CN1953440A - 能适应动态环境变动的单载波传输系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种单载波传输系统及其方法。所述单载波传输系统包括：扰码单元，对要传输的TS(传输流)扰码；FEC单元，对扰码后的TS进行前向纠错以形成编码TS；区域确定单元，将编码的数据流确定为多个区域，并输出控制信号；多路复用器，接收编码的TS、帧同步、尾码元、PN序列和控制信号，通过根据控制信号向TS的多个确定的区域插入帧同步、尾码元、预定数目的PN序列以执行多路复用；调制单元，对多路复用的TS调制；和射频转换器，用于对调制后的TS执行射频转换，其中，区域确定单元根据调制单元的调制模式执行所述确定。结果，单载波传输系统能够适应在信道中发生很多变动的动态环境。

Description

能适应动态环境变动的单载波传输系统及其方法

本申请是申请日为2003年9月30日、申请号为03135962.0、题为“能适应动态环境变动的单载波传输系统及其方法”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明一般涉及单载波传输系统及其方法，尤其涉及能够改善被传输的信号的可靠性的单载波传输系统及其方法。

背景技术

在通信多媒体、计算机和广播时代，世界各国都一直在数字化模拟类型的广播。特别是在发达国家如美国、欧洲和日本，使用卫星的数字广播系统已经被开发并且投入实用。随着快速的发展，在各国分别提议了不同的用于数字广播的标准。

在1996年12月24日，美国的联邦通信委员会(FCC)通过了把高级电视系统委员会的数字电视标准作为下一代TV的广播标准。所有的地面广播操作者必须遵守和视频/音频压缩、分组数据传输结构、调制和传输系统规范有关的ATSC标准。只有视频格式的规范没有被宣布(stated)，而是由工业界决定。

根据ATSC标准，所述视频压缩方案采用运动图像专家组-2(MPEG-2)的ISO/IEC IS13812-2标准。该标准已经被采用为全球所有数字广播类型的标准。音频压缩方案采用由Dolby提议的数字音频压缩-3(AC-3)标准。MPEG-2系统的ISO/IEC IS13812标准已经被采用为一种多路复用方法。这种多路复用方法和视频压缩方案一起被用作欧洲的提案中。8-残余边带(8-VSB)被采用为调制和传输的方法。所述VSB方法被提议用于数字电视广播，使用6MHz的频带以通过一个简单结构获取19.39Mbps的高频带效率数据传输率。这也被设计用来最小化与国家电视标准委员会(NTSC)的现存广播系统的广播信道之间的干扰。为了即使在噪声环境下也能稳定操作，这种方法使用了导频信号、段同步信号、和字段同步信号。进一步，为了避免错误，该方法使用了里德-所罗门(RS)码和网格(Trellis)编码。

ATSC数字电视标准是用于使用单载波VSB方法以6MHz频带传输高质量视频、音频和附加数据，并且支持同时地面广播模式和高数据率有线广播模式。本方法的主要方面在于8-VSB调制方法，该方法是现存模拟VSB方法的一种修改形式，能够执行数字信号调制。

图1是示出根据ATSC标准的数字广播系统的示意性方框图。参照图1，所述数字广播系统包括扰码器10、前向纠错(FEC)单元20、多路复用器(MUX)30、导频插入单元40、调制单元50和射频(RF)转换器60。所述FEC单元20包括里德-所罗门(RS)编码器21、交织器23和网格编码器25。

扰码器10被称为数据随机器，它对传输的数据信号进行随机化操作，借此防止由于在同步数据传输期间由于重复数字诸如00000000b或11111111b引起的同步信号丢失的问题。扰码器10用预定的模式改变每个数据信号的字节，并且这个处理是反向进行的以便精确的值在接收端被恢复。

RS编码器21是添加给输入数据流的FEC结构。FEC是修正在数据传输期间发生的比特错误的技术之一。大气中的噪声、多路频率、信号衰减和接收机的非线性是误码的原因。当传输的数据是在MPEG-II传输流中时RS编码器21在187字节的尾部添加20字节。这种添加的20字节被称为里德-所罗门奇偶字节。接收机比较接收的187字节和该20奇偶字节，借此确定接收的数据的准确性。在检测到错误的情况下，接收机找到错误的位置，并且通过修正变形的字节来恢复原始信号。通过使用这种方法每个流可以恢复多到10个字节的错误。然而，超过10个字节的错误不可恢复，因而，整个流被丢弃。

交织器23对数据流的顺序进行交织，借此在时间轴上分散传输的数据。通过这样做，传输的数据变得不怕(不敏感)干扰。通过分散传输的数据，当噪声出现在特定的位置时保留了在其它频带的信号。接收机逆转上述的处理，借此把分散的传输信号恢复成和原始信号完全一样。

和RS编码器21不同，网格编码器25具有一个不同类型的FEC结构。并且，和构成整个MPEG-II流的RS编码器21不同，网格编码器25考虑到时间的影响进行编码。这被称作是卷积码。网格编码器25把8比特的字节分成4个2比特字。所述2比特字被和前一个字比较，并且生成一个3比特的二进制码，目的在于描述从前一个字到当前字的改变。该3比特码被传输到所述8-VSB的8电平码元而不是原始的2比特字(3比特＝8电平)。因此，输入到网格编码器25的2比特字被转换并作为3比特信号输出。因为这个特征，8-VSB有时被称为2/3速率编码器。网格编码的优势在于信号可以被以时间单位跟踪，从而清除了错误信息。

在网格编码器25的网格编码后，多路复用器30在传输信号中插入段同步和字段同步。导频插入单元40把ATSC导频插入到被插入了段同步和字段同步的传输信号。这里，在刚完成调制后，立刻向8-VSB基带信号施加一个有轻微直流偏差的1.25v。当这发生时，在调制频谱的零频率点出现一个轻微的残余载波。这种生成的残余载波被称为“ATSC导频”。

调制单元50通过使用8-VSB调制对从导频插入单元40接收的信号调制。射频转换器60转换调制的信号，并且通过天线输出转换的信号。

ATSC数据段由原始MPEG-II数据流的187个字节和20个字节构成。在网格编码后，段的207个字节被变成828(207×4)个8电平码元流。

段同步信号是4个1字节的脉冲，所述脉冲被重复地添加到数据段的开头和用于替换原始MPEG-II传输流的同步字节。接收机能够从完全随机的数据中区分重复模式的段同步信号，并且还能在即使噪声和干扰处于不允许数据自我恢复的水平时还能精确地恢复时钟。在图2中示出了段同步信号(即，段同步)被分配给其的传输信号的段。如示出的，传输信号的段包括4个码元的段同步信号、分别为63个码元的3个伪噪声(PN)序列、24个码元的传输模式、96个保留码元和12个预码码元。PN序列是用于接收机的同步和信道估计的同步信息序列。PN序列由PN序列产生单元(未示出)所产生，并且被多路复用器30插入到传输信号中。

图3是示出ATSC数据的帧结构的视图。参照图3，ATSC数据的字段包括313个连续的数据段，并且ATSC字段同步(即字段sync)成为字段数据段。ATSC数据帧由2个ATSC数据字段构成。

以时间间隔24.2ms重复ATSC数据字段，这和NTSC的16.7ms垂直间隔类似。段同步具有众所周知的数据码元模式，并且被用在接收机中以清除重影。更具体地说，清除重影是通过把包含错误的信号和字段同步比较，并使用得出的错误矢量调整重影清除均衡器的特性而实现的。

图4是示意性地示出在像美国ATSC标准那样采用QAM和QPSK调制的单载波传输系统中的传输信号的帧结构的视图。在此系统中，对移动模式和固定模式使用不同的调制方法，对移动模式使用QPSK调制和对固定模式使用16QAM。对于在固定模式的大量的数据，该系统标准实施64QAM或256QAM。

参照图4，传输信号的帧，按顺序包括：帧同步、净荷1、训练码元、净荷2和尾码元。帧同步包括3个伪噪声(PN)序列的系列，其中每个伪噪声序列由511个码元构成，并且在PN序列后是控制比特并且在控制比特后是剩余的比特。所述3个PN序列的系列被称为训练码元。这里，在通过用于数据传输的通信线被传输的比特中，控制比特是用于控制的比特，例如奇偶比特、起始比特或结束比特。

剩余的比特是用于时间轴变动、比特率压缩和纠错的区域。净荷是用于和上层相关的信息的区域，并且可以被用于通信业务。尾码元用于要传输的附加信息(即，识别信息)，并且被称为‘尾’码元区域，因为其被添加在帧的最后节点。

如图4所示，传输信号的帧具有一个在帧同步中被插入3个PN序列的系列的结构，并且在那里插入净荷1。换句话说，训练码元在一帧中被插入两次。这种帧结构妨碍系统跟上在动态环境中的信道的变动，其中的变动发生的甚至比第一和第二训练码元的时间间隔还快。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种能够适应在动态环境中的变动的单载波传输系统及其方法。

为了实现上面的目标，提供了一种单载波传输系统。该单载波传输系统包括：扰码单元，用于对要传输的TS(传输流)扰码；FEC单元，用于对来自扰码单元的扰码后的TS进行前向纠错以形成编码TS；区域确定单元，用于将来自所述FEC单元的编码的数据流确定为多个区域，并输出一个控制信号；多路复用器，用于接收所述编码的TS、帧同步、尾码元、PN序列和所述控制信号，通过根据所述控制信号向所述TS的多个确定的区域插入所述帧同步、所述尾码元、预定数目的PN序列以执行多路复用；调制单元，用于对多路复用的TS调制；和射频转换器，用于对来自所述调制单元的调制后的TS执行射频转换，其中，所述区域确定单元根据所述调制单元的调制模式执行所述确定。

根据本发明的另一个方面，提供了一种单载波传输方法。所述单载波传输方法包括下面的步骤：对要传输的TS(传输流)扰码；对在扰码步骤中被扰码后的TS进行前向纠错以形成编码的TS；将来自所述FEC单元的编码的数据流确定为多个区域，并输出一个控制信号；接收所述编码的TS、帧同步、尾码元、PN序列和所述控制信号，通过根据所述控制信号向所述TS的多个确定的区域插入所述帧同步、所述尾码元、预定数目的PN序列以执行多路复用；对多路复用的TS调制；和对调制后的TS执行射频转换，其中，所述区域确定步骤根据所述调制单元的调制模式执行所述确定。

附图说明

本发明的上述目标和特征通过参照附图对本发明的实施例的说明将会更为清楚，其中：

图1是示意性示出根据ATSC标准的数字广播传输系统的方框图；

图2是示出在图1中的传输信号的段的视图；

图3是示出图1中传输信号的帧结构的视图；

图4是示意性示出在使用QAM和QPSK调制的单载波传输系统中传输信号的帧结构的视图；

图5是示意性示出根据本发明的数字广播传输系统的方框图；

图6是示出图5所示的数字广播传输系统的数字广播传输方法的流程图；

图7是示出图5所示的数字广播传输系统的传输信号的帧结构的视图。

具体实施方式

在此下面，结合附图详细说明本发明的优选实施例。

图5是示意性示出根据本发明的数字广播传输系统的方框图。参照图5，所述数字广播传输系统包括扰码器100、前向纠错(FEC)单元110、多路复用器(MUX)120、区域确定单元130、调制单元140和射频(RF)转换器150。所述FEC单元110包括里德-所罗门(RS)编码器111、块交织器113和网格编码器115。所述区域确定单元130具有一个计数器131。

图6是示出图5所示的数字广播传输系统的数字广播传输方法的流程图。在此下方，参照附图将对根据本发明的单载波传输系统的操作进行详细说明。

在同步数据传输期间，在步骤S610，扰码器100为了防止在同步数据传输期间由于重复诸如00000000b或11111111b引起的诸如同步信号丢失的问题，对传输的数据信号进行随机操作。扰码器100根据预定的模式改变数据信号的字节值，其在接收机被反向处理以恢复精确的原始数据。

在步骤S620，FEC单元110修正从扰码器100输出的有关输入数据流的比特错误。由于RS编码器111、交织器113和网格编码器115被以ATSC标准的数字广播系统中的同样的方式构造和操作，在这里将省略进一步的说明。

同时，在步骤S630，区域确定单元130确定来自所述FEC单元110的编码数据流为多个区域，输出一个控制信号。更具体地说，区域确定单元130搜索由FEC单元110修正的数据流。因此，区域确定单元130的计数器131计数修正的数据流的码元数目。

区域确定单元130基于由计数器131计数的结果值从数据流(DS)中确定多个区域。区域确定单元130中存储了分别用于数据流的确定的区域的预设值，并且所述预设值根据调制单元140的调制模式被预定。因此，区域确定单元130比较由计数器131计数的值和所述预设值，并且相应地确定在当计数的值达到预设值时数据流的每个区域。在QAM的情况下，区域确定单元130最好被构造成从数据流确定4个区域。由于经常发送PN序列会使数据流恶化，区域确定单元130需要考虑根据在动态环境中的信道改变和数据流的变动被构造以确定适当的区域的数目。当然，数据流被确定的区域的数目是可变的。

随后在步骤S640，MUX 120接收编码的TS、帧同步，尾码元、PN序列和控制信号，通过根据所述控制信号向所述TS的确定的多个区域插入所述帧同步、所述尾码元、预定数目的PN序列以执行多路复用。

伪噪声(PN)序列产生单元(未示出)产生PN序列，即，它产生用于在传输机和接收机间同步的同步信息，并且随后把产生的PN序列传输给MUX 120。这里，所述“传输机”指的是配备有数字广播传输系统使用单载波方式传输数字广播的接收端，而“接收机”指的是用单载波方式接收传输的数字广播的接收端。

在网格编码器115执行的网格编码后，MUX 120在编码的TS的开头部分插入帧同步。进一步，MUX 120向由区域确定单元130确定的区域插入PN序列。在MUX 120在数据流中插入帧同步的情况下，PN序列、控制比特和剩余的比特被合并并被插入到编码的TS的头部分中。在上述的说明中，整个数据流，其是原始输入，被称作传输信号，而数据流的区域被称为确定的区域。

在步骤S650，调制单元140根据诸如QAM模式对来自MUX 120的多路复用的TS调制，并且最终在步骤S660，射频转换器160对调制的TS进行射频转换，并且通过天线发送转换后的信号。

图7是示出图5所示的数字广播传输系统的传输信号的帧结构的视图。图7示出了在QAM情况下的帧结构。如图7所示，在QAM的情况下，所述信号的帧包括，按顺序：帧同步，多个在相邻的两个净荷中具有2个PN序列的净荷和训练码元。在图7中的净荷数目是4，然而，该数目是基于情况可变的。根据QAM，MUX 120可以被构造成在两个相邻的确定的区域中插入一个具有255个码元的PN序列和另一个具有256个码元的PN序列。这是由于QAM系统以511个码元为单位插入PN序列。或者，MUX 120可以被构造成在两个相邻的确定的区域中插入两个其中每个具有255个码元的PN序列。在这种情况下，帧的净荷被增加到比根据QAM的帧的净荷大3个码元。

最好区域确定单元130用这样一种方式来确定数据流的区域，在此种方式下，511个码元的PN序列被插入到数据流中超过三次。

因此，该单载波传输系统可以适用于信道中发生经常变动的动态环境。

虽然描述了本发明的优选实施例，本领域的技术人员应当理解本发明不局限于所述的优选实施例，但是如权利要求所限定在本发明的精神和范围之内可以进行各种变化和改动。

Claims (8)

1、一种传输方法，包括下述步骤：

对将传输的数据扰码；

对在扰码步骤中被扰码后的数据进行前向纠错以形成编码的数据；

接收所述编码的数据和PN序列；和

将所述编码的数据和所述PN序列多路复用以连续排列每一所述PN序列和所述编码的数据的每一编码的数据块，其中，每一所述PN序列在所述编码的数据块的每一个的前面。

2、如权利要求1所述的传输方法，还包括下述步骤：

将来自所述前向纠错步骤的编码的数据确定为多个区域，并输出一个控制信号，

其中，所述区域确定步骤根据在所述调制步骤中使用的调制模式执行所述确定。

3、如权利要求1所述的传输方法，其中，所述PN序列包括多个具有不同长度的PN序列。

4、如权利要求2所述的传输方法，其中，所述调制模式是QAM。

5、如权利要求3所述的传输方法，其中，所述信号的帧由多个在相邻的两个净荷之间具有两个PN序列的净荷构成。

6、如权利要求5所述的传输方法，其中，在所述净荷间的两个PN序列分别由255个码元和256个码元构成。

7、如权利要求5所述的传输方法，其中，净荷的数目是4。

8、如权利要求2-6的任一项所述的传输方法，其中，所述区域确定步骤包括一个用于计数在所述前向纠错步骤编码的数据，以便和预设值相比较，并且当计数值达到预设值时确定每个区域的计数步骤。

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