CN102223323B - Dtmb系统及其多载波dtmb中的信道估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种DTMB系统及其多载波地面数字电视系统中的信道估计方法。其中，信道估计方法包括步骤：通过截取两段发射信号帧帧头来生成两个本地相关序列s₁(n)和s₂(n)；从接收信号帧特定的位置开始和两个本地相关序列s₁(n)和s₂(n)相关得到信道估计的时域冲击响应h(n)；对时域冲击响应h(n)进行泄漏处理来消除噪声和干扰，获得准确的估计信道时域冲击响应。本发明可以准确的估计出信道时域冲击响应，具有实现简单的优点，能估计的多径长度也比较大，可以用在DTMB系统的接收端进行信道模式判决，也可以用于作为下一步信道估计的初值，或者直接运用于接收端作为信道估计。

Description

DTMB系统及其多载波DTMB中的信道估计方法

技术领域

本发明涉及一种信道估计方法，尤其是涉及一种多载波地面数字电视系统中的信道估计方法，以及使用该方法的地面数字电视系统(DTMB)。

背景技术

数字电视系统比模拟电视系统相比具有显著优点，包括容易实现高清晰电视、频谱效率高、抗干扰性好、容易实现加密、容易实现其它附加业务等。因而数字电视逐步取代模拟电视。

数字电视根据传输媒介的不同可以分成卫星、有线、地面三种。目前全球共有三套己经成为国际标准的地面传输系统，分别是美国数字电视标准ATSC(美国高级电视业务顾问委员会，Advanced Television System Committee)，日本的地面数字电视标准ISDB-T(综合业务数字广播-地面传输，Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial)以及欧洲标准DVB-T(数字视频广播，Digital Video Broadcasting-Terrestrial)。

中国在2006年确立了中国地面数字电视国家标准(GB20600-2006，简称为DTMB，全称是Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcasting，数字多媒体广播-地面国家数字电视广播标准)。DTMB系统的发射端具有两个模式：多载波模式和单载波模式。

DTMB信号帧具有三种模式，且结构均由帧头和帧体(含系统信息和数据)两部分构成，如图1所示。信号帧结构模式1是由420个符号的帧头和3780个符号的帧体构成；信号帧结构模式2是由595个符号的帧头和3780个符号的帧体构成；信号帧结构模式3是由945个符号的帧头和3780个符号的帧体构成。其中，信号帧结构模式1和模式3属于多载波模式，模式2属于单载波模式。

DTMB系统的多载波模式属于正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，OFDM)的一个变种，OFDM的循环前缀被一个包含PN序列(Pseudo-noiseSequence，又叫伪噪声序列，这类序列具有类似随机噪声的一些统计特性)的帧头所代替，该帧头可用于同步和信道估计。

当发射信号经过无线信道的时候，通常信道将使发射信号产生失真，在接收机恢复发射数据时需要消除信道的影响，这个过程通常称为均衡或信道补偿。

DTMB标准多载波模式下的帧头结构如图2所示，完整的帧头包括前同步部分、PN序列部分和后同步部分，其长度分别为L_PRE、L_PN和L_POST个符号，其中前同步部分和后同步部分为PN序列部分的循环扩展。模式1和模式3这三个参数的长度是不一样的，对于模式1：L_PRE为82个符号，L_PN为255个符号，L_POST为83个符号；对于模式3：L_PRE为217个符号，L_PN为511个符号，L_POST为217个符号。

多载波模式下信道估计通常使用接收帧头信号和PN序列相关得到。由于多载波模式帧头的循环扩展特性，使用PN序列进行相关的时候容易产生无效的干扰，特别是多径长度大于前同步部分和后同步部分的长度之和的时候。

发明内容

本发明提出一种DTMB系统、多载波地面数字电视系统中的信道估计方法，使用接收帧头和帧体信号和PN序列相关得到多载波模式下估计信道时域冲击响应，可以解决多径长度大于L_PRE+L_POST时信道估计的信道长多径和短多径之间的干扰问题。

本发明采用了如下技术方案：一种多载波地面数字电视系统中的信道估计方法，其特征在于，包括步骤：

通过截取两段发射信号帧帧头来生成两个本地相关序列s₁(n)和s₂(n)；

从接收信号帧特定的位置开始和两个本地相关序列s₁(n)和s₂(n)相关得到信道估计的时域冲击响应h(n)：

当0≤n＜L_PN时，

当L_PN≤n＜L时，

其中，L_PN为发射信号帧头中PN序列的长度；发射信号帧总长度LF＝L+3780，L为帧头长度；接收信号帧表示为y(n)；0≤n≤(LF-1)。

其中，所述多载波地面数字电视系统中的信道估计方法还包括步骤：对时域冲击响应h(n)进行泄漏处理来消除噪声和干扰，获得准确的估计信道时域冲击响应。

其中，所述泄漏处理是将h(n)中能量比较小的径置零：

$h_o\left(n\right)=\left\{\begin{array}{c}h\left(n\right),{\left|h\left(n\right)\right|}^2\&GreaterEqual;P_{\mathrm{th}}\\ 0,{\left|h\left(n\right)\right|}^2<P_{\mathrm{th}}\end{array}\right.$

其中P_th为有效多径功率门限。

所述P_th取为0.0004*P_peak，其中P_peak为当前信号帧|h(n)|²，0≤n≤419中的最大值。

所述生成两个本地相关序列s₁(n)和s₂(n)的步骤包括：接收端截取两段发射信号帧帧头；获取其中一个发射信号的帧头的最前面L_PN个符号生成本地相关序列s₁(n)，获取另一个发射信号的帧头的最后面L_PN个符号生成本地相关序列s₂(n)。

另外，本发明一种使用所述的多载波地面数字电视系统中的信道估计方法的DTMB系统。

与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：

本发明可以准确的估计出信道时域冲击响应，具有实现简单的优点，能估计的多径长度也比较大，可以用在DTMB系统的接收端进行信道模式判决，也可以用于作为下一步信道估计的初值，或者直接运用于接收端作为信道估计。

附图说明

图1是DTMB系统中信号帧的结构示意图；

图2是信号帧的帧头结构示意图；

图3是本发明的处理流程示意图；

图4是生成两个相关序列的流程示意图；

图5是获得信道时域冲击响应的示意图。

具体实施方式

本发明提出一种DTMB系统在多载波模式下估计信道时域冲击响应的方法，该方法使用接收帧头和帧体信号和PN序列相关得到。

如图3所示，该方法包括以下步骤：

步骤S1：接收端通过截取两段发射信号帧帧头来生成两个本地相关序列。按照DTMB标准，发射信号帧帧头中PN序列的相位在相邻信号帧之间可以变化也可以不变。DTMB接收端在完成与发射端的同步以后，接收端可以知道每个接收信号帧对应的PN相位，从而可以在本地生成每个信号帧的帧头。

同时参考图4所示。本方法所用到的两个本地相关序列是从每个接收信号帧对应的发射信号帧帧头上截取产生。

首先，接收端通过截取两段发射信号帧帧头，分别记为发射信号1的帧头和发射信号2的帧头，两者结构相同，且各部分的长度也相同；帧头总长度为L_PRE+L_PN+L_POST个字符。

其次，接收端获取发射信号1的帧头的最前面L_PN个符号生成本地相关序列1表示为s₁(n)，获取发射信号2的帧头的最后面L_PN个符号生成本地相关序列2表示为s₂(n)。

比如，接收信号帧头为模式1：L_PRE为82个符号，L_PN为255个字符，L_POST为83个符号，帧头总长度为420个符号。因此，发射信号1的帧头的最前面255个符号为相关序列s₁(n)，发射信号2的帧头的最前面255个符号为相关序列s₂(n)。

步骤S2：从接收信号帧特定的位置开始和两个本地相关序列s₁(n)和s₂(n)相关得到信道的时域冲击响应。

如图5所示。定义发射信号帧总长度为LF，帧头长度为L个符号，帧体长度为3780个符号，LF＝L+3780；接收信号帧表示为y(n)，0≤n≤(LF-1)。定义接收信号帧和本地相关序列相关输出为h(n)，0≤n≤(LF-1)。则h(n)通过下面分段相关公式获得：

当0≤n＜L_PN

$h\left(n\right)=\underset{i=0}{\overset{L\_\mathrm{PN}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}y(i+n)\&CenterDot;s_1^{*}\left(i\right)$

其中y(i)为接收信号帧第i个符号，s₁ ^*(i)为本地相关序列s₁(n)第i个符号的复共轭。

当L_PN≤n＜L

$h\left(n\right)=\underset{i=0}{\overset{L\_\mathrm{PN}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}y(i+(n-L\_\mathrm{PN})+L)\&CenterDot;s_2^{*}\left(i\right)$

其中y(i)为接收信号帧第i个符号，s₂ ^*(i)为本地相关序列s₂(n)第i个符号的复共轭。

比如，接收信号帧头为模式1，信号帧总长度LF为4200，帧头长度为420个符号，帧体长度为3780个符号。接收信号帧表示为y(n)，0≤n≤4199。定义接收信号帧和本地相关序列相关输出为h(n)，0≤n≤419。则按照本方法，h(n)通过下面分段相关公式获得：

当0≤n＜255

$h\left(n\right)=\underset{i=0}{\overset{255}{\mathrm{\&Sigma;}}}y(i+n)\&CenterDot;s_1^{*}\left(i\right)$

当255≤n＜420

$h\left(n\right)=\underset{i=0}{\overset{L\_\mathrm{PN}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}y(i+(n-255)+420)\&CenterDot;s_2^{*}\left(i\right)$

步骤S3：对h(n)进行泄漏来消除噪声和干扰以获得更准确的结果。步骤S2中存在帧体数据对帧头的干扰、以及由于PN序列本身的非理想自相关特性产生的干扰，为了提高信道估计的准确度，可以将h(n)中能量比较小的径置零。具体方法如下：

$h_o\left(n\right)=\left\{\begin{array}{c}h\left(n\right),{\left|h\left(n\right)\right|}^2\&GreaterEqual;P_{\mathrm{th}}\\ 0,{\left|h\left(n\right)\right|}^2<P_{\mathrm{th}}\end{array}\right.$

其中|h(n)|²为复信号h(n)的模的平方，即h(n)的功率。

其中P_th为有效多径功率门限，通常在每个信号帧内为常数。在一个优选实施例中，P_th取为0.0004*P_peak，其中P_peak为当前信号帧|h(n)|²，0≤n≤419中的最大值。

按照以上步骤可以准确的估计出信道时域冲击响应。本发明实现简单，能估计的多径长度也比较大，可以用在DTMB系统的接收端进行信道模式判决，也可以用于作为下一步信道估计的初值，或者直接运用于接收端作为信道估计。

本发明并不局限于上述特定实施例，在不背离本发明精神及其实质情况下，本领域的普通技术人员可根据本发明作出各种相应改变和变形。这些相应改变和变形都应属于本发明所附权利要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种多载波地面数字电视系统中的信道估计方法，其特征在于，包括步骤：

通过截取两段发射信号帧帧头来生成两个本地相关序列s₁(n)和s₂(n)；

从接收信号帧特定的位置开始和两个本地相关序列s₁(n)和s₂(n)相关得到信道估计的时域冲击响应h(n)：

当0≤n＜L_PN时， $h\left(n\right)=\underset{i=0}{\overset{L\_\mathrm{PN}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}y(i+n)\&CenterDot;s_1^{*}\left(i\right);$

当L_PN≤n＜L时， $h\left(n\right)=\underset{i=0}{\overset{L\_\mathrm{PN}-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}y(i+(n-L\_\mathrm{PN})+L)\&CenterDot;s_2^{*}\left(i\right);$

其中，其中y(i)为接收信号帧第i个符号，

为本地相关序列s₁(n)第i个符号的复共轭，

为本地相关序列s₂(n)第i个符号的复共轭；

L_PN为发射信号帧头中PN序列的长度；发射信号帧总长度LF=L+3780，L为帧头长度；接收信号帧表示为y(n)；0≤n≤(LF-1)；

对时域冲击响应h(n)进行泄漏处理来消除噪声和干扰，所述泄漏处理是将h(n)中能量比较小的径置零：

$h_o\left(n\right)=\left\{\begin{array}{c}h\left(n\right),{\left|h\left(n\right)\right|}^2\&GreaterEqual;P_{\mathrm{th}}\\ 0,{\left|h\left(n\right)\right|}^2<P_{\mathrm{th}}\end{array}\right.$

其中P_th为有效多径功率门限，|h(n)|²为复信号h(n)的模的平方。

2.根据权利要求1所述多载波地面数字电视系统中的信道估计方法，其特征在于，所述P_th取为0.0004*P_peak，其中P_peak为当前信号帧|h(n)|²,0≤n≤419中的最大值。

3.根据权利要求1所述多载波地面数字电视系统中的信道估计方法，其特征在于，所述生成两个本地相关序列s₁(n)和s₂(n)的步骤包括：

接收端截取两段发射信号帧帧头；

获取其中一个发射信号的帧头的最前面L_PN个符号生成本地相关序列s₁(n)，获取另一个发射信号的帧头的最后面L_PN个符号生成本地相关序列s₂(n)。

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