CN1839605A - 后向兼容的多载波传输系统 - Google Patents

Abstract

该传输系统是与以前的传输系统(DVB－T)后向兼容的，它使得以前的系统的接收机能够接收由新的传输系统的发射机发送的信号。新的调制方案用于传送相应于新的业务的附加信息。新的调制方案是通过组合以前的调制方案和新构建的调制方案而规定的。

Description

后向兼容的多载波传输系统

发明领域

本发明总的涉及数字传输。具体地，本发明涉及在传输媒体上使用新的调制方案来传送附加信息信号的新的传输系统，它与在同一传输媒体上一个利用以前的调制方案传送以前的信息信号的以前的传输系统后向兼容。

本发明应用于数字传输系统，具体地，应用到按照DVB-T(数字视频广播-地面)建议的数字电视的广播系统。

发明背景

由皇家菲利浦电子有限公司在2003年4月11日提交的、以2002年4月30日为优先权日期国际专利申请号PCT/IB/03/01544描述了在开头段落中提到的那种新的传输系统。它使得以前的系统的接收机能够接收由新的传输系统发送的信号。这个系统的缺点在于，新的调制方案把噪声附加到由以前的传输系统的接收机接收的信号上，这会干扰接收机。

发明目的和概要

本发明的目的是提供改进的传输系统，该传输系统允许在以前的传输系统的传输信号上传送附加信息，该传输系统是与以前的传输系统后向兼容的，并且产生更好的质量。

这个目的是通过在一组载波上发送信息信号的多载波传输系统而达到的，该载波组包括被表示为子载波的载波子组，每个子载波按照包括第一星座图(canstellation)的复数码元的第一调制被调制，该复数码元的实部正比于输送附加信息信号的第二星座图的复数码元的实部与输送参数信令信号的第三星座图的复数码元的实部的组合，第一调制的码元的复数部分正比于第二星座图的码元的复数部分的组合。

按照本发明，新构建的传输信号通过主要载波组输送以前的信息信号，并且附加信息信号被嵌入到参数信令信号中，这些信号通过主要载波组的子组与以前的信息信号分开地被传送。新构建的传输信号通过(第一)调制被传送，该调制是一个用来调制附加信息的(第二)过调制与一个用来调制参数信令信号的已知的(第三)调制的一个预定的组合。因为(第二)过调制被添加到子载波的(第三)调制上，而不干扰由以前的系统的接收机进行的对于后者的(第三)第三调制的解调，所以由以前的传输系统的接收机接收和解调新构建的传输信号变成为可能的。以前的系统的接收机于是可以接收和解调以前的信息信号和由新的系统发送的参数信令信号，就像它们对以前的系统所做的那样，而不用具备任何对被嵌入到新构建的传输信号的附加信息信号的知识。

按照本发明的优选实施例，提供了新的传输系统，其中所述第三(TPS)调制方案是差分二进制移相键控(DBPSK)调制类型，由此，发送的比特可由差分调制的发送的码元的改变所确定，以及其中第二(过)调制方案的码元是预先确定的，以使得在第二星座图中码元的任何一对形成一个小于90度的角度。这有利地允许以前的传输系统的接收机不被新的传输系统的信号的接收所干扰，因为第二调制方案的码元是预定的，这样，它们不干扰以前的传输信号的解调。

按照本发明还描述了发送设备、接收设备、传输方法、计算机程序产品和传输信号。

附图简述

参考此后描述的附图将明白和阐述本发明和可被任选地使用来实施本发明的附加特性，其中：

图1是显示按照DVB-T传输系统的传输链的示意性框图，

图2是显示DVB-T传输系统的子载波的差分调制的映射的示意图，

图3是显示按照本发明的优选实施例的、过调制的星座图各点的可能的位置的示意图，

图4A到图4C是显示按照本发明的优选实施例的、分别表示为A，B和C的三个替换的星座图的示意图，

图5是显示按照优选实施例的替换例B的、新的传输信号的构建的示意图，

图6是显示按照本发明的优选实施例的发送设备的示意性框图，

图7是显示按照本发明的优选实施例的、在误码率BER和信号噪声比SNR方面对于每种过调制A，B和C的新的传输信号的性能与当前的传输信号的性能相比较的曲线，

图8是显示对按照过调制A调制的接收信号进行去映射的方法的示意图，

图9A到9C是显示对按照过调制B调制的接收信号进行去映射的方法的示意图，

图10A到10C是显示对按照过调制C调制的接收信号进行去映射的方法的示意图。

附图详细说明

以下的说明涉及标号。在不同的图上的相同的字母标号是指相同的实体。

图1是代表其中可以使用本发明的DVB-T系统的传输链的功能性框图。在所有的说明中，DVB-T系统被用作为例子，但本发明可应用到任何其它数字传输系统。以普通线表示的传输链包括：

-用于发送数字数据(输送流)的MPEG-2源10，

-信道编码与调制块11，

-OFDM帧调整块12，

-OFDM与保护间隔插入块13，用于把信号从频域变换成时域，

-前端块14，用于执行数字模拟转换，并把功率发送到天线15，以及

-导引和TPS信号块16，用于把导引信号和TPS载波插入到主要DVB-T流。

在DVB-T标准内，规定2个操作模式。“2K模式”适用于单个发射机操作，并适用于有限传输距离的小的SFN(单频率网络)网络。“8K模式”适用于单个发射机操作，也适用于小的和大的SFN网络。

DVB-T系统使用OFDM(正交频分复用)传输。在一个OFDM帧中的所有的数据载波通过使用QPSK、16QAM、64QAM、或非均匀64QAM星座图而被调制。星座图和被加到其上的Gray映射的细节示于图9，ETSIEN 300 744的第4.3.5节，所阐述的全部建议在此引用以供参考。

发送的信号按帧进行组织。每个帧由68个OFDM码元组成。每个码元在8K模式下由一组K＝6817个载波构成以及在2K模式下由一组K＝1705个载波构成。除了发送数据以外，OFDM帧包含导引载波和TPS(传输参数信令)载波。导引信号可用于帧同步、频率同步、信道估值、传输模式识别。导引信号按照相应于它们的各自的载波序号的参考序列被调制。该参考序列也监管TPS信息的开始相位。

TPS载波用于与传输链有关的信令参数的目的，即与信道编码与调制有关。TPS对于2K模式通过17个TPS载波以及对于8K模式通过68个TPS载波并行地发送。在同一个码元中每个TPS载波输送同一个不同编码的信息比特。TPS被规定为68个接连的OFDM码元，称为一个OFDM帧。每个OFDM码元输送一个TPS比特。每个TPS块(相应于一个OFDM帧)包含68个比特，被规定为如下：1个初始化比特、16个同步比特、37个信息比特、和14个用于错误保护的冗余比特。在37个信息比特中，31个现在被使用，6个被保留供将来使用，并且应当被设置为零。相应于每个OFDM的第一码元的TPS载波的参考序列用来使每个TPS载波的TPS调制初始化。每个TPS载波被进行DBPSK调制，并输送同一个消息。DBPSK在每个TPS块(68比特)的开始端被初始化。在DBPSK调制中，从一个码元到下一个码元的正负号的改变载送信息比特。

图2显示对于OFDM载波的每个OFDM码元的TPS的差分DBPSK调制的映射。应用以下的法则。

如果S₁＝0，则Re{C₁}＝Re{C_1-1}；Im{C₁}＝0

如果S₁＝1，则Re{C₁}＝-Re{C_1-1}；Im{C₁}＝0

其中1是OFDM码元的序列号，S₁是发送的TPS比特以及C₁是复数TPS码元。TPS系统由图2的两个点代表，它显示DBPSK星座图的两个点。

在这里描述本发明的优选实施例，在允许在DVB-T信号内发送包含附加信息的新的业务后，使用TPS信号载送这个附加信息而不干扰现有的接收机。按照应用到DVB-T系统的本实施例，具有满足预定准则的各点的星座图的相干的“过调制”(分级调制)按逐个载波的方式被加到TPS的DBPSK码元。过调制包含相应于新业务的附加信息比特。新的星座图的实部的正负号包含TPS信号。为了不干扰TPS信号的差分解调，在星座图的任何两个点之间的角度必须严格地小于90度。这避免TPS信号的DBPSK调制被新的业务堵塞。角度越小，堵塞越有限。

按照优选实施例，所有的TPS载波用于发送附加信息信号。按照一个替换的实施例，只使用了部分的子载波。这包括只使用在载波子组中具有相同的序列号的载波或使用其序列号随时间而变的载波。按照另一个实施例，系统的鲁棒性对比特率的损失可以通过在附加信息中添加冗余性而得到改进。这是通过在子载波的几个码元上(对于在阐述的建议中规定的常规的TPS码元)复制相同的比特而得到的。

图3显示包含新业务的TPS信号的新的分级过调制的新的星座图中各点的可能位置。星座图的点可以位于其幅角小于45度的扇区。这些扇区以白色表示，而不适用的位置相应于画阴影线的区域。

图4A到图4C作为例子，显示用于载送TPS信号和新的业务的新调制方案的可能的星座图的三个优选实施例。在图4A到图4C的每个图上，增加的过调制的码元由黑色点的代表，新得到的调制由黑色点和画阴影线的点构成。新得到的调制的点的实部的正负号包含TPS信息比特。可以构建满足如图3所示的角度要求的许多其它星座图。

在图4A上，单个信息比特用来在每个TPS载波上载送新的业务。新的比特流的每个比特Yi(其中Yi∈{0，1})由星座图的点z(用黑色表示)载送，其中z∈{1+j.0，5，1-j.0，5}。例如：

如果z＝1+j.0，5，则Yi＝0

如果z＝1-j.0，5，则Yi＝1

在图4B上，一对信息比特用于每个TPS载波上的新的业务。新的比特流的每一对比特Y0₁，Y1₁(其中Y0₁，Y1₁，∈{00，01，11，10})由星座图的点z载送，其中星座图的z∈{n+jm}，且z∈{3+j.0，2-j，2+j，1+j.0}。例如：

如果z＝3+j.0，则Y0i＝0和Y1i＝0

如果z＝2-j，  则Y0i＝0和Y1i＝1

如果z＝2+j，  则Y0i＝1和Y1i＝0

如果z＝1+j.0，则Y0i＝1和Y1i＝1

在图4C上，应用的原理相同。四个比特用于每个TPS载波上的新的业务。新的比特流的每个四元组Y0₁，Y1₁，Y2₁，Y3₁，由星座图的点z载送，其中星座图的z∈{n+jm}，且z∈{7+j.0，6-j，6+j，5+j.0，4-j.3，5-j.2，3-j.2，4-j，4+j.3，3+2.j，5+j.2，4+j，1+j.0，2+j，2-j，3+j.0}。

在全部3个例子中，TPS载波的平均功率必须与OFDM码元的数据载波的平均功率相同。以Fn表示的调节因子必须用于所有的类型的调制。表1显示要用到每个调制方案A，B和C的调节因子的例子。

调制类型	调整因子
		A	Fn＝1/√(5/4)
B	Fn＝1/√5
		C	Fn＝1/√21

              表1

图5显示在TPS载波上新的调制的建立。新得到的调制的点的实部的正负号包含TPS信息比特。在OFDM码元1上由TPS载波k载送的新的向量C_1，k被定义为：

             Re{C_1，k}＝Re{Stps_1，k}.Re{Snew_i}.Fn

             Im{C_1，k}＝Im{Snew_i}.Fn

其中

-Stps_1，k是DPSK调制的TPS流的复数码元，其中Stps_1，k∈{1+j.0，-1+j.0}，

-Snew_i是用A，B或C过调制方案所调制的新的比特流的复数码元，其中Re{Snew_i}＞0，

-Fn是调节因子。

图6是按照本发明的、修正的DVB-T传输链的框图。图上显示新的TPS流是如何被插入到DVB-T信号的。除了图1的块以外，它包括：

-新的业务源块61，用于提供附加信息数据，

-能量分散块62，用于把信息数据与随机序列相混合，

-编码器块63和映射器64，用于按照适当的过调制之一把要被发送的数据编码和调制，

-乘法器块65，用于在新的比特流被插入到DVB-T流之前把包含新的业务的过调制的数据乘以TPS和导引信号。

可以由这个新的调制方案载送的比特的数目取决于新的业务的需要的责任。下面的表2显示相对于选择的调制方案的新的比特流的速率(未编码的)。

Kbits/sec	通过过调制载送的比特数
						1A	2B	3	4C	5
	8K或2K 1/4	61	121	182	243						304
8K或2K 1/8						67	135	202	270	337
	8K或2K 1/16	71	143	214	286						357
8K或2K 1/32						74	147	221	294	368

                                表2

下面的表2表明，因此有可能在较可能的DVB-T模式下加上至少61k比特以及在最少可能的模式下加上368k比特。这个速率因有损于主要的DVB-T流的范围的均匀性而可提升或减小。纠错码也可被使用来改进有害于速率的倾向。

这不干扰DVB-T的接收。只有需要它的解调器将能够将新的业务译码。过调制不干扰或影响导引载波。它既不干扰也不影响DVB-T信号的数据载波。因此有用负荷不受影响。

DBPSK译码仅仅稍微被影响，因为过调制不改变它的正负号。DBPSK的二进制错误概率Pb是已知的。它是：

                    Pb＝1/2e^-SNR

其中：

-Pb是误码率，以及

-SNR是测量白色高斯噪声的水平的信号噪声比。

在DVB-T建议的TPS信号的情形下，每个比特在2K模式下重复17次以及在8K模式下重复68次。2K模式是鲁棒性较差的，所以只需要检验这个模式的抗干扰性。它总计为：

${\mathrm{Pb}}_{\mathrm{TPS}-2K}=\frac{1}{2}{e}^{-17.\mathrm{SNR}}$

TPS信号的速率等于OFDM码元的速率(OFDM码元则为1比特)，对于具有保护间隔1/32的2K模式它设定最大速率为：

${\mathrm{TPSbit}\_\mathrm{rate}}_{2K-1/32}=\frac{1}{{\mathrm{Ts}}_{2K-1/32}}=231{\mathrm{\μs}}^{-1}=4329\mathrm{bits}/s$

其中Ts是所引用的建议的表5的OFDM码元时间。

为了比较对于能够正确地译码TPS信号所需要的噪声电平与对于良好的图像质量所必须的噪声电平，可以使用QEF(准无错误)质量准则，它相应于每小时少于一个错误。例如，在所引用的建议的表A.1中，在更加鲁棒的模式下对于QEF的最大SNR是3.1dB。于是对于QEF的TPS的可接受的错误率是：

${\mathrm{Pb}}_{\mathrm{QEF}}=\frac{1}{4329*3600}=6.41\·{10}^{-8}$

${\mathrm{SNR}}_{\mathrm{TPS}\_2K\_\mathrm{QEF}}=10\·\log \left(\frac{\ln (2\·6.41\·{10}^{-8})}{-17}\right)=-0.3\mathrm{dB}$

应当指出，TPS的SNR电平在DVB-T有用负荷流的更鲁棒的模式下要高出3.4dB。这个速率是非常不利的，因为通常译码器只在相应于锁定(采集)时间的非常短的时间间隔期间使用TPS。

图7显示在BER(垂直轴)和SNR(水平轴)方面每种过调制A，B和C的新构建的比特流与当前的TPS流的性能相比较的性能。由6.4×10^-8的BER和3.1dB的SNR构成的两个极限分别由粗黑的水平线和垂直线表示。图7表明，过调制这样就可被看作为不影响TPS信号，因为对于MPEG-2流可容忍的最大噪声电平，TPS流的BER仍保持低于QEF。

取决于选择的新的过调制，相干解调可以以与主要的DVB流的数据的类似的方式实现。这显示于图8到图10。

图8显示用于去映射A型过调制的方法的例子。应用以下的规则，R是接收的解调的复数码元由图8上一个星座图的点所表示，以及Y₁是生成的二进制码元{0，1}：

如果Im{R}＞0，则Y₁＝0，否则Y₁＝1。

图9A到9C显示对码元1的给定载波的B型过调制进行去映射的方法的例子，其中R₁是接收的解调的复数码元，以及Y0₁，Y1₁是生成的在4(2²＝4)个可能的对{00，01，11，10}之间的码元对。有可能使得过调制B与在所引用的建议的表9a中描述的、DVB-T数据的传统的QPSK调制匹配，并且用与对于DVB-T流的QPSK解调相同的方法解调新的TPS流。这样，可以使用相同的硬件。为此，接收的和解调的码元S₁可以通过平移和旋转而被变换成码元S_1’：

Re{S_1’}＝|Re{S₁}|-2-Im{S₁}

Im{S_1’}＝|Re{S₁}|-2+Im{S₁}

-如果Re{S_1’}＞0，则Y0₁＝0，否则Y0₁＝1。

-如果Im{S_1’}＞0，则Y1₁＝0，否则Y1₁＝1。

图10A到10C是显示用于去映射C型过调制的方法的例子。应用了与用于调制B相同的原理，其中S₁是接收的解调的复数码元，S_1’是通过平移和旋转码元而得到的码元，以及Y0₁，Y1₁，Y2₁，和Y3₁是生成的在16(2⁴＝16)个可能的四元组{0000，0001，0010，0010，0111，0101，0110，0100，1101，0111，1100，1100，1000，1010，1001，1011}之间的码元对。

Re{S₁’}＝|Re{S₁}|-4-Im{S₁}

Im{S₁’}＝|Re{S₁}|-4+Im{S₁}

则：

-如果Re{S₁’}＞0，则Y0₁＝0，否则Y0₁＝1。

-如果Im{S₁’}＞0，则Y1₁＝0，否则Y1₁＝1。

-如果Re{S₁’}＞2，则Y2₁＝0，否则Y2₁＝1。

-如果Im{S₁’}＞2，则Y3₁＝0，否则Y3₁＝1。

于是新的(TPS)子比特流可以像16-QAM DVB-T流一样被解调。

Claims (10)

1.一种用于在一组载波上发送信息信号的多载波传输系统，该载波组包括被表示为子载波的子载波组，每个子载波按照包括复数码元的第一调制被调制，该复数码元的实部正比于输送附加信息信号的第二星座图的复数码元的实部与输送参数信令信号的第三星座图的复数码元的实部的组合，该第一调制的码元的复数部分正比于第二星座图的码元的复数部分的组合。

2.如权利要求1中要求的系统，其中所述第三调制是DBPSK型，以及其中第二星座图的一对码元形成小于90度的角度。

3.如权利要求2中要求的系统，其中所述子载波是DVB-T传输系统的DBPSK调制的TPS载波。

4.如权利要求3中要求的系统，其中所述第二星座图的以z表示的复数码元由z∈{1+j.0，5，1-j.0，5}或z∈{3+j.0，2-j，2+j，1+j.0}或z∈{7+j.0，6-j，6+j，5+j.0，4-j.3，5-j.2，3-j.2，4-j，4+j.3，3+j.2，5+j.2，4+j，1+j.0，2+j，2-j，3+j}所规定。

5.如权利要求1中要求的系统，其中在子载波组中的子载波的序列号随时间而变化。

6.一种用于在一组载波上发送信息信号的多载波发送设备，该载波组包括被表示为子载波的子载波组，每个子载波按照包括复数码元的第一调制方案被调制，该复数码元的实部正比于输送附加信息信号的第二星座图的复数码元的实部与输送参数信令信号的第三星座图的复数码元的实部的组合，第一调制的码元的复数部分正比于第二星座图的码元的复数部分的组合。

7.一种用于接收在一组载波上的信息信号的多载波接收设备，该载波组包括被表示为子载波的子载波组，每个子载波按照包括复数码元的第一调制方案被调制，该复数码元的实部正比于输送附加信息信号的第二星座图的复数码元的实部与输送参数信令信号的第三星座图的复数码元的实部的组合，第一调制的码元的复数部分正比于第二星座图的码元的复数部分的组合。

8.一种用于在一组载波上发送信息信号的多载波传输方法，该载波组包括被表示为子载波的子载波组，该方法包括按照包括复数码元的第一调制来调制每个子载波的步骤，该复数码元的实部正比于输送附加信息信号的第二星座图的复数码元的实部与输送参数信令信号的第三星座图的复数码元的实部的组合，第一调制的码元的复数部分正比于第二星座图的码元的复数部分的组合。

9.一种用于在一组载波上发送信息比特的多载波传输信号，该载波组包括被表示为子载波的子载波组，该方法包括按照包括复数码元的第一调制方案来调制每个子载波的步骤，该复数码元的实部正比于输送附加信息信号的第二星座图的复数码元的实部与输送参数信令信号的第三星座图的复数码元的实部的组合，第一调制的码元的复数部分正比于第二星座图的码元的复数部分的组合。

10.一种用于计算一个指令组的设备的计算机程序产品，该指令组在被装载到该设备时使得所述设备实行如权利要求8中要求的方法。

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