數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)信息解析算法

劉斌彬，葛啟宏，王 靜

（國家廣電總局廣播科學(xué)研究院 北京泰美世紀(jì)科技有限公司，北京 100097）

0 引言

數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)是我國廣播電視基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，其頻譜利用率高，抗干擾能力強(qiáng)，支持多頻網(wǎng)和單頻網(wǎng)組網(wǎng)，支持固定（含室內(nèi)、室外）和移動接收，可以提供標(biāo)清/高清電視、音頻、數(shù)據(jù)、多媒體信息等多種廣播業(yè)務(wù)[1-2]。數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)提供了多種傳輸模式，用以滿足不同的業(yè)務(wù)和不同的組網(wǎng)環(huán)境對信號質(zhì)量的要求，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)營的靈活性和經(jīng)濟(jì)性，這些模式參數(shù)都通過系統(tǒng)信息來指示。因此，準(zhǔn)確地進(jìn)行系統(tǒng)信息解析是系統(tǒng)終端實(shí)現(xiàn)正常接收的關(guān)鍵[3]。本文提出了一種數(shù)字電視地面廣播的系統(tǒng)信息解析算法，首先對系統(tǒng)信息的格式進(jìn)行了簡要介紹，然后對解析算法進(jìn)行了詳細(xì)闡述，最后給出了實(shí)驗(yàn)性能與分析。

1 數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)信息格式

系統(tǒng)信息用以指示信號幀的傳輸模式參數(shù)，包括星座映射模式、糾錯(cuò)編碼碼率、交織模式和幀體模式，從而指導(dǎo)接收終端進(jìn)行解調(diào)和解碼。

數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)提供了64種系統(tǒng)信息模式，并將6 bit系統(tǒng)信息用32 bit的Walsh序列和32 bit的m序列進(jìn)行擴(kuò)頻，得到64個(gè)32 bit的系統(tǒng)信息序列。64種系統(tǒng)信息模式與系統(tǒng)信息序列一一對應(yīng)，例如“01110111110001110010000111011010”表示4QAM星座映射、LDPC碼率1和交織模式1。

幀體模式用4 bit的幀體模式序列來表示，“0000”表示單載波模式，“1111”表示多載波模式。將幀體模式序列和系統(tǒng)信息序列用I，Q分量相同的4QAM星座映射為36個(gè)符號，并與3744個(gè)數(shù)據(jù)符號復(fù)接成數(shù)據(jù)幀，如圖1所示。

2 系統(tǒng)信息解析算法

系統(tǒng)信息解析的算法結(jié)構(gòu)如圖2所示。

從連續(xù)N個(gè)信號幀中提取出幀體模式符號x（n，k），n=1，2，…，N，k=1，2，3，4，計(jì)算其時(shí)間分集和平均功率，為降低算法復(fù)雜度，這里用第一范數(shù)代替了模平方

式中：函數(shù)real()表示取實(shí)部，imag()表示取虛部?？紤]到幀體模式符號采用I，Q分量相同的4QAM星座映射，實(shí)際擴(kuò)頻比為8，為獲得與系統(tǒng)信息符號相同的擴(kuò)頻增益，需取時(shí)間分集數(shù)N=8，檢測是否有時(shí)間分集增益存在[4]。根據(jù)實(shí)際信道環(huán)境設(shè)定合適的門限thresh1，若

則識別為單載波模式，否則為多載波模式。按式（4）方法生成32個(gè)32 bit的Walsh序列，分別是32×32的Walsh基本塊的各行

對每個(gè)Walsh序列進(jìn)行+1到“1”和-1到“0”的映射，得到32個(gè)二進(jìn)制序列。將每個(gè)二進(jìn)制序列與一個(gè)32 bit的m序列進(jìn)行按位異或，得到32個(gè)系統(tǒng)信息序列。m序列生成器如圖3所示，生成多項(xiàng)式為G31(x)=1+x+x3+x4+x5，每個(gè)信號幀開始時(shí)復(fù)位為初始相位“00001”。m序列由其生成的31位的最大長度序列末尾補(bǔ)“0”后生成。對每個(gè)系統(tǒng)信息序列進(jìn)行“1到+1”和“0到-1”的映射，得到32個(gè)本地系統(tǒng)信息序列?？紤]到實(shí)際系統(tǒng)只使用了24個(gè)系統(tǒng)信息序列，并且后12個(gè)序列是前12個(gè)序列的按位取反，因此只需利用前12個(gè)系統(tǒng)信息序列即可，其在32個(gè)本地系統(tǒng)信息序列中的索引為{4，1，5，6，3，8，9，2，13，14，15，16}。

圖3 m序列生成器

從信號幀中提取出系統(tǒng)信息符號y(k)，k=1，2，…，32。需要注意的是，在多載波模式下，由于數(shù)據(jù)幀映射到OFDM子載波之前進(jìn)行了頻域交織，系統(tǒng)信息符號應(yīng)從交織后的位置提取，而在單載波模式下，則可以連續(xù)提取。將其與12個(gè)本地系統(tǒng)信息序列z(m，k)，m=1，2，…，12，k=1，2，…，32進(jìn)行相關(guān)

計(jì)算相關(guān)值的峰值功率、峰值位置和除峰值以外的平均功率為

檢測是否有相關(guān)峰存在[4]。根據(jù)實(shí)際信道環(huán)境設(shè)定合適的門限thresh2，若

則認(rèn)為系統(tǒng)信息解析成功，對應(yīng)文獻(xiàn)[1]附錄G中的系統(tǒng)信息編號為

3 實(shí)驗(yàn)性能與分析

AWGN信道下當(dāng)幀體模式識別門限thresh1=16 dB，系統(tǒng)信息解析門限thresh2=7 dB時(shí)，幀體模式識別和系統(tǒng)信息解析的錯(cuò)誤概率分別如圖4和圖5所示?？梢钥闯?，當(dāng)載噪比C/N=1 dB時(shí)，幀體模式識別和系統(tǒng)信息解析的錯(cuò)誤概率都在10-3量級左右，是相當(dāng)?shù)偷?。由于?shù)字電視地面廣播系統(tǒng)在各種傳輸模式下的C/N門限均高于2 dB[3，5]，也就是說，該算法與系統(tǒng)最低載噪比門限之間的裕度大于1 dB，可以有效地保證系統(tǒng)終端的正常接收。

4 小結(jié)

本文提出了一種數(shù)字電視地面廣播的系統(tǒng)信息解析算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法具有很高的可靠性，其與系統(tǒng)最低載噪比門限之間的裕度大于1 dB，可以有效保證系統(tǒng)終端的正常接收。

[1] 國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB 20600—2006數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[2] 楊知行，王昭誠.下一代地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)[J].電視技術(shù)，2011，35（8）：22-27.

[3] 國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 26686—2011地面數(shù)字電視接收機(jī)通用規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011.

[4] SIMON M，OMURA J，SCHOLTZ R，et al.Spread spectrum communi?cations handbook[M].New York：McGraw-Hill，1994.

[5] 李慶國，馮景鋒，姚瑞虹.地面數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)現(xiàn)場性能測試[J].廣播與電視技術(shù)，2006，33（12）：53-55.