專利名稱：一種數(shù)據(jù)幀成幀方法及相應的交織、編碼調(diào)制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的數(shù)據(jù)幀成幀方法及相應的交織、編碼調(diào)制方法，適用于固定接收和便攜、移動接收業(yè)務的兼容傳輸。
廣播電視傳輸方式根據(jù)所采用傳輸媒介可以分為無線、有線和衛(wèi)星傳輸，三種傳輸方式各有優(yōu)缺點、具有互補性。我國幅員遼闊，對邊遠地區(qū)采用衛(wèi)星傳輸顯然是最佳途徑；但在城區(qū)由于高樓林立、互相遮擋，衛(wèi)星接收受到很大限制。對于人口稠密的城市來說，發(fā)展有線電視經(jīng)濟有效，而且具有網(wǎng)絡優(yōu)勢和多業(yè)務優(yōu)勢，但網(wǎng)絡建設需要時間和資金投入。無線傳輸能保證廣播電視覆蓋安全，一旦發(fā)生戰(zhàn)爭或自然災害，無線電視仍然能夠保證覆蓋，此外無線傳輸還能提供移動接收業(yè)務。因此，一個完整的中國電視傳輸體系必須包括無線、有線、衛(wèi)星電視傳輸?shù)榷喾N傳輸方式，新興的數(shù)字電視傳輸體系也不例外。
隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電視已經(jīng)進入實用階段，在一段時期內(nèi)數(shù)字電視將主要提供固定接收業(yè)務。同時，一種廣播電視制式的確定，必須考慮到未來十年廣播電視發(fā)展的需要，尤其是在科技迅速發(fā)展的當代，隨著周邊技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，將會有包括數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務在內(nèi)的新業(yè)務應運而生，數(shù)字電視傳輸方法必須具有良好的可擴展性和自身發(fā)展?jié)摿?。此外，對于地面?shù)字電視傳輸來說，便攜和移動接收業(yè)務越來越重要，因此對移動接收業(yè)務的支持也成為地面數(shù)字電視傳輸?shù)囊粋€必要特征。但是，與固定接收業(yè)務明顯區(qū)別的是，由于無線信道抗干擾能力較差，移動業(yè)務更容易受到多普勒回波、陰影衰落等干擾，因此在同時支持移動接收業(yè)務和固定接收業(yè)務的前提下需要對傳輸采用的編碼調(diào)制方式、交織方式和成幀方法等方面仔細考慮。
欲對專利背景作更深入的了解可以參考以下文獻資料杜百川，“數(shù)字電視”，《廣播電視科技快報》特輯，第六章“傳輸系統(tǒng)”，73-121曹志剛，“現(xiàn)代通信原理”，清華大學出版社，252-309G.Ungerboeck，“Channel coding with multilevel phase signal set”，IEEE IT-28，pp.55-67，Jan.1982正是基于以上背景，本發(fā)明提出了一種采用新型的數(shù)據(jù)幀成幀方法和相應的交織、編碼調(diào)制方法，可以滿足數(shù)字電視廣播業(yè)務、數(shù)字聲音廣播業(yè)務、數(shù)據(jù)業(yè)務、多媒體廣播業(yè)務以及多路單一業(yè)務或多種業(yè)務復用形成的復合業(yè)務固定接收和便攜、移動接收的需要。
本發(fā)明根據(jù)應用場合不同針對固定業(yè)務傳輸數(shù)據(jù)采用交織深度為51的塊交織器進行交織，采用16QAM+3/4格形編碼、64QAM+5/6格形編碼或256QAM+7/8格形編碼的編碼調(diào)制方式進行編碼并按照固定業(yè)務傳輸幀結(jié)構(gòu)成幀；針對移動業(yè)務傳輸數(shù)據(jù)采用交織深度為50的塊交織器進行交織，采用QPSK或QPSK+1/2格形編碼的編碼調(diào)制方式進行編碼并按照移動業(yè)務傳輸幀結(jié)構(gòu)成幀。不同的交織、編碼調(diào)制方式通過成幀器向幀中寫入的控制信息進行指示并在接收端進行相應的辨識。
相應的數(shù)據(jù)傳輸方法按照如下方式實現(xiàn)輸入的信息碼流經(jīng)過擾碼、包括RS編碼、字節(jié)交織、格形編碼調(diào)制(根據(jù)所傳輸業(yè)務性質(zhì)，此項可選)在內(nèi)的級聯(lián)編碼后按照特殊的幀結(jié)構(gòu)進行成幀處理，然后碼流被調(diào)制并變頻到相應的射頻頻帶內(nèi)發(fā)送；在接收端，接收到的信號經(jīng)過與發(fā)送端相反的解調(diào)及解碼過程，恢復原始信息碼流。數(shù)據(jù)傳輸中包括RS編碼、字節(jié)交織和格形編碼調(diào)制(根據(jù)所傳輸業(yè)務性質(zhì)，此項可選)在內(nèi)的級聯(lián)編碼和成幀方法之間是密切聯(lián)系的，為了更好地對包括交織、編碼調(diào)制方法在內(nèi)的本發(fā)明進行說明，首先需要對成幀方法進行必要的說明。
在成幀器中進行的數(shù)據(jù)成幀方法如圖1所示，根據(jù)傳輸業(yè)務的性質(zhì)，用于固定接收業(yè)務的經(jīng)過交織、編碼的數(shù)據(jù)符號，經(jīng)過選擇開關(guān)送往固定業(yè)務數(shù)據(jù)成幀器1，插入由幀同步發(fā)生器3產(chǎn)生的幀同步信號和拖尾符號形成數(shù)據(jù)幀進行傳輸；用于移動接收業(yè)務的經(jīng)過交織、編碼的數(shù)據(jù)符號，經(jīng)過選擇開關(guān)送往移動業(yè)務數(shù)據(jù)成幀器2，插入由幀同步發(fā)生器3產(chǎn)生的幀同步、訓練符號(由于訓練符號與幀同步中的偽隨機訓練序列本質(zhì)上并無差別，因此也可以由幀同步發(fā)生器3產(chǎn)生)和拖尾符號形成數(shù)據(jù)幀進行傳輸。成幀器可以通過復用器實現(xiàn)。
根據(jù)圖1所示，不論是用于移動接收還是固定接收，成幀器都向數(shù)據(jù)幀中插入結(jié)構(gòu)相同(如圖2所示)的幀同步信號，幀同步信號分兩步形成，先生成由1536個二進制符號的訓練序列、24個二進制符號的控制信息和128個二進制符號的保留符號組成的幀同步符號序列；然后將幀同步符號序列映射到一個I-Q星座圖上。
每個幀同步符號序列中包含一個重復三次的512位二進制偽隨機序列(3×512比特)，其中的512位二進制偽隨機序列包含一個PN511序列，并填充一個“0”作為最后一個比特。PN511序列的生成多項式及初始化狀態(tài)如下PN511x9+x7+x6+x4+x3+x+1(01000000)相應的PN511序列為0000 0001 0111 1111 1100 1010 1010 1110 0110 0110 1000 1000 1001 1110 0001 11010111 1101 0011 0101 0011 1011 0011 1010 0100 0101 1000 1111 0010 0001 0100 01111100 1111 0101 0001 0100 1100 0011 0001 0000 0100 0011 1111 0000 0101 0100 00001100 1111 1110 1110 1010 1001 0110 0110 0011 0111 0111 1011 0100 1010 0100 11100111 0001 0111 0100 0011 0100 1111 1011 0001 0101 1011 1100 1101 1010 1110 11011001 0110 1101 1100 1001 0010 1110 0011 1001 0111 1010 0011 0101 1000 0100 11011111 0001 0010 1011 1100 0110 0101 0000 1000 1100 0001 1110 1111 1101 0110 10101100 1001 1001 0001 1101 1100 0010 1101 0000 0110 1100 0000 1001 0000 0001 110在結(jié)尾處添加上一個0，得到的PN512序列為0000 0001 0111 1111 1100 1010 1010 1110 0110 0110 1000 1000 1001 1110 0001 11010111 1101 0011 0101 0011 1011 0011 1010 0100 0101 1000 1111 0010 0001 0100 01111100 1111 0101 0001 0100 1100 0011 0001 0000 0100 0011 1111 0000 0101 0100 00001100 1111 1110 1110 1010 1001 0110 0110 0011 0111 0111 1011 0100 1010 0100 11100111 0001 0111 0100 0011 0100 1111 1011 0001 0101 1011 1100 1101 1010 1110 11011001 0110 1101 1100 1001 0010 1110 0011 1001 0111 1010 0011 0101 1000 0100 11011111 0001 0010 1011 1100 0110 0101 0000 1000 1100 0001 1110 1111 1101 0110 10101100 1001 1001 0001 1101 1100 0010 1101 0000 0110 1100 0000 1001 0000 0001 1100根據(jù)以上生成式和初始化狀態(tài)采用線性反饋移位寄存器生成相應的512位二進制偽隨機序列，將重復三次的512位二進制偽隨機序列組成的訓練序列插入到幀同步符號序列中。重復的PN512序列作為訓練序列，被用來對接收端均衡器的抽頭進行訓練，從而減小信道干擾造成的碼間串擾對數(shù)據(jù)接收的影響。
在訓練序列之后，根據(jù)當前數(shù)據(jù)幀的編碼調(diào)制方式生成8個二進制符號，并在其前面填充16個二進制保留符號，形成24個二進制符號的控制信息，插入到幀同步符號序列中。其中，前兩個字節(jié)為保留符號，建議填充為‘0000 1111 0000 1111’；此后一個字節(jié)定義為PABCPABC，P為偶校驗位，為該字節(jié)的最高位；A、B、C為實際的模式位。PABC編碼規(guī)則如下QPSK1模式對應PABC指示符號為0011QPSK2模式對應PABC指示符號為110016QAM+3/4格形編碼 對應PABC指示符號為0101*64QAM+5/6格形編碼 對應PABC指示符號為0110256QAM+7/8格形編碼對應PABC指示符號為1111*注在16QAM模式中，兩個字節(jié)的保留符號建議填充為0000 PABC PABC 1111。
由于不同的編碼調(diào)制方式各自有明確對應的交織方式，因此該控制信息實際上也提供了交織方式的指示，供接收端辨識。
在偽隨機序列和控制信息之后，幀同步的最后128個二進制符號(128比特)為保留比特。保留比特可以任意填充，建議采用PN512序列的前128個比特進行填充。以上部分插入和填充后形成完整的幀同步符號序列。
此外，如圖1所示，不論是移動接收業(yè)務還是固定接收業(yè)務，成幀器都向數(shù)據(jù)幀中插入拖尾符號。拖尾符號包括7個用在每幀的結(jié)尾處終止格形編碼，使其恢復到零狀態(tài)的有效拖尾符號和17個保留符號。
經(jīng)過固定業(yè)務數(shù)據(jù)成幀器1處理得到的數(shù)據(jù)幀如圖3所示，包含幀同步、有效負載和拖尾符號三部分。前1688個符號構(gòu)成幀同步部分，這1688個符號中1536個符號為訓練序列，24個符號定義了傳輸?shù)哪Ｊ剑?28個符號留待以后使用。接下來的82824個符號為有效負載，用來傳送經(jīng)過信道編碼和交織后的數(shù)據(jù)。最后的24個符號為拖尾符號(TS)，用于使格形編碼器進入到零狀態(tài)，以保證在數(shù)據(jù)幀的模式變化時格形編碼的連續(xù)性。
如圖1所示，為了增加移動接收業(yè)務的抗干擾性能，移動業(yè)務數(shù)據(jù)成幀器2還對數(shù)據(jù)幀插入了訓練符號部分。訓練符號由1624個二進制符號映射形成，其中的前1536個二進制符號用來傳送訓練序列，其結(jié)構(gòu)與幀同步中傳送的訓練序列相同，為重復三次的512位二進制偽隨機序列(3×512比特)，其中512位二進制偽隨機序列包含一個PN511序列，并填充一個“0”作為最后一個比特。PN511序列的生成多項式及初始化狀態(tài)與幀同步中PN512序列包含的PN511序列相同；后88個符號保留，建議傳送PN511序列的前88個比特。
因此，經(jīng)過移動業(yè)務數(shù)據(jù)成幀器2處理得到的數(shù)據(jù)幀如圖4所示。其中，對數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的修改主要是在有效負載部分，幀同步和拖尾符號部分沒有改動。向如圖3的幀結(jié)構(gòu)中的有效負載中插入訓練符號，訓練符號占用原來有效負載的符號周期，并將有效負載分隔為有效負載1和有效負載2兩個部分，這樣，每個數(shù)據(jù)幀將包括幀同步、有效負載1、訓練符號、有效負載2和拖尾符號五個部分。前1688個符號構(gòu)成幀同步部分；接下來的40600個符號為有效負載1，用來傳送經(jīng)過交織和信道編碼的數(shù)據(jù)；為了增加業(yè)務的抗干擾能力，在40600個有效負載后，插入由1624個符號組成的訓練符號塊，由其中的前1536個符號傳送訓練序列；在訓練符號的40600個符號為有效負載2，同樣用來傳送經(jīng)過交織和信道編碼的數(shù)據(jù)；最后的24個符號為拖尾符號。利用該成幀方法向數(shù)據(jù)幀中插入更多的訓練序列，可幫助接收端均衡器盡快收斂，從而實現(xiàn)可靠的移動業(yè)務接收。
采用本發(fā)明提供的成幀方法可以保證無論是用于移動接收的QPSK1模式(QPSK+1/2格形編碼)或QPSK2模式(單純的QPSK調(diào)制)，還是用于固定接收的16QAM+3/4格形編碼、64QAM+5/6格形編碼或256QAM+7/8格形編碼的編碼調(diào)制方式，每幀都包含完整的RS數(shù)據(jù)包(203字節(jié))；同時，采用這種成幀方式的傳輸方法具有較高的傳輸效率、良好的抗干擾性能和靈活的實施手段。
采用本發(fā)明提供的數(shù)據(jù)幀成幀方法和相應交織、編碼調(diào)制方法的傳輸系統(tǒng)的發(fā)射端實施例如圖5所示數(shù)據(jù)經(jīng)過擾碼器4、RS編碼器5后，根據(jù)傳輸業(yè)務不同采用交織深度為50(對于移動業(yè)務)或51的塊交織器6進行交織處理，在格形編碼器7中進行格形編碼，在成幀器8處插入幀同步、拖尾符號(對于移動業(yè)務還插入訓練符號)，得到按幀為單位傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，然后數(shù)據(jù)流被調(diào)制器9調(diào)制并變頻到相應的射頻頻帶內(nèi)發(fā)送。在接收端，接收到的信號經(jīng)過與發(fā)送端相反的解調(diào)及解碼過程，恢復原始信息碼流，接收端的實現(xiàn)不在本專利涉及的范圍中，下面結(jié)合發(fā)射端實施例和附圖對本發(fā)明進行更為詳細的說明。


圖1是成幀器8實現(xiàn)框圖；圖2是幀同步結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是固定接收業(yè)務數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是移動接收業(yè)務數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是發(fā)射端實現(xiàn)框圖；圖6是擾碼器4中產(chǎn)生偽隨機序列的線性反饋移位寄存器的實現(xiàn)框圖；圖7是交織器6的實現(xiàn)框圖；圖8是格形編碼器7中所用的1/2卷積編碼器的實現(xiàn)框圖；圖9是用于16QAM的3/4格形編碼器的實現(xiàn)框圖；
圖10是16QAM+3/4格形編碼調(diào)制的星座11是用于64QAM的5/6格形編碼器的實現(xiàn)框圖；圖12是64QAM+5/6格形編碼調(diào)制的星座13是用于256QAM的7/8格形編碼器的實現(xiàn)框圖；圖14是256QAM+7/8格形編碼調(diào)制的星座圖；圖15是用于QPSK1模式的1/2格形編碼器的實現(xiàn)框圖；圖16是QPSK調(diào)制的星座圖；圖17是成幀器8的一種實現(xiàn)形式；圖18是幀同步映射的一種星座圖；圖19是經(jīng)濾波器成形后調(diào)制信號的頻譜示意圖。
首先在擾碼器4中采用16比特最大長度偽隨機二進制序列(PRBS)對輸入的凈數(shù)據(jù)(不包括幀同步)進行隨機化處理。PRBS由一個帶有9個反饋抽頭的16位線性反饋移位寄存器生成(如圖6)。選擇該移位寄存器的8個輸出作為固定的隨機化字節(jié)，該字節(jié)的每個比特分別與對應的輸入數(shù)據(jù)比特進行異或。數(shù)據(jù)比特的異或運算為高位對高位，低位對低位。
PRBS序列的特征多項式為x16+x13+x12+x11+x7+x6+x3+x+1，其初始狀態(tài)為“1111000110000000”，初始化操作在幀同步周期內(nèi)完成。
由于移動業(yè)務和固定業(yè)務成幀方法不同，移動業(yè)務數(shù)據(jù)幀中還包括訓練符號，不需要擾碼處理，擾碼器使用一個使能信號達到這一目的，使能信號在移動業(yè)務的QPSK1和QPSK2模式下，在訓練符號期間設置為0，用于屏蔽擾碼操作，對于固定業(yè)務，使能信號設置為1。
擾碼后的MPEG-2數(shù)據(jù)包再經(jīng)RS編碼器5進行RS編碼，187字節(jié)的數(shù)據(jù)包加上了16個保護字節(jié)構(gòu)成縮短RS碼(203，187)。此縮短RS碼可糾正T＝8字節(jié)的錯誤。在從串行比特流生成字節(jié)時，字節(jié)的最高位為第一個串行比特。16個校驗字節(jié)在數(shù)據(jù)段之后傳輸。RS碼校驗發(fā)生器的多項式如下g(x)＝(x+1)(x+λ)(x+λ2)…(x+λ15)其中，λ＝02(十六進制)；域生成多項式為p(x)＝x8+x4+x3+x2+1。
為了增強傳輸業(yè)務抗突發(fā)誤碼的性能，使用塊交織器6對RS編碼后數(shù)據(jù)進行交織處理，塊交織器6如圖7所示，圖中N＝203，B＝51(對應于固定業(yè)務傳輸?shù)娜N模式)或50(對應于移動業(yè)務傳輸?shù)腝PSK1模式或QPSK2模式)。
經(jīng)過RS編碼后的數(shù)據(jù)被送入以字節(jié)為單位的塊交織器6，字節(jié)流按行寫入到交織器6的內(nèi)存中，然后按列讀出。
對于B＝51的情況，如果以下字節(jié)流代表輸入到交織器6的字節(jié)流x0x1…x202x203x204…，則交織器6的輸出為x0x203x400…x10150x1x204x407…x2x205x408…。
交織處理可以幫助接收端的RS解碼器糾正突發(fā)性誤碼，誤碼最大長度如下式所示突發(fā)性誤碼最大長度＝B×t字節(jié)；對應的最大長度突發(fā)誤碼的周期如下式所示(假定不考慮在格形解碼中出現(xiàn)的誤碼擴散) 則QPSK1，QPSK2，16QAM，64QAM和256QAM模式對應的最大突發(fā)誤碼保護持續(xù)時間分別為448，224，152.32，91.392，65.28μsec。
對于用于固定業(yè)務傳輸?shù)娜N編碼調(diào)制方式，由于采用了交織深度為51，交織塊長度為51×203字節(jié)的塊交織，對于m-QAM調(diào)制，其中m＝2t，根據(jù)本發(fā)明采用碼率為(t-1)/t的格形編碼進行數(shù)據(jù)編碼并經(jīng)成幀過程得到的數(shù)據(jù)幀包括82824個符號的有效負載，而交織塊對應的符號數(shù)為51*203*8*(t/t-1)*(1/t)＝82824/t，因此每個數(shù)據(jù)幀包括t個完整的交織塊。對應于16QAM+3/4格形編碼、64QAM+5/6格形編碼、64QAM+7/8格形編碼每個數(shù)據(jù)幀包含的交織塊數(shù)目分別為3、5、7個。
對于用于移動業(yè)務傳輸?shù)腝PSK1和QPSK2模式，在外碼編碼-RS(187，203)后進行交織深度為50，交織塊長度為50×203字節(jié)的塊交織。根據(jù)本發(fā)明采用級聯(lián)編碼進行數(shù)據(jù)編碼并經(jīng)成幀過程得到的數(shù)據(jù)幀包括81200個符號的有效負載，對于QPSK模式1來說，內(nèi)碼采用了碼率為1/2的格形編碼，交織塊對應的符號數(shù)為50*203*8*(2/1)*(1/2)＝81200，因此每個數(shù)據(jù)幀包括一個完整的交織塊，對于QPSK模式2來說，由于沒有采用格形編碼，交織塊對應的符號數(shù)為50*203*8*(1/2)＝81200/2，因此對應于QPSKl、QPSK2模式每個數(shù)據(jù)幀分別包含1、2個交織數(shù)據(jù)塊。
經(jīng)過塊交織器6處理后的數(shù)據(jù)進行格形編碼，根據(jù)應用的不同，分別采取用于固定接收業(yè)務的3/4、5/6、7/8格形編碼或用于移動接收業(yè)務的1/2格形編碼(用于QPSK1模式)或者不經(jīng)過格形編碼(用于QPSK2模式)以求達到不同傳輸效率和抗干擾性能的靈活實施。
格形編碼是將多組的n-1比特數(shù)據(jù)組編碼成多組的n比特數(shù)據(jù)組。第一個輸入的比特采用如圖8所示的卷積編碼器編碼成兩個比特(C1，C2)，余下的n-2個輸入比特直接映射到編碼器的輸出處。未編碼的比特命名為U1，U2...。卷積編碼器約束長度為K＝7，對應64個格形狀態(tài)，在數(shù)據(jù)幀結(jié)尾加入七個符號的有效拖尾符號可以保證格形編碼器7在對整個數(shù)據(jù)幀進行格形編碼后進入零狀態(tài)。
格形編碼器7的輸出為n個比特，其中2個比特進行編碼。這些比特組的每一個都映射成一個復符號。映射的過程為第一個編碼的比特和前(n-2)/2個未編碼的比特映射到符號的實部(I)，第二個編碼的比特和余下的(n-2)/2個未編碼比特映射到符號的虛部(Q)。下面給出了各模式(編碼調(diào)制方式)編碼和映射的細節(jié)。
16QAM模式采用3/4(R＝3/4)格形編碼(有兩個未編碼比特)。16QAM模式的3/4格形編碼和映射方案如圖9所示。格形編碼器7輸出的每4個比特映射成一個16QAM符號，其星座圖如圖10所示。
64QAM模式采用5/6(R＝5/6)格形編碼(有4個未編碼比特)。64QAM模式的5/6格形編碼和映射方案如圖11所示。格形編碼器7輸出的每6個比特映射到映射成一個64QAM符號，其星座圖如圖12所示。
256QAM模式采用7/8(R＝7/8)格形編碼(有6個未編碼比特)。64QAM模式的7/8格形編碼和映射方案如圖13所示。格形編碼器7輸出的每8個比特映射到映射成一個256QAM符號，其星座圖如圖14所示。
對于QPSK1模式，格形編碼器7為圖8所示的1/2卷積編碼器。兩個編碼的比特(C1，C2)直接映射成一個QPSK符號，如圖15所示。這種情況下采用的QPSK星座圖如圖16所示。
對于QPSK2模式，不采用格形編碼。每兩個未編碼的比特采用圖16所示的星座圖直接映射成一個QPSK符號。
經(jīng)過格形編碼得到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過成幀器8，插入幀同步和拖尾符號(固定接收模式)，以圖3所示結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)幀為單位進行傳輸，如果是用于移動接收的QPSK1模式或者QPSK2模式，經(jīng)過成幀器8時，將加入幀同步、訓練符號和拖尾符號，以圖4所示的數(shù)據(jù)幀為單位進行傳輸。
圖3所示數(shù)據(jù)幀成幀包括如下步驟(1)產(chǎn)生由1536個二進制符號的訓練序列、24個二進制符號的控制信息和128個二進制符號的保留符號組成的幀同步符號序列，映射到一個I-Q星座圖上得到幀同步信號；產(chǎn)生24個拖尾符號，拖尾符號中最后7個符號為插入到每幀的結(jié)尾處，終止格形編碼，使其恢復到零狀態(tài)的有效拖尾符號，其余17個符號為保留符號。
(2)將生成的幀同步信號、拖尾符號和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)符號拼接，形成完整的數(shù)據(jù)幀。
圖4所示數(shù)據(jù)幀成幀包括如下步驟(1)產(chǎn)生由1536個二進制符號的訓練序列、24個二進制符號的控制信息和128個二進制符號的保留符號組成的幀同步符號序列，映射到一個I-Q星座圖上得到幀同步信號；產(chǎn)生由1536個二進制符號的訓練序列和88個二進制保留符號組成的符號序列映射到一個I-Q星座圖上得到訓練符號；產(chǎn)生24個拖尾符號，拖尾符號中最后7個符號為插入到每幀的結(jié)尾處，終止格形編碼，使其恢復到零狀態(tài)的有效拖尾符號，其余17個符號為保留符號。
(2)將生成的幀同步信號、訓練符號、拖尾符號和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)符號拼接，形成完整的數(shù)據(jù)幀。
應該指出，幀同步信號實際上是其所包括的訓練序列、控制信息和保留符號的符號組合映射得到的，這些符號之間具有獨立性，可以單獨產(chǎn)生，相應的成幀器將如圖17所示方式實現(xiàn)。
如果各個數(shù)據(jù)幀內(nèi)的數(shù)據(jù)采用不同的編碼調(diào)制方式(QPSK+1/2格形編碼、QPSK不采用格形編碼、16QAM+3/4格形編碼、64QAM+5/6格形編碼、64QAM+7/8格形編碼)進行傳輸，由于數(shù)據(jù)幀內(nèi)的符號對應不同數(shù)目的RS數(shù)據(jù)包(203字節(jié))，那么就實現(xiàn)了不同數(shù)據(jù)率的數(shù)據(jù)傳輸。同時，由于成幀處理時根據(jù)當前幀編碼調(diào)制方式向幀同步中寫入控制信息進行指示，因此傳輸時可以按幀為單位調(diào)整編碼調(diào)制方式，從而在不同幀內(nèi)實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)率、不同抗差錯能力的傳輸，這樣就以時分的方式實現(xiàn)了分層傳輸。
成幀過程中插入的幀同步也要進行映射。幀同步按照以下步驟發(fā)生(1)、產(chǎn)生由1536個二進制符號的訓練序列、24個二進制符號的控制信息和128個二進制符號的保留符號組成的幀同步符號序列；(2)、將幀同步符號序列映射到一個I-Q星座圖上。
一種典型的實施例是按步驟1形成幀同步符號序列后，如圖18所示將其相位旋轉(zhuǎn)45度映射到I-Q星座圖上，16QAM，64QAM和256QAM模式對應的電平L分別為8，10，11；QPSK1和QPSK2模式對應的電平L都是8。
經(jīng)過調(diào)制器9進行調(diào)制和成形濾波得到的信號送往射頻發(fā)送部分變頻并發(fā)射。成形濾波采用的是滾降系數(shù)為0.12的根升余弦滾降濾波器，其頻域表示式如下式所示 其中，α＝0.12為滾降系數(shù)，fN=12Ts]]>，Ts為符號周期。
得到的發(fā)射信號的頻譜示意圖如圖19所示。
本發(fā)明提供了五種不同的編碼調(diào)制方式來傳送數(shù)據(jù)，因此能實現(xiàn)五種不同的凈負荷傳輸率16QAM+3/4格形編碼 對應凈負荷傳輸率為19.23Mbps；64QAM+5/6格形編碼 對應凈負荷傳輸率為32.23Mbps；64QAM+7/8格形編碼 對應凈負荷傳輸率為45.12MbpsQPSK1模式(QPSK+1/2格形編碼)對應凈負荷傳輸率為6.32Mbps；QPSK2模式(單純的QPSK調(diào)制) 對應凈負荷傳輸率為12.64Mbps。
數(shù)據(jù)接收的過程與數(shù)據(jù)發(fā)送的過程基本相反，接收信號經(jīng)過同步、解調(diào)映射、信道解碼以及解擾后恢復出原始的MPEG-2碼流。此外，利用數(shù)據(jù)幀中傳送的訓練序列，接收機均衡器可進行有效的信道均衡，以消除由信道或接收機前端部分帶來的線性失真。
均衡訓練序列由重復3次的PN512序列組成。對于固定業(yè)務數(shù)據(jù)幀來說，訓練序列的插入周期是11.8ms，在固定接收條件下，信道的時變特性不太顯著，這種插入周期足以使均衡器自適應地調(diào)整其抽頭系數(shù)來跟蹤信道的變化，滿足固定業(yè)務可靠接收的需要。
對于移動業(yè)務數(shù)據(jù)幀來說，由于相對于固定業(yè)務數(shù)據(jù)幀，還加入了訓練符號用于輔助接收端均衡器抽頭的自適應調(diào)整，由重復三次的PN512序列組成的訓練序列的插入周期不到6ms，加快了均衡器對信道變化的跟蹤，從而滿足了移動業(yè)務可靠接收的需要。
可見，由于本發(fā)明采用了固定業(yè)務數(shù)據(jù)幀成幀方法和相應的交織深度為51的塊交織方法，16QAM+3/4格形編碼、64QAM+5/6格形編碼、256QAM+7/8格形編碼的編碼調(diào)制方法，應用到業(yè)務傳輸時，既具有良好的抗干擾能力，又具有靈活的業(yè)務承載能力和良好的與數(shù)字有線電視系統(tǒng)兼容性，非常適合我國地面數(shù)字電視廣播固定業(yè)務傳輸；而采用在固定業(yè)務傳輸技術(shù)基礎上修改得到的移動業(yè)務數(shù)據(jù)幀成幀方法和相應的交織深度為50的塊交織方法，QPSK或QPSK2+1/2格形編碼的編碼調(diào)制方法，還能滿足地面數(shù)字電視廣播移動業(yè)務傳輸?shù)男枰?。這兩種業(yè)務實現(xiàn)在交織方式、成幀方法上的相似性，使得整個固定業(yè)務和移動業(yè)務兼容傳輸?shù)牡孛鏀?shù)字電視傳輸系統(tǒng)的實現(xiàn)非常經(jīng)濟、便利，具有很強的可實施性。
需要指出的是，這里談到的移動接收或固定接收業(yè)務僅僅是成幀和相應的交織、編碼調(diào)制方法應用的典型業(yè)務實現(xiàn)形式，實際上只要傳輸業(yè)務滿足成幀方法及相應的傳輸方法對承載業(yè)務的碼率限制，就可以進行應用，如采用QPSK調(diào)制的業(yè)務用于固定接收、便攜接收是完全可行的。采用本發(fā)明提出的成幀方法及相應的交織、編碼調(diào)制方法應用到不同信息內(nèi)容、不同接收方式的業(yè)務，并不偏離發(fā)明的實質(zhì)。
此外，本發(fā)明并非僅僅局限于單一地面數(shù)字電視廣播業(yè)務傳輸領(lǐng)域的應用中，也不僅僅局限于說明書及附圖所提供的地面數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)的單一實施例，根據(jù)本發(fā)明提供的信息，相關(guān)行業(yè)的技術(shù)人員能夠不偏離本發(fā)明實質(zhì)進行修改應用于本行業(yè)應用，包括無線、有線、衛(wèi)星的不同媒介的數(shù)字信息傳輸應用中。發(fā)明的實質(zhì)保護范圍參見權(quán)利要求書。
權(quán)利要求
1.一種幀同步信號發(fā)生方法，其特征在于它包括如下步驟(1)、產(chǎn)生由1536個二進制符號的訓練序列、24個二進制符號的控制信息和128個二進制符號的保留符號組成的幀同步符號序列；(2)、將幀同步符號序列映射到一個I-Q星座圖上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述幀同步信號發(fā)生方法，其特征在于生成一個重復三次的512位二進制偽隨機序列組成的訓練序列插入到幀同步符號序列中，其中512位二進制偽隨機序列包含一個PN511序列，并填充一個“0”作為最后一個比特；PN511序列的生成多項式及初始化狀態(tài)如下PN511x9+x7+x6+x4+x3+x+1(01000000)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述幀同步信號發(fā)生方法，其特征在于在訓練序列之后，根據(jù)當前數(shù)據(jù)幀的編碼調(diào)制方式生成8個二進制符號，并在其前面填充16個二進制保留符號，形成24個二進制符號的控制信息，插入到幀同步符號序列中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述幀同步信號發(fā)生方法，其特征在于應用到不同數(shù)據(jù)幀時，采用不同的編碼調(diào)制方式，并通過幀同步中的控制信息進行指示，可以幀為單位調(diào)整編碼調(diào)制方式，以時分的方式實現(xiàn)分層傳輸。
5.一種數(shù)據(jù)幀成幀方法，其特征在于它包括如下步驟(1)產(chǎn)生由1536個二進制符號的訓練序列、24個二進制符號的控制信息和128個二進制符號的保留符號組成的幀同步符號序列，映射到一個I-Q星座圖上得到幀同步信號；產(chǎn)生24個拖尾符號，拖尾符號中最后7個符號為插入到每幀的結(jié)尾處，終止格形編碼，使其恢復到零狀態(tài)的有效拖尾符號，其余17個符號為保留符號；(2)將生成的幀同步信號、拖尾符號和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)符號拼接，形成完整的數(shù)據(jù)幀。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述數(shù)據(jù)幀成幀方法，其特征在于所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)幀包括84536符號，分為幀同步、有效負載和拖尾符號三部分其中，前1688個符號構(gòu)成幀同步部分，接下來的82824個符號為有效負載，最后的24個符號為拖尾符號；數(shù)據(jù)幀幀同步是由1536個二進制符號的訓練序列、24個二進制符號的控制信息和128個二進制符號的保留符號組成的符號序列映射得到的；1536符號的訓練序列由重復三次的512位二進制偽隨機序列組成，其中的512位二進制偽隨機序列包含一個PN511序列，并填充一個“0”作為最后一個比特，PN511序列的生成多項式為PN511x9+x7+x6+x4+x3+x+1，初始化狀態(tài)為01000000；24個控制信息符號中包括根據(jù)當前幀的編碼調(diào)制方式生成的8個二進制符號和在其前面填充的16個二進制保留符號；數(shù)據(jù)幀拖尾符號包括7個用在每幀的結(jié)尾處終止格形編碼，使其恢復到零狀態(tài)的有效拖尾符號和17個保留符號。
7.一種編碼調(diào)制方法，其特征在于采用16QAM+3/4格形編碼、64QAM+5/6格形編碼或256QAM+7/8格形編碼的編碼調(diào)制方式將有效負載進行編碼、成幀，其中每幀數(shù)據(jù)包括幀同步、有效負載和拖尾符號三部分，總共84536個符號前1688個符號構(gòu)成幀同步部分，接下來的82824個符號傳送有效負載，最后的24個符號為拖尾符號；數(shù)據(jù)幀幀同步是由1536個二進制符號的訓練序列、24個二進制符號的控制信息和128個二進制符號的保留符號組成的符號序列映射得到的；1536符號的訓練序列由重復三次的512位二進制偽隨機序列組成，其中的512位二進制偽隨機序列包含一個PN511序列，并填充一個“0”作為最后一個比特，PN511序列的生成多項式為PN511x9+x7+x6+x4+x3+x+1，初始化狀態(tài)為01000000；24個控制信息符號中包括根據(jù)當前幀的編碼調(diào)制方式生成的8個二進制符號和在其前面填充的16個二進制保留符號；數(shù)據(jù)幀拖尾符號包括7個用在每幀的結(jié)尾處終止格形編碼，使其恢復到零狀態(tài)的有效拖尾符號和17個保留符號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述編碼調(diào)制方法，其特征在于所采用的編碼調(diào)制方式用數(shù)據(jù)幀幀同步的控制信息中的8個符號進行指示，對應的指示關(guān)系為16QAM+3/4格形編碼對應指示符號為01011010；64QAM+5/6格形編碼對應指示符號為01101001；256QAM+7/8格形編碼 對應指示符號為11110000。
9.一種交織方法，其特征在于采用交織深度為51的51×203塊交織將有效負載進行交織、編碼、成幀，其中每幀數(shù)據(jù)包括幀同步、有效負載和拖尾符號三部分，總共84536個符號前1688個符號構(gòu)成幀同步部分，接下來的82824個符號傳送有效負載，最后的24個符號為拖尾符號；數(shù)據(jù)幀幀同步是由1536個二進制符號的訓練序列、24個二進制符號的控制信息和128個二進制符號的保留符號組成的符號序列映射得到的；1536符號的訓練序列由重復三次的512位二進制偽隨機序列組成，其中的512位二進制偽隨機序列包含一個PN511序列，并填充一個“0”作為最后一個比特，PN511序列的生成多項式為PN511x9+x7+x6+x4+x3+x+1，初始化狀態(tài)為01000000；24個控制信息符號中包括根據(jù)當前幀的編碼調(diào)制方式生成的8個二進制符號和在其前面填充的16個二進制保留符號；數(shù)據(jù)幀拖尾符號包括7個用在每幀的結(jié)尾處終止格形編碼，使其恢復到零狀態(tài)的有效拖尾符號和17個保留符號。
10.一種數(shù)據(jù)幀成幀方法，其特征在于它包括如下步驟(1)產(chǎn)生由1536個二進制符號的訓練序列、24個二進制符號的控制信息和128個二進制符號的保留符號組成的幀同步符號序列，映射到一個I-Q星座圖上得到幀同步信號；產(chǎn)生由1536個二進制符號的訓練序列和88個二進制保留符號組成的符號序列映射到一個I-Q星座圖上得到訓練符號；產(chǎn)生24個拖尾符號，拖尾符號中最后7個符號為插入到每幀的結(jié)尾處，終止格形編碼，使其恢復到零狀態(tài)的有效拖尾符號，其余17個符號為保留符號；(2)將生成的幀同步信號、訓練符號、拖尾符號和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)符號拼接，形成完整的數(shù)據(jù)幀。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的數(shù)據(jù)幀成幀方法，其特征在于每幀包括84536個符號，分為幀同步、有效負載1、訓練符號、有效負載2和拖尾符號五部分前1688個符號構(gòu)成幀同步部分，接下來的40600個符號為有效負載1，此后傳送1624個符號的訓練符號，在訓練符號后為40600個符號的有效負載2，最后是24個符號的拖尾符號；數(shù)據(jù)幀幀同步是由1536個二進制符號的訓練序列、24個二進制符號的控制信息和128個二進制符號的保留符號組成的符號序列映射得到的；1536符號的訓練序列由重復三次的512位二進制偽隨機序列組成，其中的512位二進制偽隨機序列包含一個PN511序列，并填充一個“0”作為最后一個比特，PN511序列的生成多項式為PN511x9+x7+x6+x4+x3+x+1，初始化狀態(tài)為01000000；24個控制信息符號中包括根據(jù)當前幀的編碼調(diào)制方式生成的8個二進制符號和在其前面填充的16個二進制保留符號；1624個訓練符號是由與數(shù)據(jù)幀幀同步中相同的1536個二進制符號的訓練序列和88個二進制符號的保留符號組成的符號序列映射得到的；數(shù)據(jù)幀拖尾符號包括7個用在每幀的結(jié)尾處終止格形編碼，使其恢復到零狀態(tài)的有效拖尾符號和17個保留符號。
12.一種編碼調(diào)制方法，其特征在于采用QPSK1模式(QPSK+1/2格形編碼)和QPSK2模式(單純的QPSK調(diào)制)的編碼調(diào)制方式將有效負載進行編碼、成幀，其中每幀數(shù)據(jù)包括幀同步、有效負載1、訓練符號、有效負載2和拖尾符號五部分，總共84536個符號前1688個符號構(gòu)成幀同步部分，接下來的40600個符號為有效負載1，此后傳送1624個符號的訓練符號，在訓練符號后為40600個符號的有效負載2，最后是24個符號的拖尾符號；數(shù)據(jù)幀幀同步是由1536個二進制符號的訓練序列、24個二進制符號的控制信息和128個二進制符號的保留符號組成的符號序列映射得到的；1536符號的訓練序列由重復三次的512位二進制偽隨機序列組成，其中的512位二進制偽隨機序列包含一個PN511序列，并填充一個“0”作為最后一個比特，PN511序列的生成多項式為PN511x9+x7+x6+x4+x3+x+1，初始化狀態(tài)為01000000；24個控制信息符號中包括根據(jù)當前幀的編碼調(diào)制方式生成的8個二進制符號和在其前面填充的16個二進制保留符號；1624個訓練符號是由與數(shù)據(jù)幀幀同步中相同的1536個二進制符號的訓練序列和88個二進制符號的保留符號組成的符號序列映射得到的；數(shù)據(jù)幀拖尾符號包括7個用在每幀的結(jié)尾處終止格形編碼，使其恢復到零狀態(tài)的有效拖尾符號和17個保留符號。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述編碼調(diào)制方法，其特征在于所采用的編碼調(diào)制方式用數(shù)據(jù)幀幀同步的控制信息中的8個符號進行指示，對應的指示關(guān)系為QPSK1模式 對應指示符號為00111100；QPSK2模式 對應指示符號為11000011。
14.一種交織方法，其特征在于采用交織深度為50的50×203塊交織將有效負載進行交織、編碼、成幀，其中每幀數(shù)據(jù)包括幀同步、有效負載1、訓練符號、有效負載2和拖尾符號五部分，總共84536個符號前1688個符號構(gòu)成幀同步部分，接下來的40600個符號為有效負載1，此后傳送1624個符號的訓練符號，在訓練符號后為40600個符號的有效負載2，最后是24個符號的拖尾符號；數(shù)據(jù)幀幀同步是由1536個二進制符號的訓練序列、24個二進制符號的控制信息和128個二進制符號的保留符號組成的符號序列映射得到的；1536符號的訓練序列由重復三次的512位二進制偽隨機序列組成，其中的512位二進制偽隨機序列包含一個PN511序列，并填充一個“0”作為最后一個比特，PN511序列的生成多項式為PN511x9+x7+x6+x4+x3+x+1，初始化狀態(tài)為01000000；24個控制信息符號中包括根據(jù)當前幀的編碼調(diào)制方式生成的8個二進制符號和在其前面填充的16個二進制保留符號；1624個訓練符號是由與數(shù)據(jù)幀幀同步中相同的1536個二進制符號的訓練序列和88個二進制符號的保留符號組成的符號序列映射得到的；數(shù)據(jù)幀拖尾符號包括7個用在每幀的結(jié)尾處終止格形編碼，使其恢復到零狀態(tài)的有效拖尾符號和17個保留符號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型的數(shù)據(jù)幀成幀方法及相應的交織、編碼調(diào)制方法，適用于固定接收和便攜、移動接收業(yè)務的兼容傳輸。根據(jù)業(yè)務應用的不同，系統(tǒng)采用交織深度為50或51的塊交織器進行交織，采用16QAM+3/4格形編碼、64QAM+5/6格形編碼、256QAM+7/8格形編碼、QPSK或QPSK+1/2格形編碼的編碼調(diào)制方式對傳輸數(shù)據(jù)編碼并采用新型成幀方法成幀并以數(shù)據(jù)幀為單位進行傳輸。
文檔編號H04N7/015GK1404307SQ0113091
公開日2003年3月19日 申請日期2001年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月24日
發(fā)明者杜百川, 王聯(lián), 楊慶華, 胡軍 申請人:國家廣播電影電視總局廣播科學研究院, 北京朗視數(shù)字電視科技有限公司