发射机和接收机以及发射和接收方法与流程

本公开涉及使用正交频分复用(ofdm)符号发送和接收有效载荷数据的发射机、接收机、以及方法。

背景技术：

使用正交频分复用(ofdm)来传送数据的无线电通信系统有许多示例。已经被设置成根据例如数字视频广播(dvb)标准进行操作的电视系统使用ofdm来进行地面和电缆传输。ofdm通常可被描述为提供并行调制的k个窄带子载波(其中，k是整数)，每个子载波传送经调制的数据符号，例如，正交调幅(qam)符号或正交相移键控(qpsk)符号。子载波的调制在频域中形成，并被转换成时域以传输。由于数据符号是在子载波上并行传送的，所以相同的调制符号可以在每个子载波上传送一段延长的时间。子载波被同时并行地被调制，使得经调制的载波组合在一起形成ofdm符号。因此ofdm符号包括多个子载波，其中的每个子载波已经用不同的调制符号同时调制。在传输期间，由ofdm符号的循环前缀填充的保护间隔在每个ofdm符号之前。当存在保护间隔时，其大小被设计成吸收可能由多径传播引起的发射信号的任何回声。

已经在题为atsc3.0workingdraftsystemdiscoveryandsignaling[1]的出版物中被称为高级电视系统委员会(atsc)3.0的电视系统建议了在携带广播数字电视节目的发送的电视信号中包括前导码。前导码包括所谓的“自举程序(bootstrap)”信号，旨在为接收机提供一部分发射信号，它具有较大的检测可能性，因此可以用作初始检测的信号。这是因为除了仅仅广播电视之外，广播机构还期望在广播信号内提供多种服务。这种服务可以在单个rf信道内一起时分复用。因此需要提供一个易于检测的信号段(自举信号)，该信号段作为前导码的一部分被发送到多路复用帧，以便接收机可以发现和识别哪些信号和服务是可用的。

已经提出[1]，以使自举信号具有固定的配置，包括所有接收机装置已知的采样速率、信号带宽、子载波间隔、时域结构等，并且携带信息，以使得能够处理并且解码与检测到的自举程序相关联的无线服务。这种新的功能确保广播频谱可以被适配为携带新的服务和/或波形，在其前面是由自举程序出于公共利益提供的通用入口点，以便将来继续服务。

自举程序被设计成一个非常强大的信号，甚至在非常低的信噪比水平下也可以检测到。作为这种强大编码的结果，自举程序内的单独信令比特就其占据的用于传输的物理资源而言相对昂贵。因此，自举程序通常旨在仅将系统发现并且初始解码随后的信号所需的最小量的信息进行信令传输。然而，为了检测作为ofdm符号发送的有效载荷数据，需要传送层1(l1)信令数据，层1信令数据指示用于携带作为ofdm符号的有效载荷数据的通信参数。

技术实现要素：

在所附权利要求中提供了本公开的各种其他方面和实施例，包括发射机，用于从接收信号中检测有效载荷数据的接收机以及发送和接收方法。根据本技术，提供了一种用于使用正交频分复用(ofdm)符号发送有效载荷数据的发射机，所述发射机包括帧构造器、调制器和发射电路。所述帧构造器被配置为接收要发送的有效载荷数据，并且接收用于在接收机处检测和恢复有效载荷数据的层1(l1)信令数据，并且将具有信令数据的有效载荷数据形成为多个用于传输的时分帧，每个时分帧包括自举信号、前导信号和多个子帧。所述调制器被配置为利用信令数据来调制前导码的一个或多个ofdm符号，并利用有效载荷数据来调制多个ofdm符号以在每个子帧中传输。所述发射电路在多个子帧中发送携带前导码的信令数据和有效载荷数据的ofdm符号。所述前导信号形成每个帧的起始，并且包括携带l1信令数据的一个或多个ofdm符号，所述一个或多个ofdm符号中的第一个ofdm符号携带预定大小的l1信令数据的固定长度部分，所述固定长度l1信令数据指示用于检测前导信号的剩余的一个或多个ofdm符号中携带的l1信令数据的可变长度部分的通信参数，并且所述自举信号包括一个或多个ofdm符号，其携带指示用于检测由前导信号的一个或多个ofdm符号中的第一个ofdm符号携带的固定长度l1信令数据的通信参数。本技术的实施例通过形成信号的逐渐更稳健的通信来提供从表示作为ofdm符号的有效载荷数据的发送信号中检测和恢复有效载荷数据的改进，所述信号包括用于携带可变长度的信令数据、固定长度的数据的前导码以及自举信号，所述自举信号携带前导码的固定长度信令数据的指示。自举信号可以被设置为最稳健地传送，接着是前导码的第一个ofdm符号的固定长度l1信令数据，然后是可变长度l1信令数据。由于这种接收机最有可能检测到自举信号，所以前导码的第一个ofdm符号的后面是前导信号的剩余ofdm符号。

在所附权利要求中定义了本公开的各个进一步方面和特征，包括发送有效载荷数据的方法、以及检测和恢复有效载荷数据的接收机和方法。

附图说明

现在将仅通过示例参照附图来描述本公开的实施例，在附图中相同的部分具有对应的附图标记，并且其中，

图1提供了示出广播传输网络的设置的示意图；

图2提供了示出用于经由图1的传输网络传输广播数据的示例性传输链的示意性框图；

图3提供了包括保护间隔的时域中的ofdm符号的示意图；

图4提供了使用ofdm来接收由图1的广播传输网络广播的数据的典型接收机的示意性框图；

图5提供了示出包括子帧结构的诸如atsc3.0等电视传输系统的成帧结构的示意性框图；

图6提供了图5中所示的电视信号的一个帧的更详细的表示；

图7是形成图6中所示的前导符号的一部分的多个ofdm符号的示意图；以及

图8a是示出离散导频子载波的多个ofdm符号的示意表示，以及图8b是在同一ofdm符号中携带所有离散导频子载波的前导码的ofdm符号的示意表示。

具体实施方式

本公开的实施例可以被设置为形成传输网络，用于传输表示数据(包括视频数据和音频数据)的信号，使得传输网络例如可以形成用于向电视接收装置传输电视信号的广播网络。在一些示例中，用于接收电视信号的音频/视频的装置可以是在移动中接收电视信号的移动装置。在其他示例中，音频/视频数据可以由传统的电视接收机接收，该电视接收机可以是固定的并且可以连接到一个或多个固定的天线。

电视接收机可以包括或不包括用于电视图像的集成显示器，并且可以是包括多个调谐器和解调器的记录器装置。天线可以内置于电视接收机装置。连接的或内置的天线可用于促进不同信号以及电视信号的接收。因此，本公开的实施例被配置为便于将表示电视节目的音频/视频数据接收到不同环境中的不同类型的装置。

可以理解的是，在移动中用移动装置接收电视信号可能更困难，因为无线电接收条件将与其输入来自固定天线的传统电视接收机的接收条件明显不同。

在图1中示出了电视广播系统的示例说明。在图1中，广播电视基站1被示出为连接到广播发射机2。广播发射机2从广播网络提供的覆盖区域内的基站1发射信号。图1所示的电视广播网络可以用作所谓的多频网络工作，其中，每个电视广播基站1在不同于其他相邻电视广播基站1的频率上发送其信号。图1所示的电视广播网络可以也作为所谓的单频网络工作，其中，每个电视广播基站1同时发送传送音频/视频数据的无线电信号，使得其可以在广播网络提供的覆盖区域内被电视接收机4以及移动装置6接收。对于图1所示的示例，由广播基站1发送的信号使用正交频分复用(ofdm)来发送，广播基站1可以提供用于发送来自每个广播站2的相同信号的设置，这些信号可以由电视接收机组合，即使这些信号是从不同的基站1发送的。如果广播基站1的间隔使得由不同的广播基站1发送的信号之间的传播时间小于或基本上不超过在每个ofdm符号的传输之前的保护间隔，则接收机装置4、6可以接收ofdm符号并且以组合从不同的广播基站1发送的信号的方式从ofdm符号恢复数据。用于以这种方式采用ofdm的广播网络的标准的示例包括dvb-t、dvb-t2和isdb-t。

图2示出了构成用于发送来自音频/视频源的数据的电视广播基站1的一部分的发射机的示例框图。在图2中，音频/视频源20生成表示电视节目的音频/视频数据。音频/视频数据由编码/交织器块22使用前向纠错编码来编码，该编码/交织器块22生成前向纠错编码数据，然后将该前向纠错编码数据馈送到调制单元24，调制单元24将编码数据映射到用于调制ofdm符号的调制符号。如单独的较低的分支所描述的，由物理层信令单元30生成信令数据，该信令数据提供用于指示例如音频/视频数据的编码和调制的格式的物理层信令，并且在由编码单元32编码之后，物理层信令数据然后如音频/视频数据那样由调制单元24调制。

帧构造器26被设置为将要与物理层信令数据一起发送的数据形成为用于传输的帧。该帧包括时分部分和一个或多个数据发送部分，时分部分具有发送物理层信令的前导码，数据发送部分发送由音频/视频源20产生的音频/视频数据。交织器34可交织在被ofdm符号构造器36和ofdm调制器38调制之前形成为用于传输的符号的数据。ofdm符号构造器36接收由导频和嵌入数据生成器40生成的并将其馈送到ofdm符号构造器36用于传输的导频信号。ofdm调制器38的输出被传送到插入保护间隔的保护插入单元42，并且所得到的信号在被天线48发送之前被馈送到数模转换器44，然后馈送到rf前端46。

如同传统设置(其可以包括ofdm调制器38的一部分)一样，ofdm被设置成在频域中生成符号，其中，将要发送的数据符号映射到子载波上，然后使用反傅里叶变换将子载波转换成时域。因此，要发送的数据在频域中形成并在时域中发送。如图3所示，每个时域符号是用持续时间tu秒的有用部分和持续时间tg秒的保护间隔来生成的。保护间隔是通过在时域内复制具有持续时间tg的符号的有用部分的一部分而产生的，其中，复制的部分可以来自符号的结尾部分。通过将时域符号的有用部分与保护间隔相关联，接收机可以被设置为检测ofdm符号的有用部分的起始，其可以用于触发快速傅立叶变换，以将时域符号样本转换为可以从中恢复发送数据的频域。在图4中示出这种接收机。

在图4中，接收机天线50被设置成检测rf信号，该rf信号经由调谐器52传递并且在由保护间隔移除单元56移除保护间隔之前使用模数转换器54将其转换为数字信号。在检测到用于执行快速傅立叶变换(fft)以将时域样本转换到频域的最佳位置之后，fft单元58转换时域样本，以形成馈送到信道估计和校正单元60的频域样本。信道估计和校正单元60例如通过使用已被嵌入到ofdm符号中的导频子载波来估计用于均衡的传输信道。在排除导频子载波之后，所有载有数据的子载波被馈送到解交织子载波符号的解交织器64。解映射器单元62然后从ofdm符号的子载波中提取数据比特。数据比特被馈送到比特解交织器66，比特解交织器66执行解交织，使得纠错解码器可以根据传统操作来纠正错误。

具有前导码的成帧结构

图5示出了用于在可以在参照图1至图4描述的系统中发送和接收的在一个或多个物理层管道中承载有效载荷数据的成帧结构的示意图。图5在第一部分中示出了被分配用于传输有效载荷数据的频带被分成多个时间帧100、102、106、108、110、112。然后，每个帧被分成多个子帧120、122、124。另外，如图5所示，每个帧以自举信号(bootstrapsignal)130开始，后面跟着前导信号132。如下面将要解释的，自举信号可以包括一个或多个ofdm符号，并且前导也可以包括一个或多个ofdm符号。每个帧包括多个不同的物理层子帧120、122、124，例如一些子帧针对移动接收，而另一些针对固定的屋顶天线接收。

因此，图5所示的成帧结构由子帧表征，每个子帧可以包括使用不同参数调制和编码的有效载荷数据。这可以包括例如使用不同ofdm符号类型(每个符号具有不同数量的子载波)，其可以使用不同的调制机制进行调制，因为可以为不同类型的接收机提供不同的子帧。在一个示例中，提出了一种可以具有长达5秒的持续时间的用于atsc系统的帧。该帧可以包括：

1、由很多短ofdm符号组成的自举程序，其以非常可靠的方式携带基本的系统访问信令。自举信号中信令的一个参数是前导码的波形结构。

2、由一个或多个ofdm符号组成的前导码，其携带物理层(层1)信令，该物理层信令包括帧的所有子帧的帧结构参数和有效载荷接入参数。

3、该帧由一个或多个信令传输的的子帧组成，所述子帧携带包括划分成plp的服务的有效载荷。每个子帧由具有特定fft大小的多个信令传输的ofdm符号组成。然而，fft大小在子帧之间可能有所不同。

自举信号

如[1]中所述，自举信号提供了一种进入atsc方式形式(atscwayform)的通用入口点。假设自举信号具有固定的配置，其中，采样率、信号带宽、子载波间隔和时域结构在信号内是固定的，因此在接收机处将被先验知道。自举信号可以包括例如以位于每个帧的起始处的同步符号开始的四个或更多个ofdm符号，以在接收机处实现服务发现、粗略时间同步、频率偏移估计和初始信道估计。剩余的其他自举ofdm符号包含足够的控制信令，以提供通信参数，以允许针对帧的剩余部分解码接收到的信号。因此，自举信号携带信令信息，以使接收机能够发现在前导信号中已传送的l1信令数据的参数，然后可以使用该参数来检测通信参数(利用该通信参数配置数据承载帧)，使得接收机可以检测并恢复有效载荷数据。可以在[1]中找到自举信号的示例形式的更多细节，其内容通过引用结合于此。

前导码结构

由于前导码在帧中仅出现一次，因此在具有不同fft大小的子帧的帧中，第一个子帧应该使用帧中出现的最小fft大小。这是因为如果最低的fft子帧用于移动服务，则移动接收机必须能够在移动条件下对前导码进行解码。

前导码可以由与用于帧的第一个子帧的有效载荷符号的fft大小相同的fft大小的一个或多个ofdm符号组成。可以根据信令的长度及其调制和编码参数来计算给定帧的前导码中的ofdm符号的数量。下面将介绍如何做到这一点。用于所有前导符号的保护间隔持续时间应当相同，并且必须大于或等于第一个子帧的有效载荷符号的保护间隔。实际上，共享单个rf信道的所有前导码、子帧起始或结束和有效负载符号的所有保护间隔持续时间预计将与广播器基于发射机在网络(在该网络中广该播rf信道)中间隔多远而选择的持续时间基本上相同。为了减少前导符号中携带的信令对于深衰落的敏感性，在所有前导ofdm符号上交织通过调制所携带的信令信息而产生的qam单元。

如下决定用于前导码的ofdm符号的数量np：

np＝ceil(nl1/nd)

其中，nl1是用于l1信令的qam单元的数量，nd是每个前导ofdm符号的数据载波的数量。后续部分显示如何计算nl1。在一个实施例中，只有第一个前导符号具有用于其fft大小的有用子载波的最小数量，并且存在用于其他前导符号的子载波的有用数量的信令。然而，在另一实施例中，所有的前导符号仅调制可用于其fft大小的有用子载波的最小数量。

如果信令没有填充前导符号的全部可用数据容量，则可以在前导码的剩余小区中携带来自第一个子帧的有效载荷单元。

子帧结构：概述

如图6所示，根据本技术，发射机被配置为根据多个子帧在每个帧中发送有效载荷数据。子帧本身可以由起始符号和结束符号分开。在一个示例中，针对一个前导符号(其中，在同一个ofdm符号中包括预定模式的所有离散的导频相位)，设置子帧起始符号和子帧结束符号，其可以包括具有离散的导频载波间隔的ofdm符号。此外，起始和结束成帧符号中的每一个包括不用qam单元加载或调制但被设置为零的能量均衡单元。这是为了提供平均功率的均衡，因为前导码和子帧起始符号和结束符号比子帧的有效载荷符号具有更多的导频。由于每个承载子载波的导频具有提高的功率，因此将子帧起始和结束符号中的一些子载波设置为零将产生在ofdm符号内发送的能量的平衡，使得这些能量具有与子帧的有效载荷符号相同的平均功率。当fft大小或导频模式在前一个和后一个子帧之间改变时，可以包括子帧起始和结束符号。最后一个前导符号充当第一个子帧的子帧起始符号。

如图6中的子帧结构所示，该帧在前的是自举信号，紧随的是前导信号。根据本技术，前导信号形成于每个帧的起始，并且包括携带层1信令数据的一个或多个ofdm符号，该层1信令数据用于从随后的子帧中检测并恢复有效载荷数据。携带预定大小的固定长度l1信令数据的一个或多个ofdm符号中的第一个ofdm符号指示用于检测在前导码的一个或多个ofdm符号的剩余ofdm符号中携带的剩余l1信令数据的通信参数。自举信号130包括携带指示通信参数的一个或多个ofdm符号，这些通信参数用于检测由前导信号的ofdm符号的第一个ofdm符号所携带的固定长度l1信令数据。

在一个示例中，前导码的ofdm符号的数量可以是可变的，该数量由前导码的一个或多个ofdm符号中的第一个ofdm符号的固定长度l1信令数据指示，或者根据l1信令的长度数据计算。在固定长度l1信令中信令传输这个长度。

在一个示例中，固定长度l1信令数据部分可以携带在第一个ofdm符号的第一部分中，并且可以预先确定第一个ofdm符号的已使用子载波的数量，而前导码的第一个ofdm符号的fft大小由自举信号指示。在一个示例中，除了前导码的第一个ofdm符号之外的前导码的ofdm符号的已使用子载波的数量可以是可变的，在前导码的第一个ofdm符号的固定长度l1信令数据中指示子载波的数量。

根据本技术，每个子帧可以在具有不同数量的子载波、并且因此由不同的fft大小生成的ofdm符号中携带有效载荷数据。例如，一个子帧可以具有8k个子载波，其中，另一子帧可以使用具有32k个子载波的ofdm符号。根据本技术，前导码的ofdm符号可以具有与第一个子帧的ofdm符号相同数量的子载波。例如，如果子载波数最小的子帧为8k，且该帧具有不止一个子帧，则具有8kfft大小的子帧将被设置为第一个子帧，因此，前导符号将使用8kfft，这与第一个子帧的fft大小相同。

因此，根据本技术，每个子帧可以以子帧起始符号(sfss)开始并且以子帧结束符号(sfcs)终止。sfss和sfcs具有与所涉及的子帧中的所有其他有效载荷符号相同的fft大小，但是具有更密的边界符号导频分布。边界符号导频在频率上由用于子帧的有效载荷符号的相应的离散导频模式(spp)的dx个子载波隔开。

sfss和sfcs的使用受以下规则的约束：

1、使用与前一个子帧不同的fft大小或spp的子帧将以sfss开始，该sfss的边界符号导频dx与子帧中使用的spp相同。

2、使用与随后的子帧不同的fft大小或spp的子帧将终止于sfcs，其边界符号导频dx与子帧中使用的spp相同。

3、最后的前导符号用作该帧的第一个子帧的sfss。

4、帧的最后子帧的最后符号是sfcs。

自举前导信令：概述

使用自举信号的preamble_structure字段通过信令传输前导码的波形结构。该字段用于信令传输以下内容：

·前导符号的fft大小

·前导符号的保护间隔

·用于在前导码上携带信令的调制和编码参数

一旦解码自举(bootstrap)，前导码的这些参数因此是已知的。

前导码信令范式

前导码携带物理层或l1信令。这个信令可以分成两类：

1.1帧结构信令

该类别描述了帧的结构，并包含如下参数：

·提前警报有效信息(earlyalertactiveinformation)

·帧中的子帧数

·对于每个子帧

ο子帧中的ofdm符号的数量

οfft大小、gi、导频模式、papr、mimo的使用

ο每个ofdm符号的有用子载波的数量

ο频率交织器有效标志

·等(etc)

这类信令具有固定的长度。

1.2有效载荷访问信令

有效载荷访问信令描述如何在子帧中携带分割成plp的有效载荷以及每个plp的调制、编码和交织参数。这类信令往往具有可变长度，取决于plp的数量和类型。

1.3前导码携带信令的方式

信令分为如上所述的两类，第一类指定为固定l1，第二类指定为可变l1。固定l1具有固定的和已知的比特数bl1f，并且分别使用在自举程序中信令传输的调制ml1f(其是每个qam符号的比特数)参数以及编码rl1f(其是所使用的代码的比率)参数来编码。

因此，在前导码中固定l1信令占用的ofdm单元的数量是：

nl1f＝bl1f*(1+rl1f)/ml1f

接收机也应该能够解决这个问题，然后提取并解码这些单元，以获得固定l1信令中携带的信息。

由于可变l1信令中的比特数是可变的，因此必须在固定l1中信令传输。此外，由于前导符号(在其上对调制该信令信息而产生的qam单元进行交织)的数量取决于可变l1单元的数量，所以固定l1单元不能在多个前导符号上交织。因此，固定l1单元全部在频率交织的第一个前导符号中携带。图2示出了对于np＝3的情况，如何在前导码np符号中携带来自单独编码的固定l1和可变l1信令信息的qam映射的比特所产生的单元。箭头示出了单元在前导符号之间交错。

图7提供了在前导码ofdm符号中加载l1信令单元的示意性框图。例如，图7示出了用于承载l1信令数据的三个ofdm符号。如图7所示，第一个ofdm符号700包括第一部分702，该第一部分702被保留，因此具有用于携带第一固定长度l1信令数据的固定长度。分配第一个ofdm符号700的剩余部分704，以承载被设置用于承载l1信令的可变数量的层1(l1)信令数据。可变l1信令的容量(capacity)占用剩余的两个其他ofdm符号706、708。剩余两个ofdm符号706、708的每个部分携带部分710中的可变容量的l1信令数据。任何剩余容量被分配用于在部分712中发送有效载荷数据。如箭头720所示，可变容量704、710的l1信令数据的数据单元被用于在时间上交错的ofdm符号700、706、708中的每一个。然而，前导码的ofdm符号的所有单元由图2所示的频率交织器34进行频率交织。

在一个示例实施例中，调制器可以被配置有帧构造器，以为每个子帧生成携带有效载荷数据的一个或多个ofdm符号，并且子帧的一个或多个ofdm符号中的每一个包括根据离散和连续的预定模式的导频子载波。在子帧的每个ofdm符号中发送离散导频子载波，具有每个离散导频子载波的位置从一个符号变化到下一个符号的影响。此外，导频子载波的位置通过因子dx从一个ofdm符号变化到另一符号。此外，根据本技术，前导符号的一个或多个ofdm符号均在导频子载波符号中包括否则存在于子帧的多个ofdm符号中的所有离散和连续的子载波位置。图8a和8b中示出了这种设置。如图8a所示，示出了六个ofdm符号800，在该示例中包括17个子载波。如用交叉802标记的子载波所示出的，选择的子载波802被设置为携带导频符号。导频符号的位置在以下意义上是离散的：从一个符号到下一个符号，位置基于dx因子，并且在6个ofdm符号800的循环上，移动导频符号的子载波位置的位移，直到循环重复下一组6个ofdm符号。因此，携带导频符号的相同子载波位置之间的位移是dy＝6个ofdm符号。相比之下，如图8b所示，针对图8a中所示的ofdm符号的子载波携带导频符号的所有可能位置，示出了离散的导频符号。

在所附权利要求书中定义本技术的各种其他方面和特征，并且从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征进行各种组合，而不是针对权利要求相关性所列举的特定组合。在不偏离本公开的范围的情况下，还可以对上文描述的实施例进行修改。例如，实施例的处理元件可以用硬件、软件和逻辑或模拟电路来实现。此外，虽然特征可能看起来结合特定实施例来描述，但是本领域技术人员将认识到，可以根据本技术来组合所描述的实施例的各种特征。

[1]atsccandidatestandard:systemdiscoveryandsignaling(doc.a/321part1)、documents32-231r4、2015年5月6日

[2]en302755v1.3.1、framestructurechannelcodingandmodulationforasecondgenerationdigitalterrestrialtelevisionbroadcastingsystem(dvb-t2)、2012年4月。