专利名称：伪随机码序列相位捕获的方法及捕获装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字电视广播技术领域，更具体的，本发明涉及一种用于数字电视地 面广播信号的伪随机码序列相位捕获的方法及装置。
背景技术：
随着数字电视技术的迅速发展，用于传输数字电视信号的数字电视广播技术的要 求也越来越高。数字电视广播主要采用三种传输方式，即卫星广播、有线电视广播以及地面 无线广播。在这三种数字电视广播方式中，地面无线广播使用最为广泛，特别适用于地域广 大、广播网较为复杂的国家。但是，地面电磁波干扰严重，尤其是多径的时延和幅度的变化 速度远比卫星和有线电视广播复杂。此外，现阶段地面无线广播还要求与现有模拟电视广 播兼容，大功率非线性发射使相邻频道间的干扰加剧，系统稳定性要求相当苛刻。我国数字电视地面广播的传输标准由清华大学、上海交通大学等科研院所合作制 定，其中，GB20600-2006规定了数字电视地面广播信号的帧结构、信道编码和调制方式。该 标准适用于数字电视地面广播，支持标准分辨率和高分辨率的数字电视信号发送。为了减少信号干扰对接收信号同步的影响，该标准采用了分级帧结构的传输信 号。图1是GB20600-2006数字电视地面广播信号数据帧结构的示意图。如图1所示，所述 数据帧是一种四层结构，自下而上依次为信号帧、超帧、分帧以及日帧。所述数据帧结构的 基本单元为信号帧，一个信号帧由帧头与帧体两部分时域信号组成，所述帧头部分由PN码 序列(伪随机码序列)构成；所述帧体部分包含36个符号的系统信息和3744个符号的数 据，共3780个符号。所述超帧定义为一组信号帧，其时间长度定义为125毫秒，8个超帧长 度为1秒，以便于与定时系统校准时间。所述分帧定义为一组超帧，时间长度为1分钟，共 包含480个超帧。所述帧结构的顶层称为日帧，由1440个分帧构成，时间长度为24小时。所述标准还规定了信号帧帧头部分可选的三种长度模式，分别包括420、595或 945个符号，具体参见图2。所述三种帧头模式对应的信号帧的帧体长度和超帧的长度都保 持不变，对于包含420个符号的帧头模式1，每225个信号帧组成一个超帧；对于包含595 个符号的帧头模式2，每216个信号帧组成一个超帧；对于包含945个符号的帧头模式3，每 200个信号帧组成一个超帧。对应于所述一个超帧中不同的信号帧，其帧头部分对应的PN码序列有所不同。例 如，对于帧头模式3的200个信号帧，该标准规定了对应的200个序号的PN945序列，所述不 同序号的PN945序列代表了不同初始相位的PN码序列，所述序号用于标记不同的信号帧。 在每个超帧开始时，PN码序列生成电路自动复位到序号0对应的PN0码序列。在数字电视地面广播信号的传输过程中，所述PN码序列的帧头部分用于信号发 射机与接收机间的时钟同步。申请号为200410003484. 1的中国专利申请即提供了一种利 用PN码序列的帧头部分进行时钟恢复的方法。如图3所示，当接收机开始接收信号时，其 将接收信号中的PN码序列与接收机产生的本地PN码序列滑动相关。对于初始相位相同的 两个PN码序列，所述滑动相关的结果出现很强的峰值。在检测到峰值之后，即可确定接收信号中信号帧PN码序列的初始相位，也就实现了 PN码的相位捕获。然而，在实际的信号传输过程中，由于存在各种信号干扰，接收机实际接收到的信 号帧中的符号数量可能发生变化，这使得帧体长度发生变化。这种帧体长度的误差被称为 定时误差。所述定时误差会影响PN码序列的相位捕获，进而影响信号同步。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种伪随机码序列相位捕获的方法及装置，避免定时误 差等信号干扰对伪随机码序列相位捕获的影响。为解决上述问题，本发明提供了一种伪随机码序列相位捕获的方法，用于数字电 视地面广播信号的接收同步，包括获取接收信号中相邻的信号帧并提取所述信号帧的帧头PN码序列，将所述帧头 PN码序列与本地PN码序列进行滑动相关操作，得到相关结果并检测每一信号帧对应的相 关峰位置；基于所述相关峰位置，对接收信号相邻信号帧的相关峰位置进行一次差分操作， 得到与信号帧对应的相关峰间隔及峰值偏移；将相邻的峰值偏移进行二次差分操作，得到二次差分差值；在二次差分差值搜索序列中搜索与所述二次差分差值对应的结果，确定对应信号 帧的序号。相应的，本发明还提供了一种伪随机码序列相位捕获装置，用于数字电视地面广 播信号的接收同步，包括相关单元、峰值检测单元、第一差分单元，第二差分单元、序列检 测单元以及搜索序列存储单元，其中，所述相关单元，用于获取接收信号中相邻的三个信号帧，依次为第一信号帧、第二 信号帧以及第三信号帧，以及本地PN码序列；提取所述三个信号帧的帧头PN码序列，将所 述帧头PN码序列与本地PN码序列进行滑动相关操作，得到相关结果及所述相关结果的分 布情况并提供给峰值检测单元；所述峰值检测单元，基于所述相关结果的分布情况，确定所述相关结果中的相关 峰位置，并将所述相关峰位置提供给第一差分单元；所述第一差分单元，对所述接收信号的相邻信号帧的相关峰位置进行一次差分操 作，得到与信号帧对应的相关峰间隔及峰值偏移结果，并将所述峰值偏移结果提供给第二 差分单元；所述第二差分单元，对所述峰值偏移结果进行二次差分操作，得到二次差分差值 并提供给序列检测单元；所述序列检测单元，获取二次差分差值搜索序列，将二次差分差值与所述二次差 分差值搜索序列进行比较，确定与所述二次差分差值对应的信号帧的序号；所述搜索序列存储单元，用于存储二次差分差值搜索序列。与现有技术相比，本发明具有以下优点采用二次差分的方法消除定时误差对相 邻信号帧的影响，避免了定时误差对伪随机码序列相位捕获的干扰。
图1是GB20600-2006数字电视地面广播信号数据帧结构的示意图；图2是GB20600-2006数字电视地面广播信号信号帧帧头的三种模式；图3是现有技术伪随机码相位捕获电路的示意图；图4是理想接收条件下相邻信号帧相关峰位置的示意图；图5是定时误差干扰下相邻信号帧相关峰位置的示意图；图6是本发明伪随机码序列相位捕获的方法的流程示意图；图7是本发明伪随机码序列相位捕获装置的模块示意图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以 采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限 制。正如背景技术部分所述，在实际的信号传输过程中，由于存在各种信号干扰，例如 定时同步干扰等，接收机实际接收到的信号帧中的符号数量可能发生变化，这使得信号帧 的帧体长度发生变化。这种帧体长度的误差被称为定时误差，所述定时误差会严重影响PN 码序列的相位捕获。本发明的发明人发现，在理想接收条件下，接收信号中相邻2帧信号帧的帧头部 分PN码序列与本地PN码序列滑动相关操作后的相关峰间隔仅由这两个PN码序列的初始 相位、以及帧体长度决定。图4是理想接收条件下相邻信号帧相关峰位置的示意图。如图4所示，以帧头模式3为例(参见GB20600-2006)，帧头部分为PN0序列的第 一信号帧与本地PN0序列相关后形成第一相关峰401 ；与所述第一信号帧相邻的第二信号 帧的帧头部分为PW序列，所述PW序列与本地PN0序列相关后形成的第二相关峰为402 ； 与所述第二信号帧相邻的第三信号帧的帧头部分为PN2序列，所述PN2序列与本地PN0序 列相关后形成的第三相关峰为403。在理想接收条件下，所述第二相关峰402相对于第一相关峰401的间距，即第一相 关峰间隔411应为4727个符号，包括帧体长度3780个符号，帧头长度945个符号，以及第 一峰值偏移2个符号。所述第一峰值偏移是指第一相关峰间隔411减去理想信号帧长度的 差，所述理想信号帧长度包括帧体长度与帧头长度；所述第三相关峰403相对于第二相关 峰402的间距，即第二相关峰间隔412应为4723个符号，包括帧体长度3780个符号，帧头长 度945个符号，以及第二峰值偏移_2个符号。所述第二峰值偏移是指第二相关峰间隔412 减去理想信号帧长度的差。仍以帧头模式3为例，对于一个完整的超帧，其中包含有200个初始相位不同的信 号帧，相应的，所述超帧与本地PN0序列滑动相关后峰值偏移的搜索序列L(x)如下{2，-2,4, -6,8, -10,12，-14,16，-18,20, -22,24, -26,28，-30,32，-34,36，-38， 40，-42，44，-46，48，-50，52，-54，56，-58，60，-62，64，-66，68，-70，72，-74，76，-78，80，-82，84， -86,88, -90,92, -94,96, -98，100， -102，104， -106，108， -110，112， -114，116， -118， 120， -122,124， -126,128， -130,132， -134，136， -138，140， -142，144， -146，148， -150， 152， -154,156， -158,160， -162,164， -166，168， -170，172， -174，176， -178，180， -182， 184， -186,188， -190,192， -194，196， -198,200， -200，198， -196，194， -192，190， -188， 186， -184,182， -180,178, -176，174， -172，170， -168，166， -164，162， -160，158， -156， 154， -152,150， -148,146， -144，142， -140，138， -136，134， -132，130， -128，126， -124， 122，-120，118，-116，114，-112，110，-108，106，-104，102，-100,98, -96,94，-92,90，-88， 86，-84，82，-80，78，-76，74，-72，70，-68，66，-64，62，-60，58，-56，54，-52，50，-48，46，-44， 42，-40,38, -36,34, -32,30, -28,26, -24,22, -20，18，-16，14，-12，10，-8,6, -4}其中，该搜索序列L(x)的第一个数L(l)为2，表示前述第一峰值偏移为2个符号； 第二个数L (2)为_2，表示前述第二峰值偏移为-2个符号；依此类推。可以看出，所述搜索序列L(x)中的每一个值均对应于一个理想条件下的预先计 算得到的峰值偏移，所述每个峰值偏移各不相同，因此，所述搜索序列L(x)可以用于确定 接收到的当前信号帧的初始相位。具体而言，接收机通过滑动相关操作及峰值检测确定当 前信号帧与前一信号帧的相对峰值偏移，再将该峰值偏移的结果与预先得到的搜索序列中 的值进行比较，找出该峰值偏移在该搜索序列中的位置，这样，所述峰值偏移对应的信号帧 的序号即可以唯一确定了，也就实现了 PN码序列的相位捕获。然而，受限于接收信号的干扰，接收端在接收部分信号帧时可能发生定时误差，所 述定时误差使得部分信号帧的帧体长度发生变化，不再是保持3780个符号不变，而是有可 能与理想信号帧长度相差1到2个符号，所述帧体长度的变化使得相邻信号帧对应的相关 峰间隔发生变化。图5是定时误差干扰下相邻信号帧相关峰位置的示意图。如图5所示，仍以帧头模式3为例，第一信号帧(帧头部分为PN0序列)、第二信号 帧(帧头部分为PW序列)的帧体长度变化为3781个符号，相应的，第一相关峰501与第 二相关峰502对应的第一相关峰间隔511变化为4728个符号，第二相关峰502与第三相关 峰503对应的第二相关峰间隔512变化为4724个符号。但由于峰值偏移的计算方法不变， 仍是以所述相关峰间隔减去帧体长度与帧头长度，因此，所述帧体长度的变化被峰值偏移 所吸收。对于第一相关峰间隔511对应的第一峰值偏移，其为3个符号，而第二相关峰512 对应的第二峰值偏移，其为-1个符号，这两个因定时误差而变化的峰值偏移无法在搜索序 列中找到对应值，也就无法确定信号帧的初始相位了。在对所述定时误差引起的相关峰位置偏移进行多次仿真计算后，本发明的发明人 发现，所述定时误差对接收信号中相邻的多帧信号帧的影响相同，因此，如果对发生变化的 相邻信号帧对应的峰值偏移结果再作一次差分，则所述定时误差对帧体长度的影响就被抵 消，也就避免了定时误差对相位捕获的影响。相应的，基于所述二次差分操作，仍可以得到对应于不同相位的PN码序列的搜索 序列，以帧头模式3为例，对于不同初始相位的PN码序列与PN0序列，其二次差分差值参见 下述二次差分差值搜索序列M(x){-4,6, -10，14，-18，22，-26, 30，-34, 38，-42，46，-50，54，-58，62，-66，70，-74， 78，-82,86, -90,94, -98，102，-106，110，-114，118，-122，126，-130，134，-138，142，-146，
7150， -154,158， -162,166， -170，174， -178，182， -186，190， -194，198， -202,206, -210， 214， -218,222， -226,230， -234，238， -242，246， -250,254， -258,262， -266，270， -274， 278， -282,286, -290,294, -298,302, -306，310， -314，318， -322，326， -330，334， -338， 342， -346,350, -354，358， -362,366, -370，374， -378，382， -386,390, -394，398， -400， 398， -394,390, -386,382, -378，374， -370，366， -362,358, -354，350， -346，342， -338， 334， -330,326, -322，318， -314，310， -306,302, -298,294, -290,286, -282，278， -274， 270， -266,262, -258,254, -250，246， -242，238， -234，230， -226，222， -218，214， -210， 206， -202,198， -194，190， -186，182， -178，174， -170，166， -162，158， -154，150， -146， 142，-138,134，-130,126，-122，118，-114，110，-106，102，-98,94, -90,86, -82,78, -74， 70，-66,62, -58,54, -50,46, -42,38, -34,30, -26,22, -18，14，-10,6}其中，所述二次差分差值搜索序列M(x)的第一个数M(l)为-4，表示搜索序列 L(x)的第一个值L(l)与第二个值L(2)的差值为_4个符号，所述二次差分差值搜索序列 M(x)的第二个数M(2)为6，表示搜索序列M(x)的第二个值L(2)与第三个值L(3)的差值 为6个符号；依此类推。所述二次差分差值搜索序列M(x)仍与帧头部分为不同初始相位的信号帧对应。 将基于当前接收信号得到的二次差分差值与所述二次差分差值搜索序列M(x)进行比较， 即可以找出该二次差分差值在二次差分差值搜索序列中的位置。这样，所述二次差分差值 对应的信号帧的序号即可以唯一确定了，也就实现了 PN码序列的相位捕获。接下来，结合具体的实施例，对本发明伪随机码序列相位捕获的方法及装置进行 说明。图6是本发明伪随机码序列相位捕获的方法的流程图。如图6所示，所述伪随机码序列相位捕获的方法包括执行步骤S602，获取接收信号中相邻的三个信号帧，依次为第一信号帧、第二信号 帧以及第三信号帧，提取所述信号帧的帧头即PN码序列，将所述接收信号PN码序列与本地 PN码序列进行滑动相关操作，得到相关结果并检测每一信号帧对应的相关峰位置。所述滑动相关操作是指将接收信号PN码序列与本地PN码序列的符号样点的实 部、虚部分别和对应的伪随机码做点乘，然后再相加起来得到一个实部结果与一个虚部结 果，再将这两个结果取绝对值相加得到绝对值结果，该绝对值即为相关结果。之后，按信号 帧的符号位置记录所述相关结果，得到相关结果沿符号位置的分布情况。对于不同初始相 位的PN码序列，其相关结果的分布不同。在具体实施例中，所述接收信号的信号帧采用的帧头模式包括三种长度模式，分 别包括420、595或945个符号，具体参见GB20600-2006标准中的帧头模式1、帧头模式2与 帧头模式3。所述相关峰是指信号帧帧头PN码序列与本地PN码序列的相关结果中最大值。对 于包含有多个符号的帧头，其中顺序排列(对于接收端而言，是顺序接收)的符号即构成了 一维的帧头坐标系；而不同相位的帧头PN码序列与本地PN0码序列滑动相关形成的相关峰 均对应于唯一的符号，所述相关峰对应的符号在帧头坐标系中的位置即为该相关峰的符号 位置，即相关峰位置。相应的，前述三个信号帧对应的三个相关峰分别被标记为第一相关峰、第二相关峰以及第三相关峰。执行步骤S604，基于所述相关峰位置，对接收信号相邻信号帧的相关峰位置进行 一次差分操作，得到与信号帧对应的相关峰间隔及峰值偏移。所述第二相关峰与第一相关峰的间距被定义为第一相关峰间隔，第三相关峰与第 一相关峰的间距被定义为第二相关峰间隔。其中，每个相关峰间隔对应于一个峰值偏移，所 述峰值偏移指相关峰间隔与理想信号帧长度的差值。相应的，所述第一相关峰间隔对应于 第一峰值偏移，所述第二相关峰间隔对应于第二峰值偏移。在实际应用中，在存在定时误差干扰的情形下，由于定时误差干扰对相邻多帧信 号帧的帧体长度影响相同，因此，所述第二峰值偏移与第一峰值偏移会形成相同的误差。执行步骤S606，将所述相邻的峰值偏移进行二次差分操作，得到二次差分差值。所述二次差分操作是指对第二峰值偏移与第一峰值偏移取差，所述取差的结果即 为二次差分差值。经过所述二次差分操作，定时误差干扰对第二峰值偏移与第一峰值偏移 产生的误差被消除，也就避免了其对相位捕获过程的影响。执行步骤S608，基于所述二次差分差值，在二次差分差值搜索序列中搜索与所述 二次差分差值对应的结果，从而确定对应信号帧的序号。所述二次差分差值对应于第三信号帧，在确定所述信号帧的序号之后，即可得到 所述第三信号帧对应的初始相位，从而完成PN码序列的相位捕获。相应的，发明人还提供了与所述伪随机码序列相位捕获的方法相同原理的伪随机 码序列相位捕获装置。图7是本发明伪随机码序列相位捕获装置的模块示意图。如图7所示，所述伪随机码序列相位捕获装置包括相关单元701、峰值检测单元 703、第一差分单元705，第二差分单元707、序列检测单元709以及搜索序列存储单元711， 其中，所述相关单元701，用于获取接收信号中相邻的三个信号帧，依次为第一信号帧、 第二信号帧以及第三信号帧，以及本地PN码序列；提取所述三个信号帧的PN码序列，将所 述接收信号PN码序列与本地PN码序列进行滑动相关操作，得到相关结果及所述相关结果 的分布情况并提供给峰值检测单元703。所述峰值检测单元703，基于所述相关结果的分布情况，确定所述相关结果中的相 关峰位置，并将所述相关峰位置提供给第一差分单元705。所述第一差分单元705，对所述接收信号的相邻信号帧的相关峰位置进行一次差 分操作，得到与信号帧对应的相关峰间隔及峰值偏移结果，并将所述峰值偏移结果提供给 第二差分单元707。所述第二差分单元707，对所述峰值偏移结果进行二次差分操作，得到二次差分差 值并提供给序列检测单元709。所述序列检测单元709，获取二次差分差值的二次差分差值搜索序列，将二次差分差 值与所述二次差分差值搜索序列进行比较，确定与所述二次差分差值对应的信号帧的序号。所述搜索序列存储单元711，用于存储二次差分差值搜索序列。在确定所述信号帧序号后，所述信号帧帧头PN码序列的初始相位即可以确定，也 就完成了 PN码序列的相位捕获。
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与现有技术相比，本发明的伪随机码序列相位捕获的方法及装置采用二次差分的 方法消除定时误差对相邻信号帧的影响，避免了定时误差对伪随机码序列相位捕获的干 扰。应该理解，此处的例子和实施例仅是示例性的，本领域技术人员可以在不背离本 申请和所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，做出各种修改和更正。
权利要求
一种伪随机码序列相位捕获的方法，用于数字电视地面广播信号的接收同步，其特征在于，包括获取接收信号中相邻的信号帧并提取所述信号帧的帧头PN码序列，将所述帧头PN码序列与本地PN码序列进行滑动相关操作，得到相关结果并检测每一信号帧对应的相关峰位置；基于所述相关峰位置，对接收信号相邻信号帧的相关峰位置进行一次差分操作，得到与信号帧对应的相关峰间隔及峰值偏移；将相邻的峰值偏移进行二次差分操作，得到二次差分差值；在二次差分差值搜索序列中搜索与所述二次差分差值对应的结果，确定对应信号帧的序号。
2.如权利要求1所述的伪随机码序列相位捕获的方法，其特征在于，所述接收信号的 帧结构基于GB20600-2006标准。
3.如权利要求1所述的伪随机码序列相位捕获的方法，其特征在于，所述获取接收信 号中相邻的信号帧并提取所述信号帧的帧头PN码序列，将所述帧头PN码序列与本地PN码 序列进行滑动相关操作，得到相关结果并检测每一信号帧对应的相关峰位置还包括获取 相邻的三帧信号帧，对所述相邻的三帧信号帧的帧头PN码序列进行滑动相关操作，得到所 述三帧信号帧分别对应的三个相关峰位置。
4.如权利要求3所述的伪随机码序列相位捕获的方法，其特征在于，所述基于所述相 关结果的相关峰位置，对所述接收信号相邻信号帧的相关峰位置进行一次差分操作，得到 与信号帧对应的相关峰间隔及峰值偏移包括将第二相关峰的位置减去第一相关峰的位置，得到第一相关峰间隔，将所述第一相关 峰间隔减去理想信号帧长度，得到第一峰值偏移；将第三相关峰的位置减去第二相关峰的位置，得到第二相关峰间隔，将所述第二相关 峰间隔减去理想信号帧长度，得到第二峰值偏移。
5.如权利要求4所述的伪随机码序列相位捕获的方法，其特征在于，所述将相邻的峰 值偏移进行二次差分操作，得到二次差分差值包括将第二峰值偏移减去第一峰值偏移，得到二次差分差值。
6.一种伪随机码序列相位捕获装置，用于数字电视地面广播信号的接收同步，其特征 在于，包括滑动相关单元、峰值检测单元、第一差分单元，第二差分单元、序列检测单元以 及搜索序列存储单元，其中，所述相关单元，用于获取接收信号中相邻的三个信号帧，依次为第一信号帧、第二信号 帧以及第三信号帧，以及本地PN码序列；提取所述三个信号帧的帧头PN码序列，将所述帧 头PN码序列与本地PN码序列进行滑动相关操作，得到相关结果及所述相关结果的分布情 况并提供给峰值检测单元；所述峰值检测单元，基于所述相关结果的分布情况，确定所述相关结果中的相关峰位 置，并将所述相关峰位置提供给第一差分单元；所述第一差分单元，对所述接收信号的相邻信号帧的相关峰位置进行一次差分操作， 得到与信号帧对应的相关峰间隔及峰值偏移结果，并将所述峰值偏移结果提供给第二差分 单元；所述第二差分单元，对所述峰值偏移结果进行二次差分操作，得到二次差分差值并提 供给序列检测单元；所述序列检测单元，获取二次差分差值搜索序列，将二次差分差值与所述二次差分差 值搜索序列进行比较，确定与所述二次差分差值对应的信号帧的序号； 所述搜索序列存储单元，用于存储二次差分差值搜索序列。
全文摘要
一种伪随机码序列相位捕获方法，用于数字电视地面广播信号的接收同步，包括获取接收信号中相邻的信号帧并提取所述信号帧的帧头PN码序列，将所述帧头PN码序列与本地PN码序列进行滑动相关操作，得到相关结果并检测每一信号帧对应的相关峰位置；基于所述相关峰位置，对接收信号相邻信号帧的相关峰位置进行一次差分操作，得到与信号帧对应的相关峰间隔及峰值偏移；将相邻的峰值偏移进行二次差分操作，得到二次差分差值；在二次差分差值搜索序列中搜索与所述二次差分差值对应的结果，确定对应信号帧的序号。本发明的伪随机码序列相位捕获方法采用二次差分的方法消除定时误差对相邻信号帧的影响，避免了定时误差对伪随机码序列相位捕获的干扰。
文档编号H04N5/44GK101895312SQ20101020384
公开日2010年11月24日 申请日期2010年6月17日 优先权日2010年6月17日
发明者刘小同, 李一凡, 蒋崎, 陈岩 申请人:华亚微电子(上海)有限公司