數位電視廣播傳輸系統中的信號傳輸方法
2023-05-14 23:04:21 1
專利名稱：數位電視廣播傳輸系統中的信號傳輸方法
技術領域：
本發明屬於信號傳輸領域，特別涉及數位電視地面廣播、數位電視有線廣播及數位電視微波廣播傳輸中的信號傳輸方法。
數位電視廣播傳輸系統的應用領域包括數位電視地面廣播、數位電視有線廣播、數位電視微波廣播和數位電視衛星廣播等。典型的數位電視廣播傳輸系統包括發射機和接收機。數字調製技術往往將數位訊號進行編碼，再加入必要的輔助信息，如同步信號、導頻信號等。編碼後的數位訊號經過信道濾波後形成基帶信號。該基帶信號經過上變頻器被調製到相應的頻帶後發送。在接收端，調諧器將高頻信號變換到基帶後經模數轉換器得到數位訊號。該數位訊號經過處理後被恢復成與發送端一致的信息。
新的數位電視廣播傳輸系統採用偏置正交幅度調製方式(OQAM)。OQAM調製及其它常用的調製方式[如正交幅度調製(QAM)、殘留邊帶調製(VSB)]的I通道和Q通道的數據組成見
圖1。在OQAM調製過程中，輸入數據經編碼後輪流送入I通道和Q通道；在VSB調製過程中，輸入數據經編碼後只送入I通道；在QAM調製過程中，輸入數據經編碼後分別以比OQAM和VSB方式降低一半的採樣速率同時送入I通道和Q通道。與VSB和QAM相比，由於OQAM信號同時具備時域和載波相位的對稱特點，因此在接收端的載波和時鐘恢復兩個過程可以獨立完成而不相互交叉，有利於接收機實現更穩定的接收及降低接收機成本。
數位電視地面廣播系統在傳輸時對輸入數據要進行一系列信道編碼的處理，包括數據隨機化、Reed-Solomon(RS)外編碼、數據交織、採用網格編碼(TCM)或塊編碼方式的內編碼，加入同步信號、導頻信號，信道成形濾波，上變頻等。與數位電視地面廣播系統相比，數位電視有線廣播和微波廣播系統除不包含內編碼模塊外，其餘基本相同。也就是說，地面、有線、微波廣播系統有很強的兼容性。
同步信號包括段同步信號和場同步信號，它們對於保證整個數字廣播傳輸系統的系統同步和時鐘恢復等具有重要意義。根據傳輸業務的要求，若干數據場可以組成一個數據幀，每幀的開始由幀同步信號表示。幀同步信號、場同步信號、段同步信號和輸入數據均為傳輸對象，它們共同構成了傳輸信號的幀/場格式。
在新的數位電視廣播系統中，根據業務需要和實際應用環境，地面廣播有三種傳輸模式，分別是用於固定業務的格形編碼64-OQAM、用於移動業務的塊編碼16-OQAM和用於數據業務的塊編碼4-OQAM。有線電視和微波廣播也有三種傳輸模式，分別是高數據模式256-OQAM，高數據模式64-OQAM和普通數據模式16-OQAM。這時往往要求系統含有混合傳輸模式。系統信息在每場都有可能不同，例如本場是固定業務接收，使用格形編碼64-OQAM傳輸模式，而下一場則可能是數據業務接收，使用塊編碼4-OQAM傳輸模式。因此，有必要在傳輸的數據中可靠地指出傳輸模式以及其他的一系列信息，如系統參數、隨機化器和交織的復位指示信息等。另外，根據不同業務量的要求，應設置相應的業務幀的長度。因此傳輸信號的幀/場格式中應包含系統信息位來指示傳輸模式等信息。
本發明的目的是提供一種利用幀/場格式結構的數據安排來實現數位電視廣播中的信號傳輸，利用該種信號傳輸方法能夠滿足數字地面電視廣播傳輸、有線廣播和微波廣播傳輸的多種傳輸模式要求。
本發明設計的傳輸信號的幀/場格式是這樣的傳輸信號數據以「場」為單位被分成若干場，傳輸時按時間先後一場接一場地發送。地面廣播傳輸系統支持多種傳輸模式的混合傳輸，不同的傳輸模式以場為單位混合，幀同步信號是通過改變場同步信號中的系統信息的定義而實現的，可以將幀同步信號視為場同步信號的特殊形式，在每一幀的開始，幀同步信號直接取代場同步信號。相鄰的場可能是同一模式，也可能是不同模式。各場模式通過場同步段中所包含的系統信息位定義。幀和場的大小是確定的。每一幀由16場組成，每一場信號由79個數據「段」組成，包括一段場同步信號(或幀同步信號)和78段數據信號。每段含有836個符號，其中前8個符號是段同步信號，每段出現一次，後828個符號是數據信號(包括編碼後的數據以及RS校驗位)或場/幀同步信號。場/幀同步信號含一個511比特和一個253比特(255比特一2比特)的偽隨機碼以及兩組(各32比特)相同的經擴頻保護的系統信息位組成。數位電視有線廣播和微波廣播系統中的傳輸模式在確定後不再改變，即根據系統信息位的設置，固定採用一種傳輸(調製)模式。此時一幀就是一場。每場的長度根據不同的調製模式有所不同，256-OQAM調製模式每場包含1個場同步段和78個數據段，64-OQAM調製模式每場包含1個場同步段和104個數據段，16-OQAM調製模式每場包含1個場同步段和156個數據段。段同步信號及場/幀同步信號的長度和安排與地面廣播系統的相應內容相同。
傳輸信號採用本發明設計的傳輸方法，傳輸系統可以通過設置系統信息位和以場為單位獨立傳輸的方式支持系統多種傳輸模式的混合傳輸，以幀為單位來標註各種業務量的混合比例。增加了系統選擇不同業務的靈活度，擴展了系統的應用範圍。
以下結合附圖進一步描述本發明的實施例。
圖1為VSB、QAM和OQAM的I，Q通道信號組成。
圖2為數字地面廣播系統的幀/場格式示意圖。
圖3為數字有線、微波廣播系統256-OQAM場格式示意圖。
圖4為數字有線、微波廣播系統64-OQAM場格式示意圖。
圖5為數字有線、微波廣播系統16-OQAM場格式示意圖。
圖6為段同步信號形式。
圖7為場同步信號的組成。
圖8為PN511的產生方式。
圖9為PN255的產生方式。
輸入數據被隨機化後，進入外碼編碼器，在新的數位電視廣播傳輸系統中，外碼採用T＝10(207，187)的RS編碼。即數據尺寸為187位元組，攜帶20位元組的校驗位。每個RS數據塊為207位元組。
傳輸信號以「場」為單位一場接一場地發送。數位電視地面廣播系統的幀/場格式如圖2所示，每一幀由16場組成，每一場由79段組成，其中第一段為場/幀同步信號，後78段為數據信號；數位電視有線廣播和微波廣播系統在採用256-OQAM、64-OQAM和16-OQAM調製方式的場格式分別如圖3、圖4和圖5所示，每一場對應由79/105/157段組成，其中第一段為場同步信號，後面分別對應78/104/156段為數據信號。每段的長度都相同，含有836個符號，其中前8個符號是段同步信號，每段出現一次，後828個符號是數據信號(包括編碼後的數據以及RS校驗位)或場/幀同步信號。
無論是地面廣播系統還是有線廣播和微波廣播系統，其中的段、場/幀同步信號的定義及安排相同，段、場/幀同步信號都用兩電平表達，並且不參與信道編碼。所傳輸的數據根據傳輸業務的不同需要，可採用塊編碼4-OQAM、塊編碼16-OQAM、格形編碼64-OQAM、16-OQAM、64-OQAM或256-OQAM等不同調製方式，每個符號分別對應2電平、4電平、8電平和16電平。這樣，每個輸入的207個字節的RS數據塊根據不同調製方式會在每一個段內有相應安排，例如若以格形編碼64-OQAM或16-OQAM傳輸固定接收業務，則一個RS數據塊被安排在一個段中，前者以8電平OQAM傳輸，後者以4電平OQAM傳輸。若以塊編碼16-OQAM傳輸移動接收業務，則一個RS數據塊被安排在相鄰的兩段中以4電平OQAM傳輸。若以塊編碼4-OQAM傳輸數據接收業務，則一個RS數據塊被安排在相鄰的4段中以2電平OQAM傳輸。在256-OQAM高數據模式下，每兩個RS數據塊被安排在一段中傳輸；在64-OQAM高數據模式下，每三個RS數據塊被安排在相鄰的兩段中傳輸。
段同步信號形式見圖6。段同步信號為8個2電平符號0、1、0、1、1、0、0、0。
場同步信號的組成見圖7。在組成場同步信號的836個符號中，有8個符號的段同步信號，32個符號的系統(模式)信息位，511個符號的PN511的隨機序列，253個符號的PN255的隨機序列(去掉最後兩位)，以及與前面32個符號的系統信息位完全相同的第二組32個符號的系統信息位。
對於各種OQAM調製模式，在圖2與圖6中，單位符號採樣頻率為V＝14.28MHz，實部(I通道)出現在奇數點上，虛部(Q通道)出現在偶數點上。
表1是32個信息位的定義。將表1中的任一序列的32個比特取相反符號時，可以得到其互補的序列，由此，可以將32個信息序列擴展到64個。互補序列用來指示幀同步以及復位，當幀同步以及復位信息出現時，系統的隨機化器、交織等功能復位。64個系統信息位及其所代表的系統信息內容見表2。很顯然，表1和表2的定義可以相應更改或補充。
表1 32個信息位定義A 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0B 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1C 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1D 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0E 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1F 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0G 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0H 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1I 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1J 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0K 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0L 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1M 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0N 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 10 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1P 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0Q 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1R 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0S 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0T 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1U 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0V 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1W 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1X 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0Y 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0Z 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1AA 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1BA 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0CA 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1DA 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0EA 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0FA 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1表2系統信息位所表達的內容定義+A 256-OQAM-A 保留+B 64-OQAM-B 保留+C 16-OQAM-C 保留+D 4-OQAM-D 保留+E 本場格形編碼64-OQAM， 下一場格形編碼64-OQAM-E 本場格形編碼64-OQAM復位， 下一場格形編碼64-OQAM+F 本場格形編碼64-OQAM， 下一場塊編碼16-OQAM-F 本場格形編碼64-OQAM復位， 下一場塊編碼16-OQAM+G 本場格形編碼64-OQAM， 下一場塊編碼4-OQAM-G 本場格形編碼64-OQAM復位， 下一場塊編碼4-OQAM+H 本場塊編碼16-OQAM， 下一場格形編碼64-OQAM-H 本場塊編碼16-OQAM復位， 下一場格形編碼64-OQAM+I 本場塊編碼16-OQAM， 下一場塊編碼16-OQAM-I 本場塊編碼16-OQAM復位， 下一場塊編碼16-OQAM+J 本場塊編碼16-OQAM， 下一場塊編碼4-OQAM-J 本場塊編碼16-OQAM復位， 下一場塊編碼4-OQAM+K 本場塊編碼4-OQAM，下一場格形編碼64-OQAM-K 本場塊編碼4-OQAM復位，下一場格形編碼64-OQAM+L 本場塊編碼4-OQAM，下一場塊編碼16-OQAM-L 本場塊編碼4-OQAM復位，下一場塊編碼16-OQAM+M 本場塊編碼4-OQAM，下一場塊編碼4-OQAM-M 本場塊編碼4-OQAM復位，下一場塊編碼4-OQAM+N 本場格形編碼64-OQAM，下一場格形編碼64-OQAM復位-N 本場格形編碼64-OQAM復位，下一場格形編碼64-OQAM復位+O 本場格形編碼64-OQAM，下一場塊編碼16-OQAM復位-O 本場格形編碼64-OQAM復位，下一場塊編碼16-OQAM復位+P 本場格形編碼64-OQAM，下一場塊編碼4-OQAM復位-P 本場格形編碼64-OQAM復位，下一場塊編碼4-OQAM復位+Q 本場塊編碼16-OQAM， 下一場格形編碼64-OQAM復位-Q 本場塊編碼16-OQAM復位， 下一場格形編碼64-OQAM復位+R 本場塊編碼16-OQAM， 下一場塊編碼16-OQAM復位-R 本場塊編碼16-OQAM復位， 下一場塊編碼16-OQAM復位+S 本場塊編碼16-OQAM， 下一場塊編碼4-OQAM復位-S 本場塊編碼16-OQAM復位， 下一場塊編碼4-OQAM復位+T 本場塊編碼4-OQAM， 下一場格形編碼64-OQAM復位-T 本場塊編碼4-OQAM復位， 下一場格形編碼64-OQAM復位+U 本場塊編碼4-OQAM， 下一場塊編碼16-OQAM復位-U 本場塊編碼4-OQAM復位， 下一場塊編碼16-OQAM復位+V 本場塊編碼4-OQAM， 下一場塊編碼4-OQAM復位-V 本場塊編碼4-OQAM復位， 下一場塊編碼4-OQAM復位+W 保留-W 保留+X 保留-X 保留+Y 保留-Y 保留+Z 保留-Z 保留+AA 保留-AA 保留+BA 保留-BA 保留+CA 保留-CA 保留+DA 保留-DA 保留+EA 保留-EA 保留+FA 保留-FA 保留系統目前暫不包含4-OQAM這種模式，可視為保留模式。接收機接收到保留模式時，對該場信號不作處理，跳過該場。
場同步信號中PN511的產生方式見圖8。PN511的產生公式是X9+X7+X6+X4+X3+X+1，預設值為010000000。其完整的序列見表3。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表3 PN511的數值PN255的產生方式見圖9。PN255的產生公式是X8+X5+X3+X+1，其輸出反相。預設值為00000001。序列最後2比特刪除不用。其完整的序列見表4。0111 1111 0110 1000 0000 0111 0010 1010 1000 0100 1100 1101 0110 1110 1110 01110000 1111 0111 1010 1111 1000 0011 0000 0010 1011 1010 1011 0011 1100 1100 01000001 0001 0110 1010 0101 1000 1100 1001 1101 0001 0010 0001 1010 0100 1010 00110110 1100 1011 1000 1110 1100 0010 1111 0001 0100 1111 1010 0110 1111 1100 100表4 PN255的數值
權利要求
1.一種數位電視廣播傳輸系統中的信號傳輸方法，其特徵在於傳輸信號數據以場為單位發送，N場信號組成一幀，每一場信號由M個信號段組成，包括一段場/幀同步信號和M-1段數據信號，每段含有836個符號，其中前8個符號為段同步信號，後828個符號是數據信號或者場/幀同步信號。
2.根據權利要求1所述的信號傳輸方法，其特徵在於該信號傳輸方法用於數位電視地面廣播系統的格形編碼64-OQAM、塊編碼16-OQAM和塊編碼4-OQAM三種傳輸模式，其中N的數值為16，M的數值為79。
3.根據權利要求1所述的信號傳輸方法，其特徵在於該信號傳輸方法用於數位電視有線廣播系統及微波廣播系統，其中N的數值為1，當系統採用256-OQAM傳輸模式時，M的數值為79；當系統採用64-OQAM傳輸模式時，M的數值為105；當系統採用16-OQAM傳輸模式時，M的數值為157。
4.根據權利要求1所述的信號傳輸方法，其特徵在於段同步信號為8個2電平符號0、1、0、1、1、0、0、0。
5.根據權利要求1所述的信號傳輸方法，其特徵在於場/幀同步信號的828個符號由分別位於首尾的兩組相同的32比特的系統信息位、一個511比特和一個253比特的偽隨機碼組成。
6.根據權利要求5所述的信號傳輸方法，其特徵在於產生511比特偽隨機碼的多項式為X9+X7+X6+X4+X3+X+1，預設值為010000000。
7.根據權利要求5所述的信號傳輸方法，其特徵在於253比特偽隨機碼由一個255比特偽隨機碼去掉最後2個比特構成，產生255比特偽隨機碼的多項式為X8+X5+X3+X+1，其輸出反相，預設值為00000001。
全文摘要
本發明公開了一種數位電視廣播傳輸系統中的信號傳輸方法。該方法適用於數位電視地面廣播、數位電視有線廣播及數位電視微波廣播傳輸系統。它按照一定的幀場格式來安排數據結構。場/幀同步信號由828個符號組成，包括分別位於首尾的兩組相同的32比特的系統信息位、一個511比特和一個253比特的偽隨機碼組成。採用本方法，傳輸系統可以支持多種傳輸模式的混合傳輸，以幀為單位來標註各種業務量的混合比例，增加了系統選擇不同業務的靈活度。
文檔編號H04N7/015GK1406059SQ0112404
公開日2003年3月26日 申請日期2001年8月9日 優先權日2001年8月9日
發明者張文軍, 夏勁松, 王匡, 葛建華 申請人:上海交通大學, 浙江大學, 西安電子科技大學