專利名稱：數(shù)字地面廣播cofdm傳輸系統(tǒng)中的信號(hào)傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信號(hào)傳輸領(lǐng)域，特別涉及采用正交頻分復(fù)用調(diào)制模式(OFDM)的數(shù)字地面廣播系統(tǒng)中的信號(hào)傳輸方法。
典型的數(shù)字地面廣播傳輸系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。數(shù)字調(diào)制技術(shù)往往對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行信道編碼后進(jìn)行調(diào)制，再加入必要的輔助信息如導(dǎo)頻信號(hào)，然后經(jīng)過信道頻譜形成濾波成為基帶數(shù)字調(diào)制信號(hào)。該數(shù)字信號(hào)經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器、上變頻器被調(diào)制到相應(yīng)的頻帶發(fā)送。在接收端，下變頻器將射頻信號(hào)變?yōu)榛鶐盘?hào)，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器以得到數(shù)字信號(hào)。該數(shù)字信號(hào)經(jīng)數(shù)字解調(diào)、信道解碼后被恢復(fù)成與發(fā)端一致的信息。

圖1給出了典型的數(shù)字地面廣播傳輸系統(tǒng)框圖。
數(shù)字地面廣播COFDM傳輸系統(tǒng)的數(shù)字編碼調(diào)制單元對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的數(shù)字處理。它包括數(shù)據(jù)隨機(jī)化、外編碼(通常為Reed-Solomon碼)、外交織(通常為卷積交織)、內(nèi)編碼(通常為卷積或網(wǎng)格碼)、內(nèi)交織(通常為時(shí)間和頻率二維交織)、映射、加入導(dǎo)頻信號(hào)、系統(tǒng)信息、正交頻分復(fù)用(通常用IFFT實(shí)現(xiàn))、加保護(hù)間隔(通常為循環(huán)擴(kuò)展)、成形濾波等。其處理模塊流程見圖2。
在數(shù)字地面廣播COFDM傳輸系統(tǒng)中，傳輸信號(hào)除數(shù)據(jù)信號(hào)之外，還包括用于信道估計(jì)、同步捕獲和跟蹤的移動(dòng)導(dǎo)頻信號(hào)和連續(xù)導(dǎo)頻信號(hào)，以及用于傳遞業(yè)務(wù)類型系統(tǒng)信息的傳輸信令(TPS)導(dǎo)頻信號(hào)。各導(dǎo)頻子載波在數(shù)據(jù)子載波中的比例以及位置安排，對(duì)COFDM傳輸系統(tǒng)的性能有重要影響。
本發(fā)明的目的是為數(shù)字地面廣播COFDM傳輸系統(tǒng)提供一種信號(hào)傳輸方法，該方法通過合理地安排數(shù)據(jù)子載波與各導(dǎo)頻子載波的結(jié)構(gòu)以提高COFDM傳輸系統(tǒng)的性能，同時(shí)可降低接收機(jī)的復(fù)雜度。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的信號(hào)傳輸方法是這樣的在數(shù)字地面廣播COFDM傳輸系統(tǒng)中，基帶數(shù)字調(diào)制信號(hào)采樣率為10MHz，OFDM信號(hào)占用信號(hào)帶寬為7.62MHz。OFDM傳輸信號(hào)由幀組成，一幀OFDM信號(hào)由64個(gè)OFDM符號(hào)組成。每個(gè)OFDM符號(hào)由持續(xù)期為Ts的多個(gè)載波信號(hào)組成。符號(hào)持續(xù)期Ts包括持續(xù)期為Tu的有用部分和持續(xù)期為ΔT的保護(hù)間隔部分。每個(gè)OFDM符號(hào)由多個(gè)子載波信號(hào)組成。在2K工作模式中，子載波數(shù)為1561；在4K工作模式，子載波數(shù)為3121；在8K工作模式，子載波數(shù)為6241。每個(gè)OFDM符號(hào)除載有數(shù)據(jù)的子載波信號(hào)外，還含有用于信道估計(jì)、同步捕獲和跟蹤的移動(dòng)導(dǎo)頻和連續(xù)導(dǎo)頻，以及用于傳遞業(yè)務(wù)類型系統(tǒng)信息的TPS導(dǎo)頻。對(duì)于2K工作模式，數(shù)據(jù)信號(hào)子載波數(shù)目為1392，移動(dòng)導(dǎo)頻子載波數(shù)目為130個(gè)，連續(xù)導(dǎo)頻子載波數(shù)為41個(gè)，TPS導(dǎo)頻子載波數(shù)為8個(gè)。對(duì)于4K工作模式，數(shù)據(jù)子載波數(shù)為2784，移動(dòng)導(dǎo)頻子載波數(shù)為260，連續(xù)導(dǎo)頻子載波數(shù)為81，TPS導(dǎo)頻子載波數(shù)為16。對(duì)于8K工作模式，數(shù)據(jù)子載波數(shù)為5568，移動(dòng)導(dǎo)頻子載波數(shù)為520，連續(xù)導(dǎo)頻子載波數(shù)為161，TPS導(dǎo)頻子載波數(shù)為32。
數(shù)據(jù)子載波采用多電平正交振幅(MQAM)調(diào)制或相移鍵控(MPSK)調(diào)制，連續(xù)導(dǎo)頻和移動(dòng)導(dǎo)頻子載波采用二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)調(diào)制，TPS導(dǎo)頻子載波采用二進(jìn)制差分相移鍵控(2DPSK)調(diào)制。
連續(xù)導(dǎo)頻和移動(dòng)導(dǎo)頻子載波基準(zhǔn)信號(hào)由一個(gè)偽隨機(jī)二進(jìn)制序列獲得。偽隨機(jī)二進(jìn)制序列也用于對(duì)傳輸信令導(dǎo)頻子載波進(jìn)行2DPSK調(diào)制初始化。
所有的數(shù)據(jù)單元的調(diào)制經(jīng)歸一化，使E(CC*)＝1。所有導(dǎo)頻(連續(xù)、移動(dòng)和TPS)在提升的功率上發(fā)射，使E(CC*)＝16/9。
傳輸參數(shù)信令(TPS)定義在一個(gè)OFDM信號(hào)幀的連續(xù)64個(gè)OFDM符號(hào)上。每個(gè)OFDM符號(hào)傳送一個(gè)TPS比特。每個(gè)TPS塊(對(duì)應(yīng)于一個(gè)OFDM幀)由64個(gè)比特組成，包括1個(gè)初始化比特、16個(gè)同步比特、34個(gè)信息比特和13個(gè)用于誤碼保護(hù)的冗余比特。對(duì)于34個(gè)信息比特，可以只使用其中的一部分，而將其余部分作為備用。每個(gè)OFDM幀第一個(gè)符號(hào)的TPS載波位置相對(duì)應(yīng)的參考符號(hào)序列應(yīng)用于該位置TPS導(dǎo)頻載波信號(hào)的DBPSK調(diào)制初始化。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的信號(hào)傳輸方法具有以下諸多有益效果OFDM信號(hào)占用信號(hào)帶寬為7.62MHz，采樣率為10MHz有利于頻域?yàn)V波與頻譜成形；OFDM幀信號(hào)由64個(gè)OFDM符號(hào)組成，采用(63，50)本原BCH碼用于傳輸信令導(dǎo)頻信號(hào)誤碼保護(hù)，更適宜差分二相調(diào)制；連續(xù)導(dǎo)頻相對(duì)與中心對(duì)稱配置，可簡化接收機(jī)實(shí)現(xiàn)；傳輸信令參數(shù)含有多種信息，可靈活實(shí)現(xiàn)混合、單一、分層工作模式，用于移動(dòng)接收和固定接收業(yè)務(wù)；各導(dǎo)頻功率均大于信號(hào)功率3dB，可實(shí)現(xiàn)多種同步及信道估計(jì)功能；基準(zhǔn)信號(hào)由一個(gè)13階偽隨機(jī)序列發(fā)生器產(chǎn)生，對(duì)2K、4K、8K模式不會(huì)出現(xiàn)周期性重復(fù)。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1為典型的數(shù)字地面廣播傳輸系統(tǒng)框圖。
圖2為數(shù)字地面廣播COFDM傳輸系統(tǒng)數(shù)字編碼調(diào)制功能模塊流程圖。
圖3為PRBS序列發(fā)生器。
圖4為OFDM傳輸信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)示意圖。
在數(shù)字地面廣播COFDM傳輸系統(tǒng)中，基帶數(shù)字調(diào)制信號(hào)采樣率為10MHz，OFDM信號(hào)占用信號(hào)帶寬為7.62MHz。OFDM傳輸信號(hào)由幀組成，每個(gè)幀信號(hào)包含64個(gè)OFDM符號(hào)。每個(gè)OFDM符號(hào)由持續(xù)期為Ts的多個(gè)載波信號(hào)組成。符號(hào)持續(xù)期Ts包括持續(xù)期為Tu的有用部分和持續(xù)期為ΔT的保護(hù)間隔部分。保護(hù)間隔插在有用部分之前，它有多個(gè)值可以選取，如可選取Tu/4、Tu/8、Tu/16、Tu/32，但不限于此幾種值。8K工作模式Tu為819.2微秒，4K工作模式Tu為409.6微秒，2K工作模式Tu為204.8微秒。每個(gè)OFDM符號(hào)除載有數(shù)據(jù)的子載波信號(hào)外，還含有用于信道估計(jì)、同步捕獲和跟蹤的移動(dòng)導(dǎo)頻和連續(xù)導(dǎo)頻，以及用于系統(tǒng)傳輸業(yè)務(wù)類型(如單一、混合和分層調(diào)制)信息的TPS導(dǎo)頻。數(shù)據(jù)子載波信號(hào)采用多電平振幅調(diào)制(MQAM)或相移鍵控(MPSK)調(diào)制，連續(xù)導(dǎo)頻和移動(dòng)導(dǎo)頻子載波信號(hào)采用二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)調(diào)制，TPS導(dǎo)頻子載波信號(hào)采用二進(jìn)制相移鍵控(2DPSK)調(diào)制。
連續(xù)導(dǎo)頻和移動(dòng)導(dǎo)頻子載波基準(zhǔn)信號(hào)由一個(gè)偽隨機(jī)二進(jìn)制序列獲得。偽隨機(jī)二進(jìn)制序列按照?qǐng)D3產(chǎn)生，產(chǎn)生該偽隨機(jī)二進(jìn)制序列的發(fā)生器用的連接多項(xiàng)式為x13+x4+x3+x+1。將其初始化為11111111111，使該偽隨機(jī)二進(jìn)制序列的第一輸出比特與第一個(gè)有效載波重合。在每個(gè)使用的載波上(無論是否導(dǎo)頻)由該序列產(chǎn)生一個(gè)新的數(shù)值。該偽隨機(jī)二進(jìn)制序列也用于對(duì)傳輸信令導(dǎo)頻子載波進(jìn)行2DPSK調(diào)制初始化。
將構(gòu)成一幀的64個(gè)OFDM符號(hào)依次規(guī)定為第0個(gè)、第1個(gè)、…、第63個(gè)OFDM符號(hào)。這64個(gè)OFDM符號(hào)的移動(dòng)導(dǎo)頻子載波的位置有所不同，其分布與符號(hào)指數(shù)i(0～63)有關(guān)。第i個(gè)OFDM符號(hào)，移動(dòng)導(dǎo)頻子載波位置集合Si為Si＝(K＝Kmin+3×(imod4)+12p|p＞0整數(shù)，k∈[Kmin，Kmax])，其中，Kmin＝0，對(duì)于2K工作模式，Kmax＝1560；對(duì)于4K工作模式，Kmax＝3120；對(duì)于8K工作模式，Kmax＝6240。
移動(dòng)導(dǎo)頻子載波位置如圖4所示。由偽隨機(jī)二進(jìn)制序列獲得的參考信息在每個(gè)符號(hào)內(nèi)散布的移動(dòng)導(dǎo)頻單元中傳輸。移動(dòng)的導(dǎo)頻單元總在“提升后”的功率電平上發(fā)射，相應(yīng)的調(diào)制為Re(Cm，k)＝4/3(1-2wk)Im(Cm，k)＝0式中，m為符號(hào)時(shí)間指示，k為載波頻率指示。
連續(xù)導(dǎo)頻子載波的數(shù)目隨系統(tǒng)工作模式而變化。在2K工作模式，連續(xù)導(dǎo)頻子載波數(shù)為41個(gè)；在4K工作模式，連續(xù)導(dǎo)頻子載波數(shù)為81個(gè)；而在8K工作模式，連續(xù)導(dǎo)頻子載波數(shù)為161個(gè)。OFDM傳輸信號(hào)幀中64個(gè)OFDM符號(hào)的連續(xù)導(dǎo)頻子載波位置和值相同。連續(xù)導(dǎo)頻子載波的位置關(guān)于中心頻率位置對(duì)稱(相對(duì)于中心位置之和為0)。表1、2、3給出一種關(guān)于中心頻率位置對(duì)稱的連續(xù)導(dǎo)頻子載波位置集。
表1 2K工作模式連續(xù)導(dǎo)頻子載波位置集
表2 4K工作模式連續(xù)導(dǎo)頻子載波位置集
表3 8K工作模式連續(xù)導(dǎo)頻子載波位置集
所有連續(xù)導(dǎo)頻按偽隨機(jī)二進(jìn)制序列給出的參考序列進(jìn)行調(diào)制。連續(xù)導(dǎo)頻單元總在“提升后”的功率電平上發(fā)射，相應(yīng)的調(diào)制為Re(Cm，k)＝4/3(1-2wk)Im(Cm，k)＝0式中，m為符號(hào)時(shí)間指示，k為載波頻率指示。
TPS載波用于給出與傳輸方案有關(guān)的參數(shù)，即信道編碼和調(diào)制參數(shù)及系統(tǒng)信息。對(duì)于2K工作模式，TPS信令在8個(gè)載波上并行傳輸；對(duì)于工作4K模式，在16個(gè)載波上并行傳輸；對(duì)于8K工作模式，在32個(gè)載波上并行傳輸。同一符號(hào)中的每個(gè)TPS載波傳送相同的差分編碼的信息比特。表4、5、6給出了一種TPS載波的載波位置集。
TPS導(dǎo)頻單元在“提升后”功率電平上發(fā)射。每個(gè)TPS載波用DBPSK調(diào)制傳送相同的信息。DBPSK在每個(gè)TPS塊的開始時(shí)由偽隨機(jī)二進(jìn)制序列提供基準(zhǔn)序列Wk進(jìn)行初始化。
表4 2K工作模式TPS載波的載波位置集
表5 4K工作模式TPS載波的載波位置集
表68K工作模式TPS載波的載波位置集
每個(gè)OFDM符號(hào)傳送一個(gè)TPS比特，每個(gè)TPS塊(對(duì)應(yīng)于一個(gè)OFDM幀)由64個(gè)比特組成，包括1個(gè)初始化比特、16個(gè)同步比特、34個(gè)信息比特和13個(gè)用于誤碼保護(hù)的冗余比特。對(duì)于34個(gè)信息比特，可以只使用其中的一部分，而將其余部分作為備用。如使用27個(gè)，其余7個(gè)作為備用，置為“1010101”。每個(gè)OFDM幀第一個(gè)符號(hào)的TPS載波位置相對(duì)應(yīng)的參考符號(hào)序列用于該位置TPS導(dǎo)頻載波信號(hào)的DBPSK調(diào)制初始化。
傳輸信息按表7進(jìn)行傳輸。2DPSK調(diào)制的第一個(gè)比特S0是一個(gè)初始化比特。TPS初始化比特S0從偽隨機(jī)二進(jìn)制序列得出。
TPS中的第1-16比特是一個(gè)同步字，每幀依次取sw0和sw1，這里sw0為0011010111101110，sw1為1100101000010001TPS誤碼保護(hù)采用(63，50，t＝3)本原BCH碼。碼生成多項(xiàng)式為g(x)＝x13+x12+x11+x10+x9+x8+x6+x3+x+1表7TPS信令信息及格式
表8工作模式的信令格式
表9 傳輸模式的信令格式
表 10碼率的信令格式
表11 外交織器交織深度的信令格式
表 12星座可能類型的信令格式
表 13混合工作模式信令格式
表 14保護(hù)間隔的信令格式
權(quán)利要求
1.一種適于數(shù)字地面廣播的編碼正交頻分復(fù)用傳輸系統(tǒng)，其特征在于基帶數(shù)字調(diào)制信號(hào)采樣率為10MHz，OFDM信號(hào)占用信號(hào)帶寬為7.62MHz；一幀OFDM信號(hào)由64個(gè)OFDM符號(hào)組成，每個(gè)OFDM符號(hào)由持續(xù)期為Ts的M個(gè)載波信號(hào)組成，其中包括N1個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)子載波、N2個(gè)移動(dòng)導(dǎo)頻子載波、N3個(gè)連續(xù)導(dǎo)頻子載波和N4個(gè)TPS導(dǎo)頻子載波；符號(hào)持續(xù)期Ts包括持續(xù)期為Tu的有用部分和持續(xù)期為ΔT的保護(hù)間隔部分，保護(hù)間隔插在有用部分之前；對(duì)于第i個(gè)OFDM符號(hào)，移動(dòng)導(dǎo)頻子載波位置集合Si為Si＝(K＝Kmin+3×(imod4)+12p|p＞0整數(shù)，k∈[Kmin，Kmax])，式中Kmin＝0；連續(xù)導(dǎo)頻子載波的位置關(guān)于中心頻率位置對(duì)稱，OFDM傳輸信號(hào)幀中64個(gè)OFDM符號(hào)的連續(xù)導(dǎo)頻子載波位置和值相同；連續(xù)導(dǎo)頻和移動(dòng)導(dǎo)頻子載波基準(zhǔn)信號(hào)由一個(gè)偽隨機(jī)二進(jìn)制序列獲得，該偽隨機(jī)二進(jìn)制序列也用于對(duì)TPS導(dǎo)頻子載波進(jìn)行2DPSK調(diào)制初始化；每個(gè)OFDM符號(hào)傳送一個(gè)TPS比特，同一符號(hào)中的每個(gè)TPS載波傳送相同的差分編碼的信息比特，對(duì)應(yīng)于一個(gè)OFDM幀，每個(gè)TPS塊由64個(gè)比特組成，包括1個(gè)初始化比特、16個(gè)同步比特、34個(gè)信息比特和13個(gè)用于誤碼保護(hù)的冗余比特；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼正交頻分復(fù)用傳輸系統(tǒng)，其特征在于在2K工作模式下，每個(gè)OFDM符號(hào)的載波信號(hào)數(shù)M等于1561，數(shù)據(jù)信號(hào)子載波數(shù)N1等于1392，移動(dòng)導(dǎo)頻子載波數(shù)N2等于130，連續(xù)導(dǎo)頻子載波數(shù)N3等于41，TPS導(dǎo)頻子載波數(shù)N4等于8；Tu為204.8微秒；Kmax等于1560。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼正交頻分復(fù)用傳輸系統(tǒng)，其特征在于在4K工作模式下，每個(gè)OFDM符號(hào)的載波信號(hào)數(shù)M等于3121，數(shù)據(jù)信號(hào)子載波數(shù)N1等于2784，移動(dòng)導(dǎo)頻子載波數(shù)N2等于260，連續(xù)導(dǎo)頻子載波數(shù)N3等于81，TPS導(dǎo)頻子載波數(shù)N4等于16；Tu為409.6微秒；Kmax等于3120。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼正交頻分復(fù)用傳輸系統(tǒng)，其特征在于在8K工作模式下，每個(gè)OFDM符號(hào)的載波信號(hào)數(shù)M等于6241，數(shù)據(jù)信號(hào)子載波數(shù)N1等于5568，移動(dòng)導(dǎo)頻子載波數(shù)N2等于520，連續(xù)導(dǎo)頻子載波數(shù)N3等于161，TPS導(dǎo)頻子載波數(shù)N4等于32；Tu為819.2微秒；Kmax等于6240。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的編碼正交頻分復(fù)用傳輸系統(tǒng)，其特征在于所有的數(shù)據(jù)單元的調(diào)制經(jīng)歸一化，使E(CC*)＝1；連續(xù)、移動(dòng)和TPS導(dǎo)頻均在提升的功率上發(fā)射，使E(CC*)＝16/9。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的編碼正交頻分復(fù)用傳輸系統(tǒng)，其特征在于偽隨機(jī)二進(jìn)制序列發(fā)生器用的連接多項(xiàng)式為x13+x4+x3+x+1，預(yù)置11111111111，使該偽隨機(jī)二進(jìn)制序列的第一輸出比特與第一個(gè)有效載波重合，在每個(gè)使用的載波上由該序列產(chǎn)生一個(gè)新的數(shù)值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的編碼正交頻分復(fù)用傳輸系統(tǒng)，其特征在于TPS中的第2～17比特是一個(gè)同步字，每幀依次取0011010111101110和1100101000010001。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的編碼正交頻分復(fù)用傳輸系統(tǒng)，其特征在于TPS誤碼保護(hù)采用(63，50，t＝3)本原BCH碼，碼生成多項(xiàng)式為g(x)＝x13+x12+x11+x10+x9+x8+x6+x3+x+1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)字地面廣播COFDM傳輸系統(tǒng)中的信號(hào)傳輸方法?；鶐?shù)字調(diào)制信號(hào)采樣率為10MHz，一幀OFDM信號(hào)由64個(gè)OFDM符號(hào)組成，每個(gè)OFDM符號(hào)由持續(xù)期為Ts的多個(gè)載波信號(hào)組成，其中包括若干個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)子載波、移動(dòng)導(dǎo)頻子載波、連續(xù)導(dǎo)頻子載波和TPS導(dǎo)頻子載波，各類載波有規(guī)律地排列。連續(xù)導(dǎo)頻和移動(dòng)導(dǎo)頻子載波基準(zhǔn)信號(hào)由一個(gè)偽隨機(jī)二進(jìn)制序列獲得，該序列也用于對(duì)TPS導(dǎo)頻子載波進(jìn)行2DPSK調(diào)制初始化。每個(gè)TPS塊的64個(gè)比特包括1個(gè)初始化比特、16個(gè)同步比特、34個(gè)信息比特和13個(gè)用于誤碼保護(hù)的冗余比特。本發(fā)明設(shè)計(jì)的信號(hào)傳輸方法顯著提高了COFDM傳輸系統(tǒng)的性能，同時(shí)使得接收機(jī)可以更簡單地實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H04J11/00GK1407745SQ01130988
公開日2003年4月2日 申請(qǐng)日期2001年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月29日
發(fā)明者葛建華, 李兵兵, 張文軍, 王匡 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué), 上海交通大學(xué), 浙江大學(xué)