專利名稱：數(shù)字電視地面廣播中的一種信號電平映射方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字信號傳輸領(lǐng)域，特別涉及數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)中信號映射電平的選擇方法。
背景技術(shù)：
典型的數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。數(shù)字調(diào)制技術(shù)往往將數(shù)字信號進(jìn)行編碼，再加入必要的輔助信息，如同步信號、導(dǎo)頻信號等。編碼后的數(shù)字信號經(jīng)過信道濾波后形成基帶信號。該基帶信號經(jīng)過上變頻器被調(diào)制到相應(yīng)的頻帶后發(fā)送。在接收端，調(diào)諧器將高頻信號變換到基帶后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器得到數(shù)字信號。該數(shù)字信號經(jīng)過處理后被恢復(fù)成與發(fā)送端一致的信息。
目前，現(xiàn)有的數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)主要有三種，即歐洲的DVB-T，美國的ATSC和日本的ISDB-T。
在數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)信號電平的選擇會影響發(fā)射效率，以及接收機(jī)的設(shè)計。參見圖1，在美國的ATSC 8VSB系統(tǒng)中，調(diào)制前的數(shù)據(jù)信息被映射到8個電平上，同步信號被映射到2個電平上，然后被調(diào)制發(fā)送出去。在ATSC 8VSB系統(tǒng)中，不計導(dǎo)頻時，數(shù)據(jù)信號電平選擇的是±1，±3，±5，±7；而同步信號電平，包括段同步、場同步和幀同步，選擇的是±5。為設(shè)計簡單起見，同步信號電平選擇了數(shù)據(jù)電平中的2個。數(shù)據(jù)信號的平均功率是21，而同步信號的平均功率是25。在基帶信號上，發(fā)送數(shù)據(jù)的平均功率已經(jīng)出現(xiàn)不平坦，會在一定程度上影響峰均比和接收機(jī)中自動電平控制的速度與精度。
參見圖2，對于以歐洲D(zhuǎn)VB-T為代表的多載波傳輸體系，包括日本的ISDB-T在內(nèi)，快速傅立葉逆變換(IFFT)之前的信號電平映射規(guī)則為映射后的數(shù)據(jù)信息信號電平功率歸一化為1，則其導(dǎo)頻功率為16/9。以四相移鍵控(QPSK)為例，其I或Q路映射為±1，則導(dǎo)頻映射為4/3?？梢姲l(fā)送數(shù)據(jù)的平均功率已經(jīng)出現(xiàn)不平坦。由于數(shù)據(jù)信息再經(jīng)過IFFT變換之后，峰均比自然還會增大，使得被傳輸?shù)男盘柗寰群徒邮諜C(jī)中自動電平控制的速度與精度更加惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)中，在時域上進(jìn)行信號電平映射的電平選擇方法。該方法可以使系統(tǒng)更有效地利用發(fā)射效率，降低峰均比，提高接收機(jī)中自動電平控制的速度與精度。
本發(fā)明方法針對的是新的數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)。這種系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流被分為一個一個連續(xù)的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行傳輸，每個數(shù)據(jù)幀包含可用作系統(tǒng)同步、時鐘恢復(fù)、信道估計和均衡器訓(xùn)練的預(yù)置信息、可用于表征本幀數(shù)據(jù)信息的傳輸模式的系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)信息這三部分。新的數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)傳輸三種業(yè)務(wù)，分別是固定業(yè)務(wù)(電視信號固定接收)、移動業(yè)務(wù)(電視信號移動接收、數(shù)據(jù)信號移動接收)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(數(shù)據(jù)信號移動接收)。其中，固定業(yè)務(wù)可以選擇16-OQAM傳輸模式；移動業(yè)務(wù)可以選擇4-OQAM傳輸模式或者其增強(qiáng)模式(4-OQAM-E)，4-OQAM-E傳輸模式可以通過在4-OQAM傳輸模式中結(jié)合Nordstrom-Robinson碼等方式實(shí)現(xiàn)；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以選擇4-OQAM-E傳輸模式。地面廣播的三種傳輸模式分別采用四電平(16-OQAM傳輸模式)和二電平(4-OQAM傳輸模式和4-OQAM-E傳輸模式)時域偏置式正交幅度調(diào)制方式。在混合傳輸模式下，各種業(yè)務(wù)各自的調(diào)制模式以幀為單位任意混合，各幀的調(diào)制模式由該幀中的系統(tǒng)信息明確指出。
數(shù)字電視地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)，會對輸入的TS流的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過信道編碼、插入同步信號、符號映射、加入導(dǎo)頻信號，并最終調(diào)制輸出。為了提高數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)的發(fā)射效率，降低峰均比，本發(fā)明設(shè)計的信號電平映射方法是這樣在符號映射的時候，基于數(shù)據(jù)信息信號平均功率與同步信號平均功率相同或者基本相同的原則，選擇數(shù)據(jù)信息的多電平映射和同步信號的二電平映射。同時，保證在以數(shù)據(jù)幀為單位進(jìn)行業(yè)務(wù)混合傳輸?shù)幕旌蟼鬏斈Ｊ街?，各傳輸模式的信號功率保持相同或者基本相同?br> 對于固定業(yè)務(wù)，16-OQAM調(diào)制模式，只包含內(nèi)碼和內(nèi)交織，每一信道符號可以傳送2比特信息。擾碼之后的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成比特流送入內(nèi)碼和內(nèi)交織器，輸出的數(shù)據(jù)信息比特流同步于同步信號(包括預(yù)置信息和系統(tǒng)信息)，并按2個比特映射成1個符號的順序進(jìn)行映射，同步信號不參加信道編碼。
對于移動業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，4-OQAM和4-OQAM-E調(diào)制模式，包含外碼、外交織、內(nèi)碼和內(nèi)交織。擾碼之后的數(shù)據(jù)流經(jīng)過外碼和外交織器之后，再轉(zhuǎn)換成比特流送入內(nèi)碼和內(nèi)交織器，輸出的數(shù)據(jù)信息比特流同步于同步信號(包括預(yù)置信息和系統(tǒng)信息)，并按1個比特映射成1個符號的順序進(jìn)行映射，同步信號不參加信道編碼。對于4-OQAM模式，每一信道符號可以傳送1比特信息；對于4-OQAM-E模式，每一信道符號可以傳送1/2比特信息。
由于在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，考慮到實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，量化誤差等因素，只能保持上述信號功率基本一致，即其信號功率波動小于接收端的A/D量化誤差，從而保證自動電平控制的精度和速度基本不受信號功率波動的影響，也保證在混合傳輸時各種傳輸模式之間的功率變化盡量達(dá)到最小。
本發(fā)明方法在符號映射的時候，基于數(shù)據(jù)信息信號平均功率與同步信號平均功率基本一致的原則，選擇信息數(shù)據(jù)的多電平映射和同步信號的二電平映射，同時保證在以數(shù)據(jù)幀為單位進(jìn)行業(yè)務(wù)混合傳輸?shù)幕旌蟼鬏斈Ｊ街校鱾鬏斈Ｊ降男盘柟β时３只疽恢?。這種信號電平映射方法確保了自動電平控制的精度和速度基本不受信號功率波動的影響，使得系統(tǒng)可以更有效地利用發(fā)射效率，降低峰均比。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。


圖1為美國ATSC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和信號電平映射方法。
圖2為歐洲D(zhuǎn)VB-T系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及信號電平映射方法。
圖3為新申請的數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)框圖。
圖4為新申請的數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
圖5為本發(fā)明在新申請的數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)的信號電平映射方法。
具體實(shí)施例方式
新申請的數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)中分三種傳輸模式，分別是固定業(yè)務(wù)(電視信號固定接收)、移動業(yè)務(wù)(電視信號移動接收、數(shù)據(jù)信號移動接收)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(數(shù)據(jù)信號移動接收)。其中，固定業(yè)務(wù)可以選擇16-OQAM傳輸模式；移動業(yè)務(wù)可以選擇4-OQAM或者4-OQAM-E傳輸模式；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以選擇4-OQAM-E傳輸模式。地面廣播的三種傳輸模式分別采用4電平(16-OQAM傳輸模式)和2電平(4-OQAM和4-OQAM-E傳輸模式)時域偏置式正交幅度調(diào)制方式。
如圖3所示，16-OQAM、4-OQAM、4-OQAM-E傳輸模式使用獨(dú)立的輸入緩沖電路、擾碼電路、外碼編碼電路、外交織電路、內(nèi)碼編碼電路和內(nèi)交織電路。預(yù)置信息和系統(tǒng)信息不參加擾碼、外碼、外交織、內(nèi)碼和內(nèi)交織，因此預(yù)置信息和系統(tǒng)信息可以用于編解碼和符號映射/解映射等處理的同步之用，作為系統(tǒng)的同步信號。
參見圖4，該新的傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)包括三個部分二電平的預(yù)置信息，長度為1024或者2048；二電平的系統(tǒng)信息，產(chǎn)生于128位的WALSH擴(kuò)頻序列；多電平的數(shù)據(jù)信息。16-OQAM模式下，數(shù)據(jù)信息為四電平數(shù)據(jù)符號；4-OQAM和4-OQAM-E模式下，數(shù)據(jù)信息為二電平數(shù)據(jù)符號。
為了保證多電平數(shù)據(jù)信息的平均信號功率與二電平的預(yù)置信息和系統(tǒng)信息的映射后信號功率基本相同，數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)方案中地面廣播的三種傳輸模式下數(shù)據(jù)電平以及同步信號電平的選擇如下1)16-OQAM模式對于固定業(yè)務(wù)，16-OQAM調(diào)制模式，只包含內(nèi)碼和內(nèi)交織，每一信道符號可以傳送2比特信息，每一固定業(yè)務(wù)的MPEG-IITS包用188個字節(jié)傳送。
擾碼之后的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成比特流送入內(nèi)碼和內(nèi)交織器，輸出的數(shù)據(jù)信息比特流同步于同步信號(包括預(yù)置信息和系統(tǒng)信息)，并按2個比特映射成1個符號的順序進(jìn)行映射，同步信號不參加信道編碼。
16-OQAM傳輸模式下，數(shù)據(jù)信息歸一化電平首先被選為±2、±6，其歸一化信號平均功率為20。根據(jù)信號功率相等的原則，歸一化同步信號電平應(yīng)為±20≈4.472.]]>考慮到實(shí)際電路的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，選擇歸一化同步信號電平為±4.5，其信號平均功率為20.25。由此，產(chǎn)生的信號功率波動為0.05dB。該信號功率波動遠(yuǎn)小于ATSC的信號功率波動0.757dB。在接收端采用典型的10比特A/D采樣精度，那么同步信號電平的10比特最小量化誤差為0.06dB，可見信號功率波動小于量化誤差。
映射后的量化電平值可以根據(jù)需要選用10比特、11比特或者12比特表示，在不計導(dǎo)頻的情況下，相應(yīng)的電平選擇分別見表1、表2和表3。如果選擇12比特量化，16-OQAM傳輸模式下信號的均方根值(RMS)為572.4。
表1 16-OQAM在10比特范圍內(nèi)對應(yīng)的電平選擇(導(dǎo)頻不計在內(nèi))

表2 16-OQAM在11比特范圍內(nèi)對應(yīng)的電平選擇(導(dǎo)頻不計在內(nèi))

表3 16-OQAM在12比特范圍內(nèi)對應(yīng)的電平選擇(導(dǎo)頻不計在內(nèi))

2)4-OQAM和4-OQAM-E模式對于移動業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，4-OQAM和4-OQAM-E調(diào)制模式，包含外碼、外交織、內(nèi)碼和內(nèi)交織。對于4-OQAM模式，每一信道符號可以傳送1比特信息，每一個MPEG-IITS包用200個字節(jié)傳送，其中包含外碼的冗余字節(jié)；對于4-OQAM-E模式，每一信道符號可以傳送1/2比特信息，每一個MPEG-IITS包用200個字節(jié)傳送，其中包含外碼的冗余字節(jié)。
擾碼之后的數(shù)據(jù)流經(jīng)過外碼和外交織器之后，再轉(zhuǎn)換成比特流送入內(nèi)碼和內(nèi)交織器，4-OQAM和4-OQAM-E模式分別對應(yīng)不同編碼率的內(nèi)碼編碼。輸出的數(shù)據(jù)信息比特流同步于同步信號(包括預(yù)置信息和系統(tǒng)信息)，并按1個比特映射成1個符號的順序進(jìn)行映射，同步信號不參加信道編碼。
由于4-OQAM與4-OQAM-E傳輸模式下預(yù)置信息、系統(tǒng)信息與數(shù)據(jù)信息歸一化電平均為二電平，本身不存在功率波動。但考慮到在混合模式下，4-OQAM、4-OQAM-E應(yīng)與16-OQAM的映射電平保持基本相同的信號功率，而16-OQAM的數(shù)據(jù)信息映射電平首先被選為±2、±6，其預(yù)置信息和系統(tǒng)信息的映射電平為±4.5，因此4-OQAM與4-OQAM-E傳輸模式下的數(shù)據(jù)信息映射電平和同步信號映射電平也選擇為±4.5。4-OQAM與4-OQAM-E傳輸模式下功率波動為0，混合模式下功率波動為0.05dB，均小于接收端的10比特A/D量化誤差0.06dB。
映射后的量化電平值可以根據(jù)需要選用10比特、11比特或者12比特表示，在不計導(dǎo)頻的情況下，相應(yīng)的電平選擇分別見表4、表5和表6。如果選擇12比特量化，4-OQAM和4-OQAM-E傳輸模式下信號的均方根值(RMS)為576，可見與16-OQAM傳輸模式下信號的RMS值(572.4)基本相同。
表4 4-OQAM和4-OQAM-E在10比特范圍內(nèi)對應(yīng)的電平選擇

表5 4-OQAM和4-OQAM-E在11比特范圍內(nèi)對應(yīng)的電平選擇

表6 4-OQAM和4-OQAM-E在12比特范圍內(nèi)對應(yīng)的電平選擇

權(quán)利要求
1.數(shù)字電視地面廣播中的一種信號電平映射方法，適用于混合傳輸?shù)臄?shù)字電視地面廣播系統(tǒng)，其特征在于在按幀格式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流中，每個數(shù)據(jù)幀中的預(yù)置信息和系統(tǒng)信息映射為二電平信號后的同步信號平均功率與該幀中的多電平數(shù)據(jù)信息信號的平均功率之間的信號功率波動，小于接收端的最小A/D量化誤差；不同的數(shù)據(jù)幀在傳輸不同的業(yè)務(wù)時，各幀之間的信號平均功率波動小于接收端的最小A/D量化誤差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號電平映射方法，其特征在于數(shù)字電視地面廣播混合傳輸系統(tǒng)包含16-OQAM、4-OQAM和4-OQAM-E這三種傳輸模式；16-OQAM傳輸模式下，數(shù)據(jù)幀包括二電平的預(yù)置信息、二電平的系統(tǒng)信息和四電平的數(shù)據(jù)信息，4-OQAM和4-OQAM-E傳輸模式下，數(shù)據(jù)幀包括二電平的預(yù)置信息、二電平的系統(tǒng)信息和二電平的數(shù)據(jù)信息；16-OQAM傳輸模式下，擾碼之后的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成比特流送入內(nèi)碼和內(nèi)交織器，輸出的數(shù)據(jù)信息比特流同步于同步信號，并按2個比特映射成1個符號的順序進(jìn)行映射，同步信號不參加信道編碼；數(shù)據(jù)信息歸一化電平選為±2、±6，其歸一化信號平均功率為20，同步信號歸一化電平選為±4.5，其信號平均功率為20.25；4-OQAM和4-OQAM-E傳輸模式，擾碼之后的數(shù)據(jù)流經(jīng)過外碼和外交織器之后，再轉(zhuǎn)換成比特流送入內(nèi)碼和內(nèi)交織器，輸出的數(shù)據(jù)信息比特流同步于同步信號，并按1個比特映射成1個符號的順序進(jìn)行映射，同步信號不參加信道編碼；數(shù)據(jù)信息歸一化映射電平和同步信號歸一化映射電平都選擇為±4.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的信號電平映射方法，其特征在于映射后的量化電平值可以根據(jù)需要選用10比特、11比特或者12比特表示。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的信號電平映射方法，其特征在于映射后的量化電平值選用10比特表示；不計導(dǎo)頻在內(nèi)，16-OQAM在10比特范圍內(nèi)對應(yīng)的電平選擇見表1，4-OQAM和4-OQAM-E在10比特范圍內(nèi)對應(yīng)的電平選擇見表2表1
表2
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的信號電平映射方法，其特征在于映射后的量化電平值選用11比特表示；不計導(dǎo)頻在內(nèi)，16-OQAM在11比特范圍內(nèi)對應(yīng)的電平選擇見表3，4-OQAM和4-OQAM-E在11比特范圍內(nèi)對應(yīng)的電平選擇見表4表3
表4
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的信號電平映射方法，其特征在于映射后的量化電平值選用12比特表示；不計導(dǎo)頻在內(nèi)，16-OQAM在12比特范圍內(nèi)對應(yīng)的電平選擇見表5，4-OQAM和4-OQAM-E在12比特范圍內(nèi)對應(yīng)的電平選擇見表6表5
表6
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的信號電平映射方法，其特征在于16-OQAM傳輸模式下信號的RMS值為572.4，4-OQAM和4-OQAM-E傳輸模式下信號的RMS值為576。
全文摘要
本發(fā)明公開了數(shù)字電視地面廣播中的一種信號電平映射方法，適用于混合傳輸?shù)臄?shù)字電視地面廣播系統(tǒng)。該方法要求，在按幀格式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流中，每個數(shù)據(jù)幀中的預(yù)置信息和系統(tǒng)信息映射為二電平信號后的同步信號平均功率與該幀中的多電平數(shù)據(jù)信息信號的平均功率之間的信號功率波動，小于接收端的最小A/D量化誤差；不同的數(shù)據(jù)幀在傳輸不同的業(yè)務(wù)時，各幀之間的信號平均功率波動小于接收端的最小A/D量化誤差。這種信號電平映射方法確保了自動電平控制的精度和速度基本不受信號功率波動的影響，使得系統(tǒng)可以更有效地利用發(fā)射效率，降低峰均比。
文檔編號H04N7/015GK1638472SQ200410000258
公開日2005年7月13日 申請日期2004年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月12日
發(fā)明者張文軍, 孫軍, 王匡, 葛建華 申請人:上海交通大學(xué), 浙江大學(xué), 西安電子科技大學(xué)