專利名稱：數字電視廣播傳輸中的數據交織方法
技術領域：
本發明屬于數字信號傳輸領域，特別涉及數字電視廣播傳輸中對傳輸數據進行交織處理的方法。
背景技術：
如

圖1所示，典型的無線傳輸系統包括發射機和接收機，接收機中如果有調諧器，則不必有下變頻。數字調制技術往往將數字信號進行編碼，再加入必要的輔助信息，如同步信號、導頻信號等。編碼后的數字信號經過信道濾波后形成基帶信號。該基帶信號經過上變頻器被調制到相應的頻帶后發送。在接收端，調諧器將高頻信號變換到基帶后經模數轉換器得到數字信號。該數字信號經過數字解碼處理后被恢復成與發送端一致的信息。
新的數字地面廣播系統采用偏置正交幅度調制方式(OQAM)。在OQAM調制過程中，輸入數據經編碼后輪流送入I通道和Q通道，如圖2所示。
數字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Reed-Solomon(RS)外編碼、數據隨機化、數據交織、采用網格編碼(TCM)內編碼(或無)，加入同步信號、導頻信號，信道成形濾波，上變頻等。其處理的模塊和流程見圖3。
為了對付信道中的沖擊噪聲(Impulse Noise)干擾，以及對付移動接收時信道中的衰落，并配合信道編碼，數字電視廣播傳輸系統要對數據實行字節交織處理。雖然字節交織對外碼有益，但交織并不參與外碼的編碼過程。通常，數據交織采用卷積交織運算法則。卷積交織通過有效地分散數據結構中不同數量的字節來打亂連續的字節群，使突發錯誤分散開來，以便用糾錯解碼恢復正確數據，解交織進行相對應的反向處理。數據交織涉及到三個重要的參數，即預期的最大沖擊噪聲長度LN、RS解碼器能夠糾錯的誤碼字節數L以及RS塊的大小LRS。據此，所設計的交織深度LM至少應達到LM＝LN×LRS/L。如果交織深度太小，避免沖擊噪聲的效果就差。但是，交織深度也不能設計得過大，否則編碼端的交織和解碼端的解交織過程會產生大的系統傳輸延遲，這一點對于具備雙向交互通信要求的廣播系統會造成應用上的限制，也會增加系統的成本。
新的ADTB-T系統傳輸三種業務，分別是電視信號固定接收(固定業務)、電視信號移動接收(移動業務)和數據信號移動接收(數據業務)。其中，固定業務可以選擇16-OQAM和格型編碼64-OQAM兩種調制模式；移動業務可以選擇4-OQAM和格型編碼16-OQAM兩種調制模式；數據業務選擇卷積編碼4-OQAM的調制模式。
三種業務各自的調制模式具有類似的幀、場結構，各調制模式可以根據應用需要以幀為單位任意混合。即一幀信號由同一種調制模式構成，不同幀之間可能是相同的調制模式，也可能是不同的調制模式。三種業務各自的調制模式在每一幀開始的幀同步中將明確指出該幀的調制模式，同時提供信道編碼的復位信息。
因為地面廣播系統的業務不同，移動業務需要比固定業務更強的抗干擾和抗信道衰落的能力，數據業務需要比移動業務更強的抗干擾和抗信道衰落的能力。因此，電路參數的設置需要滿足以上的要求，并且降低硬件的復雜度。

發明內容
本發明的目的是為數字電視廣播傳輸系統設計相應的數據交織方式，以便有效地避免信道中的沖擊噪聲干擾，同時簡化實現電路的結構。
本發明設計的數據交織方法是這樣的在數字電視廣播傳輸系統中，對于各種傳輸模式，都采用卷積交織的方式進行數據的字節交織處理。輸入數據首先進入外碼編碼器，外碼采用T＝10(207，187)的RS編碼。RS數據尺寸為187字節，攜帶20字節的校驗位，每個RS數據塊為207字節。由此確定RS解碼器能夠糾錯的誤碼字節數L以及RS塊的大小LRS。
設B為交織器轉換開關一個周期所包含的路的個數，M為交織器每一路延遲量的最小單位字節數，則交織器第B路設有M×(B-1)個八位并行移位寄存器。交織器轉換開關每個字節周期換一次位置，在轉換開關的控制下，從隨機化器輸出的數據依次循環輸入交織器的第1路至第B路，交織器依次從第1路、第2路至第B路的最后一個移位寄存器循環取出一個字節數據連續輸出。
通過設置的B和M，可以實現地面廣播的三種傳輸業務在使用同樣的交織電路時獲得不同的保護長度。
在傳輸信號組成中，交織器對隨機化后的經RS外編碼的數據及其外編碼所產生的RS校驗位作用。幀同步信號和場同步信號不參與交織。
在混合傳輸模式下，各模式使用各自的RS編碼器、各自的隨機化器、各自的交織器和各自的內碼編碼器，相互之間沒有關系。各模式的交織器、隨機化器等通過各自的同步復位信號復位。卷積交織器的輸入和輸出通過幀同步信號中的信息位復位，交織器的地址每一幀重復一次。
本發明設計的數據交織方法，由于各種傳輸業務使用同樣參數的字節交織器，因而降低了傳輸系統的復雜度。同時，不同傳輸業務根據不同需要獲得不同的保護長度，移動業務的保護長度長于固定業務，數據業務的保護長度長于移動業務，從而優化了系統性能。本發明字節交織器的參數選擇使該交織器的運行與復位和幀同步信號同步，簡化了系統設計，提高了系統工作的可靠性，減小了出錯時錯誤的累積和擴散，從而可以有效避免信道中的沖擊噪聲干擾。
以下結合附圖和實施例進一步描述本發明。
圖1為典型的數字電視廣播傳輸系統框圖。
圖2為OQAM的I，Q通道信號組成。
圖3為數字地面廣播系統中發射機的各功能模塊電路和流程。
圖4為16-OQAM、格型編碼64-OQAM調制模式下的幀場結構示意圖。
圖5為4-OQAM、格型編碼16-OQAM調制模式下的幀場結構示意圖。
圖6為卷積編碼4-OQAM調制模式下的幀場結構示意圖。
圖7為地面廣播傳輸中卷積交織器的原理和參數。
具體實施例方式
如圖4所示，數字地面廣播傳輸中，在16-OQAM調制模式和格型編碼64-OQAM調制模式下，每幀包含1個幀同步信號和16場數據，每場數據包含43056個數據符號和1個場同步信號。每幀傳輸832個有效MPEG-II包，包含702120(4968+516×16+43056×16)個符號。
如圖5所示，數字地面廣播傳輸中，在4-OQAM調制模式和格型編碼16-OQAM調制模式下，每幀包含1個幀同步信號和64場數據，每場數據包含21528個數據符號和1個場同步信號。每幀傳輸832個有效MPEG-II包，包含1415784(4968+516×64+21528×64)個符號。
如圖6所示，數字地面廣播傳輸中，卷積編碼4-OQAM調制模式下，每幀包含1個幀同步信號和256場數據，每場數據包含10764個數據符號和1個場同步信號。每幀傳輸832個有效MPEG-II包，包含2892648(4968+516×256+10764×256)個符號。
輸入數據首先進入外碼編碼器，外碼采用T＝10(207，187)的RS編碼。RS數據尺寸為187字節，攜帶20字節的校驗位，每個RS數據塊為207字節。在外編碼器之后是隨機化器，隨機化器之后是字節交織器。字節交織采用卷積交織方式，以字節為單位對隨機化處理之后的數據進行字節交織。
如圖7所示，B為交織器轉換開關一個周期所包含的路的個數，B＝208。M為交織器每一路延遲量的最小單位字節數，M＝4。圖中，每一個方格表示一個八位并行移位寄存器。可見，交織器第B路設有4×(B-1)個八位并行移位寄存器，其中B為大于等于1且小于等于208的整數。
交織器轉換開關每個字節周期換一次位置，從隨機化器輸出的數據在轉換開關的控制下，第一字節進入交織器第1路、第二字節存入交織器第2路的首個移位寄存器、第三字節存入交織器第3路的首個移位寄存器、……、第二百零八字節存入交織器第208路的首個移位寄存器，然后又從第1路開始形成周期循環，即第二百零九字節進入交織器第1路、第二百一十字節存入交織器第2路的首個移位寄存器……。
交織器的數據輸出過程是這樣的在交織器轉換開關的控制下，交織器輸出的第一字節為來自交織器第1路的字節數據，交織器輸出的第二字節為取自交織器第2路的最后一個移位寄存器的字節數據，交織器輸出的第三字節為取自交織器第3路的最后一個移位寄存器的字節數據，……，交織器輸出的第二百零八字節為來自交織器第208路的最后一個移位寄存器的字節數據，然后又從第1路開始循環輸出，轉換開關每個字節周期換一次位置。
可見，交織器第B路字節數據從輸入到輸出的延遲量為4×(B-1)個字節。
卷積交織器深度選擇為832個經RS編碼(187，207)和隨機化處理后的MPEG-II包，為172224(即832×207)個字節。
只有經RS編碼和隨機化處理后的數據參與字節交織，幀同步信號和場同步信號不參與字節交織。幀同步信號和場同步信號到達時，交織器電路停止工作。
在混合傳輸模式下，各模式使用各自的RS編碼器、各自的隨機化器、各自的交織器和各自的內碼編碼器，相互之間沒有關系。各模式的交織器、隨機化器等通過各自的同步復位信號復位。卷積交織器的輸入和輸出通過幀同步信號中的信息位復位，交織器的地址每一幀重復一次。
根據本實施例，字節交織器長度長于ATSC系統和DVB-T系統，能夠提供強的抗干擾能力和強的抗信道衰落能力。
權利要求
1.一種數字電視廣播傳輸中的數據交織方法，對經RS編碼和隨機化處理后的數據進行字節卷積交織處理，其特征在于交織器轉換開關一個周期包含208路，交織器每一路延遲量的最小單位字節數為4字節，交織器第N路設有4×(N-1)個八位并行移位寄存器，其中N為大于等于1且小于等于208的整數；交織器轉換開關每個字節周期換一次位置，在轉換開關的控制下，從隨機化器輸出的數據依次循環輸入交織器的第1路至第208路，交織器依次從第1路、第2路至第208路的最后一個移位寄存器循環取出一個字節數據連續輸出；交織深度為172224個字節，交織器的輸入和輸出通過幀同步信號中的信息位復位，交織器的地址每一幀重復一次；在傳輸信號組成中，交織器對隨機化后的經RS外編碼的數據及其外編碼所產生的RS校驗位作用，幀同步信號和場同步信號不參與交織。
2.根據權利要求1所述的數據交織方法，其特征在于該數據交織方法適用于采用16-OQAM、4-OQAM、格型編碼64-OQAM、格型編碼16-OQAM以及卷積編碼4-OQAM等5種調制模式中任意一種調制模式的數字電視廣播傳輸系統。
3.根據權利要求1所述的數據交織方法，其特征在于在混合傳輸模式下，各模式使用各自的交織器，各模式的交織器通過各自的同步復位信號復位，相互之間不相關。
4.根據權利要求3所述的數據交織方法，其特征在于所述混合傳輸模式為16-OQAM、4-OQAM、格型編碼64-OQAM、格型編碼16-OQAM以及卷積編碼4-OQAM等5種調制模式中至少兩種模式的混合。
全文摘要
本發明公開了一種數字電視廣播傳輸中的數據交織方法。交織器轉換開關一個周期包含208路，交織器第N路設有4×(N－1)個八位并行移位寄存器；在轉換開關的控制下，輸入數據依次循環輸入交織器的第1路至第208路，交織器依次從第1路、第2路至第208路的最后一個移位寄存器循環取出一個字節數據連續輸出；交織深度為172224個字節，交織器的輸入和輸出通過幀同步信號中的信息位復位；在傳輸信號組成中，幀同步信號和場同步信號不參與交織。在混合傳輸模式下，各模式使用各自的交織器，相互之間不相關。該數據交織方法可以降低混合傳輸系統的復雜度，并能優化系統性能，能夠有效避免信道中的沖擊噪聲干擾。
文檔編號H04N7/015GK1538749SQ0312199
公開日2004年10月20日 申請日期2003年4月18日 優先權日2003年4月18日
發明者張文軍, 夏勁松, 孫軍, 王匡, 鄒志永, 葛建華 申請人:上海交通大學, 浙江大學, 西安電子科技大學