发送广播信号的设备、接收广播信号的设备、发送广播信号的方法以及接收广播信号的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于发送广播信号的设备、用于接收广播信号的设备和用于发送和接 收广播信号的方法。
【背景技术】
[0002] 随着模拟广播信号传输终止，正在开发用于发送/接收数字广播信号的各种技术。 数字广播信号可以包括比模拟广播信号更大量的视频/音频数据，并且进一步包括除了视 频/音频数据之外的各种类型的附加数据。
[0003] 即，数字广播系统可以提供HD(高分辨率)图像、多声道音频和各种附加的服务。但 是，用于大量数据传输的数据传输效率、考虑到移动接收设备的发送/接收的网络的稳健性 和网络灵活性对于数字广播需要改进。
【发明内容】
[0004] 技术问题
[0005] 本发明的一个目的是提供一种用于发送广播信号以在时间域中复用提供两个或 更多个不同的广播服务的广播发送/接收系统的数据，并且经由相同的RF信号带宽发送复 用的数据的设备和方法，和与其对应的用于接收广播信号的设备和方法。
[0006] 本发明的另一个目的是提供一种用于发送广播信号的设备、一种用于接收广播信 号的设备和用于发送和接收广播信号的方法，以通过分量分类对应于服务的数据，作为数 据管道发送对应于每个分量的数据，接收和处理该数据。
[0007] 本发明的又一个目的是提供一种用于发送广播信号的设备、一种用于接收广播信 号的设备和用于发送和接收广播信号的方法，以用信号传送对提供广播信号必需的信令信 息。
[0008] 技术方案
[0009] 为了实现目的和其他的优点，和根据本发明的用途，如在此处实施和广泛地描述 的，本发明提供一种发送广播信号的设备，该设备包括:编码器，该编码器用于对服务数据 进行编码;帧构建器，该帧构建器用于通过映射被编码的服务数据构建至少一个信号帧；调 制器，该调制器用于通过正交频分复用0FDM方案调制被构建的至少一个信号帧中的数据； 以及发射器，该发射器用于发送具有被调制的数据的广播信号。
[0010] 本发明的有益效果
[0011] 本发明可以根据服务特征处理数据以控制用于每个服务或者服务分量的QoS(服 务质量），从而提供各种广播服务。
[0012] 本发明可以通过经由相同的RF信号带宽发送各种广播服务实现传输灵活性。
[0013] 本发明可以改善数据传输效率，并且使用ΜΜ0系统提高广播信号的发送/接收的 稳健性。
[0014] 根据本发明，可以提供广播信号发送和接收方法以及设备，甚至借助于移动接收 设备或者在室内环境下能够没有错误地接收数字广播信号。
【附图说明】
[0015] 附图被包括以提供对本发明进一步的理解，并且被结合进和构成本申请书的一部 分，附图图示本发明的实施例，并且与该说明书一起可以起解释本发明原理的作用。在附图 中：
[0016] 图1图示根据本发明的实施例用于发送供未来的广播服务的广播信号的设备的结 构。
[0017] 图2图示根据本发明的一个实施例的输入格式化块。
[0018]图3图示根据本发明的另一个实施例的输入格式化块。
[0019]图4图示根据本发明的另一个实施例的输入格式化块。
[0020]图5图示根据本发明的实施例的BICM块。
[0021 ]图6图示根据本发明的另一个实施例的BICM块。
[0022] 图7图示根据本发明的一个实施例的帧构造块。
[0023] 图8图示根据本发明的实施例的0FMD产生块。
[0024]图9图示根据本发明的实施例用于接收供未来的广播服务的广播信号的设备的结 构。
[0025] 图10图示根据本发明的实施例的帧结构。
[0026] 图11图示根据本发明的实施例的帧的信令分层结构。
[0027] 图12图示根据本发明的实施例的前导信令数据。
[0028]图13图示根据本发明的实施例的PLS1数据。
[0029]图14图示根据本发明的实施例的PLS2数据。
[0030] 图15图示根据本发明的另一个实施例的PLS2数据。
[0031] 图16图示根据本发明的实施例的帧的逻辑结构。
[0032] 图17图示根据本发明的实施例的PLS映射。
[0033] 图18图示根据本发明的实施例的EAC映射。
[0034] 图19图示根据本发明的实施例的FIC映射。
[0035]图20图示根据本发明的实施例的DP的类型。
[0036 ]图21图示根据本发明的实施例的DP映射。
[0037]图22图示根据本发明的实施例的FEC结构。
[0038]图23图示根据本发明的实施例的比特交织。
[0039]图24图示根据本发明的实施例的信元字(cell-word)解复用。
[0040]图25图示根据本发明的实施例的时间交织。
[0041 ]图26示出QC-IRA(准循环不规则重复累积)LDPC码的奇偶校验矩阵。
[0042]图27示出根据本发明的实施例的编码QC-IRA LDPC码的过程。
[0043]图28图示根据本发明的实施例的奇偶校验矩阵转置过程。
[0044]图29是示出根据本发明的实施例的奇偶校验矩阵的地址的表。
[0045]图30是示出根据本发明的另一实施例的奇偶校验矩阵的地址的表。
[0046]图31图示根据本发明的实施例的用于顺序地编码QC-IRA LDPC码的方法。
[0047 ]图32图示根据本发明的实施例的LDPC解码器。
[0048]图33图示根据本发明的实施例的频率交织。
[0049]图34是图示根据本发明的实施例的用于发送广播信号的方法的流程图。
[0050] 图35是图示根据本发明的实施例的用于接收广播信号的方法的流程图。
[0051] 图36图示根据本发明的实施例的被扭曲的行列块交织器的基本操作。
[0052] 图37图示根据本发明的另一实施例的被扭曲的行列块交织器的操作。
[0053] 图38图示根据本发明的实施例的被扭曲的行列块交织器的对角线方式读取图案。 [0054]图39图示根据本发明的实施例的来自于各个交织阵列的被交织的XFECBL0CK。
[0055] 图40是示出根据本发明的另一实施例的奇偶校验矩阵的地址的表。
[0056] 图41是示出根据本发明的另一实施例的奇偶校验矩阵的地址的表。
【具体实施方式】
[0057]现在将详细地介绍本发明的优选实施例，其示例在伴随的附图中图示。该详细说 明将在下面参考伴随的附图给出，其意欲解释本发明的示例性实施例，而不是示出可以根 据本发明仅实现的实施例。以下的详细说明包括特定的细节以便对本发明提供深入理解。 但是，对于本领域技术人员来说显而易见，本发明可以无需这些特定的细节实践。
[0058] 虽然在本发明中使用的大多数术语已经从在本领域广泛地使用的常规的一个中 选择，某些术语已经由申请人任意地选择，并且其含义在以下的描述中根据需要详细说明。 因此，本发明应该基于该术语意欲的含义，而不是其简单的名称或者含义理解。
[0059] 本发明提供用于发送和接收供未来的广播服务的广播信号的设备和方法。根据本 发明的实施例的未来的广播服务包括陆地广播服务、移动广播服务、UHDTV服务等。本发明 可以根据一个实施例经由非ΜΜ0(多输入多输出）或者ΜΜ0处理用于未来的广播服务的广 播信号。根据本发明的实施例的非MMO方案可以包括MIS0(多输入单输出）、SIS0(单输入单 输出)方案等。
[0060] 虽然在下文中为了描述方便起见，MIS0或者ΜΜ0使用两个天线，但是本发明可适 用于使用两个或更多个天线的系统。
[0061] 本发明可以定义三个物理层(PL)属性(基础、手持和高级属性)每个被优化以最小 化接收器复杂度，同时获得对于特定使用情形需要的性能。物理层(PHY)属性是相应的接收 器将实施的所有配置的子集。
[0062]三个PHY属性共享大部分功能块，但是，在特定的模块和/或参数方面略微地不同。 另外的PHY属性可以在未来限定。对于系统演进，未来的属性还可以经由未来的扩展帧 (FEF)在单个RF信道中与现有的属性复用。每个PHY属性的细节在下面描述。
[0063] 1.基础属性
[0064]基础属性表示对于通常连接到屋顶天线的固定的接收设备的主要使用情形。基础 属性还包括能够运输到一个场所，但是属于相对固定接收类别的便携式设备。基础属性的 使用可以通过某些改进的实施被扩展到手持设备或者甚至车辆，但是，对于基础属性接收 器操作不预期那些使用情况。
[0065]接收的目标SNR范围是从大约10到20dB，其包括现有的广播系统（例如，ATSC A/ 53)的15dB SNR接收能力。接收器复杂度和功耗不像在电池操作的手持设备一样严重，手持 设备将使用手持属性。用于基础属性的关键系统参数在以下的表1中列出。
[0066]表 1 [0067][表1]
[0069] 2.手持属性
[0070] 手持属性设计成在以电池电源操作的手持和车载设备中使用。该设备可以以行人 或者车辆速度移动。功耗和接收器复杂度对于手持属性的设备的实施是非常重要的。手持 属性的目标SNR范围大约是0至10dB，但是，当意欲用于较深的室内接收时，可以配置为达到 低于OdB。
[0071] 除了低的SNR能力之外，由接收器移动性所引起的多普勒效应的适应性是手持属 性最重要的性能品质。用于手持属性的关键系统参数在以下的表2中列出。
[0072] 表 2
[0073] [表 2]
[0075]^3.高级属性
[0076]高级属性以更大的实施复杂度为代价提供最高的信道容量。该属性需要使用MMO 发送和接收，并且UHDTV服务是对该属性特别地设计的目标使用情形。提高的容量还可以用 于允许在给定带宽提高服务数目，例如，多个SDTV或者HDTV服务。
[0077]高级属性的目标SNR范围大约是20至SOdBIMO传输可以最初地使用现有的椭圆 极化传输设备，并且在未来扩展到全功率横向极化传输。用于高级属性的关键系统参数在 以下的表3中列出。
[0078] 表 3
[0079] [表 3]
[0081] 在这样的情况下，基本属性能够被用作用于陆地广播服务和移动广播服务两者的 属性。即，基本属性能够被用于定义包括移动属性的属性的概念。而且，高级属性能够被划 分成用于具有ΜΜ0的基本属性的高级属性和用于具有ΜΜ0的手持属性的高级属性。此外， 根据设计者的意图能够改变三种属性。
[0082] 下面的术语和定义可以应用于本发明。根据设计能够改变下面的术语和定义。
[0083] 辅助流:承载对于尚未定义的调制和编码的数据的信元的序列，其可以被用于未 来扩展或者通过广播公司或者网络运营商要求
[0084] 基本数据管道:承载服务信令数据的数据管道
[0085] 基带帧（或者BBFRAME):形成到一个FEC编码过程(BCH和LDPC编码）的输入的Kbch 比特的集合
[0086]信元:通过0FDM传输的一个载波承载的调制值
[0087] 被编码的块:PLS1数据的LDPC编码的块或者PLS2数据的LDPC编码的块中的一个
[0088] 数据管道:承载服务数据或者相关元数据的物理层中的逻辑信道，其可以承载一 个或者多个服务或者服务分量。
[0089]数据管道单元:用于在帧中将数据信元分配给DP的基本单位。
[0090]数据符号：在帧中不是前导符号的0FDM符号（帧信令符号和帧边缘符号被包括在 数据符号中）
[0091] DP_ID:此8比特字段唯一地识别在通过SYSTME_ID识别的系统内的DP
[0092]哑信元:承载被用于填充不被用于PLS信令、DP或者辅助流的剩余的容量的伪随机 值的信元
[0093] 紧急警告信道:承载EAS信息数据的帧的部分
[0094] 帧：以前导开始并且以帧边缘符号结束的物理层时隙
[0095]帧接收单元:属于包括FET的相同或者不同的物理层属性的帧的集合，其在超帧中 被重复八次
[0096]快速信息信道:在承载服务和相对应的基本DP之间的映射信息的帧中的逻辑信道 [0097] FECBL0CK: DP数据的LDPC编码的比特的集合
[0098] FFT大小:被用于特定模式的标称的FFT大小，等于在基础时段T的周期中表达的活 跃符号时段Ts
[0099] 帧信令符号:在FFT大小、保护间隔以及被分散的导频图案的某个组合中的帧的开 始处使用的具有较高的导频密度的0FDM符号，其承载PLS数据的一部分
[0100] 帧边缘符号:在FFT大小、保护间隔以及被分散的导频图案的某个组合中的帧的末 端处使用的具有较高的导频密度的0FDM符号
[0101] 帧组:在超帧中具有相同的PHY属性类型的所有帧的集合。
[0102] 未来扩展帧:能够被用于未来扩展的在超帧内的物理层时隙，以前导开始
[0103] Futurecast UTB系统：提出的物理层广播系统，其输入是一个或者多个MPEG2-TS 或者IP或者一般流，并且其输出是RF信号
[0104] 输入流:用于通过系统被递送给终端用户的服务的全体的数据的流。
[0105] 正常数据符号:排除帧信令和帧边缘符号的数据符号
[0106] PHY属性:相对应的接收器应实现的所有配置的子集
[0107] PLS:由PLS1和PLS2组成的物理层信令数据
[0108] PLS1:在具有固定的大小、编码和调制的FSS符号中承载的PLS数据的第一集合，其 承载关于系统的基本信息以及解码PLS2所需要的参数 [0109]注意:PLS1数据在帧组的持续时间内保持恒定。
[0110] PLS2:在FSS符号中发送的PLS数据的第二集合，其承载关于系统和DP的更多详细 PLS数据
[0111] PLS2动态数据:可以动态地逐帧改变的PLS2数据 [0112] PLS2静态数据:在帧组的持续时间内保持静态的PLS2数据
[0113] 前导信令数据:通过前导符号承载并且被用于识别系统的基本模式的信令数据
[0114] 前导符号:承载基本PLS数据并且位于帧的开始的固定长度的导频符号
[0115] 注意：前导符号主要被用于快速初始带扫描以检测系统信号、其时序、频率偏移、 以及FFT大小。
[0116] 保留以便未来使用:本文档没有定义但是可以在未来定义
[0117] 超帧:八个帧接收单元的集合
[0118] 时间交织块(TI块）：在其中执行时间交织的信元的集合，与时间交织器存储器的 一个使用相对应
[0119] TI组：在其上执行用于特定DP的动态容量分配的单元，由整数组成，动态地改变 XFECBL0CK的数目。
[0120] 注意:TI组可以被直接地映射到一个帧或者可以被映射到多个帧。其可以包含一 个或者多个TI块。
[0121]类型1DP:其中所有的DP以TDM方式被映射到帧的帧的DP
[0122] 类型2DP:其中所有的DP以FDM方式被映射到帧的帧的DP
[0123] XFECBL0CK:承载一个LDPC FECBL0CK的所有比特的Neel个信元的集合
[0124] 图1图示根据本发明的实施例用于发送供未来的广播服务的广播信号装置的结 构。
[0125] 根据本发明的实施例用于发送供未来的广播服务的广播信号的设备可以包括输 入格式化块l〇〇〇、BICM(比特交织编码和调制)块1010、帧结构块1020、0FDM(正交频分复用） 产生块1030和信令产生块1040。将给出用于发送广播信号装置的每个模块的操作的描述。
[0126] IP流/分组和MPEG2-TS是主要输入格式，其它的流类型被作为常规流处理。除了这 些数据输入之外，管理信息被输入以控制用于每个输入流的相应的带宽的调度和分配。一 个或者多个TS流、IP流和/或常规流被同时允许输入。
[0127] 输入格式化块1000能够解复用每个输入流为一个或者多个数据管道，对其中的每 一个应用单独的编码和调制。数据管道(DP)是用于稳健控制的基本单位，从而影响服务质 量(QoS)。一个或者多个服务或者服务分量可以由单个DP承载。稍后将描述输入格式化块 1000的操作细节。
[0128] 数据管道是在承载服务数据或者相关的元数据的物理层中的逻辑信道，其可以承 载一个或者多个服务或者服务分量。
[0129] 此外，数据管道单元:在帧中用于分配数据信元给DP的基本单位。
[0130]在BICM块1010中，奇偶校验数据被增加用于纠错，并且编码的比特流被映射为复 数值星座符号。该符号跨越用于相应的DP的特定交织深度被交织。对于高级属性，在BICM块 1010中执行ΜΜ0编码，并且另外的数据路径在用于ΜΜ0传输的输出端上增加。稍后将描述 BICM块1010的操作细节。
[0131]帧构造块1020可以将输入DP的数据信元映射为在帧内的0FDM符号。在映射之后， 频率交织用于频率域分集，特别地，用于抗击频率选择性衰落信道。稍后将描述帧构造块 1020的操作细节。
[0132]在每个帧的开始处插入前导之后，0FDM产生块1030可以应用具有循环前缀作为保 护间隔的常规的0FDM调制。对于天线空间分集，分布的MI S0方案遍及发射器被应用。此外， 峰值对平均功率降低(PAPR)方案在时间域中执行。对于灵活的网络规划，这个建议提供一 组不同的FFT大小、保护间隔长度和相应的导频图案。稍后将描述0FDM产生块1030的操作细 To
[0133] 信令产生块1040能够创建用于每个功能块操作的物理层信令信息。该信令信息也 被发送使得感兴趣的服务在接收器侧被适当地恢复。稍后将描述信令产生块1040的操作细 To
[0134] 图2、3和4图示根据本发明的实施例的输入格式化块1000。将给出每个图的描述。
[0135] 图2图示根据本发明的一个实施例的输入格式化块。图2示出当输入信号是单个输 入流时的输入格式化模块。
[0136 ]在图2中图示的输入格式化块对应于参考图1描述的输入格式化块1000的实施例。 [0137]到物理层的输入可以由一个或者多个数据流组成。每个数据流由一个DP承载。模 式适配模块将输入数据流限制(slice)为基带帧(BBF)的数据字段。系统支持三种类型的输 入数据流:MPEG2-TS、网际协议（IP)和常规流(GSKMPEG2-TS特征为固定长度（188字节)分 组第一字节是同步字节(0x47) 流由如在IP分组报头内用信号传送的可变长度IP数据报 分组组成。系统对于IP流支持IPv4和IPv6两者。GS可以由在封装分组报头内用信号传送的 可变长度分组或者固定长度分组组成。
[0138] (a)示出用于信号DP的模式适配块2000和流适配2010,并且(b)示出用于产生和处 理PLS数据的PLS