CN101997803B - 数字信号的块传输方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种数字信号的块传输方法及***，信号以超帧的方式传输，超帧由一段超帧头和多个信号帧组成，该方法包括步骤：生成已知训练序列；在已知训练序列前***循环前缀，并复接已知训练序列与其循环前缀得到超帧头；将待传输的数据流打包为***每帧规定的长度并进行前处理，得到多个待传输数据块；在每个数据块末尾***保护间隔后缀，组成待传输信号帧；将信号帧按顺序复接，并在第一个信号帧之前***超帧头，得到待传输超帧信号；后处理超帧信号并将其发送。该方法及***可应用于多载波或单载波传输***、可兼容多用户和单用户传输模式，且能够提高信道估计、同步等的速度，改善***性能，以克服现有技术的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及信号传输领域，尤其涉及一种数字信号的块传输方法及***。
背景技术
随着现代通信技术的飞速发展以及人们对无线通信业务需求的日益增长，传输各种业务的数字信号传输***广泛应用于无线局域网、固定无线接入、有线/无线数字音频和视频广播传输标准，如欧洲标准数字视频地面广播(Digital Video Broadcasting-Terrestrial，DVB-T)和中国数字电视国家标准(Digital Television MultimediaBroadcast，DTMB)。
宽带无线通信传输技术面临的最大问题是，单载波或多载波调制***在多径传输信道下，会发生频率选择性衰落，即符号间干扰(InterSymbol Interference，ISI)。在数字信号传输过程中，辅助数据能够对抗信道衰落和其他干扰，从而帮助接收端恢复信号，尽管辅助数据的加入，降低了传输效率，但是可以直接决定***消除ISI和跟踪信道动态变化等的信道估计能力。此外，辅助数据的用处还应包括：信号同步、信道估计、传输模式识别和跟踪相位噪声等。
在四种已经存在的地面数字电视传输标准中，美国高级电视***委员会(Advanced Television Systems Committee，ATSC)数字电视标准采用了单载波调制，而欧洲DVB-T标准和日本地面综合业务数字广播(Integrated Service Digital Broadcasting-Terrestrial，ISDB-T)以及中国DTMB标准都采用了基于正交频分复用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，OFDM)技术的多载波调制。如图1所示，ATSC单载波***将每一个信号帧分为了场和段的概念，每个场含有312个数据段和1个场同步段。如图2所示为DVB-T的多载波***结构，其中采用编码的正交频分复用(Coded Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，COFDM)传输，随机***了导频信号，主要分为固定导频和移动导频两种，目的是通过导频上的数据传送发射端约定的参量或测试信道的特性。
图3所示为中国DTMB数字电视***所采用的时域同步正交频分复用调制(Time Domain Synchronous-Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，TDS-OFDM)技术的层次化信号帧结构。公开号为CN1317903A、名称为“时域同步正交频分复用调制方法”的中国专利申请公开了一种TDS-OFDM技术；公开号为CN1334655A，名称为“正交频分复用调制***中保护间隔的填充方法”的专利申请使用伪随机序列(Pseudo-random Noise，PN)代替OFDM中保护间隔并用于时间同步、频率同步和信道估计。特别地，已知训练序列在对抗块间干扰起到保护间隔作用的同时，还可以辅助进行同步、定时恢复、载波恢复、信道估计和噪声估计等。
现有***中，由于每个信号帧中均***了训练序列或者导频信号，造成了训练序列开销的浪费。因此，如何合理设计帧结构，使得***既能满足合理的传输效率，又能提高对信道变化和数据恢复的适应性成为设计***设计的一个核心问题。同时现有的TDS-OFDM***不能够直接应用于多用户的传输方式。因此如何设计***结构使其既可以用于单用户的传输方式，又可兼容多用户传输模式也是***设计的关键技术之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种数字信号的传输方法及***，该方法及***可应用于多载波或单载波传输***、可兼容多用户和单用户传输模式，且能够提高信道估计、同步等的速度，改善***性能，克服现有技术的缺陷。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
本发明一实施方案提供一种数字信号的块传输方法，该方法中信号以超帧的方式传输，所述超帧由一段超帧头和多个信号帧组成，该方法包括步骤：
S1.生成已知训练序列；
S2.在所述已知训练序列前***循环前缀，并将所述已知训练序列与其循环前缀复接得到超帧头；
S3.将待传输的数据流打包为***每帧规定的长度并进行前处理，得到多个待传输数据块；
S4.在每个数据块末尾***保护间隔后缀，组成待传输信号帧；
S5.将所述信号帧按顺序复接，并在第一个信号帧之前***所述超帧头，得到待传输超帧信号；
S6.后处理所述超帧信号并将其发送。
其中，步骤S2中所述循环前缀的生成方法为：将所述已知训练序列在时域等分为L个子序列S1、S2、......、SL，将最后第L段子序列SL复制到该已知训练序列之前作为循环前缀，其中L为正整数。
其中，步骤S4中所述保护间隔后缀的生成方法为：将所述已知训练序列在时域等分为L个子序列S1、S2、......、SL，则第i个信号帧的保护间隔后缀为所述已知训练序列中第mod(i-1，L)+1段时域子序列，其中，mod()为取模运算，1≤i≤K，K为一个超帧中包括的信号帧的个数，且K为正整数。
其中，所述信号帧的长度为所述已知训练序列长度的整数倍。
其中，步骤S3中的前处理包括数据调制，调制方式包括单载波调制方式或多载波调制方式。
其中，该方法用于多用户传输模式时，步骤S1后、S2前还包括步骤：S1.1将所述已知训练序列映射到用户所在频带中；步骤S3后、S4前还包括步骤：S3.1将所述数据块映射到用户所在频带中。
其中，每个用户所发送的已知训练序列和数据块占用相同的频域子信道，不同用户之间所占用的频域子信道相互正交。
其中，每个用户可以占用一个超帧中的一个或多个信号帧，每个用户所占用的信号帧任意分布。
其中，每个信号帧的调制方式相同或不同，所述调制方式包括PSK、QAM、APSK、及与不同信道纠错编码的组合。
其中，同一用户在不同超帧中所占用信号帧的数量和位置相同或不同，同一用户在不同超帧中所占用的频域子信道相同或不同。
其中，所述已知训练序列为时域二值序列，或频域二值序列，或时频实数序列，或上述序列的变形或组合。
本发明另一实施方案还提供一种数字信号的块传输***，该***中信号以超帧的方式传输，所述超帧由一段超帧头和多个信号帧组成，该***包括：训练序列生成模块，用于生成已知训练序列；超帧头生成模块，用于在所述已知训练序列前***循环前缀，并将所述已知训练序列与其循环前缀复接得到超帧头；前处理模块，用于将待传输的数据流打包为***每帧规定的长度并进行前处理，得到待传输数据块；信号帧生成模块，用于在每个所述数据块末尾***保护间隔后缀，组成待传输信号帧；超帧信号生成模块，用于将所述信号帧按顺序复接，并在第一个信号帧之前***所述超帧头，得到待传输超帧信号；后处理模块，用于后处理所述超帧信号并将其发送。
其中，该***用于多用户传输模式时，还包括：映射模块，用于将所述训练序列生成模块生成的已知训练序列以及前处理模块输出的数据块分别映射到用户所在频带中。
本发明所提出的数字信号的块传输方法，采用兼容时域二值序列、频域二值序列、时频实数序列或其组合形式的已知训练序列取代了循环前缀，因此可以在避免符号间干扰的同时节省了频域导频的开销，提高了***的频谱利用率，保障无线***的可靠传输，因此在多载波和单载波***中都可以取得较好的性能；信号按照超帧和信号帧的层次化结构进行传输，已知训练序列和数据块保护间隔按照特定的规则进行***，更加适应信道变化，提高信道估计、同步等的速度，改善性能；同时，数据块可以在多载波调制的不同的频域子载波上或单载波调制的不同的时隙上进行传送。
附图说明
图1为美国ATSC的数字信号传输方法示意图；
图2为欧洲DVB-T的数字信号传输方法示意图；
图3为中国DTMB的数字信号传输方法复帧结构示意图；
图4为依照本发明一种实施方案的数字信号的块传输方法流程图；
图5为依照本发明一种实施方案的数字信号的块传输方法的帧结构示意图；
图6为依照本发明一种实施方案的数字信号的块传输***框图；
图7为依照本发明一种实施方案的数字信号的块传输方法应用于多用户传输模式的方法流程图；
图8为依照本发明一种实施方案的数字信号的块传输***应用于多用户传输模式的***框图。
具体实施方式
本发明提出的数字信号的块传输方法及***，结合附图和实施例说明如下。
如图4所示，依照本发明一种实施方案的数字信号的块传输方法流程图，该方法中信号以超帧的方式传输，每个超帧由一段超帧头和一组信号帧组成，该方法包括步骤：
S1.根据选定的训练序列格式、长度等设定的参数生成已知训练序列；
S2.在已知训练序列前***循环前缀，并将已知训练序列与其循环前缀复接，得到超帧头；
S3.将待传输的数据流打包为***每帧规定的长度并进行前处理，得到待传输数据块；
S4.在每个数据块末尾***保护间隔后缀，组成待传输信号帧，保护间隔后缀是根据其要***的信号帧在整个超帧中的帧序号以及已知训练序列而依次为每个信号帧生成的；
S5.将信号帧按顺序复接，并在第一个信号帧之前***超帧头，得到待传输超帧信号；
S6.后处理超帧信号并发送。
其中，前处理可以包括数据调制，数据调制方式包括但不仅限于单载波调制及多载波调制，多载波调制采用逆傅里叶变换运算进行。
图5为依照本发明一种实施方案的数字信号的块传输方法的帧结构示意图，超帧中的信号由特定的已知训练序列和该已知训练序列的循环前缀组成，超帧中的信号帧包括数据块和保护间隔后缀两部分组成，而保护间隔后缀是已知训练序列的一部分时域子序列。如图5所示，将已知训练序列在时域等分为L个子序列S1、S2、......、SL，将最后第L段子序列SL复制到该已知训练序列之前作为循环前缀；第i个信号帧的保护间隔后缀为已知训练序列中第mod(i-1，L)+1段时域子序列，其中，mod()为取模运算，1≤i≤K，K为一个超帧中包括的信号帧的个数，且L、K为正整数。
按照本发明的帧结构，已知训练序列的循环前缀的长度和信号帧保护间隔后缀的长度相同，并且该长度应大于等于信道的最大时延扩展。数据块的长度为已知训练序列长度的整数倍。超帧头中的已知训练序列用于接收机进行同步、信道估计、信道自适应跟踪。接收机在每个超帧的开始部分进行一次信道估计，并将该信道相应应用于该超帧中的所有信号帧。
根据信道时变性的不同，一个超帧中所包含的信号帧的个数可以进行优化选取，以改善经历快时变或深衰落信道时的信道估计等性能。当信道变化比较快时，可以将超帧中所包括信号帧的数量减小；当信道变化较慢时可以适当增加超帧中信号帧的数量。
如图6所示，为依照本发明一种实施方案的数字信号的块传输***，该***中信号以超帧的方式传输，超帧由一段超帧头和多个信号帧组成，该***包括：训练序列生成模块100，用于根据所选定的训练序列格式、长度等设定的参数生成超帧头中的已知训练序列。超帧头生成模块200，用于在已知训练序列前***循环前缀，并将已知训练序列与其循环前缀复接，得到超帧头。前处理模块300，用于将待传输的数据流打包为***每帧规定的长度并进行前处理，得到待传输数据块，该模块包括数据调制器301，用于对待传输数据进行单载波或多载波等调制方式的数据调制。信号帧生成模块400，用于在每个数据块末尾***保护间隔后缀，组成待传输信号帧，该模块包括保护间隔后缀生成器401，用于根据其所要***的信号帧在整个超帧中的帧序号以及训练序列生成模块100生成的已知训练序列，依次为每个信号帧产生保护间隔后缀；信号帧复接器402，用于将数据块和保护间隔后缀生成器401生成的保护间隔进行复接，得到信号帧。超帧信号生成模块500，用于将信号帧按顺序复接，并在第一个信号帧之前***超帧头生成模块200生成的超帧头，得到待传输超帧信号。后处理模块600，用于后处理超帧信号并发送。
本发明的数字信号的块传输方法适用于单用户的传输模式，也适用于多用户的传输模式，在多用户传输模式下，相比较单用户情况，每个用户需要根据该用户自己所分配的频带，将数据块以及已知训练序列映射到该用户所在频带，之后和单用户情况相类似的复接成信号帧和超帧，如图7所示，该方法用于多用户传输模式时，相比图5所示的方法，步骤S1后S2前还包括步骤：S1.1将已知训练序列映射到用户所在频带中；步骤S3后S4前还包括步骤：S3.1将数据块映射到用户所在频带中。
本发明的数字信号的块传输方法用于多用户传输模式时，每个用户所发送的已知训练序列和数据块占用相同的频域子信道，不同用户之间所占用的频域子信道相互正交；每个用户可以占用一个超帧中的一个或多个信号帧，每个用户所占用的信号帧任意分布；本发明的数字信号的块传输方法用于多用户传输模式时，每个信号帧的调制方式相同或不同，调制方式包括PSK、QAM、APSK、及与不同信道纠错编码的组合，但不限于上述方式；同一用户在不同超帧中所占用信号帧的数量和位置可以相同或不同，同一用户在不同超帧中所占用的频域子信道可以相同或不同。
如图8所示，当应用于多用户传输模式下时，依照本发明一种实施方案的数字信号的块传输***相比图6所示的***还包括：映射模块，该模块包括第一映射单元701以及第二映射单元702，各自用于将训练序列生成模块100生成的已知训练序列以及前处理模块输出300的数据块分别映射到用户所在频带中。
在本发明中，已知训练序列为时域二值序列，或频域二值序列，或时频实数序列，或上述序列的变形或组合形式，但不仅限于上述提到的序列形式。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (13)
1.一种数字信号的块传输方法，其特征在于，该方法中信号以超帧的方式传输，所述超帧由一段超帧头和多个信号帧组成，该方法包括步骤：
S1.生成已知训练序列；
S2.在所述已知训练序列前***循环前缀，并将所述已知训练序列与其循环前缀复接得到超帧头；
S3.将待传输的数据流打包为***每帧规定的长度并进行前处理，得到多个待传输数据块；
S4.在每个数据块末尾***保护间隔后缀，组成待传输信号帧；
S5.将所述信号帧按顺序复接，并在第一个信号帧之前***所述超帧头，得到待传输超帧信号；
S6.后处理所述超帧信号并将其发送。
2.如权利要求1所述的数字信号的块传输方法，其特征在于，步骤S2中所述循环前缀的生成方法为：将所述已知训练序列在时域等分为L个子序列S1、S2、......、SL，将最后第L段子序列SL复制到该已知训练序列之前作为循环前缀，其中L为正整数。
3.如权利要求1所述的数字信号的块传输方法，其特征在于，步骤S4中所述保护间隔后缀的生成方法为：将所述已知训练序列在时域等分为L个子序列S1、S2、......、SL，则第i个信号帧的保护间隔后缀为所述已知训练序列中第mod(i-1，L)+1段时域子序列，其中，mod()为取模运算，1≤i≤K，K为一个超帧中包括的信号帧的个数，且K为正整数。
4.如权利要求1所述的数字信号的块传输方法，其特征在于，所述信号帧的长度为所述已知训练序列长度的整数倍。
5.如权利要求1所述的数字信号的块传输方法，其特征在于，步骤S3中的前处理包括数据调制，调制方式包括单载波调制方式或多载 波调制方式。
6.如权利要求1所述的数字信号的块传输方法，其特征在于，该方法用于多用户传输模式时，
步骤S1后、S2前还包括步骤：
S1.1将所述已知训练序列映射到用户所在频带中；
步骤S3后、S4前还包括步骤：
S3.1将所述数据块映射到用户所在频带中。
7.如权利要求6所述的数字信号的块传输方法，其特征在于，每个用户所发送的已知训练序列和数据块占用相同的频域子信道，不同用户之间所占用的频域子信道相互正交。
8.如权利要求6所述的数字信号的块传输方法，其特征在于，每个用户可以占用一个超帧中的一个或多个信号帧，每个用户所占用的信号帧任意分布。
9.如权利要求6所述的数字信号的块传输方法，其特征在于，每个信号帧的调制方式相同或不同，所述调制方式包括PSK、QAM或APSK。
10.如权利要求6所述的数字信号的块传输方法，其特征在于，同一用户在不同超帧中所占用信号帧的数量和位置相同或不同，同一用户在不同超帧中所占用的频域子信道相同或不同。
11.如权利要求1-10任一项所述的数字信号的块传输方法，其特征在于，所述已知训练序列为时域二值序列，或频域二值序列，或时频实数序列，或上述序列的变形或组合。
12.一种数字信号的块传输***，其特征在于，该***中信号以超帧的方式传输，所述超帧由一段超帧头和多个信号帧组成，该***包括：
训练序列生成模块，用于生成已知训练序列；
超帧头生成模块，用于在所述已知训练序列前***循环前缀，并 将所述已知训练序列与其循环前缀复接得到超帧头；
前处理模块，用于将待传输的数据流打包为***每帧规定的长度并进行前处理，得到待传输数据块；
信号帧生成模块，用于在每个所述数据块末尾***保护间隔后缀，组成待传输信号帧；
超帧信号生成模块，用于将所述信号帧按顺序复接，并在第一个信号帧之前***所述超帧头，得到待传输超帧信号；
后处理模块，用于后处理所述超帧信号并将其发送。
13.如权利要求12所述的数字信号的块传输***，其特征在于，该***用于多用户传输模式时，还包括：映射模块，用于将所述训练序列生成模块生成的已知训练序列以及前处理模块输出的数据块分别映射到用户所在频带中。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |