CN100571068C - 数字卫星广播系统及信息传输方法、纠错编码系统及方法 - Google Patents

Abstract

数字卫星广播系统及传输方法、纠错编码系统及方法。其包括信源编码器(1)、码分复用(CDM)调制器(2)、发射机(3)、卫星(4)、码分复用(CDM)解调器(7)、信源解码器(8)，所述码分复用(CDM)调制器(2)包括高度结构化的低密度奇偶校验码(HD-LDPC)纠错编码模块；所述码分复用解调器(7)包括高度结构化的低密度奇偶校验码纠错解码模块。当多个信道的数字信号经信源编码器(1)编制后，送入码分复用(CDM)调制器(2)经过纠错编码、交织、扩频、调制后，在相同频段内复用起来，通过发射机(3)发射到卫星(4)，卫星(4)向业务区广播，码分复用解调器(7)接到卫星信号，经过解复用、解调制、解扩频、解交织，解纠错编码，输出到用户广播设备上。系统降低卫星数据传输的信噪比，为用户提供高质量的音频和视频。

Description

数字卫星广播系统及信息传输方法、纠错编码系统及方法

技术领域

本发明涉及数字信息通信技术领域，尤其是涉及一种卫星移动广播系统及其数字信息传输系统及方法、数字信号纠错编码系统及其方法。

背景技术

卫星通信是通信行业的一个重要分支，卫星通信系统是电子技术、通信技术和航天技术等相结合的产物，主要由通信卫星、地球站、接收站以及测量控制跟踪系统等组成。卫星通信和其它通信手段相比较，具有通信容量大、覆盖面积广、通信距离远、传输质量好、能全天候工作、可靠性高、组网灵活快捷和成本费用低等优点，因此在国家信息基础设施建设、实现普遍服务和国家信息安全战略中得到广泛应用。

目前的卫星通信系统，主要有固定业务的卫星系统(FSS)、移动业务的卫星系统(MSS)和广播业务的卫星系统(BSS)。其中，广播业务的卫星系统(BSS)特别是数字卫星广播系统随着信息化对通信的要求及卫星通信技术的发展，越来越受到业内关注。现阶段，数字卫星广播系统已经取得了很多成果，达到了实用阶段，目前世界上主要有两种数字卫星广播标准：

(1)数字视频卫星广播(Digital Video Broadcasting-Satellite，DVB-S)标准

DVB-S是由欧洲通信标准组织(European Telecommunications StandardsInstitute，ETSI)提出的。欧洲在1993年停止了数模混合制式电视系统的研究后，开始了数字电视广播系统的研究，并先后颁布了DVB-S、数字视频有线广播(Digital Video Broadcasting-Cable，DVB-C)、数字视频地面广播(Digital Video Broadcasting-Terrestrial，DVB-T)标准。其中DVB-S标准适用于卫星链路，DVB-S标准提供了一套完整的适用于卫星传输的数字电视系统规范，选定ISO/IEC MPEG-2标准作为音频及视频的编码压缩方式。在传输方式上，DVB-S标准采用级联编码，并使用单载波四相相移键控(QPSK)调制方式在11G/12GHz频率点上进行传输。

其中，MPEG-2是MPEG组织制定的一种数字视频、音频压缩、解压缩标准。MPEG是活动图像专家组(Moving Picture Exports Group)英文的缩写，于1988年成立，是为数字视/音频制定压缩标准的专家组，目前已拥有300多名成员，包括IBM、SUN、BBC、NEC、INTEL、AT&T等世界知名公司。MPEG组织最初得到的授权是制定用于“活动图像”编码的各种标准，随后扩充为“及其伴随的音频”及其组合编码。后来针对不同的应用需求，解除了“用于数字存储媒体”的限制，成为现在制定“活动图像和音频编码”标准的组织。MPEG组织制定的各个标准都有不同的目标和应用，目前已提出MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21标准。

四相相移键控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)，又称正交相移键控，是一种四进制的相位键控调制方式，可以看成是两正交的二相调制合成，把相继码元的四种组合(00、01、10、11)对应于载波的四个相位(0、±π/2、π)。调制的传输效率高，抗误码性能较优，其调制信号是包络恒定信号，传输信道中的幅度衰减对其性能无影响，非常适合卫星信道。

DVB-S系统在亚洲、澳洲、美国都得到了很好的响应，我国在1996年颁布广播电视数字传输技术体制，决定采用符合DVB-S标准的数字电视卫星广播系统。但是DVB-S标准仅仅适用于固定接收系统，不适用于移动终端设备，移动用户无法使用该系统。

(2)日韩数字卫星广播标准

1998年5月，Toshiba、SKTelecomm、Sharp、Toyota Motor等公司共同出资，成立了移动广播公司(Mobile Broadcasting Corporation，MBC)，并于2004年3月发射了广播卫星，现已开始运营，对日本、韩国提供服务。系统采用和DVB-S相同的MPEG-2视频编码技术，也使用了伪随机比特流(Pseudo-Random Binary Sequence，PRBS)、带交织的级联编码，并采用码分复用(CDM)扩频的方式进行传输。

码分复用(Code Division Multiplexing，CDM)是指每个信道作为编码信道实现位传输(特定脉冲序列)的一种技术。这种编码传输方式通过传输唯一的时间系列短脉冲完成，但在较长的位时间中则采用时间片断替代。每个信道，都有各自的代码，并可以在同一信道上进行传输以及异步解除复用，是靠不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式，主要和各种多址技术结合产生了各种接入技术，包括无线和有线接入。

日韩数字卫星广播借助于纠错功能或多通路技术，用户无论在室内和户外，还是在汽车、轮船、火车上，都可以收到信号，也就是其支持移动接收，但用实际应用的效果来看，性能仍然不够理想，有待进一步的改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数字卫星广播系统，该系统进一步降低卫星数据传输的信噪比，为用户提供高质量的音频和视频，同时满足了低成本和高性能的要求。

本发明的又一个目的在于提供一种数字信号纠错编码系统，具有更好的能够逼近香农极限的优良特性，编解码复杂度更适中，更能有效译码。

本发明的另一个目的在于提供一种数字信息传输的方法，该方法使纠错编码、交织、扩频后的数据更加利于数字卫星传输，有更大的信道容量、更强的纠错功能，从而更加有效地提高数字传输的速度，但又能得到高质量音频和视频信号。

本发明的再一个目的在于提供一种数字信号纠错编码的方法，具有更好的能够逼近香农极限的优良特性，编解码复杂度更适中，更能有效译码。

为实现本发明的卫星移动广播系统的技术方案为：

一种数字卫星广播系统，包括信源编码器、发射机、卫星、信源解码器，还包括：

码分复用调制器，用于纠错编码，比特交织，扩频，调制和复用；

码分复用解调器，用于与所述码分复用调制器相对应的解复用，解调，解扩频码，解比特交织，解纠错编码；

所述码分复用调制器包括高度结构化的低密度奇偶校验码纠错编码模块，用于数字信号纠错编码；

所述码分复用解调器包括高度结构化的低密度奇偶校验码纠错解码模块，用于数字信号纠错解码；

码分复用调制器中的高度结构化的低密度奇偶校验码纠错编码模块对数字信号进行纠错编码；码分复用调制器对纠错编码后的数字信号，经过交织、扩频、调制后，在相同频段内复用起来，输出调制后的数字信号；调制后数字信号通过发射机发射到卫星，卫星把信号转换、放大到所需的水平，向业务区广播；码分复用解调器接到卫星信号，经过解复用、解调制、解扩频、解交织，输出解调数字信号；输出数字信号通过高度结构化的低密度奇偶校验码纠错解码模块对数字信号进行纠错解码，输出解调数字信号。

所述数字卫星广播系统，还可以包括卫星天线和补点器。

当卫星信号对建筑物的阴影和室内等区域无法实现良好覆盖时，卫星天线与补点器在较好的条件下接收到卫星信号后，针对上述无法良好覆盖的区域利用补点器进行转发，实现卫星广播信号的无缝覆盖。

所述高度结构化的低密度奇偶校验码为短高度结构化的低密度奇偶校验编码或者长高度结构化的低密度奇偶校验编码中的一种。

所述码分复用调制器有比特交织器，沃尔什码扩频模块、截短M序列扰码模块和四相相移键控调制模块；所述码分复用解调器有比特解交织器，沃尔什码扩频解码模块、截短M序列解扰模块、四相相移健控解调模块。

一种数字卫星广播系统的数字信息传输方法，包括如下步骤：

步骤一：多个信道的数据信号被输送到信源编码器后被编成符合制式要求的数字信号，送入码分复用调制器；

步骤二：码分复用调制器中的高度结构化的低密度奇偶校验码纠错编码模块对数字信号进行纠错编码；

步骤三：码分复用调制器对纠错编码后的数字信号，经过交织、扩频、调制后，在相同频段内复用起来，输出调制后的数字信号；

步骤四：调制后数字信号通过发射机发射到卫星，卫星把信号转换、放大到所需的水平，向业务区广播；

步骤五：码分复用解调器接到卫星信号，经过解复用、解调制、解扩频、解交织，输出解调数字信号；

步骤六：输出数字信号通过高度结构化的低密度奇偶校验码纠错解码模块对数字信号进行纠错解码，输出解调数字信号；

步骤七：解调数字信号送入信源解码器译码后传输到用户广播设备上。

所述信道可以为多个广播信道和一个导频信道。所述导频信道包括导频符号、帧同步符号、帧计数器和导频字，所述广播信道和除导频符号、帧同步符号和帧计数器以外的导频信道数据流使用四相相移键控调制；被输入导频信道数据流的导频符号、帧同步符号和帧计数器使用二相相移键控调制。

所述广播信道和除导频符号、帧同步符号和帧计数器以外的导频信道数据流使用四相相移键控调制；被输入导频信道数据流的导频符号、帧同步符号和帧计数器使用二相相移键控调制。

本发明还提供了一种数字信号纠错编码系统，其包括高度结构化的低密度奇偶校验码纠错编码模块，由多个子矩阵模块组成，所述子矩阵模块包括多个单位矩阵模块、右移单位矩阵模块或者左移单位矩阵模块中的一种或者一种以上相结合。

一种数字信号纠错编码方法，是指根据参数和性能的要求，高度结构化的低密度奇偶校验码纠错编码模块通过单位矩阵模块右移或者左移次数，获得合适的奇偶校验矩阵模块，从而获得合适的高度结构化的低密度奇偶校验码。

所述编码方法可以采用低复杂度的LU矩阵分解方法。

所述编码方法可以采用添加冗余比特或者打孔方法来匹配所述参数。

本发明的有益效果是：所述的数字卫星广播系统进一步降低卫星数据传输的信噪比，为用户提供高质量的音频和视频，同时满足了低成本和高性能的要求，使纠错编码、交织、扩频后的数据更加利于数字卫星传输，具有更大的信道容量、更强的纠错功能，从而更加有效地提高数字传输的速度，但又能得到高质量音频和视频信号。

附图说明

图1为本发明卫星移动广播系统框图；

图2为图1中码分复用调制器框图；

图3为图2中码分复用(CDM)调制模块框图；

图4为高度结构化的低密度奇偶校验码(HS-LDPC)纠错编码模块框图；

图5为QPSK调制中的符号映射；

图6为BPSK调制中的符号映射；

图7为比特交织器工作原理图；

图8为比特交织器概念图

图9为比特解交织器概念图；

图10为短HS-LDPC码模块导频信道中的帧和超帧；

图11为长HS-LDPC码模块导频信道中的帧和超帧。

图中

1-信源编码器      2-码分复用(CDM)调制器  3-发射机

4-卫星            5-卫星天线             6-补点器

7-码分复用解调器  8-信源解码器

具体实施方式

下面结合附图进一步详细说明本发明：

如附图1所示，本发明所述的卫星移动广播系统，包括信源编码器1，码分复用(CDM)调制器2，Ku波段发射机3，卫星4，码分复用(CDM)解调器7，信源解码器8。

(一)当信号送入信源编码器1后，信源编码器1编码为负载数字信号

所述信源编码器1选择MPEG-4  AAC+标准音频作为音频信源编码，并采用音频数据传送流(ADTS)以保证MPEG-4系统环境下AAC+比特流的使用；数据编码既包括单一媒体(例如视频源编码、文本)和多媒体(例如音频、视频、文本和数据的混合)在内的各种类型的广播数据，只要其数据结构与H.264兼容，就适用于本发明的广播系统。

本发明的广播系统业务复用可以采用H.264系统，对于一些将来才会用到的业务，只要其适用H.264系统，就适用于本系统。

(二)数字信号被输送到码分复用(CDM)调制器2，加入纠错码，经比特交织器交织、扩频、调制后进入复用器复用

a)纠错编码

所述码分复用(CDM)调制器2包括纠错编码模块，其中纠错编码使用高度结构化的低密度奇偶校验码(Highly-structured Low Density ParityCheck，HS-LDPC)。低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check code，LDPC)是一种有稀疏校验矩阵(校验矩阵中1的个数较少)的线性分组码，具有能够逼近香农极限的优良特性，并且由于采用稀疏校验矩阵，译码复杂度只与码长成线性关系，编解码复杂度适中，在长码长的情况下，仍然可以有效译码。

HS-LDPC纠错编码模块如图4所示，其奇偶校验矩阵模块H由三个子矩阵模块H₀、H₁和H₂组成，每个子矩阵模块又包含了多个单位矩阵模块I、或者右移(左移)单位矩阵模块P和S。图4中空白处表示矩阵模块的元素取值为0。

针对参数和性能的要求，HS-LDPC码纠错编码模块通过选择图4中的单位矩阵模块右移(或左移)次数，可以获得合适的奇偶校验矩阵模块，从而获得合适的HS-LDPC码。

根据参数和性能要求，获得合适的奇偶校验矩阵的过程如下：

首先，根据参数如码率、码长的要求，确定奇偶校验矩阵中单位矩阵的个数和单位矩阵的大小；

其次，根据性能如误码率门限、错误地板的要求，随机右移或左移奇偶校验矩阵中的单位矩阵，然后计算右移或左移单位矩阵后的奇偶校验矩阵对应的HS-LDPC码的环长(girth)。环长(girth)是指HS-LDPC码对应的双向图(或称Tanner图)中从一个结点出发后第一次回到该结点的路途中经历的最小边(edge)数目。一般情况下，环长越大，HS-LDPC码性能越好。

第三、不断重复第二步，直至获得最大的环长，就可获得性能优秀的HS-LDPC码；或者，获得合适的环长大小，进而获得合适的HS-LDPC码，如错误地板和误码率门限的折衷结果。

例如，生成一个码率为1/2、码长为9036的HS-LDPC码的方法和过程如下：

首先，根据码率R＝1-j/k＝1/2(其中j为列重量，k为行重量)，可以计算得到列重量j为3，即HS-LDPC编码矩阵H中任意一列上元素1的个数为3；行重量k为6，即HS-LDPC编码矩阵H中任意一行上元素的个数为6；

其次，根据码长N＝L*k*k＝9036(其中，L为单位矩阵)，可以得到单位矩阵大小为LxL＝251×251。

第三，根据图4中的HS-LDPC编码矩阵H结构，由于列重量j为3，所以HS-LDPC编码矩阵H由子H0，H1和H2构成，根据所述码长的计算公式N＝L*k*k可知，其中H0，H1和H2分别由6个方块组成，每个方块有6个单位矩阵，其构成了一个6×6的单位矩阵块，对其中的每个单位矩阵进行随机左移或右移，然后计算该校验矩阵对应的HS-LDPC码的环长大小，若不满足性能要求，继续右移或左移其中的单位矩阵，直至获得合适的HS-LDPC码环长大小，即可获得了合适的HS-LDPC码。

其中，单位矩阵右移方法可说明如下，左移方法同理：

单位矩阵I_4×4表示为

$I_{4\×4}=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

用T表示右循环移位的算子，T^u(I)表示将单位矩阵I向右循环移动u列。例如，

$T^2\left(I_{4\×4}\right)=\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\\ 1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\end{array}\right]$

这里，u为2。

基于以上原理，可以获得一个性能较优的HS-LDPC码对应的校验矩阵H：其中，子矩阵H0中单位矩阵右循环移位参数都设置为0，即不移位；

表1给出了精选出的H1子矩阵中每个单位矩阵的右循环移位数；表2列出了H2中单位矩阵根据性能评估精选出的右移位数。

表1H1子矩阵中每个单位矩阵右移位数表

表2H2子矩阵中每个单位矩阵右循环移位数表

HS-LDPC码的编码方法可以采用低复杂度的LU矩阵分解方法，或者其它编码算法；其译码算法可以采用部分并行的置信传播译码方法，或者其它译码方法。

若HS-LDPC码的码长、码率等参数不能直接与图4中的结构相对应，可以采用添加冗余比特或者打孔等方法来匹配参数。

进一步，也可以去掉或添加图4中HS-LDPC码的校验矩阵结构中的某几行或某几列，生成非规则HS-LDPC码，从而达到提高性能的目的。

HS-LDPC编码采用前向纠错保护方案，可以分为短HS-LDPC码，如表3所示，和长HS-LDPC码，如表4所示。

表3短HS-LDPC编码的一些参数

码率	信息块长度(比特)	编码块长度(比特)	备注
				CR0	640	1536	导频信道
CR1	1504	3264	负载信道
				CR2	1504	2448	负载信道
CR3	1504	2176	负载信道
				CR4	7520	9792	负载信道
CR5	10528	13056	负载信道

表4长HS-LDPC编码的一些参数

码率	信息块长度(比特)	编码块长度(比特)	备注
				CR0	1920	4608	导频信道
CR1	4512	9792	负载信道
				CR2	4512	7344	负载信道
CR3	4512	6528	负载信道
				CR4	7520	9792	负载信道
CR5	10528	13056	负载信道

其中，每个表中第1列表示不同的编码模式，第2列是编码前的比特数，第3列是编码后的比特数。

b)比特交织

比特交织器如图8所示，是为了对抗多径信道中的信号衰落，交织器对输入的比特流进行重新排列交织的一种交织模块。

如图7所示，比特交织器以51比特为单位工作。51比特中的第1比特延迟为0，第2比特延迟为51×17×m，第3比特延迟为51×34×m，第4比特延迟为51×1×m，……，第49比特延迟为51×16×m，第50比特延迟为51×33×m，第51比特延迟为51×50×m。其中，m为整数，其取值如表5所示。

比特交织器采用三组比特的卷积交织。

针对不同广播信道，比特交织器的时延可以通过导频信道中的导频数据，从表5中定义的8种可能的位置中选择。本实施例中，选择位置5，这样比特交织器时延大约为3.257秒，可以恢复1.2秒的接收信号中断。

表5比特交织可供选择的位置

位置	m值
		0	0
1	53
		2	109
3	218
		4	436
5	654
		6	981
7	1308

c)扩频调制复用

在本发明的码分复用(CDM)调制器2中，码片速率为16.384MHZ，处理增益为64。扩频序列和扰码序列分别采用了64位长的沃尔什(Walsh)编码和长为2048比特的截短M序列，其中扰码序列通过截短由12级反馈移位寄存器产生的4095比特的最大长度序列得到。

如图3所示。编码、交织后的负载数据分解为I/Q两路，分别进行64位的沃尔什(Walsh)码扩频、然后用伪随机序列加扰，即一个数据序列首先转换为I和Q两路串行比特流，然后，每路I和Q数据经过相同且唯一对应的沃尔什(Walsh)编码(No.n)序列扩频和截短M序列扰码，即初始的I和Q序列扩频后与扰码序列进行模2相加。

理论上，因为采用了64位长的Walsh编码，系统码分复用(CDM)信道复用数量可达64个。通常，对其中的30个CDM信道进行了复用，在多路径环境下取得了稳定的接收效果。

最后进行QPSK调制后多路叠加在一起，如图5所示QPSK映射中，输入比特序列以每2比特为一个单位映射为一个QPSK符号。2比特中的第1比特映射为I路，第2比特映射为Q路，每路均将0映射为+1，1映射为-1。

把扩频码调制成QPSK信号，每个信号以沃尔什(Walsh)编码为特征，在相同频段内复用起来。

有效载荷数据通过广播信道传输的同时，系统还增加一个导频信道，传输系统的导频数据，以简化接收机同步。导频数据在高度结构化的低密度奇偶校验码(HS-LDPC)编码后不进行交织，与导频符号一起送入如图3所示的码分复用(CDM)扩频调制模块。

导频信道有三个功能。首先它传送用于帧同步的唯一特征字和用于超帧同步的帧计数器；第二传送导频符号；第三传送增强接收机功能的导频数据。

其中，所述的帧和超帧中，PS是导频符号，D1是特征字，D2是帧计数器，其他是导频字。

导频符号作为嵌入导频信道的特殊数据，由32位的连续数据1组成。借助于这些导频符号，接收机可以对接收信号的轮廓进行分析(路径搜索分析)，从而实现瑞克(RAKE)接收机功能。

在图10所示的短HS-LDPC码系统导频信道中，32bit的导频符号和32比特的数据符号交替传输。每个导频符号和数据符号构成一个传输块，长度为250us。每51个传输块构成一帧，长度为12.750ms。每6帧构成一超帧，长度为76.5ms。

在图11所示的长HS-LDPC码系统导频信道中，32bit的导频符号和32比特的数据符号交替传输。每个导频符号和数据符号构成一个传输块，长度为250us。每153个传输块构成一帧，长度为38.250ms。每6帧构成一超帧，长度为229.5ms。

在本实施例中，导频符号每隔250μs被插入传输一次，如果采用短HS-LDPC码的系统，一个传输帧的周期为12.750ms，是导频符号间隔期的51倍；如果采用长HS-LDPC码的系统，一个传输帧的周期为38.250ms，是导频符号间隔期的153倍。第一个符号D1(4字节或32位)不同于导频符号，是唯一的特征字。

为了提高路径搜索分析的准确性，导频信道比广播信道需要更大的功率。通常，导频信道信号功率为广播信道的两倍。

如图3所示。编码导频数据分解也被分为I/Q两路，分别进行64倍的沃尔什(Walsh)码扩频、然后用伪随机序列加扰，最后进行QPSK调制后多路叠加在一起。每个信号以沃尔什(Walsh)编码为特征，在相同频段内复用起来。

另一方面，一个导频信道和数个广播信道组成了如图2所示的完整CDM调制广播系统。多个广播信道和除导频符号、帧同步符号和帧计数器以外的导频信道数据流使用QPSK对内容进行调制，与此同时，被输入导频信道数据流的导频符号、帧同步符号和帧计数器使用BPSK调制。如图6所示BPSK映射中，每比特映射为一个BPSK符号。0在I路和Q路均映射为+1，1在I路和Q路均映射为-1。

(三)发射广播接收

发射信号通过均方根升余弦滤波器滤波，滚降系数为0.22。输出到Ku波段发射机3，Ku波段发射机3向卫星4发送信号，本发明的广播系统可以以各种带宽频率发射，优选为2630-2655MHz，基本带宽为25MHz。

信号首先通过卫星业务上行信道(例如：14GHz频段)以圆极化方式从上行链路地面站传到广播卫星4上，在卫星4上又把信号从14GHz转换到2.6GHz，然后卫星转发器将2.6GHz信号放大到所需的水平，最后通过大型卫星发射天线向业务区进行广播。

卫星信号经过卫星4广播后，码分复用解调器7接收到信号，检测要收的节目，解复用后用QPSK解调或者QPSK与BPSK相结合解调，得到数据流，经过扩频解码，解交织，高度结构化的低密度奇偶校验码纠错解码，然后用信源解码器8解码，最后输出信号。

卫星广播的信号由接收装置接收，经过自动增益控制(AGC)调整、同步、频偏估计与调整、信道估计、瑞克(Rake)接收，输出卫星信号。

码分复用解调器7从接收到广播信号到最后输出数字信号给信源解码器8的过程，实际上的码分复用调制器2的逆过程，本领域的技术人员可以根据码分复用调制器2的编码调制过程完成本发明的解码过程，因此，在本申请说明书中，不再一一详细描述解码过程。

在本实施例中，QPSK和BPSK解调也可以用相干相位检测解调。

在2.6GHz频段进行传播的主要问题是直射路径的遮蔽和阻挡，特别是在移动接收中，这种遮蔽和阻挡表现为在运动接收过程中，接收信号中的噪声突然加强，最长持续时间可达约1秒。

为了解决这一问题，本发明在接收数字信号的码分复用解调器7中使用比特解交织器对抗小物体引起的遮蔽和阻挡。

比特解交织器如图9所示，是比特交织器的逆过程。它在恢复发送序列顺序的同时，将衰落信道中长时间的连续错误重新排列成随机的短突发错误，从而方便高度结构化的低密度奇偶校验码(HS-LDPC)解码器进行纠错解码。

比特解交织器是比特交织器的逆过程。在与比特交织器同步后，以51比特为单位工作。51比特中的第1比特延迟为51×50×m，第2比特延迟为51×33×m，第3比特延迟为51×16×m，第4比特延迟为51×49×m，……，第49比特延迟为51×34×m，第50比特延迟为51×17×m，第51比特延迟为0。其中，m为整数，其取值如表5所示。

使用比特解交织器以后，突发噪声被分散到几秒的时间中去，凭借系统的纠错能力就能够处理直射路径的遮蔽和阻挡问题。

在系统设计中，还可以增加使用补点器6，补点器6用于转发卫星信号，采用圆极化或者线极化方式广播，可覆盖被大楼等大型建筑物遮挡的区域。

这时，卫星上行也可以使用不同的信号，例如11GHz频率，经过发射机3发送的卫星4上，利用卫星天线5接收。

但是，当两路以上广播的信号(如11GHz和2.6GHz)同时被接收时，多径衰落效应就出现了，如果没有该转发器，就不能正确地接收信号。本发明的广播系统采用码分复用(CDM)技术来保证对多径衰落信号的稳定接收，并借助瑞克(RAKE)技术和接收机上的天线分集，接收机在多径衰落环境下的性能有望得到大幅度提升。

瑞克(RAKE)接收机能够分辨出多径中每一径的幅值、相位和延迟，通过针对多径的解扩与合并收集多径中的信号能量，从而实现更好的接收。天线分集则是在接收机上使用多根天线，每个天线上接收到的信号不相关。从不同天线上接收到不相关的信号，可以避免单天线接收时深衰落的影响，从而实现更好的接收效果。

当卫星天线5接收到信号后，首先输出给补点器6，减轻由遮蔽和阻挡引起的信号衰落，保证稳定接收。

针对不同的遮挡方式设计了两种类型的补点器6，即直接放大型补点器和频率转换型补点器。

直接放大型补点器只能对2.6GHz频段的卫星广播信号进行放大。为了避免发射和接收天线之间耦合效应引起的不必要的振荡，这种补点器的增益放大倍数受到限制，只能覆盖最远距离为500米的视距区域。

相比之下，频率转换型补点器可以对半径3公里的较大区域进行覆盖，但是卫星上行信号使用不同于2.6GHZ的频率，例如11GHz频率。

本发明所述的补点器6也可以是聚光型补点器，该补点器能改善多路径的环境，可以根据目标覆盖区的实际情况在直接放大或者频率转换两种模式之间选取。

系统的主要广播节目内容首先提供高质量的声音业务，还提供包括数字广播在内的多媒体业务。

听众或者观众可以用低方向性小天线接收卫星4广播信号，但为了保证移动接收有足够的等效全向辐射功率，卫星4需要配备大功率的转发器和大型发射天线。

在本发明的广播系统中，不同的广播商对各自信号可以使用不同的正交编码使各自的节目之间互相独立。同时，由于码分复用(CDM)信号分布在较宽频带上，所以每单位带宽上的功率流密度(PFD)相对较低，信号更容易传输，也更能很好地被接收。

本实施例是为了使审查员更好地理解本发明进行的详细的描述，并不是对本发明所保护的范围的限定，因此，本领域普通技术人员不脱离本发明的主旨未经创造性劳动而对本明所做的改变在本发明的保护范围内。

Claims (14)

1.一种数字卫星广播系统，包括信源编码器(1)、发射机(3)、卫星(4)、信源解码器(8)，其特征在于，还包括：

码分复用调制器(2)，用于纠错编码，比特交织，扩频，调制和复用；

码分复用解调器(7)，用于与所述码分复用调制器(2)相对应的解复用，解调，解扩频码，解比特交织，解纠错编码；

所述码分复用调制器(2)包括高度结构化的低密度奇偶校验码纠错编码模块，用于数字信号纠错编码；

所述码分复用解调器(7)包括高度结构化的低密度奇偶校验码纠错解码模块，用于数字信号纠错解码；

码分复用调制器(2)中的高度结构化的低密度奇偶校验码纠错编码模块对数字信号进行纠错编码，且采用添加冗余比特或者打孔方法匹配参数；码分复用调制器(2)对纠错编码后的数字信号，经过交织、扩频、调制后，在相同频段内复用起来，输出调制后的数字信号；调制后数字信号通过发射机(3)发射到卫星(4)，卫星(4)把信号转换、放大到所需的水平，向业务区广播；码分复用解调器(7)接到卫星信号，经过解复用、解调制、解扩频、解交织，输出解调数字信号；输出数字信号通过高度结构化的低密度奇偶校验码纠错解码模块对数字信号进行纠错解码，输出解调数字信号。

2.根据权利要求1所述的数字卫星广播系统，其特征在于，还包括卫星天线(5)和补点器(6)：

所述卫星(4)把信号向业务区广播后，卫星天线(5)与补点器(6)接收卫星信号，再利用补点器(6)进行转发到码分复用解调器。

3.根据权利要求1或2所述的数字卫星广播系统，其特征在于，所述高度结构化的低密度奇偶校验码为短高度结构化的低密度奇偶校验编码或者长高度结构化的低密度奇偶校验编码中的一种。

4.根据权利要求3所述的数字卫星广播系统，其特征在于，所述码分复用调制器(2)有比特交织器，沃尔什码扩频模块、截短M序列扰码模块和四相相移键控调制模块；所述码分复用解调器(7)有比特解交织器，沃尔什码扩频解码模块、截短M序列解扰模块、四相相移健控解调模块。

5.根据权利要求4所述的数字卫星广播系统，其特征在于，所述数字信号包括广播信道数字信号和导频信道数字信号；所述码分复用调制器(2)还包括二相相移键控调制模块，用于调制导频信道数字信号；所述码分复用解调器(7)还包括二相相移键控解调模块，用于解调接收到的导频信道信号；

导频信道数字信号中的导频符号、帧同步符号和帧计数器使用二相相移键控调制；广播信道和除导频符号、帧同步符号和帧计数器以外的导频信道数字信号使用四相相移键控调制。

6.根据权利要求1所述的数字卫星广播系统，其特征在于，所述高度结构化的低密度奇偶校验码纠错编码模块由多个子矩阵模块组成。

7.根据权利要求6所述的数字卫星广播系统，其特征在于，所述子矩阵模块包括多个单位矩阵模块、右移单位矩阵模块或者左移单位矩阵模块中的一种或者一种以上相结合。

8.一种如权利要求1所述的数字卫星广播系统的数字信息传输方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：多个信道的数据信号被输送到信源编码器(1)后被编成符合制式要求的数字信号，送入码分复用调制器(2)；

步骤二：码分复用调制器(2)中的高度结构化的低密度奇偶校验码纠错编码模块对数字信号进行纠错编码，且采用添加冗余比特或者打孔方法匹配参数；

步骤三：码分复用调制器(2)对纠错编码后的数字信号，经过交织、扩频、调制后，在相同频段内复用起来，输出调制后的数字信号；

步骤四：调制后数字信号通过发射机(3)发射到卫星(4)，卫星(4)把信号转换、放大到所需的水平，向业务区广播；

步骤五：码分复用解调器(7)接到卫星信号，经过解复用、解调制、解扩频、解交织，输出解调数字信号；

步骤六：输出数字信号通过高度结构化的低密度奇偶校验码纠错解码模块对数字信号进行纠错解码，输出解调数字信号；

步骤七：解调数字信号送入信源解码器(8)译码后传输到用户广播设备上。

9.根据权利要求8所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述信道为包括多个广播信道和一个导频信道。

10.根据权利要求9所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述交织为比特交织；所述扩频与扰码为沃尔什码扩频和截短M序列扰码；所述调制为四相相移键控调制。

11.根据权利要求10所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述广播信道和除导频符号、帧同步符号和帧计数器以外的导频信道数据流使用四相相移键控调制；被输入导频信道数据流的导频符号、帧同步符号和帧计数器使用二相相移键控调制。

12.根据权利要求9所述的数字信息传输方法，其特征在于，根据参数和性能的要求，所述高度结构化的低密度奇偶校验码纠错编码模块通过单位矩阵模块右移或者左移次数，获得合适的高度结构化的奇偶校验矩阵模块，从而获得合适的高度结构化的低密度奇偶校验码。

13.根据权利要求12所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述编码方法可以采用低复杂度的LU矩阵分解方法。

14.根据权利要求12所述的数字信息传输方法，其特征在于，可以去掉或添加校验矩阵结构中的某几行或某几列，生成非规则低密度奇偶校验码，从而达到提高性能的目的。

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