[发明专利]数字电视地面广播传输系统的信号帧同步方法

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技术领域

数字电视地面广播传输系统是广播电视系统的重要组成部分，系统 规定了在UHF和VHF频段中，每8MHz数字电视频带内，数字地面广播传 输系统的帧结构、信道编码和调制方式。图1示出了系统的帧结构。从图 1可以看出，数据帧结构是一种四层结构。其中，数据帧结构的基本单元 为信号帧，由帧头和帧体两部分组成。帧头和帧体的基带符号率相同， 均为7.56Msps。一组信号帧组成超帧，超帧的时间长度定义为125毫秒。 480个超帧组成一个分帧，分帧的时间长度为1分钟。帧结构的顶层为日 帧，由1440个分帧构成，以一个公历自然日为周期进行重复。

为适应不同应用，系统定义了三种可选的帧头模式以及相应的信号 帧结构，示于图2中。帧头信号由一个前同步、一个PN序列和一个后同 步构成，采用I路和Q路相同的4QAM调制。对于帧头模式2而言，前同步 和后同步的长度为0。PN序列经0到+1值及1到一1值的映射变换为非归零 的二进制符号。

●帧头模式1

帧头模式1中的PN序列定义为循环扩展的8阶m序列，可由一个线性 反馈移位寄存器实现。长度为420个符号的帧头信号(PN420)，由一个 前同步、一个PN255序列和一个后同步构成。前同步和后同步定义为PN255 序列的循环扩展。PN420序列在PN255序列前填充82个符号作为前同步， 后面填充83个符号作为后同步。一个超帧中共有225个信号帧，各信号帧 的帧头采用不同相位的PN信号作为信号帧识别符。帧头信号的平均功率 是帧体信号平均功率的2倍。PN420的结构示于图3中。

●帧头模式2

帧头模式2采用的10阶最大长度伪随机二进制序列截短而成，帧头信 号的长度为595个符号(PN595)，是长度为1023的m序列的前595个码片。 在一个超帧中共有216个信号帧，各信号帧的帧头采用相同的PN序列。 帧头信号的平均功率与帧体信号的平均功率相同。

●帧头模式3

帧头模式3中的PN序列定义为循环扩展的9阶m序列，可由线性反馈 移位寄存器实现。长度为945个符号的帧头信号(PN945)由一个前同步、 一个PN511序列和一个后同步构成。前同步和后同步定义为PN511序列的 循环扩展。PN945序列在PN511序列前填充217个符号作为前同步，后面 填充217个符号作为后同步。在一个超帧中共有200个信号帧，各信号帧 的帧头采用不同相位的PN信号作为信号帧识别符。帧头信号的平均功率 是帧体信号平均功率的2倍。PN945的结构示于图4中。

众所周知，同步是无线接收机中的关键技术。对于数字电视地面广 播传输系统而言，同步主要包括模式检测与信号帧识别，信号帧同步， 采样钟偏差估计和消除，载波频偏估计和消除。在模式检测与信号帧识 别完成后，帧头类型和信号帧序号已经确定完毕。接下来，需要进行信 号帧同步以分离帧头和帧体。帧头用于进行载波频偏估计和信道估计； 而帧体用于获得数据并进行信道均衡。

信号帧同步方法通常基于PN序列相关的思想，即将接收到的信号帧 与本地产生的相位相同的PN序列进行相关，则对于每个接收到的信号帧 都会出现相关峰。详细算法总结如下：

1)对接收到的信号进行四倍过采样(1/T_s＝4/T)。把四倍过采样 信号帧数据依次输入相关器中，与本地产生的PN序列进行滑动相关运 算。令m为接收到的信号帧帧头中的PN序列与本地产生的PN序列之间的 滑动距离，r(i)为四倍过采样接收信号，则相关器的输出R(k，m)为：