专利名称：数字电视传输中的数据映射方法
技术领域：
本发明属于数字信号传输领域，特别涉及数字电视传输中数据传输前进行映射的方法。
背景技术：
典型的数字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。
目前通常采用格状编码调制的传输系统，如美国ATSC标准和欧洲DVB标准，其映射方式是固定的，这对收端的判别不利，增大了RS解码之后的比特误码率，致使系统性能降低。
发明内容
本发明的目的是为不同的传输模式设计相应的数据映射方式，有助于降低解码之后的比特误码率，提高传输系统的抗干扰能力。
本发明的数据映射方法是在QPSK、16QAM、32QAM、64QAM、128QAM和256QAM调制方式中，将来自交织器的每连续M字节转换成比特流，转换时字节高位在前，将8M比特按照N比特一组分成串行的8M/N组映射到数据符号。同步信号采用QPSK调制方式。在QPSK、16QAM、64QAM和256QAM调制方式中采用二维格雷码映射，即I路的N/2比特和Q路的N/2比特分别进行格雷码映射。32QAM和128QAM调制方式中使用修正的二维格雷码映射。经过映射后的电平保证每种调制方式的平均符号功率相等，在数据位宽有限的情况下，应保证每种调制方式的平均符号功率之间的差最小。即QPSK调制方式的映射，2比特数据的前1比特为I，后1比特为Q；M取值均为1，N取值均为2，经过映射后，I、Q路信号分别对应2电平，0对应电平+C1，1对应电平-C1。
16QAM调制方式的映射，4比特数据的前2比特用格雷码映射到I，后2比特用格雷码映射到Q；M取值为1，N取值为4，经过映射后，I、Q路信号分别对应4电平，00对应电平+3C2，01对应电平+C2，11对应电平-C2，10对应电平-3C2。
32QAM调制方式的映射，M取值为5，N取值为5，信号X1X2X3X4X5经过映射后对应I、Q路的各6个电平；当X5＝0时，X1X2映射到I路，X3X4映射到Q路，00对应电平+3C6，01对应电平+C3，11对应电平-C3，10对应电平-3C3；当X5＝1时，映射方式由X5＝0时的映射方式生成，当X4＝0时，若X3＝0，则Q路对应电平+5C3，若X3＝1，则Q路对应电平-5C3，I路的映射由X1X2决定，与X5＝0时相同，当X4＝1时，若X1＝0，则I路对应电平+5C3，若X1＝1，则I路对应电平-5C3，Q路的映射由X2X3决定，10对应电平+3C3，00对应电平+C3，01对应电平-C3，11对应电平-3C3。
64QAM调制方式的映射，6比特数据的前3比特用格雷码映射到I，后3比特用格雷码映射到Q；M取值为3，N取值为6，经过映射后，I、Q路信号分别对应8电平，000对应电平+7C4，001对应电平+5C4，011对应电平+3C4，010对应电平+C4，110对应电平-C4，111对应电平-3C4，101对应电平-5C4，100对应电平-7C4。
128QAM调制方式的映射，M取值为7，N取值为7，信号X1X2X3X4X5X6X7经过映射后对应I、Q路的各12个电平；当X7＝0时，X1X2X3映射到I路，X4X5X6映射到Q路，000对应电平+7C5，001对应电平+5C5，011对应电平+3C5，010对应电平+C5，110对应电平-C5，111对应电平-3C5，101对应电平-5C5，100对应电平-7C5；当X7＝1时，映射方式由X7＝0时的映射方式生成，当X5＝0时，若X4X6＝01，则Q路对应为电平+11C5，若X4X6＝00，则Q路对应为电平+9C5，若X4X6＝10，则Q路对应为电平-9C5，若X4X6＝11，则Q路对应为电平-11C5，I路的映射由X1X2X3决定，与X7＝0时相同，当X5＝1时，若X1X3＝01，则I路对应为电平+11C5，若X1X3＝00，则I路对应为电平+9C5，若X1X3＝10，则I路对应为电平-9C5，若X1X3＝11，则I路对应为电平-11C5，Q路的映射由X2X4X6决定，100对应电平+7C5，101对应电平+5C5，001对应电平+3C5，000对应电平+C5，010对应电平-C5，011对应电平-3C5，111对应电平-5C5，110对应电平-7C5。
256QAM调制方式的映射，8比特数据的前4比特用格雷码映射到I，后4比特用格雷码映射到Q；M取值为1，N取值均为8，经过映射后，I、Q路信号分别对应16电平，0000对应电平+15C6，0001对应电平+13C6，0011对应电平+11C6，0010对应电平+9C6，0110对应电平+7C6，0111对应电平+5C6，0101对应电平+3C6，0100对应电平+C6，1100对应电平-C6，1101对应电平-3C6，1111对应电平-5C6，1110对应电平-7C6，1010对应电平-9C6，1011对应电平-11C6，1001对应电平-13C6，1000对应电平-15C6。
在数据位宽有限(即比特数有限)的情况下，每种调制方式符号电平常数的取值需保证各调制方式的平均符号功率相近似，C12≈(C22+9C22)/2≈(3C32+27C32+75C32-20C32)/8≈(C42+9C42+25C42+49C42)/4≈(3C52+27C52+75C52+147C52+162C52+363C52-121C52)/16≈(C62+9C62+25C62+49C62+81C62+121C62+169C62+225C62)/8。
本发明在数字电视广播系统中广泛采用了二维格雷码映射方式。由于信道噪声的高斯分布特性，使映射前的汉明距离和映射后的欧氏距离最大程度地对应起来，在RS解码无法全部纠正其RS块中的误码时，能获得较低的比特误码率。特别对于某些传输高数据模式，采用二维格雷码映射会比采用通常的固定映射可以使产生错误的字节数目显著降低，从而提高了传输系统的抗干扰能力。各种调制方式的平均符号功率相近似可以减小调制方式的切换对接收机自动增益控制的影响。
图1为传输系统框图；图2A为QPSK映射转换为I、Q二维星座图；图2B为QPSK调制时从字节到符号的映射；图3A为16QAM映射转换为I、Q二维星座图；图3B为16QAM调制时从字节到符号的映射；
图3C为16QAM二维格雷码映射示意图；图4A为32QAM映射转换为I、Q二维星座图；图4B为32QAM调制时从字节到符号的映射；图5A为64QAM二维格雷码映射示意图；图5B为64QAM调制时从字节到符号的映射；图6A为128QAM映射转换为I、Q二维星座图；图6B为128QAM调制时从字节到符号的映射；图7A为256QAM二维格雷码映射示意图；图7B为256QAM调制时从字节到符号的映射。
具体实施例方式
如图1所示，输入的业务数据经过缓冲以后，进行扰码、RS编码、交织、映射，映射后的数据通过多路选择器MUX插入同步信息，然后进行QAM调制，最后经IF放大后输出。其中整个系统的协同工作由控制单元完成。在QPSK、16QAM、32QAM、64QAM、128QAM和256QAM传输系统中，将来自交织器的每连续M字节按照N比特一组分成串行的8M/N组映射到数据符号。数据以6比特表示，为使不同调制方式的平均符号功率之间相差最小，取C1＝9；C2＝4；C3＝3；C4＝2；C5＝1.5；C6＝1。可以看出P1＝92＝81P2＝5×42＝80P3＝10×32＝90P4＝21×22＝84P5＝41×1.52＝92.25P6＝85×12＝85可以看出，在数据位宽有限的情况下，各种调制方式的平均符号功率已经做到了接近。在工程实现中，上例已经可以取得较好的效果。当然，通过改变数据位宽可以使各种调制方式的平均符号功率进一步接近。
同步信号采用2电平映射，0对应电平+9，1对应电平-9，映射字节的拆分以每组数据的第一个bit为起点，映射方式均采用二维格雷码映射。
如图2A和2B所示，该方法中的QPSK调制方式的映射，2比特数据的前1比特为I，后1比特为Q；M取值均为1，N取值均为2，经过映射后，I、Q路信号分别对应2电平，0对应电平+9，1对应电平-9。
如图3A、3B和3C所示，该方法中的16QAM调制方式的映射，4比特数据的前2比特用格雷码映射到I，后2比特用格雷码映射到Q；M取值为1，N取值为4，经过映射后，I、Q路信号分别对应4电平，00对应电平+12，01对应电平+4，11对应电平-4，10对应电平-12。以0001星座点为例，前两比特00为I路，对应电平+12，后两比特01为Q路，对应电平+4，其它星座点按此规则映射。
如图4A和4B所示，该方法中的32QAM调制方式的映射，M取值为5，N取值为5，信号X1X2X3X4X5经过映射后对应I、Q路的各6个电平；当X5＝0时，X1X2映射到I路，X3X4映射到Q路，00对应电平+9，01对应电平+3，11对应电平-3，10对应电平-9；当X5＝1时，映射方式由X5＝0时的映射方式生成，当X4＝0时，若X3＝0，则Q路对应电平+15，若X3＝1，则Q路对应电平-15，I路的映射由X1X2决定，与X5＝0时相同，当X4＝1时，若X1＝0，则I路对应电平+15，若X1＝1，则I路对应电平-15，Q路的映射由X2X3决定，10对应电平+9，00对应电平+3，01对应电平-3，11对应电平-9。
如图5A和5B所示，该方法中的64QAM调制方式的映射，6比特数据的前3比特用格雷码映射到I，后3比特用格雷码映射到Q；M取值为3，N取值为6，经过映射后，I、Q路信号分别对应8电平，000对应电平+14，001对应电平+10，011对应电平+6，010对应电平+2，110对应电平-2，111对应电平-6，101对应电平-10，100对应电平-14。星座点的映射方法参见16QAM。
如图6A和6B所示，该方法中的128QAM调制方式的映射，M取值为7，N取值为7，信号X1X2X3X4X5X6X7经过映射后对应I、Q路的各12个电平；当X7＝0时，X1X2X3映射到I路，X4X5X6映射到Q路，000对应电平+10.5，001对应电平+7.5，011对应电平+4.5，010对应电平+1.5，110对应电平-1.5，111对应电平-4.5，101对应电平-7.5，100对应电平-10.5；当X7＝1时，映射方式由X7＝0时的映射方式生成，当X5＝0时，若X4X6＝01，则Q路对应为电平+16.5，若X4X6＝00，则Q路对应为电平+13.5，若X4X6＝10，则Q路对应为电平-13.5，若X4X6＝11，则Q路对应为电平-16.5，I路的映射由X1X2X3决定，与X7＝0时相同，当X5＝1时，若X1X3＝01，则I路对应为电平+16.5，若X1X3＝00，则I路对应为电平+13.5，若X1X3＝10，则I路对应为电平-13.5，若X1X3＝11，则I路对应为电平-16.5，Q路的映射由X2X4X6决定，100对应电平+10.5，101对应电平+7.5，001对应电平+4.5，000对应电平+1.5，010对应电平-1.5，011对应电平-4.5，111对应电平-7.5，110对应电平-10.5。
如图7A和7B所示，该方法中的256QAM调制方式的映射，8比特数据的前4比特用格雷码映射到I，后4比特用格雷码映射到Q；M取值为1，N取值均为8，经过映射后，I、Q路信号分别对应16电平，0000对应电平+15，0001对应电平+13，0011对应电平+11，0010对应电平+9，0110对应电平+7，0111对应电平+5，0101对应电平+3，0100对应电平+1，1100对应电平-1，1101对应电平-3，1111对应电平-5，1110对应电平-7，1010对应电平-9，1011对应电平-11，1001对应电平-13，1000对应电平-15。星座点的映射方法参见16QAM。
权利要求
1.数字电视传输中的数据映射方法，其特征在于在QPSK、16QAM、32QAM、64QAM、128QAM和256QAM调制方式中，将来自交织器的每连续M字节转换成比特流，转换时字节高位在前，将8M比特按照N比特一组分成串行的8M/N组映射到数据符号；同步信号采用QPSK调制方式；在QPSK、16QAM、64QAM和256QAM调制方式中采用二维格雷码映射，即I路的N/2比特和Q路的N/2比特分别进行格雷码映射；32QAM和128QAM调制方式中使用修正的二维格雷码映射。
2.如权利要求1所述的数据映射方法，其特征在于所述的QPSK调制方式的映射，2比特数据的前1比特为I，后1比特为Q；M取值均为1，N取值均为2，经过映射后，I、Q路信号分别对应2电平，0对应电平+C1，1对应电平-C1。
3.如权利要求1所述的数据映射方法，其特征在于所述的16QAM调制方式的映射，4比特数据的前2比特用格雷码映射到I，后2比特用格雷码映射到Q；M取值为1，N取值为4，经过映射后，I、Q路信号分别对应4电平，00对应电平+3C2，01对应电平+C2，11对应电平-C2，10对应电平-3C2。
4.如权利要求1所述的数据映射方法，其特征在于所述的32QAM调制方式的映射，M取值为5，N取值为5，信号X1X2X3X4X5经过映射后对应I、Q路的各6个电平；当X5＝0时，X1X2映射到I路，X3X4映射到Q路，00对应电平+3C3，01对应电平+C3，11对应电平-C3，10对应电平-3C3；当X5＝1时，映射方式由X5＝0时的映射方式生成，当X4＝0时，若X3＝0，则Q路对应电平+5C3，若X3＝1，则Q路对应电平-5C3，I路的映射由X1X2决定，与X5＝0时相同，当X4＝1时，若X1＝0，则I路对应电平+5C3，若X1＝1，则I路对应电平-5C3，Q路的映射由X2X3决定，10对应电平+3C3，00对应电平+C3，01对应电平-C3，11对应电平-3C3。
5.如权利要求1所述的数据映射方法，其特征在于所述的64QAM调制方式的映射，6比特数据的前3比特用格雷码映射到I，后3比特用格雷码映射到Q；M取值为3，N取值为6，经过映射后，I、Q路信号分别对应8电平，000对应电平+7C4，001对应电平+5C4，011对应电平+3C4，010对应电平+C4，110对应电平-C4，111对应电平-3C4，101对应电平-5C4，100对应电平-7C4。
6.如权利要求1所述的数据映射方法，其特征在于所述的128QAM调制方式的映射，M取值为7，N取值为7，信号X1X2X3X4X5X6X7经过映射后对应I、Q路的各12个电平；当X7＝0时，X1X2X3映射到I路，X4X5X6映射到Q路，000对应电平+7C5，001对应电平+5C5，011对应电平+3C4，010对应电平+C5，110对应电平-C5，111对应电平-3C5，101对应电平-5C5，100对应电平-7C5；当X7＝1时，映射方式由X7＝0时的映射方式生成，当X5＝0时，若X4X6＝01，则Q路对应为电平+11C5，若X4X6＝00，则Q路对应为电平+9C5，若X4X6＝10，则Q路对应为电平-9C5，若X4X6＝11，则Q路对应为电平-11C5，I路的映射由X1X2X3决定，与X7＝0时相同，当X5＝1时，若X1X3＝01，则I路对应为电平+11C5，若X1X3＝00，则I路对应为电平+9C5，若X1X3＝10，则I路对应为电平-9C5，若X1X3＝11，则I路对应为电平-11C5，Q路的映射由X2X4X6决定，100对应电平+7C5，101对应电平+5C5，001对应电平+3C5，000对应电平+C5，010对应电平-C5，011对应电平-3C5，111对应电平-5C5，110对应电平-7C5。
7.如权利要求1所述的数据映射方法，其特征在于所述的256QAM调制方式的映射，8比特数据的前4比特用格雷码映射到I，后4比特用格雷码映射到Q；M取值为1，N取值均为8，经过映射后，I、Q路信号分别对应16电平，0000对应电平+15C6，0001对应电平+13C6，0011对应电平+11C6，0010对应电平+9C6，0110对应电平+7C6，0111对应电平+5C6，0101对应电平+3C6，0100对应电平+C6，1100对应电平-C6，1101对应电平-3C6，1111对应电平-5C6，1110对应电平-7C6，1010对应电平-9C6，1011对应电平-11C6，1001对应电平-13C6，1000对应电平-15C6。
8.如权利要求1所述的数据映射方法，其特征在于在数据位宽无限(即比特数无限)的理想情况下，对于所述的QPSK、16QAM、32QAM、64QAM、128QAM、256QAM调制方式，其符号电平常数C1、C2、C3、C4、C5、C6的取值应保证每种调制方式的平均符号功率相等，即C12＝(C22+9C22)/2＝(3C32+27C32+75C32-20C32)/8＝(C42+9C42+25C42+49C42)/4＝(3C52+27C52+75C52+147C52+162C52+363C52-121C52)/16＝(C62+9C62+25C62+49C62+81C62+121C62+169C62+225C62)/8
9.如权利要求1所述的数据映射方法，其特征在于在数据位宽有限(即比特数有限)的情况下，每种调制方式符号电平常数的取值需保证各调制方式的平均符号功率相近似，即C12≈(C22+9C22)/2≈(3C32+27C32+75C32-20C32)/8≈(C42+9C42+25C42+49C42)/4≈(3C52+27C52+75C52+147C52+162C52+363C52-121C52)/16≈(C62+9C62+25C62+49C62+81C62+121C62+169C62+225C62)/8。
全文摘要
本发明公开了一种数字电视传输中的数据映射方法，该数据映射方法广泛采用二维格雷码映射方式，在QPSK、16QAM、32QAM、64QAM、128QAM和256QAM调制方式中，将来自交织器的每连续M字节按照N比特一组分成串行的8M/N组映射到数据符号；同步信号采用QPSK调制方式，0对应电平+9，1对应电平－9。本方法能获得较低的比特误码率，从而提高了传输系统的抗干扰能力。
文档编号H04N7/015GK1441600SQ0311512
公开日2003年9月10日 申请日期2003年1月24日 优先权日2003年1月24日
发明者王匡, 邹志永 申请人:浙江大学, 杭州国芯科技有限公司