一种DTMB数字电视信号帧头的解调方法及系统与流程

文档序号:14943055发布日期:2018-07-13 21:34

本发明涉及数字电视领域,尤其涉及一种采用QAM调制的DTMB数字电视信号帧头的解调方法及系统。



背景技术:

数字电视是数字技术在电视领域发展和应用的结果,而地面数字电视信号具有较高的功率,工作在较低的频率,且电视塔的位置是已知的,这使得地面数字电视信号成为用于定位的理想选择。数字电视信号包含多项技术参数:单载波或多载波,前向纠错码率、PN类型和符号星座映射方式等,其中对于定位最重要的是PN序列,即信号帧的帧头。在利用数字电视信号进行定位的过程中,进行帧头解调获得基带信号,然后与本地PN序列相关找到帧头起始位置,获得接收信号帧帧头时间,再利用地面数字电视帧与自然时间同步的特点确定地面数字电视信号的传播时延,最后进行定位解算。因此,数字电视信号帧头解调是利用数字电视信号进行定位的前提,也是非常关键的一步。

数字电视信号帧头采用的是QAM调制,如果采用传统方式对帧头进行解调,则实现起来比较复杂,以MQAM信号解调为例,其解调框图如图1所示。

已调制的射频信号在被接收端接收之后,分别乘以相互正交的两路载波信号,同相信号在经过简化之后的表达式可以写成

此时正交分量信号是

解调之后得到的多电平基带信号,是两路同相和正交的独立的信号,在经过低通滤波器之后,此基带信号变换成的信号直流分量分别为Am/2和Bm/2,然后信号再一次经过多电平转化器、L到2电平变换器、码映射器和并/串变换器,输出的就是二进制序列数字信号。

现有方法中,与数字电视信号定位相关的只涉及到获得基带PN码之后进行相关和时延解算的方法,与数字电视信号解调相关的只给出了传统数字电视信号接收之后的硬件处理过程和相应软件驱动程序,与QAM调制信号解调相关的也是传统的解调方法,没有提到针对数字电视信号帧帧头特征进行解调的方法。



技术实现要素:

本发明所要解决的技术问题是:针对现有技术存在的问题,提出一种DTMB数字电视信号帧头的解调方法及系统,该方法和系统实现了对实采数字电视信号帧头的解调,为后续利用PN序列相关峰获得传输时延进行无线定位奠定了基础。

该方法和系统不采用传统的QAM解调方式而获得基带PN序列,而是对完整数字电视信号进行解调,其中帧头解调获得基带PN序列,帧体部分未获得解调;解调过程不用进行QAM调制所需的判决和并/串转换,降低了解调的复杂度;解调所得的包含PN序列的信号可用于数字电视信号定位时的时延估算;并将解调所得信号与本地产生的PN序列进行相关,通过是否出现相关峰来判断解调方法的正确性。

本发明提供的一种DTMB数字电视信号帧头的解调方法,包括:

对完整的数字电视信号进行解调处理,所述完整的数字电视信号包括帧头和帧体,获得经解调的帧头基带信号和未经解调的帧体信号。

进一步,该方法还包括将解调处理后的数字电视信号与本地产生的PN序列进行时域相关运算。

进一步,对帧头进行解调的具体方法为:

将帧头用下式进行表示:

对上式进行转换得到sPN(t)=VPNg(t)cos(2πFct+θPN),其中,θPN=tan-1(AQ/AI);

进一步转换得到

对转换后的帧头进行处理,处理过程为:

对处理后的帧头信号进行基带滤波处理,

其中,sPN(t)为帧头信号,t为时间,AI和AQ分别是帧头信号的I路和Q路的信号幅度,g(t)是信号脉冲,为复数形式的载波,Fc为载波频率,A为信号幅度,sPN'(t)为处理后的帧头信号。

进一步,时域相关运算的相关过程为:

其中,m为本地PN序列的码片;n为相关时本地PN序列的码片偏移量;PN*(m)为本地PN序列;M为本地PN序列的长度。

本发明的另一方面提供的一种DTMB数字电视信号帧头的解调系统,包括:

解调处理单元,用于对完整的数字电视信号进行解调处理,所述完整的数字电视信号包括帧头和帧体,获得经解调的帧头基带信号和未经解调的帧体信号。

进一步,该系统还包括相关处理单元,用于将解调处理单元输出的数字电视信号与本地产生的PN序列进行时域相关运算。

进一步,解调处理单元对帧头进行解调的具体方法为:

将帧头用下式进行表示:

对上式进行转换得到sPN(t)=VPNg(t)cos(2πFct+θPN),其中,θPN=tan-1(AQ/AI);

进一步转换得到

对转换后的帧头进行处理,处理过程为:

对处理后的帧头信号进行基带滤波处理,

其中,sPN(t)为帧头信号,t为时间,AI和AQ分别是帧头信号的I路和Q路的信号幅度,g(t)是信号脉冲,为复数形式的载波,Fc为载波频率,A为信号幅度,sPN'(t)为处理后的帧头信号。

进一步,相关处理单元进行时域相关运算的相关过程为:

其中,m为本地PN序列的码片;n为相关时本地PN序列的码片偏移量;PN*(m)为本地PN序列;M为本地PN序列的长度。

本发明提供的一种基于DTMB数字电视信号的定位方法,包括:

查询得到当地广播电视塔的发射频率及位置分布;

根据电视塔和采集点的相对位置调整对数周期天线指向,用频谱仪观察天线接收信号情况;

连接试验设备,用数据采集存储设备对输入的数字电视信号进行采集存储,所述数字电视信号包括帧头和帧体;

对采集存储的数字电视信号进行解调处理,

对采集存储的数字电视信号的解调处理采用如上所述的DTMB数字电视信号帧头的解调方法。

与现有技术相比,本发明采用实采数字电视信号,与实际应用更接近;离线解调采集存储的信号,解调效果具有可重复性;解调输出信号与本地产生的PN序列进行时域相关,实际验证解调方法的正确性。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明,其中:

图1为现有的MQAM信号解调原理框图;

图2a)-2c)分别为采用帧头模式1、2和3的DTMB的信号帧结构示意图;

图3为与本发明的具体实施例一致的数字电视信号频谱示意图;

图4为与本发明的示例性实施例一致的数字电视信号采集试验框图;

图5为与本发明的具体实施例一致的实采信号解调输出与本地PN序列相关的结果示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征,除非特别叙述,均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即,除非特别叙述,每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

考虑到我国数字电视广播系统采用的是DTMB标准,本发明在DTMB标准背景下,以利用数字电视信号进行无线定位为应用目标。由于各个国家数字电视广播标准不同,所对应的信号格式也有差异,因此本发明所描述的方法和系统只适用于DTMB数字电视信号,共包含以下几个方面。

(1)对完整的数字电视信号进行解调处理

调制后的数字电视信号由下式描述

式中,S(t)为RF数字电视信号;t为时间;为复数形式的载波;Fc为载波频率;h(t)为SRRC滤波器的脉冲成形函数;Frame(t)为组帧后的信号帧基带信号。信号帧是数字电视信号帧结构的基本单元,由帧头和帧体两部分组成,帧头部分由已知的PN序列构成,帧体部分包含3780个符号。为了适应不同应用,根据帧头的长度DTMB定义了3种可选帧头模式以及相应的信号帧结构。三种帧头模式分别由三种不同的生成多项式定义产生,所对应的信号帧的帧体长度保持不变。DTMB信号帧结构如图2a)-2c)所示。

在信号处理时,先接收完整的数字电视信号并存储,进行统一的解调处理,最后输出的信号中,帧头部分是解调后的帧头基带信号,帧体部分没有解调,无法获得基带信号。这种方式可以免去复杂的帧体解调步骤,且这些步骤在数字电视信号无线定位中是不必要的,同时又可以保留帧头在完整信号中的相对位置,便于无线定位时的时延估算。

(2)利用QAM调制的特点进行帧头解调

DTMB数字电视信号的帧头可以表示为

其中,AI和AQ分别是帧头信号的I路和Q路的信号幅度,g(t)是信号脉冲。

经转换后,该信号可以进一步表示为

sPN(t)=VPNg(t)cos(2πFct+θPN),

其中,θPN=tan-1(AQ/AI)。

由于DTMB数字电视信号帧头采用的是I路和Q路相同的4QAM调制,因此帧头信号可以进一步转换表示为

其中,A为信号幅度。

由上式可知,虽然DTMB数字电视信号帧头采用的是4QAM调制,但其可以等效为带有π/4固定相位偏差的余弦调制。所以,在解调过程中,可以避免传统QAM信号解调所需的判决和并/串转换,而直接采用余弦信号解调即可得到基带PN序列。

解调时,本地载波也需要偏移π/4相位,如下所示:

其中,sPN'(t)为解调后的帧头信号。

从上式可以看出,解调输出的信号包括一个基带信号和一个倍频信号,后续对该复合信号进行基带滤波处理就可以得到基带PN序列。

(3)解调信号与本地PN序列做相关

解调输出的信号可以与本地PN序列发生器产生的PN序列进行时域相关运算,用于验证解调方法是否正确。如果解调过程是正确的,则相关输出的帧头部分会出现明显的相关峰,而帧体部分则以噪音的形式存在。

相关过程如下所示:

其中,m表示本地PN序列的码片;n为相关时本地PN序列的码片偏移量,为了保证出现至少一个相关峰,n的长度可以取帧头加帧体长度的两倍;PN*(m)为本地PN序列;M为本地PN序列的长度。

在一些实施例中,一种基于DTMB数字电视信号的无线定位方法,包括:

查询得到当地广播电视塔的发射频率及位置分布;

根据电视塔和采集点的相对位置调整对数周期天线指向,用频谱仪观察天线接收信号情况;

连接试验设备,用数据采集存储设备对输入的数字电视信号进行采集存储,所述数字电视信号包括帧头和帧体;

对采集信号进行解调处理,得到帧头基带信号和未经解调的帧体信号;

将解调输出信号与本地产生的PN序列进行时域相关运算,检验解调方法的正确性。

在一个具体实施例中,如果信号采集点距离电视塔越近,则信号功率越强,采集到的信号信噪比越高。数字电视信号采集点位于成都市市区,采集猛追湾电视塔的信号。

考虑到猛追湾电视塔信号到达采集点时是正信噪比,为了保证接收天线已经对准猛追湾电视塔,可以在频谱仪上观察是否接收到所需信号的频谱。根据电视塔和采集点的相对位置调整对数周期天线指向,调整频谱仪的中心频点,可以清楚观察到626MHz等多个信号的频谱,其中626MHz信号的频谱仪截图如图3所示。

连接试验设备,如图4所示。接收的数字电视信号经过低噪放后输入下变频通道,输出的70MHz中频信号通过数据采集存储设备进行采集存储。将采集存储的信号按照本发明的方法进行离线解调,获得基带的帧头信号与未经解调的帧体信号。然后与本地产生的三种模式(PN595、PN420和PN945)PN序列进行时域的线性相关。

根据相关结果,成都猛追湾电视塔626MHz信号与本地的PN420帧头相关时出现明显且有规律的相关峰,如图5所示,说明了针对帧头的解调方法是可以获得基带PN序列的,而帧体部分的相关结果则以底噪的形式出现。两个相关峰的时间间隔约为555.6μs(采样率为100MHz),符合PN420(帧头模式二)的国标。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合,以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

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