專利名稱：具有綜合糾錯編碼功能的數字廣播系統的發送裝置及方法
技術領域：
本發明涉及具有綜合糾錯編碼功能的數字廣播系統的發送裝置及其方法，具體涉及具有按照支持分層傳輸模式的數字廣播系統的傳輸分層而不同地編碼數據的綜合糾錯編碼功能的數字廣播系統的發送裝置及其方法。
背景技術：
與模擬廣播相比，數字廣播由于使用了數字編碼系統而具有系統集成和互用性的優點。利用計算機和網絡，數字廣播滿足了作為所謂的媒體會聚(media convergence)核心的要求。另外，數字廣播的交互特點極大地改變了單向的模擬廣播。
為了保證數字廣播的集成和互用性，首先，需要引入標準。當前提出的用于數字地面電視廣播的傳輸方法是美國的利用8-VSB(殘留邊帶)的ATSC(高級電視系統委員會)和歐洲的基于COFDM(編碼正交頻分復用)的DVB-T(數字視頻廣播-地面)。
由于數字廣播需要壓縮信號源以發送大量的數據，在信道內的一點差錯相當大地影響整個系統。因此，需要減少在信道中發生的差錯。為了減少差錯，可以提高電功率以提高信號噪聲比(SNR)。但是，它具有諸如這樣的問題，即由大的電功率和發送裝置的高輸出以及信道之間的干擾導致的提高的成本。為了減輕這些問題，數字廣播系統使用糾錯碼，它使得錯誤能夠被糾正而不需要提高電功率。糾錯碼能夠糾正在信道中發生的差錯而不用提高電功率，降低了在接收機中發生的差錯的概率。
糾錯碼被主要劃分成自動重復請求(ARQ)和前向糾錯(FEC)。按照ARQ，如果在接收機中檢測到差錯，則接收機向發送機發送用于請求重發數據的信號。因此，發送機重發數據。因為ARQ需要一個用于允許接收機向發送機發送重發請求信號的返回信道，因此這個方法不適合于在數字廣播中使用。而按照FEC，信號與加到信號的附加碼元一起被發送，以便接收機可以檢測到在信道中的差錯并隨后用代數方法將其糾正。
FEC被主要劃分成塊碼和卷積碼。塊碼以塊為單位編碼和解碼信息，它包括漢明碼、BCH碼和RS(里德-索羅蒙)碼。在這些碼中，RS碼在距離特性上極佳，并包括有效的編碼和解碼算法，因此已經被廣泛用于數字廣播系統。RS碼在糾正突發差錯方面優越，因為它以塊為單位檢測和糾正差錯。
同時，對于卷積碼，輸出比特易于受到過去輸入的比特以及當前輸入的比特的影響，并在糾正隨機差錯方面有效。卷積碼稱為Viterbi碼，因為卷積編碼器的解碼器通常使用Viterbi解碼器。
因為糾錯的數據需要與用于糾錯的附加信息一起被發送，因此降低了每個帶寬可以發送的信息量。按照近來研究的發送方法，例如，TCM(網格編碼調制)、編碼和調制功能被組合為一個，因此可以獲得大的編碼優點而不需要降低數據發送率或提高帶寬。
圖1是示出按照基于COFDM的DVB-T(數字視頻廣播地面電視)的數字廣播的發送裝置的方框圖。
參見圖1，數字廣播系統的發送裝置包括第一和第二擾碼器10和11、前向糾錯(FEC)單元30和調制單元40。FEC單元30包括第一和第二里德-索羅蒙(RS)編碼器12和22、第一和第二外部交織器14和24、第一和第二卷積編碼器16和26以及一個內部交織器28。調制單元40包括導頻/系統信息插入部件41、映射/OFDM調制部件43、保護間隔(GI)插入部件45、數模(D/A)轉換部件47和射頻(RF)部件36。
在DVB-T方法的情況下，它支持分層傳送模式。在這個情況下，所輸入的發送流(TS流)被分離器(未示出)劃分成高優先級(HP)層級和低優先級(LP)層級。通過HP層級發送的第一TS流被輸入到第一擾碼器10，而通過LP層級發送的第二TS流被輸入到第二擾碼器11。
第一和第二擾碼器10和11按照預定的模式將第一和第二輸入TS流的數據值隨機化。這個處理在接收機被反向執行以便還原原始值。
FEC單元30對于通過第一和第二擾碼器10和11輸入的數據執行編碼，以便糾正在數據發送期間發生的差錯。即，第一和第二第一編碼器12和22從第一和第二擾碼器10和11接收數據，并以塊為單位對數據執行RS編碼以糾錯。RS編碼加上奇偶校驗碼以糾錯。所加上的奇偶校驗碼的數量取決于發送方法。在DVB-T方法的情況下，16個奇偶校驗碼元被加到每個188字節的TS流，因此糾錯編碼的字節的總數為204。
第一和第二外部交織器14和24交織在第一和第二第一編碼器12和22中被以塊為單位編碼的數據，因此分散了可能的突發差錯。第一和第二卷積編碼器16和26對于在第一和第二外部交織器14和24被交織的數據以塊為單位執行卷積編碼。DVB-T方法一般使用具有約束長度7和編碼率1/2的卷積碼。
在第一和第二卷積編碼器16和26被卷積編碼的數據被內部交織器28重新交織以輸出。
對于從FEC單元30輸出的編碼數據，調制單元40執行適合于在數字廣播系統中使用的發送方法的數字調制。如圖1所示，在使用DVB-T系統的OFDM的情況下，映射/OFDM調制部件43將從內部交織器20輸出的數據映射為諸如QPSK(四相相移鍵控)、16-QAM(正交調幅)和64-QAM的一個碼元，并利用IFFT(逆快速傅立葉變換)執行OFDM調制。在這個過程中，導頻/系統信息插入部件41向信號插入用于信號同步和信道預測的導頻信號和關于發送模式的信息。GI插入部件45插入用于防止在多徑環境中的ISI(碼元間干擾)的GI。D/A轉換部件47對于插入GI的信號執行數模(D/A)轉換。RF部件49以高頻放大被D/A轉換的信號，并經由天線發送信號。
如上所述，傳統的數字廣播系統的發送裝置主要使用級聯的代碼系統，所述系統使用第一和第二第一編碼器12和22作為外部編碼器，使用第一和第二卷積編碼器16和26作為內部編碼器。同樣，支持諸如DVB-T的分層傳輸模式的數字廣播系統的發送裝置使用對于HP和LP層級使用相同方法的編碼器和以相同的方法執行交織的交織器。
如上所述，在對于HP和LP層級使用相同方法的編碼器和交織器被用于糾錯編碼的情況下，所有通過HP和LP層級發送的數據可以由具有相同結構的接收器接收。
但是，可能存在一種情況，使用HP層級的接收器和使用LP層級的接收器存在于各自不同的通信環境下。在這種情況下，按照接收器的環境分別執行糾錯編碼可以提高系統的傳輸效率。例如，在移動環境下的接收器接收其接收效率相對強的HP信號，而在固定條件下的接收器接收在接收更多數據方面強的LP信號。對于通過HP層級發送的數據，需要在接收器執行更增強的糾錯編碼以改善接收效率。對于通過LP層級發送的數據，接收器需要被構造成具有更快的傳輸速率。因此，數字廣播系統的發送裝置需要根據接收器的通信環境按照分層使用不同的糾錯編碼方法。
發明內容
為了解決現有技術領域的上述問題，本發明得到開發。因此，本發明的一個目的是提供一種數字廣播系統的發送裝置及其方法，能夠不同地和復合地編碼通過HP層級發送的數據和通過LP層級發送的數據，以便糾錯。
上述目的的獲得是通過提供一種數字廣播系統的發送裝置，包括第一和第二編碼器，用于分別對第一和第二輸入傳送流(TS流)以塊為單位進行編碼以糾錯，并輸出編碼的數據；第一和第二外部交織器，用于分別交織從第一和第二編碼器輸出的數據；卷積編碼器，用于對于由第一外部交織器輸出的數據執行卷積編碼，并輸出編碼的數據；網格編碼調制(TCM)編碼器，用于對由第二外部交織器輸出的數據執行TCM編碼，并輸出編碼的數據；內部交織器，用于交織由卷積編碼器輸出的數據和由TCM編碼器輸出的數據，并輸出交織的數據；調制單元，用于數字調制由內部交織器輸出的數據和發送調制的數據。
內部交織器以相同的方法交織由卷積編碼器輸出的數據和由TCM編碼器輸出的數據。而且，內部交織器也以不同的方法交織由卷積編碼器輸出的數據和由TCM編碼器輸出的數據。
優選的是，第一和第二編碼器是使用里德-索羅蒙碼的里德-索羅蒙(RS)編碼器。可能的是，第一和第二編碼器利用具有不同規格的RS碼執行糾錯編碼。
優選的是，調制單元使用正交頻分復用(OFDM)調制來執行數字調制。在這種情況下，調制單元包括映射/OFDM調制部件，用于按映射方法映射由內部交織器輸出的數據，并執行OFDM調制；系統信息插入部件，用于向映射/OFDM調制部件提供用于信號同步和信道預測的導頻信號以及關于發送模式的信息；保護間隔(GI)插入部件，用于向從映射/OFDM調制部件輸出的信號插入一個GI；數模(D/A)轉換部件，用于對插入GI的信號執行D/A轉換；射頻(RF)部件，用于將D/A轉換的信號轉換為高頻信號并發送這個信號。
優選的是，所述發送裝置還包括分離器，用于將輸入的TS流劃分為要通過HP層級發送的第一TS流和要通過LP層級發送的第二TS流；第一擾碼器，用于將第一TS流隨機化以向第一編碼器提供第一TS流；第二擾碼器，用于將第二TS流隨機化以向第二編碼器提供第二TS流。
同時，按照本發明的數字廣播系統的發送方法包括步驟(a)以塊為單位對于第一和第二輸入傳送流(TS流)分別執行編碼以糾錯，并輸出第一和第二編碼數據；(b)分別交織第一和第二編碼數據和輸出第一和第二交織數據；(c)對于第一交織數據執行卷積編碼；(d)對于第二交織數據執行網格編碼調制(TCM)編碼；(e)分別重新交織卷積編碼的數據和TCM編碼的數據；以及(f)數字調制重新交織的數據并發送所述數據。
步驟(e)以相同的方法交織卷積編碼的數據和TCM編碼的數據。而且，步驟(e)以不同的方法交織卷積編碼的數據和TCM編碼的數據。
優選的是，步驟(a)編碼使用里德-索羅蒙碼的數據。可能的是，在步驟(a)中編碼的第一和第二數據使用具有不同規格的RS碼來進行編碼以糾錯。
步驟(f)利用正交頻分復用(OFDM)調制執行數字調制。在這種情況下，步驟(f)包括步驟(f1)以預定的映射方法映射重新交織的數據并執行OFDM調制；(f2)向映射/OFDM調制步驟提供用于信號同步和信道預測的導頻信號以及關于發送模式的信息；(f3)向從步驟(f2)輸出的信號插入保護間隔(GI)；(f4)對于插入GI的信號執行數模(D/A)轉換；(f5)將D/A轉換的信號轉換為高頻信號并發送這個信號。
優選的是，發送方法還包括步驟將輸入的TS流劃分為要通過HP層級發送的第一TS流和要通過LP層級發送的第二TS流；隨機化第一和第二TS流以向步驟(a)提供第一和第二隨機化的TS流。
通過參照
本發明的優選實施例，本發明的上述目的和特點將會變得更加清楚，其中
圖1是示出一般數字廣播系統的發送裝置的方框圖；圖2是示出按照本發明的第一實施例的數字廣播系統的發送裝置的方框圖；圖3是示出運行圖2的數字廣播系統的發送裝置的方法的流程圖；圖4是示出按照本發明的第二實施例的數字廣播系統的發送裝置的方框圖；圖5是運行圖4的數字廣播系統的發送裝置的方法的流程圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖來更詳細說明本發明。
圖2是示出按照本發明的第一實施例的數字廣播系統的發送裝置的方框圖。
參見圖2，按照第一實施例的數字廣播系統的發送裝置主要包括第一和第二擾碼器110和111、前向糾錯(FEC)單元130和調制單元140。FEC單元130包括第一和第二里德-索羅蒙(RS)編碼器112和122、第一和第二外部交織器114和124、卷積編碼器116、TCM(網格編碼調制)編碼器126和內部交織器128。調制單元140包括導頻/系統信息插入部件141、映射/OFDM調制部件143、保護間隔(GI)插入部件145、數模(D/A)轉換部件147和射頻(RF)部件149。
按照第一實施例，數字廣播系統的發送裝置支持分層傳送模式，因此由分離器(未示出)將傳送流(TS流)劃分為高優先級(HP)層級和低優先級(LP)層級。通過HP優先級發送的第一TS流被輸入到第一擾碼器110，而通過LP層級發送的第二TS流被輸入到第二擾碼器111。
第一和第二擾碼器110和111按照預定的模式隨機化第一和第二輸入TS流的數據值。即，通過將偽隨機二進制序列擾碼為輸入TS流，消除了在輸入信號之間的相關性。這是要防止在同步數據發送期間由于諸如00000000b或11111111b的重復數字引起的丟失同步信號的問題。這個處理在接收器被反向執行以還原原始數值。
FEC單元130對通過第一和第二擾碼器110和111輸入的數據執行編碼，以糾正在數據發送期間發生的差錯。即，第一和第二RS編碼器112和122以塊為單位對于通過第一和第二擾碼器110和111輸出的數據執行RS編碼，以糾正差錯。RS編碼加上奇偶校驗碼以糾錯，由第一和第二RS編碼器112和122加上的奇偶校驗碼的大小彼此相同或彼此不同。
第一和第二外部交織器114和124對從第一和第二RS編碼器112和122輸出的數據執行字節交織。
卷積編碼器116對于從第一外部交織器114輸出的數據執行卷積編碼，而TCM編碼器126對于從第二外部交織器124輸出的數據執行TCM編碼。卷積編碼的數據和TCM編碼的數據被內部交織器128重新交織并被輸出到調制單元140。內部交織器128可以包括一個比特交織器和一個碼元交織器。所述比特交織器在有可能進行比特交織的數據塊執行交織。在OFDM的情況下，所述碼元交織器將在OFDM碼元中存在的有效副載波交織為一個碼元單位。
對于從內部交織器128輸出的編碼數據，調制單元140執行適合于所述數字廣播系統的發送方法的數字調制。圖2以示例示出了根據DVB-T系統的OFDM方法執行調制的調制單元140。
在這種情況下，調制單元140的映射/OFDM調制部件143將從內部交織器128輸出的數據映射為諸如QPSK(四相相移鍵控)、16-QAM(正交調幅)和64-QAM的一個碼元，并執行OFDM調制。在這個過程中，導頻/系統信息插入部件141插入用于信號同步和信道預測的導頻信號和關于發送模式的信息。GI插入部件145插入用于防止在多徑環境中的ISI(碼元間干擾)的保護間隔(GI)。而且，D/A轉換部件147對于插入GI的信號執行數模(D/A)轉換，RF部件149以高頻放大D/A轉換的信號，并經由天線發送信號。
圖3是示出按照本發明運行圖2所示的數字廣播系統的發送裝置的方法的流程圖。
參見所述流程圖，輸入的發送流(TS流)被分離器(未示出)劃分為要通過高優先級(HP)層級發送的第一TS流和要通過低優先級(LP)層級發送的第二TS流(S300和S302)。當TS流通過HP層級被發送的時候，由分離器劃分的第一TS流被輸入到第一擾碼器110，第一擾碼器110執行擾碼以隨機化第一TS流(S304)。
第一RS編碼器112以塊為單位對于由第一擾碼器110擾碼的數據進行RS編碼以糾錯(S306)。
里德-索羅蒙(RS)碼是與其他碼不同的非二進制塊碼，因此它不包括二進制數0或1，但包括非二進制數0、1、……、2m-1。按照RS編碼，包括k個輸入碼元的一個塊被編碼為具有n個編碼碼元的一個塊，其中n大于k。因此，n-k個冗余碼元被加上，這稱為里德-索羅蒙奇偶校驗碼。由RS編碼加上的奇偶校驗碼的數量取決于傳輸方法，例如每個188字節的碼元為16或20。接收器通過使用加入的奇偶校驗碼確定所接收的數據的精確度。如果作為精確度確定的結果檢測到一個差錯，則接收器搜索差錯的位置，糾正失真的數據并還原原始信號。一般，加上的奇偶校驗碼的一半數量的碼元被還原，不可能還原多于奇偶校驗碼的一半數量的碼元。
第一外部交織器114對于在第一編碼器112以塊為單位被編碼的數據執行外部交織(S308)。在通過第一外部交織器114交織數據的各種方法中，一般使用卷積交織器。所述交織器的基本功能是最大限度地分散突發差錯。
卷積編碼器116對于從第一外部交織器114輸出的數據執行卷積編碼。卷積碼用于將各個連續的k比特的輸入行編碼為n個輸出比特，并且編碼包括輸入比特和二進制脈沖響應的卷積。DVB-T傳輸方法使用具有約束長度7和編碼率1/2的卷積編碼方法。在此，編碼率可以改變，例如2/3、3/4、5/6和7/8。
內部交織器128對于由卷積編碼器116卷積編碼的數據執行交織(S322)，因此改善了由多徑引起的性能惡化。如上所述，對于用于糾錯的編碼數據，調制單元140執行適合于數據傳輸的數字調制并發送數據(S330)。
而且，當通過LP層級發送輸入TS流的時候，由分離器劃分的第二TS流被輸入到第二擾碼器111并被第二擾碼器111擾碼(S314)。被擾碼的數據被第二RS編碼器122 RS編碼(S316)。在第二RS編碼器122的RS編碼期間加入的奇偶校驗碼的大小等于或不等于第一RS編碼器112的。
第二外部交織器124交織由第二RS編碼器122編碼的數據(S318)，因此分散了在信道中發生的可能突發差錯。
TCM編碼器126對于由第二外部交織器124交織的數據執行TCM編碼以糾錯(S320)。
由Underboeck提出的TCM(網格編碼調制)將編碼功能和調制功能合二為一以獲得極大的編碼優點，而不用降低數據發送率或提高帶寬。使用TCM的理由如下。
因為糾錯編碼將數據與加到數據的糾錯碼一起發送，因此降低了每個帶寬可以發送的數據量。因此，為了恒定地保持數據的傳輸率，比當數據未編碼而被發送的時候需要更多的帶寬。如果帶寬有限，則需要使用用于有效使用帶寬的調制方法。但是，對于具有有限的帶寬和功率的發送裝置，情況經常是難于通過分別編碼和調制來獲得所期望的性能。為了解決這個問題，已經研究了一種用于組合編碼和調制的通信方法，它的一個示例是TCM。TCM通過單一的操作來執行卷積編碼和調制。因此，與其中所接收的數據在解調后被解碼的一般接收器相比，TCM接收器通過組合它們而一次性地執行解調和解碼。
由TCM編碼器126編碼的數據被發送到內部交織器128。內部交織器128交織被發送的數據(S322)。對于由內部交織器128交織的數據，調制單元140執行適合于數據發送的數字調制，并經由天線發送數據(S330)。
如上所述，有可能不同和復合地編碼通過HP層級發送的數據和通過LP層級發送的數據以糾錯。
圖4是示出按照本發明的第二實施例的數字廣播系統的發送裝置的方框圖。
參見圖4，數字廣播系統的發送裝置包括第一和第二擾碼器210和211、前向糾錯(FEC)單元230和調制單元240。FEC單元230包括第一和第二里德-索羅蒙(RS)編碼器212和222、第一和第二外部交織器214和224、卷積編碼器216、網格編碼調制(TCM)編碼器226以及第一和第二內部交織器218和228。調制單元240包括導頻/系統信息插入部件241、映射/OFDM調制部件243、保護間隔(GI)插入部件245、數模(D/A)轉換部件247和射頻(RF)部件249。
按照本發明的第二實施例的廣播系統的發送裝置與第一實施例的不同在于，使用了兩個內部交織器，即第一和第二內部交織器218和228。因此，由卷積編碼器216編碼的數據和由TCM編碼部件226編碼的數據被通過不同的方法分別交織。其他部件的功能與第一實施例的相同。
圖5是運行圖4的數字廣播系統的發送裝置的方法的流程圖。
參見圖5，第二實施例的發送裝置與圖3的不同在于，從卷積編碼器216輸出的數據被第一交織器218交織(S410和S412)，從TCM編碼器226輸出的數據被第二交織器228交織(S420和S422)。即，按照第二實施例，從卷積編碼器216輸出的數據和從TCM編碼器226輸出的數據被通過不同的方法分別交織。其他步驟與圖3的相同。
如上所述，按照本發明的數字廣播系統的發送裝置向通過HP層級發送的數據和通過LP層級發送的數據分配不同的糾錯碼，并執行不同的交織。因此，由于按照發送層級不同地編碼數據以糾錯，因此適合于接收器的通信環境的有效發送是可能的。
此外，上述的實施例通過示例使用OFDM來作為調制方法，但是這不應當被當作限定。本發明可以應用到數字廣播傳統的各種發送裝置而不管所使用的調制方法如何，并且可以提供適合于接收器的通信環境的最佳的數據發送。
如上所述，對于通過HP層級發送的數據和通過LP層級發送的數據，執行不同的糾錯編碼方法。因此，按照接收器的通信環境，數字廣播的有效數據發送是可能的。
上述的實施例和優點僅僅是示范性的，不能作為對本發明的限定。本教程可以容易地應用到其他類型的裝置。本發明的說明是例證性的，不限定權利要求的范圍。對本領域的技術人員來說許多替換形式、改進和變化是顯然的。在權利要求書中，裝置加功能子句試圖覆蓋在此描述為執行列舉的功能的結構，不僅結構的同等物，而且同等的結構。
權利要求
1.一種數字廣播系統的發送裝置，包括第一和第二編碼器，用于分別對第一和第二輸入傳送流(TS)以塊為單位進行編碼以糾錯，并輸出編碼的數據；第一和第二外部交織器，用于分別交織從第一和第二編碼器輸出的數據；卷積編碼器，用于對于由第一外部交織器輸出的數據執行卷積編碼，并輸出編碼的數據；網格編碼調制(TCM)編碼器，用于對由第二外部交織器輸出的數據執行TCM編碼，并輸出編碼的數據；內部交織器，用于交織由卷積編碼器輸出的數據和由TCM編碼器輸出的數據，并輸出交織的數據；以及調制單元，用于數字調制由內部交織器輸出的數據和發送調制的數據。
2.一種數字廣播系統的發送裝置，包括第一和第二編碼器，用于分別對第一和第二輸入傳送流(TS)以塊為單位進行編碼以糾錯，并輸出編碼的數據；第一和第二外部交織器，用于分別交織從第一和第二編碼器輸出的數據；卷積編碼器，用于對于由第一外部交織器輸出的數據執行卷積編碼，并輸出編碼的數據；網格編碼調制(TCM)編碼器，用于對由第二外部交織器輸出的數據執行TCM編碼，并輸出編碼的數據；第一內部交織器，用于交織由卷積編碼器輸出的數據；第二內部交織器，用于交織由TCM編碼器輸出的數據，并輸出編碼的數據；以及調制單元，用于數字調制由內部交織器輸出的數據和發送調制的數據。
3.一種數字廣播系統的發送方法包括步驟(a)以塊為單位對于第一和第二輸入傳送流(TS)分別執行編碼以糾錯，并輸出第一和第二編碼數據；(b)分別交織第一和第二編碼數據和輸出第一和第二交織數據；(c)對于第一交織數據執行卷積編碼；(d)對于第二交織數據執行網格編碼調制(TCM)編碼；(e)分別重新交織卷積編碼的數據和TCM編碼的數據；以及(f)數字調制重新交織的數據并發送所述數據。
全文摘要
一種具有綜合糾錯編碼功能的數字廣播系統的發送裝置及方法。該發送裝置包括第一和第二編碼器，分別對第一和第二輸入傳送流以塊為單位進行編碼以糾錯，并輸出編碼的數據；第一和第二外部交織器，分別交織從第一和第二編碼器輸出的數據；卷積編碼器，對于由第一外部交織器輸出的數據執行卷積編碼，并輸出編碼的數據；網格編碼調制(TCM)編碼器，對由第二外部交織器輸出的數據執行TCM編碼，并輸出編碼的數據；內部交織器，分別交織卷積編碼器輸出的數據和TCM編碼器輸出的數據，并輸出交織的數據；調制單元，數字調制內部交織器輸出的數據和發送調制的數據。因此，通過按照發送層級不同地編碼數據，數字廣播信號可按照接收機的通信環境被有效地發送。
文檔編號H04N7/64GK1758745SQ20051010940
公開日2006年4月12日 申請日期2003年1月17日 優先權日2002年10月17日
發明者金紀甫 申請人:三星電子株式會社