專利名稱：利用可變首標調制來傳送和接收前向糾錯幀首標的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本原理涉及有線傳送系統和技術。更具體地，涉及一種用于有線電視傳送的前向糾錯(FEC)首標設計。
背景技術：
LDPC(低密度奇偶校驗)碼是在傳送環境中經常使用的用于保護音頻和/或視頻數據的一類前向糾錯(FEC)塊碼。這些前向糾錯碼增加了接收器從接收的多媒體流中恢復并且校正錯誤的概率，而不需要重傳所接收的有錯誤的數據。FEC錯誤控制系統需要傳送器向數據流添加冗余數據。通過計算糾錯碼的方式來確定FEC能夠校正的最大錯誤分段 (fraction)。FEC的示例是塊碼，諸如在固定大小的塊、分組、或者預定大小的碼元上操作的 LDPC碼，以及在任意長度的比特流或碼元流上操作的卷積碼。存在許多類型的塊糾錯碼， 諸如Reed-Solomon，或者，如已經提到的，LDPC(低密度奇偶校驗)。已經開發了其它類型的糾錯碼專用于通過IP網絡的數字視頻流的傳送，諸如SMPTE 2022(電影和電視工程師協會)，其不同于諸如Reed-Solomon之類的其它典型的FEC方案，而依賴非常簡單的算法，并且在諸如數字電視的機頂盒接收器之類的有限的資源可用的環境中很有用。最初是被設計用于衛星通信中的前向錯誤控制的DVB-S2LDPC碼家族已經被 DVB-T2(用于地面信道的第二代DVB標準)使用，并且被強烈推薦為用于DVB-C2(用于有線信道的第二代DVB標準)。將采用OFDM調制以及在DVB-T2標準中規定的編碼技術 (BCH+LDPC)。然而，DVB-T2標準被設計用于地面無線信道，而DVB-C2標準被設計用于有線信道。在DVB-T2中使用的信號幀結構和前同步碼可能不適合在DVB-C2標準中重新使用。前向糾錯(FEC)的幀首標被設計用于DVB-C2標準。FEC數據塊由 Bose-Chaudhuri-Hocquenghem(BCH)外部碼和低密度奇偶校驗(LDPC)內部碼組成。還執行二維交織。交織是對序列的順序進行重新排列以滿足不同目的的過程。對于經歷隨時域和頻域選擇性衰落的信道而言，已經連同信道編碼一起使用比特和/或碼元交織來分布 (distribute)錯誤突發。在每個FEC幀的前面附加幀首標來指示編碼率、調制類型和物理層管道標識符。除了與物理層有關的信息的信令以外，FEC幀首標必須提供這樣的結構使得可以在接收器中容易地并可靠地對其進行檢測。
發明內容
在本說明書的至少一個實施方案中提供了用于數字有線電視傳送的高效并可靠的FEC幀首標。該幀首標被設計為在噪聲條件下是魯棒性的和可檢測的。使用DVB-C2標
4準作為示例示出示范性實施方案。在此描述的高效并且可靠的FEC幀首標適合于DVB-C2標準并且在本說明書的至少一個實施方案中提供。在DVB-C2標準中，將自適應編碼和調制(ACM)或可變編碼和調制 (VCM)應用于每個FEC塊以盡可能地提供更多的靈活性。結果，在每個FEC幀的前面附加幀首標以向接收器指示關于編碼率、調制類型和物理層管道標識符。除了與物理層有關的信息的信令之外，期望FEC幀首標提供使得可以在接收器中容易并可靠地對其進行檢測的結構。在本說明書中示范性實施方案中的FEC幀首標的碼元數目是16或者32，其小于具有45個碼元的其它方法。根據本原理的FEC幀首標使用Reed-Muller (32，16)碼(RM(32，16))來保護信令比特，而現有方法的FEC幀首標使用BOK45，18)碼。RM(32,16)碼具有對稱碼結構，使得其可以被多數邏輯解碼來解碼，所述多數邏輯解碼比之前的方法需要較少的復雜性。由此，根據本原理的實施方案中的FEC幀首標的解碼復雜性比根據其它已知安排的FEC幀首標的解碼復雜性要小很多。另外，提供了對16和32碼元FEC幀首標二者的改進以相對于現有方法來改進FEC 幀首標的檢測。
圖1示出頻域DVB-C2信號的幀結構。圖2示出生成32碼元FEC幀首標的概念性框架。圖3示出生成16碼元FEC幀首標的裝置。圖4示出RM(32，16)碼的生成矩陣圖5示出使用本原理的優選實施例的冊(32，16)編碼器和生成32碼元首標的概念性框架。圖6示出使用本原理的優選實施例的冊(32，16)編碼器和生成16碼元首標的裝置。圖7示出使用在此描述的原理編碼首標的方法。圖8示出根據在此的原理編碼首標的裝置。圖9示出根據在此描述的原理解碼所編碼的首標信息的方法。圖10示出根據在此描述的原理解碼所編碼的首標信息的裝置。
具體實施例方式DVB-C2標準是DVB項目正開發的下一代數字有線傳送系統。DVB-C2標準盡可能多地使用DVB-T2地面傳送標準的各方面。結果，將采用OFDM調制以及在DVB-T2標準中規定的編碼技術(BCH+LDPC)。然而，必須注意，DVB-T2標準被設計用于地面無線信道，而DVB-C2 標準被設計用于有線信道。有線信道不同于無線信道，這是因為有線信道是具有很少的微弱回波的高質量的、高信噪比(SNR)的信道，并且因為被分配用于TV廣播的無線頻譜通常由諸如FCC之類的政府機構限定，而有線網絡的頻譜可以在稍微較少限制的情況下使用。 結果，在DVB-T2中使用的信號幀結構和前同步碼可能不適合在DVB-C2標準中使用。在此描述的原理允許在最小的接收器復雜性的情況下、在噪聲信道條件下檢測FEC幀首標。根據DVB-C2標準傳送的數據被包含在數據碼片分組中。數據碼片分組由一個或兩個FEC幀單元形成。這些數據碼片分組可以是數據碼片類型1或者數據碼片類型2。數據碼片類型1分組僅僅傳送FEC幀數據并且使用級別1信令部分2內的指針來檢測它們的開始。數據碼片類型2分組承載16比特FEC幀首標，所述16比特FEC幀首標允許與數據碼片分組進行同步而不需要傳送進一步的信息。該首標承載關于調制、編碼參數，PLP標識符，以及在該首標之后的FEC幀的數目(一個或兩個)的信息。首標信息的編碼必須確保可以適當地同步并且解碼該首標。仿真結果已經表明利用BPSK調制的RM(32，16)碼的使用可以對加性高斯白噪聲 (AffGN)信道中以IOdB SNR的FEC首標信令實現無錯誤的結果。大多數解碼也具有導致簡單的解碼器的非常低的復雜性。FEC幀結構在DVB-C2標準中，為了在每個幀上支持ACM或VCM，向每個FEC幀附加FEC幀首標。在圖1中示出FEC幀結構。每個FEC編碼幀是利用不同階和編碼率調制的正交幅度調制(QAM)。在每個FEC幀之前的FEC幀首標中承載這兩個重要參數。如下所述，FEC幀首標包含16個信令比特1. QAM 調制階-3 比特(16、64、256、1K、4K)2. FEC 塊長度-1 比特(16200，64800)3. FEC編碼率-3比特4.物理層管道(PLP) ID-8比特5.首標改變指示符或奇偶校驗比特-1比特當該比特是首標改變指示符時，值 “1”指示將修改下一 FEC幀的FEC首標的前4個部分，而值“0”指示沒有改變。接收器將基于層-1信令而知道該比特是首標改變指示符還是奇偶校驗比特。信令比特通過可以利用低復雜性多數邏輯解碼方法解碼的RM碼來保護。選擇冊(32，16)碼并且由此將16消息比特編碼到32碼字比特。在調制之前將長度32的PRBS (偽隨機二進制序列)嵌入到FEC幀首標結構以使得在接收器中能夠檢測幀首標。32比特PRBS 比特的示例是十六進制表示的F^61D92。該PRBS使用多項式χ"+χ2+1生成器來生成。在本描述中的至少一個實施方案中設計具有不同長度的兩個幀首標結構。提供具有較短長度 (16碼元)的幀首標結構用于高SNR環境。在本原理的一個實施例中，為了改進FEC幀首標的檢測，采用16-QAM和64-QAM數據碼元的數據部分與32碼元首標一起使用，否則(高SNR情形下)和16碼元首標一起使用。Ll信令比特中的一個比特用于指示首標類型。依賴于數據碼片部分的調制來不同地調制FEC幀首標。當利用16-QAM和64-QAM調制來調制數據碼元時，可以使用偏移的BPSK 來調制FEC首標，否則利用16-QAM來調制。在信噪比(SNR)高于IOdB時，32碼元首標是可靠的，而當SNR高于20dB時，16碼元首標是可靠的。在PLP中32碼元和16碼元首標二者的使用可以用于改進檢測。然而，為了改進IOdB的SNR處的碼元首標解碼，在一個DVB-C2 幀內的同一數據碼片中不同時使用32碼元和16碼元首標。圖1示出不同調制用于連續數據部分的FEC幀結構。在本原理中，每個FEC幀首標采用的調制將依賴于對應的數據部分采用的調制。在一些情形下，將采用32碼元FEC幀首標，而在其它情形下，將使用16碼元首標。A. 32碼元FEC幀首標圖2中示出用于生成32碼元FEC幀首標的概念性框架。在本原理中，當利用 16-QAM或64-QAM數據碼元來調制PLP數據部分時，使用該32碼元首標。使用RM(32，16) 碼來編碼16信令比特。通過在使用32比特PRBS的調制器中偏移BPSK來調制作為結果的 32碼字比特。在本原理的一個實施例中，RM(32，16)碼字經歷1比特循環移位并且與32比特 PRBS比特進行異或，以形成用于指示使用同相的或者正交的BPSK的序列。例如，當異或序列的比特等于1時，使用同相BPSK來調制由冊(32，16)編碼器生成的32比特。當異或序列的比特等于0時，使用正交BPSK來調制由RM(32，16)編碼器生成的32比特。圖5中示出用于生成該類型的32碼元FEC幀首標的概念性框架。B. 16碼元FEC幀首標在圖3中示出用于生成16碼元FEC幀首標的裝置。通過RM(32，16)碼來編碼16 信令比特。在每兩個碼字比特與兩個PRBS比特配對之后，通過16-QAM調制器將作為結果的32碼字比特和32PRBS比特16-QAM調制為16個碼元。從兩個最高有效比特中的兩個碼字比特和兩個最低有效比特中的兩個PRBS比特中產生每個16-QAM碼元。這兩個碼字比特確定象限(quadrant)而兩個PRBS比特確定在象限中的位置。在16-QAM碼元的另一示范性實施例中，兩個最高有效比特承載碼字比特而兩個最低有效比特承載PRBS比特。在本原理的另一實施例中，冊(32，16)碼字經歷2比特循環移位并且然后與32比特PRBS比特進行異或。異或序列的每兩個比特用于碼元碼字的兩個最低有效比特。碼元碼字的兩個最高有效比特是來自RM(32，16)編碼器輸出的兩個比特。兩個比特循環移位確保鄰近的碼元也可以承載當前碼元中的兩個碼字比特的信息以實現多樣性(diversity)。 利用16-QAM調制四比特碼元碼字以從16信令比特的每個組形成16個16-QAM碼元。在圖 6中示出使用該原理生成16碼元首標的概念性框架。在本原理的另一優選實施例中，盡管不在DVB-C2幀內的同一數據碼片中，但使用上述的1比特循環移位來修改32碼元首標，并且如前所述地修改16碼元首標使得可以使用兩種類型的首標。Ll信令數據中的比特指示在類型2幀首標中使用的FEC幀首標的類型。圖7圖示了本原理中編碼FEC首標信息的方法700。在步驟710使用例如RM(32， 16)編碼來執行FEC編碼。在步驟720中執行對FEC編碼的比特的處理并且該處理依賴于首標比特將經歷的調制類型。處理步驟720執行RM編碼的比特的循環比特移位，之后是異或操作。移位量依賴于首標比特所使用的調制類型。對于偏移BPSK調制的情形，執行RM 編碼的比特的一個比特的循環移位，之后是移位的比特與32比特PRBS的異或。在16-QAM 調制的情形下，將RM編碼的比特的兩個比特與通過兩個PRBS比特異或后的移位的RM比特的兩個比特進行配對。然后在步驟730中執行利用偽隨機二進制序列的調制。在本原理的一個實施例中，在物理層管道(PLP)中的數據碼元使用16-QAM或64-QAM調制時，步驟730使用具有一比特循環移位的偏移BPSK來創建用于FEC首標信令比特的32個碼元。否則，當確定使用 16碼元首標時，例如，當PLP中的數據碼元使用256-QAM、IK-QAM或者4K-QAM調制時，步驟730使用具有2比特循環移位的16-QAM調制并且創建用于FEC幀首標的16信令比特的16 個碼元。圖8圖示在此描述的本原理中用于編碼FEC首標信息的裝置。在編碼器810的輸入端接收首標信息。在使用例如RM(32，16)編碼進行編碼之后，將輸出發送給處理器820的輸入端，并且然后發送給調制器830，在調制器830處使用如在方法700中描述的適當的調制并且并入在此描述的本原理、利用偽隨機二進制序列對FEC編碼的首標信息進行調制。 處理器820對RM編碼比特執行循環比特移位，之后進行異或操作。移位量依賴于首標比特所使用的調制類型。對于偏移BPSK調制的情形而言，執行對RM編碼比特的一比特循環移位，之后是移位的比特與32比特PRBS進行異或。在16-QAM調制的情形下，RM編碼的比特的兩個比特與通過兩個PRBS比特異或后的移位的RM比特的兩個比特進行配對。FEC幀首標檢測方法基于本原理中的FEC幀首標中嵌入的PRBS和RM(32，16)編碼的使用，通過兩步驟的方法來執行對FEC幀首標的檢測。第一步驟是將傳送的PRBS和接收的比特流進行相關。 使 ΡΝ(η)，η = 0，1，· · ·，31 為被傳送的 32 比特 PRBS。由下式給出具有給定索引i的相關性
31!i P其中Y(η)是接收的PRBS的二進制流。注意，通過將1和0替換為1和_1并且然后執行相關來計算兩個二進制流的相關性。此外，注意，如果PRBS是用于FEC幀首標檢測的唯一特征，則由下式給出估計的FEC幀首標的位置 i = arg max Rpn (/)(2)
i第二步驟基于RM(32，16)碼結構。盡管RM(32，16)碼不是一階Reed-Muller碼， 但是其碼字不具有對稱結構。然而，在多數邏輯解碼處理期間，在第一層解碼之后，修改后的碼字具有對稱結構。這可以解釋為RM(32，16)碼的碼字是如圖4示出的生成矩陣的16 行的線性組合X = (m0, Iii1, ... , m15)G.(3)多數邏輯解碼由3級組成。在第一級中從接收的碼矢量r = (r0,ri. . . , r15)中解碼后10個比特(m6，m7，...，m15)。從r中移除這10個比特以形成修改的碼矢量。假設r(1) =(r/1)，r/1). . .，r31(1))為修改后的接收矢量r⑴=r-(0，· · ·，0，m6，m7，· · ·，m15)G.(4)使χα) = (χ0ω, Χιω...，Χ31α))為其對應傳送的修改后的碼矢量。可見χ(1)是如圖4示出的RM(32，16)碼的生成矩陣的前6行的線性組合。可以容易地驗證χω具有對稱結構。子碼矢量(Χ。ω，Χιω...，Χ 5ω)和(X16⑴，X17⑴·..，χ31ω是相同的或是反轉的。這種類型的對稱出現在子碼矢量(Χ。ω，Χιω. . .，Χ7ω)和(Χ8ω，Χ9ω. . .，X15(D)，(Χ16ω，Χ17ω...，
^23 )禾口 (^24 ，^-25 · · ·，Χ3Ι )， (Χ〇 ，Xl ，，Χ3 )禾口 (^4 ，乂5 ，乂6 ，Χ7 )，'"I"' ο
使r(1)⑴=(r0(1)⑴，r/1) (i). . .，r31(1) (i))為其索引i作為FEC幀首標的起始位置的接收的修改后的碼矢量。所接收的修改后的碼矢量的RM自相關性由下式給出
其中從0到4的k是x(1)中嵌入的5個對稱結構的索引。另外，定義RM對稱量度 (measure)為
權利要求
1.一種為數據分組編碼FEC幀首標信息的方法，包括使用Reed-Muller編碼為數據分組編碼首標信息中的首標比特；通過執行循環比特移位操作和與偽隨機二進制序列的異或操作來處理Reed-Muller 編碼的首標比特；以及利用一調制類型來調制Reed-Muller編碼的首標比特，所述調制類型依賴于調制對應的數據部分中的數據碼元所使用的調制類型。
2.如權利要求1所述的方法，其中首標信息被用于數字有線電視傳送。
3.如權利要求2所述的方法，其中所述調制步驟使用偏移二進制相移鍵控用于第一類型的首標調制，而使用16-QAM用于第二類型的首標調制。
4.如權利要求3所述的方法，其中所述處理步驟使用與偽隨機二進制序列異或后的所述Reed-Muller編碼的比特的一比特移位的版本用于二進制相移鍵控碼元的生成，而使用與偽隨機二進制序列異或后的所述Reed-Muller編碼的比特的二比特移位的版本用于 16-QAM碼元的生成。
5 如權利要求4所述的方法，其中所述調制步驟通過以下步驟執行使用所述異或輸出比特來調制所述Reed-Muller編碼的比特用于二進制相移鍵控調制，而使用配對的比特組來調制所述Reed-Muller編碼的比特用于16-QAM調制，所述配對的比特組包括兩個所述異或輸出比特和兩個所述Reed-Muller編碼的比特。
6.一種用于編碼FEC幀首標信息的裝置，包括編碼器，用于使用Reed-Muller編碼為數據分組編碼首標信息中的首標比特；處理器，用于通過執行循環比特移位操作和與偽隨機二進制序列的異或操作來處理 Reed-Muller編碼的首標比特；以及調制器，利用一調制類型來調制Reed-Muller編碼的首標比特，所述調制類型依賴于調制對應的數據部分中的數據碼元所使用的調制類型。
7.如權利要求6所述的裝置，其中所述編碼器編碼數字有線電視傳送中的首標信息。
8.如權利要求7所述的裝置，其中所述調制器使用偏移二進制相移鍵控利用偽隨機二進制序列執行調制用于第一類型的首標調制，以及使用16-QAM利用偽隨機二進制序列執行調制用于第二類型的首標調制。
9.如權利要求8所述的裝置，其中還包括處理器，所述處理器使用與偽隨機二進制序列異或后的所述Reed-Muller編碼的比特的一比特移位的版本用于生成二進制相移鍵控碼元以及與偽隨機二進制序列異或后的所述Reed-Muller編碼的比特的二比特移位的版本用于生成16-QAM碼元。
10.如權利要求9所述的裝置，其中所述調制器使用所述異或輸出比特來調制所述 Reed-Muller編碼的比特用于二進制相移鍵控調制，以及使用配對的比特組來調制所述 Reed-Muller編碼的比特用于16-QAM調制，所述配對的比特組包括兩個所述異或輸出比特和兩個所述Reed-Muller編碼的比特。
11.一種用于解碼首標信息的方法，該方法包括接收數字有線電視傳送中的比特流；從該比特流中編碼的比特中確定用于FEC幀首標的調制類型；響應于從所述編碼的比特中確定的調制類型，解調所述FEC幀首標。
12.如權利要求11所述的方法，其中首標信息來自于數字有線電視傳送。
13.如權利要求12所述的方法，其中所述解調步驟對利用第一類型的首標調制所調制的首標使用具有偏移二進制相移鍵控的偽隨機二進制序列以及對于利用第二類型的首標調制所調制的首標使用具有16-QAM的偽隨機二進制序列。
14.如權利要求13所述的方法，其中所述解調步驟執行所述Reed-Muller編碼的比特的比特移位的版本與偽隨機二進制序列的逆異或操作。
15.如權利要求14所述的方法，其中對二進制相移鍵控調制的首標利用所述 Reed-Muller編碼的比特的一比特循環移位執行所述異或操作，以及對16-QAM調制的首標利用所述Reed-Muller編碼的比特的二比特循環移位執行所述異或操作。
16.一種用于解碼首標信息的裝置，該裝置包括接收器，用于接收數字有線電視傳送中的比特流；電路，用于從該比特流中編碼的比特中確定用于FEC幀首標的調制類型；解調器，用于響應于從所述編碼的比特中確定的調制類型，解調所述FEC幀首標。
17.如權利要求16所述的裝置，其中首標信息來自于數字有線電視傳送。
18.如權利要求17所述的裝置，其中所述解調器對利用第一類型的首標調制所調制的首標使用具有偏移二進制相移鍵控的偽隨機二進制序列以及對于利用第二類型的首標調制所調制的首標使用具有16-QAM的偽隨機二進制序列。
19.如權利要求18所述的裝置，其中所述解調器執行所述Reed-Muller編碼的比特的比特移位的版本與偽隨機二進制序列的逆異或操作。
20.如權利要求19所述的裝置，其中對二進制相移鍵控調制的首標利用所述 Reed-Muller編碼的比特的一比特循環移位執行所述異或操作，而對16-QAM調制的首標利用所述Reed-Muller編碼的比特的二比特循環移位執行所述異或操作。
全文摘要
提供了適合用于DVB-C2標準中的前向糾錯(FEC)的幀首標。在DVB-C2標準中，將自適應編碼和調制(ACM)或可變編碼和調制(VCM)應用于每個FEC塊以盡可能地提供更多的靈活性。結果，在每個FEC幀的前面附加幀首標以通知編碼率、調制類型和物理層管道標識符。除了與物理層有關的信息的信令之外，FEC幀首標必須提供使得可以在接收器中容易地并可靠地對其進行檢測的結構。由DVB-C2標準中需求給予的動機，在本發明的至少一個實施方案中提供了適合于DVB-C2標準的高效并可靠的FEC首標，其組合了用于首標信息的兩種不同的調制類型的使用。另外，描述了FEC首標的檢測方法。
文檔編號H04L1/00GK102246450SQ200980149235
公開日2011年11月16日 申請日期2009年12月10日 優先權日2008年12月10日
發明者陳厚昕, 高文 申請人:湯姆森特許公司