專利名稱：數(shù)字電視信號的同步系統(tǒng)和數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及格形編碼調(diào)制(TCM)發(fā)送和接收系統(tǒng)，特別涉及在高清晰度電視(HDTV)應(yīng)用中使用的TCM。
格形編碼調(diào)制是一種用于改進數(shù)字發(fā)送和接收系統(tǒng)的性能的公知技術(shù)。改進可以按給定的功率電平來實現(xiàn)S/N性能，或者可減小對實現(xiàn)給定S/N性能所要求的發(fā)送功率。本質(zhì)上，TCM包括用于把數(shù)據(jù)比特的輸入序列的每個K輸入數(shù)據(jù)比特變換為K＋n輸出比特的多狀態(tài)卷積編碼器，因此稱作為比率K/(K＋n)卷積編碼器。該輸出比特變換成用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊颜{(diào)載波的離散符號(具有2(K＋n)值)的序列。例如，該符號可包括2(K＋n)個相位和幅度值。當(dāng)接收機中使用似然解碼器如維特比(Viterbi)解碼器時，通過以狀態(tài)相關(guān)順序方法編碼輸入數(shù)據(jù)比特，可實現(xiàn)在允許傳送序列之間最小歐幾里德距離的增加，導(dǎo)致減小誤差概率。


圖1通常表示以上所述類型的系統(tǒng)。輸入數(shù)據(jù)流的每K比特由比率K/(K＋n)狀態(tài)相關(guān)順序卷積編碼器10變換為K＋n輸出比特。然后，每組(K＋n)輸出比特由映像器12變換為一個2(K＋n)符號。該符號由發(fā)送機14在已選信道上進行發(fā)送。接收機包括一個調(diào)諧器16，用于把在選擇信道上接收的信號變換為中頻信號，再經(jīng)解調(diào)器18解調(diào)，以提供基帶模擬信號。該模擬信號由A/D 20進行適當(dāng)取樣來恢復(fù)發(fā)送符號，然后將發(fā)送符號加到維特比解碼器22，用于恢復(fù)原始的K數(shù)據(jù)比特。
美國專利No.5,087,975公開了一種殘留邊帶(VSB)系統(tǒng)，用于在標(biāo)準(zhǔn)6MHz電視信道上以連續(xù)M層符號的形式發(fā)送電視信號。該符號率被優(yōu)選固定在大約684H(大約10.76兆符號/秒)，這里H是NTSC制行掃描頻率。該專利也公開了使用一種具有12符號時鐘間隔的前饋延遲的接收機梳狀濾波器來減少接收機中的NTSC同頻道干擾。為了便于接收機梳狀濾波器的操作，由具有12符號時鐘間隔的前饋延遲的模濾波器預(yù)編碼源數(shù)據(jù)。在取得專利的系統(tǒng)的接收機中，在沒有有效的NTSC同頻道干擾的情況下，互補模后編碼器可用于代替梳狀濾波器處理接收的信號，以避免可歸因于S/N特性的降低。
本發(fā)明的目的是提供一種引TCM技術(shù)和接收機梳狀濾波器二者的數(shù)字傳輸和接收系統(tǒng)，用于實現(xiàn)具有NTSC同頻道干擾減小的改進S/N性能。
本發(fā)明的又一目的是提供一種減小接收機復(fù)雜性而沒有較大地降低性能的前述類型的數(shù)字傳輸和接收系統(tǒng)。
本發(fā)明另一目的是提供一種用于數(shù)字電視信號的新穎幀結(jié)構(gòu)和同步系統(tǒng)。
本發(fā)明的這些和其它目的和優(yōu)點在結(jié)合附圖閱讀下列說明書時將變得變而易見，其中，圖1是采用最佳MLSE維特比解碼器的傳統(tǒng)TCM系統(tǒng)的系統(tǒng)方框圖；圖2A是根據(jù)本發(fā)明包括采用維特比解碼的TCM系統(tǒng)的電視信號發(fā)送機和接收機的系統(tǒng)方框圖；圖2B是圖2A的接收機的替代實施例的方框圖；圖3表示在圖2發(fā)送機中實現(xiàn)的符號交錯；圖4是詳細(xì)地表示圖2的電路32和34的方框圖；圖5是表示圖4的映射器49的操作的示意圖；圖6是表示圖4的卷積編碼器操作的表；圖7是根據(jù)圖6的表的格形狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖；圖8是詳細(xì)地表示圖2的電路42、44、46和48的方框圖；圖9是圖8的最佳MLSE維特比解碼器46A-46L的功能方框圖；圖10是表示可以用于代替圖8的維特比解碼器46A-46L用以恢復(fù)比特Y1和Y2的估算的電路圖；圖11是圖8的最佳MLSE維特比解碼器44A-44L的功能方框圖；圖12是表示包括由圖2接收機的梳狀濾波器42產(chǎn)生的效應(yīng)的本發(fā)明的TCM編碼器的操作的表；圖13表示在梳狀濾波器43中組合兩個子集的合成效應(yīng)和產(chǎn)生的合成陪集；圖14表示出現(xiàn)在圖13的表中的七個陪集；圖15是根據(jù)圖12表的格形狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖；圖16是根據(jù)圖15的格形圖編程的維特比解碼器的功能方框圖；圖17表示使用圖6的維特比解碼器來恢復(fù)發(fā)送比特X1和X2的估算；圖18表示在一段同步間隔以后圖4的延遲單元48、54和56的狀態(tài)。
圖19表示在一段同步信號鄰近產(chǎn)生在圖4的多路復(fù)用器62的輸出的信號的格式；圖20是為處理數(shù)據(jù)段和幀同步信號改進型的圖8的梳狀濾波器42的方框圖；圖21是為處理數(shù)據(jù)段和幀同步信號改進型的圖8的后編碼器48A-48L的方框圖；圖22表示在幀同步信號的鄰近產(chǎn)生在圖4的多路復(fù)用器62的輸出的信號的格式；圖23表示本發(fā)明的一個實施例，其中比特率傳輸?shù)脑黾邮峭ㄟ^以每符號3比特的形式提供輸入數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的。
圖24A和24B表示本發(fā)明應(yīng)用到QAM系統(tǒng)；和圖25A和25B表示在接收機中具有圖23和24所示的本發(fā)明實施例用途的各自的后編碼器構(gòu)形；圖2A通常表示加到在上述的第5,087,975號美國專利中公開的那種的多級VSB HDTV發(fā)送和接收系統(tǒng)的TCM系統(tǒng)；當(dāng)考慮多級VSB HDTV應(yīng)用在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中時，可以理解的是，本發(fā)明實際上更通用并可以加到其它類型的發(fā)送和接收系統(tǒng)，包括低分辨率視頻系統(tǒng)和基于數(shù)據(jù)系統(tǒng)的非視頻。而且，其它的調(diào)制技術(shù)，例如采用正交調(diào)幅(QAM)的技術(shù)也可被采用。
接下來參照圖2A，數(shù)據(jù)源24提供一序列數(shù)據(jù)字節(jié)，這些字節(jié)可包括例如壓縮HDTV信號、NTSC分辨率的壓縮電視信號或任何其它數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號。雖然不需要，數(shù)據(jù)字節(jié)最好是以連續(xù)幀來排列，每幀包括根據(jù)交錯的262和263數(shù)據(jù)段，每個數(shù)據(jù)段包括以約為10.76兆符號/秒(Msymbols/sec)的符號率產(chǎn)生的684兩比特符號。來自源24的數(shù)字字節(jié)也提供多個定時信號，被加到用于前向糾錯的里德-所羅門(Reed-sulomon)編碼器26，并由其加到字節(jié)交錯器28。在整個幀期間，字節(jié)交錯器28重排數(shù)據(jù)字節(jié)，以減小系統(tǒng)對突發(fā)噪聲的敏感度。
來自交錯器28的交錯數(shù)據(jù)字節(jié)被送到符號交錯器30，在優(yōu)選實施例中，該符號交錯器30以符號率提供兩個輸出比特流X1、X2，每個比特對X1、X2對應(yīng)于數(shù)據(jù)符號。尤其是，由于在接收機中存在梳狀濾波器(下文要詳細(xì)描述)，最好是在12個子段A-L中交錯每個數(shù)據(jù)段的2-比特符號，每個子段包括57個符號，如圖3所示。每個子段(例如子段A)包括57個符號(例如A0-A56)，由12個符號間隔相互隔開。符號交錯器30實現(xiàn)了象各自的子段的連續(xù)符號那樣重排每個數(shù)據(jù)字節(jié)所加的2比特符號。于是，例如，加到交錯器30的第一數(shù)據(jù)字節(jié)的4個2-比特符號提供作為子段A的輸出符號A0、A1、A2和A3，第二所加的數(shù)據(jù)字節(jié)的4個2比特符號提供為子段B的輸出符號B0、B1、B2和B3等，這就保證了每個數(shù)據(jù)字節(jié)的符號在編碼器和接收機二者中作為一個單元進行處理。
來自交錯器30的2比特符號流加到預(yù)編碼器和格形編碼器32，以便變換成3個輸出比特，如在下文中要更詳細(xì)描述的。由于單元32的特征在于12符號延遲，可認(rèn)為包括12個并行編碼器，其每一個以1/12符號時鐘率工作，和由交錯器30產(chǎn)生的每個子段由各自的并行編碼器之一進行處理。在單元32輸出端產(chǎn)生的3比特符號流加到符號映射器和同步插入器34并由其送到VSB調(diào)制器36，以便按多個8層符號傳輸。
發(fā)送信號被接收機接收，該接收機包括對應(yīng)圖1的塊16、18、和20的調(diào)諧器、解調(diào)器和A/D 40。單元40的輸出包括多位(例如8-10位)8層符號流，由選擇開關(guān)50的部件50a、b、c和d(參見美國專利No.5,260,793，作為操作開關(guān)50的電路的典型實施例)加到包括梳狀濾波器42和第一維特比解碼器44的第一處理通路和包括第二維特比解碼器46和后編碼器48的第二處理通路。每個處理通路包括耦合在開關(guān)部件50b和50c之間的均衡器38。維特比編碼器44和后編碼器48二者的輸出，其每一個包括比特流X1、X2的重建。選擇開關(guān)50的部件50d把所加的比特流對X1、X2之一耦合到重建原始數(shù)據(jù)字節(jié)的符去交錯器52。然后，這些數(shù)據(jù)字節(jié)由字節(jié)去交錯器54去交錯和由里德-索洛蒙解碼器56糾錯，以便應(yīng)用到接收機的其余部分。
圖2B表示了圖2A的接收機的另一個實施例。該實施例除僅提供一個維特比解碼器45外基本上與圖2A的系統(tǒng)相同。特別是，維特比解碼器45響應(yīng)來自選擇開關(guān)50的控制信號，以便當(dāng)選擇第一處理通路時，假設(shè)第一構(gòu)形用于實施維特比解碼器44的功能，和當(dāng)選擇第二通路時，假設(shè)第二構(gòu)形用于實施維特比46的功能。
參照圖4，單元32包括模2反饋預(yù)編碼器32a，從交錯器30接收符號(每個符號識別為比特X1、X2)，以產(chǎn)生輸出比特Y1、Y2。更確切地說，預(yù)編碼器30a包括模2加法器44，該加法器44的第一輸入連接為接收比特X2和第二輸入連接到加法器輸出，經(jīng)多路復(fù)用器46和12符號延遲單元47產(chǎn)生輸出比特Y2。延遲單元47的輸出也由多路復(fù)用器46返回接到其輸入。加法器44的輸出比特Y2按比特Z2加到符號映射器49的一個輸入，在圖5中詳細(xì)地表示。
來自預(yù)編碼器32a的未編碼的比特Y1加到比率為1/2、4狀態(tài)、系統(tǒng)反饋卷積編碼器32b，以便變換到輸出比特Z1和Z0。卷積編碼器32b包括信號通路51，以便把送到符號映射器49的第二輸入的比特Y1作為比特Z1加到模2加法器52的一個輸入。通過多路復(fù)用器53把加法器52的輸出加到12符號延遲單元54的輸入，其輸出按比特Z0加到映象器49的第三輸入并通過第二多路復(fù)用器55加到第二12符號延遲單元56的輸入。延遲單元56的輸出加到加法器52的第二輸入。延遲單元54和56的輸出通過多路復(fù)用器53也返回接到它們各自的輸入，每個延時單元47、54和56按符號率(大約10.76兆符號/秒)定時。可以理解的是，因為12符號延遲單元表征它們各自的操作，每個子段A-L(參見圖3)將由預(yù)編碼器32a單獨處理。
在沒有脫離本發(fā)明的情況下，卷積編碼器32b可采用多種其它形式(由圖4所示的)，例如，編碼器狀態(tài)的數(shù)目可與所示的不同，可以使用前饋結(jié)構(gòu)而不用分開的反饋結(jié)構(gòu)，和非對稱編碼可以被使用在反饋或者前饋安排中。
當(dāng)選擇它們各自的B輸入端的倍數(shù)時，多路復(fù)用器46、53和55考慮到提供同步插入。在所有其它倍數(shù)時選擇多路復(fù)用器的A輸入端。當(dāng)選擇多路復(fù)用器的A輸入端時考慮電路的工作，而暫時不考慮預(yù)編碼器32a的作用，卷積編碼器32b和映射器49的工作，下文稱為格形編碼器(TE)60，表示在圖6的表中。表的第一列表示在任意時間n卷積編碼器32b的延遲單元56和54的四種可能狀態(tài)Q1Q0。這些狀態(tài)是00、01、10和11。第二列表示在時間n編碼器32b的狀態(tài)Q1Q0的每個的比特Y2Y1的可能值。表的第三列表示在時間n對于在時間n比特Y2Y1和編碼器狀態(tài)Q1Q0的每個組合的輸出比特Z2Z1Z0的值。例如，當(dāng)編碼器32b處在狀態(tài)Q1Q0＝01時，比特Y2Y1＝10產(chǎn)生輸出比特Z2Z1Z0＝101。表的第四列，符號R(n)表示由符號映射器49(見圖5)響應(yīng)輸出比特Z2Z1Z0提供的符號的幅度。由于存在三種輸出比特，提供8符號層(-7、-5、-3、-1、+1、+3、+5和+7)。輸出比特Z2Z1Z0＝101，例如導(dǎo)致由符號映射器49產(chǎn)生的符號層+3。最后，表的第五列表示在時間(n＋1)編碼器32b的狀態(tài)?？衫斫鉃?，由于每個延遲單元54和56是12符號長，對于每個子段A-L的符號在時間n和(n＋1)編碼器32的狀態(tài)Q1Q0表示連續(xù)編碼狀態(tài)轉(zhuǎn)換。
可以看出，在映象器49的輸出產(chǎn)生的8層符號是對稱地圍繞零層。為了便于接收機中信號捕獲，優(yōu)選地，用給定數(shù)量(例如+1單元)偏移每個符號，以在實施中提供一個導(dǎo)頻部件。該符號和導(dǎo)頻部件通過多路復(fù)用器62加到調(diào)制器36(見圖2)，在那里它們被用于調(diào)制以抑制載波VSB形式傳輸?shù)乃x的載波，如前面所述的’975專利中所描述的。映射器49的輸出也加到RAM64的輸入，它的輸出加到多路復(fù)用器62的第二輸入。多路復(fù)用器62的第三輸入由于段和幀同步信號的源66提供。
參照圖5的符號(映射器49)可以看到，8個符號層分成4個子集a、b、c和d。每個子集由輸出比特Z1Z0的特定狀態(tài)來識別。于是，輸出比特Z1Z0＝00選擇符號子集d，Z1Z0＝01選擇符號子集c，Z1Z0＝10選擇符號子集b和Z1Z0＝11選擇子集a。在每個子集內(nèi)，各自的符號幅度相差8個單元的數(shù)量，也可看到，連續(xù)的符號層(-7、-5)、(-3、-1)、(+1、+3)和(+5、+7)都由輸出比特Z1Z2的公共狀態(tài)來選擇。于是，例如，輸出比特Z2Z1＝00選擇符號幅度層-7和-5二者等等。因此，如下文將詳細(xì)描述的那樣上文符號映射器49的兩個屬性用于實現(xiàn)減小接收機的復(fù)雜性。
圖7是由圖6的表得出的卷積編碼器32b的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。該圖表示編碼器的四種狀態(tài)和它們之間的各種變換。實際上，每個狀態(tài)有兩個并行分支，每個分支延伸到相同的或另一個狀態(tài)。該分支用產(chǎn)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換的輸入比特Y2Y1和所得的映射器49的輸出R來標(biāo)記。如下文將更詳細(xì)地說明的，可使用這個狀態(tài)圖去設(shè)計接收機中最佳最大似然序列估算(MLSE)維特比解碼器，如現(xiàn)有技術(shù)中所公知的，用于恢復(fù)比特Y2和Y1的估計。
圖8表示本發(fā)明更詳細(xì)的接收機解碼部分，來自調(diào)諧器、解調(diào)器、A/D40的多比特符號值通過包括梳狀濾波器42和均衡器38的第一處理通路加到第一多路分用器70和通過包括均衡器38的第二處理通路加到第二多路分用器72。梳狀濾波器42包括包含線性加法器74和12符號延遲單元76的前饋濾波器。如在前述的’975專利中更完全的說明，可操作該濾波器通過從每個接收符號中減去12符號間隔較早接收的符號來減小NTSC同頻道干擾。因為在發(fā)送機中提供了符號交錯，梳狀濾波器獨立工作在每個子段，以便提供形成A1-A0、B1-B0等的連續(xù)梳狀輸出。這些梳狀輸出由多路分用器70多路分用成12個單獨輸出，每個輸出對應(yīng)于各自的子段A-L之一。每個梳狀子段由多路分用器70加到以1/12的符號時鐘率(fs)的比率工作的各自的維特比解碼器44A-44L。解碼器44A-44L的每一個提供一對包括輸入比特X1X2的估算的輸出解碼比特，如圖3所示，該解碼比特由多路復(fù)用器78多路復(fù)用成交錯比特流。
來自單元40的交錯符號也由多路復(fù)用器72多路復(fù)用成12個單獨子段A-L，每一個加到各自的維特比解碼器46A-46L之一。于是，可以看出，來自源24的每個原始數(shù)據(jù)字節(jié)由各自的解碼器46A-46L之一按一個單元進行處理。例如，由符號A3A2A1A0表示的數(shù)據(jù)字節(jié)由解碼器46A進行處理等等。除了由濾波器42已梳狀處理符號以外，當(dāng)然對解碼器44A-44L來說也是一樣的。
每個解碼器46A-46L可包括以fs/12的比率工作的和根據(jù)圖7的狀態(tài)圖編程的基本上相同的設(shè)備，用于實現(xiàn)對恢復(fù)比特Y2和Y1的估算的最佳MLSE維特比解碼，如現(xiàn)有技術(shù)所熟知的。實際上，對每個解碼器46A-46L進行編程來產(chǎn)生4個分支度量，一般使用適當(dāng)?shù)木幊蘎OM，每一個表示在接收符號層(即8-10比特值)和每個符號子集a、b、c和d的最接近的兩個子集層之一之間的差。圖9表示由LSI Logic公司制造的維特比解碼器，它可被編程來完成每個解碼器46A-46L的功能。該解碼器包括分支度量發(fā)生器ROM 84，它響應(yīng)于產(chǎn)生的接收符號并把分支度量送到加法、比較和選擇(ACS)單元86。ACS單元86雙向地耦合到路徑度量存儲存儲器88并也提供到回跡存儲器90。通常，ACS單元86把由發(fā)生器90產(chǎn)生的分支度量加到存儲在存儲器88中的先前路徑度量，以產(chǎn)生新的路徑度量，把由相同狀態(tài)產(chǎn)生的路徑度量與用于存儲的最低路徑度量進行比較并選擇它們。在已經(jīng)產(chǎn)生許多分支以后，可操作回跡存儲器90來選擇殘存路徑和產(chǎn)生在殘存路徑已產(chǎn)生的比特Y2和Y1的估算。
在上面的分析中，預(yù)編碼器32a對輸入比特流的作用已被忽略。同時，在下文將詳細(xì)地描述預(yù)編器的功能，由于模2預(yù)編碼器的工作，就足以使它去識別輸入比特X2不同于比特Y2。在圖8中每個維特比解碼器46A-46L的輸出僅包括比特Y2的估算，而沒有包括輸入比特X2。因此，在接收機中使用了互補模2后編碼器48A-48L，以便從每個各自的編碼器46A-46L恢復(fù)輸入比特X1和X2的估算。每個后編碼器48A-48L包括在輸入比特Y1和輸出比特X1之間的直達(dá)路徑和其中輸出比特Y2直接加到模2加法器92的一個輸入端和經(jīng)一個符號延遲單元94加到加法器92的第二輸入端的前饋電路。加法器92的輸出包括輸入比特X2的估算。最后，來自后編碼器48A-48L的已解碼比特X1、X2由多路復(fù)用器96多路復(fù)用成如圖3所示的交錯比特流。
在本發(fā)明的替代實施例中，如圖10所示，維特比解碼器46A-46L的每一個可由限幅器98來替代，以在接收信號表征相當(dāng)大的S/N比的情況下提供一個減低成本的接收機。通常，在電纜傳輸?shù)那闆r下顯示的S/N比地面?zhèn)鬏斴^好。因此，在TCM編碼增益和接收機復(fù)雜性和成本之間取折衷。參照圖10，限幅器98的特征在于三個限幅層(-4、0和+4)。具有比-4更負(fù)的層的接收符號由限幅器98按比特Y2Y1＝00來解碼，在-4和0之間的層按比特Y2Y1＝01、在0和+4之間的層按比特Y2Y1＝10、比+4還要正的層按比特Y2Y1＝11來解碼。如前，比特Y2Y1由各自的后編碼器48A-48L變換為比特X2X1的估算。返回參照圖5的映射器49。因為連續(xù)符號層用比特Z2Z1的公用值表示，可見限幅器98實現(xiàn)接收符號的適當(dāng)解碼，如前面所述的。因此，本發(fā)明的這個實施例，在實施中實現(xiàn)了按8級TCM系統(tǒng)提供等效比特率的4-級傳輸和接收系統(tǒng)，但是，由于TCM編碼增益不能用較差的S/N性能來實現(xiàn)。
再參照圖8，雖然梳狀濾波器42具有減小NTSC同頻道干擾的作用，但也增加了解碼器44A-44L的復(fù)雜性，在解碼器44A-44L中使用最佳MLSE維特比編碼來恢復(fù)比特X1和X2。事實上最佳MLSE維特比解碼器不僅必須考慮編碼的狀態(tài)，而且還考慮梳狀波波器42的延遲單元76的狀態(tài)。由于存在4個編碼器狀態(tài)和4個可能通路，以輸入每個狀態(tài)(即對于每個編碼器32b的狀態(tài)有延遲單元76的4個可能狀態(tài))，最佳解碼器必須處理16狀態(tài)格形。此外，解碼器必須考慮4個分支輸入每個狀態(tài)，而僅2個分支輸入每個編碼狀態(tài)。圖11表示這種解碼器，并且，雖然實際上很復(fù)雜，但其設(shè)計都是直截了當(dāng)?shù)?。實際上，當(dāng)解碼器的功能與圖9所示的相同時(使用相同的標(biāo)號)，大大增加了其復(fù)雜性，包括對于產(chǎn)生15分支度量正好代替4的要求。該分支度量表示在接收符號層和在梳狀濾波器42的輸出處可能15個群集點的每一個之間的差(即8層符號的線性組合提供15個可能輸出層)。
圖12的表表示根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)用于減小復(fù)雜性，和由此降低了用于從梳狀波波器的輸出恢復(fù)比特X1和X2的維特比解碼器44A-44L的成本。該簡化可由圖4所示的預(yù)編碼比特X2實現(xiàn)，在以解碼器形成格形圖的結(jié)構(gòu)中是通過省略來自梳狀濾波器42的延遲單元76的一些狀態(tài)信息來實現(xiàn)的。尤其，如下面更詳細(xì)的說明，根據(jù)本發(fā)明的這個方面實現(xiàn)的解碼簡化是僅考慮識別梳狀濾波器的延遲單元的8個可能狀態(tài)的子集a、b、c和d的信息。如果延時單元76的輸出用標(biāo)號V表示，編碼器和信道的組合狀態(tài)可表示為Q1(n)Q0(n)V1VO(n)，這里子集V1V0(n)＝子集Z1Z0(n－1)。也就是，延遲單元76的狀態(tài)用以前符號的子集表示。
現(xiàn)在參照圖12的表，第一列表示在時間n組合編碼器和信道的狀態(tài)(僅使用子集信息表示延遲單元76的狀態(tài))Q1Q0V1V0。如所示，有8種可能狀態(tài)0000，0010，0100，0110，1001，1011，1101和1111(注意，在所有例子中Q1＝V0)。這8個狀態(tài)由圖6表的最后兩列得出，最后兩列給出了在任意時間(n＋1)編碼器32b的狀態(tài)Q1Q0和延遲單元76的輸出V的有關(guān)V1V0子集。應(yīng)注意到在時間(n＋1)的V1V0子集與在時間n的輸出比特Z1Z0相同(參見圖6表示的第3列)。組合編碼器和信道的每個狀態(tài)Q1Q0V1V0在圖12的表中列出二次，輸入比特X1的每種可能值列出一次(參見表的第3列)。表的第4列表示每個編碼/信道狀態(tài)在時間n的子集Z1Z0和輸入比特X1的每個值。這些值根據(jù)關(guān)系Z1＝X1和Z0＝Q0得出。在表的分別第2和第5列中，用圖5的映射器49所表示的子集標(biāo)識符(a-d)識別表的第1列的V1V0子集和包括表的第4列的Z1Z0子集。
再參照圖8，加到每個解碼器44A-44L的梳狀濾波器42的線性加法器74的輸出用符號U來識別，并且包括接收符號的值減去先前符號的值。在圖12的表的第6列中這個值用子集標(biāo)識符(a-d)表示為在Z子集Z1Z0和V子集V1V0之差。于是，例如，U子集在時間n表的第1行是(d-d)，第5行是(c-d)等等。在圖13中U子集的可能值通過從每個Z子集(a、b、c和d)減去每個V子集(a、b、c和d)來得到的。尤其，每個可能Z子集沿圖的上面用對應(yīng)于各自子集的層的黑圈識別。例如，子集a包括8層的層-1和+7，子集b包括層-3和-5等等。同樣地，沿圖的左手邊緣識別每個可能V子集。從每個Z子集減去每個V子集所得的結(jié)果得到的U子集(U＝Z-V)表示在圖的內(nèi)部。例如，參見圖12的表的最后行，U子集(a-a)是通過從a子集層-1和-7減去a子集層-1和+7得到的，如圖13的左上角所示，給出三層+8、0、-8。同樣地，參見圖12的第8行，U子集(a-b)是通過從子集層-1和+7減去b子集層-3和+5得出的，如所示的給出三層+10、+2、-6等等。
圖13所示的16U子集的檢查顯示屬于7個公用子集(后面稱為陪集)之一的每一個。圖14示出了這7個陪集，并識別為陪集A(U子集a-a、b-b、c-c和d-d)，B1(U子集b-a、c-b和d-c)，B2(U子集a-d)、C1(U子集c-a和d-b)，C2(U子集a-c和b-d)，D1(U子集d-a)和D2(U子集a-b、b-c和c-d)。每個U子集的陪集也表示在圖12表的第7列?？梢娒總€陪集包括15個可能層中的3層。
對應(yīng)于圖6表的末兩列的圖12表的最后列表示在時間(n＋1)編碼器和信道的狀態(tài)Q1Q0V1V0。表的第一和最后列現(xiàn)在可用于構(gòu)成組合編碼器/信道的格形狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，如圖15所示。在該圖中，由于對于Q1是剩余的，所以沒有考慮V0。格形狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖利用起源于每個狀態(tài)的兩個分支包括8個狀態(tài)。每個分支標(biāo)有輸入比特X1和與各自轉(zhuǎn)換有關(guān)的陪集、A、B1、B2、C1、C2、D1和D2。圖15的格形圖現(xiàn)在可被用于根據(jù)減小復(fù)雜性提供維特比解碼器(對于解碼器44A-44L的每一個)，以便從梳狀濾波器42的加法器的輸出U估算輸入比特X1。該解碼器包括圖11的替換實施例的最佳維特比解碼器，可采用圖16中所示的維特比解碼器的形式。用于實施該維特比解碼器的裝置可與在圖9和11的解碼器中使用的相同，并且包括分支度量發(fā)生器84、ACS單元86、路徑度量存儲存儲器88和回跡存儲器90。在圖16的解碼器的情況，分支度量發(fā)生器84被編程產(chǎn)生七個分支度量，其每個表示接收加法器112的輸出的平方的歐幾里德。加法器112的一個輸入直接接到梳狀濾波器的輸出，同時其第二輸入接到由12符號延遲單元114輸出的梳狀濾波器。多路復(fù)用器110的B輸入在符號間隔13-16(即由符號時鐘延遲的同步間隔)期間進行選擇，否則選擇A輸入。
操作中，當(dāng)同步間隔期間梳狀濾波器42的輸出包括S0－A(n－1)S1－B(n－1)S2－C(n－1)S3－D(n－1)經(jīng)過多路復(fù)用器110的A輸入加到解碼器的這個信息沒有表示有意義數(shù)據(jù)，并且被解碼器不計。然而，在時間n產(chǎn)生的數(shù)據(jù)子段中開始下一個符號(即從子段E的一符號)，來自相同子段的符號適當(dāng)?shù)亟M合在一起并且經(jīng)多路復(fù)用器110的A輸入端提供到解碼器。當(dāng)在時間(n＋1)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)子段的第一4個符號期間選擇多路復(fù)用器110的B輸入端。當(dāng)該周期期間梳狀濾波器的輸出是A(n＋1)－S0B(n＋1)－S1C(n＋1)－S2D(n＋1)－S3當(dāng)存儲在延時器114的同步間隔期間，在加法器112中，這些數(shù)據(jù)用梳狀濾波器的4個輸出進行組合，以提供4個連續(xù)輸出A(n＋1)－A(n－1)、B(n＋1)－B(n－1)、C(n＋1)－C(n－1)和D(n＋1)－D(n－1)。應(yīng)注意到，每個輸出表示按要求從相同子段梳理的數(shù)據(jù)符號。此后，多路復(fù)用器110的A輸入再被選擇并正常處理繼續(xù)。
圖21表示在本發(fā)明的接收機中使用的后編碼器的實施例，例如圖8和10的后編碼器48A-48L是根據(jù)本發(fā)明的幾個方面的同步插入改進操作的。改進的后編碼器包括模加法器120和前饋延遲器122，還包括當(dāng)同步間隔期間把延遲器122的輸出返回耦合到其輸入和否則通過延遲器122把后編碼器輸入信號加到加法器120的輸入的多路復(fù)用器124。因此，在同步間隔以后當(dāng)后編碼器的輸出不用期間，改進的后編碼器48A-48L的每個按要求把來自有關(guān)的子段的符號存儲在各自的延遲器122。
以與上述相同的方法結(jié)合數(shù)據(jù)段同步來實現(xiàn)幀同步插入和處理。更具體地說，當(dāng)幀同步間隔期間，即每幀的第一數(shù)據(jù)段，發(fā)生器62和多路復(fù)用器62被開始啟動，以便把幀同步符號V0-V671插入幀同步段S0的第一672符號位置，如圖22所示。幀同步段的最后12個符號由RAM64插入數(shù)據(jù)流，并包括先前幀的最后數(shù)據(jù)段S312的最后12個符號(以前已寫入RAM64)。而且，由于當(dāng)幀同步間隔期間選擇多路復(fù)用器46、53和55的B輸入，延遲單元48、54和56假設(shè)圖18所示的條件在按以前所述的形成的下一個數(shù)據(jù)段S1的段同步間隔的結(jié)束，如圖22所示。
圖20和圖21的電路按以前所述的工作，以確保來自子段A-L的每一個的符號用僅相同子段的符號進行處理。當(dāng)幀同步段S0期間兩個電路的輸出不表示有意義數(shù)據(jù)并且當(dāng)后續(xù)處理期間是不計的。
如上所述，本發(fā)明的系統(tǒng)可利用不同的映射群集提供例如增加比特率和利用不同的調(diào)制方案例如QAM。圖23表示本發(fā)明應(yīng)用到一個系統(tǒng)，其中每個符號表示3比特代替2比特，如前面所述的。如圖3所示，輸入數(shù)據(jù)比特X1、X2和X3按符號率提供，比特X3和X2由模4預(yù)編碼器32a’轉(zhuǎn)換到比特Y3和Y2，以便按比特Z3和Z2加到16層符號映射器491，該模4預(yù)編器32a’包括模4組合器44’。數(shù)據(jù)比特X1按比特Z1加到映象器491的第三輸入和到卷積編碼器32b，該編碼器32b產(chǎn)生比特Z0，以便加到映射器491的第四輸入端。如在前面所述的實施例中，比特Z1Z0識別子集a、b、c的d，其每一個包括4個符號層。在每個子集內(nèi)各自的符號大小相差8個單元的數(shù)量和連續(xù)符號層(例如-15、-13)由比特Z3Z2Z1的公用狀態(tài)來選擇。因此，由圖23的電路產(chǎn)生的信號可使用前面所述的技術(shù)進行解碼。在這個例子中，最佳MLSE解碼器(即不考慮預(yù)編碼器的解碼器并用于解碼梳狀濾波器的輸出)應(yīng)有8倍編碼器具有的狀態(tài)數(shù)。模4預(yù)編碼器包括使解碼器工作在格形上，該格形僅具有二倍的編碼器的狀態(tài)并仍然解碼未編碼的比特而沒有誤差傳播。
圖24A和圖24B表示本發(fā)明應(yīng)用到QAM調(diào)制器。如圖24A所示，提供輸入比特X1、X2和X3，比特X3和X2由各自的模2預(yù)編碼器3211a和32111a單獨預(yù)編碼，以提供送到卷積編碼器32b的比特Z3和Z2和比特X1，用于產(chǎn)生輸出比特Z1和Z0。輸出比特Z3Z2Z1Z0加到符號映射器491，用于產(chǎn)生屬于子集a-d之一的16個正交相關(guān)符號(見圖24B)，以便加到QAM調(diào)制器361。結(jié)合上文，再次可見，比特Z1Z0識別各自的符號子集a-d。最佳解碼不用預(yù)編碼器，需要一個應(yīng)具有23＝8倍編碼器具有的狀態(tài)數(shù)目的解碼器。利用預(yù)編碼器，解碼器僅具有兩倍狀態(tài)數(shù)目。
圖23和24的系統(tǒng)的接收機一般可采用圖8所示的形式。在圖23的系統(tǒng)的情況中，如圖25所示，包括組合器92’的模4的模4后編碼器48A’替代每個模2后編碼器48A，和在圖24A和B的系統(tǒng)情況下，如圖25B所示，一對模2后編碼器48”A和48A’”應(yīng)替代每個模2后編碼器48A。
可認(rèn)為本發(fā)明所述的實施例的各種改進對本專業(yè)的普通技術(shù)人員是顯而易見的，而都不脫離本發(fā)明的真實精神和范圍。本發(fā)明僅限于如權(quán)利要求中所規(guī)定的。
權(quán)利要求
1.一種構(gòu)成數(shù)據(jù)幀的方法，該方法包括如下步驟把表示多個源數(shù)據(jù)字節(jié)的多個編碼數(shù)據(jù)符號安排成包括數(shù)據(jù)幀的預(yù)定數(shù)目的數(shù)據(jù)段、包括幀同步段的預(yù)定的所述數(shù)據(jù)段之一，和把緊接在所述幀同步之前的數(shù)據(jù)段的最后N個編碼符號復(fù)制成所述幀同步段的最后N個符號位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中N等于12和所述的預(yù)定數(shù)目的數(shù)據(jù)段包括313。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，包括把緊接在用于存儲的所述幀同步段之前的數(shù)據(jù)段的所述最后N個編碼數(shù)據(jù)符號寫入存儲器和從所述存儲器中讀出所述存儲N個編碼符號，以便插入所述幀同步段的最后N個符號位置。
4.根據(jù)本發(fā)明的方法，除所述幀同步段以外的每個所述數(shù)據(jù)段包括N個交錯子段，每一個段子段包括表示所述的源數(shù)據(jù)字節(jié)的連續(xù)組的多個所述編碼數(shù)據(jù)符號、包括預(yù)定數(shù)據(jù)段同步符號的第一M子段的每個的第一符號，這里M小于N和等于或大于4，和其中每個剩余子段的第一編碼數(shù)據(jù)符號適當(dāng)?shù)嘏c各自子段的編碼數(shù)據(jù)符號交錯。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中N等于12和M等于4。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，包括以固定的符號率提供多個數(shù)據(jù)符號、把所述多個數(shù)據(jù)符號編碼來得到所述的編碼數(shù)據(jù)符號，所述的編碼步驟包括把所述數(shù)據(jù)符號加到延遲單元12個符號在長度上交錯，和當(dāng)符號對應(yīng)于所述的數(shù)據(jù)段同步符號交錯期間把所述延遲單元的輸出反饋到其輸入。
7.一種接收機，包括用于接收包括多個連續(xù)數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)信號裝置，每個所述的數(shù)據(jù)幀包括表示多個源數(shù)據(jù)字節(jié)的多個編碼數(shù)據(jù)符號并以預(yù)定數(shù)目的數(shù)據(jù)安排，每個所述數(shù)據(jù)幀的預(yù)定數(shù)目的數(shù)據(jù)段包括幀同步段、包括緊接在數(shù)據(jù)段之前的最后N個編碼數(shù)據(jù)段的復(fù)制的最后N個符號，和響應(yīng)于所述接收數(shù)據(jù)信號的解碼裝置，用于得出表示所述源數(shù)據(jù)字節(jié)的多個估算數(shù)據(jù)字節(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的接收機，其中所述的預(yù)定數(shù)目等于313和N等于12。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的接收機，其中除所述幀同步段以外的每個所述數(shù)據(jù)段包括N個交錯子段，每個子段包括表示連續(xù)組的所述源數(shù)據(jù)字節(jié)的多個所述編碼數(shù)據(jù)符號和其中所述的解碼裝置包括獨立解碼每個所述子段的裝置，用于得出表示相應(yīng)于連續(xù)源數(shù)據(jù)字節(jié)之一的多個估算數(shù)據(jù)字節(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的接收機，其中每個數(shù)據(jù)段的第一M子段的每個的第一符號包括預(yù)定數(shù)據(jù)段同步符號，這里M小于N和等于或大于4，和每個剩余子段的第一編碼數(shù)據(jù)適當(dāng)?shù)嘏c各自子段的編碼數(shù)據(jù)符號交錯。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的接收機，其中N等于12和M等于4。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的接收機，其中所述的解碼裝置包括延遲單元12個符號以長度交錯耦合到所述接收機裝置和當(dāng)相應(yīng)于所述數(shù)據(jù)段同步符號的符號間隔期間，所述的延遲單元的輸出反饋到其輸入。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的接收機，包括響應(yīng)于所述接收數(shù)據(jù)信號的線性濾波器，用于減小同頻道干擾，所述的濾波器包括從在其之前接收12個符號間隔的編碼數(shù)據(jù)符號減去每個接收的編碼數(shù)據(jù)符號的裝置，把每個已濾波的編碼符號加到在其之前產(chǎn)生12符號間隔的已濾波編碼符號的裝置和當(dāng)每個所述數(shù)據(jù)段的符號間隔13-16期間把所述加法裝置的輸出送到所述解碼裝置和否則把所述減法裝置的輸出送到所述的解碼裝置的裝置。
全文摘要
本發(fā)明通過表示多個源數(shù)據(jù)字節(jié)的多個編碼數(shù)據(jù)符號排列成連續(xù)數(shù)據(jù)幀其每個包括313數(shù)據(jù)段來構(gòu)成用于發(fā)送的電視信號。每個幀的數(shù)據(jù)段之一包括最后(12)符號的幀同步段，最后(12)符號包括前數(shù)據(jù)段的最后(12)編碼數(shù)據(jù)符號的復(fù)制。每幀的剩余段包括(12)交錯子段A-L，每個子段包括表示連續(xù)組的源數(shù)據(jù)字節(jié)的多個編碼數(shù)據(jù)，和每個第一(4)子段A-D的第一符號包括預(yù)定段同步符號。接收信號通過獨立處理每個各自的子段的符號來解碼。
文檔編號H04L1/00GK1151813SQ95193982
公開日1997年6月11日 申請日期1995年6月29日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月8日
發(fā)明者戴維德·A·威爾明 申請人:齊尼思電子公司