發送廣播信號的設備、接收廣播信號的設備、發送廣播信號的方法以及接收廣播信號的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及發送廣播信號的設備、接收廣播信號的設備以及發送和接收廣播信號 的方法。
【背景技術】
[0002] 隨著模擬廣播信號傳輸結束，用于發送/接收數字廣播信號的各種技術正在發 展。數字廣播信號可以包括比模擬廣播信號更大量的視頻/音頻數據并且還包括除視頻/ 音頻數據之外的各種類型的附加數據。
[0003] 也就是說，數字廣播系統能夠提供HD (高清晰度）圖像、多聲道音頻和各種附加服 務。然而，需要針對數字廣播改進用于發送大量數據的數據傳輸效率、發送/接收網絡的魯 棒性以及考慮到移動接收設備的網絡靈活性。
【發明內容】
[0004] 技術問題
[0005] 本發明的目的在于提供一種用于發送廣播信號以復用在時域中提供兩個或更多 個不同的廣播服務的廣播發送/接收系統的數據并且通過相同的RF信號帶寬來發送經復 用的數據的設備和方法以及一種用于接收與其對應的廣播信號的設備和方法。
[0006] 本發明的另一目的在于提供一種發送廣播信號的設備、一種接收廣播信號的設備 以及用于發送和接收廣播信號以通過分量對與服務對應的數據進行分類、將與各個分量對 應的數據作為數據管道發送、接收并且處理所述數據的方法。
[0007] 本發明的再一個目的在于提供一種發送廣播信號的設備、一種接收廣播信號的設 備以及用于發送和接收廣播信號以發信號通知提供廣播信號所必需的信令信息的方法。
[0008] 技術解決方案
[0009] 為了實現所述目的和其它優點并且根據本發明的目的，如本文所具體實現和廣義 描述的，本發明提供了一種發送廣播信號的方法。所述發送廣播信號的方法包括以下步驟： 將輸入流格式化成數據管道DP數據；根據碼率對所述DP數據進行低密度奇偶校驗LDPC編 碼；對經LDPC編碼的DP數據進行比特交織；根據QAM(正交振幅調制）、NUQ(非均勻QAM) 或NUC (非均勻星座）中的一個將經比特交織的DP數據映射到星座上；通過使用具有MMO 編碼參數的M頂0編碼矩陣來對經映射的DP數據進行多輸入多輸出MMO編碼；通過映射經 MHTO編碼的DP數據來構建至少一個信號幀；以及通過正交頻分復用OFDM方法來對已構建 信號幀中的數據進行調制并且發送具有已調制數據的所述廣播信號。
[0010] 優選地，所述M頂0編碼是根據FR-SM (全速率空間復用）方法或FRFD-SM (全速率 全分集空間復用）方法來執行的。
[0011] 優選地，所述QAM、所述NUQ和所述NUC是根據所述碼率而定義的。
[0012] 優選地，所述M頂0編碼參數是基于所述QAM、所述NUQ或所述NUC中的一個來定義 的。
[0013] 在其它方面中，本發明提供了一種接收廣播信號的方法。所述接收廣播信號的方 法包括以下步驟：接收具有至少一個信號幀的所述廣播信號并且通過正交頻分復用OFDM 方法來對所述至少一個信號幀中的數據進行解調；通過解映射數據管道DP數據來解析所 述至少一個信號幀；通過使用具有M頂0解碼參數的M頂0解碼矩陣來對所述DP數據進行多 輸入多輸出M頂0解碼；根據QAM(正交振幅調制）、NUQ(非均勻QAM)或NUC (非均勻星座） 中的一個從星座解映射經M頂0解碼的DP數據；對經解映射的DP數據進行比特解交織；根 據碼率對經比特解交織的DP數據進行低密度奇偶檢驗LDPC解碼；以及將經LDPC解碼的DP 數據解格式化成輸出流。
[0014] 優選地，所述MMO解碼是根據FR-SM (全速率空間復用）方法或FRFD-SM (全速率 全分集空間復用）方法來執行的。
[0015] 優選地，所述QAM、所述NUQ和所述NUC是根據所述碼率而定義的。
[0016] 優選地，所述M頂0解碼參數是基于所述QAM、所述NUQ或所述NUC中的一個來定義 的。
[0017] 在另一方面中，本發明提供了一種用于發送廣播信號的設備。所述用于發送廣播 信號的設備包括：格式化模塊，該格式化模塊被配置為將輸入流格式化成數據管道DP數 據；低密度奇偶校驗LDPC編碼模塊，該LDPC編碼模塊被配置為根據碼率對所述DP數據進 行LDPC編碼；比特交織模塊，該比特交織模塊被配置為對經LDPC編碼的DP數據進行比 特交織；映射模塊，該映射模塊被配置為根據QAM(正交振幅調制）、NUQ(非均勻QAM)或 NUC (非均勻星座）中的一個將經比特交織的DP數據映射到星座上；多輸入多輸出MMO編 碼模塊，該M頂0模塊被配置為通過使用具有M頂0編碼參數的M頂0編碼矩陣來對經映射的 DP數據進行M頂0編碼；幀構建模塊，該幀構建模塊被配置為通過映射經M頂0編碼的DP數 據來構建至少一個信號幀；調制模塊，該調制模塊被配置為通過正交頻分復用OFDM方法來 對已構建信號幀中的數據進行調制；以及發送模塊，該發送模塊被配置為發送具有已調制 數據的所述廣播信號。
[0018] 優選地，所述MMO編碼模塊根據FR-SM (全速率空間復用）方法或FRFD-SM (全速 率全分集空間復用）方法來執行MIMO編碼。
[0019] 優選地，所述QAM、所述NUQ和所述NUC是根據所述碼率而定義的。
[0020] 優選地，所述M頂0編碼參數是基于所述QAM、所述NUQ或所述NUC中的一個來定義 的。
[0021] 在另一方面中，本發明提供了一種用于接收廣播信號的設備。所述用于接收廣播 信號的設備包括：接收模塊，該接收模塊被配置為接收具有至少一個信號幀的所述廣播信 號；解調模塊，該解調模塊被配置為通過正交頻分復用OFDM方法來對所述至少一個信號幀 中的數據進行解調；解析模塊，該解析模塊被配置為通過解映射數據管道DP數據來解析所 述至少一個信號幀；多輸入多輸出 MIM〇解碼模塊，該MIM〇解碼模塊被配置為通過使用具有 MIMO解碼參數的MIMO解碼矩陣來對所述DP數據進行MIMO解碼；解映射模塊，該解映射模 塊被配置為根據QAM (正交振幅調制）、NUQ (非均勻QAM)或NUC (非均勻星座）中的一個從 星座解映射經MMO解碼的DP數據；比特解交織模塊，該比特解交織模塊被配置為對經解映 射的DP數據進行比特解交織；低密度奇偶校驗LDPC解碼模塊，該LDPC解碼模塊被配置為 根據碼率對經比特解交織的DP數據進行LDPC解碼；以及解格式化模塊，該解格式化模塊被 配置為將經LDPC解碼的DP數據解格式化成輸出流。
[0022] 優選地，所述MMO解碼模塊根據FR-SM (全速率空間復用）方法或FRFD-SM (全速 率全分集空間復用）方法來執行MIMO解碼。
[0023] 優選地，所述QAM、所述NUQ和所述NUC是根據所述碼率而定義的。
[0024] 優選地，所述M頂0解碼參數是基于所述QAM、所述NUQ或所述NUC中的一個來定義 的。
[0025] 發明的有益效果
[0026] 本發明能夠根據服務特性處理數據以針對各個服務或服務組件來控制QoS (服務 質量），從而提供各種廣播服務。
[0027] 本發明能夠通過經由相同的RF信號帶寬來發送各種廣播服務而實現傳輸靈活 性。
[0028] 本發明能夠使用MMO系統來改進數據傳輸效率并且增加廣播信號的發送/接收 的魯棒性。
[0029] 根據本發明，能夠提供能夠甚至利用移動接收設備或在室內環境中無誤地接收廣 播信號的廣播信號發送與接收方法和設備。
【附圖說明】
[0030] 附圖被包括以提供對本發明的進一步理解，并且被并入本申請并構成本申請一部 分，附圖例示了本發明的實施方式，并且與本說明書一起用來說明本發明的原理。附圖中：
[0031] 圖1例示了根據本發明的實施方式的用于為了未來廣播服務發送廣播信號的設 備的結構。
[0032] 圖2例示了根據本發明的一個實施方式的輸入格式化塊。
[0033] 圖3例示了根據本發明的另一實施方式的輸入格式化塊。
[0034] 圖4例示了根據本發明的另一實施方式的輸入格式化塊。
[0035] 圖5例示了根據本發明的實施方式的BICM塊。
[0036] 圖6例示了根據本發明的另一實施方式的BICM塊。
[0037] 圖7例示了根據本發明的一個實施方式的幀構建塊。
[0038] 圖8例示了根據本發明的實施方式的OFMD生成塊。
[0039] 圖9例示了根據本發明的實施方式的用于為了未來廣播服務接收廣播信號的設 備的結構。
[0040] 圖10例示了根據本發明的實施方式的幀結構。
[0041] 圖11例示了根據本發明的實施方式的幀的信令層次結構。
[0042] 圖12例示了根據本發明的實施方式的前導碼信令數據。
[0043] 圖13例示了根據本發明的實施方式的PLSl數據。
[0044] 圖14例示了根據本發明的實施方式的PLS2數據。
[0045] 圖15例示了根據本發明的另一實施方式的PLS2數據。
[0046] 圖16例示了根據本發明的實施方式的幀的邏輯結構。
[0047] 圖17例示了根據本發明的實施方式的PLS映射。
[0048] 圖18例示了根據本發明的實施方式的EAC映射。
[0049] 圖19例示了根據本發明的實施方式的FIC映射。
[0050] 圖20例示了根據本發明的實施方式的DP的類型。
[0051] 圖21例示了根據本發明的實施方式的DP映射。
[0052] 圖22例示了根據本發明的實施方式的FEC結構。
[0053] 圖23例示了根據本發明的實施方式的比特交織。
[0054] 圖24例示了根據本發明的實施方式的單元字解復用。
[0055] 圖25例示了根據本發明的實施方式的時間交織。
[0056] 圖26例示了根據本發明的實施方式的MMO編碼塊圖。
[0057] 圖27示出了根據本發明的一個實施方式的MIMO編碼方案。
[0058] 圖28是示出了根據本發明的一個實施方式的根據非均勻QAM的I側或Q側的PAM 網格的圖。
[0059] 圖29是示出了根據本發明的一個實施方式的當PH-eSM PI方法應用于映射到非 均勻64QAM的符號時的MMO編碼輸入/輸出的圖。
[0060] 圖30是針對根據本發明的實施方式的MMO編碼方案的性能比較的曲線圖。
[0061]圖31是針對根據本發明的實施方式的MMO編碼方案的性能比較的曲線圖。
[0062] 圖32是針對根據本發明的實施方式的MMO編碼方案的性能比較的曲線圖。
[0063] 圖33是針對根據本發明的實施方式的MMO編碼方案的性能比較的曲線圖。
[0064] 圖34是示出了根據本發明的QAM-16的實施方式的圖。
[0065] 圖35是示出了根據本發明的針對5/15碼率的NUQ-64的實施方式的圖。
[0066] 圖36是示出了根據本發明的針對6/15碼率的NUQ-64的實施方式的圖。
[0067] 圖37是示出了根據本發明的針對7/15碼率的NUQ-64的實施方式的圖。
[0068] 圖38是示出了根據本發明的針對8/15碼率的NUQ-64的實施方式的圖。
[0069] 圖39是示出了根據本發明的針對9/15碼率和10/15碼率的NUQ-64的實施方式 的圖。
[0070] 圖40是示出了根據本發明的針對11/15碼率的NUQ-64的實施方式的圖。
[0071] 圖41是示出了根據本發明的針對12/15碼率的NUQ-64的實施方式的圖。
[0072] 圖42是示出了根據本發明的針對13/15碼率的NUQ-64的實施方式的圖。
[0073] 圖43是根據本發明的實施方式的發送廣播信號的方法。
[0074] 圖44是根據本發明的實施方式的接收廣播信號的方法。
【具體實施方式】
[0075] 現在將詳細地參照本發明的優選實施方式，其示例被例示在附圖中。將參照附圖 在下面給出的詳細描述旨在說明本發明的示例性實施方式，而不是旨在示出能夠根據本發 明被實現的僅有實施方式。以下詳細描述包括特定細節以便提供對本發明的透徹理解。然 而，對于本領域技術人員而言將顯而易見的是，可以在沒有這樣的特定細節的情況下實踐 本發明。
[0076] 盡管已經從本領域廣泛使用的通用術語中選擇了本發明中使用的大多數術語，但 是一些術語已經由本申請人任意地選擇并且根據需要在以下描述中詳細地說明它們的意 義。因此，應該基于術語的預定意義而不是它們的簡單名稱或意義來理解本發明。
[0077] 本發明提供了用于發送和為了未來廣播服務接收廣播信號的設備和方法。根據 本發明的實施方式的未來廣播服務包括地面廣播服務、移動廣播服務、UHDTV服務等。根據 一個實施方式，本發明可以通過非MHTO(多輸入多輸出）或MMO為了未來廣播服務而處 理廣播信號。根據本發明的實施方式的非MHTO方案可以包括MISO(多輸入單輸出）方案、 SISO(單輸入單輸出）方案等。
[0078] 雖然為了描述的方便MISO或MMO在下文中使用兩個天線，但是本發明適用于使 用兩個或更多個天線的系統。
[0079] 本發明可以定義三個物理層（PL)應用配置-基礎應用配置、手持應用配置和高級 應用配置-各自被優化來在獲得特定用例所需要的性能的同時使接收機復雜性最小化。物 理層（PHY)應用配置是對應接收機應該實現的所有配置的子集。
[0080] 三個PHY應用配置共享功能塊的大部分但是在特定塊和/或參數方面稍微不同。 能夠將來定義附加的PHY應用配置。對于系統演進，未來應用配置還能夠通過未來擴展幀 (FEF)在單個RF信道中與現有應用配置復用。下面描述了各個PHY應用配置的細節。
[0081] 1.基礎應用配置
[0082] 基礎應用配置表示針對通常連接至屋頂天線的固定接收裝置的主要用例。基礎應 用配置還包括能夠被傳輸到一地方但是屬于相對穩定的接收類別的便攜式裝置。能夠通過 一些改進的實施方式將基礎應用配置的使用擴展到手持裝置或甚至車載裝置，但是那些用 例不是基礎應用配置接收機操作所期望的。
[0083] 接收的目標SNR范圍是從大約IOdB到20dB，這包括現有廣播系統（例如ATSC A/53)的15dB SNR接收能力。接收機復雜性和功耗不像在將使用手持應用配置的電池操作 的手持裝置中一樣關鍵。在下表1中列舉了針對基礎應用配置的關鍵系統參數。
[0084] 表 1
[0085] [表 1]
[0086]
[0087] 2.手持應用配置
[0088] 手持應用配置被設計用于在利用電池電力操作的手持裝置和車載裝置中使用。這 些裝置可能正以行人或車輛速度移動。功耗以及接收機復雜性對于手持應用配置的裝置的 實現來說是非常重要的。手持應用配置的目標SNR范圍是大約OdB至10dB，但是能夠被配 置為當意在供更深室內接收使用時達到OdB以下。
[0089] 除低SNR能力之外，對由接收機移動性引起的多普勒效應的恢復能力是手持應用 配置的最重要性能屬性。下表2中列舉了針對手持應用配置的關鍵系統參數。
[0090] 表 2
[0091] [表 2]
[0092]
[0093] 3.高級應用配置
[0094] 高級應用配置以更大實現復雜性為代價提供最高信道容量。這個應用配置需要使 用MMO發送和接收，并且UHDTV服務是為此具體地設計了這個應用配置的目標用例。增量 容量還能夠被用來在給定帶寬中允許增加服務的數量，例如，多個SDTV或HDTV服務。
[0095] 高級應用配置的目標SNR范圍是大約20dB至30dB。M頂0發送最初可以使用現有 的橢圓極化發送設備，同時在將來擴展到全功率交叉極化發送。下表3中列舉了針對高級 應用配置的關鍵系統參數。
[0096] 表 3
[0097] [表 3]
[0098]
[0099] 圖1例示了根據本發明的實施方式的用于為了未來廣播服務發送廣播信號的設 備的結構。
[0100] 根據本發明的實施方式的用于為了未來廣播服務發送廣播信號的設備能夠包括 輸入格式化塊l〇〇〇、BICM(比特交織編碼與調制）塊1010、幀結構塊1020、0FDM(正交頻分 復用）生成塊1030和信令生成塊1040。將給出用于發送廣播信號的設備的各個模塊的操 作的描述。
[0101] IP流/分組和MPEG2-TS是主要輸入格式，其它流類型作為通用流被處理。除了這 些數據輸入之外，管理信息被輸入來控制針對各個輸入流的對應帶寬的調度和分配。同時 允許一個或多個TS流、IP流和/或通用流輸入。
[0102] 輸入格式化塊1000能夠將各個輸入流解復用成一個或多個數據管道，其中的每 一個都施加有獨立的編碼和調制。數據管道（DP)是用于魯棒性控制的基本單位，從而影響 服務質量（QoS)。一個或多個服務或服務組件能夠由單個DP承載。將稍后描述輸入格式化 塊1000的操作的細節。
[0103] 數據管道是在物理層中承載服務數據或相關元數據的邏輯信道，所述服務數據或 相關元數據可以承載一個或多個服務或服務組件。
[0104] 并且，數據管道單位：用于在幀中向DP分配數據單元的基本單位。
[0105] 在BICM塊1010中，奇偶數據被添加用于錯誤校正并且經編碼的比特流被映射到 復值星座符號。這些符號跨越被用于對應DP的特定交織深度被交織。對于高級應用配置， 在BiCM塊IOiO中執行Mnro編碼并且在用于Mnro發送的輸出端處添加附加的數據路徑。 將稍后描述BICM塊1010的操作的細節。
[0106] 幀構建塊1020能夠將輸入DP的數據單元映射成幀內的OFDM符號。在映射之后， 頻率交織被用于頻域分集，尤其用來與頻率選擇性衰落信道對抗。將稍后描述幀構建塊 1020的操作的細節。
[0107] 在各個幀開始處插入前導碼之后，OFDM生成塊1030能夠應用具有作為保護間隔 的循環前綴的常規OFDM調制。對于天線空間分集，跨越發射機應用分布式MISO方案。另 外，在時域中執行峰均功率降低（PAPR)方案。對于靈活的網絡規劃，這個提議提供了各種 FFT大小、保護間隔長度和對應的導航模式的集合。將稍后描述OFDM生成塊1030的操作的 細節。
[0108] 信令生成塊1040能夠創建用于各個功能塊的操作的物理層信令信息。還發送這 個信令信息，使得所關注服務在接收機側被適當地恢復。將稍后描述信令生成塊1040的操 作的細節。
[0109] 圖2、圖3和圖4例示了根據本發明的實施方式的輸入格式化塊1000。將給出各 個圖的描述。
[0110] 圖2例示了根據本發明的一個實施方式的輸入格式化塊1000。圖2示出了當輸入 信號是單個輸入流時的輸入格式化模塊。
[0111] 圖2所例示的輸入格式化塊對應于參照圖1所描述的輸入格式化塊1000的實施 方式。
[0112] 到物理層的輸入可以由一個或多個數據流組成。各個數據流由一個DP承載。模 式自適應模塊把傳入數據流切成基帶幀（BBF)的數據字段。系統支持三種類型的輸入數據 流：MPEG2-TS、網際協議（IP)流和通用流（GS)。MPEG2-TS特征是固定長度（188字節）分 組，其中第一字節為同步字節（0x47)。IP流由如在IP分組報頭內發信號通知的可變長度 IP數據報分組組成。對于IP流，系統支持IPv4和IPv6這二者。GS可以由在封裝分組報 頭內發信號通知的可變長度分組或恒定長度分組組成。
[0113] (a)示出了用于信號DP的模式自適應塊2000和流自適應2010并且（b)示出了 PLS生成塊2020以及用于生成和處理PLS數據的PLS加擾器2030。將給出各個塊的操作 的描述。
[0114] 輸入流分離器將輸入TS流、IP流、GS流分成多個服務或服務組件（音頻、視頻等） 流。模式自適應模塊2010由CRC編碼器、BB(基帶）幀分片器和BB幀報頭插入塊組成。
[0115] CRC編碼器提供了用于在用戶分組（UP)級別下差錯檢測的三種CRC編碼，即 CRC-8、CRC-16和CRC-32。經計算的CRC字節被附加在UP之后。CRC-8被用于TS流而 CRC-32用于IP流。如果GS流不提供CRC編碼，則應該應用所提出的CRC編碼。
[0116] BB幀分片器將輸入映射成內部邏輯比特格式。首先接收到的比特被定義為MSB。 BB幀分片器分配等于可用數據字段容量的許多輸入比特。為了分配等于BBF有效負荷的許 多輸入比特，把UP分組流分片以適合BBF的數據字段。
[0117] BB幀報頭插入塊能夠插入被插入在BB幀前面的2個字節的固定長度BBF報頭。 BBF報頭由STUFFI (1個比特）、SYNCD (13個比特）和RFU (2個比特）組成。除固定2字節 BBF報頭之外，BBF能夠在2字節BBF報頭結尾具有擴展字段（1或3個字節）。
[0118] 流自適應2010由填充插入塊和BB加擾器組成。
[0119] 填充插入塊能夠將填充字段插入到BB幀的有效負荷中。如果到流自適應的輸入 數據足以填充BB幀，則STUFFI被設定為"0"并且BBF沒有填充字段。否則STUFFI被設定 為" 1"并且緊接BBF報頭之后插入填充字段。填充字段包括兩個字節的填充字段報頭和可 變大小的填充數據。
[0120] BB加擾器對完整BBF進行加擾以得到能量擴散。加擾序列與BBF同步。加擾序列 由反饋移位寄存器生成。
[0121] PLS生成塊2020能夠