CN101577689A - 数字电视地面广播国家标准的残留频偏检测与纠正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字电视地面广播国家标准的残留频偏检测与纠正方法，步骤一、系统信息解码，恢复出6个信息比特的系统信息；步骤二、稳定判决，对多帧数据所解得的6个信息比特的系统信息进行比较，如果连续多帧6个信息比特的系统信息完全相同，则认为系统信息稳定，如果在一定的帧数内，没有找到连续多帧的稳定系统信息，则判定系统信息不稳定，如果没有判决出稳定结果，则回到步骤一接收下一个数据帧；步骤三，星座点判决，对于不存在残留频偏的系统，残留频偏检测与纠正过程结束；对于存在残留频偏的系统，到步骤四进行残留频偏纠正。本发明算法复杂度小，逻辑量少，实现电路简单，所用的资源少。

Description

数字电视地面广播国家标准的残留频偏检测与纠正方法

技术领域

本发明涉及无线信号传输领域，特别是涉及一种数字电视地面广播国家标准的残留频偏检测与纠正方法。

背景技术

数字电视地面广播国家标准--数字地面多媒体广播(DTMB digitalterrestrial multimedia broadcasting)于2006年8月18日正式批准成为强制性国家标准，于2007年8月1日起正式实施。该标准具有中国自己的知识产权，融合了单载波和多载波的先进技术。系统的载波个数C有两种模式，C＝1或C＝3780。

在DTMB系统中，数据帧结构的基本单元为信号帧，信号帧由帧头和帧体两部分组成。在帧体部分中，包括了36个符号的系统信息和3744个符号的数据，共3680个符号。系统信息为每个信号帧提供必要的解调和解码信息，包括符号星座映射模式、LDPC编码的码率、交织模式信息、帧体信息模式等。

在无线通信系统中，由于发送和接收晶振之间存在一定程度上的失配，或在移动无线通道存在多普勒频移，发送端和接收端存在载波频率偏移，称为载波频偏(以下简称频偏)。DTMB系统中，多载波模式采用了OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)调试方式。OFDM的主要缺陷之一是对载波频偏非常敏感。任何频率偏差都会破坏子载波间的正交性，引入ICI(Inter Carrier Interference，载波间干扰)，从而极大地降低系统性能。

频偏对子载波间隔归一化可分为整数频偏和分数频偏，即子载波间隔整数倍部分和小于子载波间隔部分。在接收机中，通常会对整数频偏和分数频偏分别进行估计与纠正。但是，频偏估计并非一个完备的过程，这依赖于包含解扩增益在内的载噪比的大小，通常在约30dB时，最大残留频偏将为1％的纠偏范围，每降低6dB，最大残留频偏将扩大一倍。因而，时域的整数倍部分频偏估计纠正后，在很低的载噪比情形下，仍然有可能残留超过分数频偏纠偏能力的频偏，经分数频偏纠偏以后，将残留整数倍分数纠偏能力的频偏。此时会引入子载波之间的干扰并引起星座图的共同旋转，若残留频偏过大则可以造成解调失效。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种数字电视地面广播国家标准的残留频偏估计方法，它算法复杂度小，逻辑量少，实现电路简单，所用的资源少。

为解决上述技术问题，本发明的数字电视地面广播国家标准的残留频偏估计方法是：

步骤一、系统信息解码，接收一个频域数据帧，对该帧数据解复用，得到36个系统信息符号；去掉4个数据帧体模式指示符号，得到32个系统信息符号，对该32个系统信息符号进行4QAM解调、解扰和解扩，恢复出6个信息比特的系统信息；

步骤二、稳定判决，对多帧数据所解得的6个信息比特的系统信息进行比较，如果对于连续多帧，6个信息比特的系统信息完全相同，则认为系统信息稳定，将步骤一中所解得的32个系统信息符号，在步骤三中进行星座点判决；如果在一定的帧数内，没有找到连续多帧的稳定系统信息，则判定系统信息不稳定，即超时，系统中存在残留频偏，直接到步骤四进行残留频偏调整；如果没有判决出稳定结果，则回到步骤一接收下一个数据帧；

步骤三，星座点判决，在DTMB系统发射端，32个系统信息矢量采用I、Q相同的4QAM调制映射为32个复符号，对32个复符号的星座点位置进行比较，如果在4QAM调制的一、三象限星座点附近，则判定无残留频偏，否则，判定为系统中存在残留频偏；对于不存在残留频偏的系统，残留频偏检测与纠正过程结束；对于存在残留频偏的系统，到步骤四进行残留频偏纠正；

步骤四，频偏纠正，对时域信号乘以一个相位旋转的校正因子，纠正的幅度选取某一个残留频偏数值；在进行纠正之后，重新进行新一次的残留频偏判定；若新一次的残留频偏判定仍然失败，选取另一个残留频偏数值，直至遍历所有的残留频偏的可能数值。

本发明的方法建立在DTMB系统的系统信息解码基础上，利用系统信息仅做较少的判决操作，因此，算法复杂度小，逻辑量少，实现电路简单，所占用的资源少。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明的方法实施方式流程图；

图2是帧体数据信息结构示意图；

图3是图1中系统信息解码的流程图；

图4是图1中稳定判决的流程图。

图5是星座点判决原理示意图；

图6是图1中星座点判决的流程图；

图7是残留频偏检测与纠正流程图。

具体实施方式

参见图1所示，本发明的数字电视地面广播国家标准的残留频偏估计方法在一具体实现方式中，在接收机系统分别纠正整数频偏和分数频偏之后，就可以进行残留频偏的检测和纠正。具体包括以下步骤：系统信息解码、稳定判决、星座点判决、频偏纠正。下面结合图7所示，进行具体说明：

步骤一、系统信息解码。

DTMB系统中预设了64种不同的系统信息模式。在DTMB系统发射端，系统信息采用扩频技术传输。这64种系统信息在扩频前可以用6个信息比特的系统信息。该6比特系统信息将采用扩频技术变换为32比特长的系统信息矢量。每个系统信息矢量采用I、Q相同的4QAM调制映射成为32个复符号，在其前面再加4个复符号作为数据帧体模式的指示(参见图2所示)。这4个复符号在映射前，C＝1模式时为“0000”，C＝3780模式时为“1111”，这4个比特也采用I、Q相同的4QAM映射为4个复符号。该36个系统信息复符号通过复用模块与信道编码后的数据符号复合成帧体数据，其复用结构为：36个系统信息符号连续排列于帧体数据的前36个符号位置。所述帧体数据的信息结构参见图2。

结合图3所示，DTMB系统接收机系统信息解码的方法是，接收一个频域数据帧，对该帧频域数据进行频域时域变换，在时域数据中解复用，得到36个系统信息符号。去掉4个数据帧体模式指示符号，得到32个复符号的系统信息，记为S_i，i＝0，1，...，31，对于任意下标i，S_i是一个复数。对S_i进行4QAM解调、解扰和解扩，得到6个信息比特的系统信息，记为s，s为6比特标量。

步骤二、稳定判决。

参见图4所示，在残留频偏检测开始之前，初始化两个计数器，将计数器c1赋值为0，将计数器c2赋值为0。计算新的一帧S_i、s，判断是否为第一帧数据，如果c1等于0，则是第一个数据帧，对于第一个数据帧，不进行s数值的比较，将当前帧的系统信息s赋值给上一帧系统信息s_p，将计数器c1加1，即将数值c1+1赋值给c1，并转移到步骤一，接收下一个数据帧。如果不是第一个数据帧，即c1不等于0，把当前帧的6比特系统信息s与上一帧的系统信息s_p进行比较。如果s等于s_p，则将计数器c2加1，即将数值c2+1赋值给c2。否则，将计数器c2置零，即将c2赋值为0。对计数器c2操作结束之后，将c2与一个预设的正整数M进行比较。如果满足c2等于M，则说明连续M个信号帧6比特系统信息s相同，系统信息稳定，到步骤三进行星座点判决。如果不满足c2等于M，将当前帧的系统信息s赋值给上一帧系统信息s_p，将计数器c1加1，即将数值c1+1赋值给c1，然后将c1与一个预设的正整数N进行比较。对于预设的正整数N和M，要求N＞M。如果满足c1等于N，说明在N帧数据中系统信息都不稳定，则判定超时，系统存在残留频偏，转移到步骤四。否则，转移到步骤一，接收下一个数据帧。

步骤三，星座点判决。

在系统信息稳定之后，对32个复符号的系统信息进行星座点判决。在DTMB系统发射端，32个系统信息矢量采用I、Q相同的4QAM调制映射为32个复符号，因此32个复符号的星座点应该在4QAM调制的一、三象限星座点位置(参见图5所示)。

结合图6所示，对当前帧的32个复符号系统信息S_i，i＝0，1，...，31，进行如下计算， $I=\underset{i=0}{\overset{31}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left|\mathrm{Re}\left(S_i\right)\right|,$ $Q=\underset{i=0}{\overset{31}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Im}\left(S_i\right)\&times;\mathrm{sign}\left(\mathrm{Re}\left(S_i\right)\right),$ $\mathrm{sign}\left(x\right)=\left\{\begin{array}{c}1,x\&GreaterEqual;0\\ -1,x<0\end{array}\right..$ 计算结果I和Q，若满足I≥α·Q，Q≥α·I，则判定为在4QAM调制一、三象限星座点附近，即不存在残留频偏。式中α为一个预设的常数，满足0≤α≤1。若计算结果I和Q不满足上述条件，则判定为存在残留频偏。对于不存在残留频偏的系统，残留频偏检测与纠正过程结束。对于存在残留频偏的系统，到步骤四进行残留频偏纠正。

步骤四，残留频偏纠正。

在第一次进行残留频偏纠正时，列出接收机系统可能存在的所有残留频偏数值fo_i，i＝0，1，...，L-1，L为残留频偏可能数值的个数。下标i从小到大可以按照残留频偏数值的概率排列，以减少尝试次数。在第一次残留频偏纠正时，初始化一个计数器j，将j赋值为0，作为残留频偏数值选择的下标。第一次选取fo_j，j＝0进行残留频偏纠正，纠正之后回到步骤一重新进行残留频偏检测。

当再次回到步骤四，即不是第一次进行残留频偏纠正时，将计数器j加1，即数值j+1赋值给j，选取新的fo_j进行残留频偏纠正，并回到步骤一再次进行残留频偏检测，直至判定为不存在残留频偏，残留频偏检测与纠正结束。或者直至遍历完所有的残留频偏可能数值，检测依旧存在残留频偏，残留频偏检测与纠正失败。

以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，其中所述的所有常数，仅为方便本实施方式的描述，而绝不用于限制本发明。本发明的保护范围应包括那些对于本领域的技术人员来说显而易见的变换或替代以及改进。

Claims (5)

1、一种数字电视地面广播国家标准的残留频偏检测与纠正方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、系统信息解码，接收一个频域数据帧，对该帧数据解复用，得到36个系统信息符号；去掉4个数据帧体模式指示符号，得到32个系统信息符号，对该32个系统信息符号进行4QAM解调、解扰和解扩，恢复出6个信息比特的系统信息；

步骤二、稳定判决，如果连续多帧数据所解得的6个信息比特的系统信息完全相同，则认为系统信息稳定，执行步骤三对所述32个系统信息符号进行星座点判决；如果没有找到连续多帧的稳定系统信息，则判定系统信息不稳定，转移到步骤四进行残留频偏调整；如果没有判决出稳定结果，则返回步骤一接收下一个数据帧；

步骤三、星座点判决，在DTMB系统发射端，32个系统信息矢量采用I、Q相同的4QAM调制映射为32个复符号，对32个复符号的星座点位置进行比较，如果在4QAM调制的一、三象限星座点附近，则无残留频偏，否则，系统中存在残留频偏；对于不存在残留频偏的系统，残留频偏检测与纠正过程结束；对于存在残留频偏的系统则执行步骤四；

步骤四、频偏纠正，对时域信号乘以一个相位旋转的校正因子，纠正的幅度选取任一个残留频偏数值；在进行纠正之后，重新进行新一次的残留频偏判定；若新一次的残留频偏判定仍然失败，选取另一个残留频偏数值，直至遍历所有的残留频偏的可能数值。

2、如权利要求1所述的数字电视地面广播国家标准的残留频偏检测与纠正方法，其特征在于：步骤一所述36个系统信息符号连续排列于帧体数据的前36个符号位置。

3、如权利要求1所述的数字电视地面广播国家标准的残留频偏检测与纠正方法，其特征在于：步骤二所述的稳定判决中，在残留频偏检测开始之前，初始化两个计数器，将计数器c1赋值为0，将计数器c2赋值为0；计算新的一帧32个复符号系统信息和6个信息比特的系统信息，判断是否为第一帧数据；如果计数器c1等于0，则是第一个数据帧，不进行s数值的比较，将当前帧的系统信息s赋值给上一帧系统信息s_p，将计数器c1加1；如果计数器c1不等于0，则不是第一个数据帧，将当前帧的6比特系统信息s与上一帧的系统信息s_p进行比较；如果s等于s_p，则将计数器c2加1，否则，将计数器c2置零；将计数器c2的值与一个预设的正整数M进行比较，如果计数器c2的值等于M，则说明连续M个信号帧6比特系统信息s相同，系统信息稳定；如果计数器c2的值不等于M，将当前帧的系统信息s赋值给上一帧系统信息s_p，将计数器c1加1，然后将计数器c1的值与一个预设的正整数N进行比较；对于预设的正整数N和M，应使N＞M；如果计数器c1的值等于N，则在N帧数据中系统信息都不稳定，系统存在残留频偏。

4、如权利要求1所述的数字电视地面广播国家标准的残留频偏检测与纠正方法，其特征在于：步骤三进行星座点判决时，对当前帧的32个复符号系统信息S_i，i＝0，1，...，31，进行如下计算，

$I=\underset{i=0}{\overset{31}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left|\mathrm{Re}\left(S_i\right)\right|,Q=\underset{i=0}{\overset{31}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Im}\left(S_i\right)\&times;\mathrm{sign}\left(\mathrm{Re}\left(S_i\right)\right),\mathrm{sign}\left(x\right)=\left\{\begin{array}{c}1,x\&GreaterEqual;0\\ -1,x<0\end{array}\right.$

若I≥α·Q，Q≥α·I，则不存在残留频偏；反之，则存在残留频偏；式中α为一个预设的常数，0≤α≤1。

5、如权利要求1所述的数字电视地面广播国家标准的残留频偏检测与纠正方法，其特征在于：当执行步骤四进行第一次残留频偏纠正时，列出接收机系统可能存在的所有残留频偏数值fo_i，i＝0，1，...，L-1，其中L为残留频偏可能数值的个数，下标i从小到大按照残留频偏数值的概率排列，在第一次残留频偏纠正时，初始化一个计数器j，将计数器j赋值为0，作为残留频偏数值选择的下标，第一次选取fo_j，j＝0进行残留频偏纠正，纠正之后回到步骤一重新进行残留频偏检测；

当再次回到步骤四时，将计数器j加1，选取新的fo_j进行残留频偏纠正，并回到步骤一再次进行残留频偏检测，直至判定为不存在残留频偏，残留频偏检测与纠正结束；或者直至遍历完所有的残留频偏可能数值，检测出依旧存在残留频偏，则残留频偏检测与纠正失败。

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