数字电视广播传输系统中的信号传输方法

摘要

本发明公开了一种数字电视广播传输系统中的信号传输方法。该方法适用于数字电视地面广播、数字电视有线广播及数字电视微波广播传输系统。它按照一定的帧场格式来安排数据结构。场/帧同步信号由828个符号组成，包括分别位于首尾的两组相同的32比特的系统信息位、一个511比特和一个253比特的伪随机码组成。采用本方法，传输系统可以支持多种传输模式的混合传输，以帧为单位来标注各种业务量的混合比例，增加了系统选择不同业务的灵活度。

说明书

本发明属于信号传输领域，特别涉及数字电视地面广播、数字电视有线广播及数字电视微波广播传输中的信号传输方法。

数字电视广播传输系统的应用领域包括数字电视地面广播、数字电视有线广播、数字电视微波广播和数字电视卫星广播等。典型的数字电视广播传输系统包括发射机和接收机。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。

新的数字电视广播传输系统采用偏置正交幅度调制方式(OQAM)。OQAM调制及其它常用的调制方式[如正交幅度调制(QAM)、残留边带调制(VSB)]的I通道和Q通道的数据组成见图1。在OQAM调制过程中，输入数据经编码后轮流送入I通道和Q通道；在VSB调制过程中，输入数据经编码后只送入I通道；在QAM调制过程中，输入数据经编码后分别以比OQAM和VSB方式降低一半的采样速率同时送入I通道和Q通道。与VSB和QAM相比，由于OQAM信号同时具备时域和载波相位的对称特点，因此在接收端的载波和时钟恢复两个过程可以独立完成而不相互交叉，有利于接收机实现更稳定的接收及降低接收机成本。

数字电视地面广播系统在传输时对输入数据要进行一系列信道编码的处理，包括数据随机化、Reed-Solomon(RS)外编码、数据交织、采用网格编码(TCM)或块编码方式的内编码，加入同步信号、导频信号，信道成形滤波，上变频等。与数字电视地面广播系统相比，数字电视有线广播和微波广播系统除不包含内编码模块外，其余基本相同。也就是说，地面、有线、微波广播系统有很强的兼容性。

同步信号包括段同步信号和场同步信号，它们对于保证整个数字广播传输系统的系统同步和时钟恢复等具有重要意义。根据传输业务的要求，若干数据场可以组成一个数据帧，每帧的开始由帧同步信号表示。帧同步信号、场同步信号、段同步信号和输入数据均为传输对象，它们共同构成了传输信号的帧/场格式。

在新的数字电视广播系统中，根据业务需要和实际应用环境，地面广播有三种传输模式，分别是：用于固定业务的格形编码64-OQAM、用于移动业务的块编码16-OQAM和用于数据业务的块编码4-OQAM。有线电视和微波广播也有三种传输模式，分别是：高数据模式256-OQAM，高数据模式64-OQAM和普通数据模式16-OQAM。这时往往要求系统含有混合传输模式。系统信息在每场都有可能不同，例如：本场是固定业务接收，使用格形编码64-OQAM传输模式，而下一场则可能是数据业务接收，使用块编码4-OQAM传输模式。因此，有必要在传输的数据中可靠地指出传输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，根据不同业务量的要求，应设置相应的业务帧的长度。因此传输信号的帧/场格式中应包含系统信息位来指示传输模式等信息。

本发明的目的是提供一种利用帧/场格式结构的数据安排来实现数字电视广播中的信号传输，利用该种信号传输方法能够满足数字地面电视广播传输、有线广播和微波广播传输的多种传输模式要求。

本发明设计的传输信号的帧/场格式是这样的：传输信号数据以“场”为单位被分成若干场，传输时按时间先后一场接一场地发送。地面广播传输系统支持多种传输模式的混合传输，不同的传输模式以场为单位混合，帧同步信号是通过改变场同步信号中的系统信息的定义而实现的，可以将帧同步信号视为场同步信号的特殊形式，在每一帧的开始，帧同步信号直接取代场同步信号。相邻的场可能是同一模式，也可能是不同模式。各场模式通过场同步段中所包含的系统信息位定义。帧和场的大小是确定的。每一帧由16场组成，每一场信号由79个数据“段”组成，包括一段场同步信号(或帧同步信号)和78段数据信号。每段含有836个符号，其中前8个符号是段同步信号，每段出现一次，后828个符号是数据信号(包括编码后的数据以及RS校验位)或场/帧同步信号。场/帧同步信号含一个511比特和一个253比特(255比特一2比特)的伪随机码以及两组(各32比特)相同的经扩频保护的系统信息位组成。数字电视有线广播和微波广播系统中的传输模式在确定后不再改变，即根据系统信息位的设置，固定采用一种传输(调制)模式。此时一帧就是一场。每场的长度根据不同的调制模式有所不同，256-OQAM调制模式每场包含1个场同步段和78个数据段，64-OQAM调制模式每场包含1个场同步段和104个数据段，16-OQAM调制模式每场包含1个场同步段和156个数据段。段同步信号及场/帧同步信号的长度和安排与地面广播系统的相应内容相同。

传输信号采用本发明设计的传输方法，传输系统可以通过设置系统信息位和以场为单位独立传输的方式支持系统多种传输模式的混合传输，以帧为单位来标注各种业务量的混合比例。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。

以下结合附图进一步描述本发明的实施例。

图1为VSB、QAM和OQAM的I，Q通道信号组成。

图2为数字地面广播系统的帧/场格式示意图。

图3为数字有线、微波广播系统256-OQAM场格式示意图。

图4为数字有线、微波广播系统64-OQAM场格式示意图。

图5为数字有线、微波广播系统16-OQAM场格式示意图。

图6为段同步信号形式。

图7为场同步信号的组成。

图8为PN511的产生方式。

图9为PN255的产生方式。

输入数据被随机化后，进入外码编码器，在新的数字电视广播传输系统中，外码采用T＝10(207，187)的RS编码。即数据尺寸为187字节，携带20字节的校验位。每个RS数据块为207字节。

传输信号以“场”为单位一场接一场地发送。数字电视地面广播系统的帧/场格式如图2所示，每一帧由16场组成，每一场由79段组成，其中第一段为场/帧同步信号，后78段为数据信号；数字电视有线广播和微波广播系统在采用256-OQAM、64-OQAM和16-OQAM调制方式的场格式分别如图3、图4和图5所示，每一场对应由79/105/157段组成，其中第一段为场同步信号，后面分别对应78/104/156段为数据信号。每段的长度都相同，含有836个符号，其中前8个符号是段同步信号，每段出现一次，后828个符号是数据信号(包括编码后的数据以及RS校验位)或场/帧同步信号。

无论是地面广播系统还是有线广播和微波广播系统，其中的段、场/帧同步信号的定义及安排相同，段、场/帧同步信号都用两电平表达，并且不参与信道编码。所传输的数据根据传输业务的不同需要，可采用块编码4-OQAM、块编码16-OQAM、格形编码64-OQAM、16-OQAM、64-OQAM或256-OQAM等不同调制方式，每个符号分别对应2电平、4电平、8电平和16电平。这样，每个输入的207个字节的RS数据块根据不同调制方式会在每一个段内有相应安排，例如：若以格形编码64-OQAM或16-OQAM传输固定接收业务，则一个RS数据块被安排在一个段中，前者以8电平OQAM传输，后者以4电平OQAM传输。若以块编码16-OQAM传输移动接收业务，则一个RS数据块被安排在相邻的两段中以4电平OQAM传输。若以块编码4-OQAM传输数据接收业务，则一个RS数据块被安排在相邻的4段中以2电平OQAM传输。在256-OQAM高数据模式下，每两个RS数据块被安排在一段中传输；在64-OQAM高数据模式下，每三个RS数据块被安排在相邻的两段中传输。

段同步信号形式见图6。段同步信号为8个2电平符号：0、1、0、1、1、0、0、0。

场同步信号的组成见图7。在组成场同步信号的836个符号中，有8个符号的段同步信号，32个符号的系统(模式)信息位，511个符号的PN511的随机序列，253个符号的PN255的随机序列(去掉最后两位)，以及与前面32个符号的系统信息位完全相同的第二组32个符号的系统信息位。

对于各种OQAM调制模式，在图2与图6中，单位符号采样频率为V＝14.28MHz，实部(I通道)出现在奇数点上，虚部(Q通道)出现在偶数点上。

表1是32个信息位的定义。将表1中的任一序列的32个比特取相反符号时，可以得到其互补的序列，由此，可以将32个信息序列扩展到64个。互补序列用来指示帧同步以及复位，当帧同步以及复位信息出现时，系统的随机化器、交织等功能复位。64个系统信息位及其所代表的系统信息内容见表2。很显然，表1和表2的定义可以相应更改或补充。

表1 32个信息位定义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系统信息位所表达的内容定义+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  本场格形编码64-OQAM，     下一场格形编码64-OQAM-E  本场格形编码64-OQAM复位， 下一场格形编码64-OQAM+F  本场格形编码64-OQAM，     下一场块编码16-OQAM-F  本场格形编码64-OQAM复位， 下一场块编码16-OQAM+G  本场格形编码64-OQAM，     下一场块编码4-OQAM-G  本场格形编码64-OQAM复位， 下一场块编码4-OQAM+H  本场块编码16-OQAM，       下一场格形编码64-OQAM-H  本场块编码16-OQAM复位，   下一场格形编码64-OQAM+I  本场块编码16-OQAM，       下一场块编码16-OQAM-I  本场块编码16-OQAM复位，   下一场块编码16-OQAM+J  本场块编码16-OQAM，       下一场块编码4-OQAM-J  本场块编码16-OQAM复位，   下一场块编码4-OQAM+K  本场块编码4-OQAM，        下一场格形编码64-OQAM-K  本场块编码4-OQAM复位，    下一场格形编码64-OQAM+L  本场块编码4-OQAM，        下一场块编码16-OQAM-L  本场块编码4-OQAM复位，    下一场块编码16-OQAM+M  本场块编码4-OQAM，        下一场块编码4-OQAM-M  本场块编码4-OQAM复位，    下一场块编码4-OQAM+N  本场格形编码64-OQAM，        下一场格形编码64-OQAM复位-N  本场格形编码64-OQAM复位，    下一场格形编码64-OQAM复位+O  本场格形编码64-OQAM，        下一场块编码16-OQAM复位-O  本场格形编码64-OQAM复位，    下一场块编码16-OQAM复位+P  本场格形编码64-OQAM，        下一场块编码4-OQAM复位-P  本场格形编码64-OQAM复位，    下一场块编码4-OQAM复位+Q  本场块编码16-OQAM，          下一场格形编码64-OQAM复位-Q  本场块编码16-OQAM复位，      下一场格形编码64-OQAM复位+R  本场块编码16-OQAM，          下一场块编码16-OQAM复位-R  本场块编码16-OQAM复位，      下一场块编码16-OQAM复位+S  本场块编码16-OQAM，          下一场块编码4-OQAM复位-S  本场块编码16-OQAM复位，      下一场块编码4-OQAM复位+T  本场块编码4-OQAM，           下一场格形编码64-OQAM复位-T  本场块编码4-OQAM复位，       下一场格形编码64-OQAM复位+U  本场块编码4-OQAM，           下一场块编码16-OQAM复位-U  本场块编码4-OQAM复位，       下一场块编码16-OQAM复位+V  本场块编码4-OQAM，           下一场块编码4-OQAM复位-V  本场块编码4-OQAM复位，       下一场块编码4-OQAM复位+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

系统目前暂不包含4-OQAM这种模式，可视为保留模式。接收机接收到保留模式时，对该场信号不作处理，跳过该场。

场同步信号中PN511的产生方式见图8。PN511的产生公式是X⁹+X⁷+X⁶+X⁴+X³+X+1，预设值为010000000。其完整的序列见表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的数值

PN255的产生方式见图9。PN255的产生公式是X⁸+X⁵+X³+X+1，其输出反相。预设值为00000001。序列最后2比特删除不用。其完整的序列见表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的数值