專(zhuān)利名稱：一種多載波數(shù)字移動(dòng)多媒體廣播的數(shù)字信息傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信息傳輸技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及數(shù)字多媒體廣播的信息傳輸方法。

背景技術(shù)：
無(wú)線通信廣播除了覆蓋面廣、節(jié)目容量大之外，最大的特點(diǎn)就是具有廣播性，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)面，在低成本條件下具有較高傳輸帶寬。因此，無(wú)線通信廣播作為信息通信業(yè)的一個(gè)重要組成部分，在國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、實(shí)現(xiàn)普遍服務(wù)和國(guó)家信息安全戰(zhàn)略中具有重要地位。
經(jīng)過(guò)多年的研究和發(fā)展，數(shù)字無(wú)線廣播已經(jīng)取得了很多成果，達(dá)到了實(shí)用階段，目前世界上主要有四種無(wú)線數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn) 1)數(shù)字視頻廣播(Digital Video Broadcasting，即DVB)系列標(biāo)準(zhǔn)DVB是由歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)組織(European Telecommunications StandardsInstitute，即ETSI)提出的。歐洲在1993年停止了數(shù)?；旌现剖诫娨曄到y(tǒng)的研究后，開(kāi)始了數(shù)字電視廣播系統(tǒng)的研究，并先后頒布了數(shù)字視頻衛(wèi)星廣播(Digital Video Broadcasting-Satellite，即DVB-S)、數(shù)字視頻有線廣播(Digital Video Broadcasting-Cable，即DVB-C)、數(shù)字視頻地面廣播(Digital Video Broadcasting-Terrestrial，即DVB-T)標(biāo)準(zhǔn)和以DVB-T為基礎(chǔ)發(fā)展出來(lái)的數(shù)字電視手持廣播(Digital VideoBroadcasting-Handheld，即DVB-H)標(biāo)準(zhǔn)。
上述標(biāo)準(zhǔn)中的DVB-S標(biāo)準(zhǔn)采用單載波QPSK調(diào)制方式，采用級(jí)聯(lián)的卷積碼與RS碼、作為信道編碼、采用偽隨機(jī)比特序列(Pseudo Random BitSequence，即PRBS)進(jìn)行擾碼，使用無(wú)線衛(wèi)星鏈路，僅適用于固定接收系統(tǒng)，不適用于移動(dòng)終端設(shè)備。DVB-T標(biāo)準(zhǔn)采用多載波正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，即OFDM)調(diào)制技術(shù)和級(jí)聯(lián)的卷積碼與RS碼的編碼技術(shù)，適用于開(kāi)路地面?zhèn)鬏?，但支持的移?dòng)速度較低。DVB-H系統(tǒng)隨為了移動(dòng)和手持進(jìn)行了優(yōu)化，但由于受到DVB-T編碼、調(diào)制技術(shù)的的局限，優(yōu)化并不充分。
2)美國(guó)ATSC標(biāo)準(zhǔn) 美國(guó)的ATSC標(biāo)準(zhǔn)是先進(jìn)電視制式委員會(huì)(Advanced Television SystemCommittee，即ATSC)提出的單載波數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)，能支持標(biāo)準(zhǔn)清晰度和高清晰度數(shù)字電視的固定接收，但移動(dòng)接收條件下的性能較差，而且不支持衛(wèi)星傳輸。
3)日本ISDB-T標(biāo)準(zhǔn) ISDB-T是日本的數(shù)字廣播專(zhuān)家組制訂的地面綜合數(shù)字業(yè)務(wù)廣播(Integrated Service Digital Broadcasting-Terrestrial)標(biāo)準(zhǔn)，采用OFDM技術(shù)和卷積碼、RS碼實(shí)現(xiàn)多種數(shù)字業(yè)務(wù)的地面廣播，但移動(dòng)接收條件下的性能很差，也不支持衛(wèi)星傳輸。
4)日韓數(shù)字衛(wèi)星廣播標(biāo)準(zhǔn) 1998年5月，Toshiba、SKTelecomm、Sharp、Toyota Motor等公司共同出資，成立了移動(dòng)廣播公司(Mobile Broadcasting Corporation)，并于2004年3月發(fā)射了廣播衛(wèi)星，現(xiàn)已開(kāi)始運(yùn)營(yíng)，對(duì)日本、韓國(guó)提供服務(wù)。系統(tǒng)采用也使用了PRBS、帶交織的級(jí)聯(lián)編碼，并采用CDM擴(kuò)頻的方式進(jìn)行傳輸。日韓數(shù)字衛(wèi)星廣播標(biāo)準(zhǔn)雖然可以支持移動(dòng)接收，但性能仍然不夠理想，有待進(jìn)一步的改善。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在針對(duì)上述四種傳輸方式的不足進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以后提出的一種可以適用于衛(wèi)星傳輸、地面?zhèn)鬏數(shù)榷喾N環(huán)境的的集成式無(wú)線多業(yè)務(wù)廣播的數(shù)字信息傳輸方法，用于為移動(dòng)、便攜和固定接收用戶提供高質(zhì)量的音頻、視頻和多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
本發(fā)明提出一種多載波數(shù)字移動(dòng)多媒體廣播的數(shù)字信息傳輸方法，包括以下步驟 通過(guò)RS編碼與字節(jié)交織器對(duì)上層數(shù)據(jù)流進(jìn)行RS編碼和字節(jié)交織，其中，所述字節(jié)交織器的行數(shù)由星座映射方式和LDPC碼率決定； 通過(guò)LDPC編碼器對(duì)經(jīng)過(guò)字節(jié)交織的數(shù)據(jù)進(jìn)行LDPC編碼，得到比特?cái)?shù)據(jù)； 通過(guò)比特交織器對(duì)經(jīng)過(guò)LDPC編碼的比特?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行比特交織； 通過(guò)星座映射器對(duì)經(jīng)過(guò)比特交織的數(shù)據(jù)進(jìn)行星座映射； 通過(guò)頻域符號(hào)生成器將離散導(dǎo)頻、包含有系統(tǒng)信息的連續(xù)導(dǎo)頻以及上述經(jīng)過(guò)星座映射的數(shù)據(jù)符號(hào)復(fù)接在一起組成OFDM頻域符號(hào)； 通過(guò)擾碼器對(duì)上述經(jīng)復(fù)接得到的OFDM頻域符號(hào)進(jìn)行擾碼； 通過(guò)IFFT變換器將上述經(jīng)過(guò)擾碼的頻域符號(hào)經(jīng)過(guò)IFFT變換產(chǎn)生OFDM時(shí)域符號(hào)； 通過(guò)時(shí)域組幀器將上述時(shí)域OFDM符號(hào)經(jīng)過(guò)插入幀頭組成時(shí)隙后，連接組成物理層信號(hào)幀； 對(duì)上述物理層信號(hào)幀進(jìn)行低通濾波和正交上變頻后發(fā)射。
所述的數(shù)字信息傳輸方法用于傳輸包括音頻數(shù)據(jù)、文本、視頻數(shù)據(jù)在內(nèi)的多媒體廣播數(shù)據(jù)。
該系統(tǒng)采用了LDPC的OFDM方案，系統(tǒng)接收機(jī)使用最先進(jìn)的微波和大規(guī)模數(shù)字集成電路技術(shù)，同時(shí)滿足了低成本和高性能的要求。



圖1為本發(fā)明的移動(dòng)多媒體廣播系統(tǒng)的廣播信道物理層邏輯信道結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明的移動(dòng)多媒體廣播系統(tǒng)物理層的邏輯信道編碼和調(diào)制流程圖； 圖3為圖2中由時(shí)隙組幀所形成的物理層信號(hào)幀的時(shí)隙劃分和幀結(jié)構(gòu)圖； 圖4為圖3中信標(biāo)的結(jié)構(gòu)圖； 圖5為同步信號(hào)的偽隨機(jī)序列生成器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為圖3中OFDM符號(hào)的結(jié)構(gòu)圖； 圖7為保護(hù)間隔之間交疊的示意圖； 圖8為OFDM符號(hào)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9為字節(jié)交織器與RS(240，K)編碼的示意圖； 圖10為對(duì)經(jīng)過(guò)LDPC編碼后的比特流進(jìn)行比特交織的示意圖； 圖11、12和13分別為BPSK星座映射圖、QPSK星座映射圖和16QAM星座映射圖； 圖14為將OFDM符號(hào)的子載波分配給數(shù)據(jù)符號(hào)、離散導(dǎo)頻和連續(xù)導(dǎo)頻的導(dǎo)頻復(fù)接方式示意圖； 圖15為PRBS生成方法的示意圖； 圖16為OFDM符號(hào)子載波結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明可提供包括高質(zhì)量的數(shù)字音頻廣播、數(shù)字視頻廣播在內(nèi)的多媒體節(jié)目。
本發(fā)明定義了每2MHz頻帶內(nèi)，能對(duì)移動(dòng)多媒體廣播系統(tǒng)廣播上層數(shù)據(jù)流進(jìn)行適配處理的物理層各功能模塊，給出了移動(dòng)多媒體廣播信道物理層傳輸信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)、信道編碼、調(diào)制技術(shù)。
物理層是OSI的底層，是整個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)的基礎(chǔ)。物理層為設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒體及互連設(shè)備，為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠的環(huán)境。
本發(fā)明定義的廣播信道物理層通過(guò)物理層邏輯信道來(lái)適配上層各類(lèi)應(yīng)用對(duì)傳輸速率的不同要求。物理層邏輯信道支持多種編碼和調(diào)制方式用以滿足不同應(yīng)用、不同傳輸環(huán)境對(duì)信號(hào)質(zhì)量的不同要求。
本發(fā)明定義的廣播信道物理層支持單頻網(wǎng)和多頻網(wǎng)兩種組網(wǎng)模式，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的特性和組網(wǎng)環(huán)境選擇不同的傳輸模式和參數(shù)。支持多種應(yīng)用的混合模式，達(dá)到應(yīng)用特性與傳輸模式的匹配，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用的靈活性和經(jīng)濟(jì)性。
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖1為本發(fā)明的移動(dòng)多媒體廣播系統(tǒng)的廣播信道物理層邏輯信道結(jié)構(gòu)圖。
如圖所示，物理層通過(guò)物理層邏輯信道(Physical Logicl Channel，即PLCH)(包括控制邏輯信道CLCH和業(yè)務(wù)邏輯信道SLCH)提供上層應(yīng)用的廣播通道。每個(gè)物理層邏輯信道可以使用2MHz數(shù)字電視帶寬內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙發(fā)送。物理層對(duì)每個(gè)物理層邏輯信道進(jìn)行單獨(dú)的編碼和調(diào)制。根據(jù)編碼和調(diào)制參數(shù)不同，物理層邏輯信道可提供不同傳輸容量。
圖2為本發(fā)明的移動(dòng)多媒體廣播系統(tǒng)物理層的邏輯信道編碼和調(diào)制流程圖。
如圖所示，物理層邏輯信道的輸入數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)前向糾錯(cuò)編碼、交織和星座映射后，與離散導(dǎo)頻以及連續(xù)導(dǎo)頻復(fù)接在一起進(jìn)行OFDM調(diào)制。調(diào)制后的信號(hào)經(jīng)過(guò)插入幀頭后形成物理層信號(hào)幀。再經(jīng)過(guò)基帶至射頻變換后進(jìn)行發(fā)射。
物理層邏輯信道分為控制邏輯信道(CLCH)和業(yè)務(wù)邏輯信道(SLCH)?？刂七壿嬓诺烙糜诔休d系統(tǒng)配置信息，采用固定的信道編碼和調(diào)制模型在系統(tǒng)第0時(shí)隙發(fā)送，其中RS編碼采用RS(240，240)，LDPC編碼采用1/2碼率LDPC編碼，星座映射采用BPSK映射，擾碼模式為模式0。業(yè)務(wù)邏輯信道可以占用除第0時(shí)隙外的一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙發(fā)送，其編碼和調(diào)制模式由上層配置，配置信息通過(guò)控制邏輯信道廣播。
圖2中各子模塊的詳細(xì)說(shuō)明見(jiàn)下文所述。
圖3為圖2中由時(shí)隙組幀所形成的物理層信號(hào)幀的時(shí)隙劃分和幀結(jié)構(gòu)圖。
如圖所示，系統(tǒng)物理層信號(hào)每1秒為1幀，每幀劃分為40個(gè)時(shí)隙(Timeslot，即TS)，各時(shí)隙的長(zhǎng)度為25ms。
每個(gè)時(shí)隙包括1個(gè)信標(biāo)和53個(gè)OFDM調(diào)制數(shù)據(jù)塊。
圖4為圖3中信標(biāo)的結(jié)構(gòu)圖。
如圖所示，信標(biāo)包括2個(gè)相同的同步信號(hào)以及發(fā)射機(jī)標(biāo)識(shí)信號(hào)(ID)。
同步信號(hào)為頻帶受限的偽隨機(jī)序列，長(zhǎng)度為204.8us，該同步信號(hào)的生成方式為首先通過(guò)圖5所示的同步信號(hào)的偽隨機(jī)序列生成器生成偽隨機(jī)序列，如圖所示，該偽隨機(jī)序列生成多項(xiàng)式為x11+x9+1，預(yù)設(shè)值為01110101101；然后截取上述2047點(diǎn)m序列的前314點(diǎn)，采用BPSK映射(0→1+0j，1→-1+0j)后放在512點(diǎn)(0～511)序列的第1～157和第355～511點(diǎn)；對(duì)上述生成的512點(diǎn)序列進(jìn)行512點(diǎn)IFFT后，得到同步信號(hào)。
發(fā)射機(jī)標(biāo)識(shí)信號(hào)(ID)發(fā)送用于標(biāo)識(shí)不同發(fā)射機(jī)的頻帶受限的偽隨機(jī)序列，長(zhǎng)度為36us。發(fā)射機(jī)標(biāo)識(shí)信號(hào)的生成方法為選擇發(fā)射機(jī)標(biāo)識(shí)序列；將37點(diǎn)發(fā)射機(jī)標(biāo)識(shí)序列采用BPSK映射(0→1+0j，1→-1+0j)后放在64點(diǎn)(0～63)序列的第1～18和第45～63點(diǎn)上；對(duì)上述生成的64點(diǎn)序列進(jìn)行64點(diǎn)IFFT后，并周期延拓至90點(diǎn)得到發(fā)射機(jī)標(biāo)識(shí)信號(hào)。
上述發(fā)射機(jī)標(biāo)識(shí)序列是長(zhǎng)度為37比特的偽隨機(jī)序列。發(fā)射機(jī)標(biāo)識(shí)序列共包括256個(gè)序列，其中序列0～序列127為地區(qū)標(biāo)識(shí)，用于標(biāo)識(shí)發(fā)射機(jī)所在的地區(qū)，其插入信號(hào)幀中的偶數(shù)時(shí)隙發(fā)送(第0時(shí)隙，第2時(shí)隙，……)；序列128～255為發(fā)射機(jī)標(biāo)識(shí)，用于標(biāo)識(shí)同一地區(qū)內(nèi)的不同發(fā)射機(jī)，其插入信號(hào)幀中的奇數(shù)時(shí)隙發(fā)送(第1時(shí)隙，第3時(shí)隙，……)。發(fā)射機(jī)標(biāo)識(shí)序列由十六進(jìn)制序列定義，該十六進(jìn)制序列按照最高有效比特在先的順序映射為二進(jìn)制發(fā)射機(jī)標(biāo)識(shí)序列，以便進(jìn)入上述的BPSK映射步驟。發(fā)射機(jī)標(biāo)識(shí)序列如表1所示。
表1、發(fā)射機(jī)標(biāo)識(shí)序列 圖6為圖3中OFDM符號(hào)的結(jié)構(gòu)圖。
如圖所示，OFDM符號(hào)由循環(huán)前綴(CP)和OFDM符號(hào)體構(gòu)成，循環(huán)前綴長(zhǎng)度TCP為51.2us，OFDM符號(hào)長(zhǎng)度TS為409.6us。
圖3中的發(fā)射機(jī)標(biāo)識(shí)信號(hào)、同步信號(hào)和相鄰OFDM符號(hào)之間通過(guò)保護(hù)間隔(GD)相互交疊，保護(hù)間隔GD的長(zhǎng)度TGD為2.4us。相鄰符號(hào)之間，前一個(gè)符號(hào)的尾部GD與后一個(gè)符號(hào)的頭部GD經(jīng)過(guò)窗函數(shù)加權(quán)后疊加，如圖7所示。
所述的窗函數(shù)表達(dá)式為 保護(hù)間隔信號(hào)的選取如圖8所示。對(duì)于發(fā)射機(jī)標(biāo)識(shí)信號(hào)，同步信號(hào)和OFDM符號(hào)，T0和T1部分的取值見(jiàn)表2。
表2、保護(hù)間隔信號(hào)取值表 下面對(duì)圖2中的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖9為字節(jié)交織器與RS(240，K)編碼的示意圖。
如圖所示，字節(jié)交織器為MI行、240列的塊交織器。字節(jié)交織器的行數(shù)MI由星座映射方式和LDPC碼率決定，如表3所示 表3、字節(jié)交織器參數(shù)MI的取值表 RS碼采用碼長(zhǎng)為240字節(jié)的RS(240，K)截短碼。該碼由原始的RS(255，M)系統(tǒng)碼通過(guò)截短后產(chǎn)生，其中，M＝K+15，K為一個(gè)碼字中信息序列的字節(jié)數(shù)，同時(shí)校驗(yàn)字節(jié)數(shù)為(240-K)。RS(240，K)碼提供4種模式，這4種模式中K的取值分別為K＝240、K＝224、K＝192和K＝176。
RS碼的每個(gè)碼元取自域GF(256)，其域生成多項(xiàng)式為p(x)＝x8+x4+x3+x2+1。
截短碼RS(240，K)采用如下方式進(jìn)行編碼在K個(gè)輸入信息字節(jié)(m0，m1，…，mK-1)前添加15個(gè)全“0”字節(jié)，構(gòu)造為原始的RS(255，M)系統(tǒng)碼的輸入序列(0，…0，m0，m1，…，mK-1)，編碼后生成碼字(0，…0，m0，m1，…，mK-1，p0，p1，…，p255-M-1)，再?gòu)拇a字中刪去所添加的字節(jié)，即得到240字節(jié)的截短RS碼的碼字(m0，m1，…，mK-1，p0，p1，…，p255-M-1)。
RS(240，K)碼的生成多項(xiàng)式的表達(dá)式為 輸入的信息序列多項(xiàng)式的表達(dá)式為 輸出的系統(tǒng)碼多項(xiàng)式的表達(dá)式為 其中 RS(240，224)的生成多項(xiàng)式表達(dá)式的系數(shù)gi為 RS(240，192)的生成多項(xiàng)式表達(dá)式的系數(shù)gi為 RS(240，176)的生成多項(xiàng)式表達(dá)式的系數(shù)gi為 編碼和字節(jié)交織的方法如下傳輸數(shù)據(jù)塊以字節(jié)為單位，從左至右逐列輸入塊交織器，每列MI字節(jié)，直到第K列完成。RS編碼按行進(jìn)行編碼，校驗(yàn)字節(jié)填充至后(240-K)列。編碼后的數(shù)據(jù)再按照輸入的順序從左至右逐列輸出，直到240列全部完成。
上述RS編碼和字節(jié)交織以物理邏輯信道為單位進(jìn)行，相同物理邏輯信道的上層數(shù)據(jù)包依次輸入字節(jié)交織器進(jìn)行字節(jié)交織和RS編碼。字節(jié)交織器第0列的第一個(gè)字節(jié)定義為字節(jié)交織器的起始字節(jié)。字節(jié)交織器每次的輸出(MI×240字節(jié))總是映射在整數(shù)個(gè)時(shí)隙上發(fā)送，其中字節(jié)交織器的起始字節(jié)映射在某個(gè)時(shí)隙的起始點(diǎn)發(fā)送。
經(jīng)過(guò)上述RS編碼和字節(jié)交織后的傳輸數(shù)據(jù)按照高位比特優(yōu)先發(fā)送的原則，將每字節(jié)映射為8位比特流，送入LDPC編碼器。字節(jié)交織器第0列的第一個(gè)字節(jié)定義為字節(jié)交織器的起始字節(jié)，其最高位總是映射在LDPC輸入比特塊的第一個(gè)比特。LDPC編碼配置如表4所示 表4、LDPC編碼配置 LDPC編碼由校驗(yàn)矩陣H給出，H矩陣的生成方法如下 1)、

碼校驗(yàn)矩陣生成方法 0 6 12 18 2530 0 7 19 26 315664 0 8 13 20 328270 1 6 14 21 3085 8959 1 15 27 33 9128 9188 1 9 16 34 8485 9093 2 6 28 35 4156 7760 2 10 17 73357545 9138 2 11 22 52788728 8962 3 7 251047658637 8875 3 4653474475419175 9198 3 23 234990129107 9168 4 7 29 59217774 8946 4 7224807483398725 9212 4 4169865087809023 9159 5 8 663889869064 9210 5 2107778786559141 9171 5 24 593985078906 9173 以下為生成

碼校驗(yàn)矩陣的循環(huán)程序段 for I＝1:18； 取上表第I行，記為hexp； for J＝1:256； row＝(J-1)*18+I； for K＝1:6；
奇偶校驗(yàn)矩陣的第row行、第column列為非0元素； end； end； end； 2)、

碼校驗(yàn)矩陣生成方法 以下為生成

碼校驗(yàn)矩陣的循環(huán)程序段 for I＝1:9； 取上表第I行，記為hexp； for J＝1:256； row＝(J-1)*9+I； for K＝1:12；
奇偶校驗(yàn)矩陣的第row行第column列為非0元素； end； end；end； 圖10為對(duì)經(jīng)過(guò)LDPC編碼后的比特流進(jìn)行比特交織的示意圖。
如圖所示，比特交織器采用192×144的塊交織器。LDPC編碼后的二進(jìn)制序列按照從上到下的順序依次寫(xiě)入塊交織器的每一行，直至填滿整個(gè)交織器，再?gòu)淖蟮接业陌戳幸来巫x出。比特交織器的輸出與時(shí)隙對(duì)齊，即，每個(gè)時(shí)隙中傳送的第一個(gè)比特總定義為比特交織器輸出的第一個(gè)比特。
圖11、12和13分別為BPSK星座映射圖、QPSK星座映射圖和16QAM星座映射圖。采用BPSK、QPSK和16QAM星座映射所對(duì)應(yīng)的功率歸一化因子分別是1/、1/、
圖14為將OFDM符號(hào)的子載波分配給數(shù)據(jù)符號(hào)、離散導(dǎo)頻和連續(xù)導(dǎo)頻的導(dǎo)頻復(fù)接方式示意圖。
如圖所示，斜線部分為連續(xù)導(dǎo)頻信號(hào)，黑色部分為離散導(dǎo)頻信號(hào)，白色部分為經(jīng)星座映射得到的數(shù)據(jù)符號(hào)。圖示的導(dǎo)頻復(fù)接將數(shù)據(jù)符號(hào)、離散導(dǎo)頻和連續(xù)導(dǎo)頻復(fù)接在一起，組成OFDM頻域符號(hào)。每個(gè)OFDM符號(hào)包括3076個(gè)子載波(0-3075)，記為X(i)，i＝0，1，…3075。
圖15中，連續(xù)導(dǎo)頻使用第0，20，32，72，88，128，146，154，156，216，220，250，296，313，314，330，388，406，410，470，472，480，498，538，554，594，606，627個(gè)子載波，共28個(gè)。
其中第20，32，72，88，128，146，154，156，470，472，480，498，538，554，594，606共16個(gè)載波承載16比特系統(tǒng)信息，映射關(guān)系如表5所示，系統(tǒng)信息具體表述如表6所示。其余連續(xù)導(dǎo)頻傳輸“0”。
表5、連續(xù)導(dǎo)頻上的重復(fù)編碼方式 表6、連續(xù)導(dǎo)頻傳輸?shù)南到y(tǒng)信息 表6中各比特具體所包含信息內(nèi)容如下 1)、bit0～bit5為當(dāng)前時(shí)隙號(hào)，取值范圍0～39； 2)、bit6為字節(jié)交織器同步標(biāo)識(shí)，該比特取值為1時(shí)標(biāo)識(shí)本時(shí)隙為字節(jié)交織器起始時(shí)隙； 3)、bit7為控制邏輯信道變更指示，其采用差分調(diào)制的方式指示終端控制邏輯信道配置信息變更。所述差分方式如下假設(shè)上一幀bit7傳送的是a(0或者1)，而系統(tǒng)控制信道配置信息將在下一幀發(fā)生變更，則在本幀中傳送a并保持下去，直到發(fā)生下次變更。
4)、bit8～bit15保留。
連續(xù)導(dǎo)頻以0→/2+/2j，1→-/2-/2j的方式映射到子載波上。同一時(shí)隙內(nèi)不同OFDM符號(hào)的相同連續(xù)子載波點(diǎn)上傳輸?shù)姆?hào)相同。
記n為每個(gè)時(shí)隙中OFDM符號(hào)的編號(hào)，0≤n≤52；m為每個(gè)OFDM符號(hào)中離散導(dǎo)頻對(duì)應(yīng)的子載波編號(hào)，則m取值如下 if mod(n，2)＝＝0 if mod(n，2)＝＝1 離散導(dǎo)頻全部置為1+0j。
圖14中，按子載波、OFDM符號(hào)的前后順序映射數(shù)據(jù)信號(hào)。每個(gè)時(shí)隙中的27666個(gè)數(shù)據(jù)子載波中，前27648個(gè)子載波用于承載字符交織器輸出的復(fù)符號(hào)，最后18個(gè)符號(hào)補(bǔ)0。
圖14所示時(shí)頻格柵上的所有符號(hào)(有效子載波)，包括數(shù)據(jù)子載波、離散導(dǎo)頻和連續(xù)導(dǎo)頻等，均被一個(gè)復(fù)偽隨機(jī)序列pc(i)擾碼。所述復(fù)偽隨機(jī)序列Pc(i)的生成方式如下 其中，Si(i)和Sq(i)為二進(jìn)制偽隨機(jī)序列(PRBS)。
圖15為PRBS生成方法的示意圖。
如圖所示，PRBS的生成多項(xiàng)式為x12+x11+x8+x6+1，與圖示的移位寄存器結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)。移位寄存器的初始值由擾碼模式確定，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下 1)、擾碼模式0初始值0000 0000 0001 2)、擾碼模式1初始值0000 1001 0011 3)、擾碼模式2初始值0000 0100 1100 4)、擾碼模式3初始值0010 1011 0011 5)、擾碼模式4初始值0111 0100 0100 6)、擾碼模式5初始值0000 0100 1100 7)、擾碼模式6初始值0001 0110 1101 8)、擾碼模式7初始值0010 1011 0011 PRBS在每個(gè)時(shí)隙開(kāi)頭重置，所有時(shí)隙都被相同圖樣擾碼。
該擾碼通過(guò)將有效子載波上的復(fù)符號(hào)和復(fù)偽隨機(jī)序列pc(i)進(jìn)行復(fù)數(shù)乘法而實(shí)現(xiàn)，所述擾碼的表達(dá)式為 Yn(i)＝Xn(i)×pc(n×628+i)，0≤i≤627，0≤n≤52 其中，xn(i)為擾碼前每個(gè)時(shí)隙第n個(gè)OFDM符號(hào)上的第i個(gè)有效子載波，Yn(i)為擾碼后的有效子載波。
圖16為OFDM符號(hào)子載波結(jié)構(gòu)示意圖。
上述插入導(dǎo)頻并擾碼后的OFDM子載波X(i)，i＝0，1，…，1023經(jīng)過(guò)IFFT變換產(chǎn)生OFDM時(shí)域符號(hào)。IFFT變換方式如下 0≤t≤409.6us，fs＝2.5MHz 其中， 經(jīng)過(guò)IFFT變換的OFDM符號(hào)按照?qǐng)D6所述，加入循環(huán)前綴(CP)，組成時(shí)域OFDM符號(hào)。
調(diào)制后的OFDM符號(hào)，按照?qǐng)D3所述的幀結(jié)構(gòu)，依次加入保護(hù)間隔、同步信號(hào)、發(fā)射機(jī)識(shí)別信號(hào)后組成時(shí)隙。再將40個(gè)時(shí)隙連接組成物理層信號(hào)幀。
本系統(tǒng)采用的時(shí)域成形濾波器為FIR濾波器，滿足信號(hào)帶寬內(nèi)紋波衰減＜1dB，帶寬外衰減＞40dBc。頻帶帶寬為2MHz，和數(shù)字音頻廣播帶寬兼容。系統(tǒng)采樣率為2.5MHz，每頻道的信號(hào)帶寬為1.536MHz。
本系統(tǒng)的上層數(shù)據(jù)流可以采用包括H.264、AVS、MPEG-2、MPEG-4等視頻流，AC-3、AAC等音頻流，和其它多種數(shù)據(jù)類(lèi)型的數(shù)據(jù)格式。對(duì)數(shù)據(jù)編碼可包括單一媒體(例如視頻源編碼、文本)和多媒體(音頻、視頻、文本和數(shù)據(jù)的混合)在內(nèi)的各種類(lèi)型的廣播數(shù)據(jù)。
本發(fā)明不局限于上述特定實(shí)施例子，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)情況下，熟悉本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)改變和變形，但這些相應(yīng)改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種多載波數(shù)字移動(dòng)多媒體廣播的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于包括以下步驟
通過(guò)RS編碼與字節(jié)交織器通過(guò)物理邏輯信道對(duì)上層數(shù)據(jù)流進(jìn)行RS編碼和字節(jié)交織，其中，所述字節(jié)交織器的行數(shù)由星座映射方式和LDPC碼率決定；
通過(guò)LDPC編碼器對(duì)經(jīng)過(guò)字節(jié)交織的數(shù)據(jù)進(jìn)行LDPC編碼，得到比特?cái)?shù)據(jù)；
通過(guò)比特交織器對(duì)經(jīng)過(guò)LDPC編碼得到的比特?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行比特交織；
通過(guò)星座映射器對(duì)經(jīng)過(guò)比特交織的數(shù)據(jù)進(jìn)行星座映射；
通過(guò)頻域復(fù)接器將離散導(dǎo)頻、包含有系統(tǒng)信息的連續(xù)導(dǎo)頻以及經(jīng)過(guò)星座映射的數(shù)據(jù)符號(hào)復(fù)接在一起組成OFDM頻域符號(hào)；
通過(guò)擾碼器對(duì)上述經(jīng)復(fù)接得到的OFDM頻域符號(hào)進(jìn)行擾碼；
通過(guò)IFFT變換器將上述經(jīng)過(guò)擾碼的頻域符號(hào)經(jīng)過(guò)IFFT變換后產(chǎn)生OFDM時(shí)域符號(hào)；
通過(guò)時(shí)域組幀器將上述時(shí)域OFDM符號(hào)經(jīng)過(guò)插入幀頭組成時(shí)隙后，連接組成物理層信號(hào)幀；
對(duì)上述物理層信號(hào)幀進(jìn)行低通濾波和正交上變頻后發(fā)射。
2、如權(quán)利要求1所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，該方法使用無(wú)線信道內(nèi)任意2MHz帶寬，并和數(shù)字音頻廣播帶寬兼容。
3、如權(quán)利要求1所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，該方法中采樣率為2.5MHz，每頻道的信號(hào)帶寬為1.536MHz。
4、如權(quán)利要求1所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，該上層數(shù)據(jù)流為包括H.264、AVS、MPEG-2、MPEG-4的視頻流以及包括AC-3、AAC的音頻流的數(shù)據(jù)流。
5、如權(quán)利要求1所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，該方法主要用于實(shí)現(xiàn)移動(dòng)接收。
6、如權(quán)利要求1所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，該方法支持單頻網(wǎng)和多頻網(wǎng)組網(wǎng)模式。
7、如權(quán)利要求1所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，該方法根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)類(lèi)型和組網(wǎng)環(huán)境選擇相應(yīng)的傳輸模式和參數(shù)。
8、如權(quán)利要求1所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，該方法支持多種數(shù)據(jù)類(lèi)型的混合傳輸模式。
9、如權(quán)利要求1所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，該物理邏輯信道分為控制邏輯信道和業(yè)務(wù)邏輯信道。
10、如權(quán)利要求1所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，該方法的信號(hào)由幀構(gòu)成。
11、如權(quán)利要求10所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述幀的長(zhǎng)度為1秒。
12、如權(quán)利要求10所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述的各幀包括40個(gè)長(zhǎng)度為25毫秒的時(shí)隙。
13、如權(quán)利要求1所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述的物理邏輯信道在1個(gè)或者多個(gè)時(shí)隙中進(jìn)行傳輸。
14、如權(quán)利要求12所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述時(shí)隙包括信標(biāo)和OFDM符號(hào)。
15、如權(quán)利要求12所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述時(shí)隙包括1個(gè)信標(biāo)和53個(gè)OFDM符號(hào)。
16、如權(quán)利要求14所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述信標(biāo)包括發(fā)射機(jī)標(biāo)識(shí)和同步序列。
17、如權(quán)利要求14所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述信標(biāo)包括1個(gè)發(fā)射機(jī)標(biāo)識(shí)和2個(gè)相同的同步序列。
18、如權(quán)利要求16所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述發(fā)射機(jī)標(biāo)識(shí)信號(hào)由頻域隨機(jī)序列依次進(jìn)行BPSK映射和IFFT變換后再經(jīng)過(guò)循環(huán)延拓而得。
19、如權(quán)利要求16所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述發(fā)射機(jī)標(biāo)識(shí)信號(hào)由37點(diǎn)的頻域隨機(jī)序列進(jìn)行BPSK映射并經(jīng)過(guò)64點(diǎn)的IFFT變換后，再延拓26點(diǎn)至90點(diǎn)而得到。
20、如權(quán)利要求16所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述同步序列通過(guò)截取頻域隨機(jī)序列后，依次進(jìn)行BPSK和IFFT變換而得到。
21、如權(quán)利要求20所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述頻域隨機(jī)序列由線性反饋移位寄存器產(chǎn)生，該移位寄存器的初始值為01110101101、生成多項(xiàng)式為x11+x9+1。
22、如權(quán)利要求21所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述頻域隨機(jī)序列是通過(guò)從所述移位寄存器所產(chǎn)生的序列中截取314點(diǎn)后依次進(jìn)行BPSK映射和512點(diǎn)IFFT變換而得。
23、如權(quán)利要求16所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述發(fā)射機(jī)標(biāo)識(shí)、同步序列和OFDM符號(hào)間采用帶窗函數(shù)的保護(hù)間隔相交疊，所述窗函數(shù)的表達(dá)式為
其中，t為時(shí)間變量，T為常數(shù)，TGD為所述保護(hù)間隔的長(zhǎng)度。
24、如權(quán)利要求23所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述保護(hù)間隔的長(zhǎng)度為6點(diǎn)。
25、如權(quán)利要求14所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述OFDM符號(hào)由OFDM符號(hào)體和循環(huán)前綴構(gòu)成。
26、如權(quán)利要求25所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述OFDM符號(hào)體的長(zhǎng)度為1024點(diǎn)，循環(huán)前綴的長(zhǎng)度為128點(diǎn)。
27、如權(quán)利要求1所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述RS編碼是由原始的RS(255，M)系統(tǒng)碼通過(guò)截短后產(chǎn)生的RS(240，K)截短碼，其中，M＝K+15，K和M為信息位長(zhǎng)。
28、如權(quán)利要求27所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述RS(255，M)系統(tǒng)碼的每個(gè)碼元取自域GF(256)，該域的生成多項(xiàng)式為p(x)＝x8+x4+x3+x2+1。
29、如權(quán)利要求27所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述RS(240，K)碼包括4種模式，這4種模式中K的取值分別為K＝240、K＝224、K＝192和K＝176。
30、如權(quán)利要求27所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述RS(240，K)碼的生成多項(xiàng)式的表達(dá)式為
31、如權(quán)利要求29所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，當(dāng)K＝224時(shí)，RS(240，224)的生成多項(xiàng)式表達(dá)式的系數(shù)gi為
當(dāng)K＝192時(shí)，RS(240，192)的生成多項(xiàng)式表達(dá)式的系數(shù)gi為
當(dāng)K＝176時(shí)，RS(240，176)的生成多項(xiàng)式表達(dá)式的系數(shù)gi為
32、如權(quán)利要求1所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述上層數(shù)據(jù)流以字節(jié)為單位，從左至右逐列輸入RS編碼和字節(jié)交織器，其中，RS編碼按行進(jìn)行編碼，字節(jié)交織器的起始字節(jié)映射在某個(gè)時(shí)隙的起始點(diǎn)發(fā)送。
33、如權(quán)利要求1所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述LDPC編碼后的輸出塊長(zhǎng)為9216比特，碼率為1/2和3/4；
其中，
碼校驗(yàn)矩陣生成步驟為，首先，建立如下數(shù)據(jù)矩陣
0612182530
071926315 664
081320328270
1614213085 8959
115 27339128 9188
1916348485 9093
2628354156 7760
210 177335 7545 9138
211 225278 8728 8962
372510 4765 8637 8875
34653 4744 7541 9175 9198
323 2349 9012 9107 9168
47295921 7774 8946
47224 8074 8339 8725 9212
44169 8650 8780 9023 9159
586638 8986 9064 9210
52107 7787 8655 9141 9171
5245939850789069173
其次，建立循環(huán)索引為I的第一循環(huán)，其中I的取值為1至18，取上表第I行數(shù)據(jù)組成序列并記為hexp，在第一循環(huán)內(nèi)嵌套循環(huán)索引為J的第二循環(huán)，其中J的取值為1至256，隨后根據(jù)公式row＝[(J-1)*18+I]獲得
碼校驗(yàn)矩陣的行變量row，然后在第二循環(huán)所述行變量row下嵌套循環(huán)索引為K的第三循環(huán)，其中K的取值為1到6，記數(shù)據(jù)序列hexp的第K個(gè)數(shù)據(jù)為hexp(K)，然后根據(jù)公式column＝Mod[(hexp(K)/36+J-1)，256]×36+Mod[hexp(K)，36]+1獲得所述
碼校驗(yàn)矩陣；
所述
碼校驗(yàn)矩陣生成步驟為，首先，建立如下數(shù)據(jù)矩陣
其次，建立循環(huán)索引為I的第一循環(huán)，其中I的取值為1至9，取上表第I行數(shù)據(jù)組成序列并記為hexp，在第一循環(huán)內(nèi)嵌套循環(huán)索引為J的第二循環(huán)，其中J的取值為1至256，然后根據(jù)公式row＝[(J-1)*9+I]獲得
碼校驗(yàn)矩陣的行變量row；在第二循環(huán)所述行變量row下嵌套循環(huán)索引為K的第三循環(huán)，其中K的取值為1到12，記數(shù)據(jù)序列hexp的第K個(gè)數(shù)據(jù)為hexp(K)，然后根據(jù)公式column＝Mod[(hexp(K)/36+J-1)，256]×36+Mod[hexp(K)，36]+1獲得所述
碼校驗(yàn)矩陣。
34、如權(quán)利要求1所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述比特交織器采用192×144的塊交織器；從LDPC編碼其輸出的比特?cái)?shù)據(jù)按照從上到下的順序依次寫(xiě)入所述塊交織器的每一行，直至填滿整個(gè)塊交織器，再?gòu)淖蟮接业陌戳幸来巫x出，其中比特交織器的輸出與時(shí)隙對(duì)齊。
35、如權(quán)利要求1所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述星座映射采用包括BPSK、QPSK、16QAM的映射方式的其中一種。
36、如權(quán)利要求1所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述頻域符號(hào)生成步驟中，在每個(gè)OFDM符號(hào)中將78個(gè)離散導(dǎo)頻、28個(gè)連續(xù)導(dǎo)頻、522個(gè)數(shù)據(jù)子載波復(fù)接在一起，成為628個(gè)有效子載波。
37、如權(quán)利要求36所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述28個(gè)連續(xù)導(dǎo)頻使用所述628個(gè)有效子載波中第0，20，32，72，88，128，146，154，156，216，220，250，296，313，314，330，388，406，410，470，472，480，498，538，554，594，606，627個(gè)子載波，并在其中第20，32，72，88，128，146，154，156，470，472，480，498，538，554，594，606共16個(gè)子載波中承載16比特系統(tǒng)信息，所述系統(tǒng)信息包括長(zhǎng)度為6比特的時(shí)隙號(hào)、長(zhǎng)度為1比特的字節(jié)交織器同步標(biāo)識(shí)、長(zhǎng)度為1比特的控制邏輯信道變更指示和長(zhǎng)度為8比特的保留字；所述連續(xù)導(dǎo)頻以0→/2+/2j， 1→-/2-/2j的方式映射到子載波上，其中，同一時(shí)隙內(nèi)不同OFDM符號(hào)的相同連續(xù)子載波點(diǎn)上傳輸?shù)姆?hào)相同。
38、如權(quán)利要求36所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，當(dāng)每個(gè)時(shí)隙中OFDM符號(hào)的編號(hào)為n時(shí)，OFDM符號(hào)中離散導(dǎo)頻對(duì)應(yīng)的子載波編號(hào)m取值為
離散導(dǎo)頻全部置為1+0j。
39、如權(quán)利要求1所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述擾碼步驟中的所述偽隨機(jī)序列的生成多項(xiàng)式為x12+x11+x8+x6+1；所述擾碼分為8種模式，對(duì)應(yīng)的寄存器初始值分別為
1)、擾碼模式0初始值0000 0000 0001
2)、擾碼模式1初始值0000 1001 0011
3)、擾碼模式2初始值0000 0100 1100
4)、擾碼模式3初始值0010 1011 0011
5)、擾碼模式4初始值0111 0100 0100
6)、擾碼模式5初始值0000 0100 1100
7)、擾碼模式6初始值0001 0110 1101
8)、擾碼模式7初始值0010 1011 0011
所述偽隨機(jī)序列在每個(gè)時(shí)隙的開(kāi)頭重置，所有時(shí)隙都被相同圖樣擾碼。
40、如權(quán)利要求1所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述IFFT變換步驟是將628個(gè)有效子載波放在1024個(gè)子載波的第1～314和第710～1023子載波上后進(jìn)行1024點(diǎn)IFFT變換。
41、如權(quán)利要求1所述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于，所述時(shí)域組幀步驟是將調(diào)制后的OFDM符號(hào)依次加入保護(hù)間隔、同步信號(hào)、發(fā)射機(jī)識(shí)別信號(hào)后組成時(shí)隙，再將40個(gè)時(shí)隙連接組成物理層信號(hào)幀。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種多載波數(shù)字多媒體移動(dòng)廣播的數(shù)字信息傳輸方法，通過(guò)對(duì)上層數(shù)據(jù)流依次進(jìn)行RS編碼和字節(jié)交織、LDPC編碼、比特交織、星座映射后，將得到的數(shù)據(jù)符號(hào)與離散導(dǎo)頻和包含有系統(tǒng)信息的連續(xù)導(dǎo)頻復(fù)接在一起組成OFDM頻域符號(hào)并進(jìn)行擾碼，經(jīng)IFFT變換產(chǎn)生OFDM時(shí)域符號(hào)，經(jīng)過(guò)插入幀頭組成時(shí)隙后，連接組成物理層信號(hào)幀，對(duì)上述物理層信號(hào)幀進(jìn)行低通濾波和正交上變頻后發(fā)射。該方法為移動(dòng)式、固定式和便攜式接收機(jī)提供高質(zhì)量的音頻、視頻和多媒體數(shù)據(jù)等無(wú)線廣播，可以使用衛(wèi)星傳輸和地面?zhèn)鬏數(shù)姆绞竭M(jìn)行傳輸。該方法采用LDPC的正交頻分復(fù)用方案，滿足了低成本和高性能的要求。
文檔編號(hào)H04L1/00GK1960358SQ20061011391
公開(kāi)日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2006年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月20日
發(fā)明者葛啟宏, 陶濤, 白棟, 宋揮師, 梁毅斌, 閆發(fā)軍, 王軍偉, 楊慶華, 李群, 申紅兵 申請(qǐng)人:北京泰美世紀(jì)科技有限公司