CN1333598C

CN1333598C - 一种用于数字电视地面传输的比特交织方法

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Publication number: CN1333598C
Application number: CNB2004100061726A
Authority: CN
Inventors: 归琳; 管云峰; 秦雷; 何大治; 孙军
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2004-03-05
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2024-03-05
Also published as: CN1642275A

Abstract

本发明公开了一种用于数字电视地面传输的比特交织方法。在数字电视地面传输系统的信道编码中，采用了TPC(M₂，M₁；N₂，N₁)编码。该方法对TPC(M₂，M₁；N₂，N₁)编码之后的数据块TPC(M₂×N₂)进行比特交织处理。每次共有K个TPC编码后的数据块TPC(M₂×N₂)参与比特交织，通过控制TPC块内比特数据输出的顺序来达到交织的目的。对于每个二维TPC块，输出按对角线顺序排列；对于三维TPC块，输出按照TPC块的顺序依次输出每个TPC块的相同位置上的数据。本发明可以进一步增强数字电视地面传输系统抗突发错误的能力。

Description

一种用于数字电视地面传输的比特交织方法

技术领域本发明属于数字信号传输领域，特别涉及数字电视地面广播传输系统中对数据进行比特交织的处理方法。

背景技术典型的数字电视地面广播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。该数字信号经过处理后被恢复成与发送端一致的信息。

在数字电视广播中，数据传输会发生突发性误码，即大量连续的数据出现错误，一般的纠错码无法纠正。为了对付信道中的突发噪声(Burst Noise)干扰，以及对付移动接收时信道中的衰落，并配合信道编码，数字电视广播传输系统对数据进行交织处理，使信道的突发错误分散开来，从而可用信道纠错码予以纠错。

交织器分为块交织和卷积交织两类。块交织在突发系统(如GSM)中应用较多，常与RS编码或Turbo编码联合使用。在同样的分散错误的能力的前提下，相比于块交织，卷积交织延时更短，所用存储量更小，因此适合于高码率、连续数据流传输系统，如数字电视广播。卷积交织常与RS编码联合使用。卷积交织器和块交织器既可以是字节交织，也可以是比特交织，或符号交织，这根据系统的数据流的形式和编码方式决定。

实际使用中，由于在数字电视地面广播传输系统中，根据系统性能的要求，采用了多种编码方式级联，因此系统既有卷积字节交织配合外码(RS码)，也采用了块交织配合分组编码，以及符号映射。而且系统的数据结构也影响着交织的方式。

参见图1，在美国ATSC系统中有两种交织：紧跟RS码之后的外交织——卷积字节交织；与TCM结合的比特卷积交织。卷积交织后数据分为12路，进行比特卷积交织。之后，送入各路对应的TCM编码器编码。具体地说，传输数据进行卷积交织以后，数据流经并串变换，以2个比特为一组，分别顺序送入12个完全相同的网格(Trellis)编码器和预编码器，并以此为循环。

参见图2，在欧洲DVB-T系统中也有两种交织：紧跟RS码之后的外交织——卷积字节交织；与TCM结合的比特块交织和符号块交织。卷积字节交织后的数据进行TCM编码后，分路进行比特交织，最后进行符号交织。具体地说，对于DVB-T系统中不同优先级的数据流各自进行外码编码、外交织、内码编码并映射成符号后，对相同优先级下由每个符号的各比特位组成的比特流分别进行块交织。比特块交织后的比特组成符号，并以符号为单位，进行OFDM符号长度的符号块交织。

参见图3，与DVB-T相似，日本的ISDB-T系统先对数据进行TCM等信道编码，接着送入各路进行简单的比特延迟块交织。进行符号映射之后，再进行符号的时域卷积交织和频域块交织(载波搬移)。

图4给出了卷积交织器的原理图。卷积交织器的分支数量称作交织器深度B，第一分支没有延时，以下每个分支依次引入额外的符号延时。解交织时，每一分支的延时与交织器的各分支互补，即最后一分支没有延时，以上每个分支依次引入额外的符号延时。用了上述交织和解交织方法，每个符号通过交织器和解交织器后产生一个固定延时。

对于一个二维数据块进行块内的比特交织，常采用Helical交织方法，即在编码模块中使用对角线交织的方法。对于二维数据块，数据按从块左上角至右下角的顺序输出。第一轮输出从第一行第一列的元素开始，第二轮从第一行第二列开始......直至块内元素输出完毕。图5给出了TPC(128，120；128，120)数据块的块内比特交织元素输出顺序，即每个TPC块内数据的输出顺序为：

(0，0)， (1，1)， (2，2)， ... (127，127)

(0，1)， (1，2)， (2，3)， ... (127，0)

(0，2)， (1，3)， (2，4)， ... (127，1)

...， ...， ...， ...， ...

(0，127)，(1，0)， (2，1)， ... (127，126)。

考虑到Turbo乘积码(Turbo Product code，缩写为TPC)的性能优于卷积编码等系统码，在本申请人设计的数字电视地面传输系统中，采用TPC编码作为信道编码的内编码。上述块内对角线交织方法能够在一定程度上提高传输系统对付信道中的突发噪声干扰的能力。但是，在数字电视地面传输的恶劣信道条件下，仅仅进行块内交织还不足以满足需要。因此需要设计更好的交织方法来提高系统抗突发错误的能力。

发明内容本发明的目的是提供一种特殊的比特交织方法。这种交织方法可以更有效地提高内码为TPC编码的数字电视地面传输系统的抗突发错误的能力。

在数字电视地面传输系统的信道编码中，采用了TPC(M₂，M₁；N₂，N₁)编码。本发明对TPC(M₂，M₁；N₂，N₁)编码之后的数据块TPC(M₂×N₂)进行比特交织处理。每次可以有K个TPC编码后的数据块TPC(M₂×N₂)参与比特交织，K为一个正整数。

对于上述每个二维TPC块(M₂×N₂)，首先按如下方法对块内每个比特进行编址：

TPC块内每个比特的编址方法为：第一行{(0，0)，(0，1)，...，(0，M₂-1)}，第二行{(1，0)，(1，1)，...，(1，M₂-1)}，...，第N₂行{(N₂-1，0)，(N₂-1，1)，...，(N₂-1，M₂-1)}。

显然，还有其他多种编址方法，只要能够给出TPC块内每个比特的唯一地址即可。但是，上述K个TPC块的编址方法必须相同。

每个TPC块内数据的输出是按对角线顺序排列的，比如每个TPC块内数据按如下顺序输出：

假设M₂≥N₂

第一轮：初始值为(0，0％M₂)，以后依次输出(1，1％M₂)；(2，2％M₂)；...；(N₂-1，(N₂-1)％M₂)，输出满N₂个比特时进入下一轮；

第二轮：初始值为(0，1％M₂)，以后依次输出(1，2％M₂)；(2，3％M₂)；...；(N₂-1，N₂％M₂)，输出满N₂个比特时进入下一轮；

第三轮：初始值为(0，2％M₂)，以后依次输出(1，3％M₂)；(2，4％M₂)；...；(N₂-1，(N₂+1)％M₂)，输出满N₂个比特时进入下一轮；

第四轮：初始值为(0，3％M₂)，以后依次输出(1，4％M₂)；(2，5％M₂)；...；(N₂-1，(N₂+2)％M₂)，输出满N₂个比特时进入下一轮；

第M₂轮：初始值为(0，(M₂-1)％M₂)，以后依次输出(1，M₂％M₂)；(2，(M₂+1)％M₂)；...；(N₂-1，(N₂+M₂-2)％M₂)。

上述给出了按对角线顺序输出块内数据的一种方式。事实上，基于同样的原理，还可以有多种输出顺序。

在有K个TPC编码后的数据块TPC(M₂×N₂)参与比特交织的情况下，交织输出时按照TPC块的顺序依次输出每个TPC块的相同位置上的数据，即依次输出第1个TPC块的(0，0)、第2个TPC块的(0，0)、第3个TPC块的(0，0)...一直到第K个TPC块的(0，0)；然后，再输出第1个TPC块的(1，1)、第2个TPC块的(1，1)、第3个TPC块的(1，1)...一直到第K个TPC块的(1，1)...。

本发明通过以上控制K个TPC块内比特数据输出的顺序达到了比特交织的目的。

本发明的比特交织方法实现简单，可以有效提高内码为TPC编码的数字电视地面传输系统的抗突发错误的能力。同时，该方法还具有应用灵活的优点。通过选择不同的K值，可以满足不同业务的需要，从而尽可能地避免了资源浪费。

以下结合附图和实施例进一步描述本发明。

附图说明图1为ATSC系统中的Trellis编码交织器。

图2为DVB-T系统中交织器的处理过程。

图3为ISDB-T系统中交织器的处理过程。

图4为卷积交织器原理图。

图5为TPC(128，120；128，120)数据块的块内比特交织示例。

图6为K个二维TPC数据块参与的比特交织。

图7为ADTB-T系统的信道编码结构。

具体实施方式本发明可以应用于本申请人设计的数字电视地面传输系统(ADTB-T系统)，与TPC(M₂，M₁；N₂，N₁)编码结合以提高系统抗突发错误的能力。对TPC(M₂，M₁；N₂，N₁)编码之后的数据块TPC(M₂×N₂)进行比特交织处理。每次共有K个TPC编码后的数据块TPC(M₂×N₂)参与比特交织。在ADTB-T系统中，M₂、M₁、N₂、N₁分别为128、120、128和120。交织输出时，按照K个TPC块的顺序依次输出每个TPC块的相同位置上的数据；每个TPC块内数据的输出按对角线顺序排列。

参见图7，ADTB-T系统为混合传输系统，包含三种传输模式，分别是高码率16-OQAM传输模式、中码率4-OQAM传输模式和低码率4-OQAM-E传输模式。4-OQAM-E传输模式是4-OQAM的增强模式，可以通过在4-OQAM传输模式中结合Nordstrom-Robinson码等方式实现。

针对不同的传输模式，本发明方法中K值可以相同，也可以不相同，根据实际需要而定。对于高码率16-OQAM传输模式，K可以选择为32、64、128或者256；对于中码率4-OQAM传输模式，K也可以选择为32、64、128或者256；对于低码率4-OQAM-E传输模式，K可以取为1、4、8、16、32或者64。

在低码率4-OQAM-E传输模式下，令K＝4，M₂＝128，N₂＝128。

对4个的二维TPC块(128×128)，首先对块内每个比特进行如下编址：

TPC块内每个比特的编址方法为：

第1行：{(0，0)，(0，1)，...，(0，127)}

第2行：{(1，0)，(1，1)，...，(1，127)}

第128行：{(127，0)，(127，1)，...，(127，127)}。

图5给出了M₂＝128，N₂＝128情况下的块内编址，以及块内对角线交织的一种数据输出顺序。第一轮按箭头1所指方向顺序输出；第二轮首先按照箭头2_a所指方向顺序输出，输出完了(至(126，127))再按照箭头2_b所指方向继续输出；第三轮首先按照箭头3_a所指方向顺序输出，输出完了(至(125，127))再按照箭头3_b所指方向继续输出；依此类推，直至第一百二十八轮。

根据本发明，在4个TPC块参与比特交织的情况下，数据输出顺序是这样的：依次输出第1个TPC块的(0，0)、第2个TPC块的(0，0)、第3个TPC块的(0，0)、第4个TPC块的(0，0)；然后，输出第1个TPC块的(1，1)、第2个TPC块的(1，1)、第3个TPC块的(1，1)、第4个TPC块的(1，1)；……；然后，输出第1个TPC块的(127，127)、第2个TPC块的(127，127)、第3个TPC块的(127，127)、第4个TPC块的(127，127)；然后，输出第1个TPC块的(0，1)、第2个TPC块的(0，1)、第3个TPC块的(0，1)、第4个TPC块的(0，1)；……；然后，输出第1个TPC块的(127，0)、第2个TPC块的(127，0)、第3个TPC块的(127，0)、第4个TPC块的(127，0)；最后，输出第1个TPC块的(127，126)、第2个TPC块的(127，126)、第3个TPC块的(127，126)、第4个TPC块的(127，126)。然后，依此顺序进行下4个TPC块交织。

可见，通过以上控制4个TPC块内比特数据输出的顺序达到了比特交织的目的。

事实上有多种输出顺序。将图5中后缀为_a的箭头方向称为a组，后缀为_b的箭头方向称为b组，而将a或b之前的数称为标号。a、b两组中标号相同的箭头方向构成一个输出对，而标号为1的箭头方向不属于a或b组，单独构成一个输出对。输出顺序可以先在a组中任取一个箭头方向并沿此方向先行输出(以4个TPC块为例，则对应每个编址位置应相应输出4个数据)，然后找到b组中标号相同的箭头方向，沿此方向再行输出。然后，再在a组中尚未执行输出的箭头方向中，任取一个沿此方向执行输出，再到b组中找出标号相同的箭头方向并沿此方向再行输出，直至所有箭头方向上的数据都输出完毕。编号为1的箭头方向可以在比特交织的起始处执行输出，也可以在任何输出对传输结束之后执行输出。当然，输出顺序也可以先在b组中任取一个箭头方向并沿此方向先行输出，然后找到a组中标号相同的箭头方向，沿此方向再行输出。然后，再在b组中尚未执行输出的箭头方向中，任取一个并沿此方向执行输出，再到a组中找出标号相同的箭头方向并沿此方向再行输出，直至所有箭头方向上的数据都输出完毕。

上述所有输出顺序以及其他基于本发明原理的输出顺序，可以概括为：交织输出时，按照TPC块的顺序1～K依次输出每个TPC块的相同位置上的1个比特数据，每个TPC块内的数据按对角线顺序输出。

Claims

1.一种用于数字电视地面传输的比特交织方法，在信道编码中，对二维Turbo乘积码编码TPC(M₂，M₁；N₂，N₁)之后的数据块TPC(M₂×N₂)进行比特交织处理，其特征在于：

每次有K个所述TPC编码后的数据块TPC(M₂×N₂)参与比特交织，K为一个正整数；

首先按相同方法对K个TPC块内每个比特进行编址；交织输出时，按照TPC块的顺序1～K依次输出每个TPC块的相同位置上的1个比特数据，每个TPC块内的数据按对角线顺序输出；

通过以上控制K个TPC块内比特数据输出的顺序实现比特交织的目的。

2.根据权利要求1所述的比特交织方法，其特征在于：对二维TPC块块内每个比特的编址方法为：第一行{(0，0)，(0，1)，...，(0，M₂-1)}，第二行{(1，0)，(1，1)，...，(1，M₂-1)}，...，第N₂行{(N₂-1，0)，(N₂-1，1)，...，(N₂-1，M₂-1)}。

3.根据权利要求2所述的比特交织方法，其特征在于：交织输出时，依次输出第1个块的(0，0)、第2个块的(0，0)、...一直到第K个块的(0，0)，然后输出第1个块的(1，1)、第2个块的(1，1)、...一直到第K个块的(1，1)，...，然后输出第1个块的(N₂-1，M₂-1)、第2个块的(N₂-1，M₂-1)、...一直到第K个块的(N₂-1，M₂-1)，然后输出第1个TPC块的(0，1)、第2个TPC块的(0，1)、...一直到第K个块的(0，1)，然后输出第1个TPC块的(1，2)、第2个TPC块的(1，2)、...一直到第K个块的(1，2)，...，然后输出第1个TPC块的(N₂-1，0)、第2个TPC块的(N₂-1，0)、...一直到第K个块的(N₂-1，0)，...，最后输出第1个TPC块的(N₂-1，M₂-2)、第2个TPC块的(N₂-1，M₂-2)、...一直到第K个块的(N₂-1，M₂-2)。

4.根据权利要求1或2或3所述的比特交织方法，其特征在于：M₂、M₁、N₂、N₁分别为128、120、128和120。

5.根据权利要求4所述的比特交织方法，其特征在于：对于数字电视地面传输系统的高码率16-OQAM传输模式，K取为32或64或128或256。

6.根据权利要求4所述的比特交织方法，其特征在于：对于数字电视地面传输系统的中码率4-OQAM传输模式，K取为32或64或128或256。

7.根据权利要求4所述的比特交织方法，其特征在于：对于数字电视地面传输系统的低码率4-OQAM-E传输模式，K取为1、4、8、16、32或64。