專利名稱：數(shù)字電視廣播傳輸中的數(shù)據(jù)映射方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字信號傳輸領(lǐng)域，特別涉及數(shù)字電視廣播傳輸中數(shù)據(jù)在傳輸之前進(jìn)行多電平映射的方法。
典型的數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)(見

圖1)包括發(fā)射機和接收機。數(shù)字調(diào)制技術(shù)往往將數(shù)字信號進(jìn)行編碼，再加入必要的輔助信息，如同步信號、導(dǎo)頻信號等。編碼后的數(shù)字信號經(jīng)過信道濾波后形成基帶信號。該基帶信號經(jīng)過上變頻器被調(diào)制到相應(yīng)的頻帶后發(fā)送。在接收端，調(diào)諧器將高頻信號變換到基帶后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器得到數(shù)字信號。該數(shù)字信號經(jīng)過處理后被恢復(fù)成與發(fā)送端一致的信息。
數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域包括數(shù)字電視地面廣播、數(shù)字電視有線廣播、數(shù)字電視微波廣播(MMDS)和數(shù)字電視衛(wèi)星廣播等。本發(fā)明內(nèi)容主要涉及數(shù)字電視地面廣播、有線廣播及MMDS廣播系統(tǒng)。
新的數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)采用偏置正交幅度調(diào)制方式(Offset QAM，簡稱OQAM)。OQAM調(diào)制與其它常用的調(diào)制方式[如正交幅度調(diào)制(QAM)、殘留邊帶調(diào)制(VSB)方式]的I通道和Q通道的數(shù)據(jù)組成見圖2。在OQAM調(diào)制過程中，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后輪流送入I通道和Q通道；在VSB調(diào)制過程中，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后只送入I通道；在QAM調(diào)制過程中，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后分別以比OQAM和VSB方式降低一半的采樣速率同時送入I通道和Q通道。與VSB和QAM相比，由于OQAM信號同時具備時域和載波相位的對稱特點，因此在接收端的載波和時鐘恢復(fù)兩個過程可以獨立完成而不相互交叉，有利于接收機實現(xiàn)更穩(wěn)定的接收及降低接收機成本。
數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)在傳輸時對輸入數(shù)據(jù)要進(jìn)行一系列信道編碼的處理，包括數(shù)據(jù)隨機化、Reed-Solomon(RS)外編碼、數(shù)據(jù)交織、采用網(wǎng)格編碼TCM(2/3碼率對應(yīng)64-OQAM，1/2碼率對應(yīng)16-OQAM)或卷積編碼(1/2碼率)或塊編碼(1/2碼率)方式的內(nèi)編碼，映射、加入同步信號、導(dǎo)頻信號，信道成形濾波，上變頻等。其處理的電路和流程見圖3。與數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)相比，數(shù)字電視有線廣播和MMDS廣播系統(tǒng)除不包含內(nèi)編碼電路外，其余基本相同。也就是說，地面、有線、MMDS廣播系統(tǒng)之間有很強的兼容性。
通常，采用格狀編碼調(diào)制的傳輸系統(tǒng)，如美國ATSC標(biāo)準(zhǔn)和歐洲D(zhuǎn)VB標(biāo)準(zhǔn)，其映射方式是固定的。以3比特信號到8個電平值的映射為例，其映射方式為000—>-7，001—>-5，010—>-3，011—>-1，100—>+1，101—>+3，110—>+5，111—>+7。可以看到，兩個相臨的碼組間(例如從011到100)可以有3比特的不同。這對收端的判別不利，增大了RS解碼之后的比特誤碼率，致使系統(tǒng)性能降低。
本發(fā)明的目的是為不同的傳輸模式設(shè)計相應(yīng)的數(shù)據(jù)映射方式，有助于降低解碼之后的誤碼率，提高傳輸系統(tǒng)的抗干擾能力。
在新的數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中，地面廣播有三種傳輸模式，分別是用于固定業(yè)務(wù)的“2/3內(nèi)碼的64-OQAM”，用于移動業(yè)務(wù)的“1/2內(nèi)碼的16-OQAM”和用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的“1/2內(nèi)碼的4-OQAM”。有線電視和MMDS廣播有四種傳輸模式，分別是高數(shù)據(jù)模式256-OQAM，高數(shù)據(jù)模式64-OQAM、普通數(shù)據(jù)模式16-OQAM和普通數(shù)據(jù)模式4-OQAM。根據(jù)業(yè)務(wù)需要和實際應(yīng)用環(huán)境，往往要求系統(tǒng)含有混合傳輸模式。
根據(jù)傳輸業(yè)務(wù)和信道條件的不同，本發(fā)明為數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)設(shè)計了不同的多電平映射方式。地面廣播中采用的用于固定業(yè)務(wù)的2/3內(nèi)碼的64-OQAM，由于使用了格狀編碼調(diào)制(TCM)，其映射方式是固定的。用于移動業(yè)務(wù)的1/2內(nèi)碼的16-OQAM，其內(nèi)碼編碼方法既可以采用格狀編碼調(diào)制，也可以采用塊編碼(Block Code)方法。若采用格狀編碼調(diào)制，其映射方式是固定的；若采用塊編碼，則采用格雷碼映射方式。以3比特信號到8個電平值的映射為例，格雷碼映射方式為000—>-7，001—>-5，011—>-3，010—>-1，110—>+1，111—>+3，101—>+5，100—>+7。用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的1/2內(nèi)碼的4-OQAM、有線電視和MMDS廣播中的高數(shù)據(jù)模式256-OQAM、高數(shù)據(jù)模式64-OQAM、普通數(shù)據(jù)模式16-OQAM和普通數(shù)據(jù)模式4-OQAM都采用格雷碼映射方式。
段同步信號和場同步信號采用2電平映射。在數(shù)字電視地面、有線和MMDS廣播時的4-OQAM、16-OQAM、64-OQAM傳輸模式下，0映射成-5，1映射成+5；在數(shù)字電視有線和MMDS廣播時的256-OQAM傳輸模式下，0映射成-9，1映射成+9。
本發(fā)明在數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中廣泛采用了格雷碼映射方式。由于信道噪聲的高斯分布特性，使映射前的漢明距離和映射后的歐氏距離最大程度地對應(yīng)起來，格雷碼映射中兩個相臨的碼組間只有1比特不同(而不是象固定映射中從011到100有3比特的不同)，所以采用這種格雷碼映射方式，在RS解碼無法全部糾正其RS塊中的誤碼時，能獲得較低的比特誤碼率。特別對于某些傳輸模式，如有線電視和MMDS廣播中的高數(shù)據(jù)模式64-OQAM，采用格雷碼映射會比采用通常的固定映射可以使產(chǎn)生錯誤的字節(jié)數(shù)目顯著降低，從而提高了傳輸系統(tǒng)的抗干擾能力。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的實施例。
圖1為典型的數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)框圖。
圖2為VSB、QAM和OQAM的I，Q通道信號組成。
圖3a為數(shù)字地面廣播系統(tǒng)中發(fā)射機的各功能模塊電路和流程。
圖3b為數(shù)字有線、MMDS廣播系統(tǒng)中發(fā)射機的各功能模塊電路和流程。
圖4為數(shù)字電視廣播系統(tǒng)的幀/場格式示意圖。
圖5為用于地面廣播的64-OQAM映射方式。
圖6a為用于地面廣播的16-OQAM(采用TCM)映射方式。
圖6b為用于地面廣播的16-OQAM(采用塊編碼)映射方式。
圖7為用于地面廣播的4-OQAM映射方式。
圖8為用于有線、MMDS廣播的4-OQAM映射方式。
圖9為用于有線、MMDS廣播的16-OQAM映射方式。
圖10為用于有線、MMDS廣播的64-OQAM映射方式。
圖11為用于有線、MMDS廣播的256-OQAM映射方式。
圖12為地面、有線和MMDS廣播時的4-OQAM、16-OQAM、64-OQAM傳輸模式下段、場同步信號映射方式。
圖13為有線和MMDS廣播時的256-OQAM傳輸模式下段、場同步信號映射方式。
圖5中來自交織器的每一字節(jié)按照2比特一組分成串行的4組，進(jìn)行卷積編碼和映射。圖中的映射方式符合格狀編碼調(diào)制(TCM)的要求，編碼后的3比特信號經(jīng)過映射后對應(yīng)64-OQAM的8個電平，如000對應(yīng)8電平的最小電平-7，111對應(yīng)8電平的最大電平+7。
圖6a中來自交織器的每一字節(jié)按照1比特一組分成串行的8組，進(jìn)行卷積編碼和映射。圖中的映射方式符合格狀編碼調(diào)制(TCM)的要求，編碼后的2比特信號經(jīng)過映射后對應(yīng)16-OQAM的4個電平，如00對應(yīng)4電平的最小電平-6，11對應(yīng)4電平的最大電平+6。
圖6b中來自交織器的每一字節(jié)按照1比特一組分成串行的8組，進(jìn)行塊編碼和映射。映射方式采用格雷碼映射，信號經(jīng)過映射后對應(yīng)16-OQAM的4個電平00對應(yīng)4電平的最小電平-6，01對應(yīng)4電平的-2，11對應(yīng)4電平的+2，10對應(yīng)4電平的最大電平+6。
圖7中來自交織器的每一字節(jié)按照1比特一組分成串行的8組，進(jìn)行卷積編碼，編碼后的2比特信號經(jīng)過并/串變換后進(jìn)行映射，映射方式采用格雷碼映射。圖中經(jīng)過并/串變換后的編碼信號經(jīng)過映射后對應(yīng)4-OQAM的2個電平，即0對應(yīng)2電平的最小電平-5，1對應(yīng)2電平的最大電平+5。
圖8中來自交織器的每一字節(jié)按照1比特一組分成串行的8組，進(jìn)行映射。映射方式采用格雷碼映射，信號經(jīng)過映射后對應(yīng)4-OQAM的2個電平，即0對應(yīng)2電平的最小電平-5，1對應(yīng)2電平的最大電平+5。
圖9中來自交織器的每一字節(jié)按照2比特一組分成串行的4組，進(jìn)行映射。映射方式采用格雷碼映射，信號經(jīng)過映射后對應(yīng)16-OQAM的4個電平00對應(yīng)4電平的最小電平-6，01對應(yīng)4電平的-2，11對應(yīng)4電平的+2，10對應(yīng)4電平的最大電平+6。
圖10中來自交織器的每連續(xù)3字節(jié)按照3比特一組分成串行的8組，進(jìn)行映射。映射方式采用格雷碼映射，信號經(jīng)過映射后對應(yīng)64-OQAM的8個電平000對應(yīng)8電平的最小電平-7，001對應(yīng)8電平的-5，011對應(yīng)8電平的-3，010對應(yīng)8電平的-1，110對應(yīng)8電平的+1，111對應(yīng)8電平的+3，101對應(yīng)8電平的+5，100對應(yīng)8電平的最大電平+7。
圖11中來自交織器的每一字節(jié)按照4比特一組分成串行的2組，進(jìn)行映射。映射方式采用格雷碼映射，信號經(jīng)過映射后對應(yīng)256-OQAM的16個電平0000對應(yīng)16電平的最小電平-15，0001對應(yīng)16電平的-13，0011對應(yīng)16電平的-11，0010對應(yīng)16電平的-9，0110對應(yīng)16電平的-7，0111對應(yīng)16電平的-5，0101對應(yīng)16電平的-3，0100對應(yīng)16電平的-1，1100對應(yīng)16電平的+1，1101對應(yīng)16電平的+3，1111對應(yīng)16電平的+5，1110對應(yīng)16電平的+7，1010對應(yīng)16電平的+9，1011對應(yīng)16電平的+11，1001對應(yīng)16電平的+13，1000對應(yīng)15電平的最大電平+15。
圖5至圖11的各圖中只給出了一維坐標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系，但OQAM的I、Q路的映射方式是相同的。這些映射方式中，數(shù)據(jù)分組進(jìn)入映射電路的順序是按下標(biāo)從小到大排列的，如圖5中Xa1、Xb1先進(jìn)入編碼和映射電路，圖8中X1先進(jìn)入映射電路。
權(quán)利要求
1.數(shù)字電視廣播傳輸中的數(shù)據(jù)映射方法，其特征在于除段同步信號和場同步信號采用2電平映射外，將來自交織器的每連續(xù)M字節(jié)按照N比特一組分成串行的 組進(jìn)行映射，映射方式采用格雷碼映射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)映射方法，其特征在于該數(shù)據(jù)映射方法適用于數(shù)字電視地面廣播的采用塊編碼的16-OQAM傳輸系統(tǒng)，其中M、N取值均為1，信號經(jīng)過映射后對應(yīng)16-OQAM的4個電平，00對應(yīng)4電平的最小電平-6，01對應(yīng)4電平的-2，11對應(yīng)4電平0的+2，10對應(yīng)4電平的最大電平+6；段、場同步信號采用2電平映射，0映射成-5，1映射成+5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)映射方法，其特征在于該數(shù)據(jù)映射方法適用于數(shù)字電視地面廣播的采用卷積編碼的4-OQAM傳輸系統(tǒng)，其中M、N取值均為1，編碼后的2比特信號經(jīng)過并/串變換后進(jìn)行映射，信號經(jīng)過映射后對應(yīng)4-OQAM的2個電平，0對應(yīng)2電平的最小電平-5，1對應(yīng)2電平的最大電平+5；段、場同步信號采用2電平映射，0映射成-5，1映射成+5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)映射方法，其特征在于該數(shù)據(jù)映射方法適用于數(shù)字電視有線、微波廣播的4-OQAM傳輸系統(tǒng)，其中M、N取值均為1，信號經(jīng)過映射后對應(yīng)4-OQAM的2個電平，0對應(yīng)2電平的最小電平-5，1對應(yīng)2電平的最大電平+5；段、場同步信號采用2電平映射，0映射成-5，1映射成+5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)映射方法，其特征在于該數(shù)據(jù)映射方法適用于數(shù)字電視有線、微波廣播的16-OQAM傳輸系統(tǒng)，其中M取值為1，N取值為2，信號經(jīng)過映射后對應(yīng)16-OQAM的4個電平，00對應(yīng)4電平的最小電平-6，01對應(yīng)4電平的-2，11對應(yīng)4電平的+2，10對應(yīng)4電平的最大電平+6；段、場同步信號采用2電平映射，0映射成-5，1映射成+5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)映射方法，其特征在于該數(shù)據(jù)映射方法適用于數(shù)字電視有線、微波廣播的64-OQAM傳輸系統(tǒng)，其中M、N取值均為3，信號經(jīng)過映射后對應(yīng)64-OQAM的8個電平，000對應(yīng)8電平的最小電平-7，001對應(yīng)8電平的-5，011對應(yīng)8電平的-3，010對應(yīng)8電平的-1，110對應(yīng)8電平的+1，111對應(yīng)8電平的+3，101對應(yīng)8電平的+5，100對應(yīng)8電平的最大電平+7；段、場同步信號采用2電平映射，0映射成-5，1映射成+5。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)映射方法，其特征在于該數(shù)據(jù)映射方法適用于數(shù)字電視有線、微波廣播的256-OQAM傳輸系統(tǒng)，其中M取值為1，N取值為4，信號經(jīng)過映射后對應(yīng)256-OQAM的16個電平，0000對應(yīng)16電平的最小電平-15，0001對應(yīng)16電平的-13，0011對應(yīng)16電平的-11，0010對應(yīng)16電平的-9，0110對應(yīng)16電平的-7，0111對應(yīng)16電平的-5，0101對應(yīng)16電平的-3，0100對應(yīng)16電平的-1，1100對應(yīng)16電平的+1，1101對應(yīng)16電平的+3，1111對應(yīng)16電平的+5，1110對應(yīng)16電平的+7，1010對應(yīng)16電平的+9，1011對應(yīng)16電平的+11，1001對應(yīng)16電平的+13，1000對應(yīng)15電平的最大電平+15；段、場同步信號采用2電平映射，0映射成-9，1映射成+9。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)字電視廣播傳輸中的數(shù)據(jù)映射方法，該數(shù)據(jù)映射方法廣泛采用格雷碼映射方式，段同步信號和場同步信號采用2電平映射。格雷碼映射中兩個相臨的碼組間只有1比特不同，在RS解碼無法全部糾正其RS塊中的誤碼時，能獲得較低的比特誤碼率，從而提高了傳輸系統(tǒng)的抗干擾能力。本發(fā)明的數(shù)據(jù)映射方法適用于用于地面廣播的16－OQAM(采用塊編碼)和4－OQAM傳輸模式以及有線、MMDS廣播的四種傳輸模式。
文檔編號H04N7/015GK1407802SQ0113076
公開日2003年4月2日 申請日期2001年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月23日
發(fā)明者王匡, 鄒志永, 張文軍, 葛建華 申請人:浙江大學(xué), 上海交通大學(xué), 西安電子科技大學(xué)