CN1407745A - 数字地面广播cofdm传输***中的信号传输方法 - Google Patents

数字地面广播cofdm传输***中的信号传输方法 Download PDF

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李兵兵
张文军
王匡
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Abstract

本发明公开了一种数字地面广播COFDM传输***中的信号传输方法。基带数字调制信号采样率为10MHz，一帧OFDM信号由64个OFDM符号组成，每个OFDM符号由持续期为Ts的多个载波信号组成，其中包括若干个数据信号子载波、移动导频子载波、连续导频子载波和TPS导频子载波，各类载波有规律地排列。连续导频和移动导频子载波基准信号由一个伪随机二进制序列获得，该序列也用于对TPS导频子载波进行2DPSK调制初始化。每个TPS块的64个比特包括1个初始化比特、16个同步比特、34个信息比特和13个用于误码保护的冗余比特。本发明设计的信号传输方法显著提高了COFDM传输***的性能，同时使得接收机可以更简单地实现。

Description

一种适于数字地面广播的编码正交频分复用传输***
本发明属于信号传输领域，特别涉及采用正交频分复用调制模式(OFDM)的数字地面广播***中的信号传输方法。
典型的数字地面广播传输***包括发射机和接收机。数字调制技术往往对数字信号进行信道编码后进行调制，再加入必要的辅助信息如导频信号，然后经过信道频谱形成滤波成为基带数字调制信号。该数字信号经过数模转换器、上变频器被调制到相应的频带发送。在接收端，下变频器将射频信号变为基带信号，再经过模数转换器以得到数字信号。该数字信号经数字解调、信道解码后被恢复成与发端一致的信息。图1给出了典型的数字地面广播传输***框图。
数字地面广播COFDM传输***的数字编码调制单元对输入数据进行一系列的数字处理。它包括数据随机化、外编码(通常为Reed-Solomon码)、外交织(通常为卷积交织)、内编码(通常为卷积或网格码)、内交织(通常为时间和频率二维交织)、映射、加入导频信号、***信息、正交频分复用(通常用IFFT实现)、加保护间隔(通常为循环扩展)、成形滤波等。其处理模块流程见图2。
在数字地面广播COFDM传输***中，传输信号除数据信号之外，还包括用于信道估计、同步捕获和跟踪的移动导频信号和连续导频信号，以及用于传递业务类型***信息的传输信令(TPS)导频信号。各导频子载波在数据子载波中的比例以及位置安排，对COFDM传输***的性能有重要影响。
本发明的目的是为数字地面广播COFDM传输***提供一种信号传输方法，该方法通过合理地安排数据子载波与各导频子载波的结构以提高COFDM传输***的性能，同时可降低接收机的复杂度。
本发明设计的信号传输方法是这样的：在数字地面广播COFDM传输***中，基带数字调制信号采样率为10MHz，OFDM信号占用信号带宽为7.62MHz。OFDM传输信号由帧组成，一帧OFDM信号由64个OFDM符号组成。每个OFDM符号由持续期为Ts的多个载波信号组成。符号持续期Ts包括持续期为Tu的有用部分和持续期为ΔT的保护间隔部分。每个OFDM符号由多个子载波信号组成。在2K工作模式中，子载波数为1561；在4K工作模式，子载波数为3121；在8K工作模式，子载波数为6241。每个OFDM符号除载有数据的子载波信号外，还含有用于信道估计、同步捕获和跟踪的移动导频和连续导频，以及用于传递业务类型***信息的TPS导频。对于2K工作模式，数据信号子载波数目为1392，移动导频子载波数目为130个，连续导频子载波数为41个，TPS导频子载波数为8个。对于4K工作模式，数据子载波数为2784，移动导频子载波数为260，连续导频子载波数为81，TPS导频子载波数为16。对于8K工作模式，数据子载波数为5568，移动导频子载波数为520，连续导频子载波数为161，TPS导频子载波数为32。
数据子载波采用多电平正交振幅(MQAM)调制或相移键控(MPSK)调制，连续导频和移动导频子载波采用二进制相移键控(BPSK)调制，TPS导频子载波采用二进制差分相移键控(2DPSK)调制。
连续导频和移动导频子载波基准信号由一个伪随机二进制序列获得。伪随机二进制序列也用于对传输信令导频子载波进行2DPSK调制初始化。
所有的数据单元的调制经归一化，使E(CC*)＝1。所有导频(连续、移动和TPS)在提升的功率上发射，使E(CC*)＝16/9。
传输参数信令(TPS)定义在一个OFDM信号帧的连续64个OFDM符号上。每个OFDM符号传送一个TPS比特。每个TPS块(对应于一个OFDM帧)由64个比特组成，包括：1个初始化比特、16个同步比特、34个信息比特和13个用于误码保护的冗余比特。对于34个信息比特，可以只使用其中的一部分，而将其余部分作为备用。每个OFDM帧第一个符号的TPS载波位置相对应的参考符号序列应用于该位置TPS导频载波信号的DBPSK调制初始化。
本发明设计的信号传输方法具有以下诸多有益效果：OFDM信号占用信号带宽为7.62MHz，采样率为10MHz有利于频域滤波与频谱成形；OFDM帧信号由64个OFDM符号组成，采用(63，50)本原BCH码用于传输信令导频信号误码保护，更适宜差分二相调制；连续导频相对与中心对称配置，可简化接收机实现；传输信令参数含有多种信息，可灵活实现混合、单一、分层工作模式，用于移动接收和固定接收业务；各导频功率均大于信号功率3dB，可实现多种同步及信道估计功能；基准信号由一个13阶伪随机序列发生器产生，对2K、4K、8K模式不会出现周期性重复。
以下结合附图进一步描述本发明的实施例。
图1为典型的数字地面广播传输***框图。
图2为数字地面广播COFDM传输***数字编码调制功能模块流程图。
图3为PRBS序列发生器。
图4为OFDM传输信号的帧结构示意图。
在数字地面广播COFDM传输***中，基带数字调制信号采样率为10MHz，OFDM信号占用信号带宽为7.62MHz。OFDM传输信号由帧组成，每个帧信号包含64个OFDM符号。每个OFDM符号由持续期为Ts的多个载波信号组成。符号持续期Ts包括持续期为Tu的有用部分和持续期为ΔT的保护间隔部分。保护间隔插在有用部分之前，它有多个值可以选取，如可选取Tu/4、Tu/8、Tu/16、Tu/32，但不限于此几种值。8K工作模式Tu为819.2微秒，4K工作模式Tu为409.6微秒，2K工作模式Tu为204.8微秒。每个OFDM符号除载有数据的子载波信号外，还含有用于信道估计、同步捕获和跟踪的移动导频和连续导频，以及用于***传输业务类型(如单一、混合和分层调制)信息的TPS导频。数据子载波信号采用多电平振幅调制(MQAM)或相移键控(MPSK)调制，连续导频和移动导频子载波信号采用二进制相移键控(BPSK)调制，TPS导频子载波信号采用二进制相移键控(2DPSK)调制。
连续导频和移动导频子载波基准信号由一个伪随机二进制序列获得。伪随机二进制序列按照图3产生，产生该伪随机二进制序列的发生器用的连接多项式为：x13+x4+x3+x+1。将其初始化为11111111111，使该伪随机二进制序列的第一输出比特与第一个有效载波重合。在每个使用的载波上(无论是否导频)由该序列产生一个新的数值。该伪随机二进制序列也用于对传输信令导频子载波进行2DPSK调制初始化。
将构成一帧的64个OFDM符号依次规定为第0个、第1个、…、第63个OFDM符号。这64个OFDM符号的移动导频子载波的位置有所不同，其分布与符号指数i(0～63)有关。第i个OFDM符号，移动导频子载波位置集合Si为：
Si＝(K＝Kmin+3×(imod4)+12p|p＞0整数，k∈[Kmin，Kmax])，其中，Kmin＝0，对于2K工作模式，Kmax＝1560；对于4K工作模式，Kmax＝3120；对于8K工作模式，Kmax＝6240。
移动导频子载波位置如图4所示。由伪随机二进制序列获得的参考信息在每个符号内散布的移动导频单元中传输。移动的导频单元总在“提升后”的功率电平上发射，相应的调制为：
                       Re(Cm，k)＝4/3(1-2wk)
                          Im(Cm，k)＝0式中，m为符号时间指示，k为载波频率指示。
连续导频子载波的数目随***工作模式而变化。在2K工作模式，连续导频子载波数为41个；在4K工作模式，连续导频子载波数为81个；而在8K工作模式，连续导频子载波数为161个。OFDM传输信号帧中64个OFDM符号的连续导频子载波位置和值相同。连续导频子载波的位置关于中心频率位置对称(相对于中心位置之和为0)。表1、2、3给出一种关于中心频率位置对称的连续导频子载波位置集。
        表1     2K工作模式连续导频子载波位置集
0，15，69，162，177，216，270，351，375，414，429，480，516，537，594，603，639，666，741，768，780，792，831，852，882，921，966，1023，1050，1095，1146，1185，1200，1209，1278，1344，1383，1437，1479，1545，1560
表2 4K工作模式连续导频子载波位置集
0，15，69，162，177，216，270，351，375，414，429，480，516，537， 594，603，639，666，741，768，780，792，831，852，882，921，966，1023，1050，1095，1146，1185，1200，12091278，1344，1383，1437，1479，1545，1560，1575，1629，1722，1737，1776，1830，1911，1935，1974，1989，2040，2076，2097，2154，2163，2199，2226，2301，2328，2340，2352，2391，2412，2442，2481，2526，2583，2610，2655，2706，2745，2760，2769，2838，2904，2943，2997，3039，3105，3120
表3 8K工作模式连续导频子载波位置集
0，15，69，162，177，216，270，351，375，414，429，480，516，537，594，603，639，666，741，768，780，792，831，852，882，921，966，1023，1050，1095，1146，1185，1200，1209，1278，1344，1383，1437，1479，1545，1560，1575，1629，1722，1737，1776，1830，1911，1935，1974，1989，2040，2076，2097，2154，2163，2199，2226，2301，2328，2340，2352，2391，2412，2442，2481，2526，2583，2610，2655，2706，2745，2760，2769，2838，2904，2943，2997，3039，3105，3120，3135，3189，3282，3297，3336，3390，3471，3495，3534，3549，3600，3636，36573714，3723，3759，3786，3861，3888，3900，3912，3951，3972，4002，4041，4086，4143，4170，4215，4266，4305，4320，4329，4398，4464，4503，4557，4599，4665，4680，4695，4749，4842，
4857，4896，4950，5031，5055，5094，5109，5160，5196，5217，5274，5283，5319，5346，5421，5448，5460，5472，5511，5532，5562，5601，5646，5703，5730，5775，5826，5865，5880，5889，5958，6024，6063，6117，6159，6225，6240
所有连续导频按伪随机二进制序列给出的参考序列进行调制。连续导频单元总在“提升后”的功率电平上发射，相应的调制为
                       Re(Cm，k)＝4/3(1-2wk)
                         Im(Cm，k)＝0式中，m为符号时间指示，k为载波频率指示。
TPS载波用于给出与传输方案有关的参数，即信道编码和调制参数及***信息。对于2K工作模式，TPS信令在8个载波上并行传输；对于工作4K模式，在16个载波上并行传输；对于8K工作模式，在32个载波上并行传输。同一符号中的每个TPS载波传送相同的差分编码的信息比特。表4、5、6给出了一种TPS载波的载波位置集。
TPS导频单元在“提升后”功率电平上发射。每个TPS载波用DBPSK调制传送相同的信息。DBPSK在每个TPS块的开始时由伪随机二进制序列提供基准序列Wk进行初始化。
表4          2K工作模式TPS载波的载波位置集
  40，  346，569，700，790，1155，1219，1469
表5          4K工作模式TPS载波的载波位置集
40，346，569，700，790，1155，1219，1469，1600，1906，2129，2260，2350，2715，2779，3029
表6        8K工作模式TPS载波的载波位置集
40，346，569，700，790，1155，1219，1469，1600，1906，2129，2260，2350，2715，2779，3029，3160，3466，3689，3820，3910，
4275，4339，4589，4720，5026，5249，5380，5470，5835，5899，6149
每个OFDM符号传送一个TPS比特，每个TPS块(对应于一个OFDM帧)由64个比特组成，包括：1个初始化比特、16个同步比特、34个信息比特和13个用于误码保护的冗余比特。对于34个信息比特，可以只使用其中的一部分，而将其余部分作为备用。如使用27个，其余7个作为备用，置为“1010101”。每个OFDM帧第一个符号的TPS载波位置相对应的参考符号序列用于该位置TPS导频载波信号的DBPSK调制初始化。
传输信息按表7进行传输。2DPSK调制的第一个比特S0是一个初始化比特。TPS初始化比特S0从伪随机二进制序列得出。
TPS中的第1-16比特是一个同步字，每帧依次取sw0和sw1，这里sw0为0011010111101110，sw1为1100101000010001
TPS误码保护采用(63，50，t＝3)本原BCH码。码生成多项式为：g(x)＝x13+x12+x11+x10+x9+x8+x6+x3+x+1
表7    TPS信令信息及格式
比特数 格式 目的/内容
S0 wk DBPSK调制初始化
S1-S16 0011010111101110， 同步字
S17-S18 见表8 工作模式
S19-S21 见表9 传输模式
S22-S24 见表10 非分层单一或分层HP码流或混合模式第一路内编码速率
S25-S27 见表10 分层LP码流或混合模式第二路内编码速率
S28-S29 见表11 非分层单一或分层HP码流或混合模式第一路外交织深度
S30-S31 见表11 分层LP码流或混合模式第二路外交织深度
S32-S33 见表12 单一或混合模式第一路信号星座
S34-S35 见表12 混合模式第二路信号星座
S36 见表13 当前帧混合工作模式
S37 见表13 下一帧混合工作模式
S38 见表13 下下帧混合工作模式
S39 见表13 下下下帧混合工作模式
S40 见表13 下下下下帧混合工作模式
S41-S43 见表14 保护间隙
S44-S50 设置为“1010101” 将来预留
S51-S63 BCH码 误码保护
 表8工作模式的信令格式
比特S17-S18 工作模式
00  2K
01  4K
10  8K
11 备用
  表9 传输模式的信令格式
比特S19-S21 传输模式
000 非分层单一
001 非分层混合
010 分层α＝1
011 分层α＝2
100 分层α＝4
101 备用
110 备用
111 备用
   表 10码率的信令格式
比特S22-S24，S25-S27 码率
000 1/2卷积码
001 2/3卷积码
010 3/4卷积码
011 5/6卷积码
100 7/8卷积码
101 1/2turbo码
110 备用
111 备用
     表11  外交织器交织深度的信令格式
比特S28-S29，S30-S31 卷积交织器参数
00   4
01   32
10   64
11   192
     表 12星座可能类型的信令格式
比特S32-S33，S34-S35 星座图特性
00  DQPSK
01  QPSK
10  16QAM
11  64QAM
  表  13混合工作模式信令格式
比特S36，S37，S38，S39，S40 混合工作模式
0 第一路
1 第二路
  表 14保护间隔的信令格式
比特S41-S43 保护间隔值
000  1/32
001  1/16
010  1/8
011  1/4
100 备用
101 备用
110 备用
111 备用

Claims (8)

1.一种适于数字地面广播的编码正交频分复用传输***，其特征在于：基带数字调制信号采样率为10MHz，OFDM信号占用信号带宽为7.62MHz；
一帧OFDM信号由64个OFDM符号组成，每个OFDM符号由持续期为Ts的M个载波信号组成，其中包括N1个数据信号子载波、N2个移动导频子载波、N3个连续导频子载波和N4个TPS导频子载波；
符号持续期Ts包括持续期为Tu的有用部分和持续期为ΔT的保护间隔部分，保护间隔插在有用部分之前；
对于第i个OFDM符号，移动导频子载波位置集合Si为：
Si＝(K＝Kmin+3×(imod4)+12p|p＞0整数，k∈[Kmin，Kmax])，式中Kmin＝0；
连续导频子载波的位置关于中心频率位置对称，OFDM传输信号帧中64个OFDM符号的连续导频子载波位置和值相同；
连续导频和移动导频子载波基准信号由一个伪随机二进制序列获得，该伪随机二进制序列也用于对TPS导频子载波进行2DPSK调制初始化；
每个OFDM符号传送一个TPS比特，同一符号中的每个TPS载波传送相同的差分编码的信息比特，对应于一个OFDM帧，每个TPS块由64个比特组成，包括1个初始化比特、16个同步比特、34个信息比特和13个用于误码保护的冗余比特；
2.根据权利要求1所述的编码正交频分复用传输***，其特征在于：在2K工作模式下，每个OFDM符号的载波信号数M等于1561，数据信号子载波数N1等于1392，移动导频子载波数N2等于130，连续导频子载波数N3等于41，TPS导频子载波数N4等于8；Tu为204.8微秒；Kmax等于1560。
3.根据权利要求1所述的编码正交频分复用传输***，其特征在于：在4K工作模式下，每个OFDM符号的载波信号数M等于3121，数据信号子载波数N1等于2784，移动导频子载波数N2等于260，连续导频子载波数N3等于81，TPS导频子载波数N4等于16；Tu为409.6微秒；Kmax等于3120。
4.根据权利要求1所述的编码正交频分复用传输***，其特征在于：在8K工作模式下，每个OFDM符号的载波信号数M等于6241，数据信号子载波数N1等于5568，移动导频子载波数N2等于520，连续导频子载波数N3等于161，TPS导频子载波数N4等于32；Tu为819.2微秒；Kmax等于6240。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的编码正交频分复用传输***，其特征在于：所有的数据单元的调制经归一化，使E(CC*)＝1；连续、移动和TPS导频均在提升的功率上发射，使E(CC*)＝16/9。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的编码正交频分复用传输***，其特征在于：伪随机二进制序列发生器用的连接多项式为：x13+x4+x3+x+1，预置11111111111，使该伪随机二进制序列的第一输出比特与第一个有效载波重合，在每个使用的载波上由该序列产生一个新的数值。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的编码正交频分复用传输***，其特征在于：TPS中的第2～17比特是一个同步字，每帧依次取0011010111101110和1100101000010001。
8.根据权利要求1至4中任意一项所述的编码正交频分复用传输***，其特征在于：TPS误码保护采用(63，50，t＝3)本原BCH码，码生成多项式为：g(x)＝x13+x12+x11+x10+x9+x8+x6+x3+x+1。
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