用于数据流传输的双级信令的制作方法

用于数据流传输的双级信令的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及传输和接收数据，并且尤其涉及在要传输的数据流内生成和插入信令 信息的方法、用于组建数据流的设备、用于获得和利用在接收的数据流内的信令信息的方 法、接收器、以及数据流。本发明的进一步实施方式涉及用于扩展的有效双级信令和成帧概 念。
【背景技术】
[0002] 本发明处理在任何多路复用方案内有效信令特定参数。使用可以（但不限于）逐 个码字地自由地重新配置的FEC编码传输的任何多路复用方案需要信令连接至每个码字。
[0003] 在传输系统的信令方案中，例如，具有时分多路复用（TDM)的DVB_S2(用于卫星广 播和单播的第二代DVB系统DVB :数字视频广播），限定用于信令关于后续数据帧的信息的 具有固定调制和编码的物理层报头（PLH)。由于这个报头需要在广泛的信道状态内可解码， 所以这个报头被设计为在规定的最坏情况下可解码。通常，这个报头需要至少与最稳健的 传输方案一样稳健。这造成两个缺点：
[0004] 鲁在良好接收状态的情况下，保护等级太高，与不必要的开销对应；
[0005] 鲁其次，用于在甚至更糟糕的状态下（而非最初规定的）工作的系统的任何延伸 需要重新设计报头，由于报头需要更静态的冗余，所以甚至造成额外的开销。

【发明内容】

[0006] 本发明的一个目标在于，提供用于将信令信息插入数据流内的改进概念。本发明 的目标由根据权利要求1所述的方法、根据权利要求7所述的设备、根据权利要求9所述的 方法、根据权利要求11所述的接收器以及根据权利要求13所述的数据流解决。
[0007] 该方法包括生成多个帧头，每个帧头包括用于有效载荷数据的数据传输参数。该 方法进一步包括生成用于超帧的超帧头，超帧包括多个帧，每个帧包括帧头中的一个和有 效载荷数据。超帧头表示用于超帧的多个帧的帧头的一组超帧恒定的帧头传输参数。
[0008] 所提出的概念提供了超帧头，其表示几个帧头的传输参数，即，在超帧内出现帧 头。通常使用相同的传输参数，传输属于规定的超帧的帧头，以便需要传输更少的信令信 息。超帧头不仅为一个帧而且为几个帧头提供信令信息。另一方面，允许用于帧头的传输 参数从一个超帧变成另一个超帧。所提出的概念能够将帧头的传输参数调整为通过期望的 保护水平传输数据所需要的传输参数。这减少了或者甚至避免了接收器可以解码帧头而非 相应的有效载荷数据的情况的发生，这是因为使用默认的高保护等级传输帧头，但是使用 较低的保护等级传输当前有效载荷数据。换言之：如果相应的有效载荷数据需要相似或相 应程度的数据冗余、可编码性和/或保护等级，那么（仅仅）给帧头提供更高的数据冗余、 更高的可编码性和/或更高的保护等级。在其他情况下，帧头的保护等级可以在规定的超 帧内降低，由超帧头表示。
[0009] 与所提出的信令概念相反，传统的方法（例如，DVB-S2)通过固定调制和编码速率 对每个帧使用1个报头，用于信令目的。结果，该设计必须考虑关于这些参数的最糟糕情 况，即，造成开销。使用在本文中提出的新型双级信令方法，开销降低，同时，可覆盖的SNR 范围放大。与其他方法相反，保留珍贵的灵活性，以便能够响应于具有单个系统的不同用户 /接收器的各种SNR要求。
[0010] 根据本发明的实施方式，超帧跨过几个帧，并且超帧头表示在超帧内的几个帧头 (通常是所有帧头）的传输参数（调制、编码速率、扩展（spreading))。
[0011] 超帧可以具有恒定的长度（在负荷和容量单位（CU)方面），以支持终端的同步 任务。因此，超帧结构提供所谓的恒定的成帧特征。超帧包含几个PL帧，其具有PLH和 XFECFRAME的单独保护等级。PL帧的起始不必与超帧的起始（start)对准。然而，通常，这 两个帧类型是容量单位长度的倍数。
[0012] 根据实施方式，提供了一种用于组建数据流的设备。该设备包括帧头发生器，其被 配置为生成多个帧头，每个帧头包括用于有效载荷数据的数据传输参数。该设备进一步包 括超帧头发生器，其被配置为生成用于超帧的超帧头。超帧包括多个帧。超帧头信号告知 超帧配置。每个帧包括帧头中的一个和有效载荷数据。超帧头表示用于超帧的多个帧的帧 头的一组超帧恒定的帧头传输参数。
[0013] 而且，提供了一种用于处理对应于数据流的接收信号的方法。该方法包括评估在 数据流内的超帧的超帧头，以获得超帧恒定的帧头传输参数。该方法还包括使用超帧恒定 的帧头传输参数，评估在超帧内的多个帧头，以从相应帧的有效载荷数据的每个帧头中获 得数据传输参数。该方法进一步包括在对应于有效载荷数据的时间间隔内，使用数据传输 参数处理接收信号，以获得有效载荷数据。
[0014] 根据进一步实施方式，提供了一种接收器，包括超帧头评估器，其被配置为评估在 接收器处接收的数据流内的超帧的超帧头，以获得超帧恒定的帧头传输参数。接收器进一 步包括帧头评估器，其被配置为使用超帧恒定的帧头传输参数，评估在超帧内的多个帧头， 以从相应帧的有效载荷数据的每个帧头中获得数据传输参数。接收器还包括可配置的接收 器电路，其被配置为在对应于有效载荷数据的时间间隔内，使用数据传输参数，处理接收信 号，以获得有效载荷数据。
[0015] 根据进一步实施方式的数据流包括多个超帧。每个超帧包括超帧头。数据流进一 步包括多个帧。每个帧包括帧头和有效载荷数据。超帧头表示多个帧的帧头的一组超帧恒 定的帧头传输参数。
【附图说明】
[0016] 在下文中，参照示图，更详细地描述本发明的实施方式，其中：
[0017] 图1示意性示出了在DVB-S2内的帧结构；
[0018] 图2示意性示出了在DVB-SH TDM模式内的帧结构；
[0019] 图3示意性示出了 DVB-T2结构的T2帧的结构；
[0020] 图4示意性示出了在图3的T2帧内的L1后信令字段的可选细节；
[0021] 图5A示出了符合DVB-S2的发射器结构的示意性方框图；
[0022] 图5B示意性示出了根据[9]将所谓的移动帧引入DVB-S2多路复用内；
[0023] 图5C示意性示出了根据[10]的组合式扩展和双级加扰方法；
[0024] 图?示意性示出了根据[12]的恒定成帧方法（16686个符号的PLFRAME长度）；
[0025] 图5E示意性示出了根据[13]的实现低SNR方法的发射器结构的一部分；
[0026] 图6示意性示出了根据本发明的至少一个实施方式的超帧结构；
[0027] 图7示意性示出了在一个超帧内存在导频（pilot)并且在其他超帧内没有导频的 恒定长度的超帧；
[0028] 图8A示意性示出了将XFECFRAME映射到超帧内；
[0029] 图8B示意性示出了将扩展应用于在一个超帧内的单个XFECFRAME内；
[0030] 图9A示意性示出了如果不传输具有低SNR要求的有效载荷则将S0SF/SH1示例性 嵌入传统的虚拟帧内；
[0031] 图9B示意性示出了将S0SF/SH1示例性嵌入并且XFECFRAME扩展到传统的虚拟帧 内；
[0032] 图10示意性示出了用于通过不同的保护等级传输的数据流的不同部分的信噪比 的不同值的效应；
[0033] 图11示出了根据本发明的至少一个实施方式的方法的示意性流程图；
[0034] 图12示出了根据本发明的至少一些实施方式的设备的示意性方框图；
[0035] 图13示出了根据本发明的至少一些进一步实施方式的设备的示意性方框图；
[0036] 图14示出了根据本发明的至少一些进一步实施方式的用于处理接收的信号的方 法的示意性流程图；
[0037] 图15示出了根据本发明的至少一些进一步实施方式的接收器的示意性方框图； 以及
[0038] 图16示意性示出了数据流，其中，超帧头用于表示即将来临的帧头的格式和/或 语法，并且其中，超帧头还表示一个超帧的结束以及下一个超帧的起始。
【具体实施方式】
[0039] 在当前传输标准中，传输系统的传统信令方案基于固定调制和编码的物理层报头 (PLH)。这个PLH提供后续数据帧的信息/参数的信令：此外，导频打开/关闭、数据帧的调 制和编码速率。数据帧可以包含1个到几个码字。因此，PL帧的长度可以明显变化。接收 器必须将每个PLH成功解码，以计算下一个PLH的位置，这称为PLH跟踪。在恶劣信道条件 (例如，低信噪比（SNR))的情况下，这变成关键问题。在现有情况下，设想SNR操作范围朝 着更低SNR值的延伸。因此，面临的挑战是找出一种稳健的方法，来确保PLH跟踪，但是避 免静态开销大幅增大，这在更好的信道条件下尤其浪费。这由DVB-S2的以下实例进一步详 细描述。
[0040] 在DVB_S2(用于卫星广播和单播的第二代DVB系统）[1]中，数据帧是所谓的 XFECFRAME并且包含一个LDPC(低密度奇偶校验）码字。如图1中所示设置在XFECFRAME 前面的PLH信令XFECFRAME的以下参数：调制、编码速率、短或长码字类型、以及导频打开/ 关闭。因此，能够具有各种不同的码字长度。作为一个具体限制，始终使用在DVB-S2中可 以的最稳健的调制阶数（JI/2BPSK)调制PLH。请注意，JT/2BPSK在DVB-S2中不可用于数 据帧。
[0041] 图1示出了 XFECFRAME切成具有恒定长度的时隙Slot-Ι到Slot-N。每个 XFECFRAME的时隙数量是整数S，并且尤其取决于所选择的调制方案和所选择的LDPC方案 或编码速率。例如，每个时隙的长度可以是Μ = 90个符号。在用于接收器配置的XFECFRAME 之前生成和插入PLHEADER。PLHEADER占据正好一个时隙（长度：Μ = 90个符号）。对于需 要导频的模式，插入导频模块，例如，每16个时隙，以支持接收器的同步任务。导频模块可 以由Ρ = 36个导频符号构成，与在图1中示意性示出的实例中一样。（I，Q)调制符号可以 通过物理层扰频器来执行随机化。通过执行在图1中示意性示出的处理，XFECFRAME转换 成PLFRAME (在PL加扰之前）。在符号内的PLFRAME的长度是90 (S+l) +P int {(S-1) /16}。 第一部分（即，90(S+1))对应于报头PLHEADER和时隙。第二部分（即，P int{(S-l)/16}) 对应于导频模块，每个导频模块具有每16个时隙发生的36个符号。
[0042] PLH被设计为在规定的最糟糕情况下可解码，以至少与最稳健的有效载荷保护 (调制和编码速率）一样稳健。例如，由于编码速率7/64和调制π /2-BPSK，所以DVB-S2 的PLH限于在AWGN信道（平均高斯白噪声信道）内仅用于SNR>-3dB的可靠跟踪。该稳健 性确保在ACM/VCM (自适应编码调制/可变编码调制）模式内的DVB-S2系统可以用作具有 不同SNR的所有终端，以便可以通过无误差接收在理论上解决的所有终端可以跟踪帧的时 分多路复用（TDM)的PLH。然而，最糟糕情况的规范造成两个缺点：
[0043] 在终端的良好接收状态的情况下，保护等级太高，与不必要的开销对应；
[0044] 其次，用于在甚至更糟糕的接收状态下（而非最初规定的）工作的系统的任何延 伸需要重新设计报头。这种静态的并且稳健的重新设计等同于直接的解决方案。而且，重 新设计会造成额外的开销，如前所述。
[0045] 结果，传统的系统包括在PLH所需要的保护与（一方面）在ACM/VCM模式内跟踪 PLH的能力以及（另一方面）必要的开销之间权衡。在高数据速率CCM模式中，PLH的恒定 开销在带宽效率方面最无效。本发明放松了这些抵消要求并且提高了波形灵活性。
[0046] 在DVB-SH标准（手持机的数字视频广播-卫星服务）[2]中，规定TDM模式，与在 DVB-S2中一样相似地组织该模式。如图2中所示，SH帧包含报头和新码字加上填充。通过 固定的编码速率1/5和调制QPSK编码报头。因此，如前所述，由这个单级信令概念引起相 同的权衡。
[0047] DVB-SH标准（第二代地球数字视频广播）[3]总共以三级信令为特征，如图3中所 示，其中，P1报头包含P1信令，并且P2报头包含L1前和L1后信令。这些T2帧中的几个 帧表示超帧。对于规定的系统带宽、FFT长度以及通常在基于0FDM的传输内固定的保护间 隔长度，T2帧具有恒定长度。通过将不同流或服务的数据符号多路复用给所谓的物理层通 道，实现在DVB-T2中的灵活性。由于这个0FDM相关的波形需要大量信令信息，所以需要信 令层级。
[0048] 在P2内的双级信令：在L1前信令内，信令连续的L1后信令的调制和编码速率， 其中，L1前信令在每个超帧内是静态的，并且L1后信令是动态的。为每个T2帧传输这两 个部分，即，L1前和L1后信令，而不分开。因此，不需要特殊的报头跟踪，与在DVB-S2中一 样，这是因为在选择载波参数（例如，FFT长度、保护间隔长度以及系统带宽）之后，具有固 定的T2帧长度。每个超帧将P1和P2信令的信息（包括其在超帧期间恒定的部分）传输 几次，更尤其地，每T2帧传输一次。
[0049] 由于DVB-T2是地球广播系统，所以不存在这种传输功率限制，与在基于卫星的通 信中一样。因此，未预见任何数据扩展。虽然由L1前信令L1后的调制和编码速率，但是未 预见L1后的任何扩展。然而，可以将以下T2帧的L1后的预告加入当前L1后中。这种类 型的重复不太适合于真实的SNR增强，这是因为L1后字段共同编码，如在图4中示意性所 示的。而且，L1后的长度不恒定，这必须通过L1后信令。
[0050] 作为下行链路传输的DVB-T2标准[1]在DVB-RCS2 (数字视频广播-通过卫星的 第二代返回信道）[4]中重新使用，其也规定了 DVB-S2的一些延伸。相关联的DVB-RCS2实 施指南[5]甚至更加相关，其中，考虑扩展。从给用于GE0卫星交互网络的交互信道提供固 定的返回信道卫星终端（RCST) [6]的规范中重新使用在[5]中的这两个示出的扩展选择中 的一个。这两种方法表示为直接序列扩频（DSSS)和帧重复扩频（FRSS)。
[0051] 在DSSS的情况下，载波的每个符号（即，PLH、导频以及数据符号）乘以规定的序 列，该序列具有扩展因子（SF)的长度。结果，整个载波多路复用（与在CCM或ACM VCM中 的操作无关）的SNR操作点根据所选择的RF静态移动，这再次在良好接收的条件下给终端 产生了不灵活性和不必要的开销。
[0052] 第二种扩展方法规定逐个帧的重复，即，PLH重复SF次并且XFECFRAME重复SF次。 遗憾的是，然后，传输限制为导频关闭以及仅仅短码字。虽然不同的保护等级（=调制+编 码速率+SF)由PLH信令，但是如果允许可变的SF，则PLH跟踪在良好接收的条件下仅仅能 够用于终端。对于扩展方法，SF和扩展类型通过所谓的卫星前向链路描述符信令，该描述 符在物理层上不直接可用。因此，并且由于前述考虑，所以所选择的SF必须对于每个载波 保持恒定，这再次引起开销。
[0053] 在以下描述中，首先，限定和描述一些术语和缩写词。然后，描述超帧结构和双级 信令概念。进一步，提出了一种多路复用调度器，其利用新型信令概念。本发明的描述涉及 增强DVB-S2结构，但是通常不限于此。
[0054] 术语的定义：
[0055] 调制：调制阶数Μ(例如，M-PSK或M-QAM或M-APS)的任何信号星座；
[0056] 容量单位（⑶）：一组/某个量的连续符号，在DVB-S2中，称为时隙；
[0057] 编码速率：任何合适的代码的编码速率，规定冗余等级，还可以考虑将不同的代码 用于不同的编码速率；
[0058] 扩展：由扩展序列通过或者不通过加权重复，可以实现扩展，例如，在时间或频率 方向或组合；可以基于符号、基于CU或者基于码字进行；
[0059] 保护等级：调制、编码速度以及扩展的合适组合；
[0060] FECFRAME :增强的二进制数据帧；
[0061] XFECFRAME :在调制之后的 FECFRAME ;