CN1642049A - 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

本发明公开了一种利用扩展频谱技术实现数字地面广播传输中传输系统信息的方法。该方法利用随机化后的128比特的两电平序列表达系统信息，每种传输模式的系统信息对应于一个两电平序列。用一个8位的二进制数X[7..0]表示256个两电平序列的编号，其高7位X[7..1]对应Walsh块A₁₂₈的128行，即0至127的整数，每一序列从左到右128比特，用计数器Y[6..0]表示，设发送端对应Walsh块A₁₂₈所产生的比特为z(X，Y)，则其产生公式为：z(X，Y)=(X[7]&Y[6])(X[6]&Y[5])(X[5]&Y[4])(X[4]&Y[3])(X[3]&Y[2])(X[2]&Y[1])(X[1]&Y[0])1，再将z(X，Y)通过扰码电路得到m(X，Y)，最后求出n(X，Y)=m(X，Y)X[0]，即可得到所有需要的两电平序列。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。如图1所示，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。

在美国ATSC的VSB数字地面广播传输方案不包含混合传输模式，即系统信息是始终不变的。然而，本申请人设计的高级数字电视地面广播系统(ADTB-T系统)传输三种业务，分别是电视信号固定接收(简称“固定业务”)、电视信号移动接收(简称“移动业务”)和数据信号移动接收(简称“数据业务”)。其中，固定业务可以选择16-OQAM传输模式或32-OQAM传输模式；移动业务可以选择4-OQAM传输模式或者其增强模式(4-OQAM-E)，4-OQAM-E传输模式可以通过在4-OQAM传输模式中结合Nordstrom-Robinson码等方式实现；数据业务可以选择4-OQAM-E传输模式。在混合传输模式下，各种业务各自的传输模式以帧为单位任意混合，各帧的传输模式由该帧中的系统信息明确指出。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，ADTB-T系统使用了Turbo乘积码等先进的编码方式，对于不同的传输模式具有不同的工作门限。然而，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。

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

本发明设计的传输方法是这样的：利用128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128比特的两电平序列来表达，而这些两电平的序列共有256个，衍生于128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。公式2中，A_n为上一阶的Walsh块, 即为A_n取反。

$W=\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& 0\end{array}\right]$

                      公式1  基本的Walsh块

$A_n\→A_{2n}=\left[\begin{array}{cc}{A}_n& A_n\\ A_n& \stackrel{\‾}{A_n}\end{array}\right],$ n＝1，2，4，8Λ 2^k，k为非负整数

                      公式2  Walsh块的系统化产生方法

直接采用上述方法产生的Walsh矢量(每一行)作为信息序列效果不太理想，因为其频谱特性不够平坦。因此，这些Walsh矢量都需要被随机化，即每一行都与一个长度为128的随机序列进行异或非运算。随机化后得到128个128位长的序列，将任一序列的128个比特取相反符号时，可以得到其互补的序列。由此，可以将128个信息序列扩展到256个。

将扩展得到的256个信息序列中的每个序列分别给予定义，即每个128位长的序列代表某一特定的系统信息，确定相应的传输模式，或者定义为保留模式。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传输模式，以便进行相应的处理。接收机接收到保留模式时，对信号不作处理，跳过该帧。

在理论上，128位的扩展可以得到21dB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-12dB。虽然系统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系统信息位，从而保证传输系统能够正常工作。

以下结合附图和实施例进一步描述本发明：

附图说明    图1为典型的数字传输系统框图。

图2为PN127的产生方式。

图3为128×128Walsh块产生的电路图。

具体实施方式    在ADTB-T系统中，利用128比特的两电平序列来表达系统信息，即每一个系统信息由一个128比特的两电平序列来表达。这些两电平序列衍生于128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。公式2中，A_n为上一阶的Walsh块，

即为A_n取反。

$W=\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& 0\end{array}\right]$

                      公式1  基本的Walsh块

$A_n\→A_{2n}=\left[\begin{array}{cc}{A}_n& A_n\\ A_n& \stackrel{\‾}{A_n}\end{array}\right],$ n＝1，2，4，8Λ 2^k，k为非负整数

                    公式2  Walsh块的系统化产生方法

根据公式1和公式2，可以产生2^k个2^k位长的Walsh矢量，k＝0，1，2，3，4Λ。例如，A1＝[0]， $A_2=\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& 0\end{array}\right],$ $A_4=\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& 0& 1& 0\\ 1& 1& 0& 0\\ 1& 0& 0& 1\end{array}\right],\·\·\·\·\·\·.$ 按照该方法迭代至128位长，即可生成128个128位长的Walsh矢量，参见表一。

表一  128个(行)128位长的Walsh矢量具体如下：

第1矢量(行)：

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第2矢量(行)：

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第3矢量(行)：

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第4矢量(行)：

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第5矢量(行)：

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第6矢量(行)：

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第7矢量(行)：

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第8矢量(行)：

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第9矢量(行)：

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第10矢量(行)：

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第11矢量(行)：

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第12矢量(行)：

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第13矢量(行)：

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第14矢量(行)：

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第15矢量(行)：

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第16矢量(行)：

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第17矢量(行)：

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第18矢量(行)：

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第19矢量(行)：

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第20矢量(行)：

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第21矢量(行)：

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第22矢量(行)：

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第23矢量(行)：

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第24矢量(行)：

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第25矢量(行)：

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第26矢量(行)：

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第27矢量(行)：

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第28矢量(行)：

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第29矢量(行)：

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第30矢量(行)：

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第31矢量(行)：

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第32矢量(行)：

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第33矢量(行)：

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第34矢量(行)：

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第35矢量(行)：

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第36矢量(行)：

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第37矢量(行)：

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第38矢量(行)：

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第39矢量(行)：

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第40矢量(行)：

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第41矢量(行)：

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第42矢量(行)：

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第43矢量(行)：

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1001100110000110011110011000011001100110011110011000011001111

001100

第44矢量(行)：

1001100101100110100110010110011001100110100110010110011010011

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011001

第45矢量(行)：

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110000

第46矢量(行)：

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100101

第47矢量(行)：

1100001100111100110000110011110000111100110000110011110011000

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000011

第48矢量(行)：

1001011001101001100101100110100101101001100101100110100110010

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010110

第49矢量(行)：

1111111111111111000000000000000000000000000000001111111111111

1111111111111111111000000000000000000000000000000001111111111

111111

第50矢量(行)：

1010101010101010010101010101010101010101010101011010101010101

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101010

第51矢量(行)：

1100110011001100001100110011001100110011001100111100110011001

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001100

第52矢量(行)：

1001100110011001011001100110011001100110011001101001100110011

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011001

第53矢量(行)：

1111000011110000000011110000111100001111000011111111000011110

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110000

第54矢量(行)：

1010010110100101010110100101101001011010010110101010010110100

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100101

第55矢量(行)：

1100001111000011001111000011110000111100001111001100001111000

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000011

第56矢量(行)：

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010110

第57矢量(行)：

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第58矢量(行)：

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010101

第59矢量(行)：

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110011

第60矢量(行)：

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100110

第61矢量(行)：

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001111

第62矢量(行)：

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011010

第63矢量(行)：

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111100

第64矢量(行)：

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101001

第65矢量(行)：

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000000

第66矢量(行)：

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010101

第67矢量(行)：

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110011

第68矢量(行)：

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100110

第69矢量(行)：

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001111

第70矢量(行)：

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011010

第71矢量(行)：

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111100

第72矢量(行)：

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101001

第73矢量(行)：

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第74矢量(行)：

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101010

第75矢量(行)：

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001100

第76矢量(行)：

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011001

第77矢量(行)：

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第78矢量(行)：

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第79矢量(行)：

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第80矢量(行)：

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010110

第81矢量(行)：

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第82矢量(行)：

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第83矢量(行)：

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001100

第84矢量(行)：

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011001

第85矢量(行)：

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第86矢量(行)：

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第87矢量(行)：

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第88矢量(行)：

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第89矢量(行)：

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第90矢量(行)：

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第91矢量(行)：

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第92矢量(行)：

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第93矢量(行)：

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第94矢量(行)：

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第95矢量(行)：

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第96矢量(行)：

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第97矢量(行)：

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第98矢量(行)：

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101010

第99矢量(行)：

1100110011001100110011001100110000110011001100110011001100110

0110011001100110011001100110011001111001100110011001100110011

001100

第100矢量(行)：

1001100110011001100110011001100101100110011001100110011001100

1100110011001100110011001100110011010011001100110011001100110

011001

第101矢量(行)：

1111000011110000111100001111000000001111000011110000111100001

1110000111100001111000011110000111111110000111100001111000011

110000

第102矢量(行)：

1010010110100101101001011010010101011010010110100101101001011

0100101101001011010010110100101101010100101101001011010010110

100101

第103矢量(行)：

1100001111000011110000111100001100111100001111000011110000111

1000011110000111100001111000011110011000011110000111100001111

000011

第104矢量(行)：

1001011010010110100101101001011001101001011010010110100101101

0010110100101101001011010010110100110010110100101101001011010

010110

第105矢量(行)：

1111111100000000111111110000000000000000111111110000000011111

1110000000011111111000000001111111111111111000000001111111100

000000

第106矢量(行)：

1010101001010101101010100101010101010101101010100101010110101

0100101010110101010010101011010101010101010010101011010101001

010101

第107矢量(行)：

1100110000110011110011000011001100110011110011000011001111001

1000011001111001100001100111100110011001100001100111100110000

110011

第108矢量(行)：

1001100101100110100110010110011001100110100110010110011010011

0010110011010011001011001101001100110011001011001101001100101

100110

第109矢量(行)：

1111000000001111111100000000111100001111111100000000111111110

0000000111111110000000011111111000011110000000011111111000000

001111

第110矢量(行)：

1010010101011010101001010101101001011010101001010101101010100

1010101101010100101010110101010010110100101010110101010010101

011010

第111矢量(行)：

1100001100111100110000110011110000111100110000110011110011000

0110011110011000011001111001100001111000011001111001100001100

111100

第112矢量(行)：

1001011001101001100101100110100101101001100101100110100110010

1100110100110010110011010011001011010010110011010011001011001

101001

第113矢量(行)：

1111111111111111000000000000000000000000000000001111111111111

1110000000000000000111111111111111111111111111111110000000000

000000

第114矢量(行)：

1010101010101010010101010101010101010101010101011010101010101

0100101010101010101101010101010101010101010101010100101010101

010101

第115矢量(行)：

1100110011001100001100110011001100110011001100111100110011001

1000011001100110011110011001100110011001100110011000011001100

110011

第116矢量(行)：

010110011001100101100110011001100110011001100110100110011001100101100110

01100110100110011001100110011001100110010110011001100110

第117矢量(行)：

1111000011110000000011110000111100001111000011111111000011110

0000000111100001111111100001111000011110000111100000000111100

001111

第118矢量(行)：

1010010110100101010110100101101001011010010110101010010110100

1010101101001011010101001011010010110100101101001010101101001

011010

第119矢量(行)：

1100001111000011001111000011110000111100001111001100001111000

0110011110000111100110000111100001111000011110000110011110000

111100

第120矢量(行)：

1001011010010110011010010110100101101001011010011001011010010

1100110100101101001100101101001011010010110100101100110100101

101001

第121矢量(行)：

1111111100000000000000001111111100000000111111111111111100000

0000000000011111111111111110000000011111111000000000000000011

111111

第122矢量(行)：

1010101001010101010101011010101001010101101010101010101001010

1010101010110101010101010100101010110101010010101010101010110

101010

第123矢量(行)：

1100110000110011001100111100110000110011110011001100110000110

0110011001111001100110011000011001111001100001100110011001111

001100

第124矢量(行)：

1001100101100110011001101001100101100110100110011001100101100

1100110011010011001100110010110011010011001011001100110011010

011001

第125矢量(行)：

1111000000001111000011111111000000001111111100001111000000001

1110000111111110000111100000000111111110000000011110000111111

110000

第126矢量(行)：

1010010101011010010110101010010101011010101001011010010101011

0100101101010100101101001010101101010100101010110100101101010

100101

第127矢量(行)：

1100001100111100001111001100001100111100110000111100001100111

1000011110011000011110000110011110011000011001111000011110011

000011

第128矢量(行)：

1001011001101001011010011001011001101001100101101001011001101

0010110100110010110100101100110100110010110011010010110100110

010110

直接采用上述Walsh矢量作为信息序列效果不太理想，因为其频谱特性不够平坦。因此，这些Walsh矢量都需要被随机化，即每一矢量都与一个长度为128的随机序列进行异或非。

用于随机化的随机序列可以由一个7比特的移位寄存器产生一个长度为127的最大长度序列后再加上一个0产生。产生该127位最大长度序列的方法见图2。其产生公式是X⁷+X³+1，预设值为0000001。其完整的序列如下：

1000000100010011000101110101101100000110011010100111001111011

0100001010101111101001010001101110001111111000011101111001011

00100

PN127加上第128位的0产生的128位随机序列为：

1000000100010011000101110101101100000110011010100111001111011

0100001010101111101001010001101110001111111000011101111001011

001000

根据公式1和公式2产生的128位长Walsh矢量与上述128位随机序列异或非后得到128个128位长的序列。将任一序列的128个比特取相反符号，得到其互补的序列，从而将128个信息序列扩展到256个，并组成系统信息查找表，其中的128个奇数矢量对应表一的128个矢量与128位随机序列异或非之后得到的128个矢量，128个偶数矢量分别一一对应于其上一奇数矢量的取反。

实现时，256个信息序列的编号(即0至255的整数)用一个8位的二进制数X[7..0]表示，其高7位X[7..1]对应Walsh块A₁₂₈的128行，即0至127的整数，每一信息序列从左到右128比特，用计数器Y[6..0]表示。设发送端对应Walsh块A₁₂₈所产生的比特为z(X，Y)，则其产生公式为：

z(X，Y)＝(X[7]&Y[6])(X[6]&Y[5])(X[5]&Y[4])(X[4]&Y[3])(X[3]&Y[2])

         (X[2]&Y[1])(X[1]&Y[0])1其电路如图3所示。将z(X，Y)通过扰码电路，即与PN127序列末位添上0后产生的128位随机序列进行异或非运算，得到m(X，Y)。最后求出n(X，Y)＝m(X，Y)X[0]，就可以得到所有所要传输的系统信息序列。

将扩展得到的256个信息序列中的每个序列分别给予定义，即每个128位长的序列代表某一特定的系统信息，确定相应的传输模式，或者定义为保留模式。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。

每种传输模式对应256个系统信息矢量中的一个，其他矢量作为保留模式。以下是各模式的定义举例：

第1矢量       保留

第2矢量       保留

第3矢量       32-OQAM

第4矢量       保留

第5矢量       16-OQAM

第6矢量       保留

第7矢量       4-OQAM

第8矢量       保留

第9矢量       4-OQAM-E

第10矢量      保留

其它矢量      保留

其中，偶数矢量都是其前一奇数矢量的取反。也就是说，第4矢量＝第3矢量取反，第6矢量＝第5矢量取反，第8矢量＝第7矢量取反，第10矢量＝第9矢量取反……。

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。例如，上述第4、第6、第8矢量可以用于相应的32-OQAM、16-OQAM和4-OQAM传输模式下的比特交织和扰码的复位。

具体的ADTB-T系统信息查找表见表2。

表2  ADTB-T系统信息查找表

第3矢量：32-OQAM

1101010001000110010000100000111001010011001111110010011010001

1110100000000101000011111011000100100101010010110111010011110

011101

第4矢量为第3矢量取反

第5矢量：16-OQAM

1011001000100000001001000110100000110101010110010100000011101

0010010011001001110000110111110111101001100001111011100000111

111011

第6矢量为第5矢量取反

第7矢量：4-OQAM

1110011101110101011100010011110101100000000011000001010110111

1000111001100011011010011101011101000011001011010001001010010

101110

第8矢量为第7矢量取反

第9矢量：4-OQAM-E

1000111000011100000110000101010000001001011001010111110011010

1010001101001110010001001111101001101110000000000011111110111

000111

上述各模式的定义只是为了举例说明，显然还有非常多的其他定义模式，因此不应理解为对定义的限定。例如，上述第4、第6、第8矢量可以用于相应的32-OQAM、16-OQAM和4-OQAM传输模式下的比特交织和扰码的复位。

Claims (8)

1.数字地面广播传输中系统信息的扩展频谱传输方法，传输系统为包含多种传输模式的混合传输系统，其特征在于：利用随机化后的128比特的两电平序列表达系统信息，每种传输模式的系统信息对应于一个所述两电平序列。

2.根据权利要求1所述的扩展频谱传输方法，其特征在于：用于表达系统信息的128比特的两电平序列有256个，其产生步骤如下：

(1)根据基本的Walsh块 $W=\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& 0\end{array}\right],$ 以及Walsh块的系统化产生方法：

$A_n\→A_{2n}=\left[\begin{array}{cc}{A}_n& A_n\\ A_n& \stackrel{\‾}{A_n}\end{array}\right],$ n＝1，2，4，8Λ 2^k，k为非负整数，A_n为上一阶的Walsh块， 即为A_n取反，得到128个128比特的两电平序列，即128行128列(128×128)的Walsh块；

(2)将前述得到的Walsh块的每一行都与一个长度为128的随机序列进行异或非运算，得到随机化后的128个128位长的两电平序列；

(3)将第(2)步得到的128个两电平序列取相反符号，得到其互补的序列，从而将128个两电平序列扩展到256个。

3.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256个两电平序列通过如下结构的电路产生：

(1)用一个8位的二进制数X[7..0]表示256个两电平序列的编号，其高7位X[7..1]对应Walsh块A₁₂₈的128行，即0至127的整数，每一序列从左到右128比特，用计数器Y[6..0]表示，设发送端对应Walsh块A₁₂₈所产生的比特为z(X，Y)，则其产生公式为：

z(X，Y)＝(X[7]&Y[6])(X[6]&Y[5])(X[5]&Y[4])(X[4]&Y[3])(X[3]&Y[2])

         (X[2]&Y[1])(X[1]&Y[0])1

(2)将z(X，Y)通过扰码电路，即与128位随机序列进行异或非运算，得到m(X，Y)；

(3)最后求出n(X，Y)＝m(X，Y)X[0]，即可得到所有需要的两电平序列。

4.根据权利要求2或3所述的扩展频谱传输方法，其特征在于：用于随机化的随机序列由一个7比特的移位寄存器产生一个长度为127的最大长度序列后再加上一个0产生。

5.根据权利要求4所述的扩展频谱传输方法，其特征在于：所述长度为127的最大长度序列的产生公式为X⁷+X³+1，预设值为0000001。

6.根据权利要求1或2或3所述的扩展频谱传输方法，其特征在于，32-OQAM传输模式对应的两电平序列是：

1101010001000110010000100000111001010011001111110010011010001

1110100000000101000011111011000100100101010010110111010011110

011101；

16-OQAM传输模式对应的两电平序列是：

1011001000100000001001000110100000110101010110010100000011101

0010010011001001110000110111110111101001100001111011100000111

111011；

4-OQAM传输模式对应的两电平序列是：

1110011101110101011100010011110101100000000011000001010110111

1000111001100011011010011101011101000011001011010001001010010

101110；

4-OQAM-E传输模式对应的两电平序列是：

1000111000011100000110000101010000001001011001010111110011010

1010001101001110010001001111101001101110000000000011111110111

000111。

7.根据权利要求4所述的扩展频谱传输方法，其特征在于，32-OQAM传输模式对应的两电平序列是：

1101010001000110010000100000111001010011001111110010011010001

1110100000000101000011111011000100100101010010110111010011110

011101；

16-OQAM传输模式对应的两电平序列是：

1011001000100000001001000110100000110101010110010100000011101

0010010011001001110000110111110111101001100001111011100000111

111011；

4-OQAM传输模式对应的两电平序列是：

1110011101110101011100010011110101100000000011000001010110111

1000111001100011011010011101011101000011001011010001001010010

101110；

4-OQAM-E传输模式对应的两电平序列是：

1000111000011100000110000101010000001001011001010111110011010

1010001101001110010001001111101001101110000000000011111110111

000111。

8.根据权利要求5所述的扩展频谱传输方法，其特征在于，32-OQAM传输模式对应的两电平序列是：

1101010001000110010000100000111001010011001111110010011010001

1110100000000101000011111011000100100101010010110111010011110

011101；

16-OQAM传输模式对应的两电平序列是：

1011001000100000001001000110100000110101010110010100000011101

0010010011001001110000110111110111101001100001111011100000111

111011；

4-OQAM传输模式对应的两电平序列是：

1110011101110101011100010011110101100000000011000001010110111

1000111001100011011010011101011101000011001011010001001010010

101110；

4-OQAM-E传输模式对应的两电平序列是：

1000111000011100000110000101010000001001011001010111110011010

1010001101001110010001001111101001101110000000000011111110111

000111。

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