CN1929465A - 一种数字电视广播调制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字电视广播的信号调制方法，该方法为：将数据信号、预先生成的导频符号和同步带符号在频域上复用，并对复用数据进行正交频分复用(OFDM)调制得到时域信号；所述同步带符号包括传送同步符号的子载波和不传任何信息的置零子载波，所述置零子载波在传送同步符号的子载波的两侧对称分布；所述导频符号占用一部分子载波，并且所占用的子载波间互不相邻；在时域信号前增加保护间隔，并且在保护间隔填0，形成一个OFDM符号；利用一个以上OFDM符号和一个前置导频信号生成基带发送信号。同时，本发明还公开了一种数据电视广播的信号调制装置。本发明所提供的调制方法具有低功耗、快同步、低峰平比的特点。
Description
技术领域
本发明涉及数字电视广播领域，特别是指一种数字电视广播调制方法和装置。
背景技术
数字电视广播是当前广播技术领域的研究和应用热点，不少国家已经相继推出自己的数字电视广播***。目前，数据电视广播的调制技术多种方式，其中，DVB-T标准是在传输方面采用正交频分复用(OFDM)调制，属于多载波传输技术。
参见图1所示，DVB-T标准定义的发射机的调制结构包括OFDM调制单元100、插保护间隔(CP)单元104以及成帧单元105。其中，OFDM调制单元100包括串/并转换单元101、反快速傅立叶变换单元102、并/串转换单元103。串/并转换单元101将接收到的数据信号进行串/并转换后输出至反快速傅立叶变换单元102，反快速傅立叶变换单元102将收到的并行信号以及接收到的导频符号进行反傅立叶变换后输出给并/串转换单元103，并/串转换单元103再将收到的并行数据信号转换成串行的数据信号后，输出到插CP单元104，插CP单元104在收到的串行的数据信号中***CP后发送给成帧单元105，成帧单元105再将接收到的串行的数据信号组成的物理帧作为基带发送信号发送给射频单元进行处理。
从上述调制***中，经过OFDM调制后的信号中需要***CP，由于CP与数据具有一定的相关特性，接收机依靠CP就可以完成定时同步，然而传送CP需要消耗一定的功率。但是，衰落信道、数据信号的特殊取值等都会恶化CP与数据的相关性，从而大大降低了定时同步的速度和精度。
而且，对于所有基于OFDM调制的数字广播***，存在一个共有的问题是：峰平功率比(PAPR)一般很高，这将直接导致发射机的功率放大器的使用效率下降，特别是在载波数很大时，如DVB-T的8k模式时，发射机的功率放大器效率很低。遗憾的是，现有的DVB-T***没有考虑这个问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种数字电视广播调制方法和装置，使其能提高定时同步的速度和精度。
本发明提供的一种数字电视广播调制方法是这样实现的：
a.将数据信号、预先生成的导频符号和同步带符号在频域上复用，并对复用数据进行正交频分复用OFDM调制得到时域信号；
所述同步带符号包括传送同步符号的子载波和不传任何信息的置零子载波；所述导频符号占用一部分子载波，并且所占用的子载波间互不相邻；
b.在时域信号前增加保护间隔，并且保护间隔填0，形成一个OFDM符号；
c.利用一个以上OFDM符号和一个前置导频信号生成基带发送信号。
在步骤b之后且步骤c之间进一步包括：测量步骤a中得到的所述时域信号的峰平比，并判断该峰平比是否大于预先设置的阈值，如果大于，则利用一定的算法调整同步带符号，返回步骤a，否则，执行步骤c。
所述保护间隔大于物理信道的最大时延扩展。
所述基带发送信号为物理帧，前置导频位于每个物理帧中的任何位置，或者前置导频位于每个物理帧中所有OFDM符号之前。
步骤a中所述对复用数据进行OFDM调制得到时域信号的步骤包括：
a1、将数据信号进行串/并转换；
a2、将导频符号和同步带符号以及经过串/并转换后的并行的数据信号进行反傅立叶变换；
a3、将经过反傅立叶变换后的信号转换为串行信号得到时域信号。
本发明提供的一种数字电视广播调制装置是这样实现的：
一种数字电视广播的信号调制装置，用于调制数据，并将调制的基带发送信号发送给射频单元，该装置包括：
OFDM调制单元(300)、保护间隔插零单元(304)和成帧单元(305)，其中，
OFDM调制单元(300)，用于将接收到的经过频域复用的数据信号、导频符号、同步带符号进行OFDM调制得到时域信号；
保护间隔插零单元(304)，用于在所述时域信号中增加保护间隔，并且在保护间隔中***0后形成OFDM符号；
成帧单元(305)，用于利用一个以上OFDM符号以及前置导频构成的物理帧作为基带发送信号发送给射频单元。
该装置进一步包括：峰平比测量单元(606)和调整算法单元(607)，其中，
峰平比测量单元(606)，用于测量接收到的来自OFDM调制单元(300)输出的频域信号的峰平比，判断峰平比是否大于预先设定的阈值，如果大于，则将该峰平比反馈给调整算法单元(607)，如果不大于，则将接收到的频域信号输出至保护间隔插零单元(304)；
调整算法单元(607)，用于根据接收到的峰平比调整同步带符号。
OFDM调制单元(300)包括串/并转换单元(301)、反快速傅立叶变换单元(302)、并/串转换单元(303)，其中，
串/并转换单元(301)，用于对接收到数据信号进行串/并转换后，发送给反快速傅立叶变换单元(302)；
反快速傅立叶变换单元(302)，用于将接收到的导频符号和同步带符号以及经过串/并转换后的并行的数据信号进行反傅立叶变换后，输出至并/串转换单元(303)；
并/串转换单元(303)，用于将经过反傅立叶变换后的信号转换为串行信号后，输出给保护间隔插零单元(304)。
本发明对经过OFDM调制后的数据信号不作插CP处理，而是将在保护间隔内填充0，即没有任何信号，这样就节省了功率开销。但是，由于填零不能提高定时同步的速度和精度，为此本发明在每帧中引入前置导频。前置导频可以通过对一串随机产生的序列(如PN序列)进行反傅立叶变换得到，利用前置导频良好的相关特性，接收机便能快速准确地定时。虽然引入前置导频会增加一定的功率开销，但是这个开销(一般＜5％)远小于填0所节省的功率(一般为7％～25％)，因此组合后的调制不仅节省了发射功率，而且有利于快速准确地定时同步。
因此，本发明具有如下优点和特点：
(1)采用前置导频+OFDM符号的物理帧结构，解决数字电视广播***中信号的快速同步问题；
(2)用插0方式代替现有插CP或者PN序列方式，不仅节省了功率开销，还避免了象插PN方式那样引入干扰，从而使得接收机的复杂度较低；
(3)在时频域***连续和/或离散导频符号，保证信道估计的精度；
(4)部分子载波用作同步带，利用同步带特征可以估计频率偏置，同时还可以用来降低PAPR。
附图说明
图1为现有技术的调制结构框图；
图2为本发明的调制方法的流程示意图；
图3为本发明的调制结构框图；
图4为物理层的基本帧的结构，其中N是大于1的整数，表示所包含的OFDM符号数；
图5为图4描述了调制前各种符号在时频域上的结构示意图；
图6为实现本发明的调制结构的具体实施例框图。
具体实施方式
本发明对经过OFDM调制后的数据信号不作插CP处理，而是将在原保护间隔内填充0，即没有任何信号，这样就节省了功率开销。但是，由于填零不能提高定时同步的速度和精度，为此本发明在每帧中引入前置导频，可以设计前置导频具有良好的相关特性，接收机便能快速准确地定时。
参见图2所示，实现本发明的方法包括以下步骤：
步骤200：生成并存储前置导频信号、同步带符号以及导频符号。同步符号和导频符号都可以采用PN序列，即产生一串取值{0，1}的伪随机数，然后通过BPSK映射(0-＞1，1-＞-1)成所需符号。
同步带符号包括两种子载波，一种是传送同步符号的子载波，一种是不传任何信息的置零子载波。置零子载波在传送同步符号的子载波两侧对称分布。采用同步带符号的目的是用来估计频率偏置，还可以用来降低发送信号的PAPR，如通过反馈环的结构来自适应调整同步符号。导频符号只占用一部分子载波，而且，所占用的子载波之间互不相邻，子载波的位置可以随着符号的变化而变化，也可以固定不变。
同步带旨在OFDM***的频率同步。同步带、导频符号和数据的符号结构如图5a。同步带包括多个子载波组，每个子载波组包含多个相邻的子载波，除有一个子载波传送同步符号外，称该子载波为同步带符号子载波，组内所有其它子载波不传信息，即置零。置零子载波关于同步带符号子载波对称分布，如图5b。对称分布的含义包括：如果有2n个置零子载波，那么同步符号子载波两侧的置零子载波数都为n；如果有2n+1个置零子载波，那么同步符号子载波两侧的置零子载波数为n和n+1个，或者是n+1和n个，其中，n为正整数。同步带符号在传送过程中可以随着时间的变化而固定不变，也可以随着时间变化而适当调整。如果同步带符号是调整变化的，接收端可以不知道同步带符号的数值信息。
导频符号包括连续导频和离散导频。连续导频占用某些固定的子载波，在时间(符号)上连续发送已知序列；而离散导频一定的时间(符号)上选择一定的子载波发送已知序列，其特点是导频在时间(符号)和频率(子载波)上都是不连续的。
步骤201：数据、导频符号和同步带符号在频域上复用。
步骤202：对步骤201经过频域复用得到的数据信号进行OFDM调制得到时域信号。
对经过频域复用得到的数据进行OFDM调制得到时域信号的步骤包括：将数据信号进行串/并转换；将导频符号和同步带符号以及经过串/并转换后的并行的数据信号进行反傅立叶变换；将经过反傅立叶变换后的信号转换为串行信号得到时域信号。
步骤203：在时域信号前增加保护间隔，并且在保护间隔内填0，形成OFDM符号。并且，保护间隔大于信道的最大时延扩展。
步骤204：利用一个以上个OFDM符号与一个前置导频生成一个物理帧，将该物理帧作为基带发送信号。
参见图4所示，步骤204中生成的物理帧包含一个前置导频和若干个OFDM符号，而每个物理帧中的前置导频占用一个或整数个OFDM符号长度。而且，前置导频可以放在物理帧的任何位置，但是一般放在所有的OFDM符号之前。
如图3所示，基于上述方法，实现本发明的调制结构包括：OFDM调制单元300、保护间隔插零单元304、成帧单元305。其中，OFDM调制单元300包括串/并转换单元301、反快速傅立叶变换单元302、并/串转换单元303。串/并转换单元301与反快速傅立叶变换单元302相连，反快速傅立叶变换单元302与并/串转换单元303相连，并/串转换单元303与保护间隔插零单元304相连，保护间隔插零单元304与成帧单元305相连。
本发明的调制结构的工作原理是：串/并转换单元301对接收到数据信号进行串/并转换后，发送给反快速傅立叶变换单元302，反快速傅立叶变换单元302将接收到的导频符号和同步带符号以及经过串/并转换后的并行的数据信号进行反傅立叶变换后，输出至并/串转换单元303；并/串转换单元303再将经过反傅立叶变换后的信号转换为串行信号后，输出给保护间隔插零单元304，保护间隔插零单元304将接收到的串行的数据信号前面或者后面增加一定长度的保护间隔，并且，在保护间隔内全部填0，即在保护间隔内不发任何信号，加保护间隔后的数据信号就形成一个OFDM符号。最后，将增加了保护间隔为0的数据信号输入至成帧单元305，成帧单元305将多个OFDM符号和一个前置导频在时间上复用构成的一个基本物理帧作为一个基带发送信号发送给射频单元。并且，前置导频可以放在基本帧的任何位置。
这里，由于在保护间隔内全部填0，这样就降低了发射机的平均发送功率，一般情况下可节省功率5％～20％的功率。
本发明还可以进一步增加一个测量峰平比单元和调整算法单元，通过调整同步带符号来降低发送信号PAPR。参见图6所示，本实施例的调制结构包括OFDM调制单元300、保护间隔插零单元304、成帧单元305、峰平比测量单元606以及调整算法单元607。其中，OFDM调制单元300包括串/并转换单元301、反快速傅立叶变换单元302、并/串转换单元303。串/并转换单元301与反快速傅立叶变换单元302相连，反快速傅立叶变换单元302与并/串转换单元303相连，并/串转换单元303与保护间隔插零单元304相连，保护间隔插零单元304与成帧单元305相连。
本实施例的调制结构的工作原理是：串/并转换单元301对接收到数据信号进行串/并转换后，发送给反快速傅立叶变换单元302，反快速傅立叶变换单元302将接收到的导频符号和同步带符号以及经过串/并转换后的并行的数据信号进行反傅立叶变换后，输出至并/串转换单元303；并/串转换单元303再将经过反傅立叶变换后的信号转换为串行信号后，输出给峰平比测量单元606，峰平比测量单元606测量得到PAPR后，判断该PAPR是否大于预先设定的值，如果大于，则将该PAPR反馈给调整算法单元607；调整算法单元607根据PAPR信息适当调整同步带符号，比如：将同步带符号所有可能的取值随机排列，调整算法每次都按排列顺序选取下一个取值。接着再循环进行OFDM调制、PAPR测量和反馈、调整，直到PAPR不大于预先设定的阈值时，峰平比测量单元606将接收到的串行的数据信号发送给保护间隔插零单元304，保护间隔插零单元304将接收到的串行的数据信号前面或者后面增加一定长度的保护间隔，并且，在保护间隔内全部填0，即在保护间隔内不发任何信号，加保护间隔后的数据信号就形成一个OFDM符号。最后，将增加了保护间隔为0的数据信号输入至成帧单元305。成帧单元305将多个OFDM符号和一个前置导频在时间上复用构成一个基本物理帧，并将该物理帧作为基带发送信号发送给射频单元。
上述调整算法单元607中可以采用多种算法计算，如全搜索算法和部分搜索算法等。
Claims (8)
1、一种数字电视广播的信号调制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
a.将数据信号、预先生成的导频符号和同步带符号在频域上复用，并对复用数据进行正交频分复用OFDM调制得到时域信号，
所述同步带符号包括传送同步符号的子载波和不传任何信息的置零子载波；所述导频符号占用一部分子载波，并且所占用的子载波间互不相邻；
b.在时域信号前增加保护间隔，并且保护间隔填0，形成一个OFDM符号；
c.利用一个以上OFDM符号和一个前置导频信号生成基带发送信号。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤b之后且步骤c之间进一步包括：测量步骤a中得到的所述时域信号的峰平比，并判断该峰平比是否大于预先设置的阈值，如果大于，则利用一定的算法调整同步带符号，返回步骤a，否则，执行步骤c。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护间隔大于物理信道的最大时延扩展。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基带发送信号为物理帧，前置导频位于每个物理帧中的任何位置，或前置导频位于每个物理帧中所有OFDM符号之前。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a中所述对复用数据进行OFDM调制得到时域信号的步骤包括：
a1、将数据信号进行串/并转换；
a2、将导频符号和同步带符号以及经过串/并转换后的并行的数据信号进行反傅立叶变换；
a3、将经过反傅立叶变换后的信号转换为串行信号得到时域信号。
6、一种数字电视广播的信号调制装置，用于调制数据，并将调制的基带发送信号发送给射频单元，其特征在于，该装置包括：
OFDM调制单元(300)、保护间隔插零单元(304)和成帧单元(305)，其中，
OFDM调制单元(300)，用于将接收到的经过频域复用的数据信号、导频符号、同步带符号进行OFDM调制得到时域信号；
保护间隔插零单元(304)，用于在所述时域信号中增加保护间隔，并且在保护间隔中***0后形成OFDM符号；
成帧单元(305)，用于利用一个以上OFDM符号以及前置导频构成的物理帧作为基带发送信号发送给射频单元。
7、根据权利要求6所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括：峰平比测量单元(606)和调整算法单元(607)，其中，
峰平比测量单元(606)，用于测量接收到的来自OFDM调制单元(300)输出的频域信号的峰平比，判断峰平比是否大于预先设定的阈值，如果大于，则将该峰平比反馈给调整算法单元(607)，如果不大于，则将接收到的频域信号输出至保护间隔插零单元(304)；
调整算法单元(607)，用于根据接收到的峰平比调整同步带符号。
8、根据权利要求6所述的装置，其特征在于，OFDM调制单元(300)包括串/并转换单元(301)、反快速傅立叶变换单元(302)、并/串转换单元(303)，其中，
串/并转换单元(301)，用于对接收到数据信号进行串/并转换后，发送给反快速傅立叶变换单元(302)；
反快速傅立叶变换单元(302)，用于将接收到的导频符号和同步带符号以及经过串/并转换后的并行的数据信号进行反傅立叶变换后，输出至并/串转换单元(303)；
并/串转换单元(303)，用于将经过反傅立叶变换后的信号转换为串行信号后，输出给保护间隔插零单元(304)。
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