专利名称：具有综合纠错编码功能的数字广播系统的发送装置及方法
技术领域：
本发明涉及具有综合纠错编码功能的数字广播系统的发送装置及其方法，具体涉及具有按照支持分层传输模式的数字广播系统的传输分层而不同地编码数据的综合纠错编码功能的数字广播系统的发送装置及其方法。
背景技术：
与模拟广播相比，数字广播由于使用了数字编码系统而具有系统集成和互用性的优点。利用计算机和网络，数字广播满足了作为所谓的媒体会聚(media convergence)核心的要求。另外，数字广播的交互特点极大地改变了单向的模拟广播。
为了保证数字广播的集成和互用性，首先，需要引入标准。当前提出的用于数字地面电视广播的传输方法是美国的利用8-VSB(残留边带)的ATSC(高级电视系统委员会)和欧洲的基于COFDM(编码正交频分复用)的DVB-T(数字视频广播-地面)。
由于数字广播需要压缩信号源以发送大量的数据，在信道内的一点差错相当大地影响整个系统。因此，需要减少在信道中发生的差错。为了减少差错，可以提高电功率以提高信号噪声比(SNR)。但是，它具有诸如这样的问题，即由大的电功率和发送装置的高输出以及信道之间的干扰导致的提高的成本。为了减轻这些问题，数字广播系统使用纠错码，它使得错误能够被纠正而不需要提高电功率。纠错码能够纠正在信道中发生的差错而不用提高电功率，降低了在接收机中发生的差错的概率。
纠错码被主要划分成自动重复请求(ARQ)和前向纠错(FEC)。按照ARQ，如果在接收机中检测到差错，则接收机向发送机发送用于请求重发数据的信号。因此，发送机重发数据。因为ARQ需要一个用于允许接收机向发送机发送重发请求信号的返回信道，因此这个方法不适合于在数字广播中使用。而按照FEC，信号与加到信号的附加码元一起被发送，以便接收机可以检测到在信道中的差错并随后用代数方法将其纠正。
FEC被主要划分成块码和卷积码。块码以块为单位编码和解码信息，它包括汉明码、BCH码和RS(里德-索罗蒙)码。在这些码中，RS码在距离特性上极佳，并包括有效的编码和解码算法，因此已经被广泛用于数字广播系统。RS码在纠正突发差错方面优越，因为它以块为单位检测和纠正差错。
同时，对于卷积码，输出比特易于受到过去输入的比特以及当前输入的比特的影响，并在纠正随机差错方面有效。卷积码称为Viterbi码，因为卷积编码器的解码器通常使用Viterbi解码器。
因为纠错的数据需要与用于纠错的附加信息一起被发送，因此降低了每个带宽可以发送的信息量。按照近来研究的发送方法，例如，TCM(网格编码调制)、编码和调制功能被组合为一个，因此可以获得大的编码优点而不需要降低数据发送率或提高带宽。
图1是示出按照基于COFDM的DVB-T(数字视频广播地面电视)的数字广播的发送装置的方框图。
参见图1，数字广播系统的发送装置包括第一和第二扰码器10和11、前向纠错(FEC)单元30和调制单元40。FEC单元30包括第一和第二里德-索罗蒙(RS)编码器12和22、第一和第二外部交织器14和24、第一和第二卷积编码器16和26以及一个内部交织器28。调制单元40包括导频/系统信息插入部件41、映射/OFDM调制部件43、保护间隔(GI)插入部件45、数模(D/A)转换部件47和射频(RF)部件36。
在DVB-T方法的情况下，它支持分层传送模式。在这个情况下，所输入的发送流(TS流)被分离器(未示出)划分成高优先级(HP)层级和低优先级(LP)层级。通过HP层级发送的第一TS流被输入到第一扰码器10，而通过LP层级发送的第二TS流被输入到第二扰码器11。
第一和第二扰码器10和11按照预定的模式将第一和第二输入TS流的数据值随机化。这个处理在接收机被反向执行以便还原原始值。
FEC单元30对于通过第一和第二扰码器10和11输入的数据执行编码，以便纠正在数据发送期间发生的差错。即，第一和第二第一编码器12和22从第一和第二扰码器10和11接收数据，并以块为单位对数据执行RS编码以纠错。RS编码加上奇偶校验码以纠错。所加上的奇偶校验码的数量取决于发送方法。在DVB-T方法的情况下，16个奇偶校验码元被加到每个188字节的TS流，因此纠错编码的字节的总数为204。
第一和第二外部交织器14和24交织在第一和第二第一编码器12和22中被以块为单位编码的数据，因此分散了可能的突发差错。第一和第二卷积编码器16和26对于在第一和第二外部交织器14和24被交织的数据以块为单位执行卷积编码。DVB-T方法一般使用具有约束长度7和编码率1/2的卷积码。
在第一和第二卷积编码器16和26被卷积编码的数据被内部交织器28重新交织以输出。
对于从FEC单元30输出的编码数据，调制单元40执行适合于在数字广播系统中使用的发送方法的数字调制。如图1所示，在使用DVB-T系统的OFDM的情况下，映射/OFDM调制部件43将从内部交织器20输出的数据映射为诸如QPSK(四相相移键控)、16-QAM(正交调幅)和64-QAM的一个码元，并利用IFFT(逆快速傅立叶变换)执行OFDM调制。在这个过程中，导频/系统信息插入部件41向信号插入用于信号同步和信道预测的导频信号和关于发送模式的信息。GI插入部件45插入用于防止在多径环境中的ISI(码元间干扰)的GI。D/A转换部件47对于插入GI的信号执行数模(D/A)转换。RF部件49以高频放大被D/A转换的信号，并经由天线发送信号。
如上所述，传统的数字广播系统的发送装置主要使用级联的代码系统，所述系统使用第一和第二第一编码器12和22作为外部编码器，使用第一和第二卷积编码器16和26作为内部编码器。同样，支持诸如DVB-T的分层传输模式的数字广播系统的发送装置使用对于HP和LP层级使用相同方法的编码器和以相同的方法执行交织的交织器。
如上所述，在对于HP和LP层级使用相同方法的编码器和交织器被用于纠错编码的情况下，所有通过HP和LP层级发送的数据可以由具有相同结构的接收器接收。
但是，可能存在一种情况，使用HP层级的接收器和使用LP层级的接收器存在于各自不同的通信环境下。在这种情况下，按照接收器的环境分别执行纠错编码可以提高系统的传输效率。例如，在移动环境下的接收器接收其接收效率相对强的HP信号，而在固定条件下的接收器接收在接收更多数据方面强的LP信号。对于通过HP层级发送的数据，需要在接收器执行更增强的纠错编码以改善接收效率。对于通过LP层级发送的数据，接收器需要被构造成具有更快的传输速率。因此，数字广播系统的发送装置需要根据接收器的通信环境按照分层使用不同的纠错编码方法。
发明内容
为了解决现有技术领域的上述问题，本发明得到开发。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其方法，能够不同地和复合地编码通过HP层级发送的数据和通过LP层级发送的数据，以便纠错。
上述目的的获得是通过提供一种数字广播系统的发送装置，包括第一和第二编码器，用于分别对第一和第二输入传送流(TS流)以块为单位进行编码以纠错，并输出编码的数据；第一和第二外部交织器，用于分别交织从第一和第二编码器输出的数据；卷积编码器，用于对于由第一外部交织器输出的数据执行卷积编码，并输出编码的数据；网格编码调制(TCM)编码器，用于对由第二外部交织器输出的数据执行TCM编码，并输出编码的数据；内部交织器，用于交织由卷积编码器输出的数据和由TCM编码器输出的数据，并输出交织的数据；调制单元，用于数字调制由内部交织器输出的数据和发送调制的数据。
内部交织器以相同的方法交织由卷积编码器输出的数据和由TCM编码器输出的数据。而且，内部交织器也以不同的方法交织由卷积编码器输出的数据和由TCM编码器输出的数据。
优选的是，第一和第二编码器是使用里德-索罗蒙码的里德-索罗蒙(RS)编码器。可能的是，第一和第二编码器利用具有不同规格的RS码执行纠错编码。
优选的是，调制单元使用正交频分复用(OFDM)调制来执行数字调制。在这种情况下，调制单元包括映射/OFDM调制部件，用于按映射方法映射由内部交织器输出的数据，并执行OFDM调制；系统信息插入部件，用于向映射/OFDM调制部件提供用于信号同步和信道预测的导频信号以及关于发送模式的信息；保护间隔(GI)插入部件，用于向从映射/OFDM调制部件输出的信号插入一个GI；数模(D/A)转换部件，用于对插入GI的信号执行D/A转换；射频(RF)部件，用于将D/A转换的信号转换为高频信号并发送这个信号。
优选的是，所述发送装置还包括分离器，用于将输入的TS流划分为要通过HP层级发送的第一TS流和要通过LP层级发送的第二TS流；第一扰码器，用于将第一TS流随机化以向第一编码器提供第一TS流；第二扰码器，用于将第二TS流随机化以向第二编码器提供第二TS流。
同时，按照本发明的数字广播系统的发送方法包括步骤(a)以块为单位对于第一和第二输入传送流(TS流)分别执行编码以纠错，并输出第一和第二编码数据；(b)分别交织第一和第二编码数据和输出第一和第二交织数据；(c)对于第一交织数据执行卷积编码；(d)对于第二交织数据执行网格编码调制(TCM)编码；(e)分别重新交织卷积编码的数据和TCM编码的数据；以及(f)数字调制重新交织的数据并发送所述数据。
步骤(e)以相同的方法交织卷积编码的数据和TCM编码的数据。而且，步骤(e)以不同的方法交织卷积编码的数据和TCM编码的数据。
优选的是，步骤(a)编码使用里德-索罗蒙码的数据。可能的是，在步骤(a)中编码的第一和第二数据使用具有不同规格的RS码来进行编码以纠错。
步骤(f)利用正交频分复用(OFDM)调制执行数字调制。在这种情况下，步骤(f)包括步骤(f1)以预定的映射方法映射重新交织的数据并执行OFDM调制；(f2)向映射/OFDM调制步骤提供用于信号同步和信道预测的导频信号以及关于发送模式的信息；(f3)向从步骤(f2)输出的信号插入保护间隔(GI)；(f4)对于插入GI的信号执行数模(D/A)转换；(f5)将D/A转换的信号转换为高频信号并发送这个信号。
优选的是，发送方法还包括步骤将输入的TS流划分为要通过HP层级发送的第一TS流和要通过LP层级发送的第二TS流；随机化第一和第二TS流以向步骤(a)提供第一和第二随机化的TS流。
通过参照
本发明的优选实施例，本发明的上述目的和特点将会变得更加清楚，其中
图1是示出一般数字广播系统的发送装置的方框图；图2是示出按照本发明的第一实施例的数字广播系统的发送装置的方框图；图3是示出运行图2的数字广播系统的发送装置的方法的流程图；图4是示出按照本发明的第二实施例的数字广播系统的发送装置的方框图；图5是运行图4的数字广播系统的发送装置的方法的流程图。
具体实施例方式
以下，参照附图来更详细说明本发明。
图2是示出按照本发明的第一实施例的数字广播系统的发送装置的方框图。
参见图2，按照第一实施例的数字广播系统的发送装置主要包括第一和第二扰码器110和111、前向纠错(FEC)单元130和调制单元140。FEC单元130包括第一和第二里德-索罗蒙(RS)编码器112和122、第一和第二外部交织器114和124、卷积编码器116、TCM(网格编码调制)编码器126和内部交织器128。调制单元140包括导频/系统信息插入部件141、映射/OFDM调制部件143、保护间隔(GI)插入部件145、数模(D/A)转换部件147和射频(RF)部件149。
按照第一实施例，数字广播系统的发送装置支持分层传送模式，因此由分离器(未示出)将传送流(TS流)划分为高优先级(HP)层级和低优先级(LP)层级。通过HP优先级发送的第一TS流被输入到第一扰码器110，而通过LP层级发送的第二TS流被输入到第二扰码器111。
第一和第二扰码器110和111按照预定的模式随机化第一和第二输入TS流的数据值。即，通过将伪随机二进制序列扰码为输入TS流，消除了在输入信号之间的相关性。这是要防止在同步数据发送期间由于诸如00000000b或11111111b的重复数字引起的丢失同步信号的问题。这个处理在接收器被反向执行以还原原始数值。
FEC单元130对通过第一和第二扰码器110和111输入的数据执行编码，以纠正在数据发送期间发生的差错。即，第一和第二RS编码器112和122以块为单位对于通过第一和第二扰码器110和111输出的数据执行RS编码，以纠正差错。RS编码加上奇偶校验码以纠错，由第一和第二RS编码器112和122加上的奇偶校验码的大小彼此相同或彼此不同。
第一和第二外部交织器114和124对从第一和第二RS编码器112和122输出的数据执行字节交织。
卷积编码器116对于从第一外部交织器114输出的数据执行卷积编码，而TCM编码器126对于从第二外部交织器124输出的数据执行TCM编码。卷积编码的数据和TCM编码的数据被内部交织器128重新交织并被输出到调制单元140。内部交织器128可以包括一个比特交织器和一个码元交织器。所述比特交织器在有可能进行比特交织的数据块执行交织。在OFDM的情况下，所述码元交织器将在OFDM码元中存在的有效副载波交织为一个码元单位。
对于从内部交织器128输出的编码数据，调制单元140执行适合于所述数字广播系统的发送方法的数字调制。图2以示例示出了根据DVB-T系统的OFDM方法执行调制的调制单元140。
在这种情况下，调制单元140的映射/OFDM调制部件143将从内部交织器128输出的数据映射为诸如QPSK(四相相移键控)、16-QAM(正交调幅)和64-QAM的一个码元，并执行OFDM调制。在这个过程中，导频/系统信息插入部件141插入用于信号同步和信道预测的导频信号和关于发送模式的信息。GI插入部件145插入用于防止在多径环境中的ISI(码元间干扰)的保护间隔(GI)。而且，D/A转换部件147对于插入GI的信号执行数模(D/A)转换，RF部件149以高频放大D/A转换的信号，并经由天线发送信号。
图3是示出按照本发明运行图2所示的数字广播系统的发送装置的方法的流程图。
参见所述流程图，输入的发送流(TS流)被分离器(未示出)划分为要通过高优先级(HP)层级发送的第一TS流和要通过低优先级(LP)层级发送的第二TS流(S300和S302)。当TS流通过HP层级被发送的时候，由分离器划分的第一TS流被输入到第一扰码器110，第一扰码器110执行扰码以随机化第一TS流(S304)。
第一RS编码器112以块为单位对于由第一扰码器110扰码的数据进行RS编码以纠错(S306)。
里德-索罗蒙(RS)码是与其他码不同的非二进制块码，因此它不包括二进制数0或1，但包括非二进制数0、1、……、2m-1。按照RS编码，包括k个输入码元的一个块被编码为具有n个编码码元的一个块，其中n大于k。因此，n-k个冗余码元被加上，这称为里德-索罗蒙奇偶校验码。由RS编码加上的奇偶校验码的数量取决于传输方法，例如每个188字节的码元为16或20。接收器通过使用加入的奇偶校验码确定所接收的数据的精确度。如果作为精确度确定的结果检测到一个差错，则接收器搜索差错的位置，纠正失真的数据并还原原始信号。一般，加上的奇偶校验码的一半数量的码元被还原，不可能还原多于奇偶校验码的一半数量的码元。
第一外部交织器114对于在第一编码器112以块为单位被编码的数据执行外部交织(S308)。在通过第一外部交织器114交织数据的各种方法中，一般使用卷积交织器。所述交织器的基本功能是最大限度地分散突发差错。
卷积编码器116对于从第一外部交织器114输出的数据执行卷积编码。卷积码用于将各个连续的k比特的输入行编码为n个输出比特，并且编码包括输入比特和二进制脉冲响应的卷积。DVB-T传输方法使用具有约束长度7和编码率1/2的卷积编码方法。在此，编码率可以改变，例如2/3、3/4、5/6和7/8。
内部交织器128对于由卷积编码器116卷积编码的数据执行交织(S322)，因此改善了由多径引起的性能恶化。如上所述，对于用于纠错的编码数据，调制单元140执行适合于数据传输的数字调制并发送数据(S330)。
而且，当通过LP层级发送输入TS流的时候，由分离器划分的第二TS流被输入到第二扰码器111并被第二扰码器111扰码(S314)。被扰码的数据被第二RS编码器122 RS编码(S316)。在第二RS编码器122的RS编码期间加入的奇偶校验码的大小等于或不等于第一RS编码器112的。
第二外部交织器124交织由第二RS编码器122编码的数据(S318)，因此分散了在信道中发生的可能突发差错。
TCM编码器126对于由第二外部交织器124交织的数据执行TCM编码以纠错(S320)。
由Underboeck提出的TCM(网格编码调制)将编码功能和调制功能合二为一以获得极大的编码优点，而不用降低数据发送率或提高带宽。使用TCM的理由如下。
因为纠错编码将数据与加到数据的纠错码一起发送，因此降低了每个带宽可以发送的数据量。因此，为了恒定地保持数据的传输率，比当数据未编码而被发送的时候需要更多的带宽。如果带宽有限，则需要使用用于有效使用带宽的调制方法。但是，对于具有有限的带宽和功率的发送装置，情况经常是难于通过分别编码和调制来获得所期望的性能。为了解决这个问题，已经研究了一种用于组合编码和调制的通信方法，它的一个示例是TCM。TCM通过单一的操作来执行卷积编码和调制。因此，与其中所接收的数据在解调后被解码的一般接收器相比，TCM接收器通过组合它们而一次性地执行解调和解码。
由TCM编码器126编码的数据被发送到内部交织器128。内部交织器128交织被发送的数据(S322)。对于由内部交织器128交织的数据，调制单元140执行适合于数据发送的数字调制，并经由天线发送数据(S330)。
如上所述，有可能不同和复合地编码通过HP层级发送的数据和通过LP层级发送的数据以纠错。
图4是示出按照本发明的第二实施例的数字广播系统的发送装置的方框图。
参见图4，数字广播系统的发送装置包括第一和第二扰码器210和211、前向纠错(FEC)单元230和调制单元240。FEC单元230包括第一和第二里德-索罗蒙(RS)编码器212和222、第一和第二外部交织器214和224、卷积编码器216、网格编码调制(TCM)编码器226以及第一和第二内部交织器218和228。调制单元240包括导频/系统信息插入部件241、映射/OFDM调制部件243、保护间隔(GI)插入部件245、数模(D/A)转换部件247和射频(RF)部件249。
按照本发明的第二实施例的广播系统的发送装置与第一实施例的不同在于，使用了两个内部交织器，即第一和第二内部交织器218和228。因此，由卷积编码器216编码的数据和由TCM编码部件226编码的数据被通过不同的方法分别交织。其他部件的功能与第一实施例的相同。
图5是运行图4的数字广播系统的发送装置的方法的流程图。
参见图5，第二实施例的发送装置与图3的不同在于，从卷积编码器216输出的数据被第一交织器218交织(S410和S412)，从TCM编码器226输出的数据被第二交织器228交织(S420和S422)。即，按照第二实施例，从卷积编码器216输出的数据和从TCM编码器226输出的数据被通过不同的方法分别交织。其他步骤与图3的相同。
如上所述，按照本发明的数字广播系统的发送装置向通过HP层级发送的数据和通过LP层级发送的数据分配不同的纠错码，并执行不同的交织。因此，由于按照发送层级不同地编码数据以纠错，因此适合于接收器的通信环境的有效发送是可能的。
此外，上述的实施例通过示例使用OFDM来作为调制方法，但是这不应当被当作限定。本发明可以应用到数字广播传统的各种发送装置而不管所使用的调制方法如何，并且可以提供适合于接收器的通信环境的最佳的数据发送。
如上所述，对于通过HP层级发送的数据和通过LP层级发送的数据，执行不同的纠错编码方法。因此，按照接收器的通信环境，数字广播的有效数据发送是可能的。
上述的实施例和优点仅仅是示范性的，不能作为对本发明的限定。本教程可以容易地应用到其他类型的装置。本发明的说明是例证性的，不限定权利要求的范围。对本领域的技术人员来说许多替换形式、改进和变化是显然的。在权利要求书中，装置加功能子句试图覆盖在此描述为执行列举的功能的结构，不仅结构的同等物，而且同等的结构。
权利要求
1.一种数字广播系统的发送装置，包括第一和第二编码器，用于分别对第一和第二输入传送流(TS)以块为单位进行编码以纠错，并输出编码的数据；第一和第二外部交织器，用于分别交织从第一和第二编码器输出的数据；卷积编码器，用于对于由第一外部交织器输出的数据执行卷积编码，并输出编码的数据；网格编码调制(TCM)编码器，用于对由第二外部交织器输出的数据执行TCM编码，并输出编码的数据；内部交织器，用于交织由卷积编码器输出的数据和由TCM编码器输出的数据，并输出交织的数据；以及调制单元，用于数字调制由内部交织器输出的数据和发送调制的数据。
2.一种数字广播系统的发送装置，包括第一和第二编码器，用于分别对第一和第二输入传送流(TS)以块为单位进行编码以纠错，并输出编码的数据；第一和第二外部交织器，用于分别交织从第一和第二编码器输出的数据；卷积编码器，用于对于由第一外部交织器输出的数据执行卷积编码，并输出编码的数据；网格编码调制(TCM)编码器，用于对由第二外部交织器输出的数据执行TCM编码，并输出编码的数据；第一内部交织器，用于交织由卷积编码器输出的数据；第二内部交织器，用于交织由TCM编码器输出的数据，并输出编码的数据；以及调制单元，用于数字调制由内部交织器输出的数据和发送调制的数据。
3.一种数字广播系统的发送方法包括步骤(a)以块为单位对于第一和第二输入传送流(TS)分别执行编码以纠错，并输出第一和第二编码数据；(b)分别交织第一和第二编码数据和输出第一和第二交织数据；(c)对于第一交织数据执行卷积编码；(d)对于第二交织数据执行网格编码调制(TCM)编码；(e)分别重新交织卷积编码的数据和TCM编码的数据；以及(f)数字调制重新交织的数据并发送所述数据。
全文摘要
一种具有综合纠错编码功能的数字广播系统的发送装置及方法。该发送装置包括第一和第二编码器，分别对第一和第二输入传送流以块为单位进行编码以纠错，并输出编码的数据；第一和第二外部交织器，分别交织从第一和第二编码器输出的数据；卷积编码器，对于由第一外部交织器输出的数据执行卷积编码，并输出编码的数据；网格编码调制(TCM)编码器，对由第二外部交织器输出的数据执行TCM编码，并输出编码的数据；内部交织器，分别交织卷积编码器输出的数据和TCM编码器输出的数据，并输出交织的数据；调制单元，数字调制内部交织器输出的数据和发送调制的数据。因此，通过按照发送层级不同地编码数据，数字广播信号可按照接收机的通信环境被有效地发送。
文档编号H04N7/64GK1758745SQ20051010940
公开日2006年4月12日 申请日期2003年1月17日 优先权日2002年10月17日
发明者金纪甫 申请人:三星电子株式会社