CN100446574C - 一种用于移动和手持无线电视广播的传输帧方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于移动和手持无线电视广播的传输帧方法，信道编码采用了LDPC编码方式，在高速移动下，能够纠正更多的因恶劣的信道环境及多普勒效应引起的错误。本发明提出一种针对不同的节目流的分时传输的传输帧，通过在扩展的传输包的前5个字节中加入服务类型指示、时间/同步指针和节目分类/内容索引等标识信息，使得在接收端可以加快系统同步及处理速度，降低接收端设备的实现复杂度，同时也就降低了接收端设备的功耗。本发明可广泛用于移动和手持的无线电视传输领域，特别适用于对接收端设备的功耗要求较高的领域。

Description

一种用于移动和手持无线电视广播的传输帧方法

技术领域

本发明涉及无线电视传输领域，尤其是用于移动和手持接收的无线电视广播的传输领域中。

背景技术

在现代通信中，通信传输手段主要是光纤、卫星、数字微波、地面无线广播等。目前中国数字电视按信号传输方式可以分为地面无线传输数字电视(地面数字电视)、卫星传输数字电视(卫星数字电视)、有线传输数字电视(有线数字电视)三类。而移动和手持的无线电视是地面数字电视的重要应用。数字电视地面广播在应用需求上要求实现移动和便携接收功能。

目前，国内外的地面数字电视传输标准/方案现有：

1)美国地面数字电视传输标准                ATSC       (自1995年起实施)

2)欧洲地面数字电视传输标准                DVB-T      (自1997年起实施)

3)欧洲针对手持设备的地面数字电视传输标准  DVB-H

4)日本地面数字电视传输标准                ISDB-T     (待实施)

5)清华大学的地面数字电视传输方案          DMB-T

6)上海交通大学的地面数字电视传输方案      ADTB

7)电子科技大学地面数字电视传输方案        SMCC&SMCC-plus

8)广科院的地面数字电视传输方案            TiMi

在以上的国内外的地面数字电视传输标准/方案中，只有欧洲的DVB-H标准才考虑到了针对移动和手持接收的特殊要求，特别是高速移动、节电(时分分段接收)、多节目、多种码流接收等要求。DVB-H标准可看成是DVB-T标准的扩展应用，它依托DVB-T传输系统，通过增加一定的附加功能和改进技术使手机等便携设备能够稳定的接收地面广播电视信号。与DVB-T标准相比，DVB-H终端具有更低的功耗，移动接收和抗干扰性能更为优越。DVB-H标准在DVB-T标准基础上主要增加了几个关键技术，即用于降低终端功耗的时间分片技术、用于提高系统的移动性能和抗脉冲干扰能力的MPE-FEC技术即用于多协议数据封装的前向纠错技术、在原有的2K模式和8K模式下增加了4K模式以协调移动接收性能和单频网规模、设计专用的传输参数信令使接收终端能更快地发现DVB-H业务以提高系统同步和业务访问速度。但是DVB-H标准由于是在DVB-T标准的基础上进行的改进，它的信道编码仍然采用DVB-T标准的级联码即采用Reed-Solomon(RS)编码、外交织、内码和内交织的级联方式进行信道编码，与LDPC编码相比，这种级联码的编码效率较低。DVB-H采用MPE-FEC来提高系统的移动性能及抗脉冲干扰能力，但是由于MPE-FEC采用的是一种多协议封装方式，这就大大增加了复用器和解复用器的处理复杂度，特别是在各种协议之间相互转换时更显得复杂，此外在接收端解复用器的复杂度增加也使得接收设备的功耗增加。

清华大学的地面数字电视传输方案(DMB-T)如图1所示，它首先在传输帧形成模块11中对来自复用器的多节目传输流进行组帧得到传输帧，然后依次通过随机化模块3、3744点短LDPC块编码模块4、星座映射模块5、数据帧内36bit系统信息插入模块6、3780点IFFT模块7、420PN短同步插入模块8、基带滤波模块9和中频调制和上变频模块10得到已调射频信号。该种方案由于没有考虑到移动特别是便携接收终端的功耗问题，所以无法用在手持式的无线电视广播领域中。

发明内容

本发明提供一种用于移动和手持无线电视广播的传输帧方法，它具有功耗低、系统同步快捷、容易实现等优点，可以满足接收设备针对移动和手持接收的特殊要求，特别是高速移动、节电(时分分段接收)、多节目、多种码流接收等要求。

本发明的核心是传输帧-小五帧的分块结构、LDPC码设计、星座映射以及扩展的传输包及其指针链设计。

为了方便地说明本发明，首先作如下的术语定义：

PN：指伪随机序列；

LDPC块编码方式：指一种线性分组码，因为其校验矩阵的稀疏性，其译码复杂度只和码长成线性关系，在长码长的时候，仍可有效地解码，故能有效地逼近香农限(Shannon-limit)的一种编码方式，详见文献“R.G.Gallager，Low Density Parity Check Codes.Cambridge，MA：MIT Press，1963”；

星座映射：将二进制数字调制方式转化为多进制数字调制方式的过程，在数字通信系统中，常用的多进制数字调制方式包括恒定幅度调制和非恒定幅度调制，M进制相位调制(MPSK)和正交幅度调制(QAM)是这两种调制方式的典型应用。

二进制的模2和运算：指操作数只有0和1，其运算规则为0与0、0与1、1与0的模2和均为0，1与1的模2和为1；

IFFT：指快速傅立叶反变换；

FEC：指前向纠错编码；

QPSK：指四象限相位调制；

PSK：指相位键控；

QAM：指正交幅度调制；

sps：指每秒符号数。

本发明提供一种用短LDPC误码保护的移动和手持无线电视的传输帧方法，如图2所示，它包括以下几个步骤：

步骤1、将来自复用器的多节目传输流中的符合MPEG-2标准的传输包或任意其它具有188包打包格式的传输包通过多节目多码流扩展的传输包形成模块1转换为扩展的传输包，一个扩展的传输包格式(如图5所示)共195字节，其中字节1～7为扩展的传输包的包头，扩展的传输包包头的第1字节为本扩展的传输包的服务类型指示，其中，0x00表示条件接收服务所需的信息，第2字节到第3字节用于时间/同步指针，第4字节到第7字节用于节目分类/内容索引，第8字节到第195字节为MPEG-2标准的传输包或任意其它具有188包打包格式的传输包；

步骤2、由步骤1得到的扩展的传输包序列送至指针链对应及传输帧中数据帧形成模块2得到传输帧中的数据帧，具体操作方式是：首先从步骤1得到的扩展的传输包序列中取出num个同一节目的扩展的传输包，形成一个小五帧，其中num为一个小五帧中扩展的传输包的个数，它与LDPC编码率有关，如图13所示，如果同一节目的扩展的传输包个数不足num个，则通过加空包补充，然后如图3所示将属于同一系统参数(如系统调制方式、LDPC编码率等)的11个小五帧组合在一起形成一个传输帧中的数据部分，然后再将4个传输帧组成一个超帧，并在4个传输帧前插入一个超帧的首帧，超帧的首帧可用于传输系统信息，在每个扩展的传输包包头的时间/同步指针字段记录该扩展的传输包所对应的下一个扩展的传输包所处的秒帧、超帧、传输帧、小五帧中的位置，得到指针链，同时根据每个扩展的传输包的服务类型确定该扩展的传输包包头中的服务类型指示字段的值，另外根据每个扩展的传输包所在节目及所在节目的位置确定该扩展的传输包包头中的节目分类/内容索引字段的值，由此构成传输帧中的数据帧；

步骤3、将步骤2得到的数据帧中的数据经过随机化模块3将数据随机化，得到随机化后的数据帧；

步骤4、如图17所示，如果系统设置LDPC编码率为1/2，则从步骤3中得到的随机化后的数据以1872个符号组成一个数据块，如果系统设置LDPC编码率为2/3，则从步骤3中得到的随机化后的数据以2496个符号组成一个数据块，如果系统设置LDPC编码率为3/4，则从步骤3中得到的随机化后的数据以2808个符号组成一个数据块，每个数据块通过3744点LDPC块编码模块4处理后得到经过LDPC编码的数据块，如图3所示，在3744点LDPC块编码模块4中，每接收到55个数据块，均要在第55个数据块后增加一个数据效验块，数据效验块中的数据是对该数据效验块前的55个数据块进行纵向模2和的运算后得到，即数据效验块中的每一位数据等于对该数据效验块前的55个数据块的相应位进行二进制的模2和，例如数据效验块中数据的最低位等于对该数据效验块前的55个数据块的最低位进行二进制的模2和，数据效验块长度与编码前的数据块长度相同，然后通过3744点LDPC块编码模块4进行LDPC编码，含有这种数据效验块的信号帧又称为纵向LDPC校验帧；

步骤5、将步骤4得到的经过LDPC编码后的数据块和数据效验块通过星座映射模块5进行星座映射，得到与系统调制方式相对应的调制信号，如调制方式为64QAM，星座映射模块5的输出则为64QAM调制信号；

步骤6、将步骤5得到的调制信号经过数据帧内36bit系统信息插入模块6得到3780点数据帧，数据内36bit系统信息插入模块6是在每个3744点的数据帧中插入36bit系统信息组成3780点数据帧；该3780点数据帧再通过3780点IFFT模块7得到对应的时域数据帧；

步骤7、由步骤6得到的每个3780点时域数据帧通过420PN短同步插入模块8插入420点短PN数据，得到4200点时域数据帧，420PN短同步插入模块8是在输入的3780点时域数据帧前加420点短PN信号；

步骤8、由步骤7得到的4200点频域数据分别通过基带滤波模块9、中频调制和上变频模块10后得到已调制的射频信号。

通过以上步骤就可以实现经过短LDPC误码保护的移动和手持无线电视广播。

需要说明的是：

在步骤1中所述的扩展的传输包中的时间/同步指针用于指示扩展的传输包分时传输时的同步，节目分类/内容索引用于描述承载业务的分类信息和内容描述。其中如图6所示，扩展的传输包包头的第2字节和第3字节即时间/同步指针字段的第1～2比特表示秒距离，取值为0～3之间的整数，第3～5比特表示超帧距离，取值为0～7之间的整数，第6～7比特表示传输帧距离，取值为0～3之间的整数，第10～13比特表示小五帧距离，取值为0～10之间的整数，第13～16比特表示小五帧内扩展的传输包的包号指示，取值为0～53之间的整数；如图7所示，4字节的节目分类/内容索引中的1～8比特为连续计数器，9～32比特为内容分段或同步时间戳；如果扩展的传输包的服务类型相同，则节目分类/内容索引中的连续计数器是连续的，当连续计数器等于1表示一个描述内容分段开始，连续增长到M，其中M小于等于254，连续计数器值等于255，则表示当前包的内容表述与前面相同或者处在同一个小五帧中；如果服务类型为独立的音频或者视频，连续计数器等于0，此时节目分类/内容索引中的9～32比特用于同步的时间戳以完成音频或视频的同步标识。

在步骤2中所述的时间/同步指针域的填入中需要说明的是在每个小五帧的第一个扩展的传输包包头的时间/同步指针域指向本扩展的传输包，第二个扩展的传输包包头的时间/同步指针域指向本节目表述的下一个小五帧的第一个扩展的传输包，第三个扩展的传输包包头的时间/同步指针域指向本节目表述的再下一个小五帧的第一个扩展的传输包，小五帧中其它扩展的传输包包头的时间/同步指针域则指向域当前扩展的传输包同节目的下一个扩展的传输包的位置，如当前的扩展的传输包(该扩展的传输包不是它所在的小五帧的第一、第二或第三个扩展的传输包)中的2字节的时间/同步指针的值分别为1、3、6、2、10，则表示当前扩展的传输包所对应的下一个扩展的传输包是在下一个秒帧中的第4个超帧中的第7个传输帧中的第3个小五帧中的第11个扩展的传输包；

在步骤3中所述的随机化模块3是通过对数据的随机化以完成能量扩散。

在步骤4中所述的经过LDPC编码后的数据块，如图3所示，它是信号帧的帧体中的一部分，另外3744点LDPC块编码模块4是采用3744点LDPC块编码方式进行信道编码，其编码后数据块的长度均为3744个符号，其编码率分为1/2，2/3，3/4三种。如图17所示，为系统处理和与传输流接口方便，每个LDPC的编码块在不同的编码率下均是完整的字节数据。LDPC的编码块是基于二进制的编码，其编码方法如下，对于正则二元LDPC码(n，d_v，d_c)，其中n为码字长度，d_v为列重，d_c为行重，以t个码字为一组，记为：

R＝[a₁ ^H，a₂ ^H，...a_t ^H，]

其中，a_k(k＝1，2，…t)为n×1维矩阵

令

计算

a_t+1＝RT

在发送端每当发送t个码字后，发送第t+1码字a_t+1。在接收端，如果接收到这t个码字中有一个码字错误，如第i个码字错误，记为a_i，其中1≤i≤t，则解码第t+1码字(a_t+1)，用a_t+1代替a_i，重新构建矩阵：

R′＝[a₁ ^H，a₂ ^H，...a_i-1 ^H，a_i+1 ^H，a_i+1 ^H，...a_t ^H，]

重新计算

a_i′＝(R′T)^H

最后用a_i′替代R中的错误码字a_i，得到矩阵：

R”即为t个码字的解码正确结果。

如果收端解码t个码字都无错误，则无必要解码冗余的第t+1码字。

如果收端解码t个码字有两个或两个以上码字错误。则此组码字错误码字无法校正，无必要解码冗余的第t+1码字。

在步骤5中，星座映射采用并行的比特映射方式进行星座映射，这种并行的比特映射方式具体步骤是首先根据调制方式的不同，依次接收m个LDPC编码块，其中每个LDPC块的长度为3744，然后将m个LDPC编码块中的比特数据从低位到高位依次并行地输出，每次并行输出的m比特信息经星座映射形成一个QAM或8PSK或QPSK符号，m个LDPC编码块中的比特数据输出完后得到3744个QAM或8PSK或QPSK符号。例如，对于64QAM，每6比特对应于1个符号，6个LDPC编码输出的比特数据从低位到高位依次并行地输出，每次并行输出的6比特信息经星座映射形成一个QAM符号，映射后的信号电平的选择分别为-7，-5，-3，-1，+1，+3，+5和+7，其星座映射见图8所示；对于32QAM，每5比特对应于1个符号，5个LDPC编码输出的比特数据从低位到高位依次并行地输出，每次并行输出的5比特信息经星座映射形成一个QAM符号，映射后的信号电平的选择分别为-7.5，-4.5，-1.5，+1.5，+4.5，+7.5，其星座映射见图9所示；对于16QAM，每4比特对应于1个符号，4个LDPC编码输出的比特数据从低位到高位依次并行地输出，每次并行输出的4比特信息经星座映射形成一个QAM符号，映射后的信号电平的选择分别为-6，-2，+2，+6，其星座映射见图10所示；对于8PSK，每3比特对应于1个符号，3个LDPC编码输出的比特数据从低位到高位依次并行地输出，每次并行输出的3比特信息经星座映射形成一个8PSK符号，映射后的信号电平的选择在一个半径为10的圆上，其星座映射见图11所示；对于QPSK，每2比特对应于1个符号，2个LDPC编码输出的比特数据从低位到高位依次并行地输出，每次并行输出的2比特信息经星座映射形成一个QPSK符号，映射后的信号电平的选择分别为-4.5，+4.5，其星座映射见图12所示。采用并行的比特映射方式可以有利于在接收端能够快速的进行LDPC解码并能使解码性能接近香农限。

在步骤6中所述的3780点数据帧就是一个信号帧的完整的帧体部分(如图3所示)，3780点IFFT模块7其功能是通过IFFT运算实现正交频分复用(OFDM)的功能；

在步骤7中所述的420点短PN数据就是一个信号帧的帧头部分(如图3所示)，所得到的4200点时域数据帧即为一个完整的信号帧，其中信号帧中的帧体部分的数据块为数据效验块的信号帧又称为“纵向LDPC校验帧”，每5个信号帧构成一个小五帧。

本发明中所设计的传输帧为不同的节目流的分时传输而设，它必须含有同一个节目供应商的表述内容，且必须完整地传输。如图3所示，一个传输帧有55个信号帧和1个“纵向LDPC校验帧”组成。信号帧是系统帧结构的基本单元，其长度为4200个符号，时间持续值为555.56微秒(1/1800秒)；如图4所示，每个信号帧包括420个符号的帧头和3780个符号的帧体组成，帧头和帧体信号的基带符号率相同即均为7.56Msps，其中，帧头部分由PN信号构成，长度为420个符号，帧头可采用BPSK调制方式，即I路和Q路信号相同；帧体部分包括36个符号的系统信息和3744个符号的数据信息或纵向LDPC校验信息，“纵向LDPC校验帧”是一种特殊的信号帧，它采用一种“纵向模2和冗余校验包”的编码方式，这种编码方式是首先对55个信号帧的纵向模2和后得到3744个符号，然后再进行3744点LDPC编码，最后得到一个冗余校验帧作为一个传输帧的最后一个信号帧；帧体信号定义为频域数据形式，由频域定义的帧体信号首先通过3780点IFFT模块7进行IFFT转换成时域信号，然后在420PN短同步插入模块8中插入帧头部分后即形成一个信号帧。在每个传输帧中，5个信号帧组成一个最小的节目流传输单位，称为小五帧，对某个节目信息供应商，传输帧内不同的小五帧可以包含不同的节目内容，但传输参数的变更必须以传输帧为单位。4个传输帧加上一个首帧组成一个共有225个信号帧的超帧，整个超帧持续时间长度为125毫秒，8个超帧为1秒，这样便于与授时系统(例如GPS)校准时间同步。超帧的首个信号帧即首帧内含有系统的相关信息指示，在传输帧内所有传输参数保持不变。超帧以上的秒、分、日帧的定义与清华大学的DMB-T方案相同即一个日帧内有691200个超帧，86400个秒帧，1440个分帧。一个传输帧的持续传输时间为280/9毫秒，在分时传送时，可以在约50毫秒内完成接收机的节电接通或切换。对包括高频头和传输解码及解调部分的节电可达80％～90％，对只接收信道内某些短小节目的手持式接收，节电可达85％～95％，同时，对多节目/多种码流接收、收费控制等特殊要求的应用领域也能方便、安全地实现。

通过以上对帧结构的安排，它保证了在不同的LDPC编码率和信号调制的所有情形下，在一个信号帧内均包含m个LDPC块，其中，m为整数，它的取值为2，3，4，5，6，分别对应于QPSK、8PSK、16QAM、32QAM、64QAM的调制方式，同时也保证了每个传输帧内包含m×56个LDPC块以及每个小五帧和传输帧内包含了整数个扩展的传输包，如图13，图14，图15所示，其中，图13表明了不同LDPC编码率下每5个LDPC编码块中扩展的传输包的包数，图14表明了不同LDPC编码率和调制方式下每五个信号帧即每个小五帧中扩展的传输包的包数，图15表明了不同LDPC编码率和调制方式下一个传输帧内传送的扩展的传输包的包数。依据图15，可以计算出本系统在不同的LDPC编码率和调制方式系统的数据传输率，其结果参见图16所示。

本发明提出了一种用于移动和手持无线电视广播的传输帧方法，其实质是该方法主要针对移动和手持接收的特殊要求，特别是高速移动、节电(时分分段接收)、多节目、多种码流接收等要求，完成系统和参数的设计及优化，该方法中LDPC编码的设计和传输帧的分层结构为两大关键问题。在移动/手持数字电视中，短LDPC编码的采用不仅简化了FEC的整个结构，而且由于采用了3744点的短帧长的LDPC码和不同的编码率，就有可能采用实时的“整帧解码后反馈”的工作方式，大幅度提高了移动和手持无线电视传输系统的抗干扰能力。短帧长的LDPC码不仅在系统设计上带来方便，其编/解码快速，而且实现时占用较少的存储，误码平底可达10^-8以上。为了进一步降低误码平底，本系统采用了对每55个LDPC编码块加入一包“纵向模2和冗余校验包”的编码方式，使误码平底进一步降低至10^-10，达到了对移动和手持无线电视传输系统的传输误码要求。本发明按表1所示的编码率设计了优良性能的短LDPC码，同时也采用了“纵向模2和冗余校验包”的编码方式。因此，在传输帧中，第56信号帧(末帧)所传输的是“纵向模2和冗余校验包”的校验信息，这1/56≈2％的附加FEC开销换取的是LDPC短码性能的改善及其的工程实现的简易性。

本发明的有益效果是：本发明信道编码采用了LDPC编码方式，它比DVB-H采用的级联码效率要高，在高速移动下，能够纠正更多的因恶劣的信道环境及多普勒效应引起的错误。本发明通过在扩展的传输包的前5个字节中加入服务类型指示、时间/同步指针和节目分类/内容索引等标识信息，使得在接收端无须象DVB-H标准那样必须通过复杂的解复用后才能获得这类信息，这样加快系统同步及处理速度，降低接收端设备的实现复杂度，同时也就降低了接收端设备的功耗。在本发明中，为不同的节目流的分时传输而设的传输帧的持续传输时间为280/9毫秒，即约31.11毫秒，所以在分时传送时，可以在约50毫秒内完成接收机的节电接通/切换，对只接收信道内某些短小节目的手持式接收，包括高频头和传输解码/解调部分的节电可达85％～95％，这也大大降低了便携式移动接收设备的功耗，同时传输帧结构通过合理的设置，使得每个传输帧在不同的LDPC码率和调制方式下都包含整数个扩展的传输包，这也大大降低了接收端的处理复杂度。

通过对传输帧和系统参数的合理设计、优化以及通过采用短LDPC编码、对每55个信号帧加入一个“纵向LDPC校验帧”、并行的比特映射方式等技术，本发明可广泛用于移动和手持的无线电视传输领域，特别是对接收端设备的功耗要求较高的领域，该发明对于移动和手持的无线电视广播领域提供了一个很好的技术支持。

附图说明

图1DMB-T的发端结构框图。

其中，图中的11表示传输帧形成模块，3表示随机化模块，4表示3744点短LDPC块编码模块，5表示星座映射模块，6表示数据帧内36bit系统信息插入模块，7表示3780点IFFT模块，8表示420PN短同步插入模块，9表示基带滤波模块，10表示中频调制和上变频模块。

图2本发明的移动和手持无线电视传输系统发端结构框图。

其中，图中的1表示多节目多码流扩展的传输包形成模块，2表示指针链对应及传输帧中数据帧形成模块，3表示随机化模块，4表示3744点短LDPC块编码模块，5表示星座映射模块，6表示数据帧内36bit系统信息插入模块，7表示3780点IFFT模块，8表示420PN短同步插入模块，9表示基带滤波模块，10表示中频调制和上变频模块。

图3是本发明的传输帧的帧结构。

其中，图中1个超帧由1个首帧和4个传输帧组成，一个传输帧56个信号帧组成，每5个信号帧为一个小五帧，而传输帧的最后一个信号帧为LDPC校验帧，一个信号帧有帧头和帧体组成。

图4是信号帧内部结构图。

该图表明一个信号帧有420个符号的帧头和有3780个符号的帧体两部分组成。

图5是扩展的传输包内部分配图。

其中，第1字节为本扩展的传输包的服务类型指示，第2～3字节为同步指针，第4～7字节为节目分类/内容索引，第8～195字节为MPEG-2传输包188字节数据。

图6是扩展的传输包中第2字节和第3字节各比特功能分配图。

其中，比特1～2表示秒距离，比特3～5表示超帧距离，比特6～7表示传输帧距离，比特10～13表示小五帧距离，比特13～16表示小五帧内扩展的传输包包号指示。

图7是扩展的传输包中第4字节和第7字节各比特功能分配图。

其中，比特1～8表示连续计数器，比特9～32表示内容分段。

图8是64QAM星座映射图。

其中，图中的横坐标为映射后的i路信号值，纵坐标为映射后的q路信号值，*表示星座点，*上的一串6位二进制数字表示星座映射时的输入信号，如当输入信号为000000时，i路信号值为-7，q路信号值为-7。

图9是32QAM星座映射图。

其中，图中的横坐标为映射后的i路信号值，纵坐标为映射后的q路信号值，*表示星座点，*上的一串5位二进制数字表示星座映射时的输入信号，如当输入信号为00000时，i路信号值为-1.5，q路信号值为-1.5。

图10是16QAM星座映射图。

其中，图中的横坐标为映射后的i路信号值，纵坐标为映射后的q路信号值，*表示星座点，*上的一串4位二进制数字表示星座映射时的输入信号，如当输入信号为0000时，i路信号值为-2，q路信号值为-2。

图11是8PSK星座映射图。

其中，图中的横坐标为映射后的i路信号值，纵坐标为映射后的q路信号值，*表示星座点，*旁边的一串3位二进制数字表示星座映射时的输入信号，3位二进制数字下的数字表示当输入为该3位二进制数时，i路和q路信号的值，如当输入信号为000时，i路信号值为10，q路信号值为0，虚线表示以横坐标和纵坐标交叉点为圆心，半径为10的一个圆，所有的星座点均在该圆或接近该圆上。

图12是QPSK星座映射图。

其中，图中的横坐标为映射后的i路信号值，纵坐标为映射后的q路信号值，*表示星座点，*上的一串2位二进制数字表示星座映射时的输入信号，如当输入信号为00时，i路信号值为-4.5，q路信号值为-4.5。

图13是不同LDPC编码率下每5个LDPC编码块中扩展的传输包的包数。

图14是不同LDPC编码率和不同调制方式下每五个信号帧即每个小五帧中扩展的传输包的包数。

图15是不同LDPC编码率和不同调制方式下一个传输帧内传送的扩展的传输包的包数。

图16是在不同的工作方式下系统的数据传输率。

图17是每个LDPC的编码块在不同的编码率下字节数据。

具体实施方式

本发明中的多节目多码流扩展的传输包形成模块1和指针链对应及传输帧中数据帧形成2可通过计算机中应用软件编程来实现也可用DSP(DigitalSignal Processor)来实现。

以下以系统调制方式为QPSK，编码率为1/2为例说明多节目多码流扩展的传输包形成模块1和指针链对应及传输帧中数据帧形成2这两个模块具体实现的过程：首先在复用器来的每个标准的MPEG-2传输包或任意其它具有188包打包格式的传输包前按照图4所示增加7个字节从而转化为扩展的传输包，然后存储4秒帧中所包含的所有扩展的传输包，由图2、表2和表3所示由于系统调制方式设为QPSK，编码率为1/2可得到每个小五帧中的扩展的传输包个数应为12个(每个小五帧中的扩展的传输包要求保证都是同一节目的扩展的传输包，如果某个节目的扩展的传输包不足，则要通过增加若干个空包来满足该要求)，每个传输帧中的扩展的传输包个数为132个(每个传输帧的系统参数要求保持一致，如果不一致，则要求在不同的传输帧中分开传输)，每个超帧中的扩展的传输包个数为528个，每个秒帧则有4224个，所以需要存储16896个扩展的传输包，最后在存储完4秒帧的扩展的传输包后，要计算每个扩展的传输包的位置及该扩展的传输包所对应的下一个扩展的传输包的位置，以得到每个扩展的传输包中的包头的值，如当前扩展的传输包(该扩展的传输包不是它所在的小五帧的第一、第二或第三个扩展的传输包)所对应的下一个扩展的传输包是在下一个秒帧中的第4个超帧中的第7个传输帧中的第3个小五帧中的第11个扩展的传输包，则当前的扩展的传输包中的2字节的时间/同步指针的值分别为1、3、6、2、10，如当前的扩展的传输包位于一个小五帧的第一个扩展的传输包，则时间/同步指针的值为0、0、0、0、0。如当前的扩展的传输包的内容为条件接收服务信息，则当前扩展的传输包包头的第1字节应为0x00。

本发明的随机化模块3、3744点短LDPC块编码模块4、星座映射模块5、数据帧内36bit系统信息插入模块6、3780点IFFT模块7、420PN短同步插入模块8、基带滤波模块9可以采用DSP(Digital Signal Processor)来实现其算法，也可通过FPGA(Field Programmable Gate Array)来实现。中频调制和上变频模块10则可通过通用的上变频器实现。

其中需要说明的是3744点短LDPC块编码4在FPGA实现中，发端和收端各需要n×t个存储寄存器位以存储t个码字，各需要n个二输入异或门以计算冗余码字，传输码率由R＝1-d_v/d_c降为 $R^{\′}=\frac{t}{t+1}R,$ 并且每接收并解码t+1个码字才能输出此组码字解码结果，延时增大。所以编码分组大小t需要慎重选择，延时和硬件复杂度都随t的增大线性增加，并且在t内出现两个或两个以上码字错误的可能增大。但是如果t过小，则冗余包过多，明显地降低实际传输码率。

综上所述，本发明有功耗低、抗干扰能力强、系统同步快等优点，特别适用于移动和手持的无线电视广播领域。

Claims (4)

1、一种用于移动和手持无线电视广播的传输帧方法，它包括下面的步骤：

步骤1、将来自复用器的多节目传输流中的符合MPEG-2标准的传输包或任意其它具有188包打包格式的传输包通过多节目多码流扩展的传输包形成模块(1)转换为扩展的传输包，一个扩展的传输包格式共195字节，其中字节1～7为扩展的传输包的包头，扩展的传输包包头的第1字节为本扩展的传输包的服务类型指示，其中，0x00表示条件接收服务所需的信息，第2字节到第3字节用于时间/同步指针，第4字节到第7字节用于节目分类/内容索引，第8字节到第195字节为MPEG-2标准的传输包或任意其它具有188包打包格式的传输包；

步骤2、由步骤1得到的扩展的传输包序列送至指针链对应及传输帧中数据帧形成模块(2)得到传输帧中的数据帧，具体操作方式是：首先从步骤1得到的扩展的传输包序列中取出num个同一节目的扩展的传输包，形成一个小五帧，其中num为一个小五帧中扩展的传输包的个数，它与LDPC编码率有关，如果同一节目的扩展的传输包个数不足num个，则通过加空包补充，然后将属于同一系统参数的11个小五帧组合在一起形成一个传输帧中的数据部分，然后再将4个传输帧组成一个超帧，并在4个传输帧前插入一个超帧的首帧，超帧的首帧用于传输系统信息，在每个扩展的传输包包头的时间/同步指针字段记录该扩展的传输包所对应的下一个扩展的传输包所处的秒帧、超帧、传输帧、小五帧中的位置，得到指针链，同时根据每个扩展的传输包的服务类型确定该扩展的传输包包头中的服务类型指示字段的值，另外根据每个扩展的传输包所在节目及所在节目的位置确定该扩展的传输包包头中的节目分类/内容索引字段的值，由此构成传输帧中的数据帧；

步骤3、将步骤2得到的数据帧中的数据经过随机化模块(3)将数据随机化，得到随机化后的数据帧；

步骤4、如果系统设置LDPC编码率为1/2，则从步骤3中得到的随机化后的数据以1872个符号组成一个数据块，如果系统设置LDPC编码率为2/3，则从步骤3中得到的随机化后的数据以2496个符号组成一个数据块，如果系统设置LDPC编码率为3/4，则从步骤3中得到的随机化后的数据以2808个符号组成一个数据块，每个数据块通过3744点LDPC块编码模块(4)处理后得到经过LDPC编码的数据块，在3744点LDPC块编码模块(4)中，每接收到55个数据块，均要在第55个数据块后增加一个数据效验块，数据效验块中的数据是对该数据效验块前的55个数据块进行纵向模2和的运算后得到，即数据效验块中的每一位数据等于对该数据效验块前的55个数据块的相应位进行二进制的模2和，数据效验块长度与编码前的数据块长度相同，然后通过3744点LDPC块编码模块(4)进行LDPC编码，含有这种数据效验块的信号帧又称为纵向LDPC校验帧；

步骤5、将步骤4得到的经过LDPC编码后的数据块和数据效验块通过星座映射模块(5)进行星座映射，得到与系统调制方式相对应的调制信号；

步骤6、将步骤5得到的调制信号经过数据帧内36bit系统信息插入模块(6)得到3780点数据帧，数据内36bit系统信息插入模块(6)是在每个3744点的数据帧中插入36bit系统信息组成3780点数据帧；该3780点数据帧再通过3780点IFFT模块(7)得到对应的时域数据帧；

步骤7、由步骤6得到的每个3780点时域数据帧通过420PN短同步插入模块(8)插入420点短PN数据，得到4200点时域数据帧，420PN短同步插入模块(8)是在输入的3780点时域数据帧前加420点短PN信号；

步骤8、由步骤7得到的4200点频域数据分别通过基带滤波模块(9)、中频调制和上变频模块(10)后得到已调制的射频信号。

2、根据权利要求1所述的一种用于移动和手持无线电视广播的传输帧方法，其特征是在步骤1中所述的扩展的传输包包头的第2字节和第3字节即时间/同步指针字段中的1～2比特表示秒距离，取值为0～3之间的整数，3～5比特表示超帧距离，取值为0～7之间的整数，6～7比特表示传输帧距离，取值为0～3之间的整数，10～13比特表示小五帧距离，取值为0～11之间的整数，13～16比特表示小五帧内扩展的传输包的包号指示，取值为0～53之间的整数；扩展的传输包包头的第4字节和第7字节即节目分类/内容索引字段中的1～8比特为连续计数器，9～32比特为内容分段或同步时间戳；如果扩展的传输包的服务类型相同，则节目分类/内容索引中的连续计数器是连续的，当连续计数器等于1表示一个描述内容分段开始，连续增长到M，其中M小于等于254，当连续计数器值等于255，则表示当前包的内容表述与前面相同或者处在同一个小五帧中；如果服务类型为独立的音频或者视频，连续计数器等于0，此时节目分类/内容索引中的9～32比特用于同步时间戳以完成音频或视频的同步标识。

3、根据权利要求1所述的一种用于移动和手持无线电视广播的传输帧方法，其特征是在步骤2中所述的传输帧有55个信号帧和1个“纵向LDPC校验帧”组成，信号帧是系统帧结构的基本单元，其长度为4200个符号，时间持续值为555.56微秒；每个信号帧包括420个符号的帧头和3780个符号的帧体组成，帧头和帧体信号的基带符号率相同即均为7.56Msps，其中，帧头部分由PN信号构成，长度为420个符号，帧头采用BPSK调制方式，即I路和Q路信号相同；帧体部分包括36个符号的系统信息和3744个符号的数据信息或纵向LDPC校验信息，“纵向LDPC校验帧”是一种特殊的信号帧，它采用一种“纵向模2和冗余校验包”的编码方式，这种编码方式是首先对55个信号帧的纵向求模2和后得到的3744个符号，然后再进行3744点LDPC编码，最后得到一个冗余校验帧作为一个传输帧的最后一个信号帧；帧体信号的定义为频域数据形式，由频域定义的帧体信号首先通过3780点IFFT模块(7)进行IFFT转换成时域信号，然后在420PN短同步插入模块(8)中插入帧头部分后即形成一个信号帧；在每个传输帧中，5个信号帧组成一个最小的节目流传输单位，称为小五帧；对某个节目信息供应商，传输帧内不同的小五帧包含不同的节目内容，但传输参数的变更必须以传输帧为单位；4个传输帧加上一个首帧组成一个共有225个信号帧的超帧，整个超帧持续时间长度为125毫秒，8个超帧为1秒。

4、根据权利要求1所述的一种用于移动和手持无线电视广播的传输帧方法，其特征是在步骤5中所述的星座映射采用并行的比特映射方式，所述并行的比特映射方式具体步骤是首先根据系统采用的调制方式，依次接收m个LDPC编码块，m为整数，它的取值为2、3、4、5、6，分别对应于QPSK、8PSK、16QAM、32QAM、64QAM的调制方式，每个LDPC编码块的长度为3744，然后将m个LDPC编码块中的比特数据从低位到高位依次并行地输出，每次并行输出的m比特信息经星座映射形成一个QAM或8PSK或QPSK符号，m个LDPC编码块中的比特数据输出完后得到3744个QAM或8PSK或QPSK符号。

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