CN1407803A - 数字电视广播传输中的数据交织方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数字电视广播传输中的数据交织方法。随机化后的数据经过T＝10(207，187)的RS编码后进入交织器，交织器采用卷积交织的方式进行数据交织。段同步作为一个整体参与交织，帧/场同步及帧/场中的段同步不参与交织。交织深度为一帧，数据交织在帧内充分进行而不跨越帧的界限。针对不同的传输模式选取不同的交织参数M和B，既达到了理想的交织效果，又保证了系统传输多种业务的灵活性。

Description

数字电视广播传输中的数据交织方法
本发明属于数字信号传输领域，特别涉及数字电视广播传输中对传输数据进行交织处理的方法。
典型的数字电视广播传输系统(见图1)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。
新的数字电视广播传输系统采用偏置正交幅度调制方式(Offset QAM，简称OQAM)。OQAM调制与其它常用的调制方式[如正交幅度调制(QAM)、残留边带调制(VSB)方式]的I通道和Q通道的数据组成见图2。在OQAM调制过程中，输入数据经编码后轮流送入I通道和Q通道；在VSB调制过程中，输入数据经编码后只送入I通道；在QAM调制过程中，输入数据经编码后分别以比OQAM和VSB方式降低一半的采样速率同时送入I通道和Q通道。与VSB和QAM相比，由于OQAM信号同时具备时域和载波相位的对称特点，因此在接收端的载波和时钟恢复两个过程可以独立完成而不相互交叉，有利于接收机实现更稳定的接收及降低接收机成本。
数字电视广播传输系统的应用领域包括数字电视地面广播、数字电视有线广播、数字电视微波广播(MMDS)和数字电视卫星广播等。本发明内容主要涉及数字电视地面广播、有线广播及MMDS广播系统。在新的数字电视广播系统中，地面广播有三种传输模式，分别是：用于固定业务的“2/3内码的64-OQAM”，用于移动业务的“1/2内码的16-OQAM”和用于数据业务的“1/2内码的4-OQAM”。有线电视和MMDS广播有四种传输模式，分别是高数据模式256-OQAM、高数据模式64-OQAM、普通数据模式16-OQAM和普通数据模式4-OQAM。根据业务需要和实际应用环境，往往要求系统含有混合传输模式。不同的传输模式下，传输信号可以有不同的帧/场格式，即一帧信号由不同数目的场信号构成，一场信号包括不同的数据段。
数字电视地面广播系统在传输时对输入数据要进行一系列信道编码的处理，包括数据随机化、Reed-Solomon(RS)外编码、数据交织、采用网格编码TCM(2/3码率对应64-OQAM，1/2码率对应16-OQAM)或卷积编码(1/2码率)或块编码(1/2码率)方式的内编码，加入同步信号、导频信号，信道成形滤波，上变频等。其处理的模块电路和流程见图3。与数字电视地面广播系统相比，数字电视有线广播和MMDS广播系统除不包含内编码模块电路外，其余基本相同。也就是说，地面、有线、MMDS广播系统之间有很强的兼容性。
为了对付信道中的冲击噪声(Impulse Noise)干扰，以及配合信道编码，数字电视广播传输系统要对数据实行交织处理。虽然交织对内码有益，但交织并不参与内码的编码过程。通常，数据交织采用卷积交织运算法则。卷积交织通过有效地分散数据结构中不同数量的字节来打乱连续的字节群，使突发错误分散开来，以便用纠错解码恢复正确数据，解交织进行相对应的反向处理。数据交织涉及到三个重要的参数，即预期的最大冲击噪声长度LN、RS解码器能够纠错的误码字节数L以及RS块的大小LRS。据此，所设计的交织深度LM至少应达到LM＝LNXLRS/L。如果交织深度太小，避免冲击噪声的效果就差。但是，交织深度也不能设计得过大，否则编码端的交织和解码端的解交织过程会产生大的系统传输延迟，这一点对于具备双向交互通信要求的广播系统(尤其是有线广播系统)会造成应用上的限制。
本发明的目的是为含有混合传输模式的数字电视广播传输系统设计相应的数据交织方式，以便有效地避免信道中的冲击噪声干扰，同时简化实现电路的结构。
本发明设计的数据交织方法是这样的：在数字电视广播传输系统中，对于各种传输模式，都采用卷积交织的方式进行数据交织处理。输入数据被随机化后进入外码编码器，外码采用T＝10(207，187)的RS编码。RS数据尺寸为187字节，携带20字节的校验位，每个RS数据块为207字节。由此确定RS解码器能够纠错的误码字节数L以及RS块的大小LRS。因为地面广播信道与有线及MMDS广播信道相比，含有强得多的冲击噪声干扰，所以需要对应设计较大的交织深度。另一方面，地面广播的各传输模式的帧所包含的场数目比有线及MMDS广播的各传输模式的多。因此，本发明为地面广播、有线及MMDS广播的各传输模式所设计的交织深度同为一帧数据。设M为交织器每一路单位延迟量的字节数，B为交织器转换开关一个周期所包含的路的个数，通过设置不同的B和M的组合，可以实现地面广播的三种传输业务具有相同的交织时间长度。为了简化实现电路的结构，有线广播和MMDS广播的四种传输模式采用相同的交织参数。选择适当的参数，这种设计能够满足有线和MMDS广播信道中相对较好的冲击噪声环境要求。
在传输信号组成中，交织器对经随机化和RS外编码后的数据及其外编码所产生的RS校验位作用。段同步作为一个整体参与交织，帧/场同步及帧/场中的段同步不参与交织。
在混合传输模式下，各模式使用各自的随机化器、各自的RS编码器、各自的交织器和各自的内码编码器，相互之间没有关系。各模式的随机化器、交织器等通过各自的同步复位信号复位。卷积交织器的输入和输出通过帧/场同步信号中的信息位复位。在正常运行时，交织器每一帧重复一次，无需再次复位。
本发明综合考虑地面广播、有线及MMDS广播的信道特征以及各传输模式下帧/场结构的的差异，将数据交织深度设为与数据业务帧的长度一致。这样，数据交织在帧内充分进行而不跨越帧的界限，保证了多种不同的业务能够以帧为单位灵活组合。本发明根据实际应用需要为各传输模式设置相应的交织参数，既达到了理想的交织效果，又保证了系统传输多种业务的灵活性。
以下结合附图进一步描述本发明的实施例一；
图1为典型的数字电视广播传输系统框图。
图2为VSB、QAM和OQAM的I，Q通道信号组成。
图3a为数字地面广播系统中发射机的各功能模块电路和流程。
图3b为数字有线、MMDS广播系统中发射机的各功能模块电路和流程。
图4为数字电视广播系统的帧/场格式示意图。
图5为地面广播64-OQAM传输模式中卷积交织器的原理和参数。
图6为地面广播16-OQAM传输模式中卷积交织器的原理和参数。
图7为地面广播4-OQAM传输模式中卷积交织器的原理和参数。
图8为数字有线、MMDS广播系统4-OQAM、16-OQAM、64-OQAM和256-OQAM传输模式中卷积交织器的原理和参数。
在本实施例中，地面广播的三种传输模式和有线及MMDS广播的四种传输模式具有相同的段、场结构。传输信号以“场”为单位一场接一场地发送，帧/场格式如图4所示，每一场由53段组成，其中第一段为帧/场同步信号，后52段为数据信号。数字地面广播系统的每一帧由16场组成，数字电视有线广播和MMDS广播系统在采用256-OQAM传输模式时每一帧由3场组成、在采用64-OQAM传输模式时每一帧由4场组成、在采用16-OQAM传输模式时每一帧由6场组成、在采用4-OQAM传输模式时每一帧由12场组成。任何一帧的帧/场同步信号中的系统信息将指出该帧的开始。对于各种传输模式，每段的长度都相同，含有836个符号，其中前8个符号是段同步信号，每段出现一次，后828个符号是经过交织的数据信号或帧/场同步信号，交织后的段同步的位置不变。
输入数据被随机化后进入外码编码器，外码采用T＝10(207，187)的RS编码。RS数据尺寸为187字节，携带20字节的校验位，每个RS数据块为207字节。在外编码器之后是交织器，本发明采用卷积交织方式，以字节为单位对输入数据进行交织。数据交织深度和方式与系统的传输模式及每种传输模式所对应的帧/场格式有关。针对上述不同的传输模式，各卷积交织器的原理和参数分别见图5、图6、图7和图8。图中方格表示八位并行移位寄存器，转换开关每个字节周期换一次位置。M为交织器每一路单位延迟量的字节数，B为交织器转换开关一个周期所包含的路的个数。
交织器对经随机化和RS外编码后的数据及其外编码所产生的RS校验位作用，段同步作为一个整体参与交织，帧/场同步及帧/场中的段同步不参与交织。
各卷积交织器的参数选择如下：
1)数字地面广播系统中的2/3内码的64-OQAM模式
卷积交织器深度选择为16场，每场含52个数据段，即卷积交织器深度为832段。在图5中，M＝4，B＝208，段同步作为一个整体参与交织，从MUX的第1路直通。交织后的数据经2/3的内码编码和8电平映射后形成1帧，共16场，832个数据段。
2)数字地面广播系统中的1/2内码的16-OQAM
卷积交织器深度选择为16场，每场含52个数据段，即卷积交织器深度为832段。在图6中，M＝2，B＝208，段同步作为一个整体参与交织，从MUX的第1路直通。交织后的数据经1/2的内码编码和4电平映射后形成1帧，共16场，832个数据段。
3)数字地面广播系统中的1/2内码的4-OQAM
卷积交织器深度选择为16场，每场含52个数据段，即卷积交织器深度为832段。在图7中，M＝1，B＝208，段同步作为一个整体参与交织，从MUX的第1路直通。交织后的数据经1/2的内码编码和2电平映射后形成1帧，共16场，832个数据段。
4)数字有线、MMDS广播系统中的4-OQAM、16-OQAM、64-OQAM和256-OQAM
卷积交织器深度选择为一帧。数字有线、MMDS广播系统中的1帧，对应256-OQAM调制方式的3场，64-OQAM调制方式的4场，16-OQAM调制方式的6场，4-OQAM调制方式的12场，均含6个完整的交织周期，每场含52个数据段。在图8中，M＝6，B＝104，段同步作为一个整体参与交织，从MUX的第1路直通。交织后的数据分别经多电平映射后采用相应的调制。
在混合传输模式下，各模式使用各自的随机化器、各自的RS编码器、各自的交织器和各自的内码编码器，相互之间没有关系。各模式的随机化器、交织器等通过各自的同步复位信号复位。卷积交织器的输入和输出通过帧/场同步信号中的信息位复位。在正常运行时，交织器每一帧重复一次，无需再次复位。
以下结合附图进一步描述本发明的实施例二。
图9a为数字地面广播系统的帧/场格式示意图。
图9b为数字有线、MMDS广播系统256-OQAM场格式示意图。
图9c为数字有线、MMDS广播系统64-OQAM场格式示意图。
图9d为数字有线、MMDS广播系统16-OQAM场格式示意图。
图9e为数字有线、MMDS广播系统4-OQAM场格式示意图。
图10为地面广播64-OQAM传输模式中卷积交织器的原理和参数。
图11为地面广播16-OQAM传输模式中卷积交织器的原理和参数。
图12为地面广播4-OQAM传输模式中卷积交织器的原理和参数。
图13为数字有线、MMDS广播系统4-OQAM、16-OQAM、64-OQAM和256-OQAM传输模式中卷积交织器的原理和参数。
在本实施例中，地面广播的三种传输模式和有线及MMDS广播的四种传输模式具有不相同的段、场结构。数字电视地面广播系统在采用2/3内码的64-OQAM、1/2内码的16-OQAM或1/2内码的4-OQAM传输模式的帧/场格式如图9a所示，每一帧由16场组成，每一场由79段组成，其中第一段为帧/场同步信号，后78段为数据信号；数字电视有线广播和MMDS广播系统在采用256-OQAM、64-OQAM、16-OQAM和4-OQAM传输模式的场格式分别如图9b、图9c、图9d和图9e所示，每一帧由一场组成，每一场对应四种传输模式，分别由79/105/157/313段组成，其中第一段为场同步信号，后面分别对应78/104/156/312段为数据信号。对于各种传输模式，每段的长度都相同，含有836个符号，其中前8个符号是段同步信号，每段出现一次，后828个符号是经过交织的数据信号或帧/场同步信号，交织后的段同步的位置不变。
输入数据被随机化后进入外码编码器，外码采用T＝10(207，187)的RS编码。RS数据尺寸为187字节，携带20字节的校验位，每个RS数据块为207字节。在外编码器之后是交织器，本发明采用卷积交织方式，以字节为单位对输入数据进行交织。数据交织深度和方式与系统的传输模式及每种传输模式所对应的帧/场格式有关。针对上述不同的传输模式，各卷积交织器的原理和参数分别见图10、图11、图12和图13。图中方格表示八位并行移位寄存器，转换开关每个字节周期换一次位置。M为交织器每一路单位延迟量的字节数，B为交织器转换开关一个周期所包含的路的个数。
交织器对经随机化和RS外编码后的数据及其外编码所产生的RS校验位作用，段同步作为一个整体参与交织，帧/场同步及帧/场中的段同步不参与交织。
各卷积交织器的参数选择如下：
1)数字地面广播系统中的2/3内码的64-OQAM
卷积交织器深度选择为16场，每场含78个数据段，即卷积交织器深度为1248段。在图10中，M＝6，B＝208，段同步作为一个整体参与交织，从MUX的第1路直通。交织后的数据经2/3的内码编码和8电平映射后形成1帧，共16场，1248个数据段。
2)数字地面广播系统中的1/2内码的16-OQAM
卷积交织器深度选择为16场，每场含78个数据段，即卷积交织器深度为1248段。在图11中，M＝3，B＝208，段同步作为一个整体参与交织，从MUX的第1路直通。交织后的数据经1/2的内码编码和4电平映射后形成1帧，共16场，1248个数据段。
3)数字地面广播系统中的1/2内码的4-OQAM
卷积交织器深度选择为16场，每场含78个数据段，即卷积交织器深度为1248段。在图12中，M＝6，B＝104，段同步作为一个整体参与交织，从MUX的第1路直通。交织后的数据经1/2的内码编码和2电平映射后形成1帧，共16场，1248个数据段。
4)数字有线、MMDS广播系统中的4-OQAM、16-OQAM、64-OQAM和256-OQAM
卷积交织器深度选择为1场，每场对应4-OQAM、16-OQAM、64-OQAM、256-OQAM分别含312、156、104和78个数据段，即卷积交织器深度分别为312、156、104和78段。在图13中，M＝3，B＝104，段同步作为一个整体参与交织，从MUX的第1路直通。交织后的数据分别经2电平、4电平、8电平、16电平映射后形成1帧，共1场，分别为312、156、104和78个数据段。
在混合传输模式下，各模式使用各自的随机化器、各自的RS编码器、各自的交织器和各自的内码编码器，相互之间没有关系。各模式的随机化器、交织器等通过各自的同步复位信号复位。卷积交织器的输入和输出通过帧/场同步信号中的信息位复位。在正常运行时，交织器每一帧重复一次，无需再次复位。

Claims (3)

1.一种数字电视广播传输中的数据交织方法，其特征在于：随机化后的数据经过T＝10(207，187)的RS编码后进入交织器，交织器采用卷积交织的方式进行数据交织，交织深度为一帧，交织器每一路单位延迟量为M字节，交织器转换开关一个周期包含B路；段同步作为一个整体参与交织，帧/场同步及帧/场中的段同步不参与交织；交织器的输入和输出通过帧/场同步信号中的信息位复位，正常运行时交织器每一帧重复一次，无须再次复位；在混合传输模式下，各模式使用各自的RS编码器和各自的交织器，相互之间没有关系。
2.根据权利要求1所述的数据交织方法，其特征在于：该数据交织方法适用于地面广播的三种传输模式和有线及MMDS广播的四种传输模式的各场都由52个数据段组成的数字电视广播系统，段同步作为一个整体参与交织，从MUX的第1路直通；在地面广播系统中的2/3内码的64-OQAM传输模式中，一帧对应16场，M等于4，B等于208；在地面广播系统中的1/2内码的16-OQAM传输模式中，一帧对应16场，M等于2，B等于208；在地面广播系统中的1/2内码的4-OQAM传输模式中，一帧对应16场，M等于1，B等于208；在有线及MMDS广播系统中的4-OQAM、16-OQAM、64-OQAM和256-OQAM传输模式中，一帧分别对应12场、6场、4场和3场，M均等于6，B均等于104。
3.根据权利要求1所述的数据交织方法，其特征在于：该数据交织方法适用于地面广播的三种传输模式和有线及MMDS广播的四种传输模式具有不同段、场结构的数字电视广播系统，段同步作为一个整体参与交织，从MUX的第1路直通；在地面广播系统中的2/3内码的64-OQAM传输模式中，一帧对应16场，每场含78个数据段，M等于6，B等于208；在地面广播系统中的1/2内码的16-OQAM传输模式中，一帧对应16场，每场含78个数据段，M等于3，B等于208；在地面广播系统中的1/2内码的4-OQAM传输模式中，一帧对应16场，每场含78个数据段，M等于6，B等于104；在有线及MMDS广播系统中的4-OQAM、16-OQAM、64-OQAM和256-OQAM传输模式中，一帧均为一场，每场对应4-OQAM、16-OQAM、64-OQAM和256-OQAM分别含312、156、104和78个数据段，M均等于3，B均等于104。
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