数字信号收发系统及收发方法与流程

本申请为申请日为2006年7月17日，申请号为200610028998.1，名称为“数字信号收发系统及收发方法”的专利申请的分案申请。

本发明涉及数字信号传输技术领域，更具体地说，涉及一种适用于数字地面广播传输的系统同步的数字信号收发系统及收发方法。

背景技术：

无线传输系统包括发射机和接收机。图1是典型的数字化无线传输系统100的框图，传输过程包括：在发射端102，首先对来自信号源104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换器被调制到相应的频带后发送。在接收端106，如果有调谐器，则不必有下变频，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；该数字信号经过信号处理终端108的处理后被恢复成与发送端一致的信息。

在数字电视地面广播传输系统中，传输不同业务的数据帧可以选择采用不同的传输模式。四种码率的地面传输模式所对应的信道编码结构如图2所示。

在数字电视地面广播系统中信号的传输方法是这样的：数字传输系统中传输的由多电平符号组成的数据流被分为一个一个连续的数据帧进行传输；每个数据帧包含3个部分，分别是预置信息、系统信息和数据信息，并以此形成单纯的一阶循环。图3显示了数字电视地面广播传输系统采用的高码率32-qam，16-qam，中码率4-qam和低码率4-qam-nr的帧结构的具体例子，其中预置信息由595位的pn序列来实现；系统信息由4位的二电平确知信号后面添加64个32位的二电平符号序列的系统信息矢量中的一个表示，每个数据帧中包含3744个符号的数据信息。

在上述32-qam、16-qam、4-qam和4-qam-nr四种调制模式下系统传输信号时，在接收端对信号的处理过程中都要进行数据解扰码，这就涉及到如何确定对数据进行解扰码处理的起始位置，也就是如何实现数据解扰码的同步问题。各个调制模式下系统传输信号时，在接收端对信号的处理过程中都要进行符号解交织；这样就涉及到如何确定对数据进行解交织处理的起始位置，也就是如何实现符号解交织的同步问题。各个调制模式下系统传输信号时，在接收端对信号的处理过程中都要进行信道ldpc解码；低码率调制模式，在接收端对信号的处理过程中要进行信道nr解码；同样的，也涉及到如何确定对数据进行信道ldpc解码、nr解码处理的起始位置，也就是如何实现信道ldpc解码的同步问题，以及信道nr解码的同步问题。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种可用于信道解码、符号解交织及数据解扰码的同步的数字信号收发方法及收发系统。本发明可以分别实现信道ldpc解码的同步、信道nr解码的同步及数据解扰码的同步。本发明的方法可以适用于数字电视地面广播系统中。

根据本发明的第一方面，提供一种用于实现系统同步的数字信号发射方法，包括：

将多电平符号组成的数据流被分为连续的数据帧进行传输；

在每个所述数据帧中添加预置信息，用于系统同步、时钟恢复、信道估计和均衡器训练；

在每个所述数据帧中添加系统信息，用于表征本帧数据信息调制模式、交织模式和ldpc编码码率；

每个所述数据帧中添加数据信息；其中所述预置信息、系统信息和数据信息形成单纯的一阶循环。

根据本发明的第二方面，提供一种用于实现系统同步的数字信号接收方法，其特征在于，所接收的数字信号至少包括预置信息、系统信息和数据信息，所述接收方法包括：

检测确定预置信息的位置，以该预置信息之后第一个符号时钟位置，作为系统信息的开始；

检测确定系统信息的位置，以该系统信息之后第一个符号时钟位置，作为数据信息的开始；

对数据信息进行信号处理。

较佳的，所述的预置信息的位置使用异步相关器来确定，包括：

将接收到的数据流串行输入异步相关器；

当异步相关器输出值为自相关值时，开始计数，如果连续n次在间隔k个时钟节拍时异步相关器输出值都为自相关值时，确定该位置为该帧中预置信息传输的结束位置，所述k为传输系统数据帧中系统信息与数据信息符号数之和。

根据本发明的第三方面，提供一种用于实现系统同步的数字信号收发方法，包括：

发射所述数字信号时，将多电平符号组成的数据流被分为连续的数据帧进行传输；

在每个所述数据帧中添加预置信息，用于系统同步、时钟恢复、信道估计和均衡器训练；

在每个所述数据帧中添加系统信息，用于表征本帧数据信息调制模式、交织模式和ldpc编码码率；

每个所述数据帧中添加数据信息；其中所述预置信息、系统信息和数据信息形成单纯的一阶循环；

接收所述数字信号时，检测确定预置信息的位置，以该预置信息之后第一个符号时钟位置，作为系统信息的开始；

检测确定系统信息的位置，以该系统信息之后第一个符号时钟位置，作为数据信息的开始；

对数据信息进行信号处理。

其中，所述预置信息由m位的pn序列构成。所述系统信息由n位的二电平确知信号后面添加j位的walsh序列构成；且所述n+j位的系统信息添加在m位的预置信息后。

较佳的，所述m为595，n为4，j为32。

根据本发明的实施例，所述数字信号收发方法用于实现符号解交织、信道解码和数据解扰码的同步。该数字信号收发方法用于信道解码的同步可包括数字电视地面传输的信道ldpc解码、信道nr解码的同步。

根据本发明的实施例，所述的预置信息的位置使用异步相关器来确定，包括：

将接收到的数据流串行输入异步相关器；

当异步相关器输出值为自相关值时，开始计数，如果连续n次在间隔k个时钟节拍时异步相关器输出值都为自相关值时，确定该位置为该帧中预置信息传输的结束位置，所述k为传输系统数据帧中系统信息与数据信息符号数之和。

较佳的，所述k为3780，n为3。

根据本发明的第四方面，一种用于实现系统同步的数字信号发射机，包括：

数据帧分割装置，将多电平符号组成的数据流被分为连续的数据帧；

数据传输装置，将所述数据帧进行传输；

预置信息添加装置，在每个所述数据帧中添加预置信息，用于系统同步、时钟恢复、信道估计和均衡器训练；

系统信息添加装置，在每个所述数据帧中添加系统信息，用于表征本帧数据信息调制模式、交织模式和ldpc编码码率；

数据信息添加装置，每个所述数据帧中添加数据信息；其中所述预置信息、系统信息和数据信息形成单纯的一阶循环。

根据本发明的第五方面，所接收的数字信号至少包括预置信息、系统信息和数据信息，所述接收机包括：

预置信息位置确定装置，检测确定预置信息的位置，以该预置信息之后第一个符号时钟位置，作为系统信息的开始；

系统信息位置确定装置，检测确定系统信息的位置，以该系统信息之后第一个符号时钟位置，作为数据信息的开始；

数据信息处理装置，对数据信息进行信号处理。

较佳的，所述预置信息位置确定装置是异步相关器，其中，

所述异步相关器以串行输入方式接收所述数据流；

当异步相关器输出值为自相关值时，开始计数，如果连续n次在间隔k个时钟节拍时异步相关器输出值都为自相关值时，确定该位置为该帧中预置信息传输的结束位置，所述k为传输系统数据帧中系统信息与数据信息符号数之和。

根据本发明的第六方面，提供一种用于实现系统同步的数字信号收发系统，其特征在于，包括：

数字信号发射机，包括，

数据帧分割装置，将多电平符号组成的数据流被分为连续的数据帧；

数据传输装置，将所述数据帧进行传输；

预置信息添加装置，在每个所述数据帧中添加预置信息，用于系统同步、时钟恢复、信道估计和均衡器训练；

系统信息添加装置，在每个所述数据帧中添加系统信息，用于表征本帧数据信息调制模式、交织模式和ldpc编码码率；

数据信息添加装置，每个所述数据帧中添加数据信息；其中所述预置信息、系统信息和数据信息形成单纯的一阶循环；

数字信号接收机，包括，

预置信息位置确定装置，检测确定预置信息的位置，以该预置信息之后第一个符号时钟位置，作为系统信息的开始；

系统信息位置确定装置，检测确定系统信息的位置，以该系统信息之后第一个符号时钟位置，作为数据信息的开始；

数据信息处理装置，对数据信息进行信号处理。

其中，所述预置信息添加装置添加的预置信息由m位的pn序列构成。所述系统信息添加装置添加的系统信息由n位的二电平确知信号后面添加j位的walsh序列构成；且所述n+j位的系统信息添加在m位的预置信息后。

较佳的，所述m为595，n为4，j为32。

根据本发明的实施例，该数字信号收发系统可用于实现符号解交织、信道解码和数据解扰码的同步。该数字信号收发系统用于信道解码的同步可包括数字电视地面传输的信道ldpc解码、信道nr解码的同步。

根据本发明的实施例，所述的预置信息位置确定装置是异步相关器，其中

所述异步相关器以串行输入方式接收所述数据流；

当异步相关器输出值为自相关值时，开始计数，如果连续n次在间隔k个时钟节拍时异步相关器输出值都为自相关值时，确定该位置为该帧中预置信息传输的结束位置，所述k为传输系统数据帧中系统信息与数据信息符号数之和。

较佳的，所述k为3780，n为3。

本发明方法和系统根据预置信息的位置来确定符号解交织、信道ldpc解码、信道nr解码或者数据解扰码的起始位置，系统可以根据该起始位置实现符号解交织的同步、信道ldpc解码的同步、信道nr解码的同步以及数据解扰码的同步，分别完成解符号交织、信道ldpc解码、信道nr解码或者数据解扰码。本发明相对于atsc中4电平段同步的捕获方法来说，这种pn相关同步的方法具有更快的捕获速度，同时，由于pn相关的增益很大，抗干扰能力更强。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图对实施例的描述而变得更加明显，在附图中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1为现有技术中的数字传输系统的框图；

图2为数字电视地面广播传输系统信道编码结构框图；

图3为高码率32-qam，16-qam，中码率4-qam和低码率4-qam-nr的帧结构；

图4为根据本发明的实施例的发射机的框图；

图5为根据本发明的实施例的接收机的框图；

图6为根据本发明的实施例的收发系统的框图；

图7为根据本发明的实施例的异步相关器结构图；

图8为根据本发明的实施例采用异步相关起进行同步符号解交织、信道解码和数据解扰码的工作流程；

图9为根据本发明的实施例的发射方法的流程图；

图10为根据本发明的实施例的接收方法的流程图；

图11为根据本发明的实施例的收发方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

本发明的目的是提供一种可用于信道解码、符号解交织及数据解扰码的同步的数字信号收发方法及收发系统。本发明可以分别实现信道ldpc解码的同步、信道nr解码的同步及数据解扰码的同步。本发明的方法可以适用于数字电视地面广播系统中。

数字信号发射机

首先，根据本发明的一方面，提供一种用于实现系统同步的数字信号发射机，参考图4所示的根据本发明的一实施例的发射机400，该发射机400包括：

数据帧分割装置402，将多电平符号组成的数据流被分为连续的数据帧。

数据传输装置404，将数据帧进行传输。

预置信息添加装置406，在每个数据帧中添加预置信息，用于系统同步、时钟恢复、信道估计和均衡器训练，其中，该预置信息由m位的pn序列构成。

系统信息添加装置408，在每个数据帧中添加系统信息，用于表征本帧数据信息调制模式、交织模式和ldpc编码码率；其中，该系统信息添加装置添加的系统信息由n位的二电平确知信号后面添加j位的walsh序列构成；且n+j位的系统信息添加在m位的预置信息后。

数据信息添加装置410，每个数据帧中添加数据信息；其中预置信息、系统信息和数据信息形成单纯的一阶循环。

根据本发明的一实施例，该发射机的各个部件中的参数m、n、j的取值如下：m为595，n为4，j为32。

数字信号接收机

根据本发明的一方面，提供一种用于实现系统同步的数字信号接收机，该接收机所接收的数字信号至少包括预置信息、系统信息和数据信息，参考图5所示的根据本发明的一实施例的接收机500，该接收机500包括：

预置信息位置确定装置502，检测确定预置信息的位置，以该预置信息之后第一个符号时钟位置，作为系统信息的开始；

系统信息位置确定装置504，检测确定系统信息的位置，以该系统信息之后第一个符号时钟位置，作为数据信息的开始；

数据信息处理装置506，对数据信息进行信号处理。对数据信息进行信号处理包括同步符号解交织、信道解码和数据解扰码。

根据本发明的一实施例，其中的预置信息位置确定装置502可由异步相关器实现，其中，

该异步相关器以串行输入方式接收数据流；

当异步相关器输出值为自相关值时，开始计数，如果连续n次在间隔k个时钟节拍时异步相关器输出值都为自相关值时，确定该位置为该帧中预置信息传输的结束位置，k为传输系统数据帧中系统信息与数据信息符号数之和。

根据本发明的一实施例，该接收机的各个部件中的参数如下：k为3780，n为3。

进一步，根据本发明的一实施例，所述的异步相关器可采用如图7所示的结构700，其包括数个依次连接的d触发器702a-n，每一个d触发器702的输出连接到下一个d触发器的输入，同时还连接到一相应的乘法器704a-n，所有乘法器704的输出连接到加法器706，加法器706的输出i作为异步相关器700的输出。

利用该异步相关器700来检测确定预置信息的位置的过程如图8所示，图8的方法为根据本发明的实施例采用异步相关起进行同步符号解交织、信道解码和数据解扰码的工作流程800。

将接收到的数据信号流，该数据信号流可以是未解映射的数据信号流(用于符号解交织的同步过程)、未经ldpc解码的数据信号流(用于信道ldpc解码的同步过程)或者未经nr解码的数据信息流(用于信道nr解码的同步过程)，该数据流首先串行输入异步相关器(步骤802)，异步相关器始终处于工作状态，当异步相关器输出值为自相关值(即最大值)时开始计数(步骤804)；如果连续3次在间隔3780个时钟节拍时异步相关器输出值都为自相关值，确定该位置为预置信息传输的结束位置(步骤806)。以该位置后的第一个符号时钟位置为起始点，对之后的数据信息作符号解交织、信道ldpc解码或者信道nr解码(步骤808)。

需要说明的是，n可k的值可以根据不同的应用取其他的值，本发明并不限定n和k的具体取值。

数字信号收发系统

根据本发明的一方面，还提供一种用于实现系统同步的数字信号收发系统，参考图6所示的根据本发明的一实施例的收发系统600，该收发系统600包括：

发射机602包括：

数据帧分割装置622，将多电平符号组成的数据流被分为连续的数据帧。

数据传输装置624，将数据帧进行传输。

预置信息添加装置626，在每个数据帧中添加预置信息，用于系统同步、时钟恢复、信道估计和均衡器训练，其中，该预置信息由m位的pn序列构成。

系统信息添加装置628，在每个数据帧中添加系统信息，用于表征本帧数据信息调制模式、交织模式和ldpc编码码率；其中，该系统信息添加装置添加的系统信息由n位的二电平确知信号后面添加j位的walsh序列构成；且n+j位的系统信息添加在m位的预置信息后。

数据信息添加装置630，每个数据帧中添加数据信息；其中预置信息、系统信息和数据信息形成单纯的一阶循环。

根据本发明的一实施例，该发射机的各个部件中的参数m、n、j的取值如下：m为595，n为4，j为32。

接收机604包括：

预置信息位置确定装置642，检测确定预置信息的位置，以该预置信息之后第一个符号时钟位置，作为系统信息的开始；

系统信息位置确定装置644，检测确定系统信息的位置，以该系统信息之后第一个符号时钟位置，作为数据信息的开始；

数据信息处理装置646，对数据信息进行信号处理。

根据本发明的一实施例，其中的预置信息位置确定装置642可由异步相关器实现，其中，

该异步相关器以串行输入方式接收数据流；

当异步相关器输出值为自相关值时，开始计数，如果连续n次在间隔k个时钟节拍时异步相关器输出值都为自相关值时，确定该位置为该帧中预置信息传输的结束位置，k为传输系统数据帧中系统信息与数据信息符号数之和。

根据本发明的一实施例，该接收机的各个部件中的参数如下：k为3780，n为3。

该数字信号收发系统600可用于实现符号解交织、信道解码和数据解扰码的同步。其中，数字信号收发系统用于信道解码的同步包括数字电视地面传输的信道ldpc解码、信道nr解码的同步。

进一步，根据本发明的一实施例，该收发系统600中的接收机604所采用的异步相关器也可采用如图7所示的结构700，其包括数个依次连接的d触发器702a-n，每一个d触发器702的输出连接到下一个d触发器的输入，同时还连接到一相应的乘法器704a-n，所有乘法器704的输出连接到加法器706，加法器706的输出i作为异步相关器700的输出。

利用该异步相关器700来检测确定预置信息的位置的过程同样如图8所示，图8的方法为根据本发明的实施例采用异步相关起进行同步符号解交织、信道解码和数据解扰码的工作流程800。

将接收到的数据信号流，该数据信号流可以是未解映射的数据信号流(用于符号解交织的同步过程)、未经ldpc解码的数据信号流(用于信道ldpc解码的同步过程)或者未经nr解码的数据信息流(用于信道nr解码的同步过程)，该数据流首先串行输入异步相关器(步骤802)，异步相关器始终处于工作状态，当异步相关器输出值为自相关值(即最大值)时开始计数(步骤804)；如果连续3次在间隔3780个时钟节拍时异步相关器输出值都为自相关值，确定该位置为预置信息传输的结束位置(步骤806)。以该位置后的第一个符号时钟位置为起始点，对之后的数据信息作符号解交织、信道ldpc解码或者信道nr解码(步骤808)。

需要说明的是，n可k的值可以根据不同的应用取其他的值，本发明并不限定n和k的具体取值。

数字信号发射方法

根据本发明，还提供一种用于实现系统同步的数字信号发射方法，参考图9所示，图9为根据本发明的实施例的发射方法的流程图，该发射方法900包括：

902.将多电平符号组成的数据流被分为连续的数据帧进行传输。

904.在每个数据帧中添加预置信息，用于系统同步、时钟恢复、信道估计和均衡器训练；其中预置信息由m位的pn序列构成。

906.在每个数据帧中添加系统信息，用于表征本帧数据信息调制模式、交织模式和ldpc编码码率；其中系统信息由n位的二电平确知信号后面添加j位的walsh序列构成；且n+j位的系统信息添加在m位的预置信息后。

908.每个数据帧中添加数据信息；其中预置信息、系统信息和数据信息形成单纯的一阶循环。

根据本发明的一实施例，本发明的数字信号发射方法900中各参数的取值如下：m为595，n为4，j为32。

数字信号接收方法

根据本发明，还提供一种用于实现系统同步的数字信号接收方法，所接收的数字信号至少包括预置信息、系统信息和数据信息，参考图10所示，图10为根据本发明的实施例的接收方法的流程图，该接收方法1000包括：

1002.检测确定预置信息的位置，以该预置信息之后第一个符号时钟位置，作为系统信息的开始；

1004.检测确定系统信息的位置，以该系统信息之后第一个符号时钟位置，作为数据信息的开始；

1006.对数据信息进行信号处理。

根据本发明的一实施例，预置信息的位置使用异步相关器来确定，包括：

将接收到的数据流串行输入异步相关器；

当异步相关器输出值为自相关值时，开始计数，如果连续n次在间隔k个时钟节拍时异步相关器输出值都为自相关值时，确定该位置为该帧中预置信息传输的结束位置，所述k为传输系统数据帧中系统信息与数据信息符号数之和。

根据本发明的一实施例，所述接收方法1000中的参数取值如下：k为3780，n为3。

同样，利用异步相关器来检测确定预置信息的位置的过程如图8所示，包括，

将接收到的数据信号流，该数据信号流可以是未解映射的数据信号流(用于符号解交织的同步过程)、未经ldpc解码的数据信号流(用于信道ldpc解码的同步过程)或者未经nr解码的数据信息流(用于信道nr解码的同步过程)，该数据流首先串行输入异步相关器(步骤802)，异步相关器始终处于工作状态，当异步相关器输出值为自相关值(即最大值)时开始计数(步骤804)；如果连续3次在间隔3780个时钟节拍时异步相关器输出值都为自相关值，确定该位置为预置信息传输的结束位置(步骤806)。以该位置后的第一个符号时钟位置为起始点，对之后的数据信息作符号解交织、信道ldpc解码或者信道nr解码(步骤808)。

需要说明的是，n可k的值可以根据不同的应用取其他的值，本发明并不限定n和k的具体取值。

数字信号收发方法

根据本发明，还提供一种用于实现系统同步的数字信号收发方法，如图11所示，图11为根据本发明的实施例的收发方法的流程图，该收发方法1100包括：

1102.将多电平符号组成的数据流被分为连续的数据帧进行传输。

1104.在每个数据帧中添加预置信息，用于系统同步、时钟恢复、信道估计和均衡器训练；其中预置信息由m位的pn序列构成。

1106.在每个数据帧中添加系统信息，用于表征本帧数据信息调制模式、交织模式和ldpc编码码率；其中系统信息由n位的二电平确知信号后面添加j位的walsh序列构成；且n+j位的系统信息添加在m位的预置信息后。

1108.每个数据帧中添加数据信息；其中预置信息、系统信息和数据信息形成单纯的一阶循环。其中，根据本发明的一实施例，本发明的数字信号收发方法1100中各参数的取值如下：m为595，n为4，j为32。

1110.检测确定预置信息的位置，以该预置信息之后第一个符号时钟位置，作为系统信息的开始；

1112.检测确定系统信息的位置，以该系统信息之后第一个符号时钟位置，作为数据信息的开始；

1114.对数据信息进行信号处理。对数据信息进行信号处理包括同步符号解交织、信道解码和数据解扰码。

本发明的数字信号收发方法1100可用于实现符号解交织、信道解码和数据解扰码的同步。该数字信号收发方法用于信道解码的同步可包括数字电视地面传输的信道ldpc解码、信道nr解码的同步。

根据本发明的一实施例，预置信息的位置使用异步相关器来确定，包括：

将接收到的数据流串行输入异步相关器；

当异步相关器输出值为自相关值时，开始计数，如果连续n次在间隔k个时钟节拍时异步相关器输出值都为自相关值时，确定该位置为该帧中预置信息传输的结束位置，所述k为传输系统数据帧中系统信息与数据信息符号数之和。

根据本发明的一实施例，所述接收方法1000中的参数取值如下：k为3780，n为3。

同样，利用异步相关器来检测确定预置信息的位置的过程如图8所示，包括，

将接收到的数据信号流，该数据信号流可以是未解映射的数据信号流(用于符号解交织的同步过程)、未经ldpc解码的数据信号流(用于信道ldpc解码的同步过程)或者未经nr解码的数据信息流(用于信道nr解码的同步过程)，该数据流首先串行输入异步相关器(步骤802)，异步相关器始终处于工作状态，当异步相关器输出值为自相关值(即最大值)时开始计数(步骤804)；如果连续3次在间隔3780个时钟节拍时异步相关器输出值都为自相关值，确定该位置为预置信息传输的结束位置(步骤806)。以该位置后的第一个符号时钟位置为起始点，对之后的数据信息作符号解交织、信道ldpc解码或者信道nr解码(步骤808)。

需要说明的是，n可k的值可以根据不同的应用取其他的值，本发明并不限定n和k的具体取值。

总结

本发明数字信号收发方法和系统根据预置信息的位置来确定符号解交织、信道ldpc解码、信道nr解码或者数据解扰码的起始位置，系统可以根据该起始位置实现符号解交织的同步、信道ldpc解码的同步、信道nr解码的同步以及数据解扰码的同步，分别完成解符号交织、信道ldpc解码、信道nr解码或者数据解扰码。本发明相对于atsc中4电平段同步的捕获方法来说，这种pn相关同步的方法具有更快的捕获速度，同时，由于pn相关的增益很大，抗干扰能力更强。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。