CN101540895B - 国标数字电视地面广播信号的信道识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种国标数字电视地面广播信号的信道识别方法，根据上一帧最强径的位置，在当前帧中选取长度为3倍PN序列长度的数据作为待处理数据，待处理数据依次被平均分为A、B、C三个数据段；生成本地PN序列；用本地PN序列对B数据段进行滑动相关处理，得到相关值序列；然后挑选出径；用本地PN序列对A数据段和C数据段的相应数据进行PN相关处理，得到其相关值序列；分别判断B数据段的每条径是前径还是后径，抑或是不合格的径；最后判断信道识别成功与否，并进行首径和尾径的判别。本发明能够快捷准确的对国标数字电视信号的信道进行识别，得到了首径和尾径的位置以及时延扩展的范围，为接收机准确接收信号并进行后续的处理提供了方便。

Description

国标数字电视地面广播信号的信道识别方法

技术领域

本发明涉及一种无线通信的方法，尤其是一种国标数字电视地面广播信号的信道识别方法。

背景技术

地面数字电视国家标准是我国数字电视传输领域的首个国家标准(GB20600-2006)。

该标准规定了在UHF和VHF频段中，每8MHz数字电视频带内，数字电视地面广播传输系统信号的帧结构、信道编码和调制技术要求。适用于数字电视地面广播传输系统，支持标准分辨率和高分辨率的数字电视信号的发送，支持固定接收和移动接收。

该标准传输数据帧如图1所示。其中最基本组成单位称为信号帧，一个信号帧由帧头和帧体两部分时域信号组成。帧头部分包括有PN序列，帧体部分包含36个符号的系统信息和3744个符号的数据，共3780个符号。信号帧组成了超帧，超帧的时间长度是固定的，为125ms。

为适应不同应用，定义了三种可选帧头长度模式：

帧头模式1长度为420个符号(PN420)，由一个82个数据符号长的前同步、一个255个数据符号长的PN序列(PN255序列)和一个83个数据符号长的后同步构成，前同步和后同步定义为PN255序列的循环扩展。PN255序列定义为循环扩展的8阶m序列，可由一个生成多项式为G₂₅₅(x)＝1+x+x⁵+x⁶+x⁸的线性反馈移位寄存器(LFSR)实现。一个超帧由225个信号帧组成，这225个信号帧帧头可以由标准规定的225个不同初始相位产生，即循环模式，也可以全部都用相同的PN255序列，其初始相位为10110000，即固定模式。

帧头模式2长度为595个符号(PN595)，由一个生成多项式为G₁₀₂₃(x)＝1+x³+x¹⁰的10阶LFSR实现，取1023个码片的前595个，其中初始相位为0000000001。每个超帧中各信号帧的帧头都相同，即只有固定模式。一个超帧由216个信号帧组成。

帧头模式3长度为945个符号(PN945)，由一个217个数据符号长的前同步、一个PN511序列和一个217个数据符号长的后同步构成，前同步和后同步定义为PN511序列的循环扩展。PN511序列定义为循环扩展的9阶m序列，可由一个生成多项式为G₅₁₁(x)＝1+x²+x⁷+x⁸+x⁹的LFSR实现。一个超帧由200个信号帧组成，这200个信号帧帧头可以由标准规定的200个不同初始相位产生，即循环模式；也可以全部都用相同的PN511序列，其初始相位为111110111，即固定模式。

在无线信号传播过程中，由于受到不同物体对其的折射、散射等影响，会出现相同的信号源经过多条传播路径、在多个时刻到达接收机，这种现象被称作多径，而由多径现象引起的干扰被称作多径干扰。

在数字电视信号实际接收过程中，需要对信道进行识别，以去除由于多径引起的干扰，从而能够正确接收信号。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种国标数字电视地面广播信号的信道识别方法，对国标数字电视信号的信道进行识别，得到首径和尾径的位置以及时延扩展的范围，以便于接收机准确地接收信号。

为解决上述技术问题，本发明国标数字电视地面广播信号的信道识别方法的技术方案是，包括如下步骤：

第一步，根据上一帧最强径的位置，在当前帧中以相应位置为基准位置，选取长度为3倍PN序列长度的数据作为待处理数据，所述待处理数据依次被平均分为A数据段、B数据段和C数据段，所述B数据段的末尾位于所述基准位置上；

第二步，根据待处理数据所在帧的帧头相位生成本地PN序列；

第三步，用本地PN序列对B数据段进行滑动相关处理，并得到一个相关值序列；

第四步，根据第三步中得到的相关值序列挑选出径，将B数据段的相关值序列中的各相关值分别与一个阈值做比较，如果相关值大于阈值，则认为该相关值对应了一个有效的径；

第五步，用本地PN序列对A数据段和C数据段中，与B数据段中有效径位置相对应的数据进行PN相关处理，并分别得到A数据段和C数据段的相关值序列；

第六步，分别判断第四步中得到的B数据段的每条径是前径还是后径，抑或是不合格的径；将B数据段的相关值序列中的相关值b_n，分别与A数据段相关值序列中相应的相关值a_n和C数据段相关值序列中相应的相关值c_n进行共轭处理，如果a_n和b_n是共轭径，而b_n和c_n不是共轭径，则表示b_n是属于第二个径团的前径；如果b_n和c_n是共轭径，而a_n和b_n不是共轭径，则表示b_n是属于第一个径团的后径；其它情况表示b_n是不合格的径；

第七步，判断信道识别成功与否，并进行首径和尾径的判别，对B数据段中的径，先剔除不合格的径，然后对合格的径做如下判断：如果第一条前径在最后一条后径后面，则表示第一条前径是第二个径团的首径，而最后一条后径是第一个径团的尾径；一种特殊情况是没有后径只有前径，则表示第一条前径是第二个径团的首径、而最后一条前径是第二个径团的尾径；另一种特殊情况是没有前径只有后径，则表示第一条后径是第一个径团的首径、而最后一条后径是第一个径团的尾径；如果出现其它情况则表示信道识别失败。

本发明能够快捷准确的对国标数字电视信号的信道进行识别，得到了首径和尾径的位置以及时延扩展的范围，为接收机准确接收信号并进行后续的处理提供了方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：

图1为数字电视国标信号的分级复帧结构的示意图；

图2为帧头模式1的帧头格式的示意图；

图3为帧头模式3的帧头格式的示意图；

图4为理想接收条件下的信道以及其相对于帧头的位置的示意图；

图5为多径接收条件下的信道以及其相对于帧头的位置的示意图；

图6为信道识别处理数据相对于推算的最强径的位置的示意图；

图7为B段数据中径的分布的示意图；

图8为A、B、C数据段中相关值的分布的示意图；

图9为帧头模式1或3中两条分别处于两个径团中相应径的相关值坐标及共轭乘积坐标的示意图；

图10为帧头模式1或3的信道识别控制状态机的示意图；

图11为相关运算的并行处理数据通路的示意图。

具体实施方式

对于帧头模式1的帧头，可以看成是由一个长度为165个数据符号的PN循环前缀和一个长度为255个数据符号的完整PN序列组成，如图2所示；对于帧头模式3的帧头，可以看成是由一个长度为434个数据符号的PN循环前缀和一个长度为511个数据符号的完整PN序列组成，如图3所示。

由于这两种帧头的特殊性，在理想的信号接收条件下，信道如图4所示，即只有两条径，分别对应于两段相同相位的PN，在帧头模式1时相距255个符号样点，在帧头模式3时相距511个符号样点，前一个径较小是因为循环前缀只是后面完整PN的一部分。这里所指的径可以通过以下方法求得，以图2中所示的255个数据长度的完整PN序列为本地PN序列(帧头模式1)，或以附图3中所示的511个数据长度的完整PN序列为本地PN序列(帧头模式3)，和帧头做滑动相关运算，所得到绝对值结果如果大于一个阈值即是径。下面文中所指的径都是这个概念，而在理想接收条件下的径被称作理想径。

所谓相关运算，就是将一段和本地PN序列长度相等的符号样点的实部虚部分别和对应的PN做点乘(PN用二进制表示：0表示1，1表示-1)，然后相加起来得到一个实部结果和一个虚部结果(被用来判断径的相位)，将这两个结果取绝对值相加得到一个绝对值结果(被用来判断是径的强度)。所谓本地PN序列和帧头的滑动相关运算，就是以帧头每个点为起始点做一次PN相关运算，总共做N次相关运算，N等于帧头的长度。

在有多径影响的情况下，在时间轴上理想径的前后会出现一些其它的径，此时的信道如附图5所示。在这里出现了两团径，分别是由PN循环前缀和完整PN产生的。一般来说，在一个径团中越靠近理想径位置的径越大，越远离理想径位置的径越小，但最大的不一定是理想径。其中最大的径被称作最强径，如果两个径强度一样，认为后面一个是强径。这两团径的形状非常相似，即在两团径中能够找到对应的径，而且两条对应的径之间相距255(帧头模式1)或511(帧头模式3)个数据符号；不仅如此，对应的两条径在由PN相关所得到的相关值的相位也比较接近。其中处于第一个径团中的径称为后径，处于第二个径团中的径称为前径。

在一个径团中，第一条径和最后一条径之间的距离被称作时延扩展。为了去除由多径引起的干扰，需要对信道进行识别，找出时延扩展的范围，即找出径团中第一个径(首径)的位置和最后一个径(尾径)的位置。

本发明公开了一种国标数字电视地面广播信号的信道识别方法，包括如下步骤：

第一步，根据上一帧最强径的位置，在当前帧中以相应位置为基准位置，选取长度为3倍PN序列长度的数据作为待处理数据，所述待处理数据依次被平均分为A数据段、B数据段和C数据段，所述B数据段的末尾位于所述基准位置上。这里认为上一帧最强径在帧中的相对位置和当前帧最强径在帧中的相对位置一样，这些数据相对于这个推算的当前帧最强径的位置如图6所示。使用推算的当前帧最强径而不是真正的当前帧最强径的原因是，当前帧数据还正在收集，没有时间得出最强径的位置。因此推算的当前帧最强径有可能不是真正的当前帧最强径。其中图6中的数据前缀是用作A数据段中第一个数据的前254/510个PN相关数据。

第二步，根据待处理数据所在帧的帧头相位生成本地PN序列。如果在循环模式中每一帧PN序列的初始相位都在变化，所以还需要根据不同的帧号产生不同的本地PN序列，以使其与最强径的位置一致。这里的本地PN序列即是图4中所示的长度为255(帧头模式1)或511(帧头模式3)的完整PN序列。

第三步，用本地PN序列对B数据段进行滑动相关处理，并得到一个相关值序列。

第四步，根据第三步中得到的相关值序列挑选出径。将B数据段的相关值序列中的各相关值分别与一个阈值做比较，如果相关值大于阈值，则认为该相关值对应了一个有效的径，如图7所示。

第五步，用本地PN序列对A数据段和C数据段中，与B数据段中有效径位置相对应的数据进行PN相关处理，并分别得到A数据段和C数据段的相关值序列。例如在第四步中所得到的径的位置相对于B段数据最左边点的距离分别为x₁、x₂...x_n，则在步骤5中分别求距A段数据最左边点距离为x₁、x₂...x_n处的PN相关值和距C段数据最左边点距离为x₁、x₂...x_n处的PN相关值，所得到的结果如图8所示。这3n个相关值结果从左到右被标注成a₁、a₂...a_n，b₁、b₂...b_n，c₁、c₂...c_n，其中a_m、b_m、c_m(m为1到n中任意一个)三个相关值的距离为255(帧头模式1)或511(帧头模式3)数据符号。

第六步，分别判断第四步中得到的B数据段的每条径是前径还是后径，抑或是不合格的径。两个分别处于两个径团中相应的径(帧头模式1时距离255个数据符号，帧头模式3时距离511个数据符号)的PN相关值实部虚部在坐标轴上的相位会比较接近，当把它们共轭相乘后虚部会接近于零，这两条径被称为共轭径。本发明正是利用了这一特性，来界定前径和后径。考虑到实际接收条件下的误差，本发明把处于以正向实轴为中线、正负45度扇区内的共轭乘结果当作是两条共轭径引起的。假设两条共轭径的相关结果为a+jb和c+jd，其共轭乘结果为(ac+bd)+j(ad-bc)，将满足落入上述扇区的两个判据：一是ac+bd＞0；二是ac+bd＞|bc-ad|，如图9所示。

将B数据段的相关值序列中的相关值b_n，分别与A数据段相关值序列中相应的相关值a_n和C数据段相关值序列中相应的相关值c_n进行共轭处理，如果a_n和b_n是共轭径，而b_n和c_n不是共轭径，则表示b_n是属于第二个径团的前径；如果b_n和c_n是共轭径，而a_n和b_n不是共轭径，则表示b_n是属于第一个径团的后径；其它情况表示bn是不合格的径。这样，B数据段中的每个径都被分了类。

第七步，判断信道识别成功与否，并进行首径和尾径的判别。对B数据段中的径，先剔除不合格的径，然后对合格的径做如下判断：如果第一条前径在最后一条后径后面，则表示第一条前径是第二个径团的首径，而最后一条后径是第一个径团的尾径；一种特殊情况是没有后径只有前径，则表示第一条前径是第二个径团的首径、而最后一条前径是第二个径团的尾径；另一种特殊情况是没有前径只有后径，则表示第一条后径是第一个径团的首径、而最后一条后径是第一个径团的尾径；如果出现其它情况则表示信道识别失败。由于两个径团的首径和尾径都距离255(帧头模式1)或511(帧头模式3)个数据长度，因此得到一个首径和一个尾径的位置，就能推算得到另一个首径和另一个尾径的位置，这样就得到了时延扩展范围。

对于帧头模式2来说，PN的长度大于帧头的长度，信道上只会出现一个径团，因此很容易就能判断出首径和尾径的位置，第一个大于阈值的径即是首径，最后一个大于阈值的径即是尾径。

帧头模式1或3的信道识别控制状态机如图10所示。

在“IDLE”状态，如果收到开始信道识别的命令，状态跳到“DATAIN”状态。

在“DATAIN”状态，根据推算的最强径的位置、按照图6所示，从A/D口上取数据样点存储到片上的SRAM中。

在“PNGEN”状态，根据当前帧的帧号、按照图2和图3产生本地PN序列。

在“BCAL”状态，用本地PN序列对B数据段进行滑动相关处理，同时将相关所得的绝对值结果和经验阈值作比较，得出有效的径，径的相关实部、虚部结果和位置被记录在一块片上SRAM中。

在“GET”状态，从片上SRAM中读出一条径的相关实部、虚部结果和其位置。

在“ACAL”状态，根据径在B数据段中的位置，对在A数据段中的相应位置进行PN相关运算，得到实部、实部结果。

在“ABMUL”状态，将A、B数据段中的两个相关实部、虚部结果共轭相乘，判断结果是否落在以正向实轴为中线、正负45度的扇区内：如果共轭乘结果的实部大于0、且实部大于虚部的绝对值，则表示落在此扇区内，它们是共轭径；否则他们就不是共轭径。

在“CCAL”状态，根据径在B数据段中的位置，对在C数据段中的相应位置进行PN相关运算，得到实部、实部结果。

在“BCMUL”状态，将B、C数据段中的两个相关实部、虚部结果共轭相乘，判断结果是否落在以正向实轴为中线、正负45度的范围内：如果共轭乘结果的实部大于0、且实部大于虚部的绝对值，则表示落在此扇区内，它们是共轭径；否则他们就不是共轭径。

在“JUDGE”状态，判断由之前“GET”状态得到的径是前径还是后径，抑或二者都不是：如果“ABMUL”状态得到的是共轭径，而“BCMUL”得到的不是共轭径，则表示此径属于第二个径团的前径；如果“ABMUL”状态得到的不是共轭径，而“BCMUL”得到的是共轭径，则表示此径属于第一个径团的后径；其它情况表示此径既不是前径也不是后径。如果还有待验证的径，则状态跳转到“GET”状态，否则进入“CHECK”状态。

在“CHECK”状态，扫描一边经验证的径，从而做出判断：如果第一条前径在最后一条后径后面，则表示第一条前径是第二个径团的首径、而最后一条后径是第一个径团的尾径；一种特殊情况是没有后径只有前径，则表示第一条前径是第二个径团的首径、而最后一条前径是第二个径团的尾径；另一种特殊情况是没有前径只有后径，则表示第一条后径是第一个径团的首径、而最后一条后径是第一个径团的尾径；否则表示这次信道识别失败。

为了提高PN相关运算的处理速度，采用了并行处理，数据通路如图11所示。首先将数据样点按顺序分布存储到8块SRAM中：第1到第8个数据分别存放在第1至第8块SRAM的地址0单元中、第9到第16个数据分别存放在第1至第8块SRAM的地址1单元中，依此类推第8w+1至第8w+8个数据存分别存放在第1至第8块SRAM的地址w单元中……在计算时每个时钟节拍可以从8块SRAM中取出8个数据样点进行处理，而且将数据通路设计成流水线，这样完成一个255/511的相关运算只需要32/64个时钟周期，而不是串行计算方法所需的255/511个时钟周期。

综上所述，本发明能够快捷准确的对国标数字电视信号的信道进行识别，得到了首径和尾径的位置以及时延扩展的范围，为接收机准确接收信号并进行后续的处理提供了方便。

Claims (1)

1.一种国标数字电视地面广播信号的信道识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，根据上一帧最强径的位置，在当前帧中以相应位置为基准位置，选取长度为3倍PN序列长度的数据作为待处理数据，所述待处理数据依次被平均分为A数据段、B数据段和C数据段，所述B数据段的末尾位于所述基准位置上；

第二步，根据待处理数据所在帧的帧头相位生成本地PN序列；

第三步，用本地PN序列对B数据段进行滑动相关处理，并得到一个相关值序列；

第四步，根据第三步中得到的相关值序列挑选出径，将B数据段的相关值序列中的各相关值分别与一个阈值做比较，如果相关值大于阈值，则认为该相关值对应了一个有效的径；

第五步，用本地PN序列对A数据段和C数据段中，与B数据段中有效径位置相对应的数据进行PN相关处理，并分别得到A数据段和C数据段的相关值序列；

第六步，分别判断第四步中得到的B数据段的每条径是前径还是后径，抑或是不合格的径；将B数据段的相关值序列中的相关值b_n，分别与A数据段相关值序列中相应的相关值a_n和C数据段相关值序列中相应的相关值c_n进行共轭处理，如果a_n和b_n是共轭径，而b_n和c_n不是共轭径，则表示b_n是属于第二个径团的前径；如果b_n和c_n是共轭径，而a_n和b_n不是共轭径，则表示b_n是属于第一个径团的后径；其它情况表示b_n是不合格的径；

第七步，判断信道识别成功与否，并进行首径和尾径的判别，对B数据段中的径，先剔除不合格的径，然后对合格的径做如下判断：如果第一条前径在最后一条后径后面，则表示第一条前径是第二个径团的首径，而最后一条后径是第一个径团的尾径；一种特殊情况是没有后径只有前径，则表示第一条前径是第二个径团的首径、而最后一条前径是第二个径团的尾径；另一种特殊情况是没有前径只有后径，则表示第一条后径是第一个径团的首径、而最后一条后径是第一个径团的尾径；如果出现其它情况则表示信道识别失败。

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