CN101431503A - 一种数字电视地面广播发射机空频调制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有时域训练序列和BICM的数字电视地面广播发射机空频调制方法，它包括：1)将输入数据比特流经多码率删余卷积编码、比特交织、码元调制后进一步在频域上形成数据块；2)采用空频编码器调制并调整时间同步；3)经IFFT将数据块变换为时域离散数据样值块；4)插入循环前缀形成时域循环前缀离散数据样值块；5)连续4个时域循环前缀离散数据样值块形成帧体；6)将训练序列作为复数训练序列实部序列、将业务指标序列作为复数训练序列虚部序列构成时域复数训练序列离散样值块；7)将时域复数训练序列离散样值块插入到帧体形成信号帧；8)用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧脉冲成形；9)将基带信号上变频至载波上。
Description
技术领域
本发明属于无线通信领域，更具体地涉及一种具有时域训练序列和BICM的(比特交织编码调制，Bit Interleaved Coded Modulation，BICM)数字电视地面广播发射机空频调制方法。
背景技术
目前，地面电视广播已从模拟逐渐向数字化方向发展。数字电视地面广播传输系统，作为数字电视地面广播的重要组成部分，其相关技术的发展，与人们的生活质量息息相关，并因此受到了人们格外的广泛关注。数字电视地面广播相关技术及其相关产业是通信与计算机领域内发展较快，市场前景较好的产业。在数字电视地面广播相关技术上，目前各国关注的重点是，如何为复杂波传环境下的数字电视地面广播提供低成本的可靠高速移动的实现方案。数字电视地面广播发射机调制技术是数字电视地面广播系统的关键技术，对于整个系统性能起着决定性的作用，是大家重点研究的对象。
由于数字信号处理技术和集成电路技术的飞速发展，正交频分复用(OFDM)技术的系统实现变得越来越容易。因OFDM多载波传输技术具有结构简单，频谱利用率高，可以抗频率选择性和信道时变等诸多优点而倍受大家的关注并得到深入的研究和在Xdsl、宽带移动通信、宽带无线局域网、数字电视地面广播等诸多领域中的广泛应用。
信道编码是数字通信系统的重要组成部分。随着现代信息技术的飞速发展，信道编码技术已成为现代通信领域不可或缺的技术。在信息序列中嵌入冗余码元，信道编码技术通过冗余码元的作用减小信号在传输过程中发生错误，从而提高通信系统的可靠性。
在多径衰落信道下，可以通过编码、交织和调制方案的优化设计达到尽可能大的信号分集阶数，以便在等于或超过最小自由距离的符号序列中得到独立衰落。BICM技术(比特交织编码调制，Bit Interleaved Coded Modulation，BICM)采用比特交织器并且使得编码和调制过程相对独立，从而使得可以将分集阶数从不同的多进制符号数扩大到不同的二进制比特数，也就是说，其分集阶数L是二进制码字序列间的最小汉明距离。由于BICM技术使得分集阶数得到明显提高，因此，使得通信系统在多径衰落信道下具有好的误码特性。
在实际通信环境中，数字电视地面广播通信系统性能受到同步时间、时钟抖动、信道衰落、信道干扰等因素的影响。发射机调制方法是实现可靠数字电视地面广播的关键技术。
多天线通信系统使用多个(Nt个)发射天线以及一个或多个(Nr个)接收天线进行数据传输，它通过将Nt个发射天线发送不同的数据来提高系统吞吐率或者通过冗余地发送数据来改善通信的可靠性。发射分集利用在空间、频率、时间或者这些维度的组合上进行数据的冗余传输，通过在发射机和接收机处的简单发射分集处理，可以改善通信系统数据传输的可靠性从而使得通信系统获得较强的性能。同时，采用单频网的组网模式(即，若干个发射台同一时间在同一个频率上发射同样的信号以实现对一定服务区域的可靠覆盖)可以大大提高数字电视地面广播传输系统的频谱利用率。
利用数字电视地面广播传输系统提供无偿电视广播、有偿电视广播、保密信息传输、多媒体增值服务等可控制多业务是新一代数字电视地面广播传输系统满足社会需求的体现。
正是基于以上背景，本发明针对实际通信环境提出一种具有时域训练序列和BICM的数字电视地面广播发射机空频调制方法，可以满足单频网高数据率可控制多业务数字电视地面广播传输的需要。
欲对专利背景作更深入的了解可参考以下文献资料：
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发明内容
本发明针对单频网高数据率可控制多业务数字电视地面广播提出了一种具有时域训练序列和BICM的数字电视地面广播发射机空频调制方法。
本发明提出的一种具有时域训练序列和BICM的数字电视地面广播发射机空频调制方法，其特征在于它包括下列步骤：
1)单频网的网络数据管理器将输入数据比特流经多码率删余卷积编码、比特交织、码元调制后进一步在频域上形成FFT比特交织编码调制数据块(FFT比特交织编码调制数据块的长度(符号个数)为K)；
2)单频网的网络数据管理器采用码率为1的空频编码器将在频域上形成的FFT比特交织编码调制数据块调制至单频网中的各个数字电视地面广播发射机支路上形成空频调制FFT比特交织编码调制数据块(空频调制FFT比特交织编码调制数据块的长度(符号个数)为K)，并调整各个数字电视地面广播发射机支路的时间同步以保证网络中的所有发射机都在同一时间对空频调制FFT比特交织编码调制数据块进行处理；
3)单频网中的各个数字电视地面广播发射机采用IFFT(快速离散傅立叶反变换)将空频调制FFT比特交织编码调制数据块变换为空频调制时域离散比特交织编码调制数据样值块；
4)单频网中的各个数字电视地面广播发射机将循环前缀(循环前缀的长度为C)作为保护间隔插入到空频调制时域离散比特交织编码调制数据样值块，形成空频调制时域循环前缀离散比特交织编码调制数据样值块(空频调制时域循环前缀离散比特交织编码调制数据样值块的长度为(K+C))；
5)单频网中的各个数字电视地面广播发射机将连续的4个空频调制时域循环前缀离散比特交织编码调制数据样值块形成帧体(帧体的长度为L，L＝4×(K+C))；
6)单频网中的各个数字电视地面广播发射机将训练序列作为复数训练序列的实部序列、将业务指标序列作为复数训练序列的虚部序列，在时域上构成复数训练序列的离散样值块(训练序列、业务指标序列、复数训练序列的离散样值块的长度都为X)；
7)单频网中的各个数字电视地面广播发射机将时域上构成的复数训练序列的离散样值块(作为帧头)插入到帧体，以形成信号帧；
8)单频网中的各个数字电视地面广播发射机采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号脉冲成形；
9)单频网中的各个数字电视地面广播发射机将基带信号上变频至载波上。
按照上述的具有时域训练序列和BICM的数字电视地面广播发射机空频调制方法，其特征在于：数字电视地面广播发射机的信号帧中具有时域复数训练序列离散样值块；数字电视地面广播发射机的训练序列的长度(符号个数)X为512，相对应的FFT比特交织编码调制数据块的长度(符号个数)K(子载波数)为1024，相对应的子载波的频率间隔分别为8KHz，相对应的循环前缀长度C为FFT比特交织编码调制数据块长度K大小的1/16；数字电视地面广播发射机的训练序列、业务指标序列由一系列的1或-1组成，具有伪随机特性；数字电视地面广播发射机的训练序列、业务指标序列相互之间具有正交性；数字电视地面广播发射机的各个不同的业务指标序列包含着并且唯一表达着数字电视地面广播发射机的各系统参数和业务模式信息；空频编码器的码率为1；对输入数据进行多码率删余卷积编码的编码率为1/4、1/2、5/8、3/4和7/8中的一个；比特交织采用随机交织方式；码元调制为QPSK、16QAM、32QAM和64QAM中的一种，码元星座图映射方式采用格雷码映射。
本发明的特点：
本发明是一种空域时域频域混合的调制方案。数字电视地面广播发射机的信号帧中具有时域复数训练序列离散样值块，数字电视地面广播发射机的训练序列、业务指标序列具有伪随机特性，数字电视地面广播发射机的训练序列、业务指标序列相互之间具有正交性，数字电视地面广播发射机将时域上构成的复数训练序列的离散样值块(作为帧头)插入到帧体而形成信号帧，这些保证了数字电视地面广播发射机可以实现快速准确的帧同步、频率同步、时间同步、信道传输特性估计、以及对相位噪声和信道传输特性进行可靠跟踪。将循环前缀作为保护间隔插入到时域的离散比特交织编码调制数据样值块以形成时域循环前缀离散比特交织编码调制数据样值块，可以减少时域复数训练序列离散样值块、相邻时域循环前缀离散比特交织编码调制数据样值块相互之间的干扰影响。将连续的4个时域循环前缀离散比特交织编码调制数据样值块形成帧体可以提高数字电视地面广播系统的效率。采用BICM对输入数据进行比特交织编码调制提高了分集阶数，使得通信系统在多径衰落信道下具有好的误码特性。数字电视地面广播发射机的各个不同的业务指标序列包含着并且唯一表达着数字电视地面广播发射机的各系统参数和业务模式信息，可以使得数字电视地面广播传输系统能够提供无偿电视广播、有偿电视广播、保密信息传输、多媒体增值服务等可控制多业务，满足社会需求。采用空频调制使得整个数字电视地面广播系统获得较强的性能。本发明的空频调制方法具有同步时间短、时钟抖动小、抗信道衰落、抗信道干扰、可以提供单频网高比特交织编码调制数据率可控制多业务数字电视地面广播传输等诸多优点。
附图说明
图1是按照本发明的具有时域训练序列和BICM的数字电视地面广播发射机空频调制方法的单频网发射机的实施例示意图。
图2是按照本发明的具有时域训练序列和BICM的数字电视地面广播发射机空频调制方法的单频网发射机形成信号帧的实施例示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
按照本发明提出的具有时域训练序列和BICM的数字电视地面广播发射机空频调制方法的单频网发射机的实施例(假设单频网中有N个发射机)，如图1所示，按下列步骤进行：
1)单频网的网络数据管理器将输入数据比特流经多码率删余卷积编码、比特交织、码元调制后进一步在频域上形成FFT比特交织编码调制数据块(FFT比特交织编码调制数据块的长度(符号个数)为K，K取1024，相对应的子载波的频率间隔取8KHz)；
2)单频网的网络数据管理器采用码率为1的空频编码器将在频域上形成的FFT比特交织编码调制数据块调制至单频网中的各个数字电视地面广播发射机支路上形成空频调制FFT比特交织编码调制数据块(空频调制FFT比特交织编码调制数据块的长度(符号个数)为K)，并调整各个数字电视地面广播发射机支路的时间同步以保证网络中的所有发射机都在同一时间对空频调制FFT比特交织编码调制数据块进行处理；
3)单频网中的各个数字电视地面广播发射机采用IFFT(快速离散傅立叶反变换)将空频调制FFT比特交织编码调制数据块变换为空频调制时域离散比特交织编码调制数据样值块；
4)单频网中的各个数字电视地面广播发射机将循环前缀(循环前缀的长度为C)作为保护间隔插入到空频调制时域离散比特交织编码调制数据样值块，形成空频调制时域循环前缀离散比特交织编码调制数据样值块(空频调制时域循环前缀离散比特交织编码调制数据样值块的长度为(K+C)，C取FFT比特交织编码调制数据块长度K大小的1/16)；
5)单频网中的各个数字电视地面广播发射机将连续的4个空频调制时域循环前缀离散比特交织编码调制数据样值块形成帧体(帧体的长度为L，L＝4×(K+C))；
6)单频网中的各个数字电视地面广播发射机将训练序列作为复数训练序列的实部序列、将业务指标序列作为复数训练序列的虚部序列，在时域上构成复数训练序列的离散样值块(训练序列、业务指标序列、复数训练序列的离散样值块的长度都为X，X取512)；
7)单频网中的各个数字电视地面广播发射机将时域上构成的复数训练序列的离散样值块(作为帧头)插入到帧体，以形成信号帧；
8)单频网中的各个数字电视地面广播发射机采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号脉冲成形；
9)单频网中的各个数字电视地面广播发射机将基带信号上变频至载波上。
按照本发明的具有时域训练序列和BICM的数字电视地面广播发射机空频调制方法的单频网发射机形成信号帧的实施例，如图2所示，具体实施如下：
单频网的网络数据管理器将输入数据比特流经多码率删余卷积编码、比特交织、码元调制后进一步在频域上形成FFT比特交织编码调制数据块。
FFT比特交织编码调制数据块由子载波组成。FFT比特交织编码调制数据块的长度(符号个数)为K；FFT比特交织编码调制数据块的长度K(子载波数)取1024，相对应的子载波的频率间隔取8KHz。
单频网的网络数据管理器采用码率为1的空频编码器将在频域上形成的FFT比特交织编码调制数据块调制至单频网中的各个数字电视地面广播发射机支路上形成空频调制FFT比特交织编码调制数据块(空频调制FFT比特交织编码调制数据块的长度(符号个数)为K)，并调整各个数字电视地面广播发射机支路的时间同步以保证网络中的所有发射机都在同一时间对空频调制FFT比特交织编码调制数据块进行处理；
单频网中的各个数字电视地面广播发射机采用IFFT(快速离散傅立叶反变换)将空频调制FFT比特交织编码调制数据块变换为空频调制时域离散比特交织编码调制数据样值块；
单频网中的各个数字电视地面广播发射机将循环前缀(循环前缀的长度为C)作为保护间隔插入到空频调制时域离散比特交织编码调制数据样值块，形成空频调制时域循环前缀离散比特交织编码调制数据样值块(空频调制时域循环前缀离散比特交织编码调制数据样值块的长度为(K+C)，C取FFT比特交织编码调制数据块长度K大小的1/16)；
单频网中的各个数字电视地面广播发射机将连续的4个空频调制时域循环前缀离散比特交织编码调制数据样值块形成帧体(帧体的长度为L，L＝4×(K+C))；
单频网中的各个数字电视地面广播发射机将训练序列作为复数训练序列的实部序列、将业务指标序列作为复数训练序列的虚部序列，在时域上构成复数训练序列的离散样值块。
训练序列、业务指标序列、复数训练序列的离散样值块的长度都为X，X取512。
作为数字电视地面广播发射机的训练序列、业务指标序列由一系列的1或-1组成，具有伪随机特性，训练序列、业务指标序列相互之间具有正交性。满足上述特征的训练序列可由作为伪随机数序列的一种特殊类型的一组移位m序列和作为正交序列的沃尔什序列、哈达玛序列或由其他方式产生的正交序列实现。
各个不同的业务指标序列包含着并且唯一表达着数字电视地面广播发射机的各系统参数和业务模式信息。
单频网中的各个数字电视地面广播发射机将时域上构成的复数训练序列的离散样值块(作为帧头)插入到帧体，以形成信号帧。
单频网中的各个数字电视地面广播发射机采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号脉冲成形；
单频网中的各个数字电视地面广播发射机将基带信号上变频至载波上。
单频网中的各个数字电视地面广播发射机采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号进行脉冲成形。对信号帧的信号进行脉冲成形的平方根升余弦滚降滤波器的滚降系数取0.05。
上面结合附图对本发明的具体实施例进行了详细说明，但本发明并不局限于上述实施例，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可作出各种修改或改型。
Claims (8)
1、一种具有时域训练序列和BICM的数字电视地面广播发射机空频调制方法，其特征在于它包括下列步骤：
1)单频网的网络数据管理器将输入数据比特流经多码率删余卷积编码、比特交织、码元调制后进一步在频域上形成FFT比特交织编码调制数据块(FFT比特交织编码调制数据块的长度(符号个数)为K)；
2)单频网的网络数据管理器采用码率为1的空频编码器将在频域上形成的FFT比特交织编码调制数据块调制至单频网中的各个数字电视地面广播发射机支路上形成空频调制FFT比特交织编码调制数据块(空频调制FFT比特交织编码调制数据块的长度(符号个数)为K)，并调整各个数字电视地面广播发射机支路的时间同步以保证网络中的所有发射机都在同一时间对空频调制FFT比特交织编码调制数据块进行处理；
3)单频网中的各个数字电视地面广播发射机采用IFFT(快速离散傅立叶反变换)将空频调制FFT比特交织编码调制数据块变换为空频调制时域离散比特交织编码调制数据样值块；
4)单频网中的各个数字电视地面广播发射机将循环前缀(循环前缀的长度为C)作为保护间隔插入到空频调制时域离散比特交织编码调制数据样值块，形成空频调制时域循环前缀离散比特交织编码调制数据样值块(空频调制时域循环前缀离散比特交织编码调制数据样值块的长度为(K+C))；
5)单频网中的各个数字电视地面广播发射机将连续的4个空频调制时域循环前缀离散比特交织编码调制数据样值块形成帧体(帧体的长度为L，L＝4×(K+C))；
6)单频网中的各个数字电视地面广播发射机将训练序列作为复数训练序列的实部序列、将业务指标序列作为复数训练序列的虚部序列，在时域上构成复数训练序列的离散样值块(训练序列、业务指标序列、复数训练序列的离散样值块的长度都为X)；
7)单频网中的各个数字电视地面广播发射机将时域上构成的复数训练序列的离散样值块(作为帧头)插入到帧体，以形成信号帧；
8)单频网中的各个数字电视地面广播发射机采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号脉冲成形；
9)单频网中的各个数字电视地面广播发射机将基带信号上变频至载波上。
2、按权利要求1的具有时域训练序列和BICM的数字电视地面广播发射机空频调制方法，其特征在于：所述数字电视地面广播发射机的训练序列、业务指标序列、复数训练序列的离散样值块的长度(符号个数)X为512。
3、按权利要求2的具有时域训练序列和BICM的数字电视地面广播发射机空频调制方法，其特征在于：所述训练序列、业务指标序列具有伪随机特性。
4、按权利要求2的具有时域训练序列和BICM的数字电视地面广播发射机空频调制方法，其特征在于：所述训练序列、业务指标序列相互之间具有正交性。
5、按权利要求1的具有时域训练序列和BICM的数字电视地面广播发射机空频调制方法，其特征在于：所述FFT比特交织编码调制数据块由子载波组成，FFT比特交织编码调制数据块的长度(符号个数)K(子载波数)为1024，子载波的频率间隔为8KHz。
6、按权利要求1的具有时域训练序列和BICM的数字电视地面广播发射机空频调制方法，其特征在于：所述循环前缀的长度为C，C取K大小的1/16。
7、按权利要求1的具有时域训练序列和BICM的数字电视地面广播发射机空频调制方法，其特征在于：所述信号帧由帧头插入到帧体而形成。
8、按权利要求1的具有时域训练序列和BICM的数字电视地面广播发射机空频调制方法，其特征在于：所述空频编码器的的码率为1，所述对输入数据进行多码率删余卷积编码、比特交织、码元调制处理的多码率删余卷积编码的编码率为1/4、1/2、5/8、3/4和7/8中的一个，比特交织采用随机交织方式，码元调制为QPSK、16QAM、32QAM和64QAM中的一种，码元星座图映射方式采用格雷码映射。
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