利用領航符元及領航訊號估計通道響應方法之比較

第八章、通道的估計

8.5 利用領航符元及領航訊號估計通道響應方法之比較

利用領航訊號之通道估計方法和前面所提到的利用領航符元估計通道方法的差別在於參考訊號的擺設。利用領航訊號的方法中，領航訊號和所有資料相加後和資料載在相同的次載波上，等效於在接收端就已知每個次載波上的通道響應資訊。而在利用領航符元的方法中，接收端必須由固定的幾個以知之領航次載波得到通道頻率響應的取樣值，再利用內插法還原整個通道頻率響應。

利用領航訊號之通道估計方法不需特別考量對通道延遲的容忍度，只要通道延遲時間小於符元的護衛間隔，就可以回復整個通道的響應。

由於領航訊號的自相關特性，利用計算領航訊號和接收訊號相關性以估計通道的動作，也使得和領航訊號相關性較小的雜訊及干擾影響降低一些，單純對雜訊及干擾而言，利用領航訊號的方法對雜訊及干擾有較佳的抵抗力。

利用領航訊號方法的另一項優於利用領航符元方法之處在於其不必特別區分出放置資料的次載波和放置參考訊號的次載波，每個次載波都可用來放置資料訊號，如此一個符元可傳輸較多的的資料量。至於其所加入的領航訊號能量可以在解調資料訊號前先消去，如此就不會干擾資料的解調。

當一個符元中參考訊號的總能量相同時，利用領航訊號做為參考訊號來估計通道的頻率響應，將比利用領航符元之通道估計方法，有更精準的估計。

第九章

數位音響廣播與數位影廣播地面廣播系統通道編碼方式之介紹

本章將分別介紹數位音響廣播系統與數位影像廣播地面廣播系統中通道編碼的方式於下面兩個小節中。

9.1 數位音響廣播系統

本節將介紹數位音響廣播系統中通道編碼的方式[7]。數位音響廣播系統中使用打孔迴旋編碼（Punctured Convolutional Code），而它同時允許對等錯誤保護

（Equal Error Protection）與不對等錯誤保護（Unequal Error Protection）。另外為了增進通道編碼技術的效能，交錯(Interleaving)技術常常被使用來輔助通道編碼技術。本節也將介紹數位音響廣播系統中所使用的交錯技術。

9.1.1 打孔式迴旋編碼

將能量分散攪拌器（Energy Dispersal Scrambler）輸出的資料流表示為一個向量

( )

，而在一個邏輯碼框中有 I 個位元。這個資料流向量經過母迴旋編碼器（The Mother Convolutional Encoder）產生輸出向量碼（Codeword）。這個輸出向量碼為

{

1 0 I

a

i i₌⁻

( ^x

^0,ⁱ

^, ^x

^1,ⁱ

^, ^x

^2,ⁱ

^, ^x

^3,ⁱ

) }

^I_i₌⁺₀⁵^{，其定義如下：}

0, 2 3 5 6

1, 1 2 3 6

2, 1 4 6

3, 2 3 5 6

0,1, 2,..., 5

i i i i i i

i i i i i

i i i i i i

x a a a a a

x a a a a

x a a a a a

for i I

− − − −

− − −

−

− − −

= ⊕ ⊕ ⊕ ⊕

= ⊕ ⊕ ⊕

= ⊕ ⊕ ⊕ ⊕

= +

−

(9-1)

這些碼的關係可由母迴旋編碼器的架構圖中更清楚的看出，如圖 9-1 所示，可以將關係式作對照。

圖 9-1 母迴旋編碼器架構圖

由上述中的母迴旋編碼器產生的每一個碼按序列排列成一個向量碼 U 其關係式如下：

) ,..., ,

, ( ) ,..., , ,

( ₀ ₁ ₂ _4I_-₁ ∩ ₄_I ₄_I₊₁ ₄_I₊₂ ₄_I₊₂₃

u u u u u u u u

U

(9-2a) 23

4I 0,1,2,..., for

4) ( 4),

( = +

x i

u

i Q

i R (9-2b) 上式中

R

(⋅)與 Q(⋅)分別表示除法中的餘數及商數。

接下來我們將介紹此迴旋編碼中的打孔程序。經過母迴旋編碼器之後產生的碼，將前面 4I 個位元分割成幾個區塊，每個區塊包含 128 個位元。然後將每個區塊再分成 4 個子區塊，每個子區塊包含 32 個位元。在同一個區塊中的子區塊使用相同的打孔程序，打孔程序是利用打孔指標及打孔向量

( u u u

, ,

1 2

,..., u

4_I₋1

)

PI V 來決定打孔的方法：

V =0，不傳送；

V =1，傳送。

_PI (9-3) 其詳細打孔指標

PI

及打孔向量

V 的情況列於下表：

_PI

表 9-1 打孔向量

V 與打孔指標

_PI

PI

表

打孔指標

PI

及打孔向量

V 決定打孔的方法，同時也決定編碼率，一共有 24

_PI 種打孔的方法。以上表所示的打孔指標

PI

為 1 做例子，其相對應的打孔向量

V

_PI 為（1100 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000）。共傳送 9 個位元，所以經過迴旋編碼器及打孔機制後的編碼率為 8/9。在 4I 個位元之後還剩下有 24 個位元

，這 24 個位元則使用下列固定的打孔程序：

( u

4_I

, u

4_I₊1

, u

4_I₊

u

4_I₊23

)

,...,

( 110011001100110011001100

V

=

(9-4) 打孔後剩下的 12 個位元叫做末尾位元（Tail bits），其編碼率為 2/3。

9.1.1.1 打孔式迴旋編碼用於快速資訊通道

數位音響廣播系統中模式 I、II 及 IV 在快速資訊通道（Fast Information Channel）中其打孔程序之參數相同。每個攪拌器輸出的向量皆照上述的方法來進行打孔程序。前面 3072 個位元(

4 I = 3072

)分割成 24 個連續的區塊，其中前 21 個區塊利用打孔指標 16 (

PI = 16

) 來進行打孔程序，而後面的 3 個區塊則利用打孔指標 15 ( )來進行打孔程序。它們最後的 24 個位元則用之前提到的末尾位元的方式來打孔，所以最後打孔編碼完後的碼

( )

15 PI =

2303 i i 0

b

₌ 共有 2304 個位元。

( ) ( )

4 × + 8 16 × 21 4 + × + 8 15 × + 3 12 = 2304

(9-5) 而在模式 III 中，每個攪拌器輸出的向量亦依照上述的方法來進行打孔程序。前面 4096 個位元( )分割成 32 個連續的區塊，其中前 29 個區塊利用打孔指標 16( )來進行打孔程序，後面的 3 個區塊則利用打孔指標 15( )來進行打孔程序。同樣地，它們最後的 24 個位元用之前提到的末尾位元的方式來打孔，所以最後打孔編碼完後的碼

( )

4 I = 4096 16

PI = 15

PI =

3071 i i 0

b

₌ 共有 3072 個位元。

( ) ( )

4 × + 8 16 × 29 + × + 4 8 15 × + 3 12 = 3072

(9-6)

9.1.1.2 打孔式迴旋碼用於主要服務通道

在主要服務通道（Main Service Channel）的通道編碼其打孔程序是利用保護分佈（Protection Profiles）及保護等級（Protection Level）來規範。

首先，我們將介紹不對等錯誤保護編碼。在攪拌器輸出的向量

( ) ^a

_{i i}^I₌⁻₀¹^中，

^{I 是}

音響位元傳輸率（Audio Bit Rate）的函數。如同前述，前 4I 個位元分割成個 區塊，

L I 、 L

及音響位元傳輸率的關係如下表：

表9-2 音響位元傳輸率與參數 I 、之對應關係表

L

在 L 個區塊中，前個區塊利用打孔指標來決定打孔程序，接下來的個區塊利用打孔指標來決定打孔程序，之後的個區塊利用打孔指標來決定打孔程序，剩下的個區塊利用打孔指標來決定打孔程序，最後的 24 個 位元按前述末尾位元的方法來決定打孔程序。L 與打孔指標構成保護分佈加上保 護等級共同來決定打孔程序，其關係如下表所示：

L

1 2

L

PI

L

PI L

₃

PI

P

表9-3 音響廣播服務之保護分佈關係表

接下來，我們將介紹對等錯誤保護編碼。在攪亂器輸出的向量中，如同前述，前

( ) ^a

_{i i}^I₌⁻₀¹

4I 個位元分割成 個區塊，每個區塊包含 128 個位元。前個區塊利用打孔指標來決定打孔程序，剩下來的個區塊利用打孔指標來決定打孔程序，同樣地，最後的 24 個位元按前述末尾位元的方法來決定打孔程序。

與構成保護分佈，其關係由下面兩組表格可以說明：

L L

₁

PI

L

( L L

,

) ( ^PI ^,

)

Bit rates in multiples of 8 kbit/s：

表9-4 位元傳輸率與參數

I

、

L

的關係表

表9-5 對等錯誤保護分佈表 (set A)

Bit rates in multiples of 32 kbit/s：

表9-6 位元傳輸率與參數

I

、

L

的關係表

表9-7 對等錯誤保護分佈表 (set B)

9.1.2 時間交錯技術

時間交錯（Time Interleaving）技術只使用在主要服務通道的資料位元上，

而不用在快速資訊通道的資料位元上。打孔式迴旋碼的輸出可以標示為向量

，其中為。而在經過時間交錯之後的輸出亦可表

示成一向量，其中

C

為 ( 。兩向量之間的關係如下：

B

C

) ( ₀ ₁ ₋₁

r r,M

r,i r,

,b ,....,b ,...,b b

c

r,0

,c

r,1

,....,c

r,i

,...,c

_r,N₋₁)

r r

for 0,1,2,..., 1 and allintegers . (9-7)

not

if 0

1 if

b i M i N r

c

_r_i ^r ⁱ^r ^r ^r _r _r

r = −



 ≤ −

= ^′

在上面的關係式中 r', r 及

i

_r的關係如下表所示：

表9-8 參數

r'

r

及的關係表

i

而

N

_r與

M

_r的關係可以表示成：

N

= max ( M M

,

_r₋15

)

我們用下面的例子來說明時間交錯的動作：

例如：資料流經過一個速度為 8kbit/s(位元傳輸率)且其保護等級是 4。若打孔式迴旋碼的輸出為

B

_r，其中

B

_r為(

b

_r,₀

,b

_r,₁

,...,b

_r,₂₅₅) ，且對所有整數值

r 而言

和皆為 256。圖 9-2 是此時間交錯範例的原則與方法示意圖

M

N

圖9-2 時間交錯技術示意圖

圖 9-2 為時間錯技術示意圖，因此我們可以觀察其時間索引標誌 r 的變動。

根據上頁的關係式以及其對應參數的關係，可以知道其利用符碼的索引標誌來決定其時間索引標誌的交錯分布：

,0 ,0

a

r →

a

_r 其中”0”為符碼的索引標誌決定交錯後的時間索引標誌之變化為”

r → r

”。

,1 8,1

r r

a

→

a

₋ 其中”1”為符碼的索引標誌決定交錯後的時間索引標誌之變化為”

r → r − 8

”。

,2 4,2

r r

a

→

a

₋ 其中”2”為符碼的索引標誌決定交錯後的時間索引標誌之變化為”

r → r − 4

”。

按表 9-8 及圖 9-2，以此類推

上述的動作以每１６個符碼的索引標誌為週期重複此時間交錯動作，而其符碼的索引標誌不因為時間交錯而改變，改變的只有時間索引標誌。

9.2 數位影像廣播之地面廣播系統

在本節中我們要介紹數位影像廣播地面廣播系統的通道編碼方式[8]。這個系統的通道編碼方式包含有外層編碼器（Outer Coder）、外層交錯器（Outer Interleaver）、內層編碼器（Inner Coder）以及內層交錯器（Inner Interleaver）等技術。圖 9-3 為 DVB-T 系統發射機的功能方塊圖，由此圖我們可以知道通道編碼方式在整個發射機的位置，以下我們將依次介紹這個系統的編碼方式。

圖 9-3 DVB-T 系統發射機的功能方塊圖

這個系統允許不同的二維振幅調變（QAM）以及不同的內層編碼率。系統亦允許階層式調變（Hierarchical Modulation）技術的使用，如圖 9-3 中所示，分離器（Splitter）將輸入的傳輸序列分離成兩個獨立的傳輸序列，分別是高優先權傳輸序列及低優先權傳輸序列。這兩個傳輸序列有不同的二維振幅調變技術及不同的內層編碼率。再利用對映器（Mapper）將兩個傳輸序列上的位元訊號對應到調變訊號分佈圖上（Signal Constellation）。

9.2.1 外層編碼以及外層交錯技術

外層編碼及外層交錯皆必須用於封包的結構而且外層編碼使用里德－所羅門縮短碼（Reed-Solomon Shortened Code，RS(204,188,8)），可以更正 8 個位元組長度的連續錯誤，下面我們先來看看這些封包式的結構：一個壓縮影像格式的封包含了 1 位元組的同步訊號及 187 位元組的壓縮影像資料，如圖 9-4(a)所示。

每 8 個傳輸封包中的第一個傳輸封包的同步位元組將位元反向，如圖 9-4(b)所示。在里德－所羅門錯誤保護封包中末端加上 16 個保護位元組（Parity bytes），

如圖 9-4(c)所示。在經過外層交錯器後其傳輸封包的結構如圖 9-4(d)所示，共 204 個位元組，包含一個同步位元組。從圖 9-4(a)到圖 9-4(d)為外層編碼、外層交錯技術及訊號能量分散之程序步驟。

圖 9-4(a) MPEG-2 多工多路封包（MUX packet）

圖 9-4 (b) 隨機運輸封包（Randomized transport packets）：

同步位元組（Sync bytes）及隨機資料位元組（Randomized Data bytes）

圖 9-4 (c) 里德－所羅門錯誤保護封包

圖9-4 (d) 外碼之交錯分佈後的資料結構分佈，I = 12

外層交錯器是一個迴旋交錯器，擁有 12 個分枝結構連接於輸入的資料流。

藉由切換器循環的連接（每隔一個位元組切換一個分枝），每一個分枝都是先進先出（First-In, First-Out）的平移暫存器，且其深度為17×

j

個位元組時間（j 為

分枝的序號）。所有暫存器的深度和即為延遲的時間長度。交錯器與反交錯器的結構剛好相反，可以使在反交錯輸出端還原正確的接收資料流（每個分枝的總延

在文檔中用於軟體無線電基頻處理之系統晶片設計技術---子計劃I：以OFDM為基礎之DAB與DVB-T系統整合型接收機架構設計(I) (頁 96-0)

第八章、 通道的估計

8.5 利用領航符元及領航訊號估計通道響應方法之比較

第九章

數位音響廣播與數位影廣播地面 廣播系統通道編碼方式之介紹

9.1 數位音響廣播系統

9.1.1 打孔式迴旋編碼

( )

{

a

( x

, x

, x

, x

) }

0,1, 2,..., 5

x a a a a a

x a a a a a

x a a a a

x a a a a a

for i I

= ⊕ ⊕ ⊕ ⊕

= ⊕ ⊕ ⊕ ⊕

= ⊕ ⊕ ⊕

= ⊕ ⊕ ⊕ ⊕

= +

u u u u u u u u

U

x i

u

R

( u u u

, ,

,..., u

)

PI V 來決定打孔的方法：

V =0，不傳送 ；

V =1，傳送。

PI

V 的情況列於下表：

V 與打孔指標

PI

PI

V 決定打孔的方法，同時也決定編碼率，一共有 24

PI

V

( u

, u

, u

u

)

)

,...,

( 110011001100110011001100

V

=

9.1.1.1 打孔式迴旋編碼用於快速資訊通道

4 I = 3072

PI = 16

( )

15 PI =

b

( ) ( )

4 × + 8 16 × 21 4 + × + 8 15 × + 3 12 = 2304

( )

4 I = 4096 16

PI = 15

PI =

b

( ) ( )

4 × + 8 16 × 29 + × + 4 8 15 × + 3 12 = 3072

9.1.1.2 打孔式迴旋碼用於主要服務通道

( ) a

I 是

L I 、 L

L

L

L

PI

PI

第八章、通道的估計

數位音響廣播與數位影廣播地面廣播系統通道編碼方式之介紹

( ^x

^, ^x

^, ^x

^, ^x

V =0，不傳送；

( ) ^a

^{I 是}

( ) ^a

) ( ^PI ^,