CN1282314C - 数字电视地面广播传输系统中的信号传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字地面广播传输系统中传输信号的方法。该方法将传输的数据流分为一个一个连续的数据帧进行传输。每个数据帧包含长度为2048位的预置信息、长度为128位的系统信息和长度为32768个符号的数据信息，并以此形成单纯的一阶循环。本发明采用了简单的数据帧结构作为数字电视地面传输中的数据结构，数据只以帧为周期循环，实现简单。用PN2047构成预置信息，可以得到更为迅速、可靠的系统同步和迅速、准确的信道估计；采用扩频保护后的系统信息使的接收端的识别和处理更加可靠。本发明的预置信息长度、系统信息长度和数据信息长度均为2的幂次方，可以很好地支持使用单载波频域处理技术。

Description

数字电视地面广播传输系统中的信号传输方法

技术领域    本发明属于信号传输领域，特别涉及一种数字地面广播传输中传输信号的方法。

背景技术    目前数字电视地面广播系统的数据结构一般分为两大类：一类是以美国ATSC为代表的单载波时域传输特点的数据帧/场/段结构，另一类是以欧洲DVB-T为代表的多载波频域传输特点的数据帧结构。

参照图1，美国的ATSC数据结构，是以段同步头和一定数量的数据信息组成的数据段为最小循环单位，312个数据段和1个相同长度的场同步信号段组成1个数据场，两个数据场组成1个数据帧。数据结构以段、场、帧的三个周期进行各自循环。

段同步信号选择1、0、0、1的形式，有利于接收端定时恢复。场同步信号有1个PN511序列，顺序的3个PN63序列，以及适当的保留位构成。其中第二个PN63序列每隔1场取1次反。1个数据帧的第1个数据场的场同步内的PN63不取反，第二个数据场的场同步内的PN63取反。从而通过PN63的取反，划分了数据帧的界限。

ATSC系统的数据结构中的数据信息集中在数据段中，考虑到ATSC系统采用的信道编码方式，每个数据段中存放的数据信息实际上就是1个经过编码、映射后MPEG包的数据(不包括同步字节47H)。因此1个数据场或数据帧内包含的数据信息与MPEG包存在整数倍的关系，即312个经过编码、映射后的MPEG包，不包括场同步段。也就意味着数据编码方式同数据结构存在着一定的关联。实际上，ATSC采用的字节交织的深度也正好是52个数据段，同步信号不参加编码。

ATSC系统数据结构庞大，并且复杂。1个数据场约为24ms，不利于跟踪较快的信道变化。数据结构复杂，同编码方式存在的关联性抑制了系统采用更为高效的编码方式的可能性，缺少灵活性，制约了发展的空间。

图2所示为DVB-T系统典型的频域传输的数据帧结构。系统以OFDM符号作为最小单位。68个OFDM符号组成1个数据帧，4个数据帧组成一个数据超帧。

在1个OFDM符号中，由相应数目的数据载波和它的保护间隔组成。保护间隔实际上取自数据载波的一部分，它的长度决定系统对抗多径干扰的能力。用于跟踪信道特性的导频信息与承载系统信息的TPS，被按一定的规则分散在数据载波中。由于多载波频域块处理的特点，且用以跟踪信道变化的导频又是以离散形式存在于数据载波上，因此影响了系统跟踪信道变化的能力，无法象上述单载波系统中用连续PN序列来和数据本身逐点跟踪信道快速变化。

发明内容    本发明的目的是提供一种新的数字信号传输方法。该信号传输方法具有简单的数据结构，却能够迅速、可靠地实现系统同步和迅速、准确地进行信道估计，该传输方法可以用于数字地面广播传输系统中。

本发明设计的信号传输方法是这样的：在数字电视地面传输系统中，传输的数据流被分为一个一个连续的数据帧进行传输。每个数据帧包含3个部分，分别是预置信息、系统信息和数据信息，并以此形成单纯的一阶循环。

预置信息的作用是作系统同步、时钟恢复、信道估计和均衡器训练之用。在数字电视地面传输系统中，预置信息可以选择相关特性好、频谱平坦的二电平时域PN序列，来辅助系统同步和信道估计。为便于进行频域处理的快速傅立叶变换(FFT)运算，如用于自适应频域均衡，预置信息长度应选择为2的幂次方。为此，预置信息可以通过PN序列增添适当位数的二电平确知信号来满足。

为得到迅速、可靠的系统同步和迅速、准确的信道估计，本发明选择PN2047作为构成预置信息的二电平PN序列。考虑到满足预置信息长度为2的幂次方，PN2047再添加上1位二电平确知信号后映射成为长度为2048个二电平符号的预置信息。

系统信息通过两电平序列来表达。系统信息的长度可以根据业务需求的不同而选择，并在接收端自动识别，但应当满足为2的幂次方。比如，在有线传输方式下，系统信息可以是32或64位长，而在无线传输模式下，可以选择64或128位长。

数据结构中的系统信息是用来确定该帧数据信息的传输模式，包括调制方式、编码方式等，以便于接收端做出相应的处理。尤其在混合模式传输下，系统信息的识别是非常重要的。因此系统信息在传输时，可以经过一定的处理，以保证在接收端能被可靠地识别。本发明采取扩频保护技术来增强传输系统信息的鲁棒性，采用直接序列扩频方法来完成，用于对抗在数字电视地面传输中存在恶劣信道衰落的情况。

数据信息可以是二电平数据，也可以是多电平数据。数据信息的长度由系统信息中包含的传输方式决定，但也应当满足为2的幂次方。

本发明的数字电视地面广播系统传输三种业务，分别是电视信号固定接收(固定业务)、电视信号移动接收(移动业务)和数据信号移动接收(数据业务)。其中，固定业务可以选择16-OQAM传输模式；移动业务可以选择4-OQAM传输模式或者其增强模式(4-OQAM-E)，4-OQAM-E传输模式可以通过在4-OQAM传输模式中结合Nordstrom-Robinson码等方式实现；数据业务可以选择4-OQAM-E传输模式。在混合传输模式下，各种业务各自的调制模式以帧为单位任意混合，各帧的调制模式由该帧中的系统信息明确指出。

与本申请人已经提出申请的一件专利(申请号为：200310113281.3)相似，本发明采用了简单的数据帧结构作为数字电视地面传输中的数据结构，数据只以帧为周期循环，每个数据帧由预置信息，系统信息和数据信息组成，实现简单；预置信息长度、系统信息长度和数据信息长度均为2的幂次方，可以很好地支持使用单载波频域处理技术。而且，本发明用PN2047代替PN1023构成预置信息，可以得到更为迅速、可靠的系统同步和迅速、准确的信道估计；将数据信息的长度增长了一倍，可以在确保系统稳定性的前提下显著提高数据传输效率，即提高了有效信息传输码率。

以下结合附图和实施例对本发明给予进一步说明。

附图说明    图1为美国ATSC的数据帧/场/段结构的信号传输方法。

图2为欧洲DVB-T的数据传输方法。

图3为本发明设计的数据结构的信号传输方法。

图4为PN2047的生成方式和预置值。

图5为PN127的生成方式和预置值。

具体实施方式    参见图3，在数字电视地面传输系统中，传输的数据流被分为一个一个连续的数据帧进行传输。每个数据帧包含3个部分，分别是预置信息、系统信息和数据信息，并以此形成单纯的一阶循环。

预置信息的作用是作系统同步、时钟恢复、信道估计和均衡器训练之用。为得到迅速、可靠的系统同步和迅速、准确的信道估计，本发明选择PN2047作为构成预置信息的二电平PN序列，同时添加上1位二电平确知信号以满足预置信息长度为2的幂次方。为了使得添加确知信号后的预置信息的频谱特性仍然保持平坦，选择的确知信号应保证使预置信息映射后的电平和(均值)为零。为此，本实施例中添加的二电平确知信号为‘0’，映射后构成长度为2048个二电平符号的预置信息。

PN2047的生成多项式为：X¹¹+X⁹+1；初始值为00000000001。PN2047的产生方式见图4。

系统信息通过两电平序列来表达。系统信息的长度可以根据业务需求的不同而选择，并在接收端自动识别，但应当满足为2的幂次方。

由于系统信息包含着调制方式、编码方式等对接收机处理模块非常重要的信息，因此，本实施例采用128阶的WALSH序列映射成为128个二电平符号序列，并经过随机化处理后承载相应的系统信息。这样，可以在接收端更加可靠地恢复出系统信息，保证接收机各模块的正常工作。

每一个系统信息通过一个128比特的两电平序列表达。而这些两电平的序列共有128个，衍生于128位长的Walsh块。基本的Walsh块见公式2-1，Walsh块的系统化产生方法见公式2-2。

$W=\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right]$

公式2-1基本的Walsh块

$W=\left[\begin{array}{cc}H& H\\ H& -H\end{array}\right]$

公式2-2 Walsh块的系统化产生方法，其中H为上一阶的Walsh块，“—”即为取反。

将上述的128个128位长的Walsh矢量取反，可以将Walsh矢量增加到256个。为得到频谱平坦性，这256个矢量与一个长度为128的随机序列异或后得到256个系统信息矢量。该随机序列由一个7比特的移位寄存器产生一个长度为127的7阶最大长度序列后再加上一个‘0’产生。产生该127位最大长度序列的方法见图5。其生成多项式为：X⁷+X³+1，初始值为0000001。

每种传输模式对应256个系统信息矢量中的一个，其他矢量作为保留模式。以下是各模式的定义举例：

第1矢量    保留

第2矢量    保留

第3矢量    保留

第4矢量    保留

第5矢量    16-OQAM

第6矢量    保留

第7矢量    4-OQAM

第8矢量    保留

第9矢量    4-OQAM-E

第10矢量   保留

其它矢量   保留

其中，偶数矢量都是其前一奇数矢量的取反。也就是说，第6矢量＝第5矢量取反，第8矢量＝第7矢量取反，第10矢量＝第9矢量取反……。

接收机接收到保留模式时，对信号不作处理，跳过该帧。

数据信息可以是二电平数据，也可以是多电平数据。数据信息的长度由系统信息中包含的传输方式决定，但应当满足为2的幂次方。本发明的数字电视地面广播系统传输三种业务，分别是固定业务、移动业务和数据业务。其中，固定业务可以选择16-OQAM传输模式；移动业务可以选择4-OQAM或者4-OQAM-E传输模式；数据业务可以选择4-OQAM-E传输模式。本实施例中，各传输模式下，数据信息的长度均确定为32768个符号。但是，在16-OQAM传输模式下，数据信息选择为四电平的数据符号，每个数据符号为2比特；而在4-OQAM和4-OQAM-E传输模式，数据信息选择为二电平的数据符号，每个数据符号为1比特。这样：

在16-OQAM传输模式下，每个数据帧包含1个长度为2048的二电平数据符号的预置信息(PN2047+‘0’)；一个长度为128的二电平数据符号的扩频保护的系统信息(对应上述第5矢量)；每帧的数据信息共32768个四电平符号，每个数据符号为2比特、四电平符号。

在4-OQAM传输模式下，每个数据帧包含1个长度为2048的二电平数据符号的预置信息(PN2047+‘0’)；一个长度为128的二电平数据符号的扩频保护的系统信息(对应上述第7矢量)；每帧的数据信息共32768个二电平符号，每个数据符号为1比特、二电平符号。

在4-OQAM-E传输模式下，每个数据帧包含1个长度为2048的二电平数据符号的预置信息(PN2047+‘0’)；一个长度为128的二电平数据符号的扩频保护的系统信息(对应上述第9矢量)；每帧的数据信息共32768个二电平符号，每个数据符号为1比特、二电平符号。

在混合传输模式下，各种业务各自的调制模式以帧为单位任意混合，各帧的调制模式由该帧中的系统信息明确指出。

Claims (5)

1、数字电视地面广播传输系统中的信号传输方法，数据流被分为一个一个连续的数据帧进行传输，每个数据帧包含可用作系统同步、时钟恢复、信道估计和均衡器训练的预置信息、可用于表征本帧数据信息传输模式的系统信息、数据信息这三部分，并以此形成单纯的一阶循环；预置信息是一个长度为2048位的二电平符号序列，由1个二电平时域PN序列PN2047再添加上1位二电平确知信号构成；系统信息是经过扩频保护的二电平序列，长度满足为2的幂次方；数据信息是二电平序列或者多电平序列，长度满足为2的幂次方，其特征在于：

采用128阶的WALSH码字生成128个128位长的WALSH矢量，这128个WALSH矢量取反后与原来的128个矢量组合成256个矢量；

将前述得到的256个矢量与一个长度为128的随机序列异或后得到256个系统信息矢量，用于表示系统信息；

每种传输模式对应256个系统信息矢量中的一个，其余矢量作为保留模式，接收机接收到保留模式时，对信号不作处理，跳过该帧。

2、根据权利要求1所述的信号传输方法，其特征在于：

所述系统信息用随机化后的128比特的二电平序列表示；

所述数据信息长度是32768个符号，在16-OQAM传输模式下，数据信息为四电平符号，每个数据符号为2比特；在4-OQAM和4-OQAM-E传输模式下，数据信息为二电平符号，每个数据符号为1比特；

在混合传输模式下，各种业务各自的调制模式以帧为单位任意混合，各帧的调制模式由该帧中的系统信息明确指出。

3、根据权利要求1或2所述的信号传输方法，其特征在于：所述PN2047的生成多项式为X¹¹+X⁹+1，初始值为00000000001。

4、根据权利要求3所述的信号传输方法，其特征在于：预置信息中添加的1位二电平确知信号值选为“0”，以使预置信息映射之后的电平和为零。

5、根据权利要求1所述的信号传输方法，其特征在于：采用一个7比特的移位寄存器产生一个长度为127的7阶最大长度序列，其生成多项式为X⁷+X³+1，初始值为0000001；

将上述得到的7阶最大长度序列再加上一个“0”组成长度为128的随机序列，用于与256个矢量异或以获得256个系统信息矢量。

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