CN1855781A - 数字广播系统的发送装置及方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种数字广播系统中的发送装置及方法，该发送装置包括：第一编码器，用于按块单位对输入数据进行编码以纠正与输入数据有关的差错，并输出该编码的数据；块交织器，用于对从第一编码器输出的数据执行交织；第二编码器，用于对从块交织器输出的数据进行编码以纠正差错，并输出该编码的数据；外交织器，用于对从第二编码器输出的数据执行交织；内编码器，用于对从外交织器输出的数据执行编码，并输出该编码的数据；内交织器，用于对内编码器输出的数据执行交织；以及调制单元，用于对从内交织器输出的数据进行数字调制，并发送该调制数据。因此，通过使用两个RS编码器所实现的纠错编码处理比使用一个RS编码器覆盖了更广泛的纠错范围。

Description

数字广播系统的发送装置及方法
本申请是申请日为2003年5月8日，申请号为03130678.0的题为“数字广播系统的发送装置和方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及数字广播系统的发送装置及方法，更具体地，涉及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，以纠正大范围的差错。
背景技术
与模拟广播相比，数字广播通过使用数字编码系统而具有系统综合和协同工作的能力。通过使用计算机和网络，数字广播满足了作为所谓的媒体集中的核心的要求。另外，与单向的模拟广播相比，数字广播的交互特征产生了极大的改变。
为保证数字广播的综合和协同工作的能力，首先必须引进标准。目前推荐的数字地面电视广播的发送方法是美国的8-VSB(残留边带)和欧洲的COFDM(编码的正交频分复用)。
由于数字广播必须压缩信号源以发送巨量数据，所以在通道中出现的少量差错对整个系统的影响是相当大的。因此，需要减少出现在通道中的差错。为减少差错，可以增加电功率以增加信噪比(SNR)。但是这会带来诸如较大电功率损耗以及发送装置的高输出量所引起的成本增加以及通道间干扰的问题。为了减轻这些问题，数字广播系统使用能够纠错而不增加电功率的纠错码。纠错码能够纠正通道中产生的差错，而不增加电功率，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)两类。基于ARQ，如果在接收机中检测到差错，则接收机发送请求重发数据的信号给发送机。于是，发送机重发该数据。由于ARQ需要允许接收机发送重发请求信号至发送机的反向通道，所以这种方法不适合在数字广播中使用。同时，基于FEC，信号与附加到该信号上的附加符号一起被发送，使得接收机能够检测通道中的差错，然后用代数方法对差错进行纠正。
FEC大体上分为块代码和卷积码两种。块代码按块单位对信息进行编码和解码，包括汉明码、BCH码(鲍斯-乔荷利-霍金根码)、以及RS(瑞德-所罗门)码。在这些码中，RS码在距离特性上是优秀的，并包括有效的编码和解码算法，因此被广泛地用于数字广播系统中。RS码在纠正突发差错上是突出的，因为它是以块为单位检测和纠正差错的。
同时，对于卷积码来说，输出位受以前的输入位以及当前的输入位的影响，对随机差错的纠正是有效的。由于使用卷积码的解码器通常使用维特比码，所以这样的解码器称为维特比解码器。
图1通过举例，示出了一般数字广播系统的发送装置的方框图。
参照图1，数字广播系统的发送装置包括加扰器10、前向纠错(FEC)单元20、以及调制单元30。FEC单元20包括瑞德-所罗门(RS)编码器21、外交织器22、卷积编码器23和内交织器24。调制单元30包括映射块31、快速傅立叶逆变换(IFFT)块32、保护间隔插入块33、同步信息插入块34、脉冲成形滤波器块35和射频(RF)块36。
加扰器10根据预定模式对传输流(TS)的字节值进行随机化。
FEC单元20对从加扰器10输入的数据进行编码以纠正在数据发送中可能出现的差错。即，RS编码器21对从加扰器10输入的数据按块单位执行RS编码以便纠错。RS编码附加用于纠错的奇偶校验码。所附加的奇偶校验码的数量取决于发送方法。
外交织器22对RS编码器21按块单位编码的数据进行交织，由此打散潜在的突发差错。卷积编码器23对由外交织器22按块单位交织的数据执行卷积编码。经卷积编码的数据由内交织器24再次进行交织以输出。
对从FEC单元20输出的编码数据，调制单元30执行适合于数字广播系统中采用的发送方法的数字调制。在图1的例子中，调制单元30采用正交频分复用(OFDM)调制方法。在这种情况中，映射块31将从FEC单元20输出的数据映射成诸如QPSK(正交相移键控)、16-QAM(正交调幅)以及64-QAM的符号，IFFT块32使用IFFT将频域信号转换成时域信号。保护间隔插入块33插入保护间隔以防止多径环境中符号间的干扰(ISI)。同步信息插入块34插入用于接收机的时间同步获得和通道均衡的同步信息。脉冲成形滤波器块35对插入了同步信息的符号执行脉冲成形滤波。RF块36将经脉冲成形滤波的符号放大到高频，并通过天线将其发送。
如上所述，传统的数字广播系统的发送装置主要采用链接码系统，该链接码系统使用RS编码器21作为外编码器，使用卷积编码器23作为内编码器。相反，在接收机处，通过使用卷积解码器、解交织器和RS解码器，对利用链接码系统进行的纠错编码数据进行纠错处理。使用RS编码器21和卷积编码器23作为外编码器和内编码器的原因是：由于RS码是按块单位进行纠错的，因此对突发差错是强健的。
但是，当超出RS解码器(即接收机的外解码器)的纠正范围的差错出现时，即使使用链接码系统所采用的纠错编码，也不能纠正该差错。RS解码器的纠正范围与随RS编码附加的奇偶校验码的数量有关，并且超出该纠正范围不能进行纠错。例如，如果对数据进行编码以对作为RS编码结果的其中每一个具有8位的两个符号进行纠正。在这种情况中，丢弃相应的流数据。因此，数字广播系统的发送装置需要具有能够对超出RS解码器的纠正范围的差错进行纠正的纠错编码功能。
发明内容
本发明所做研究的目的在于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数字广播系统的发送装置及方法，包括能够纠正在出现超出接收机的解码器的纠错范围的差错时的差错的纠错编码功能。
本发明的目的是通过提供一种数字广播系统的发送装置而实现的。该发送装置包括：第一编码器，用于按块单位对输入数据进行编码以纠正与输入数据有关的差错，并输出该编码的数据；块交织器，用于对从第一编码器输出的数据执行交织；第二编码器，用于对从块交织器输出的数据进行编码以纠正差错，并输出该编码的数据；外交织器，用于对从第二编码器输出的数据执行交织；内编码器，用于对从外交织器输出的数据执行编码，并输出该编码的数据；内交织器，用于对内编码器输出的数据执行交织；以及调制单元，用于对从内交织器输出的数据进行数字调制，并发送该调制数据。
最好发送装置还包括加扰器，用于对输入传输流(TS)进行随机化，并将其提供给第一编码器。
第一和第二编码器是使用瑞德-所罗门码进行编码的瑞德-所罗门编码器。最好块交织器将按矩阵行输入的数据交织成按矩阵列形式的数据。
调制单元以正交频分复用(OFDM)方式对从内交织器输出的数据进行调制。调制单元包括：映射块，用于以映射方法对从内交织器输出的数据进行映射；快速傅立叶逆变换(IFFT)块，用于使用快速傅立叶逆变换对从映射块输出的频域信号转换成时域信号；保护间隔(GI)插入块，用于将保护间隔插入到从快速傅立叶逆变换块输出的信号；同步信息插入块，用于在插入了保护间隔的信号中插入用于在发送机和接收机之间同步和通道均衡的同步信息；脉冲成形滤波器块，用于对其中插入有同步信息的信号进行脉冲成形滤波；以及射频(RF)块，用于将脉冲成形滤波的信号转换成高频信号，并发送该转换的信号。
同时，本发明的一种数字广播系统的发送方法，包括步骤：(a)按块单位对输入数据进行编码以纠正与输入数据有关的差错，并输出该编码的数据；(b)对按块单位编码的数据执行交织；(c)对所交织的数据进行编码以纠正差错；(d)对从步骤(c)输出的编码数据执行交织；(e)对从步骤(d)输出的交织的数据再次执行编码；(f)对从步骤(e)输出的编码数据再次执行交织；以及(g)对从步骤(f)输出的交织数据进行数字化，并发送该数字化的数据。
最好发送方法还包括步骤：对输入传输流(TS)进行随机化，并将其提供给步骤(a)。
步骤(a)和(c)使用瑞德-所罗门码对数据进行编码。最好步骤(b)将输入数据的符号从矩阵的行交织成矩阵的列。
步骤(g)以正交频分复用方式对数据进行调制。步骤(g)包括以下步骤：(g1)以映射方法对从步骤(f)输出的数据进行映射；(g2)使用快速傅立叶逆变换将从步骤(g1)输出的频域信号转换成时域信号；(g3)将保护间隔插入到从步骤(g2)输出的信号；(g4)在插入了保护间隔的信号中插入用于在发送机和接收机之间同步和通道均衡的同步信息；(g5)对其中插入有同步信息的信号进行脉冲成形滤波；以及(g6)将脉冲成形滤波的信号转换成高频信号，并发送该转换的信号。
附图说明
通过参考附图对本发明的优选实施例进行描述，使本发明的上述目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1是一般数字广播系统的发送装置的方框图；
图2是根据本发明的数字广播系统的发送装置的方框图；
图3是图2的级联纠错码产生块的详细方框图；
图4是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；和
图5A和5B是由级联纠错码产生块所产生的数据格式的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图来更详细说明本发明。
图2是根据本发明的具有复合纠错编码功能的数字广播系统的发送装置的方框图。
参照图2，根据本发明的数字广播系统的发送装置包括加扰器100、前向纠错(FEC)单元200、以及调制单元300。FEC单元200包括级联纠错码产生块210、外交织器220、卷积编码器230和内交织器240。调制单元300包括映射块310、快速傅立叶逆变换(IFFT)块320、保护间隔插入块330、同步信息插入块340、脉冲成形滤波器块350和射频(RF)块360。
加扰器100根据预定模式对输入的传输流(TS)信号的数据进行随机化。即，通过将伪随机二进制序列扰乱插入到输入的TS中，以去除输入信号之间的相关性。这是为防止同步信号丢失问题的，同步信号丢失问题是由于在同步数据传输期间，诸如00000000b或11111111b的重复数字而造成的。在接收机处相反地执行该处理以恢复原始值。
FEC单元200对输入数据进行编码以纠正在数据发送中出现的差错。FEC单元200的级联纠错码产生块210对从加扰器100输入的数据执行编码以便纠正在数据发送中出现的差错。
外交织器220对级联纠错码产生块210输出的数据进行字节交织。
卷积编码器230对由外交织器220输出的数据执行卷积编码，该数据的经卷积编码的位由内交织器240再次进行交织并输出。
内交织器240可以由位交织器和符号交织器组成。位交织器对能够进行位交织的数据块进行交织。在OFDM情况中，符号交织器将OFDM符号的有效载波映射成预定位长的字。
对从FEC单元200输出的编码数据，调制单元300执行适合于数字广播系统中采用的发送方法的数字调制。在图2的例子中，调制单元30采用OFDM调制方法。在这种情况中，映射块310将根据它们各自模式编码的OFDM信号映射成诸如QPSK、16-QAM以及64-QAM的符号星座。IFFT块320使用IFFT将频域信号转换成时域信号。保护间隔插入块330将保护间隔(GI)插入到从IFFT块320输出的数据中。GI用于防止符号间干扰，并且是通过将预定数量的OFDM符号的尾部存在的样本数据复制到OFDM符号的前部而产生的，其中OFDM符号由N个样本数据组成。
同步信息插入块340插入用于接收机的时间同步和通道均衡的同步信息。脉冲成形滤波器块350对从同步信息插入块340输出的OFDM信号执行滤波。RF块360对将经滤波的OFDM符号进行数字至模拟转换，通过高频放大该信号将其转换成射频(RF)信号，并通过天线发送该信号。
图3是图2的级联纠错码产生块210的详细方框图。
参照图3，级联纠错码产生块210包括第一瑞德-所罗门(RS)编码器212、块交织器214和第二RS编码器216。
第一RS编码器212对输入数据进行RS编码以将预定的奇偶校验码分配给该数据。块交织器214对RS编码器212按块单元编码的数据执行交织以打散可能的突发差错。第二RS编码器216对从块交织器214输出的数据再次执行RS编码。
图4是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。
参照图4，加扰器100通过将伪随机二进制序列混入所输入的传输流(TS)执行加扰操作，由此将TS随机化并去除输入信号之间的相关性(S400)。传输流是用于诸如噪声通道的环境的多路复用方式，其中在噪声通道中极易出现发送差错或数据丢失。行多路复用的一个分组具有188字节的固定尺寸，其中一个字节是同步字节，而余下的187字节是信息数据。
FEC单元200的第一RS编码器212对加扰器100加扰的数据按块单位进行RS编码以纠错(S410)。
瑞德-所罗门(RS)码是与其它代码不同的非二进制的块代码，它不是由二进制数字0或1组成，而是由非二进制数0，1，…，2m-1组成。根据RS编码，由k个输入符号组成的一个块被编码成具有n个代码符号的块，其中n大于k。因此，添加了被称为瑞德-所罗门奇偶校验码的n-k个冗余符号。通过RS编码添加的奇偶校验码的数量取决于发送方法，例如，每188符号添加16或20个奇偶校验码。接收机通过使用附加的奇偶校验码确定所接收的数据的准确性。如果准确性确定结果说明检测到差错，接收机搜索差错的位置、校正失真的数据、并恢复原始信号。通常，数量至多为所添加的奇偶校验码一半的符号能够被恢复，并且不能恢复数量超过奇偶校验码数量一半的符号。
块交织器214按块方式对第一RS编码器212编码的数据执行块交织操作(S420)。在块交织器214的各种重组方法中，最基本的方法是以列单位输出矩阵的以行单位输入的位。交织器的基本功能是最大程度地打散突发差错。因此，编码的数据被交织器以特定的方式进行变换，结果，原始的位与相邻的位间隔几个位。
第二RS编码器216对从块交织器214输出的数据再次进行RS编码以纠错(S430)。
图5A和5B示出了由第一RS编码器212和第二RS编码器216处理的数据格式。图5A和5B中的字符Po表示由第一RS编码器212附加的奇偶校验码。如图5A所示，每47个符号附加8个奇偶校验码。具有附加的Po的编码数据被输入到块交织器214。当第一RS编码器212以行单位编码该数据时，块交织器214以列单位输出该数据。
块交织器214的交织数据被输入到第二RS编码器216，并将奇偶校验码Pi附加到该数据。如图5A所示，每188个符号附加20个奇偶校验码。如图5B所示，字符Pp表示与第一RS编码器212附加的Po有关的奇偶校验码。
外交织器220按字节单位对从第二RS编码器216输出的数据执行交织(S435)，由此，打散通道中出现的潜在的突发差错。
卷积编码器230对从外交织器220输出的数据执行卷积编码(S440)。卷积编码用于将各连续输入的k位的行编码成n个输出位，并且由输入位和二进制脉冲响应组成该编码。
内交织器240对由卷积编码器230编码的数据执行位交织(S450)，由此改善了由通道的多径所造成的性能恶化。
对于级联纠错编码产生单元200处理的数据，调制单元300执行适合于该数据发送方法的数字调制(S460)。
以上述方法纠错编码的数据被发送到接收机。与发送装置相对应，接收机使用包括两个RS解码器的级联纠错解码器。当超出第一RS解码器可纠正范围的差错出现时，接收机显示清除标记，来代替丢弃相应的流数据，并将该数据传递到第二RS解码器。第二RS解码器使用清除标记和添加的奇偶校验码纠正该差错。由于清除标记显示了差错位置，所以能够提供增加纠错范围为单独使用奇偶校验码进行纠错的能力的两倍的效果。因此，当出现超出RS解码器的纠错能力的差错时，通过交织显示清除标记的数据并由第二RS解码器进行纠错，能够改善纠错的性能。
在上述的纠错编码方法中，几个连续的子载波的衰减比其它子载波更显著，并由此降低了子载波的可靠性。因此，该纠错编码方法在纠正突发差错比纠正随机差错更有效。但是，本发明中使用的级联纠错编码方法不限于其调制方法，也可被数字广播系统的各种发送装置所采用，由此具有广泛的纠错范围。
如上所述，通过使用两个RS编码器并附加级联奇偶校验码，所实现的纠错编码处理比使用一个RS编码器覆盖了更广泛的纠错范围。
上述实施例和优点仅是示范性说明，并不是用于限制本发明。本说明书的原理可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。对于本领域普通技术人员来说，许多改变、修改和变型都是显而易见的。在权利要求书中，装置加方法的说明试图覆盖这里所描述的结构，以及执行所述功能的结构上的等价以及等价结构。

Claims (6)

1.一种数字广播系统的发送装置，包括：
第一编码器，用于按块单位对输入数据进行编码以纠正与输入数据有关的差错，并输出该编码的数据；
块交织器，用于对从第一编码器输出的数据执行交织；
第二编码器，用于对从块交织器输出的数据进行编码以纠正差错，并输出该编码的数据；
外交织器，用于对从第二编码器输出的数据执行交织；
内编码器，用于对从外交织器输出的数据执行编码，并输出该编码的数据；
内交织器，用于对内编码器输出的数据执行交织；以及
调制单元，用于对从内交织器输出的数据进行数字调制，并发送该调制数据。
2.如权利要求1所述的发送装置，还包括加扰器，用于对输入传输流(TS)进行随机化，并将其提供给第一编码器。
3.如权利要求1所述的发送装置，其中第一和第二编码器是使用瑞德-所罗门码进行编码的瑞德-所罗门编码器。
4.如权利要求1所述的发送装置，其中块交织器将按矩阵行输入的数据交织成按矩阵列形式的数据。
5.如权利要求1所述的发送装置，其中所述调制单元以正交频分复用(OFDM)方式对从内交织器输出的数据进行调制。
6.如权利要求5所述的发送装置，其中所述调制单元包括：
映射块，用于以映射方法对从内交织器输出的数据进行映射；
快速傅立叶逆变换(IFFT)块，用于使用快速傅立叶逆变换对从映射块输出的频域信号转换成时域信号；
保护间隔(GI)插入块，用于将保护间隔插入到从快速傅立叶逆变换块输出的信号；
同步信息插入块，用于在插入了保护间隔的信号中插入用于在发送机和接收机之间同步和通道均衡的同步信息；
脉冲成形滤波器块，用于对其中插入有同步信息的信号进行脉冲成形滤波；以及
射频(RF)块，用于将脉冲成形滤波的信号转换成高频信号，并发送该转换的信号。
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