CN1823526B - 数字广播发送/接收系统及其信号处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有改进的接收性能的数字广播发送/接收系统及其信号处理方法。所述发送系统包括：FEC编码器，根据特定的FEC方案对输入信号进行编码；同步插入单元，将同步插入到编码的信号中；隐含导频插入单元，将隐含导频插入到已插入同步的信号中；导频插入单元，将导频音插入到已插入隐含导频的信号中；脉冲成形滤波器，以特定的滚降系数对已插入导频音的信号进行脉冲成形；和RF单元，通过传输信道频带发送已经过脉冲成形的信号。通过利用包含隐含导频的发送系统，均衡和同步捕获的性能可在多径情况下被增强。

Description

数字广播发送/接收系统及其信号处理方法
技术领域
本发明一般涉及一种数字广播发送和接收系统。更具体地讲，本发明涉及一种能够通过插入隐含导频(hidden pilot)信号来改进接收系统的性能的数字广播发送系统及其信号处理方法，以及相应的数字广播接收系统及其信号处理方法。 
背景技术
图1是美国8-VSB DTV发送系统的示意性方框图。该发送系统包括前向纠错(FEC)编码器110、同步插入单元120、导频插入单元130、脉冲成形滤波器140和射频(RF)单元150。 
FEC编码器110包括随机发生器111、里德所罗门(RS)编码器113、交织器115和格形编码器117。 
随机发生器111对输入的MPEG2-TS数据包进行随机化。RS编码器113为对数据进行纠错分配了特定字节的RS奇偶校验。交织器115按照特定的模式对RS编码的数据进行交织。格形编码器117以2/3的比率对交织的数据进行格形编码。 
同步插入单元120将段同步和场同步插入到经FEC编码的信号。导频插入单元130通过将特定的DC分量应用于8电平的数据码元来插入导频音。脉冲成形滤波器140通过使用具有特定滚降系数的滤波器来对已插入导频音的信号进行脉冲成形。RF单元150将经脉冲成形的信号上变换为将被发送的RF信道频带的信号，并经过天线发送该变换的信号。 
图2是包含在图1的同步插入单元120中插入的所述段同步和场同步的传输帧的结构。 
最终数据帧以这样的方式被创建：从FEC编码器110输出的信号被映射为8电平，即-7、-5、-3、-1、1、3、5、7的信号，并且具有-5和5电平的二进制PN序列的段同步和场同步被加到所述8电平信号。 
仍参照图2，每个段同步包括四个码元，并且包括段同步信号的整个段 包括832个码元。313个段构成一帧，每帧的第一段包括一系列作为场同步的PN序列。 
所述PN序列是接收端已知的同步，并被用作均衡中的参考信号。 
传统的数字广播发送系统对于多径环境是脆弱的。因此，接收系统的性能取决于均衡器的性能，所述均衡器去除发生于多径中的重影分量。 
然而，由于作为参考信号被均衡器使用的场同步信号的频率太低，如图2中所示，所以性能下降。 
越频繁地插入参考信号，越有可能改进均衡器的性能。然而，由于数据传输速率的下降与插入频率的增加相一致，所以接收的信号中的场同步的插入频率受到限制。 
发明的公开 
技术问题 
针对现有技术的上述缺点，本发明的一方面提供了一种能够保持传统的系统的数据率又能增强接收系统的接收性能的数字广播系统及其信号处理方法，以及相应的数字广播接收系统及其信号处理方法。 
技术解决方案 
为实现本发明的上述方面，所述数字广播发送系统包括：FEC编码器，根据特定的FEC方案对输入信号进行编码；同步插入单元，将同步插入到编码的信号中；隐含导频插入单元，将隐含导频插入到已插入同步的信号中；导频插入单元，将导频音插入到已插入隐含导频的信号中；脉冲成形滤波器，以特定滚降系数对已插入导频音的信号进行脉冲成形；和RF单元，通过传输信道频带发送已经过脉冲成形的信号。 
所述同步包括：每段插入一次的段同步和每场插入一次的场同步。 
有益地，所述隐含导频是预定长度并具有循环性的PN序列，并且具有预定长度的PN序列的平均功率低于输入信号的平均功率。 
所述发送系统的信号处理方法包括：根据FEC方案对输入信号进行编码；将同步插入到编码的信号中；将隐含导频插入到已插入同步的信号中；将导频音插入到已插入隐含导频的信号中；以特定滚降系数对已插入导频音 的信号进行脉冲成形；和通过传输信道频带发送已经过脉冲成形的信号。 
相应于所述发送系统的接收系统包括：调谐器，接收调谐频带的信号并将调谐频带的信号转换为基带信号；频率恢复器，补偿接收的信号的频率偏移；定时恢复器，补偿接收的信号的定时偏移；信道估计器，通过使用包含在接收的信号中的隐含导频来估计多径；均衡器，基于估计的多径，对接收的信号进行均衡；和FEC解码器，根据特定的FEC方案纠正接收的信号的差错。 
所述信道估计器包括：相关器，获得隐含导频和参考信号之间的相关值；和累加器，通过将相关值重复地累加预定的次数而使相关值具有特定幅度来估计多径。 
有益地，所述接收系统还包括：频率偏移估计器，基于隐含导频的相关值估计频率偏移；和定时偏移估计器，基于隐含导频的相关值估计定时偏移。 
所述接收系统的信号处理方法包括：接收调谐频带的信号；补偿接收的信号的频率偏移；补偿接收的信号的定时偏移；通过使用包含在接收的信号中的隐含导频来对多径信道估计；基于估计的多径，对接收的信号进行均衡；和根据特定的FEC方案纠正接收的信号的差错。 
所述信道估计包括：获得隐含导频和参考信号之间的相关值；和通过将相关值重复地累加预定的次数而使相关值具有特定幅度来估计多径。 
有益地，所述方法还包括：基于隐含导频的相关值估计频率偏移；和基于隐含导频的相关值估计定时偏移。 
因此，即便在多径情况下，包含隐含导频的发送系统增强了均衡和同步性能。通过发送低功率隐含导频，所述接收系统可使由噪声引起的性能的降低最小化。 
有益的效果 
根据本发明实施例，所述包含隐含导频的发送系统在多径环境下增强了均衡和同步捕获性能。 
所述接收系统通过发送低功率的隐含导频而使由噪声引起的性能降低最小化。 
尽管已经描述了本发明实施例，对本领域的技术人员而言，一旦他们掌握了本发明的基本构思，就可对实施例进行另外的改动和修改。因此，所附 的权利要求应该被解释为包括上述实施例和落入本发明的精神和范围内的所有的改动及修改。 
附图说明
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中： 
图1是表示传统的US8-VSB发送系统的示意性方框图； 
图2是根据图1的发送系统的帧结构； 
图3是表示根据本发明实施例的数字广播发送系统的示意性示图； 
图4是表示PN序列的归一化的周期相关的示图； 
图5是表示根据本发明实施例的将隐含导频插入到特定的信号的示图； 
图6是部分地表示根据本发明另一实施例的发送系统的示意性方框图； 
图7是部分地表示还根据本发明另一实施例的发送系统的示意性方框图； 
图8是表示根据本发明实施例的发送系统的信号处理方法的示例性步骤的流程图； 
图9和图10是表示与图6和图7的发送系统相应的示例性隐含导频处理步骤的部分流程图； 
图11是表示根据本发明实施例的数字接收系统的示意性方框图； 
图12是表示图11的信道估计器的详细的方框图；和 
图13是表示根据本发明实施例的接收系统的信号处理方法的示例性步骤的流程图。 
最佳方式 
现在将对本发明实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同部件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本发明。 
图3是表示根据本发明示例性实施例的数字广播发送系统的示意性示图。所述发送系统包括前向纠错(FEC)编码器310、同步插入单元320、隐含导频插入单元330、导频插入单元340、脉冲成形滤波器350和射频(RF)单元360。 
所述FEC编码器310包括随机发生器311、里德所罗门(RS)编码器313、交织器315和格形编码器317。随机发生器311对输入的MPEG2-TS数据进行随机化。RS编码器313为对数据进行纠错分配了一定字节的RS奇偶校验。交织器315根据特定的模式对已分配RS奇偶校验的数据进行交织。格形编码器317以2/3的比率对交织的数据进行格形编码。 
同步插入单元320将经FEC编码的信号映射为特定电平的信号，并在映射的信号中每段插入一次段同步，以及每场插入一次场同步，从而产生图2的帧。根据8-VSB传输方案，信号的特定电平是8电平并且同步是2电平的二进制信号。 
隐含导频插入单元330将隐含导频信号插入到映射的信号和同步中。 
隐含导频使用其为具有循环性的二进制信号的特定的PN序列。所述PN序列，即，图4的隐含导频具有归一化的自相关性，并且功率低于数据信号的平均功率。 
如果PN序列的长度为1023码元，接收端的处理增益大约为30dB来处理该PN序列。因此，如果1023码元PN序列的功率大约为30dB，则在相关之后接收端的功率比是0dB。因此，有利于基于与所述PN序列的长度相应的接收端的处理增益来确定隐含导频的功率。在使用低功率PN序列时，很少发生对噪声可见度阈值(noise threshold of visibility，TOV)的影响。 
图5是表示隐含导频被插入到8电平信号中的示图。 
如(a)中所示，所述8电平信号被随机地分布，如(b)中所示的低功率的2电平PN序列被加到8电平信号上。结果，好像在8电平信号中包括低功率的噪声分量的信号被输出。隐含导频变为不会实质上降低接收系统的性能的微小的噪声分量。 
导频插入单元340通过将特定的DC分量应用于已插入隐含导频的码元来将一个导频音插入到频谱中的低频带的边缘。 
脉冲成形滤波器350通过使用具有特定滚降系数的滤波器对具有所述导频和导频音的信号进行脉冲成形。 
RF单元360将脉冲成形的信号上变换为将被发送的RF信道频带的信号，并经天线发送该变换的信号。 
图6是部分地表示根据本发明另一实施例的发送系统的示意性方框图，图7是部分地表示还根据本发明另一实施例的发送系统的示意性方框图。应 该认识到：各种实施例可基于包含同步和隐含导频的位置而被采用。 
现在参照图6，所述隐含导频被插入到段码元之内的除段同步之外的其他码元中。 
隐含导频插入单元520通过将特定的PN序列应用于已在FEC编码器510中通过随机化、RS编码、交织和格形编码而被编码的信号来插入隐含导频。作为隐含导频的PN序列的长度可以改变。例如，如果应用8-VSB传输方案，所述PN序列的长度与832码元段内除去4码元段同步的828码元相应。 
所述同步插入单元530将所述段同步和场同步分别插入到已插入隐含导频的信号中。接下来，所述导频音被插入。处理的信号经过脉冲成形滤波并通过RF信道被发送。 
现在参照图7，隐含导频被插入到段的全部码元中。 
第一同步插入单元620将段同步每段一次地插入到在FEC编码器610中被编码的信号中。隐含导频插入单元630通过将特定的PN序列应用于已插入段同步的信号，即段的全部码元来插入隐含导频。 
作为隐含导频的PN序列的长度可以改变。例如，如果应用8-VSB传输方案，所述PN序列的长度与段的全部832码元相应。 
第二同步插入单元640将场同步每场一次地插入到已插入隐含导频的信号中。接下来，导频音被插入。处理的信号经过脉冲成形滤波并通过传输信道发送。 
图8是表示根据本发明实施例的发送系统的信号处理方法的示例性步骤的流程图，描述如下。 
在步骤S311，FEC编码器310通过随机化、RS编码、交织和格形编码而对MPEG2-TS数据信号进行编码。 
在步骤S313，同步插入单元320对编码的信号每段插入一次段同步和每场插入一次场同步。 
在步骤S315，隐含导频插入单元330对编码的信号和同步插入隐含导频。 
在步骤S3 17，导频插入单元340将一个导频音插入到作为低功率的PN序列的已插入隐含导频的信号中。 
在步骤S319，已插入导频音的信号由具有特定滚降系数的脉冲成形滤波器350对其进行脉冲成形滤波并由RF单元360通过传输信道发送。 
图9和图10是表示图6和图7的发送系统的示例性隐含导频处理步骤的 流程图。 
图9与图6的发送系统相应。在步骤S511，隐含导频插入单元520将隐含导频插入到经FEC编码的信号中。同步插入单元530将段同步和场同步分别插入到已插入隐含导频的信号中。接下来，在步骤S513，导频音被插入。如上所述，处理的信号经过脉冲成形滤波并通过RF信道发送。 
图10与图7的发送系统相应。在步骤S611，第一同步插入单元620将段同步每段一次地插入到经FEC编码的信号中。在步骤S613，隐含导频插入单元630将隐含导频插入到已插入段同步的信号中，即插入到段的全部码元中。 
在步骤615，第二同步插入单元640将场同步每场一次地插入到已插入隐含导频的信号中。接下来，导频音被插入。如上所述，处理的信号经过脉冲成形滤波并通过传输信道发送。 
下文中，对于根据使用插入的隐含导频的传输方案的数字广播接收系统来描述均衡和同步性能的增强。 
图11是表示根据本发明实施例的通过利用隐含导频使其在均衡和同步上占优势的接收系统的示意性方框图。 
所述接收系统包括：调谐器710、频率恢复器720、定时恢复器730、模拟信号去除器740、频率偏移估计器750、定时偏移估计器760、信道估计器770、均衡器780和FEC解码器790。 
调谐器710将接收的调谐频带的信号转换为基带信号。 
频率恢复器720补偿在频率偏移估计器750中估计的频率偏移。 
定时恢复器730补偿在定时偏移估计器760中估计的定时偏移。 
模拟信号去除器740丢弃包含在接收的调谐频带的信号中的模拟信号。 
频率偏移估计器750最初使用接收的信号的导频音估计频率偏移。接下来，频率偏移估计器750基于从信道估计器770提供的隐含导频的相关值来估计频率偏移。 
定时偏移估计器760最初使用同步和数据信号来估计定时偏移。接下来，定时偏移估计器760基于从信道估计器770提供的隐含导频的相关值来估计定时偏移。 
信道估计器770使用接收的信号中的隐含导频估计多径，这将参照图12在下面详细地描述。 
均衡器780去除使用隐含导频在信道估计器770中估计的多径。 
FEC解码器790对应于图3的发送系统的FEC编码方案检测并纠正差错。 
图12是图11的信道估计器770的详细的方框图。 
信道估计器770包括相关器771和累加器773。 
相关器771获得接收的信号的隐含导频信号和参考信号之间的相关值。所述参考信号与作为在发送端插入的隐含导频的PN序列相同。如果基于PN序列的自相关性接收的信号的隐含导频与参考信号相同，则相关值变为峰值。如果不相同，则相关值变为“0”。 
用相应于多径的信道延迟曲线(channel delay profile)来提供关于多径信道条件下的接收的信号的相关值。 
累加器773将相关器771的相关值重复地累加预定的次数。使用低功率隐含导频获得的相关值小，小的相关值被重复地累加预定的次数，从而输出大于数据信号的特定幅度的相关值。因此，如图12所示，从累加器773输出的信号具有与多径相应的信道延迟曲线。 
估计的多径信息被提供给均衡器780。均衡器780基于估计的多径信息进行均衡。通过使用由相关器771获得的相关性，频率偏移估计器750和定时偏移估计器760分别估计频率偏移和定时偏移。频率恢复器720和定时恢复器730分别补偿基于隐含导频的相关值估计的频率偏移和定时偏移。 
图13是表示根据本发明实施例的接收系统的信号处理方法的示例性步骤的流程图，下面将更详细地对其进行描述。 
在步骤S710，调谐器710接收调谐频带的信号并将该信号转换为基带信号。 
在步骤S720，频率恢复器720和定时恢复器730分别补偿通过使用导频音和接收的信号在频率偏移估计器750和定时偏移估计器760中估计的频率偏移和定时偏移。 
在步骤S730，模拟信号去除器740通过在模拟信号位置上产生空信号来丢弃包含在接收的信号中的模拟信号。 
在步骤S740中，信道估计器770通过使用接收的信号中的隐含导频的相关值来估计信道延迟曲线。具体地讲，信道估计器770获得接收的信号的隐含导频和参考信号之间的相关值，然后将相关值重复地累积预定的次数，从而相关值具有特定的幅度。因此，接收的信号的信道延迟曲线被估计。 
在步骤S750，均衡器780基于在信道估计器770中估计的信道延迟曲线来去除接收的信号的多径。 
在步骤S760，FEC解码器790根据特定的FEC方案对于均衡的接收的信号进行差错检测和纠正。 
在步骤S770，基于从信道估计器770提供的隐含导频的相关值，频率偏移估计器750和定时偏移估计器760分别估计残余的细小频率偏移和定时偏移，并且频率恢复器720和定时恢复器730分别补偿估计的细小频率偏移和定时偏移。 
即使在传统的接收系统的盲模式下，也由于信道延迟曲线通过隐含导频被估计，所以通过使用隐含导频的均衡增强了均衡性能。 
通过基于隐含导频的相关值估计并补偿在现有技术中没被估计的定时偏移的残余频率增强了接收性能。通过使用隐含导频估计信道延迟曲线，均衡性能也得到增强。 
产业上的可利用性 
本发明一般涉及数字广播发送和接收系统。更具体地讲，本发明涉及能够通过插入隐含导频信号改进接收系统的性能的数字广播发送系统及其信号处理方法，以及相应的数字接收系统及其信号处理方法。 

Claims (12)

1.一种数字广播发送系统，包括：前向纠错FEC编码器，根据FEC方案对输入信号进行编码；
同步插入单元，将同步插入到编码的信号中；
隐含导频插入单元，将隐含导频插入到已插入同步的信号中；
导频插入单元，将导频音插入到已插入隐含导频的信号中；
脉冲成形滤波器，以滚降系数对已插入导频音的信号进行脉冲成形；和
射频单元，通过传输信道频带发送已经过脉冲成形的信号；
其中，FEC编码器包括：
随机化器，对输入信号进行随机化；
里德所罗门编码器，向输入信号分配用于纠错的特定字节的里德所罗门奇偶校验；
交织器，根据特定模式对分配了里德所罗门奇偶校验的信号进行交织；和
格形编码器，以2/3的比率对交织的信号执行格形编码，
其中，所述输入信号是指MPEG 2-TS数据，所述同步包括每段插入一次的段同步以及每场插入一次的场同步。
2.如权利要求1所述的发送系统，其中，所述隐含导频包括预定长度并具有循环性的PN序列，并且具有预定长度的PN序列的平均功率低于输入信号的平均功率。
3.一种数字广播发送系统的信号处理方法，包括：
根据前向纠错FEC方案对输入信号进行编码；
将同步插入到编码的信号中；
将隐含导频插入到已插入同步的信号中；
将导频音插入到已插入隐含导频的信号中；
以滚降系数对已插入导频音的信号进行脉冲成形；和
通过传输信道频带发送已经过脉冲成形的信号；
其中，所述编码步骤包括：
对输入信号进行随机化；
向输入信号分配用于纠错的特定字节的里德所罗门奇偶校验；
根据特定模式对分配了里德所罗门奇偶校验的信号进行交织；和
以2/3的比率对交织的信号执行格形编码，
其中，所述输入信号是指MPEG 2-TS数据，所述同步包括每段插入一次的段同步以及每场插入一次的场同步。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述隐含导频包括预定长度并具有循环性的PN序列，并且具有预定长度的PN序列的平均功率低于输入信号的平均功率。
5.一种数字广播发送系统，包括：前向纠错FEC编码器，根据FEC方案对输入信号进行编码；
隐含导频插入单元，将隐含导频插入到编码的信号中；
同步插入单元，将同步插入到已插入隐含导频的信号中；
导频插入单元，将导频音插入到已插入同步的信号中；
脉冲成形滤波器，以滚降系数对已插入导频音的信号进行脉冲成形；和
射频单元，通过传输信道频带发送已经过脉冲成形的信号；
其中，FEC编码器包括：
随机化器，对输入信号进行随机化；
里德所罗门编码器，向输入信号分配用于纠错的特定字节的里德所罗门奇偶校验；
交织器，根据特定模式对分配了里德所罗门奇偶校验的信号进行交织；和
格形编码器，以2/3的比率对交织的信号执行格形编码，
其中，所述输入信号是指MPEG 2-TS数据，所述同步包括每段插入一次的段同步以及每场插入一次的场同步。
6.如权利要求5所述的发送系统，其中，所述隐含导频包括预定长度并具有循环性的PN序列，并且具有预定长度的PN序列的平均功率低于输入信号的平均功率。
7.一种数字发送系统的信号处理方法，包括：根据前向纠错FEC方案对输入信号进行编码；
将隐含导频插入到编码的信号中；
将同步插入到已插入隐含导频的信号中；
将导频音插入到已插入同步的信号中；
以特定的滚降系数对已插入导频音的信号进行脉冲成形；和
通过传输信道频带发送已经过脉冲成形的信号；
其中，所述编码步骤包括：
对输入信号进行随机化；
向输入信号分配用于纠错的特定字节的里德所罗门奇偶校验；
根据特定模式对分配了里德所罗门奇偶校验的信号进行交织；和
以2/3的比率对交织的信号执行格形编码，
其中，所述输入信号是指MPEG 2-TS数据，所述同步包括每段插入一次的段同步以及每场插入一次的场同步。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述隐含导频包括预定长度并具有循环性的PN序列，并且具有预定长度的PN序列的平均功率低于输入信号的平均功率。
9.一种数字广播发送系统，包括：
前向纠错FEC编码器，根据FEC方案对输入信号进行编码；
第一同步插入单元，将段同步每次一段地插入到编码的信号中；
隐含导频插入单元，将隐含导频插入到已插入段同步的信号中；
第二同步插入单元，将场同步每场一次地插入到已插入隐含导频的信号中；
导频插入单元，将导频音插入到已插入场同步的信号中；
脉冲成形滤波器，以滚降系数对已插入导频音的信号进行脉冲成形；和
射频单元，通过传输信道频带发送已经过脉冲成形的信号，
其中，FEC编码器包括：
随机化器，对输入信号进行随机化；
里德所罗门编码器，向输入信号分配用于纠错的特定字节的里德所罗门奇偶校验；
交织器，根据特定模式对分配了里德所罗门奇偶校验的信号进行交织；和
格形编码器，以2/3的比率对交织的信号执行格形编码，
其中，所述输入信号是指MPEG 2-TS数据。
10.如权利要求9所述的发送系统，其中，所述隐含导频包括预定长度并具有循环性的PN序列，并且具有预定长度的PN序列的平均功率低于输入信号的平均功率。
11.一种数字广播发送系统的信号处理方法，包括：
根据FEC方案对输入信号进行编码；
将段同步每段一次地插入到编码的信号中；
将隐含导频插入到已插入段同步的信号中；
将场同步每场一次地插入到已插入隐含导频的信号中；
将导频音插入到已插入场同步的信号中；
以滚降系数对已插入导频音的信号进行脉冲成形；和
通过传输信道频带发送已经过脉冲成形的信号，
其中，所述编码步骤包括：
对输入信号进行随机化；
向输入信号分配用于纠错的特定字节的里德所罗门奇偶校验；
根据特定模式对分配了里德所罗门奇偶校验的信号进行交织；和
以2/3的比率对交织的信号执行格形编码，
其中，所述输入信号是指MPEG 2-TS数据。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述隐含导频包括预定长度并具有循环性的PN序列，并且具有预定长度的PN序列的平均功率低于输入信号的平均功率。
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