CN1617580A - 数字信号传输系统中的一种信号传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字信号传输系统中的信号传输方法。该方法将由多电平符号组成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。采用本发明设计的高效简洁的数据帧结构传输方法，可以以帧为不同传输业务最小独立传输单位的方式支持系统多种传输模式的混合传输，增加了系统选择不同业务的灵活度，扩展了系统的应用范围。本发明的信号传输方法即可以应用于单载波时域传输系统，也可以应用于多载波频域传输系统，还可以用于单载波时域传输系统的频域处理，因而更显灵活。该方法可以用于目前的数字电视地面广播系统。
Description
技术领域 本发明属于数字信号传输领域，特别涉及一种数字地面广播传输中传输信号的数据安排方法。
背景技术 如图1所示，典型的无线传输系统包括发射机和接收机。接收机中，如果有调谐器，则不必有下变频。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。
在数字电视地面广播传输系统中，主要分为单载波时域处理系统和多载波频域处理系统，前者如美国ATSC 8VSB系统，后者如欧洲的DVB-T COFDM系统和日本的ISDB-T系统。
在物理层的传输数据上，考虑到对抗信道衰落和其他干扰的情况下，需要在发端的数据流中，加入一些辅助数据，如确知信息、系统信息等，随同数据信息一起传输，用来帮助收端恢复数据。各种传输标准根据自身的特点，都对应有各自的独特的数据传输方法。比如，单载波系统中的训练序列就是以预置信息形式存在的确知信息，多载波系统中的导频也是收发两端都确知的确知信息，同时这两个系统都会传递系统信息，来帮助收端确定系统状态。
辅助数据对传输效率是有损伤的，但对恢复有效数据恰恰是非常必要的。比如说出现确知信息出现的周期，可以直接影响到系统跟踪信道动态变化的能力；预置信息的长度，直接影响信道估计的能力和信道传输的效率；系统信息的保护，也关系到系统模式能否被可靠地识别，等等。这些都是很容易理解的；因此，如何合理的安排辅助数据和有效数据信息的关系，既确定合理的数据传输方法，就成为系统设计的又一个核心问题；同时，为今后拓展各类业务，数据传输结构的安排还必须为日后拓展留有余地。
对于多载波系统，包括欧洲DVB-T系统和日本ISDB-T系统，其中的辅助数据中的确知信息主要以导频形式存在，并且以一定的间隔散布在一个OFDM符号中的相应的子载波上。导频分为固定位置的固定导频和位置随时间变化的移动导频两种。它的系统信息也是对应在OFDM符号的专门的传输信令符号(TPS)子载波上传输。考虑到多载波系统需要做快速傅立叶变换(FFT)及其逆变换(IFFT)，因此多载波系统的传输方法就表现在其辅助数据在整个OFDM符号中分布的位置，参见图2。目前国内清华大学的DMB-T方案采用了时域PN序列加频域数据的传输方法，参见图3。PN序列后跟上一段用于IFFT的频域数据合成一个基本传输单元。系统信息散布在频域数据中，仍然用特定位置的子载波传输。
作为单载波系统，美国ATSC系统以及本申请人在此前提出的ADTB-T系统将传输信号安排成帧、场、段结构，参见图4。在美国ATSC系统中，每帧包含两场，每场包含1个场同步段和312个数据段。其中的段/场/帧同步信号就是收发两端预知的预置信息，在ATSC的结构中，存在以1/313的帧和场的周期循环，以及以4/832为周期的段的循环，即存在两阶周期循环。
参见图5，在本申请人以前提出的ADTB-T系统中，不同调制模式下，每帧包含的场数不同，但每场都包含1个场同步段和52个数据段。同样也存在两阶的周期循环。
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。众所周知，固定接收和移动接收由于接收条件不同，其对传输系统的要求也相应地有所区别。固定接收时期望提高数据率，而移动接收时需要对信道实现快速跟踪。现有的设计没有充分考虑到这些差异，或者传输数据结构比较复杂，不利于优化系统性能。
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。该传输方法可以用于数字地面广播传输系统中。利用该信号传输方法的简洁的数据安排，既能够优化系统性能，同时还能满足数字地面广播传输的多种传输模式的传输要求。
本发明设计的信号传输方法是这样的：数字传输系统中传输的由多电平符号组成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、系统信息和数据信息作为数据帧中的起始位置可以不同，但顺序不变，如预置信息、系统信息、数据信息，或者系统信息、数据信息、预置信息，或者数据信息、预置信息、系统信息。
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。
预置信息的作用可以是作系统同步、时钟恢复、信道估计和均衡器训练之用。选择合适的PN序列，以保证系统同步获得的快速和可靠以及信道估计的迅速和准确。在本发明中，预置信息可以由PN序列附加一定位数的确知数据组成，以保证该预置信息的长度是2的幂次方，并且保证映射后的均值为零。
系统信息是用于决定该帧数据信息的传输模式以及用于未来的功能扩展，如调制模式、编码方式等。发端数据结构中的系统信息主要用于在接收端识别出该帧的传输模式，以做相应的处理。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，比如采用直接序列扩频方法来完成。
传送的数据信息由系统信息决定其调制方式、编码模式等，该数据信息既可以是时域的数据信息，也可以是频域的数据信息，包括经过IFFT或离散傅立叶逆变换(IDFT)处理后的数据，也可以是时域和频域的混合。
预置信息、系统信息、数据信息可以都是时域信号，也可以都是频域信号，还可以是时域和频域信号的混合。
在数字传输系统中，采用本发明设计的高效简洁的数据帧结构传输方法，传输系统可以通过设置系统信息位，以帧为传输数据最小构成单位。同时也可以以帧为不同传输业务最小独立传输单位的方式支持系统多种传输模式的混合传输，增加了系统选择不同业务的灵活度，扩展了系统的应用范围。用预置已知序列的方式，以得到可靠的系统同步和准确的信道估计，从而更好地恢复出传输的数据信息。由于预置信息的长度满足2的幂次方的关系，可以对预置信息进行傅立叶变换，也满足实现单载波频域均衡的可能。扩频保护的系统信息更加保证了传输系统的安全和可靠。针对不同的传输系统，数据信息的形式可以时域信号，也可以是频域信号。本发明的信号传输方法即可以应用于单载波时域传输系统，也可以应用于多载波频域传输系统，还可以用于单载波时域传输系统的频域处理，因而更显灵活。该方法可以用于目前的数字电视地面广播系统。
附图说明 以下结合附图和实施例对本发明给予进一步说明。
图1为典型的数字传输的系统框图。
图2为欧洲DVB-T的数据传输方法，显示了导频和TPS的设置。
图3为清华大学的DMB-T的数据传输方法。
图4为美国ATSC的数据帧场结构的信号传输方法。
图5为本申请人以前申请的ADTB-T数据帧场结构的信号传输方法。
图6为本发明的数字信号数据帧结构传输方式的第一实施例。
图7为多个PN序列组成预置信息。
图8为本发明的数字信号数据帧结构传输方式的第二实施例。
图9为本发明的数字信号数据帧结构传输方式的第三实施例。
具体实施方式 参照图6，数据信号按照帧结构传输，数据帧由预置信息、系统信息和数据信息三部分组成，并按照图示顺序排列。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。
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。选择合适的PN序列，以保证系统同步获得的快速和可靠以及信道估计的迅速和准确。因此预置信息的选择将根据系统的实际要求进行。
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PN序列，来辅助系统同步和信道估计。便于进行频域处理的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。这可以通过PN序列增添适当位数的确知数据来满足。同时为了使得添加确知数据后的预置信息的频谱特性仍然保持平坦，选择的确知数据应保证预置信息映射后的电平和(均值)为零。
预置信息可以是一个PN序列加上一定位数的确知数据组成，也可以是多个PN序列加上一定位数的确知数据组成。比如构成一个长度为1024的预置信息，可以用2个相同的(PN511+‘0’)组成；也可以用2个不同的(PN511+‘0’)组成；还可以用1个(PN511+‘0’)再加上其循环扩展组成，参见图7。
PN序列可以选择常用的二电平序列，也可以采用相关特性更好的三电平PN序列，也可以是对二进制的PN序列进行16OQAM映射后得到4电平的PN序列等。其后所加入的一定位数的确知信号的电平取决于PN序列的电平。
预置信息的长度影响系统跟踪信道特性的能力，但同时也影响系统的传输效率，因此需要根据实际使用情况来设定，一般可以取64、256、512、1024或者2048位。在有线传输的情况下，信道条件比无线地面的要简单和好的多，那么预置信息的长度在有线传输中就可以选用较无线传输中短的预置信息；而在小区域传输话音业务时，该传输模式的预置信息也可以较短。
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。
同预置信息一样，系统信息的选择也是根据业务需求的不同而定，并在接收端自动识别。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。这也是根据不同传输环境下对系统的保护程度需要而确定的。
传送的数据信息由系统信息决定其调制方式，编码模式等，该数据信息既可以是时域的数据信息，也可以是频域的数据信息，包括经过IFFT或IDFT处理后的数据，也可以是时域和频域的混合。因此该种数字信号传输方法可以应用于单载波时域传输系统，也可以用于多载波频域传输系统，还可以用于单载波时域传输系统的频域处理。
每帧中的数据信息可以是二电平数据，也可以是多电平数据。
预置信息、系统信息、数据信息可以都是时域信号，也可以都是频域信号，还可以是时域和频域信号的混合。
本发明设计的信号传输方法，并不要求预置信息、系统信息和数据信息在数据帧中分别处于第一、第二和第三的位置，也就是说帧的起始点可以不同。但三部分的顺序不变：数据帧可以以预置信息开始，后跟系统信息和数据信息；也可以以系统信息开始，后面跟数据信息和预置信息，参见图8；还可以以数据信息开始，后面跟预置信息和系统信息，参见图9。
Claims (10)
1.数字信号传输系统中的一种信号传输方法，数据流被分为一个一个连续的数据帧进行传输，其特征在于：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的传输模式以及未来功能扩展的系统信息、数据信息这三部分；
预置信息、系统信息和数据信息在数据帧中的顺序不变，但作为帧的起始点可以不同，并以此形成单纯的一阶循环；帧可以以预置信息开始，后跟系统信息和数据信息；或者以系统信息开始，后面跟数据信息和预置信息；或者以数据信息开始，后面跟预置信息和系统信息；
预置信息、系统信息和数据信息都是时域信号，或者都是频域信号，或者是时域和频域信号的混合。
2.根据权利要求1所述的信号传输方法，其特征在于：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所述的信号传输方法，其特征在于：所述预置信息由至少一个时域PN序列加上一定位数确知信号组成，或者由频域的扫频信号组成，其长度为2的幂次方。
4.根据权利要求3所述的信号传输方法，其特征在于：组成预置信息的PN序列是二电平的PN序列，或者是多电平的PN序列；其后所加入的一定位数的确知信号的电平取决于PN序列的电平。
5.根据权利要求4所述的信号传输方法，其特征在于：所述多电平的PN序列为三电平PN序列，或者是对二进制的PN序列进行160QAM映射后得到4电平的PN序列。
6.根据权利要求3或4所述的信号传输方法，其特征在于：选择的确知数据保证预置信息映射后的电平和为零。
7.根据权利要求3或4或5所述的信号传输方法，其特征在于：所述预置信息的长度为64位、256位、512位、1024位或2048位中的一种。
8.根据权利要求7所述的信号传输方法，其特征在于：预置信息映射后的电平和为零。
9.根据权利要求1至5项中任意一项所述的信号传输方法，其特征在于：采用直接序列扩频方法来扩频保护系统信息。
10.根据权利要求9所述的信号传输方法，其特征在于：在有线传输方式下，系统信息的长度是32或64位；在无线传输模式下，系统信息的长度是64或128位。
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