CN1348310A - 级联纠错编码器及其编码方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种级联纠错编码器以及其纠错编码方法,它们可用于地面数字多媒体电视广播系统。所述的级联纠错编码器以及其纠错编码方法将纠错编码星座图和调制映射星座图作为整体统一考虑,完成网格编码调制,按一定的格式实现编码及编码后的映射,大大地提高了系统的纠错性能和传输性能。所述的网格编码调制方式可为格形QPSK、turbo格形QPSK、格形16QAM、turbo格形16QAM、格形64QAM、turbo格形64QAM等。
Description
本申请是2000年8月25日申请的、申请号为00123597.4的“地面数字多媒体电视广播系统”的分案申请。
技术领域
本发明属于数字信息传输纠错编码技术领域，特别涉及级联纠错编码器及其编码方法，更具体地涉及一种地面数字多媒体电视广播系统中使用的级联纠错编码器及其纠错编码方法。
在数字传输系统中，不论信号通过什么媒介类型的信道传输，由于信号的衰减、失真和各种干扰，都会使接收到的数据不可避免地出现差错。对于不同的信息数据类型，误码率的要求是不同的。以图象的预测编码和变换编码为例，如果压缩数据中存在误码，将不仅对单个象素产生影响，而且会在预测编码的恢复图象中产生误码传播，在变换编码的恢复图象中引起整块子图象的失真。
因此，任何实际的数字通信系统都需要采取误码纠错措施，一般采用前向误码纠错FEC(Forward Error Correct)方法，它是在发送端将数据按一定规则附加多余码元，组成具有纠错能力的纠错码。接收端收到码字后，按预先规定的规则进行译码，以确定接收码字中有无差错，若有错误则自动纠正。
FEC根据出发点不同，可以有很多种分类。在数字传输中常用的有分组码(例如里德—所罗门RS码、BCH码)和卷积码、Turbo码等，为了得到更好的纠错编码性能，可以把它们串行或并行级联，以及纠错编码和调制结合，如网格编码TCM、Turbo TCM等。
Turbo(平行级联码)码和Tellis(格形)码分别是最近十几年来信息编码领域中两项最有影响地技术革命，它们在实践应用中证明是行之有效的编码方式。
对于电视传输系统来说，在模拟电视的基础上，经过十多年坚持不懈的研究和发展，数字电视地面广播(Digital Television Terrestrial Broadcasting，DTTB)已经取得了很多的成果，达到了可以实现阶段。从1998年11月北美和欧洲已经开播DTTB节目，许多国家宣布了它们的DTTB制式选择和实现计划。目前，世界上主要有三种DTTB传输标准：
1)美国的ATSC(Advanced Television Systems Committee)数字电视标准。
2)欧洲的DVB-T(Digital Video Terrestrial Broadcasting-Terrestrial)数字视频地面广播标准。
3)日本的ISDB-T(Integrated Service Digital Broadcasting-Terrestrial)地面综合业务数字广播标准。
随着技术的发展和研究的不断深入，人们认识到在信号峰值—平均功率比、C/N门限、移动接收、室内/外接收、频谱效率、HDTV传输能力、同频/邻频道干扰、对现有模拟电视的干扰、单频网和同频道转发、脉冲干扰和连续波干扰、相位噪声、静态/动态的多径失真、系统的灵活性等等方面，上述三个系统各有其优缺点。
针对上述目前世界上三个地面数字电视系统存在的问题，本发明的申请人已经提出了一种新颖的、适合中国国情的地面数字多媒体电视广播系统(简称为：DMB-T系统)，它采用了时域同步正交频分复用(Time Domain Synchronous-Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，TDS-OFDM)调制技术。
现有技术中最常见的纠错编码器如图14所示，即在外码编码21之后，由交织器22进行数据的交织，然后进行内码编码30。这种串行结构可能存在两个问题：
1)串行结构的级联码的编码关系为
C1＝f(x)，外码
C2＝g(C1)，内码
因此外码译码输出的关于符号x的信息并不能直接提供关于内码译码输入C2的软信息；
2)简单的反馈必然引入正反馈，使得算法不收敛或收敛到远离正确解处。
为了解决第一个问题，信息符号x能反映到内码C2上去，这就要求两层码均为系统码。至于第二个问题，就是说要求在进行第二次内码译码时用到的反馈软信息中不包含上次译相同的码时用过的信息。从严格意义上看这种要求是不可实现的，但当两层码之间经过了交织处理后，用于解一段连续码符号的反馈信息分别来源于前一次译码的分散的码符号，交织长度越长，这种相邻反馈符号的相关性就越低，此时只要从反馈符号似然信息中去除已用过的关于该符号本身的部分，就可以基本清除正反馈，实现迭代译码。
发明内容
本发明的目的是针对上述的地面数字多媒体电视广播系统(DMB-T)系统而提供一种级联纠错编码方法及级联纠错编码器，它具有更好的FEC性能和传输性能。
按照本发明的一个方面，提供了一种级联纠错编码器，用于地面数字多媒体电视广播系统，它采用1/2码率卷积编码器与其后的QPSK调制器的信道传输级联接；其中，QPSK调制器I符号的1/2码率、64状态卷积码为G1(x)＝1+x+x2+x3+x6；并且，QPSK调制器Q符号的1/2码率、64状态卷积码为G2(x)＝1+x2+x3+x5+x6。
按照本发明的第二个方面，提供了一种级联纠错编码器，用于地面数字多媒体电视广播系统，它包括：交织器，第一编码器，第二编码器，开关单元，以及复接器；输入的信息数据流一路直接连到复接器，另一路连到第一编码器和第二编码器；第一编码器与第二编码器并行设置；输入信息数据流在进入第二编码器之前先经过交织器，在其中进行数据的交织；开关单元对第一编码器和第二编码器的输出进行交替地切换，其输出送到复接器的另一个输入端；复接器的输出作为其后信道传输调制级的内码。
按照本发明的第三个方面，提供了一种级联纠错编码器，用于地面数字多媒体电视广播系统，它包括：分路器，第一编码器，第二编码器；分路器将输入的传输码流分成两路，分别送到第一编码器和第二编码器；第一编码器与第二编码器是并行设置的；第一编码器与第二编码器的输出作为其后信道传输调制级的内码。
按照本发明的第四个方面，提供了一种级联纠错编码器，用于地面数字多媒体电视广播系统，它包括：交织器，第一编码器，第二编码器；输入的信息数据流一路直接送到复接器，另一路送到第一编码器和第二编码器；第一编码器与第二编码器是并行设置的；输入信息数据流在进入第二编码器之前先经过交织器，在其中进行数据的交织；第一编码器和第二编码器的输出作为其后信道传输调制级的内码。
按照本发明的第五个方面，提供了一种级联纠错编码方法，用于地面数字多媒体电视广播系统，其特征在于：采用1/2码率卷积编码器作为内码纠错编码器，所述编码器的系数与其后的QPSK信道传输调制相关；其中，作为QPSK调制I符号的1/2码率、64状态卷积码由下述方程式给出：G1(x)＝1+x+x2+x3+x6；并且，作为QPSK调制Q符号的1/2码率、64状态卷积码由下述方程式给出：G2(x)＝1+x2+x3+x5+x6。
按照本发明的第六个方面，提供了一种级联纠错编码方法，用于地面数字多媒体电视广播系统，其特征在于：输入的信息数据流一路直接送到复接器，另一路送到第一编码器和第二编码器；并行地设置第一编码器和第二编码器；输入信息数据流在进入第二编码器之前先经过交织器，在所述交织器中进行数据的交织；交替地切换第一编码器和第二编码器的输出；将所述的直通的信息数据流以及所述的交替输出的第一编码器和第二编码器的输出作为其后信道传输调制级的内码。
按照本发明的第七个方面，提供了一种级联纠错编码方法，用于地面数字多媒体电视广播系统，其特征在于：将输入的传输码流分成两路，分别送到第一编码器和第二编码器；并行地设置第一编码器与第二编码器；将所述第一编码器与第二编码器的输出作为其后信道传输调制级的内码。
本发明提供的上述级联纠错编码器以及其纠错编码方法，它们可用于地面数字多媒体电视广播系统。所述的级联纠错编码器以及其纠错编码方法将纠错编码星座图和调制映射星座图作为整体统一考虑，完成网格编码调制，按一定的格式实现编码及编码后的映射，大大地提高了系统的纠错性能和传输性能。所述的网格编码调制方式可为格形QPSK、turbo格形QPSK、格形16QAM、turbo格形16QAM、格形64QAM、turbo格形64QAM等。
本发明的级联纠错编码器，即并行级联纠错编码很好地解决了上面提出的一些问题。并行级联码的编码框图如图2所示。它包括交织器31，第一编码器32，第二编码器33，开关单元34，以及复接器35。输入的信息数据流一路直接送到复接器35，另一路送到第一编码器32与第二编码器33。第一编码器32与第二编码器33是并行设置的。输入信息数据流在进入第二编码器33之前先经过交织器31，在其中进行数据的交织。开关单元对第一编码器32和第二编码器33的输出进行交替地切换，其输出送到复接器35的另一个输入端；复接器35的输出作为其后信道传输调制级的内码。
在采用不同的编码器和不同的调制方式的情况下，本发明的级联纠错编码器的具体结构会有不同，具体情况在下面的具体实施例的描述中将会得到体现。
显然，这种结构很好地满足了前面关于反馈译码的第一个要求，因为两个码可以交替地互不影响地译码，并可通过关于系统码信息位的软判决输出相互传递信息，进行迭代译码。在译码方面，还可进行多次迭代运算，残余的误码会越来越少。
纠错能力包含两个含义，一个是这种码本身的能力，另一个则是在特定的译码算法下的纠错能力。上述迭代算法是目前已掌握的最好的算法，但对于这种码而言也还是一种次优方法。
编码调制的概念：
在数字电视传输系统中，要实现信源与信宿之间的数据传输，除了必要的信源编解码设备和差错控制设备以外，为了适应不同信道的传输特性还必须采用适当的传输技术对数据进行必要的变换，以达到最佳的传输性能。
通过对数字信号的频谱分析可知，由信源编码设备送出的数据信号频谱是非常宽的。理论上它可以从直流一直延伸到无限宽的频率，但其能量则主要集中在直流到频谱中的第一个零点以内的频带。这种原始数字信号称为数字基带信号。
从传输信道的频率特性来看，有的信道如对称电缆、同轴电缆等是低通型的；而有的信道如各种无线信道、光纤信道等则是带通型的。显然，低通型信道适合于传输数字基带信号，而带通型信道必须对数字基带信号进行必要的调制后才能传输。
数字调制是数字符号转换为与信道特性相匹配波形的过程。在基带调制的情况下，这些波形是脉冲。带通调制则是把数据信号调制到某一固定频率的载波上(通常为正弦波)。通过调制可以把多路信号彼此分开，从而利用单一信道传输，即频分复用。
其实，广义上来说信道编码就是从信源消息到信道波形或矢量之间的映射。为了简化分析及编码设计，将其分为离散信道编码和数字调制两个部分，后者联同传输信道及解调构成一个离散的数字信道。
广义上讲不存在无信道编码的传输，只有无离散数字编码的系统。
实际的信道容量是传输条件约束下的数据传输率极限。而限定调制方式后的离散信道的容量显然不及实际的容量。为了逼近实际容量，要求信道编码是一种与调制相结合的编码。换句话说就是要真正实现消息到波形的映射。
同样从理论上讲，这种映射可以是一种随机映射，只要映射中所涉及的消息量足够大，就可以得到足够低的错误概率。但毕竟这样做太缺乏指导性，分析及译码都几乎是不可能的。
可以考虑的办法就是仍然要利用现有的有关离散信道编码的研究结果，但在编码设计及编码结果的调制时进行一些更有成效的控制，以期获得更好的性能。可以考虑的框架是：
(1)仍采用现有的调制方案
(2)调制参数允许发生变化(显然，调制进制数越多越接近连续信道，容量损失越小)
(3)允许编码前后的符号取自不同域，或进制数不同
(4)在编码及调制的配合上可以考虑一些精心的控制编码与调制相结合的几种方式
(1)高进制调制加随机编码，不需要精心控制，但由于不同比特的保护能力不同，对容量可能会有影响
(2)编码后的精心调制，由于要求结构性强，因此只能用一些现有的较简单的码
(3)对高效调制中不同保护能力的比特分别编码
与传统的编码方式相比：传统的信道编码研究强调的是纠错能力(因为面对的是离散信道)；相结合后强调的是与简单调制相比的增益。更广义的说，所追求的是逼近信道容量，即给定带宽和SNR(信号噪声比)，使R(信号传输速率)→C(信道容量)。为此，必须在信号上作文章。
AWGN信道下不同调制方案的信道容量：比特/符号与信噪比之间的关系。
结论：当需要传k比特/符号时，采用k+1比特/符号的调制方案就基本达到∞比特/符号的容量或性能。换句话说，就是编码中只要考虑比简单调制(无编码)情况增加一倍的星座点即可。
衰落信道下不同调制方案的信道容量：比特/符号与信噪比之间的关系。
结论：当需要传k比特/符号时，采用k+1比特/符号的调制方案有一定改善，但距达到∞比特/符号的容量或性能还有一定的距离。因此需要更大的星座点数。编码与调制的结合——网格编码调制(TCM)
实际上就是先进行一个k比特到k+r比特的变进制离散编码，然后进行2k+r进制调制。而其中的k比特到k+r比特的变换可以采用网格编码的形式(卷积码)，即在离散编码阶段是一个(k+r，k)的网格编码，因而称之为网格编码调制。为了保证性能，在编码及编码后的映射上有一定的讲究。
由于是k比特同时输入，状态分枝数增加，可能出现并行转移(在二进制系统中并行转移是不允许的，因为它会使汉明自由距为1)。此时的并行转移很大程度上决定了欧氏自由距。因此在编码后的映射时要保证并行转移的欧氏距离最大化。
下面是集分割的概念：
对N维空间中的M点信号集进行多次分割：
(1)将原始集合分成p1个相同大小的子集：A1，A2，…Ap1。保证每个子集中最小距离的最大化(当集合对称时这一点很容易满足)
(2)对每个子集进一步分成p2个相同大小，最小距离最大化的子集：B1，B2，…，Bp1p1。
(3)一直分解到每个子集只剩一个点。
一般的网格编码调制如图4所示。
举例来说：4状态8PSK网格编码调制，k＝2，即频谱效率为2比特/符号。
注意：其中每一个转移都是并行转移，因此自由距不超过并行转移中的各符号之间的最小距离。可以验证，在本例中，这个距离就是自由距。因此有：
dfree 2＝4Es而对于无编码系统，当频谱效率也为2比特/符号时，有：
dfree 2＝2Es
因此，上述的TCM方案可以提供3dB的渐近编码增益。更有意义的是，这个增益是在不改变频谱利用率的基础上得到的。
编码增益的来源
从本质上讲它引入的冗余是星座点上的冗余，即它“拓广”了许用码字空间，这种“拓广”并没有增加空间的体积，而是使许用码字可在用得更精细，有更多的选择余地。这也就是为什么调制数增加时解调误符号率增加而译码性能却可以得到改善的原因。
一般情况下，可以有并行转移，也可以没有。自由距可能来自并行转移，也可能来自更长的路径。因此在设计时k’的选取及有限状态机(网格编码)的各项系数都要精心设计，而真正的好码则是通过计算机搜索而得到的。
编码理论简单来说，就是编码方式到调制方式的一种映射。本发明中，所说“级联”是指内码纠错编码方式及内码纠错编码器的具体系数的选择是与所采用的调制方式统一考虑的，以获得最佳的整体纠错性能和传输性能。当然，不同速率的编码方式以及对应各种调制方式的不同的映射方法种类繁多，不一而足。
由于在实际应用中，存在着各种各样的应用环境、需求和数据类型。为了适应这种情况，本发明的级联纠错编码方法中内码纠错编码选为格形码TCM、卷积码、Turbo码与QPSK、16QAM、32QAM、64QAM的各种组合。相应的解码可以采用Viterbi软判决算法。
本发明所述的级联纠错编码器及其编码方法具有更好的FEC性能和传输性能。
附图说明
图1是采用本发明级联纠错编码器的地面数字多媒体电视广播系统的传输层方框示意图；
图2是说明本发明的级联纠错编码器的方框示意图；
图3是采用本发明级联纠错编码器的地面数字多媒体电视广播系统的级联编码调制的原理图；
图4是图3所述级联编码调制的一个例子即4状态8PSK级联编码调制的说明性示意图；
图5是按照本发明第一实施例的级联纠错编码器的方框图；
图6是按照本发明第二实施例的级联纠错编码器的方框图；
图7是按照本发明第三实施例的级联纠错编码器的方框图；
图8是按照本发明第四实施例的级联纠错编码器的方框图；
图9是按照本发明第五实施例的级联纠错编码器的方框图；
图10是按照本发明第六实施例的级联纠错编码器的方框图；
图11是按照本发明第一、二实施例的级联纠错编码器的性能曲线图；
图12是按照本发明第三、四实施例的级联纠错编码器的性能曲线图；
图13是按照本发明第五、六实施例的级联纠错编码器的性能曲线图；
图14是说明现有技术的纠错编码方法的方框图。
具体实施方式
下面结合图5至图10来描述按照本发明的级联纠错编码的几种实施例。
图5示出了按照本发明的级联纠错编码器的第一实施例，其中，调制方式采用QPSK，内码纠错编码采用1/2码率卷积码。
按照本实施例的级联纠错编码器，其特征在于：用1/2码率卷积纠错码作为QPSK星座图符号。
具体地说，QPSK调制的I符号的1/2码率、64状态卷积码的生成多项式是
G1(x)＝1+x+x2+x3+x6
QPSK调制的Q符号的1/2码率、64状态卷积码的生成多项式是
G2(x)＝1+x2+x3+x5+x6
用作QPSK星座图符号的级联码内码采用的是1/2码率卷积码。
如图5所示，一个输入比特U生成两个比特：分别作为QPSK符号的I和Q。
图6显示了按照本发明的级联纠错编码器的第二实施例，其中，调制方式采用QPSK，内码纠错编码采用1/2码率并行级联系统卷积Turbo码。其中，以1/2码率的并行级联系统卷积Turbo码作为QPSK星座图符号。
按照上述的级联纠错编码器，所生成的QPSK调制Q1符号的并行级联系统卷积Turbo码编码器的系数是A0＝0，A1＝1，A2＝1，A3＝1，A4＝0，A5＝1，A6＝0，B0＝1，B1＝0，B2＝0，B3＝1，B4＝0，B5＝0。
按照上述的级联纠错编码器，所生成的QPSK调制Q2符号的并行级联系统卷积Turbo码编码器的系数是C0＝0，C1＝1，C2＝1，C3＝1，C4＝0，C5＝1，C6＝0，D0＝1，D1＝0，D2＝0，D3＝1，D4＝0，D5＝0。
按照上述的级联纠错编码器，轮流地选择Q0和Q1输出作为QPSK的Q信号，输入比特直接映射为QPSK的I信号。
也就是说，按照本发明的第二实施例，其级联纠错编码器的编码器系数：An、Bn、Cn和Dn，n＝0，1，2，…，6，被定义如下：
A0＝0，A1＝1，A2＝1，A3＝1，A4＝0，A5＝1，A6＝0，
B0＝1，B1＝0，B2＝0，B3＝1，B4＝0，B5＝0，
C0＝0，C1＝1，C2＝1，C3＝1，C4＝0，C5＝1，C6＝0，
D0＝1，D1＝0，D2＝0，D3＝1，D4＝0，D5＝0。
一个输入比特U将生成两个输出比特，即QPSK符号的I和Q。输出比特Q将轮流选择Q0和Q1。
随机交织器是一个块交织器，块的大小是1248比特。
图7显示了按照本发明的级联纠错编码器的第三实施例，其中，调制方式采用16QAM，内码纠错编码采用16状态、1/2码率格形码。其中，1/2码率格形码被用作16QAM符号级联码的内码。
输入字节首先以最低有效位(LSB)为起始变换为4个2-比特对，然后2-比特对编码为两个2-比特对，用于16QAM符号映射，一个符号对应于I和Q的2-比特对。如图7的编码器框图所示，输出比特I1是输入比特U0的直接映射，输出比特Q1是输入比特U1的直接映射。
按照上述的级联纠错编码器，所生成的16QAM调制I0符号的1/2码率格形码编码器的系数是A0＝0，A1＝1，A2＝1，A3＝1，A4＝0，B0＝1，B1＝0，B2＝0，B3＝1。
按照上述的级联纠错编码器，所生成16QAM调制Q0符号的1/2码率格形码编码器的系数是C0＝0，C1＝1，C2＝1，C3＝1，C4＝0，D0＝1，D1＝0，D2＝0，D3＝1。
综上所述，按照本发明的第三实施例，其编码器的系数：An、Bn、Cn和Dn，n＝0、1、2、3、4定义如下：
A0＝0，A1＝1，A2＝1，A3＝1，A4＝0，
B0＝1，B1＝0，B2＝0，B3＝1，
C0＝0，C1＝1，C2＝1，C3＝1，C4＝0，
D0＝1，D1＝0，D2＝0，D3＝1。从2-比特矢量到4电平符号的输出符号映射，采用自然映射，如表1所示。这种符号映射方案适用于16QAM的I和Q通道。
表1 16QAM符号映射
| 符号电平 | 0 | 1 | 2 | 3 |
| 比特矢量 | 00 | 01 | 10 | 11 |
图8显示了按照本发明的级联纠错编码器的第四实施例，其中，调制方式采用16QAM，内码纠错编码采用1/2码率并行级联格形Turbo码。其中，1/2码率并行级联格形Turbo码被用作16QAM符号级联码的内码。
图8所示的框图与图7的框图非常相似。这两种格形编码器的输入流变换和输出符号映射是相同的。输出比特I1是输入比特U0的直接映射，输出比特Q1是输入比特U1交织后的直接映射。
对并行级联格形(PCTC)Turbo编码器，在两个并行的编码器之间有一个比特交织器。比特交织器对给定的数据块进行比特重新排列。数据块应当在一个信号帧之内。
按照上述的级联纠错编码器，所生成的16QAM调制I0符号的1/2码率并行级联格形码(PCTC)Turbo编码器的系数是A01＝1，A11＝1，A21＝1，A31＝0，A00＝0，A10＝1，A20＝0，A30＝0，B0＝1，B1＝0，B2＝1。
按照上述的级联纠错编码器，所生成16QAM调制Q0符号的1/2码率并行级联格形码(PCTC)Turbo编码器的系数是C01＝0，C11＝1，C21＝0，C31＝1，C00＝0，C10＝1，C20＝0，C30＝0，D0＝1，D1＝0，D2＝1。
综上所述，按照本发明的第四实施例，An、Bn、Cn和Dn，n＝0、1、2、3、4，是PCTC Turbo编码器的系数，其中，An和Cn是2-比特矢量。这些系数定义如下：
A01＝1，A11＝1，A21＝0，A31＝1，
A00＝0，A10＝1，A20＝0，A30＝0，
B0＝1，B1＝0，B2＝1，
C01＝1，C11＝1，C21＝0，C31＝1，
C00＝0，C10＝1，C20＝0，C30＝0，
D0＝1，D1＝0，D2＝1。
对用于16QAM的PCTC编码器，符号映射方案与表1所示相同。随机交织器是2个块交织器，块的大小是1248比特。
图9显示了按照本发明的级联纠错编码器的第五实施例，其中，调制方式采用64QAM，内码纠错编码采用8状态2/3码率格形码。其中，8状态2/3码率格形码被用作为64QAM星座图符号的内码。
输入字节首先以最低有效位(LSB)为起始变换为两个4-比特矢量，然后4-比特矢量编码为两个3-比特矢量，用于64QAM符号映射，也即作为3-比特I和Q矢量。如编码器框图所示，输出比特I2I1是输入比特U1U0的直接映射，输出比特Q2Q1是输入比特U3U2的直接映射。
按照上述的级联纠错编码器，所生成的64QAM调制I0符号的2/3码率格形码编码器的系数是A01＝1，A11＝1，A21＝1，A31＝0，A00＝0，A10＝1，A20＝0，A30＝0，B0＝1，B1＝0，B2＝1。
按照上述的级联纠错编码器，所生成64QAM调制Q0符号的2/3码率格形码编码器的系数是C01＝0，C11＝1，C21＝1，C31＝0，C00＝0，C10＝1，C20＝0，C30＝0，D0＝1，D1＝0，D2＝1。
综上所述，An、Bn、Cn和Dn，n＝0、1、2、3，是编码器的系数，定义如下：
A01＝1，A11＝1，A21＝1，A31＝0，
A00＝0，A10＝1，A20＝0，A30＝0，
B0＝1， B1＝0， B2＝1，
C01＝0，C11＝1，C21＝1，C31＝0，
C00＝0，C10＝1，C20＝0，C30＝0，
D0＝1，D1＝0，D2＝1。
从3-比特矢量到8电平符号的输出符号映射，采用自然映射，如表2所示。64QAM的I和Q通道使用相同的映射方案。
表2 64 QAM符号映射
| 符号 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 比特 | 000 | 001 | 010 | 011 | 100 | 101 | 110 | 111 |
图10显示了按照本发明的级联纠错编码器的第六实施例，其中，调制方式采用64QAM，内码纠错编码采用2/3码率并行级联格形码。其中，2/3码率并行级联格形码被用作为64QAM星座图符号的内码。
并行级联格形码(PCTC)Turbo编码器如图10所示。
图10所示的框图与图9中的框图非常相似。这两个格形编码器的输入流变换和输出符号映射是相同的。输出比特I2I1是输入比特U1U0的直接映射，输出比特Q2Q1是输入比特U3U2经交织后的直接映射。
与16QAM情况相同，在64QAM的PCTC Turbo编码器的两个并行结构之间有一个交织器。
按照上述的级联纠错编码器，所生成的64QAM调制I0符号的2/3码率并行级联格形码(PCTC)Turbo编码器的系数是A00＝0，A10＝1，A20＝0，A30＝0，A01＝0，A11＝1，A21＝1，A31＝0，A02＝1，A12＝0，A22＝0，A32＝1，A03＝0，A13＝1，A23＝1，A33＝1，B0＝1，B1＝0，B2＝1。
按照上述的级联纠错编码器，所生成的64QAM调制Q0符号的2/3码率并行级联格形码(PCTC)Turbo编码器的系数是C00＝0，C10＝1，C20＝0，C30＝1，C01＝0，C11＝1，C21＝1，C31＝0，C02＝1，C12＝0，C22＝0，C32＝1，C03＝0，C13＝1，C23＝1，C33＝1，D0＝1，D1＝0，D2＝1。
综上所述，图10中的编码器系数定义如下：
A00＝0，A10＝1，A20＝0，A30＝0，
A01＝0，A11＝1，A21＝1，A31＝0，
A02＝1，A12＝0，A22＝0，A32＝1，
A03＝0，A13＝1，A23＝1，A33＝1，
B0＝1， B1＝0， B2＝1，
C00＝0，C10＝1，C20＝0，C30＝1，
C01＝0，C11＝1，C21＝1，C31＝0，
C02＝1，C12＝0，C22＝0，C32＝1，
C03＝0，C13＝1，C23＝1，C33＝1，
D0＝1，D1＝0，D2＝1。
对用于64QAM的PCTC Turbo编码器，符号映射方案与表2所示相同。
随机交织器是4个块交织器，块的大小为1248比特。
下面结合图1的方框图，来说明采用按照上述本发明的级联纠错编码器的地面数字多媒体电视广播系统。
1、数据扰乱/解扰
由于地面数字多媒体电视传输系统是在假设输入TS码流数据是非相关的这一基础上设计的。因此保证输入数据的非相关性就很重要。由于压缩数据有可能出现连续相同的比特，因此在进入传输系统前必须进行扰乱，确保数据的非相关。这对于同步提取，特别是OFDM信号的峰值—平均值功率比有特别重要的意义。
2、RS码编/解码器和时域的矩阵交错
RS码具有很强的纠正突发错误的能力，且编码效率较高，因此被选为外层纠错编码。系统中使用了RS(208，188)和RS(208，200)两种，以适应不同的应用情况。对于RS(208，188)，在RS编码器中，信息数据以8比特组成一个字节进行处理，每码字加入20个监督字节和一个同步字节，可纠10字节以内的误码，并可对超出纠错能力的误码给出报警信息。
RS编码器后跟随一个时域卷积交错器，共同构成外码。卷积交错在RS码字间进行，交错深度和宽度有三种方式：(104，6)、(52，4)、(16，13)，以适应不同的应用。时域交错将解码后的连续误码分散到不同的RS码字中，使其不超出RS码的纠错能力。
3、内码级联纠错编码
由于在实际应用中，存在着各种各样的应用环境、需求和数据类型。为了适应这种情况，内码纠错编码选为格形码TCM、卷积码、Turbo码和QPSK、16QAM、32QAM、64QAM的各种组合。解码采用Viterbi软判决算法。
纠错编码器后连接一个可选的频域交错器共同构成内码。频域交错在OFDM载波间进行。频域交错有两个作用。第一在多径环境下，它将深衰落的载波分散到其它载波中，提高了对多径的抵抗能力；第二在同播环境下，它将受同频干扰严重的载波分散开，提高了对同频干扰的抵抗能力。频域交错的任务是避免Viterbi解码出现突发错码。但是，在误码率较高时，Viterbi解码仍然有可能出现突发误码，这可由时域卷积交错器进一步将突发误码分散到不同的RS码字中去。
4、TDS-OFDM调制/解调
系统采用前面介绍的TDS-OFDM方案。其特点是同步头采用了沃尔什编码的扩频伪随机序列，能够实现快速同步，系统的同步时间约为5毫秒，而其它数字电视标准在100毫秒以上。而且同步抗干扰能力强，在-20dB信噪比下，也能可靠的恢复同步。
同时利用此时域插入序列进行信道性能的估计，采用信道冲激响应算法，具有噪声干扰影响小、算法复杂度低、估算精度高的特点。
OFDM解调过程包括建立同步、校正频率偏移、去除同频干扰、均衡多径信道和解码。程序如下：
(1)用匹配滤波器或其它相关算法检测帧同步信息，建立帧同步。
(2)由于OFDM对频率偏移比较敏感，因此，对频偏进行校正。
(3)计算多径信道冲激响应，得出每个载波上的均衡因子。
(4)对信息数据段作FFT变换。按照频谱模板提取信息信号，去除同频干扰。
(5)用均衡因子进行均衡，消除多径干扰。
(6)对均衡后的信息符号进行反交错和解码。
对上述系统进行的测试，得出的结果如图11-13所示。
1.对于调制方式为QPSK的第一和第二实施例
QPSK的性能曲线如图11所示。“Conv”列表示卷积仿真结果，卷积码的约束长度为9，并且使用了维特比软判决。“One”列、“Two”列、“Four”列分别表示在接收端进行“1”个迭代、“2”个迭代、“4”个迭代Turbo码的仿真结果。
Turbo码的码率为1/2，编码器的状态数目为8。码字的生成多项式为
Turbo码的块长度为1248比特。交织是伽罗瓦域(Galois Field)交织。编码器不产生任何的尾比特(Tail bit)。在MAP解码中，为了减少内存的需求，使用滑动窗方案。每个块(1248比特)被分为6个子块，每个子块之间有9比特的重叠，也就是说，窗的大小为217比特。
2.对于调制方式为16QAM的第三和第四实施例
16QAM的性能曲线如图12所示。“TCM”列表示TCM仿真结果。“One”列、“Two”列、“Four”列分别表示在接收端进行“1”个迭代、“2”个迭代、“4”个迭代的并行级联TCM(Parallel Concatnated TCM，PCTCM)码的仿真结果。
PCTCM有8个状态，它的码字生成器为h0＝013，h1＝004，h2＝015，使用自然映射。PCTCM块的大小为1248个符号，每个符号有2比特。交织器是两个S-随机交织器。每个用于一个符号中的一个比特。编码器不产生任何尾比特(Tail bit)。在MAP解码中，为了减少内存的需求，使用滑动窗方案。每个块(1248比特)被分为6个子块，每个子块之间有9比特的重叠，也就是说，窗的大小为217比特。
3.对于调制方式为64QAM的第五和第六实施例
64QAM的性能曲线如图13所示。“TCM”列表示TCM仿真结果。“One”列、“Two”列、“Four”列分别表示在接收端进行“1”个迭代、“2”个迭代、“4”个迭代的并行级联TCM(Parallel Concatnated TCM，PCTCM)码的仿真结果。
PCTCM有8个状态，它的码字生成器为h0＝013，h1＝004，h2＝006，h3＝011，h4＝007，使用自然映射。PCTCM块的大小为1248个符号，每个符号有4比特。交织器是四个S-随机交织器。每个用于一个符号中的一个比特。编码器不产生任何尾比特(Tail bit)。在MAP解码中，为了减少内存的需求，使用滑动窗方案。每个块(1248比特)被分为6个子块，每个子块之间有9比特的重叠，也就是说，窗的大小为217比特。
本发明不仅可用于地面、卫星、有线、微波和其它传输媒介，也可用于数据广播、互连网、和其它宽带多媒体信息传输及综合数据业务领域。
Claims (18)
1.一种级联纠错编码器，用于地面数字多媒体电视广播系统，其特征在于：它采用1/2码率卷积编码器与其后的QPSK调制器级联；
其中，QPSK调制器I符号的1/2码率、64状态卷积码为
G1(x)＝1+x+x2+x3+x6；
并且，QPSK调制器Q符号的1/2码率、64状态卷积码为
G2(x)＝1+x2+x3+x5+x6
2.一种级联纠错编码器，用于地面数字多媒体电视广播系统，其特征在于：
它包括：交织器，第一编码器，第二编码器，开关单元，以及复接器；
输入的信息数据流一路直接连到复接器，另一路依次连到第一编码器、交织器和第二编码器；第一编码器与第二编码器并行设置；所说的开关单元对第一编码器和第二编码器的输出进行交替地切换，其输出连到复接器的另一个输入端；复接器的输出作为其后信道传输调制级的内码。
3.按照权利要求2的级联纠错编码器，其特征在于进一步包括：所述第一编码器和第二编码器为1/2码率的并行级联系统卷积Turbo码编码器，所述的信道传输调制器为QPSK。
4.按照权利要求3的级联纠错编码器，其特征在于：所说的1/2码率的并行级联系统卷积Turbo编码器的系数：
A0＝0，A1＝1，A2＝1，A3＝1，A4＝0，A5＝1，A6＝0，B0＝1，B1＝0，B2＝0，B3＝1，B4＝0，B5＝0；
C0＝0，C1＝1，C2＝1，C3＝1，C4＝0，C5＝1，C6＝0，D0＝1，D1＝0，D2＝0，D3＝1，D4＝0，D5＝0。
5.按照权利要求4的级联纠错编码器，其特征在于：轮流选择Q0和Q1输出作为QPSK的Q信号，输入比特直接映射为QPSK的I信号。
6.一种级联纠错编码器，用于地面数字多媒体电视广播系统，其特征在于：它包括：分路器，第一编码器，第二编码器；该分路器将输入的传输码流分成两路，分别连到第一编码器和第二编码器；该第一编码器与第二编码器并行设置；该第一编码器与第二编码器的输出作为其后信道传输调制级的内码。
7.按照权利要求6的级联纠错编码器，其特征在于：所述第一编码器和第二编码器为1/2码率格形码编码器，所述的信道传输调制器为16QAM调制器。
8.按照权利要求7的级联纠错编码器，其特征在于：所述1/2码率格形编码器的系数为：
A0＝0，A1＝1，A2＝1，A3＝1，A4＝0，B0＝1，B1＝0，B2＝0，B3＝1；
C0＝0，C1＝1，C2＝1，C3＝1，C4＝0，D0＝1，D1＝0，D2＝0，D3＝1。
9.按照权利要求6的级联纠错编码器，其特征在于：所述第一编码器和第二编码器为2/3码率格形码编码器，所述信道传输调制器为64QAM调制器。
10.按照权利要求6的级联纠错编码器，其特征在于：所述2/3码率格形码编码器的系数为：
A01＝1，A11＝1，A21＝0，A31＝1，A00＝0，A10＝1，A20＝0，A30＝0，B0＝1，B1＝0，B2＝1；
C01＝1，C11＝1，C21＝0，C31＝1，C00＝0，C10＝1，C20＝0，C30＝0，D0＝1，D1＝0，D2＝1。
11.一种级联纠错编码器，用于地面数字多媒体电视广播系统，其特征在于：它包括：交织器，第一编码器，第二编码器；输入的信息数据流一路直接连到复接器，另一路依次连到第一编码器、交织器和第二编码器；该第一编码器与第二编码器并行设置；该第一编码器和第二编码器的输出作为其后信道传输调制级的内码。
12.按照权利要求11的级联纠错编码器，其特征在于：所述第一编码器和第二编码器为1/2码率并行级联格形码Turbo编码器，所述的信道传输调制器为16QAM调制器。
13.按照权利要求12的级联纠错编码器，其特征在于：所述1/2码率并行级联格形码Turbo编码器的系数为：
A01＝1，A11＝1，A21＝0，A31＝1，A00＝0，A10＝1，A20＝0，A30＝0，B0＝1，B1＝0，B2＝1；
C01＝1，C11＝1，C21＝0，C31＝1，C00＝0，C10＝1，C20＝0，C30＝0，D0＝1，D1＝0，D2＝1。
14.照权利要求13的级联纠错编码器，其特征在于：所述第一编码器和第二编码器为2/3码率并行级联格形码Turbo编码器，所述的信道传输调制器为64QAM调制器。
15.按照权利要求13的级联纠错编码器，其特征在于：所述2/3码率并行级联格形码Turbo编码器的系数为：
A00＝0，A10＝1，A20＝0，A30＝0，A01＝0，A11＝1，A21＝1，A31＝0，A02＝1，A12＝0，
A22＝0，A32＝1，A03＝0，A13＝1，A23＝1，A33＝1，B0＝1， B1＝0， B2＝1；
C00＝0，C10＝1，C20＝0，C30＝1，C01＝0，C11＝1，C21＝1，C31＝0，C02＝1，C12＝0，
C22＝0，C32＝1，C03＝0，C13＝1，C23＝1，C33＝1，D0＝1，D1＝0， D2＝1。
16.一种级联纠错编码方法，用于地面数字多媒体电视广播系统，其特征在于：
采用1/2码率卷积编码器作为内码纠错编码器，所述编码器的系数与其后的QPSK信道传输调制相关；
其中，作为QPSK调制I符号的1/2码率、64状态卷积码由下述方程式给出：
G1(x)＝1+x+x2+x3+x6；
并且，作为QPSK调制Q符号的1/2码率、64状态卷积码由下述方程式给出：
G2(x)＝1+x2+x3+x5+x6。
17.一种级联纠错编码方法，用于地面数字多媒体电视广播系统，其特征在于：
输入的信息数据流一路直接送到复接器，另一路送到第一编码器和第二编码器：
并行地设置第一编码器和第二编码器；
输入信息数据流在进入第二编码器之前先经过交织器，在所述交织器中进行数据的交织；
交替地切换第一编码器和第二编码器的输出；
将所述的直通的信息数据流以及所述的交替输出的第一编码器和第二编码器的输出作为其后信道传输调制级的内码。
18.一种级联纠错编码方法，用于地面数字多媒体电视广播系统，其特征在于：
将输入的传输码流分成两路，分别送到第一编码器和第二编码器；
并行地设置第一编码器与第二编码器；
将所述第一编码器与第二编码器的输出作为其后信道传输调制级的内码。
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