专利名称：一种用于数字电视地面传输的比特交织方法
技术领域：
本发明属于数字信号传输领域，特别涉及数字电视地面广播传输系统中对数据进行比特交织的处理方法。
背景技术：
典型的数字电视地面广播传输系统包括发射机和接收机。数字调制技术往往将数字信号进行编码，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频器被调制到相应的频带后发送。在接收端，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。该数字信号经过处理后被恢复成与发送端一致的信息。
在数字电视广播中，数据传输会发生突发性误码，即大量连续的数据出现错误，一般的纠错码无法纠正。为了对付信道中的突发噪声(Burst Noise)干扰，以及对付移动接收时信道中的衰落，并配合信道编码，数字电视广播传输系统对数据进行交织处理，使信道的突发错误分散开来，从而可用信道纠错码予以纠错。
交织器分为块交织和卷积交织两类。实际使用中，由于在数字电视地面广播传输系统中，根据系统性能的要求，采用了多种编码方式级联，因此系统既有卷积字节交织配合外码(RS码)，也采用了块交织配合分组编码，以及符号映射。而且系统的数据结构也影响着交织的方式。
参见图1，在美国ATSC系统中有两种交织紧跟RS码之后的外交织——卷积字节交织；与TCM结合的比特卷积交织。卷积交织后数据分为12路，进行比特卷积交织。之后，送入各路对应的TCM编码器编码。具体地说，传输数据进行卷积交织以后，数据流经并串变换，以2个比特为一组，分别顺序送入12个完全相同的网格(Trellis)编码器和预编码器，并以此为循环。
参见图2，在欧洲DVB-T系统中也有两种交织紧跟RS码之后的外交织——卷积字节交织；与TCM结合的比特块交织和符号块交织。卷积字节交织后的数据进行TCM编码后，分路进行比特交织，最后进行符号交织。具体地说，对于DVB-T系统中不同优先级的数据流各自进行外码编码、外交织、内码编码并映射成符号后，对相同优先级下由每个符号的各比特位组成的比特流分别进行块交织。比特块交织后的比特组成符号，并以符号为单位，进行OFDM符号长度的符号块交织。
参见图3，与DVB-T相似，日本的ISDB-T系统先对数据进行TCM等信道编码，接着送入各路进行简单的比特延迟块交织。进行符号映射之后，再进行符号的时域卷积交织和频域块交织(载波搬移)。
图4给出了卷积交织器的原理图。卷积交织器的分支数量称作交织器深度B，第一分支没有延时，以下每个分支依次引入额外的符号延时。解交织时，每一分支的延时与交织器的各分支互补，即最后一分支没有延时，以上每个分支依次引入额外的符号延时。用了上述交织和解交织方法，每个符号通过交织器和解交织器后产生一个固定延时。
对于一个二维数据块进行块内的比特交织，常采用Helical交织方法，即在编码模块中使用对角线交织的方法。对于二维数据块，数据按从块左上角至右下角的顺序输出。第一轮输出从第一行第一列的元素开始，第二轮从第一行第二列开始……直至块内元素输出完毕。图5给出了TPC(128，120；128，120)数据块的块内比特交织元素输出顺序，即每个TPC块内数据的输出顺序为(0，0)，(1，1)，(2，2)，…(127，127)(0，1)，(1，2)，(2，3)，…(127，0)(0，2)，(1，3)，(2，4)，…(127，1)…，…，…，…，…(0，127)，(1，0)，(2，1)，…(127，126)。
考虑到Turbo乘积码(Turbo Product code，缩写为TPC)的性能优于卷积编码等系统码，在本申请人设计的数字电视地面传输系统(ADTB-T系统)中，采用TPC编码作为信道编码的内编码。上述块内对角线交织方法能够在一定程度上提高传输系统对付信道中的突发噪声干扰的能力。但是，在数字电视地面传输的恶劣信道条件下，仅仅进行块内交织还不足以满足需要。因此需要进行块间交织来提高系统抗突发错误的能力，参见发明名称为“一种用于数字电视地面传输的比特交织方法”的专利申请，申请号为200410006172.6。在ADTB-T系统的高码率16-OQAM传输模式下，由于比特交织后所接的格雷映射高低比特置信度不同，人为地引起收端数据中误码分布不均匀，对信噪比门限造成一定的损伤，影响了系统性能。因此，我们提出一种新的比特交织方法，在原有比特交织基础上，对其输出做有效的再处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的比特交织方法。这种交织方法针对ADTB-T高码率16-OQAM传输模式，可以更有效地提高内码为TPC编码的数字电视地面传输系统的抗突发错误的能力，而且可以把高码率传输模式下，由于采用原专利(申请号200410006172.6)所描述的块间交织造成格雷映射后前后2个比特置信度的不同平均分散，进一步降低信噪比门限。
在ADTB-T系统高码率传输模式的信道编码中，采用了TPC(M2，M1；N2，N1)编码。本发明对TPC(M2，M1；N2，N1)编码之后的数据块TPC(M2×N2)进行比特交织处理。该比特交织方法分为2步。每次可以有K个TPC编码后的数据块TPC(M2×N2)参与比特交织，K为一个正整数。
对于上述每个二维TPC块(M2×N2)，首先按如下方法对块内每个比特进行编址TPC块内每个比特的编址方法为第一行{(0，0)，(0，1)，…，(0，M2-1)}，第二行{(1，0)，(1，1)，…，(1，M2-1)}，…，第N2行{(N2-1，0)，(N2-1，1)，…，(N2-1，M2-1)}。
显然，还有其他多种编址方法，只要能够给出TPC块内每个比特的唯一地址即可。但是，上述K个TPC块的编址方法必须相同。
本发明比特交织的第一步每个TPC块内的数据按对角线顺序排列输出，比如每个TPC块内数据按如下顺序输出假设M2≥N2第一轮初始值为(0，0％M2)，以后依次输出(1，1％M2)；(2，2％M2)；…；(N2-1，(N2-1)％M2)，输出满N2个比特时进入下一轮；第二轮初始值为(0，1％M2)，以后依次输出(1，2％M2)；(2，3％M2)；…；(N2-1，N2％M2)，输出满N2个比特时进入下一轮；第三轮初始值为(0，2％M2)，以后依次输出(1，3％M2)；(2，4％M2)；…；(N2-1，(N2+1)％M2)，输出满N2个比特时进入下一轮；第四轮初始值为(0，3％M2)，以后依次输出(1，4％M2)；(2，5％M2)；…；(N2-1，(N2+2)％M2)，输出满N2个比特时进入下一轮；第M2轮初始值为(0，(M2-1)％M2)，以后依次输出(1，M2％M2)；(2，(M2+1)％M2)；…；(N2-1，(N2+M2-2)％M2)。
上述给出了按对角线顺序输出块内数据的一种方式。事实上，基于同样的原理，还可以有多种输出顺序。
在有K个TPC编码后的数据块TPC(M2×N2)参与比特交织的情况下，比特交织第一步的输出时按照TPC块的顺序依次输出每个TPC块的相同位置上的数据，即依次输出第1个TPC块的(0，0)、第2个TPC块的(0，0)、第3个TPC块的(0，0)…一直到第K个TPC块的(0，0)；然后，再输出第1个TPC块的(1，1)、第2个TPC块的(1，1)、第3个TPC块的(1，1)…一直到第K个TPC块的(1，1)…。
本发明比特交织的第二步令P为M2与N2中较小的数；以每K个TPC块完成上述第一步操作后的第一个输出为起点，将比特流以P个比特为单位，等间隔地划分成L块。将其中[L/2]或[L/2]+1个块每块内的数据，每相邻两个比特交换次序，每比特只参与一次交换；而其余块内比特次序保持不变。其中，L＝M2×N2×K/P，即当M2＜N2时，P＝M2，L＝N2×K；而当M2＞N2时，P＝N2，L＝M2×K。
可以选择将L个块中所有偶数块内每2比特交换次序而奇数块内比特次序不变，步骤为第一块，即第1至第P个比特保持原次序不变；而第二块，即第P+1至第2P比特，将其中每相邻两个比特交换次序，每比特只参与一次交换，如第P+1比特与第P+2比特交换次序、第P+3比特与第P+4比特交换次序，依此类推；第三块与第一块的处理方法相同，而第四块则与第二块的处理方法相同，最终实现将所有偶数块内每2比特交换次序。
也可以将L个块中所有奇数块内每2比特交换次序而偶数块内比特次序不变，步骤为第一块，即第1至第P个比特，将其中每相邻两个比特交换次序，每比特只参与一次交换，如第1比特与第2比特交换次序、第3比特与第4比特交换次序，依此类推；而第二块，即第P+1至第2P比特，保持原次序不变；第三块与第一块的处理方法相同，而第4块则与第二块的处理方法相同，最终实现将所有奇数块内每2比特交换次序。
本发明通过以上控制K个TPC块内比特数据输出的顺序达到了比特交织的目的，而且可以把高码率传输模式下，由于采用原专利(申请号200410006172.6)所描述的块间交织造成格雷映射后前后2个比特置信度的不同平均分散，进一步降低信噪比门限。
以下结合附图和实施例进一步描述本发明。
图1为ATSC系统中的Trellis编码交织器。
图2为DVB-T系统中交织器的处理过程。
图3为ISDB-T系统中交织器的处理过程。
图4为卷积交织器原理图。
图5为TPC(128，120；128，120)数据块的块内比特交织示例。
图6为K个二维TPC数据块参与的比特交织。
图7为ADTB-T系统的信道编码结构。
具体实施例方式
本发明可以应用于本申请人设计的数字电视地面传输系统(ADTB-T系统)高码率16-OQAM传输模式下，与TPC(M2，M1；N2，N1)编码结合以提高系统抗突发错误的能力。对TPC(M2，M1；N2，N1)编码之后的数据块TPC(M2×N2)进行比特交织处理。每次共有K个TPC编码后的数据块TPC(M2×N2)参与比特交织。在ADTB-T系统中，M2、M1、N2、N1分别为128、120、128和120。交织输出时，按照K个TPC块的顺序依次输出每个TPC块的相同位置上的数据；每个TPC块内数据的输出按对角线顺序排列。
对于高码率16-OQAM传输模式，K可以选择为32、64、128或者256。
对128个二维TPC块(128，128)，首先对块内每个比特进行如下编址第1行{(0，0)，(0，1)，…，(0，127)}第2行{(1，0)，(1，1)，…，(1，127)}……第128行{(127，0)，(127，1)，…，(127，127)}。
图5给出了M2＝128，N2＝128情况下的块内编址，以及块内对角线交织的一种数据输出顺序。第一轮按箭头1所指方向顺序输出；第二轮首先按照箭头2_a所指方向顺序输出，输出完了(至(126，127))再按照箭头2_b所指方向继续输出；第三轮首先按照箭头3_a所指方向顺序输出，输出完了(至(125，127))再按照箭头3_b所指方向继续输出；依此类推，直至第一百二十八轮。
根据本发明，在128个TPC块参与比特交织的情况下比特交织第一步，数据输出顺序是这样的依次输出第1个TPC块的(0，0)、第2个TPC块的(0，0)、第3个TPC块的(0，0)……直至第128个TPC块的(0，0)；然后，输出第1个TPC块的(1，1)、第2个TPC块的(1，1)、第3个TPC块的(1，1)……直至第128个TPC块的(1，1)；……；然后，输出第1个TPC块的(127，127)、第2个TPC块的(127，127)、第3个TPC块的(127，127)……直至第128个TPC块的(127，127)；然后，输出第1个TPC块的(0，1)、第2个TPC块的(0，1)、第3个TPC块的(0，1)……直至第128个TPC块的(0，1)；……；然后，输出第1个TPC块的(127，0)、第2个TPC块的(127，0)、第3个TPC块的(127，0)……直至第128个TPC块的(127，0)；最后，输出第1个TPC块的(127，126)、第2个TPC块的(127，126)、第3个TPC块的(127，126)……直至第128个TPC块的(127，126)。
比特交织的第二步，将以上比特交织第一步输出的L＝128×128个块(每块内128比特)中所有偶数块内每2比特交换次序而奇数块内比特次序不变，具体步骤为第一块，即第1至第128个比特保持原次序不变；而第二块，即第129至第256比特，将其中每相邻两个比特交换次序，每比特只参与一次交换，如第129比特与第130比特交换次序、第131比特与第132比特交换次序，依此类推；第三块与第一块的处理方法相同，而第四块则与第二块的处理方法相同，最终实现将所有偶数块内每2比特交换次序。
然后，依此顺序进行下128个TPC块交织。
可见，通过以上控制128个TPC块内比特数据输出的顺序达到了本发明比特交织的目的。
事实上比特交织第一步有多种输出顺序。将图5中后缀为_a的箭头方向称为a组，后缀为_b的箭头方向称为b组，而将_a或_b之前的数称为标号。a、b两组中标号相同的箭头方向构成一个输出对，而标号为1的箭头方向不属于a或b组，单独构成一个输出对。输出顺序可以先在a组中任取一个箭头方向并沿此方向先行输出(以4个TPC块为例，则对应每个编址位置应相应输出4个数据)，然后找到b组中标号相同的箭头方向，沿此方向再行输出。然后，再在a组中尚未执行输出的箭头方向中，任取一个沿此方向执行输出，再到b组中找出标号相同的箭头方向并沿此方向再行输出，直至所有箭头方向上的数据都输出完毕。编号为1的箭头方向可以在比特交织的起始处执行输出，也可以在任何输出对传输结束之后执行输出。当然，输出顺序也可以先在b组中任取一个箭头方向并沿此方向先行输出，然后找到a组中标号相同的箭头方向，沿此方向再行输出。然后，再在b组中尚未执行输出的箭头方向中，任取一个并沿此方向执行输出，再到a组中找出标号相同的箭头方向并沿此方向再行输出，直至所有箭头方向上的数据都输出完毕。
比特交织第二步也有多种输出顺序。如将第一步输出的L＝128×128个块(每块内128比特)中所有奇数块内每2比特交换次序而偶数块内比特次序不变，具体步骤为第一块，即第1至第128个比特，将其中每相邻两个比特交换次序，每比特只参与一次交换，如第1比特与第2比特交换次序、第3比特与第4比特交换次序，依此类推；而第二块，即第129至第256比特，保持原次序不变；第三块与第一块的处理方法相同，而第四块则与第二块的处理方法相同，最终实现将所有奇数块内每2比特交换次序。
上述所有输出顺序以及其他基于本发明原理的输出顺序，可以概括为高码率16-OQAM传输模式下，比特交织第一步输出时，按照TPC块的顺序(1～K)依次输出每个TPC块的相同位置上的1个比特数据，每个TPC块内的数据按对角线顺序输出。比特交织第二步，以每K个TPC块完成上述第一步操作后的第一个输出为起点，将比特流以P个比特为单位，等间隔地划分成L块。将其中[L/2]或[L/2]+1个块每块内的数据，每相邻两个比特交换次序，每比特只参与一次交换；而其余块内比特次序保持不变。
权利要求
1.一种用于数字电视地面传输的比特交织方法，在信道编码中，对二维Turbo乘积码编码TPC(M2，M1；N2，N1)之后的数据块TPC(M2×N2)进行比特交织处理，其特征在于每次有K个所述TPC编码后的数据块TPC(M2×N2)参与比特交织，K为一个正整数；所述比特交织方法包括如下两个步骤；第一步，首先按相同方法对K个TPC块内每个比特进行编址；按照TPC块的顺序(1～K)依次输出每个TPC块的相同位置上的1个比特数据，每个TPC块内的数据按对角线顺序输出；第二步，以每K个TPC块完成上述第一步操作后的第一个输出为起点，将比特流以P个比特为单位，P为M2与N2中较小的数，等间隔地划分成L块，L＝M2×N2×K/P，将其中[L/2]或[L/2]+1个块每块内的数据，每相邻两个比特交换次序，每比特只参与一次交换，而其余块内比特次序保持不变；通过以上控制K个TPC块内比特数据输出的顺序实现比特交织的目的。
2.根据权利要求1所述的比特交织方法，其特征在于对二维TPC块块内每个比特的编址方法为第一行{(0，0)，(0，1)，...，(0，M2-1)}，第二行{(1，0)，(1，1)，...，(1，M2-1)}，...，第N2行{(N2-1，0)，(N2-1，1)，...，(N2-1，M2-1)}。
3.根据权利要求2所述的比特交织方法，其特征在于交织第一步输出时，依次输出第1个块的(0，0)、第2个块的(0，0)……一直到第K个块的(0，0)，然后输出第1个块的(1，1)、第2个块的(1，1)……一直到第K个块的(1，1)，……，然后输出第1个块的(N2-1，M2-1)、第2个块的(N2-1，M2-1)……一直到第K个块的(N2-1，M2-1)，然后输出第1个TPC块的(0，1)、第2个TPC块的(0，1)、...一直到第K个块的(0，1)，然后输出第1个TPC块的(1，2)、第2个TPC块的(1，2)……一直到第K个块的(1，2)，……，然后输出第1个TPC块的(N2-1，0)、第2个TPC块的(N2-1，0)……一直到第K个块的(N2-1，0)，……，最后输出第1个TPC块的(N2-1，M2-2)、第2个TPC块的(N2-1，M2-2)……一直到第K个块的(N2-1，M2-2)。
4.根据权利要求1或2或3所述的比特交织方法，其特征在于交织第二步输出时，可以将L块中所有偶数块内每相邻2比特交换次序，每比特只参与一次交换，而奇数块内比特次序不变。
5.根据权利要求1或2或3所述的比特交织方法，其特征在于交织第二步输出时，可以将L块中所有奇数块内每相邻2比特交换次序，每比特只参与一次交换，而偶数块内比特次序不变。
6.根据权利要求4所述的比特交织方法，其特征在于交织第二步输出时，第一块，即第1至第P个比特保持原次序不变；而第二块，即第P+1至第2P比特，将第P+1比特与第P+2比特交换次序、第P+3比特与第P+4比特交换次序，依此类推；第三块与第一块的处理方法相同，而第四块则与第二块的处理方法相同，依此类推；最终实现将所有偶数块内每相邻2比特交换次序，而奇数块内比特次序不变。
7.根据权利要求5所述的比特交织方法，其特征在于交织第二步输出时，第一块，即第1至第P个比特，将第1比特与第2比特交换次序、第3比特与第4比特交换次序，依此类推；而第二块，即第P+1至第2P比特保持原次序不变；第三块与第一块的处理方法相同，而第四块则与第二块的处理方法相同，依此类推；最终实现将所有奇数块内每相邻2比特交换次序，而偶数块内比特次序不变。
8.根据权利要求4所述的比特交织方法，其特征在于所述M2、M1、N2、N1分别为128、120、128和120；所述K取为32或64或128或256。
9.根据权利要求5所述的比特交织方法，其特征在于所述M2、M1、N2、N1分别为128、120、128和120；所述K取为32或64或128或256。
10.根据权利要求6所述的比特交织方法，其特征在于所述M2、M1、N2、N1分别为128、120、128和120；所述K取为32或64或128或256。
全文摘要
本发明公开了一种用于数字电视地面传输的比特交织方法。该方法对TPC(M
文档编号H04N7/24GK1638477SQ20041002990
公开日2005年7月13日 申请日期2004年3月29日 优先权日2004年3月29日
发明者梁伟强, 管云峰, 归琳, 汪慎, 葛莹 申请人:上海交通大学