字广播系统的发送装置的运行方法的流程图。

参见图5，第二实施例的发送装置与图3的不同在于，从卷积编码器216输出的数据被第一交织器218交织(S410和S412)，从利用TURBO码或特播-TCM码的TURBO编码部件226输出的数据被第二交织器228交织(S420和S422)。即，按照第二实施例，从卷积编码器216输出的数据和从TURBO编码部件226输出的数据被通过不同的方法分别交织。其他步骤与图3的相同。

如上所述，按照本发明的数字广播系统的发送装置向通过HP层级发送的数据和通过LP层级发送的数据分配不同的纠错码，并执行不同的交织。因此，由于按照发送层级不同地编码数据以纠错，因此适合于接收机的通信环境的有效发送是可能的。

而且，上述的实施例通过示例使用OFDM来作为调制方法，但是这不应当被当作限定。本发明可以应用到数字广播传统的各种发送装置而不管所使用的调制方法如何，并且可以提供适合于接收器的通信环境的最佳的数据发送。

如上所述，对于通过HP层级发送的数据和通过LP层级发送的数据，执行不同的纠错编码处理，因此适合于接收器的通信环境的纠错编码是可能的，因此，通过利用按照接收器的通信环境的最佳纠错码，可以改进数据发送的效率。

上述的实施例和优点仅仅是示范性的，不能作为对本发明的限定。本教程可以容易地应用到其他类型的装置。本发明的说明是例证性的，不限定权利要求的范围。对本领域的技术人员来说许多替换形式、改进和变化是显然的。在权利要求书中，装置加功能子句试图覆盖在此描述为执行列举的功能的结构，不仅结构的同等物，而且同等的结构。

Claims (1)

1.一种数字广播系统的发送装置，其中将输入的传送流划分为第一传送流和第二传送流，并分别编码第一和第二传送流以纠错，所述发送装置包括：

第一和第二编码器，用于分别对第一和第二传送流进行编码以纠错；

第一和第二外部交织器，用于分别交织由第一和第二编码器编码的数据；

卷积编码器，用于对于由第一外部交织器交织的数据执行卷积编码；

TURBO编码器，用于编码由第二外部交织器交织的数据以实现纠错；

内部交织器，用于交织由卷积编码器编码的数据和由TURBO编码器编码的数据；以及

调制单元，用于数字调制由内部交织器交织的数据和发送调制的数据。

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