技術領域本發明涉及一種通信傳輸系統及傳輸方法，尤其涉及一種數字信號傳輸系統及方法。
背景技術：
中國數字電視地面傳輸標準(DTMB)已頒布并實施多年數字信號系統流程圖，在具體的實施過程中，發現在輸入數據的處理方式及傳輸容量方面還是提升的空間，從而更好地滿足業務不斷增長的需求。
技術實現要素：
因此，本發明的數字信號傳輸系統及方法主要為了解決目前國標系統對于輸入數據處理不夠優化的問題，另外還能提升數據傳輸容量。依據上述主要特征，實施本發明的一種數字信號發射系統，用以完成輸入數據碼流到信道傳輸信號的轉換，包括隨機化單元、前向糾錯編碼單元、比特塊交織和星座內比特置換單元數字信號系統流程圖，星座映射與交織單元、系統信息生成單元、復用單元、幀體數據處理單元、幀頭形成單元、組幀單元、基帶后處理單元及正交上變頻單元，其中輸入數據碼流經過隨機化單元用擾碼進行加擾后，之后進入前向糾錯編碼單元進行前向糾錯編碼，然后進入比特塊交織和星座內比特置換單元進行比特塊交織處理及星座內置換處理，再進入星座映射與交織單元，形成符號流，并進行星座映射，之后進行交織，形成基本數據塊，基本數據塊與系統信息經復用單元復用后并經過幀體數據處理單元處理形成幀體，之后幀體與幀頭形成單元生成的幀頭經過組幀單元復接為信號幀，經過基帶后處理單元轉換為輸出信號，并經過正交上變頻單元變頻轉換為射頻信號。依據上述主要特征，實施本發明的一種數字信號傳輸方法和接收方法，其中該數字信號被分為一個一個連續的數據幀進行傳輸，其特征在于：每個數據幀由幀頭和幀體兩部分時域信號組成，幀體部分共30024個符號，包含72個符號的系統信息和29952個符號的數據。
依據上述主要特征，前向糾錯碼的碼率有兩種，包括2/3碼率與5/6碼率；其中2/3碼率包括長碼和短碼，長碼的碼長為59904，短碼的碼長為14976；其中5/6碼率包括長碼和短碼，長碼的碼長為59904，短碼的碼長為14976。依據上述主要特征，比特交織和星座內比特置換單元對經過LDPC編碼后的碼字C(碼長為14976或59904)進行比特塊交織，按行逐行寫入，每行大小為1872(對于短碼14976模式)，或者7488(對于長碼59904模式)，共8行；然后按列順序讀出，組成(c0,c1,c2,c3,c4,c5,c6,c7)8比特為一組的符號序列，對每個符號內的比特進行位置置換，得到(b0,b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7)；其中c0，b0為最高比特位；位置置換后使得各比特位滿足列度最大的比特對應星座圖符號中比特互信息最小的比特位，列度次大的比特對應星座圖符號中比特互信息次小的比特位，依次類推。依據上述主要特征，比特置換后得到的符號序列均勻的映射到256-APSK星座圖中。依據上述主要特征，星座映射與交織單元將符號交織輸出的符號以29952個為一組分組，每組按行寫入矩陣C；C是一個3744行8列矩陣；然后按列讀出，得到頻域交織后的29952個符號。
依據上述主要特征，超幀定義為32個連續信號幀；信號幀是系統幀結構的基本單元，一個信號幀由幀頭和幀體兩部分時域信號組成；幀頭和幀體信號的基帶符號率相同(7.)；幀頭部分由PN序列構成，幀頭長度有三種選項；幀頭信號采用I路和Q路相同的4QAM調制；幀體部分包含72個符號的系統信息和29952個符號的數據，共30024個符號；72個符號的系統信息由兩組相同的36個符號組組成。依據上述主要特征，該72個系統信息符號通過復用模塊與信道編碼后的數據符號復合成幀體數據，其復用結構為：每幀幀體中子載波0到17、14994到15029、30006到30023為系統信息；其他子載波為數據子載波；子載波14994到15029對應一個36個符號組；子載波30006到30023與子載波14994到15011相同，子載波0到17與子載波15012到15029相同。依據上述主要特征，映射后29952個數據符號復接系統信息后，形成幀體，用30024個子載波調制，占用的RF帶寬為7.56MHz；相鄰的兩個子載波間隔為251.，對幀體信息符號X(k)進行頻域交織，得到X(n),然后按下式進行變換得到時域信號：FBody(k)=1CΣn=1CX(n)ej2πnkC,k=0,1,......,30023]]>本發明的數字信號傳輸系統及方法采用了與DTMB相同的幀頭，使得發端的組幀和收端的同步、信道估計等模塊可以重用或部分重用。
采用了與DTMB相同的交織，不需要增加交織所用的存儲器。采用了與DTMB兼容的系統信息，使用了DTMB保留的系統信息來增加模式。采用了與DTMB相同的擾碼，并保持按幀復位的方式。通過上述設計，本發明能夠將輸入數據進行進一步的優化處理，并且通過對符合國標標準的幀結構設計，提升數據傳輸的容量。附圖說明在本發明中，相同的附圖標記始終表示相同的特征，其中：圖1是本發明數字信號傳輸系統框架示意圖；圖2是擾碼器生成的原理圖；圖3是卷積式數據塊間交織示意圖；圖4是頻域交織寫入方式示意圖；圖5是頻域交織讀出方式示意圖；圖6是8階m序列生成結構示意圖；圖7是10階m序列生成結構示意圖；圖8是9階m序列生成結構示意圖；圖9是5階m序列生成結構示意圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例進一步說明本發明的技術方案。請參閱圖1所示，為本發明數字信號傳輸系統框架示意圖，本發明數字信號傳輸系統用以完成從輸入數據碼流到地面電視信道傳輸信號的轉換，包括隨機化單元、前向糾錯編碼單元、比特塊交織和星座內比特置換單元，星座映射與交織單元、系統信息生成單元、復用單元、幀體數據處理單元、幀頭形成單元、組幀單元、基帶后處理單元及正交上變頻單元，其中輸入數據碼流經過隨機化單元用擾碼進行加擾后，之后進入前向糾錯編碼單元進行前向糾錯編碼，然后進入比特塊交織和星座內比特置換單元進行比特塊交織處理及星座內置換處理，再進入星座映射與交織單元，形成符號流，并進行星座映射，之后進行交織，形成基本數據塊，基本數據塊與系統信息經復用單元復用后并經過幀體數據處理單元處理形成幀體，之后幀體與幀頭形成單元生成的幀頭經過組幀單元復接為信號幀，經過基帶后處理單元轉換為輸出信號(8MHz帶寬內)，并經過正交上變頻單元變頻轉換為射頻信號(UHF和VHF頻段范圍內)。
以下對各功能模塊的具體工作原理及方式詳細說明。隨機化單元為了保證傳輸數據的隨機性以便于傳輸信號處理，隨機化單元對輸入的數據碼流數據用擾碼進行加擾。擾碼是一個最大長度的二進制偽隨機序列。該最大長度二進制偽隨機序列由圖2所示的線性反饋移位寄存器生成，其生成多項式定義為：G(x)＝1+x14+x15。該LFSR的初始狀態定義為0000。輸入的比特碼流(字節碼字從MSB到LSB)與PN序列進行逐位模二加后產生數據擾亂碼。擾碼器的移位寄存器在信號幀開始時復位到初始狀態。前向糾錯編碼(FEC)單元擾碼后的比特流接著進行前向糾錯編碼。FEC的具體參數見表1。表1：前向糾錯碼LDPC碼字所對應的校驗矩陣，其列度分布滿足從左到右遞減。比特交織和星座內比特置換單元對經過LDPC編碼后的碼字C(碼長為14976或59904)進行比特塊交織，按行逐行寫入，每行大小為b＝1872(對于短碼14976模式)，或者b＝7488(對于長碼59904模式)，共8行。然后按列順序讀出，組成(c0,c1,c2,c3,c4,c5,c6,c7)8比特為一組的符號序列，對每個符號內的比特進行位置置換，得到(b0,b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7)。
位置置換后使得各比特位滿足列度最大的比特對應星座圖符號中比特互信息最小的比特位，列度次大的比特對應星座圖符號中比特互信息次小的比特位，依次類推。其中c0，b0為最高比特位。星座映射與交織單元星座映射與交織單元比特置換后得到的符號序列(b0,b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7)均勻的映射到256-APSK星座圖中，之后進行符號交織與頻域交織。時域符號交織編碼是在多個信號幀的基本數據塊之間進行的。數據信號(即數據碼的星座符號)的基本數據塊間交織采用基于星座符號的卷積交織編碼，如圖3所示，其中變量B表示交織寬度(支路)，變量M表示交織深度(延遲緩存器)。進行符號交織的基本數據塊的第一個符號與支路0同步。交織/去交織對的總時延為M×(B－1)×B符號。取決于應用情況，基本數據塊間交織的編碼器有2種工作模式：模式1：B＝52，M＝240符號，交織/解交織總延遲為170個信號幀；模式2：B＝52，M＝720符號，交織/解交織總延遲為510個信號幀。之后，星座映射與交織單元將符號交織輸出的符號以29952個為一組分組，每組按行寫入矩陣C。C是一個3744行8列矩陣。然后按列讀出，得到頻域交織后的29952個符號，如圖4和圖5所示。
幀結構信號幀是系統幀結構的基本單元，一個信號幀由幀頭和幀體兩部分時域信號組成。幀頭和幀體信號的基帶符號率相同(7.)。幀頭部分由PN序列構成，幀頭長度有三種選項。幀頭信號采用I路和Q路相同的4QAM調制。幀體部分包含72個符號的系統信息和29952個符號的數據，共30024個符號，其中72個符號的系統信息由兩組相同的36個符號組組成。并且32個連續信號幀組成一個超幀。一個基本幀稱為信號幀，信號幀由幀頭和幀體兩部分組成，為適應不同應用，定義了三種可選幀頭長度。三種幀頭所對應的信號幀的幀體長度保持不變。幀頭模式1幀頭模式1采用的PN序列定義為循環擴展的8階m序列。可由一個型線性反饋移位寄存器實現，經“0”到+1值及“1”到-1值的映射變換為非歸零的二進制符號。長度為420個符號的幀頭信號(PN420)，由一個前同步、一個PN255序列和一個后同步構成。前同步和后同步定義為PN255序列的循環擴展。LFSR的初始條件值確定所產生的PN序列的相位。產生序列PN255的LFSR的生成多項式定義為：G255(x)＝1+x+x5+x6+x8該8比特LFSR的初始相位為：，在每個信號幀開始時復位。
產生該最大長度的偽隨機二進制序列的結構如圖6所示。幀頭信號的平均功率是幀體信號的平均功率2倍。PN420在PN255序列前填充82個符號作為前同步，后面填充83個符號作為后同步。前同步82個符號PN255后同步83個符號幀頭模式2幀頭模式2采用10階最大長度的偽隨機二進制序列(m序列的截短)，幀頭信號的長度為595個符號，是長度為1023的m序列的前595個碼片。該最大長度的偽隨機二進制序列由10比特的移位寄存器組產生。該最大長度的偽隨機二進制序列的生成多項式為：G1023(x)＝1+x3+x10該10比特的移位寄存器組的初始相位為：，在每個信號幀開始時復位。產生該最大長度的偽隨機二進制序列的結構如圖7所示。由圖7產生的偽隨機序列的前595碼片，經“0”到+1值及“1”到-1值的映射變換為非歸零的二進制符號。幀頭信號的平均功率與幀體信號的平均功率相同。幀頭模式3幀頭模式3采用的PN序列定義為循環擴展的9階m序列。可由一個型線性反饋移位寄存器實現，經“0”到+1值及“1”到-1值的映射變換為非歸零的二進制符號。長度為945個符號的幀頭信號(PN945)，其中945個符號由一個前同步、一個PN511序列和一個后同步構成。
前同步和后同步定義為PN511序列的循環擴展。長度為511的PN序列的生成多項式定義為：G511(x)＝1+x2+x7+x8+x9。該9比特LFSR的初始相位為：，在每個信號幀開始時復位。產生該最大長度的偽隨機二進制序列的結構如圖8所示。PN945在PN511序列前填充217個符號作為前同步，后面填充217個符號作為后同步。前同步217個符號PN511后同步217個符號系統信息系統信息為每個信號幀提供必要的解調和解碼信息，包括LDPC編碼的碼率、交織模式信息等。本系統中預設了64種不同的系統信息模式，并采用擴頻技術傳輸。通過以下步驟，可以得到64個32比特長的系統信息矢量，通過表2可以得到需要在信道上傳輸的32比特長的系統信息矢量。1.產生32個32位長的Walsh矢量。它們衍生于32位長的Walsh塊。基本Walsh塊為：Walsh塊的系統化產生方法為其中H為上一階的Walsh塊，即W2(n-1)。2.將上述32個32位長的Walsh矢量取反，連同原有的32個Walsh矢量，共可以得到64個矢量。再將每個矢量經過“+1”到1值及“-1”到0值的映射，得到64個二進制矢量。
3.這64個矢量與一個長度為32的隨機序列按位相異或后得到64個系統信息矢量。該隨機序列由一個5比特的移位寄存器產生一個長度為31的5階最大長度序列后再加上一個0產生。該31位最大長度序列的生成多項式定義為：G31(x)＝1+x+x3+x4+x5。初始相位為00001，在每個信號幀開始時復位。可采用如圖9所示的LFSR結構產生。4.將這32比特采用I、Q相同的4QAM調制映射成為32個復符號。這樣經過保護后，每個系統信息矢量長度為32個復符號，在其前面再加4個全1復符號。前置的這四個比特也采用I、Q相同的4QAM映射為4個復符號。該72個系統信息符號通過復用模塊與信道編碼后的數據符號復合成幀體數據，其復用結構為：每幀幀體中子載波0到17、14994到15029、30006到30023為系統信息。其他子載波為數據子載波。子載波14994到15029對應36個系統信息。子載波30006到30023與子載波14994到15011相同，子載波0到17與子載波15012到15029相同。表2：系統信息數據符號數據長度為29952個符號。幀體數據處理映射后29952個數據符號復接系統信息后，形成幀體，用30024個子載波調制，占用的RF帶寬為7.56MHz。
相鄰的兩個子載波間隔為251.，對幀體信息符號X(k)進行頻域交織，得到X(n),然后按下式進行變換得到時域信號：FBody(k)=1CΣn=1CX(n)ej2πnkC,k=0,1,......,30023]]>基帶后處理基帶后處理(成形濾波)采用平方根升余弦(ne，SRRC)濾波器進行基帶脈沖成形。SRRC濾波器的滾降系數α為0.05。平方根升余弦濾波器頻率響應表達式如下式所示：H(f)=1|f|≤(1-α)/2Ts{12+12cos(π[(2Ts|f|)-1+α]2α)
