CN101778083B - 一种多媒体广播无线信号单频网抗噪声传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多媒体广播无线信号单频网抗噪声传输方法。在发明的多媒体广播无线信号单频网抗噪声传输方法中，多媒体广播无线信号在单频网多媒体广播无线发射机多媒体数据流经中心数据管理器处理、网络数据管理器比特流LDPC编码、码元调制、星座旋转、空频编码调制、帧体形成、时域训练序列***成帧、脉冲成形、上变频至载波上形成射频信号发射到空中无线信道并由接收机端接收处理单频网中的各个多媒体广播无线发射机所发送的信号。多媒体广播无线信号单频网抗噪声传输方法具有接收同步时间短、高传输效率、可控多业务等优点。

Description

一种多媒体广播无线信号单频网抗噪声传输方法

技术领域

本发明属于无线通信领域，更具体地涉及一种多媒体广播无线信号单频网抗噪声传输方法。

背景技术

目前，无线电视广播已从模拟逐渐向数字化方向发展。数字电视广播无线传输***，作为数字电视广播无线的重要组成部分，其相关技术的发展，与人们的生活质量息息相关，并因此受到了人们格外的广泛关注。数字电视广播无线相关技术及其相关产业是通信与计算机领域内发展较快，市场前景较好的产业。在数字电视广播无线相关技术上，目前各国关注的重点是，如何为复杂波传环境下的数字电视广播无线提供低成本的可靠高速移动的实现方案。数字电视广播无线传输技术是数字电视广播无线***的关键技术，对于整个***性能起着决定性的作用，是大家重点研究的对象。

由于数字信号处理技术和集成电路技术的飞速发展，正交频分复用(OFDM)技术的***实现变得越来越容易。因OFDM多载波传输技术具有结构简单，频谱利用率高，可以抗频率选择性和信道时变等诸多优点而倍受大家的关注并得到深入的研究和在Xdsl、宽带移动通信、宽带无线局域网、数字电视广播等诸多领域中的广泛应用。

信道编码是数字通信***的重要组成部分。随着现代信息技术的飞速发展，信道编码技术已成为现代通信领域不可或缺的技术。在信息序列中嵌入冗余码元，信道编码技术通过冗余码元的作用减小信号在传输过程中发生错误，从而提高通信***的可靠性。

自Shannon提出了著名的信道编码定理以来，学者们一直致力于构造纠错能力接近理论极限且编码复杂度可接受的信道编码方法。在1993年，Berrou等人提出了Turbo码，其优越的性能震惊了编码界，很快就成为了编码界的研究热点。正是随着Turbo码的不断深入研究，人们才发现Turbo码与1962年Gallager提出的低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check，LDPC)有许多相似之处，两者在编码端都采用随机编码的方式，在译码端都采用迭代译码方式。Gallager当时之所以没有发现LDPC码的这一特性，主要原因在于当时计算机的仿真能力有限，无法对码字较长的LDPC码进行仿真实现，由于当时硬件水平的限制使得学术界认为LDPC码译码算法过于复杂而难以在实际***中被应用并因此一度被忽视。直到1996年，MacKay和Neal证明采用BP迭代译码算法时LDPC码具有逼近Shannon限的性能，从此使得LDPC编码的研究和应用跨入了一个新的阶段。LDPC码是一种用于在噪声传输信道中传输信息并执行前向纠错(FEC，ForwardError Correction)的纠错码。LDPC码字可以看成是一种具有二进制奇偶校验矩阵的码，而奇偶校验矩阵的元素几乎都为零。尽管LDPC编码和其他纠错编码并不能保证无误传输，但损失信息的概率却可以降到所需的程度。LDPC编码是一种能使数据传输速率接近理论最大值，即香农极限的编码方案。在LDPC编码刚被发现的时候，在大多数情况下由于算法和编码器的计算量过大而无法实际应用，因而没有得到广泛使用。然而，自从1996年LDPC码被重新认识之后，已在通信***中得到广泛应用，比如：IEEE 802.16e标准、IEEE 802.11n标准等中都考虑了采用LDPC码作为信道编码的应用。

在实际通信环境中，数字电视广播无线通信***性能受到同步时间、时钟抖动、信道衰落、信道干扰等因素的影响。数字电视广播无线信号传输方法是实现可靠数字电视广播无线通信的关键技术。

利用数字电视广播无线传输***提供无偿电视广播、有偿电视广播、保密信息传输、多媒体增值服务等可控制多业务是新一代数字电视广播无线传输***满足社会需求的体现。

正是基于以上背景，本发明针对实际通信环境提出一种多媒体广播无线信号单频网抗噪声传输方法，可以满足高数据率可控制多业务数字电视广播无线传输的需要。

欲对专利背景作更深入的了解可参考以下文献资料：

L.J.Cimini，“Analysis and simulation of a digital mobile channel usingorthogonal frequency division multiplexing，”IEEE Trans.Commun.，vol.COM-33，pp.665-675，July 1985.

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H.Tang，J.Xu，Y.Kou，S.Lin，and K.Abdel-Ghaffar，“On algebraicconstruction of Gallager and circulant low density parity check codes，”IEEE Trans.Inf.Theory，vol.50，no.6，pp.1269-1279，Jun.2004.

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发明内容

本发明针对高数据率可控制多业务数字电视广播无线传输问题，提出了一种多媒体广播无线信号单频网抗噪声传输方法。

本发明提出的一种多媒体广播无线信号单频网抗噪声传输方法，其特征在于多媒体广播无线信号在单频网中的各个多媒体广播无线发射机经如下步骤发送至空中无线信道并由接收机端接收处理单频网中的各个多媒体广播无线发射机所发送的信号：

1)单频网的中心数据管理器将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成数据比特流；

2)单频网的网络数据管理器将输入数据比特流经LDPC编码、码元调制、星座旋转后进一步在频域上形成FFT编码数据块(FFT编码数据块的长度(符号个数)为K)；

3)单频网的网络数据管理器采用码率为1的空频编码器将在频域上形成的FFT编码数据块调制至单频网中的各个多媒体广播无线发射机支路上形成空频调制FFT编码数据块(空频调制FFT编码数据块的长度(符号个数)为K)，并调整各个多媒体广播无线发射机支路的时间同步以保证网络中的所有发射机都在同一时间对空频调制FFT编码数据块进行处理；

4)单频网中的各个多媒体广播无线发射机采用IFFT(快速离散傅立叶反变换)将空频调制FFT编码数据块变换为空频调制时域离散编码数据样值块；

5)单频网中的各个多媒体广播无线发射机将循环前缀(循环前缀的长度为C)作为保护间隔***到空频调制时域离散编码数据样值块，形成空频调制时域循环前缀离散编码数据样值块(空频调制时域循环前缀离散编码数据样值块的长度为(K+C))；

6)单频网中的各个多媒体广播无线发射机将连续的4个空频调制时域循环前缀离散编码数据样值块形成帧体(帧体的长度为L，L＝4×(K+C))；

7)单频网中的各个多媒体广播无线发射机将训练序列作为复数训练序列的实部序列、将业务指标序列作为复数训练序列的虚部序列，在时域上构成复数训练序列的离散样值块(训练序列、业务指标序列、复数训练序列的离散样值块的长度都为X)；

8)单频网中的各个多媒体广播无线发射机将时域上构成的复数训练序列的离散样值块(作为帧头)***到帧体，以形成信号帧；

9)单频网中的各个多媒体广播无线发射机采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号脉冲成形；

10)单频网中的各个多媒体广播无线发射机将基带信号上变频至载波上形成射频信号发射到空中无线信道；

11)接收机端接收处理单频网中的各个多媒体广播无线发射机所发送的信号。

按照上述的多媒体广播无线信号单频网抗噪声传输方法，其特征在于：单频网的中心数据管理器将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成数据比特流；单频网的网络数据管理器将输入数据比特流经LDPC编码、码元调制、星座旋转后进一步在频域上形成FFT编码数据块(FFT编码数据块的长度(符号个数)为K)；单频网的网络数据管理器采用码率为1的空频编码器将在频域上形成的FFT编码数据块调制至单频网中的各个多媒体广播无线发射机支路上形成空频调制FFT编码数据块(空频调制FFT编码数据块的长度(符号个数)为K)，并调整各个多媒体广播无线发射机支路的时间同步以保证网络中的所有发射机都在同一时间对空频调制FFT编码数据块进行处理；单频网中的各个多媒体广播无线发射机采用IFFT(快速离散傅立叶反变换)将空频调制FFT编码数据块变换为空频调制时域离散编码数据样值块；单频网中的各个多媒体广播无线发射机的信号帧中具有周期性的时域训练序列离散样值块；单频网中的各个多媒体广播无线发射机的训练序列的长度(符号个数)X为512；单频网中的各个多媒体广播无线发射机的空频调制FFT编码数据块的长度(符号个数)K(子载波数)取2048、4096、8192中的一个，相对应的子载波的频率间隔分别为4KHz、2KHz、1KHz，相对应的循环前缀长度C分别为空频调制FFT编码数据块长度K大小的1/4、1/8、1/16；单频网中的各个多媒体广播无线发射机的训练序列、业务指标序列由一系列的1或-1组成，具有伪随机特性；单频网中的各个多媒体广播无线发射机的训练序列、业务指标序列相互之间具有正交性；单频网中的各个多媒体广播无线发射机的各个不同的业务指标序列包含着并且唯一表达着多媒体广播无线发射机的各***参数和业务模式信息。单频网中的各个多媒体广播无线发射机对输入数据比特流进行LDPC编码的编码率为1/4、1/2、5/8、3/4和7/8中的一个；单频网中的各个多媒体广播无线发射机的码元调制为QPSK、16QAM、64QAM和256QAM中的一种，码元星座图映射方式采用格雷码映射；QPSK码元星座的星座旋转角度为22.5度，16QAM码元星座的星座旋转角度为11.25度，64QAM码元星座的星座旋转角度为5.626度，256QAM码元星座的星座旋转角度为2.8125度。

本发明的特点：

本发明是一种空域时域频域混合的信号分集抗噪声传输方案。单频网中的各个多媒体广播无线发射机的信号帧中具有周期性的时域训练序列离散样值块，单频网中的各个多媒体广播无线发射机的训练序列、业务指标序列具有伪随机特性，单频网中的各个多媒体广播无线发射机的训练序列、业务指标序列相互之间具有正交性，单频网中的各个多媒体广播无线发射机将时域上构成的复数训练序列的离散样值块(作为帧头)***到帧体而形成信号帧，这些保证了多媒体广播无线接收机端可以实现快速准确的帧同步、频率同步、时间同步、信道传输特性估计、以及对相位噪声和信道传输特性进行可靠跟踪。单频网中的各个多媒体广播无线发射机采用LDPC编码对输入数据比特流进行信道编码提供了接近香农极限的纠错性能。单频网中的各个多媒体广播无线发射机将循环前缀作为保护间隔***到空频调制时域离散编码数据样值块形成空频调制时域循环前缀离散编码数据样值块，可以减少相邻信号数据样值块之间的干扰影响。单频网中的各个多媒体广播无线发射机将连续的4个空频调制时域循环前缀离散编码数据样值块形成帧体可以提多媒体广播***的效率。单频网中的各个多媒体广播无线发射机的码元调制与星座旋转提供了信号分集效果。单频网中的各个多媒体广播无线发射机的各个不同的业务指标序列包含着并且唯一表达着多媒体广播无线发射机的各***参数和业务模式信息，可以使得多媒体广播无线传输***能够提供无偿电视广播、有偿电视广播、保密信息传输、多媒体增值服务等可控制多业务，满足社会需求。本发明的多媒体广播无线信号单频网抗噪声传输方法具有接收同步时间短、时钟抖动小、抗多媒体广播无线通信背景噪声影响、可以提供高数据率可控制多业务数字电视广播无线传输等诸多优点。

附图说明

图1是按照本发明的多媒体广播无线信号单频网抗噪声传输方法的发射机和接收机间信号传输的实施例示意图。

图2是按照本发明的多媒体广播无线信号单频网抗噪声传输方法的发射机和接收机间信号传输过程中信号帧形成的实施例示意图。

图3是按照本发明的多媒体广播无线信号单频网抗噪声传输方法的单频网中的各个多媒体广播无线发射机的QPSK码元调制、16QAM码元调制的星座旋转方法的实施例示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

按照本发明提出的多媒体广播无线信号单频网抗噪声传输方法的发射机和接收机间信号传输的实施例，如图1所示，多媒体广播无线信号在单频网中的各个多媒体广播无线发射机经如下步骤发送至空中无线信道并由接收机端接收处理单频网中的各个多媒体广播无线发射机所发送的信号：

1)单频网的中心数据管理器将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成数据比特流；

2)单频网的网络数据管理器将输入数据比特流经LDPC编码(LDPC编码的编码率为1/4、1/2、5/8、3/4和7/8中的一个)、码元调制(码元调制为QPSK、16QAM、64QAM、和256QAM中的一种，码元星座图映射方式采用格雷码映射)、星座旋转(QPSK码元星座的星座旋转角度为22.5度，16QAM码元星座的星座旋转角度为11.25度，64QAM码元星座的星座旋转角度为5.626度，256QAM码元星座的星座旋转角度为2.8125度)后进一步在频域上形成FFT编码数据块(FFT编码数据块的长度(符号个数)为K；FFT编码数据块的长度(符号个数)K(子载波数)取2048、4096、8192中的一个；当FFT编码数据块的长度K(子载波数)取2048，相对应的子载波的频率间隔取4KHz；当FFT编码数据块的长度K(子载波数)取4096，相对应的子载波的频率间隔取2KHz；当FFT编码数据块的长度K(子载波数)取8192，相对应的子载波的频率间隔取1KHz)；

3)单频网的网络数据管理器采用码率为1的空频编码器将在频域上形成的FFT编码数据块调制至单频网中的各个多媒体广播无线发射机支路上形成空频调制FFT编码数据块(空频调制FFT编码数据块的长度(符号个数)为K)，并调整各个多媒体广播无线发射机支路的时间同步以保证网络中的所有发射机都在同一时间对空频调制FFT编码数据块进行处理；

4)单频网中的各个多媒体广播无线发射机采用IFFT(快速离散傅立叶反变换)将空频调制FFT编码数据块变换为空频调制时域离散编码数据样值块；

5)单频网中的各个多媒体广播无线发射机将循环前缀(循环前缀的长度为C；当空频调制FFT编码数据块的长度K(子载波数)取2048，相对应的循环前缀长度C为空频调制FFT编码数据块长度K大小的1/4；当空频调制FFT编码数据块的长度K(子载波数)取4096，相对应的循环前缀长度C为空频调制FFT编码数据块长度K大小的1/8；当空频调制FFT编码数据块的长度K(子载波数)取8192，相对应的循环前缀长度C为空频调制FFT编码数据块长度K大小的1/16)作为保护间隔***到空频调制时域离散编码数据样值块，形成空频调制时域循环前缀离散编码数据样值块(空频调制时域循环前缀离散编码数据样值块的长度为(K+C))；

6)单频网中的各个多媒体广播无线发射机将连续的4个空频调制时域循环前缀离散编码数据样值块形成帧体(帧体的长度为L，L＝4×(K+C))；

7)单频网中的各个多媒体广播无线发射机将训练序列作为复数训练序列的实部序列、将业务指标序列作为复数训练序列的虚部序列，在时域上构成复数训练序列的离散样值块(训练序列、业务指标序列、复数训练序列的离散样值块的长度都为X；训练序列的长度(符号个数)X取512)；

8)单频网中的各个多媒体广播无线发射机将时域上构成的复数训练序列的离散样值块(作为帧头)***到帧体，以形成信号帧；

9)单频网中的各个多媒体广播无线发射机采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号脉冲成形；

10)单频网中的各个多媒体广播无线发射机将基带信号上变频至载波上形成射频信号发射到空中无线信道；

11)接收机端接收处理单频网中的各个多媒体广播无线发射机所发送的信号。

按照本发明的多媒体广播无线信号单频网抗噪声传输方法的发射机和接收机间信号传输过程中信号帧形成的实施例，如图2所示，具体实施如下：

单频网的中心数据管理器将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成数据比特流。

单频网的网络数据管理器将输入数据比特流经LDPC编码、码元调制、星座旋转后进一步在频域上形成FFT编码数据块(FFT编码数据块的长度(符号个数)为K)。

FFT编码数据块由子载波组成。FFT编码数据块的长度(符号个数)为K；K(子载波数)取2048、4096、8192中的一个；当FFT编码数据块的长度K(子载波数)取2048，相对应的子载波的频率间隔取4KHz；当FFT编码数据块的长度K(子载波数)取4096，相对应的子载波的频率间隔取2KHz；当FFT编码数据块的长度K(子载波数)取8192，相对应的子载波的频率间隔取1KHz。

单频网的网络数据管理器采用码率为1的空频编码器将在频域上形成的FFT编码数据块调制至单频网中的各个多媒体广播无线发射机支路上形成空频调制FFT编码数据块(空频调制FFT编码数据块的长度(符号个数)为K)，并调整各个多媒体广播无线发射机支路的时间同步以保证网络中的所有发射机都在同一时间对空频调制FFT编码数据块进行处理。

单频网中的各个多媒体广播无线发射机采用IFFT(快速离散傅立叶反变换)将空频调制FFT编码数据块变换为空频调制时域离散编码数据样值块。

单频网中的各个多媒体广播无线发射机将循环前缀(循环前缀的长度为C)作为保护间隔***到空频调制时域离散编码数据样值块，形成空频调制时域循环前缀离散编码数据样值块(空频调制时域循环前缀离散编码数据样值块的长度为(K+C))。

作为保护间隔的循环前缀的长度为C；当空频调制FFT编码数据块的长度K(子载波数)取2048，相对应的循环前缀长度C为空频调制FFT编码数据块长度K大小的1/4；当空频调制FFT编码数据块的长度K(子载波数)取4096，相对应的循环前缀长度C为空频调制FFT编码数据块长度K大小的1/8；当空频调制FFT编码数据块的长度K(子载波数)取8192，相对应的循环前缀长度C为空频调制FFT编码数据块长度K大小的1/16。

单频网中的各个多媒体广播无线发射机将连续的4个空频调制时域循环前缀离散编码数据样值块形成帧体。

单频网中的各个多媒体广播无线发射机将训练序列作为复数训练序列的实部序列、将业务指标序列作为复数训练序列的虚部序列，在时域上构成复数训练序列的离散样值块。

训练序列、业务指标序列、复数训练序列的离散样值块的长度都为X，X取512。

作为单频网中的各个多媒体广播无线发射机的训练序列、业务指标序列由一系列的1或1组成，具有伪随机特性，训练序列、业务指标序列相互之间具有正交性。满足上述特征的训练序列可由作为伪随机数序列的一种特殊类型的一组移位m序列和作为正交序列的沃尔什序列、哈达玛序列或由其他方式产生的F交序列实现。

各个不同的业务指标序列包含着并且唯一表达着单频网中的各个多媒体广播无线发射机的各***参数和业务模式信息。

单频网中的各个多媒体广播无线发射机将时域上构成的复数训练序列的离散样值块(作为帧头)***到帧体，以形成信号帧。

单频网中的各个多媒体广播无线发射机采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号进行脉冲成形。当K取2048时，相对应的对信号帧的信号进行脉冲成形的平方根升余弦滚降滤波器的滚降系数取0.1；当K取4096时，相对应的对信号帧的信号进行脉冲成形的平方根升余弦滚降滤波器的滚降系数取0.05；当K取8192时，相对应的对信号帧的信号进行脉冲成形的平方根升余弦滚降滤波器的滚降系数取0.025。

单频网中的各个多媒体广播无线发射机将基带信号上变频至载波上形成射频信号发射到空中无线信道。

接收机端接收处理单频网中的各个多媒体广播无线发射机所发送的信号。

按照本发明提出的多媒体广播无线信号单频网抗噪声传输方法的单频网中的各个多媒体广播无线发射机的QPSK码元调制、16QAM码元调制的星座旋转方法的实施例，如图3所示，单频网中的各个多媒体广播无线发射机的QPSK码元调制、16QAM码元调制的码元星座图映射方式采用格雷码映射；QPSK码元星座的星座旋转角度为22.5度，16QAM码元星座的星座旋转角度为11.25度。

上面结合附图对本发明的具体实施例进行了详细说明，但本发明并不局限于上述实施例，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可作出各种修改或改型。

Claims (3)

1.一种多媒体广播无线信号单频网抗噪声传输方法，其特征在于多媒体广播无线信号在单频网中的各个多媒体广播无线发射机经如下步骤发送至空中无线信道并由接收机端接收处理单频网中的各个多媒体广播无线发射机所发送的信号：

1)单频网的中心数据管理器将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成数据比特流；

2)单频网的网络数据管理器将输入数据比特流经LDPC编码、码元调制、星座旋转后进一步在频域上形成FFT编码数据块，码元调制为QPSK、16QAM、64QAM、256QAM中的一种，码元调制的码元星座图映射方式采用格雷码映射，QPSK码元星座的星座旋转角度为22.5度，16QAM码元星座的星座旋转角度为11.25度，64QAM码元星座的星座旋转角度为5.626度，256QAM码元星座的星座旋转角度为2.8125度，LDPC表示Low Density Parity Check即低密度奇偶校验，FFT表示快速离散傅立叶变换，FFT编码数据块的长度为K；

3)单频网的网络数据管理器采用码率为1的空频编码器将在频域上形成的FFT编码数据块调制至单频网中的各个多媒体广播无线发射机支路上形成空频调制FFT编码数据块，并调整各个多媒体广播无线发射机支路的时间同步以保证网络中的所有发射机都在同一时间对空频调制FFT编码数据块进行处理；

4)单频网中的各个多媒体广播无线发射机采用IFFT将空频调制FFT编码数据块变换为空频调制时域离散编码数据样值块，IFFT表示快速离散傅立叶反变换；

5)单频网中的各个多媒体广播无线发射机将循环前缀作为保护间隔***到空频调制时域离散编码数据样值块，形成空频调制时域循环前缀离散编码数据样值块，循环前缀的长度为C，空频调制时域循环前缀离散编码数据样值块的长度为K+C；

6)单频网中的各个多媒体广播无线发射机将连续的4个空频调制时域循环前缀离散编码数据样值块形成帧体，帧体的长度为L，L＝4×(K+C)；

7)单频网中的各个多媒体广播无线发射机将训练序列作为复数训练序列的实部序列、将业务指标序列作为复数训练序列的虚部序列，在时域上构成复数训练序列的离散样值块，训练序列、业务指标序列、复数训练序列的离散样值块的长度都为X；

8)单频网中的各个多媒体广播无线发射机将时域上构成的复数训练序列的离散样值块作为帧头***到帧体，以形成信号帧；

9)单频网中的各个多媒体广播无线发射机采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号脉冲成形；

10)单频网中的各个多媒体广播无线发射机将基带信号上变频至载波上形成射频信号发射到空中无线信道；

11)接收机端接收处理单频网中的各个多媒体广播无线发射机所发送的信号。

2.按权利要求1的一种多媒体广播无线信号单频网抗噪声传输方法，其特征在于：所述单频网中的各个多媒体广播无线发射机的LDPC编码的编码率为1/4、1/2、5/8、3/4和7/8中的一个。

3.按权利要求1的一种多媒体广播无线信号单频网抗噪声传输方法，其特征在于：所述单频网中的各个多媒体广播无线发射机的训练序列、业务指标序列、复数训练序列的离散样值块的长度X都取512；训练序列、业务指标序列具有伪随机特性，训练序列、业务指标序列相互之间具有正交性。

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