CN1306808C - 数字地面广播传输中系统信息的扩展频谱传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了数字地面广播传输中系统信息的一种扩展频谱传输方法。该方法利用随机化后的64比特的两电平序列表达系统信息。该随机序列由一个6比特的移位寄存器产生一个长度为63的最大长度序列后再加上一个0或-1产生。在接收机中，系统信息可以通过同步相关器和比较器获得，也可以通过使用Walsh变换获得。利用该方法能够可靠、准确地在恶劣的信道环境下传送系统信息。

Description

数字地面广播传输中系统信息的扩展频谱传输方法

技术领域

本发明属于信号传输领域，特别涉及数字信号及数字电视地面广播传输中系统信息的传输方法。

背景技术

典型的无线传输系统包括发射机和接收机。数字调制技术往往将数字信号进行编码，再加入必要的辅助信息，如同步信号、导频信号等。编码后的数字信号经过信道滤波后形成基带信号。该基带信号经过上变频器被调制到相应的频带后发送。在接收端，调谐器将高频信号变换到基带后经模数转换器得到数字信号。该数字信号经过数字解码处理后被恢复成与发送端一致的信息。

在新的数字地面广播系统中，由于广播应用的多样化要求，例如电视信号固定接收、电视信号移动接收和数据信号移动接收等，往往要求系统含有混合传输模式。系统信息在每帧都有可能不同，例如：本帧是电视信号固定接收，使用16-OQAM，而下一帧则可能是电视信号移动接收，使用4-OQAM。因此，有必要在传输的数据中可靠地指出传输的模式以及其他的一系列信息，如系统参数、随机化器和交织的复位指示信息等。

另外，新的数字地面广播系统使用了信道编码，其工作门限差别较大。如64-OQAM 2/3码率的TCM编码门限在15dB左右；16-OQAM无内码的门限在16dB左右；16-OQAM 1/2码率的TCM编码门限在9dB左右；4-OQAM无编码的门限在10dB左右；4-OQAM 1/2码率卷积编码门限在3dB左右。这些编码门限值是经Reed-Solomon解码后的门限值。所传输的系统信息与所传输的数据信息不同，系统信息没有信道编码、交织、纠错等保护措施，要达到与传输数据相同的误码率，其门限会更高。系统信息决定了系统对接收到的信号的处理方式。一旦系统信息因脉冲噪声干扰而丢失，系统将无法正常工作。因此，在接收端，系统信息必须比数据信息更为可靠地获得。

为了能够在恶劣的信道环境下可靠、准确地传送系统信息，本申请人曾经提出利用32位扩频传输的方法来传送系统信息。该方法能够基本满足要求，但在某些特定条件下，例如在使用4-OQAM 1/2码率卷积编码时，解码(反扩频)出错机率比较大。

本发明的目的是提供一种新的利用扩展频谱技术实现系统信息传输的方法。利用该方法能够更可靠、准确地在恶劣的信道环境下传送系统信息。

本发明具体是这样实现的：

数字地面广播传输中系统信息的扩展频谱传输方法，通过Walsh变换获得系统信息包括如下处理步骤：

第一步骤：在一个长度为64的存储器存有一64位随机序列；

第二步骤：当输入数据到达信息位时，阀门打开，存储器中的数据与输入数据一一相乘，经过64个符号之后，阀门关闭；

第三步骤：其相乘的64位结果送入一个64位的Walsh变换单元进行Walsh变换；

第四步骤：经Walsh变换的64个输出进入比较器，比较器取出绝对值最大的一个，连同其符号送入查表，查表中对应的内容即为系统的信息矢量。

当随机序列由0或1表征时，用于随机化的64位随机序列的产生方式为：先由一个6比特的移位寄存器产生一个长度为63位的序列，之后再加上一个0。

当随机序列由-1或1表征时，用于随机化的64位随机序列的产生方式为：先由一个6比特的移位寄存器产生一个长度为63位的序列，之后再加上一个-1。

所述长度为63位的序列的产生公式为X⁶+X+1，预设值为000001。

在理论上，64位的扩展可以得到18dB的功率增益，比32位扩频有更高的功率增益。以两电平的9dB工作门限为例，本方案可以将该9dB门限拓展到-9dB。另外，在解码(反扩频)误码率比较大的4-OQAM 1/2码率卷积编码条件下，本方案能够有效降低解码误码率。可见，虽然信息位不受交织的保护，但采用本发明设计的传输方法后，可以有效地避免信道中的冲击噪声损坏信息位，从而保证系统能够正常工作。

附图说明

图1为本发明在数字传输系统中的典型应用。

图2为PN63的产生方式。

图3为使用同步相关器和比较器获得系统信息的方法。

图4为使用Walsh变换获得系统信息的方法。

图5为随机序列的产生并使用Walsh变换获得系统信息的方法。

具体实施方式

以下结合附图和实施例进一步描述本发明。

本发明设计的扩展频谱传输方法是这样的：利用64比特的两电平序列来表达系统信息。每一个系统信息由一个64比特的两电平序列来表达，而这些两电平的序列共有64个，衍生于64位长的Walsh块。基本的Walsh块见公式1，Walsh块的系统化产生方法见公式2。本发明是以-W出发得到64位长的Walsh块，-1在数字电路产生时用0表示，最后再映射到-1。

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

                    公式1  基本的Walsh块

                    公式2  Walsh块的系统化产生方法

根据公式1和公式2得到64位长Walsh块。直接采用Walsh矢量(每一行)作为信息序列是不合适的。因为其频谱特性不够平坦，如第一行全部为0，是一个直流信号。因此，Walsh矢量都需要被随机化，即每一行都乘以一个长度为64的随机序列。随机化后得到64个64位长的序列，将任一序列的64个比特取相反符号时，可以得到其互补的序列。由此，可以将64个信息序列扩展到128个。

将扩展得到的128个信息序列中的每个序列分别给予定义，即每个64位长的序列代表某一特定的系统信息。这样，收端就可以根据这一定义判别出所收到的数据信息的系统信息，以便进行相应的处理。

根据公式1和公式2得到64位长Walsh块。利用一随机序列对Walsh矢量进行随机化，该随机序列由一个6比特的移位寄存器产生一个长度为63的最大长度序列后再加上一个0产生。产生该63位最大长度序列的方法见图2。其产生公式是X⁶+X+1，预设值为000001。其完整的序列见表2：

100000100001100010100111101000111001001011011101100110101011111

                    表2  PN63的数值

将上述序列中的1映射到1、0映射到-1，再加上第64位的-1，即得到64位的随机序列数值。其完整的序列见表3：

1 -1-1-1-1-1 1-1-1-1-1 1 1-1-1-1 1-1 1-1-1 1 1 1 1-1 1-1-1-1 11 1-1-1 1-1-1 1-1 1 1-1 1 1 1-1 1 1-1-1 1 1-1 1-1 1-1 1 1 11 1-1

                    表3  64位随机序列的数值

64个Walsh矢量与表3中的64位随机序列相乘后得到的64个64位长的序列。

将任一序列的64个比特取相反符号，得到其互补的序列，从而将64个信息序列扩展到128个。在地面广播的模式中，信息位包含本帧的系统信息，包括传输模式和复位(即一帧的重新开始)信息。据此对各个信息序列给以定义，以下是部分模式的定义举例：

第1矢量    保留

第2矢量    保留

第3矢量    保留

第4矢量    格型编码64-OQAM

第5矢量    保留

第6矢量    保留

第7矢量    格型编码16-OQAM

第8矢量    16-OQAM

第9矢量    卷积编码4-OQAM

第10矢量   4-OQAM

其它矢量   保留

接收机接收到保留模式时，对信号不作处理，跳过该帧。

很显然，上述定义可以相应更改或补充，不应影响本方案的通用性。

在接收机中，系统信息可以通过同步相关器和比较器获得。图3是使用同步相关器和比较器获得系统信息的方法。

在图3中，输入信号同时进入64个同步相关器。这64个同步相关器分别存有长度为64比特的各系统信息矢量。当输入数据到达信息位时，阀门打开，同步相关器中的数据与输入数据一一相乘，其结果进入累加器累加，64个符号之后，阀门关闭，64路累加器的结果送入比较器，64路累加器清零。比较器取出64路中绝对值最大的一路，连同其符号送入查表，以获得系统信息。查表的内容即为各系统信息矢量。

例如，当比较器中第4路输入绝对值最大，且其符号为正，系统信息即是，本场为格型编码64-OQAM；当比较器中第7路输入绝对值最大，且其符号为正，系统信息即是，本场为格型编码16-OQAM；当比较器中第8路输入绝对值最大，且其符号为正，系统信息即是，本场为16-OQAM；当比较器中第9路输入绝对值最大，且其符号为正，系统信息即是，本场为卷积编码4-OQAM；当比较器中第10路输入绝对值最大，且其符号为正，系统信息即是，本场为4-OQAM。

系统信息也可以通过图4所示的方式获得。在图4中，一个长度为64的存储器存有表3中的64位随机序列，当输入数据到达信息位时，阀门打开，存储器中的数据与输入数据一一相乘，64个符号之后，阀门关闭，其相乘的64位结果送入一个64位的Walsh变换单元进行Walsh变换。Walsh变换的64个输出进入比较器，比较器取出绝对值最大的一个，连同其符号送入查表，以获得系统信息。查表的内容即为各系统信息矢量。

例如，当Walsh变换中第4位输出绝对值最大，且其符号为正，系统信息即是，本场为格型编码64-OQAM；当Walsh变换中第7位输出绝对值最大，且其符号为正，系统信息即是，本场为格型编码16-OQAM；当Walsh变换中第8位输出绝对值最大，且其符号为正，系统信息即是，本场为16-OQAM；当Walsh变换中第9位输出绝对值最大，且其符号为正，系统信息即是，本场为卷积编码4-OQAM；当Walsh变换中第10位输出绝对值最大，且其符号为正，系统信息即是，本场为4-OQAM。

64位Walsh变换的算法和64位FFT(快速傅利叶)变换的算法一致，Walsh变换时将FFT变换中的系数取符号位即可。因而Walsh变换只需要加法器，无乘法器，且其加法运算的次数少于64个同步相关器的运算次数。

必须指出，表3中的64位随机序列也可以通过一个6比特的移位寄存器加上一位-1产生，如图5所示，进一步减少硬件使用。

在图5中，随机序列产生单元中的6比特的移位寄存器在复位时调入初始值000001，当输入数据到达信息位时，阀门打开，该移位寄存器开始以符号时钟的速度产生表3中的随机序列。63个时钟之后，该单元产生一位-1输出，并将该单元内的移位寄存器复位，调入初始值000001。

Claims (4)

1、数字地面广播传输中系统信息的扩展频谱传输方法，其特征在于，通过Walsh变换获得系统信息包括如下处理步骤：

第一步骤：在一个长度为64的存储器存有一64位随机序列；

第二步骤：当输入数据到达信息位时，阀门打开，存储器中的数据与输入数据一一相乘，经过64个符号之后，阀门关闭；

第三步骤：其相乘的64位结果送入一个64位的Walsh变换单元进行Walsh变换；

第四步骤：经Walsh变换的64个输出进入比较器，比较器取出绝对值最大的一个，连同其符号送入查表，查表中对应的内容即为系统的信息矢量。

2、根据权利要求1所述的扩展频谱传输方法，其特征在于：

当随机序列由0或1表征时，用于随机化的64位随机序列的产生方式为：先由一个6比特的移位寄存器产生一个长度为63位的序列，之后再加上一个0。

3、根据权利要求1所述的扩展频谱传输方法，其特征在于：

当随机序列由-1或1表征时，用于随机化的64位随机序列的产生方式为：先由一个6比特的移位寄存器产生一个长度为63位的序列，之后再加上一个-1。

4、根据权利要求2所述的扩展频谱传输方法，其特征在于：

所述长度为63位的序列的产生公式为X⁶+X+1，预设值为000001。

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