CN101262575A - 一种地面数字电视系统的帧头pn捕获方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地面数字电视系统的帧头PN捕获方法及其装置。地面数字电视多媒体广播(DTMB)系统在接收信号帧进行数据恢复时，利用FFT和IFFT成组计算来简化时域相关运算，通过比较相关峰值与捕获门限来判决帧头PN序列是否成功捕获，应用本发明方法可以迅速捕获识别信号帧帧头选用的PN模式，为接收机后续处理提供必备条件；提高了相关运算的速度，降低了计算复杂度；同时可以在帧头为PN420、PN945模式相位旋转时，不必增加其他处理方法和逻辑电路，简化了电路结构；进而提高了地面数字电视广播传输系统中帧头PN的捕获速度。

Description

一种地面数字电视系统的帧头PN捕获方法及其装置

技术领域

本发明属于数字信号传输领域，涉及一种帧头PN序列的捕获方法及其装置，具体涉及一种地面数字电视系统的帧头PN序列的捕获技术。

背景技术

数字电视地面广播系统是国家广播电视技术体系的重要组成部分。它与卫星数字电视广播系统和有线数字电视广播系统以及其它辅助系统协同为受众提供全面的覆盖，是国家广播电视综合覆盖网中的重要部分，因此数字电视地面广播系统及其相关技术备受世界各国关注。

2006年8月，具有自主知识产权的中国数字电视地面广播传输系统标准GB20600-2006(以下简称国标)——《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》(DTMB，Digital Terrestrial Television Multimedia Broadcast，地面数字电视多媒体广播)颁布，并于2007年8月1日正式强制实施。该标准支持高清晰度电视、标准清晰度电视和多媒体数据广播等多种业务，满足大范围固定覆盖和移动接收需要。基于该标准的系统性能好、频谱利用率高、可扩展性强，适应我国城乡不同应用需求。DTMB标准在制定过程中采用了我国的发明专利和技术创新点，并在充分分析国外现有数字电视传输标准的基础上，吸收了近年信息传输领域的新技术，实现了较国外已有标准更佳的性能，同时也充分考虑和验证了实现的可行性。

DTMB系统的发送端完成从输入数据码流到地面电视信道传输信号的转换。输入数据码流经过扰码器、前向纠错编码，然后进行比特流到符号流的星座映射，再进行交织后形成基本数据块，基本数据块与系统信息组合后并经过帧体数据处理形成帧体，帧体与相应的帧头复接为信号帧，经过基带后处理转换为输出信号。该信号经变频转换为射频信号(UHF和VHF频段范围内)。其中，信号帧包含帧头和帧体两个部分，根据帧头的不同，分为PN420、PN595、PN945三种结构，具体如图1所示。

长度为420个符号的帧头信号(PN420)，由一个前同步、一个PN255序列和一个后同步构成，如图2所示。前同步和后同步定义为PN255序列的循环扩展。线形反馈移位寄存器(LFSR)的初始条件值确定所产生的PN序列的相位。产生序列PN255的LFSR的生成多项式定义为：

G₂₅₅(x)＝1+x+x⁵+x⁶+x⁸      (1)

基于该LFSR的初始状态，可产生255个不同相位的PN420序列。在要求指示帧序号时，信号帧的帧头可以采用不同相位的PN420信号作为信号帧识别符。

帧头信号PN595采用10阶最大长度的伪随机二进制序列(m序列的截短)，帧头信号的长度为595个符号，是长度为1023的m序列的前595个码片。该m序列的生成多项式为：

G₁₀₂₃(x)＝1+x³+x¹⁰      (2)

该10比特的移位寄存器组的初始相位为：0000000001(D1-D10)，在每个信号帧开始时复位。采用PN595做帧头序号时，不需要指示帧序号。

长度为945个符号的帧头信号(PN945)，其中945个符号由一个前同步、一个PN511序列和一个后同步构成，如图3所示。前同步和后同步定义为PN511序列的循环扩展。LFSR的初始条件值确定所产生的PN序列的相位。产生序列PN511的LFSR的生成多项式定义为：

G₅₁₁(x)＝1+x²+x⁷+x⁸+x⁹    (3)

基于该LFSR的初始状态，可产生511个不同相位的PN945序列。国标选用其中200个PN945序列，在要求指示帧序号时，信号帧的帧头可以采用不同相位的PN945信号作为信号帧识别符。

以上三种帧头的PN序列码片，都需经“0”到+1值及“1”到-1值的映射变换为非归零的二进制符号。

DTMB系统的接收端在接收信号帧进行数据恢复时，首先要捕获识别出发送信号帧的帧头选用的PN模式，进而才能够通过同步、信道估计、解调等步骤完成数据恢复。

在已有的国标数字电视接收机中，帧头PN模式的捕获识别方法主要有滑动相关法和匹配滤波器法，接收机本地产生3种PN帧头分别与接收到的信号帧进行相关运算，通过判断相关峰值大小捕获识别出接收到信号帧帧头的PN序列模式。应用这两种方法的捕获时间较长，计算复杂度较高。

发明内容

本发明提出了一种地面数字电视系统的帧头PN捕获新方法及其装置，根据DTMB系统中帧头不同且可能存在相位旋转的特点，利用FFT和IFFT成组计算来简化时域相关运算，通过比较相关峰值与捕获门限来判决帧头PN序列是否成功捕获，应用本发明方法可以迅速捕获识别信号帧帧头选用的PN模式，为接收机后续处理提供必备条件；同时可以在帧头为PN420、PN945模式相位旋转时，不必增加其他处理方法和逻辑电路，简化了电路结构，提高了地面数字电视广播传输系统中帧头PN的捕获速度。

本发明一种地面数字电视系统的帧头PN捕获装置，由I路信号缓存器、Q路信号缓存器、FFT变换器a、FFT变换器b、IFFT变换器a、IFFT变换器b、IFFT变换器c、乘法器a、乘法器b、乘法器c、平方变换器a、平方变换器b、平方变换器c、判决器a、判决器b、判决器c、共轭值输出电路和逻辑控制电路组成。其中，FFT变换器a进行256点的FFT运算；FFT变换器b进行512点的FFT运算；IFFT变换器a进行256点的IFFT运算；IFFT变换器b和IFFT变换器c均进行512点的IFFT运算；乘法器a进行256点的点乘；乘法器b和乘法器c进行512点的点乘；3个平方变换器相同；3个判决器相同。

在逻辑控制电路的控制下，I路信号缓存器和Q路信号缓存器分别从第i位开始保留长为256和512的两组符号，即I路[i，i+255]、[i，i+511]和Q路[i，i+255]、[i，i+511]，i为整数，并分别合并成长为256和512的两组复信号，复信号分别输出到FFT变换器a和FFT变换器b中进行FFT运算；将FFT变换器a输出的256点的运算结果与共轭值输出电路输出的256点的共轭结果在乘法器a中相点乘，FFT变换器b输出的512点的运算结果分别与共轭值输出电路输出的两组512点的共轭结果在乘法器b和乘法器c中相点乘；相乘的结果分别在IFFT变换器a、IFFT变换器b和IFFT变换器c中进行IFFT运算；分别在平方变换器a、平方变换器b和平方变换器c中取由IFFT运算得到的相关峰值，并在判决器a、判决器b和判决器c中与对应的每种帧头PN序列的捕获门限比较；如果超过捕获门限，逻辑控制电路记录该种帧头为最终的匹配结果；若未超过捕获门限，则逻辑控制电路将I路信号缓存器和Q路信号缓存器中存储的符号分别滑动一位，重新进行捕获过程。

所述共轭值输出电路由PN生成器a、PN生成器b、PN生成器c、FFT单元a、FFT单元b、FFT单元c、PN扩展电路a、PN扩展电路b、PN截断电路、取共轭电路a、取共轭电路b、取共轭电路c组成；PN生成器a、PN生成器b和PN生成器c分别产生PN420的基础序列PN255、PN945的基础序列PN511和PN595的原序列PN1023，并将其分别输入到PN扩展电路a、PN扩展电路b和PN截断电路中；PN扩展电路a和PN扩展电路b分别在PN生成器a和PN生成器b中生成的255长和512长的序列后加0，PN截断电路中截取PN1023的前512个符号；三组所得序列分别在FFT单元a进行256点、在FFT单元b和FFT单元c中进行512点的FFT运算，且对运算结果在取共轭电路a中对256个复数、取共轭电路b和取共轭电路c中对512个复数分别进行复共轭变换后输出。

所述共轭值输出电路的PN生成器a、PN生成器b和PN生成器c分别与标准GB20600-2006中的PN255、PN511和PN1023的生成电路一致。

所述共轭值输出电路可由一个存储器替代，存储器中固化着离线先行计算的复共轭值。

所述FFT变换器、FFT单元和IFFT变换器点数相同的可以复用。

本发明一种地面数字电视系统的帧头PN捕获方法，包括以下步骤：

步骤1：I路信号缓存器和Q路信号缓存器分别从基带信号输入端接收I、Q两路的基带信号，每路信号从第i位开始保留长为256和512的两组符号，即I路[i，i+255]、[i，i+511]和Q路[i，i+255]、[i，i+511]，i为整数；

步骤2：在逻辑控制电路的控制下，I路信号缓存器和Q路信号缓存器分别将保存的I、Q两路信号合并成长为256和512的两组复信号，并分别在FFT变换器a和FFT变换器b中进行FFT运算；

步骤3：共轭值输出电路的三个PN生成器分别产生PN420的基础序列PN255、PN945的基础序列PN511和PN595的原序列PN1023，在PN扩展电路中分别将PN255和PN511序列的末尾加0，在PN截断电路中截取PN1023的前512个符号；并对三组所得序列分别进行FFT运算后在取共轭电路中进行复共轭变换后输出；

步骤4：将FFT变换器a输出的256点的运算结果与步骤3中输出的256点的共轭结果在乘法器a中相点乘，FFT变换器b输出的512点的运算结果分别与步骤3中输出的两组512点的共轭结果在乘法器b、乘法器c中相点乘，然后分别进行IFFT运算；

步骤5：在平方变换器中分别取由IFFT运算得到的相关峰值，再分别在判决器中与对应的每种帧头PN序列的捕获门限相比较；如果出现超过捕获门限的情况，则逻辑控制电路记录该种帧头为最终的匹配结果，方法结束；反之逻辑控制电路将I路信号缓存器和Q路信号缓存器中存储的符号分别滑动一位，即令i＝i+1，重复执行步骤1。

所述步骤3中，PN生成器分别将PN255，PN511的初始相位固定选为标准GB20600-2006中列出的任一初始相位。

所述步骤3中，共轭值输出电路输出的复共轭变换结果也可离线计算完毕后存于本地接收机的存储器中，并经本地接收机调用输出到各乘法器中。

本发明一种地面数字电视系统的帧头PN捕获方法及其装置，其优点在于：

(1)本发明用FFT变换器和IFFT变换器成组计算的相关方法代替了传统的时域相关方法，提高了相关运算的速度，降低了计算复杂度；

(2)由于本发明基于FFT变换器和IFFT变换器成组计算的相关方法的应用，可以在帧头为PN420、PN945模式相位旋转时，不必增加其他处理方法和逻辑电路，实现简单。

因此本发明的方法和装置提高了地面数字电视广播传输系统中帧头PN的捕获匹配速度。

附图说明

图1为现有地面数字电视广播传输系统的信号帧结构示意图；

图2为现有地面数字电视广播传输系统的长度为420个符号的帧头信号示意图；

图3为现有地面数字电视广播传输系统的长度为945个符号的帧头信号示意图；

图4为本发明一种地面数字电视系统的帧头PN捕获装置的结构框图；

图5为本发明一种地面数字电视系统的帧头PN捕获装置的共轭值输出电路的结构框图；

图6为本发明一种地面数字电视系统的帧头PN捕获方法的流程图；

图7为本发明方法捕获识别PN420帧头模式的结果图；

图8为本发明方法捕获识别PN945帧头模式的结果图；

图9为本发明方法捕获识别PN595帧头模式的结果图。

图中：1.I路信号缓存器  2.Q路信号缓存器  3.FFT变换器a  4.FFT变换器b5.乘法器a  6.乘法器b  7.乘法器c  8.共轭值输出电路  801.PN生成器a802.PN扩展电路a  803.FFT单元a  804.取共轭电路a  805.PN生成器b806.PN扩展电路b  807.FFT单元b  808.取共轭电路b  809.PN生成器c810.PN截断电路  811.FFT单元c  812.取共轭电路c  9.IFFT变换器a10.IFFT变换器b  11.IFFT变换器c  12.平方变换器a  13.平方变换器b14.平方变换器c  15.判决器a  16.判决器b  17.判决器c  18.逻辑控制电路

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提出了一种地面数字电视系统的帧头PN捕获方法及其装置。DTMB系统的接收端在接收信号帧进行数据恢复时，应用本发明方法可以迅速捕获识别出发送信号帧的帧头选用的PN模式，为接收机进一步同步、信道估计、解调等步骤提供必备条件。本发明根据DTMB系统中帧头不同且可能存在相位旋转的特点，利用FFT和IFFT成组计算来简化时域相关运算，进而通过比较相关峰值与捕获门限来判决帧头PN序列是否成功捕获。本发明基于FFT和IFFT成组计算的相关方法的应用，提高了相关运算的速度，降低了计算复杂度；同时可以在帧头为PN420、PN945模式相位旋转时，不必增加其他处理方法和逻辑电路，简化了电路结构；进而提高了地面数字电视广播传输系统中帧头PN的捕获匹配速度。

本发明一种地面数字电视系统的帧头PN捕获装置包括：由I路信号缓存器1、Q路信号缓存器2、FFT变换器a3、FFT变换器b4、IFFT变换器a9、IFFT变换器b10、IFFT变换器c11、乘法器a5、乘法器b6、乘法器c7、平方变换器a12、平方变换器b13、平方变换器c14、判决器a15、判决器b16、判决器c17、共轭值输出电路8和逻辑控制电路18组成；其中，FFT变换器a3进行256点的FFT运算；FFT变换器b4进行512点的FFT运算；IFFT变换器a9进行256点的IFFT运算；IFFT变换器b 10和IFFT变换器c11均进行512点的IFFT运算；乘法器a5进行256点的点乘；乘法器b6和乘法器c7进行512点的点乘；3个平方变换器相同；3个判决器相同。

如图4所示，I路信号缓存器1和Q路信号缓存器2缓存I、Q两路的基带信号，每路信号从第i位开始保留长为256和512的两组符号，即I路[i，i+255]、[i，i+511]和Q路[i，i+255]、[i，i+511]；I路信号缓存器1和Q路信号缓存器2分别将长为256的符号组输入256点FFT变换器a3；I路信号缓存器1和Q路信号缓存器2分别将长为512的符号组输入512点FFT变换器b4；FFT变换器a3将256点的傅立叶变换结果输入乘法器a5，与共轭值输出电路8输出的PN255添零序列的FFT结果的共轭值相点乘；FFT变换器b4将512点的傅立叶变换结果分别输入乘法器b6和乘法器c7，在乘法器b6中将其与共轭值输出电路8输出的PN511添零序列的FFT结果的共轭值相点乘，在乘法器c7中将其与共轭值输出电路8输出的PN595截断序列(即PN1023的截断序列)的FFT结果的共轭值相点乘；乘法器a5将256点的点乘结果输入到IFFT变换器a9进行256点的IFFT变换，乘法器b6、乘法器c7分别将512点的点乘结果输入到IFFT变换器b10、IFFT变换器c11进行512点的IFFT变换；平方变换器a12、平方变换器b13、平方变换器c14分别将IFFT变换器a9、IFFT变换器b10、IFFT变换器c11输出的相关峰值进行平方变换；判决器a15、判决器b16、判决器c17分别将平方变换器a12、平方变换器b13、平方变换器c14输出的相关峰值与相应的捕获门限进行比较，将比较结果输入逻辑控制电路18；如果某一判决器的比较结果显示相关峰值超出对应的捕获门限，逻辑控制电路18则输出相应的帧头PN模式，如果所有判决器的比较结果显示各通道相关峰值均未超出对应的捕获门限，逻辑控制电路18则控制I路信号缓存器1和Q路信号缓存器2将缓存的符号滑动一位，即令i＝i+1，各器件电路重复以上步骤。

本发明中所述共轭值输出电路8，可以由3个PN生成器、2个PN扩展电路、1个PN截断电路、3个FFT变换器、3个取共轭电路组成。PN生成器a801与国标PN255的电路结构一致，PN生成器b805与国标PN511的电路结构一致，PN生成器c809与国标PN1023的电路结构一致；PN扩展电路a802在255长的序列后加0，PN扩展电路b806在512长的序列后加0；FFT单元a803进行256点的FFT运算，FFT单元b807和FFT单元c811进行512点的FFT运算；取共轭电路a804对256个复数取共轭、取共轭电路b808和取共轭电路c812对512个复数取共轭。如图5所示，PN生成器a801按照国标PN255的电路结构生成PN255(初始相位固定选为国标中列出的任一初始相位)，PN扩展电路a802将PN255的末尾添0组成长为256的序列，FFT单元a803对这长为256的序列进行256点的FFT变换，取共轭电路a804对FFT单元a803的输出结果取复共轭并输出；PN生成器b805按照国标PN511的电路结构生成PN511(初始相位固定选为国标中列出的任一初始相位)，PN扩展电路b806将PN511的末尾添0组成长为512的序列，FFT单元b807对这长为512的序列进行512点的FFT变换，取共轭电路b808对FFT单元b807的输出结果取复共轭并输出；PN生成器c809按照国标PN1023的电路结构生成PN1023(初始相位为0000000001)，PN截断电路810截取保留PN1023的前512个符号序列，FFT单元c811对这长为512的序列进行512点的FFT变换，取共轭电路c812对FFT单元c811的输出结果取复共轭并输出。

所述共轭值输出电路8，也可以由一个存储器替代。因为共轭值输出电路8的输出值可以在离线时先行计算完成，所以可以将其固化在存储器中，捕获装置工作时直接调用所需数值，直接用这些值与乘法器相乘。

在本发明所述一种地面数字电视系统的帧头PN捕获装置中，可以将点数相同的FFT变换器、FFT单元以及点数相同的IFFT变换器进行复用，这可以通过相应的时序逻辑控制来实现。

如图6所示，本方法一种地面数字电视系统的帧头PN捕获方法，包括以下步骤：

步骤一：I路信号缓存器1和Q路信号缓存器2分别从基带信号输入端接收I、Q两路的基带信号，每路信号从第i位开始保留长为256和512的两组符号，即I路[i，i+255]、[i，i+511]和Q路[i，i+255]、[i，i+511]，i为整数；

步骤二：在逻辑控制电路18的控制下，I路信号缓存器1和Q路信号缓存器2分别将保存的I、Q两路信号合并成长为256和512的两组复信号，并分别在FFT变换器a3和FFT变换器b4中进行FFT运算；

根据数字信号处理的基础知识，时域卷积对应频域相乘。因此可以在频域完成时域的相关运算。数学模型如下，接收到的符号序列x(n)与本地的由帧头PN序列衍生的码序列y(n)的相关函数为：

$R_{\mathrm{xy}}\left(m\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}[x\left(n\right)\×y(n-m)]=F^{-1}[X\left(k\right)\×\stackrel{\‾}{Y\left(k\right)}],---\left(4\right)$

公式(4)中，X(k)＝FFT[x(n)]，Y(k)＝FFT[y(n)]，Y(k)表示Y(k)的复共轭。

DTMB系统中发送信号帧具有PN420、PN945和PN595三种帧头信号，其中PN420是由PN255增加前后同步符号生成，PN945是由PN511增加前后同步符号生成，PN595是由PN1023截断生成。而且，PN255和PN511可以存在相位旋转，即PN420和PN945可以存在相位旋转模式。因此，对由PN255添0得的256个符号、由PN511添0得的512个符号、由PN595截断得的512个符号进行相关运算，即可通过相关峰判断是否捕获。选择256和512个符号更适合进行FFT运算。

步骤三：共轭值输出电路的PN生成器a801、PN生成器b805和PN生成器c809分别产生PN420的基础序列PN255、PN945的基础序列PN511和PN595的原序列PN1023，分别在PN扩展电路a802和PN扩展电路b806中将序列PN255和PN511的末尾加0，在PN截断电路810中截取PN1023的前512个符号；三组所得序列分别在FFT单元a803、FFT单元b807和FFT单元c811中进行FFT运算，且对运算结果在取共轭电路a804、取共轭电路b808和取共轭电路c812中分别进行复共轭变换后输出；

由公式(1)可知，基于FFT的相关算法要求本地的待相关序列也需进行FFT变换，并对其结果取共轭。因为DTMB系统的帧头信号已知，因此构造出的相应256和512的符号序列也已知，因此它们FFT变换后的共轭值也为已知，所以本步骤中的操作也可以离线进行，直接将最终共轭值输出电路8的计算结果输出给后续的流程。

步骤四：将FFT变换器a3输出的256点的运算结果与步骤三中输出的256点的共轭结果在乘法器a5中相点乘，FFT变换器b4输出的512点的运算结果分别与步骤三中输出的两组512点的共轭结果在乘法器b6和乘法器c7中相点乘，然后分别在IFFT变换器a9、IFFT变换器b10和IFFT变换器c11中进行IFFT运算；

步骤五：分别在平方变换器a12、平方变换器b13和平方变换器c14中取由每组IFFT变换器运算所得的相关峰值，再分别在判决器a15、判决器b16和判决器c17中与对应的每种帧头PN序列的捕获门限比较；如果超过捕获门限，则逻辑控制电路18记录该种帧头为最终的匹配结果，方法结束；若未超过捕获门限，则逻辑控制电路18将I路信号缓存器1和Q路信号缓存器2中存储的符号分别滑动一位，即i＝i+1，重复执行步骤一。

将步骤二中FFT变换器a3变换得到的256点的运算结果与步骤三中256点的共轭结果在乘法器a5中相点乘，再将结果在IFFT变换器a9中进行IFFT运算，即完成了接收到的256个符号与由PN255扩展成的256个符号的相关运算，依此相关峰来判断PN255是否捕获，进而可以判断帧头序列PN420是否捕获；同理，将接收到的512个符号与由PN511扩展成的512个符号进行相关运算，依此相关峰来判断PN511是否捕获，进而可以判断帧头序列PN945是否捕获；将接收到的512个符号与由PN595截断成的(即PN1023截断成的)512个符号进行相关运算，依此相关峰来判断截断成的PN512是否捕获，进而可以判断帧头序列PN595是否捕获。

如果经判断，3个相关峰均没有达到相应的捕获门限，则说明I路信号缓存器1和Q路信号缓存器2中的符号与帧头序列不相关，则将两缓存器中符号移动一位，重复以上过程，直到捕获匹配得帧头PN的模式为止。

在静态单径高斯白噪声信道下，信噪比为2dB时，以每个符号一个采样点为例，图7至图9示出了应用本发明方法对PN420，PN945，PN595三种帧头模式的信号帧进行捕获识别的效果。

当发送的信号帧选用的帧头模式为PN420模式且帧头相位旋转、本地的PN255序列的相位固定选为00001101(D1-D8)、信号长度为10个信号帧时，由图7可见，PN420捕获通道出现10个明显的相关峰，且相关峰值明显高于本通道内噪声的相关值；同时PN420通道的相关峰值量级明显高于另外两个通道。由此，通过设置判决门限，便可判别捕获到的帧头模式为PN420模式。

当发送的信号帧选用的帧头模式为PN945模式且帧头相位旋转、本地的PN511序列的相位固定选为111011111(D1-D9)、信号长度为10个信号帧时，由图8可见，PN945捕获通道出现10个明显的相关峰，且相关峰值明显高于本通道内噪声的相关值；同时PN945通道的相关峰值量级明显高于另外两个通道。由此，通过设置判决门限，我们便可判别捕获到的帧头模式为PN945模式。

当发送的信号帧选用的帧头模式为PN595模式、信号长度为10个信号帧时，由图9可见，PN595捕获通道出现10个明显的相关峰，且相关峰值明显高于本通道内噪声的相关值；同时FN595通道的相关峰值量级明显高于另外两个通道。由此，通过设置判决门限，我们便可判别捕获到的帧头模式为PN595模式。

以上描述，仅是本发明的较佳步骤和实施方式而已，并不对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方法步骤及装置所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种地面数字电视系统的帧头PN捕获装置，其特征在于，由I路信号缓存器、Q路信号缓存器、FFT变换器a、FFT变换器b、IFFT变换器a、IFFT变换器b、IFFT变换器c、乘法器a、乘法器b、乘法器c、平方变换器a、平方变换器b、平方变换器c、判决器a、判决器b、判决器c、共轭值输出电路和逻辑控制电路组成；其中，FFT变换器a进行256点的FFT运算；FFT变换器b进行512点的FFT运算；IFFT变换器a进行256点的IFFT运算；IFFT变换器b和IFFT变换器c均进行512点的IFFT运算；乘法器a进行256点的点乘；乘法器b和乘法器c进行512点的点乘；3个平方变换器相同；3个判决器相同；

在逻辑控制电路的控制下，I路信号缓存器和Q路信号缓存器分别从第i位开始保留长为256和512的两组符号，即I路[i，i+255]、[i，i+511]和Q路[i，i+255]、[i，i+511]，i为整数，并分别合并成长为256和512的两组复信号，复信号分别输出到FFT变换器a和FFT变换器b中进行FFT运算；将FFT变换器a输出的256点的运算结果与共轭值输出电路输出的256点的共轭结果在乘法器a中相点乘，FFT变换器b输出的512点的运算结果分别与共轭值输出电路输出的两组512点的共轭结果在乘法器b和乘法器c中相点乘；相乘的结果分别在IFFT变换器a、IFFT变换器b和IFFT变换器c中进行IFFT运算；分别在平方变换器a、平方变换器b和平方变换器c中取由IFFT运算得到的相关峰值，并在判决器a、判决器b和判决器c中与对应的每种帧头PN序列的捕获门限比较；如果超过捕获门限，逻辑控制电路记录该种帧头为最终的匹配结果；若未超过捕获门限，则逻辑控制电路将I路信号缓存器和Q路信号缓存器中存储的符号分别滑动一位，重新进行捕获过程。

2.根据权利要求1所述一种地面数字电视系统的帧头PN捕获装置，其特征在于：所述共轭值输出电路由PN生成器a、PN生成器b、PN生成器c、FFT单元a、FFT单元b、FFT单元c、PN扩展电路a、PN扩展电路b、PN截断电路、取共轭电路a、取共轭电路b、取共轭电路c组成；PN生成器a、PN生成器b和PN生成器c分别产生PN420的基础序列PN255、PN945的基础序列PN511和PN595的原序列PN1023，并将其分别输入到PN扩展电路a、PN扩展电路b和PN截断电路中；PN扩展电路a和PN扩展电路b分别在PN生成器a和PN生成器b中生成的255长和512长的序列后加0，PN截断电路中截取PN1023的前512个符号；三组所得序列分别在FFT单元a进行256点、在FFT单元b和FFT单元c中进行512点的FFT运算，且对运算结果在取共轭电路a中对256个复数、取共轭电路b和取共轭电路c中对512个复数分别进行复共轭变换后输出。

3.根据权利要求2所述一种地面数字电视系统的帧头PN捕获装置，其特征在于：所述共轭值输出电路的PN生成器a、PN生成器b和PN生成器c分别与标准GB20600-2006中的PN255、PN511和PN1023的生成电路一致。

4.根据权利要求1所述一种地面数字电视系统的帧头PN捕获装置，其特征在于：所述共轭值输出电路可由一个存储器替代，存储器中固化着离线先行计算的复共轭值。

5.根据权利要求1所述一种地面数字电视系统的帧头PN捕获装置，其特征在于：所述FFT变换器、FFT单元和IFFT变换器点数相同的可以复用。

6.一种应用权利要求1所述装置的地面数字电视系统的帧头PN捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：I路信号缓存器和Q路信号缓存器分别从基带信号输入端接收I、Q两路的基带信号，每路信号从第i位开始保留长为256和512的两组符号，即I路[i，i+255]、[i，i+511]和Q路[i，i+255]、[i，i+511]，i为整数；

步骤二：在逻辑控制电路的控制下，I路信号缓存器和Q路信号缓存器分别将保存的I、Q两路信号合并成长为256和512的两组复信号，并分别在FFT变换器a和FFT变换器b中进行FFT运算；

步骤三：共轭值输出电路的三个PN生成器分别产生PN420的基础序列PN255、PN945的基础序列PN511和PN595的原序列PN1023，在PN扩展电路中分别将PN255和PN511序列的末尾加0，在PN截断电路中截取PN1023的前512个符号；并对三组所得序列分别进行FFT运算后在取共轭电路中进行复共轭变换后输出；

步骤四：将FFT变换器a输出的256点的运算结果与步骤三中输出的256点的共轭结果在乘法器a中相点乘，FFT变换器b输出的512点的运算结果分别与步骤三中输出的两组512点的共轭结果在乘法器b、乘法器c中相点乘，然后分别进行IFFT运算；

步骤五：在平方变换器中分别取由IFFT运算得到的相关峰值，再分别在判决器中与对应的每种帧头PN序列的捕获门限相比较；如果出现超过捕获门限的情况，则逻辑控制电路记录该种帧头为最终的匹配结果，方法结束；反之逻辑控制电路将I路信号缓存器和Q路信号缓存器中存储的符号分别滑动一位，即令i＝i+1，重复执行步骤一。

7.根据权利要求6所述一种地面数字电视系统的帧头PN捕获方法，其特征在于：在步骤三中，PN生成器分别将PN255，PN511的初始相位固定选为标准GB20600-2006中列出的任一初始相位。

8.根据权利要求6所述一种地面数字电视系统的帧头PN捕获方法，其特征在于：步骤三中，共轭值输出电路输出的复共轭变换结果也可离线计算完毕后存于本地接收机的存储器中，并经本地接收机调用输出到各乘法器中。

Images