CN101815216B - 一种抗噪声无线多媒体广播信号传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗噪声无线多媒体广播信号传输方法。在发明的无线多媒体广播信号传输方法中，无线多媒体广播信号在无线多媒体广播发射机端多媒体数据流经媒体数据处理、比特流LDPC编码、码元调制、星座旋转、时域离散数据样值块与时域嵌入训练序列离散样值块叠加成帧、脉冲成形、上变频至载波上形成射频信号发射到空中无线信道并由接收机端接收处理无线多媒体广播发射机端所发送的信号。该无线多媒体广播信号传输方法具有接收同步时间短、抗环境背景噪声影响、可控多业务等优点。

Description

一种抗噪声无线多媒体广播信号传输方法

技术领域

本发明属于无线通信领域，更具体地涉及一种抗噪声无线多媒体广播信号传输方法。

背景技术

目前，无线电视广播已从模拟逐渐向数字化方向发展。数字电视无线广播传输系统，作为数字电视无线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。数字电视无线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。在数字电视无线广播相关技术上，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无线广播提供低成本的可靠高速移动的实现方案。数字电视无线广播传输技术是数字电视无线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。

自Shannon提出了著名的信道编码定理以来，学者们一直致力于构造纠错能力接近理论极限且编码复杂度可接受的信道编码方法。在1993年，Berrou等人提出了Turbo码，其优越的性能震惊了编码界，很快就成为了编码界的研究热点。正是随着Turbo码的不断深入研究，人们才发现Turbo码与1962年Gallager提出的低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check，LDPC)有许多相似之处，两者在编码端都采用随机编码的方式，在译码端都采用迭代译码方式。Gallager当时之所以没有发现LDPC码的这一特性，主要原因在于当时计算机的仿真能力有限，无法对码字较长的LDPC码进行仿真实现，由于当时硬件水平的限制使得学术界认为LDPC码译码算法过于复杂而难以在实际系统中被应用并因此一度被忽视。直到1996年，MacKay和Neal证明采用BP迭代译码算法时LDPC码具有逼近Shannon限的性能，从此使得LDPC编码的研究和应用跨入了一个新的阶段。LDPC码是一种用于在噪声传输信道中传输信息并执行前向纠错(FEC，ForwardError Correction)的纠错码。LDPC码字可以看成是一种具有二进制奇偶校验矩阵的码，而奇偶校验矩阵的元素几乎都为零。尽管LDPC编码和其他纠错编码并不能保证无误传输，但损失信息的概率却可以降到所需的程度。LDPC编码是一种能使数据传输速率接近理论最大值，即香农极限的编码方案。在LDPC编码刚被发现的时候，在大多数情况下由于算法和编码器的计算量过大而无法实际应用，因而没有得到广泛使用。然而，自从1996年LDPC码被重新认识之后，已在通信系统中得到广泛应用，比如：IEEE 802.16e标准、IEEE 802.11n标准等中都考虑了采用LDPC码作为信道编码的应用。

在实际通信环境中，数字电视无线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。数字电视无线广播信号传输方法是实现可靠数字电视无线广播的关键技术。

利用数字电视无线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无线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抗噪声无线多媒体广播信号传输方法，可以有效降低环境背景噪声影响并满足高数据率可控制多业务数字电视无线广播传输的需要。

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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Z.Li，L.Chen，L.Zeng，S.Lin，W.Fong，“Efficient encoding ofquasi-cyclic low-density parity-check codes，”IEEE Trans.Commun.，vol.54，no.1，pp.71-81，Jan.2006.

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发明内容

本发明针对高数据率数字电视无线广播传输问题，提出了一种抗噪声无线多媒体广播信号传输方法。

本发明提出的一种抗噪声无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于无线多媒体广播信号在无线多媒体广播发射机端经如下步骤发送至空中无线信道并由接收机端接收处理无线多媒体广播发射机端所发送的信号：

1)无线多媒体广播发射机端将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成数据比特流；

2)无线多媒体广播发射机端将输入数据比特流经LDPC编码、码元调制、星座旋转后进一步在频域上形成FFT编码数据块(FFT编码数据块的长度(符号个数)为K)；

3)无线多媒体广播发射机端采用IFFT(快速离散傅立叶反变换)将FFT编码数据块变换为时域的离散编码数据样值块；

4)无线多媒体广播发射机端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)；

5)无线多媒体广播发射机端将在时域上构成的复数训练序列的离散样值块在时域上连续重复4次形成时域嵌入训练序列离散样值块(时域嵌入训练序列离散样值块的长度为K，K＝4×X)；

6)无线多媒体广播发射机端将时域的离散编码数据样值块、时域嵌入训练序列离散样值块直接叠加形成时域嵌入训练序列编码数据块，作为帧体；

7)无线多媒体广播发射机端将循环前缀(循环前缀的长度为C)作为保护间隔(帧头)插入时域嵌入训练序列编码数据块(帧体)，以形成信号帧；

8)无线多媒体广播发射机端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)无线多媒体广播发射机端将基带信号上变频至载波上形成射频信号发射到空中无线信道；

10)接收机端接收处理无线多媒体广播发射机端所发送的信号。

按照上述的抗噪声无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于：无线多媒体广播发射机端将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成数据比特流；无线多媒体广播发射机端对输入数据比特流进行LDPC编码的编码率为1/4、1/2、5/8、3/4和7/8中的一个；无线多媒体广播发射机端对经LDPC编码的输入数据比特流的码元调制为QPSK、16QAM、64QAM、和256QAM中的一种，码元星座图映射方式采用格雷码映射；QPSK码元星座的星座旋转角度为22.5度，16QAM码元星座的星座旋转角度为11.25度，64QAM码元星座的星座旋转角度为5.626度，256QAM码元星座的星座旋转角度为2.8125度；无线多媒体广播发射机端的信号帧中具有周期性的时域嵌入训练序列离散样值块；无线多媒体广播发射机端的训练序列的长度X为512、1024、2048中的一个，相对应的FFT数据块的长度K(子载波数)分别为2048、4096、8192，相对应的子载波的频率间隔分别为4KHz、2KHz、1KHz，相对应的循环前缀长度C分别为FFT数据块长度K大小的1/4、1/8、1/16；无线多媒体广播发射机端的训练序列、业务指标序列由一系列的1或-1组成，具有伪随机特性；无线多媒体广播发射机端的训练序列、业务指标序列相互之间具有正交性；无线多媒体广播发射机端的各个不同的业务指标序列包含着并且唯一表达着无线多媒体广播发射机端的各系统参数和业务模式信息；接收机端接收处理无线多媒体广播发射机端所发送的信号。

本发明的特点：

本发明是一种时域频域混合的信号分集抗噪声传输方案。无线多媒体广播发射机端将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成数据比特流。无线多媒体广播发射机端的信号帧中具有周期性的时域嵌入训练序列离散样值块，无线多媒体广播发射机端的训练序列、业务指标序列具有伪随机特性，无线多媒体广播发射机端的训练序列、业务指标序列相互之间具有正交性，无线多媒体广播发射机端的时域嵌入训练序列编码数据块是由时域的离散编码数据样值块、时域嵌入训练序列离散样值块直接叠加而形成的，这些保证了无线多媒体广播接收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。无线多媒体广播发射机端将循环前缀作为保护间隔插入时域嵌入训练序列编码数据块以形成信号帧，可以减少相邻信号帧之间的干扰影响。无线多媒体广播发射机端采用LDPC编码对输入数据比特流进行信道编码提供了接近香农极限的纠错性能。无线多媒体广播发射机端的各个不同的业务指标序列包含着并且唯一表达着无线多媒体广播发射机的各系统参数和业务模式信息，可以使得无线多媒体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。接收机端接收处理无线多媒体广播发射机端所发送的信号。本发明的一种抗噪声无线多媒体广播信号传输方法具有接收机同步时间短、时钟抖动小、抗环境背景噪声、可以提供高数据率可控制多业务数字电视无线广播信号传输等诸多优点。

附图说明

图1是按照本发明的一种抗噪声无线多媒体广播信号传输方法的某个发射机和接收机间信号传输的实施例示意图。

图2是按照本发明的一种抗噪声无线多媒体广播信号传输方法的某个发射机和接收机间信号传输过程中信号帧形成的实施例示意图。

图3是按照本发明的一种抗噪声无线多媒体广播信号传输方法的某个无线多媒体广播发射机端的QPSK码元调制、16QAM码元调制的星座旋转方法的实施例示意图。

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。

按照本发明的一种抗噪声无线多媒体广播信号传输方法的某个发射机和接收机间信号传输的实施例，如图1所示，无线多媒体广播信号在无线多媒体广播发射机端经如下步骤发送至空中无线信道并由接收机端接收处理无线多媒体广播发射机端所发送的信号：

1)该某个无线多媒体广播发射机端将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成数据比特流；

2)该某个无线多媒体广播发射机端将输入数据比特流经LDPC编码(无线多媒体广播发射机端对输入数据比特流进行LDPC编码的编码率为1/4、1/2、5/8、3/4和7/8中的一个)、码元调制(无线多媒体广播发射机端对经LDPC编码的输入数据比特流的码元调制为QPSK、16QAM、64QAM、和256QAM中的一种，码元星座图映射方式采用格雷码映射)、星座旋转(QPSK码元星座的星座旋转角度为22.5度，16QAM码元星座的星座旋转角度为11.25度，64QAM码元星座的星座旋转角度为5.626度，256QAM码元星座的星座旋转角度为2.8125度)后进一步在频域上形成FFT编码数据块(FFT编码数据块的长度(符号个数)为K；当X取512时，相对应的FFT编码数据块的长度K(子载波数)取2048，相对应的子载波的频率间隔取4KHz；当X取1024时，相对应的FFT编码数据块的长度K(子载波数)取4096，相对应的子载波的频率间隔取2KHz；当X取2048时，相对应的FFT编码数据块的长度K(子载波数)取8192，相对应的子载波的频率间隔取1KHz)；

3)该某个无线多媒体广播发射机端采用IFFT(快速离散傅立叶反变换)将FFT编码数据块变换为时域的离散编码数据样值块；

4)该某个无线多媒体广播发射机端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、1024、2048中的一个)；

5)该某个无线多媒体广播发射机端将在时域上构成的复数训练序列的离散样值块在时域上连续重复4次形成时域嵌入训练序列离散样值块(时域嵌入训练序列离散样值块的长度为K，K＝4×X)；

6)该某个无线多媒体广播发射机端将时域的离散编码数据样值块、时域嵌入训练序列离散样值块直接叠加形成时域嵌入训练序列编码数据块，作为帧体；

7)该某个无线多媒体广播发射机端将循环前缀(循环前缀的长度为C；当X取512时，相对应的C取FFT编码数据块长度K大小的1/4；当X取1024时，相对应的C取FFT编码数据块长度K大小的1/8；当X取2048时，相对应的C取FFT编码数据块长度K大小的1/16)作为保护间隔(帧头)插入时域嵌入训练序列编码数据块(帧体)，以形成信号帧；

8)该某个无线多媒体广播发射机端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)该某个无线多媒体广播发射机端将基带信号上变频至载波上形成射频信号发射到空中无线信道；

10)该某个接收机端接收处理无线多媒体广播发射机端所发送的信号。

按照本发明的一种抗噪声无线多媒体广播信号传输方法的某个发射机和接收机间信号传输过程中信号帧形成的实施例，如图2所示，具体实施如下：

该某个无线多媒体广播发射机端将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成数据比特流。

该某个无线多媒体广播发射机端将输入数据比特流经LDPC编码、码元调制、星座旋转后进一步在频域上形成FFT编码数据块，再经IFFT将其变换为时域的离散编码数据样值块。

该某个无线多媒体广播发射机端的FFT编码数据块由子载波组成。FFT编码数据块的长度(符号个数)为K；当X取512时，相对应的FFT编码数据块的长度K(子载波数)取2048，相对应的子载波的频率间隔取4KHz；当X取1024时，相对应的FFT编码数据块的长度K(子载波数)取4096，相对应的子载波的频率间隔取2KHz；当X取2048时，相对应的FFT编码数据块的长度K(子载波数)取8192，相对应的子载波的频率间隔取1KHz。

该某个无线多媒体广播发射机端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，再在时域上将其连续重复4次形成时域嵌入训练序列离散样值块。

该某个无线多媒体广播发射机端的训练序列、业务指标序列、复数训练序列的离散样值块的长度都为X，X取512、1024、2048中的一个，时域嵌入训练序列离散样值块的长度为K，K＝4×X。

作为该某个无线多媒体广播发射机端的训练序列、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。

该某个无线多媒体广播发射机端的各个不同的业务指标序列包含着并且唯一表达着无线多媒体广播发射机的各系统参数和业务模式信息。

该某个无线多媒体广播发射机端将时域的离散编码数据样值块、时域嵌入训练序列离散样值块直接叠加形成时域嵌入训练序列编码数据块，作为帧体；在时域嵌入训练序列编码数据块中插入循环前缀作为保护间隔，形成信号帧。

该某个无线多媒体广播发射机端作为保护间隔的循环前缀的长度为C；当X取512时，相对应的C取FFT编码数据块长度K大小的1/4；当X取1024时，相对应的C取FFT编码数据块长度K大小的1/8；当X取2048时，相对应的C取FFT编码数据块长度K大小的1/16。

该某个无线多媒体广播发射机端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。当X取512时，相对应的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0.1；当X取1024时，相对应的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；当X取2048时，相对应的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0.025。

该某个无线多媒体广播发射机端将基带信号上变频至载波上形成射频信号发射到空中无线信道。

该某个接收机端接收处理无线多媒体广播发射机端所发送的信号。

按照本发明的一种抗噪声无线多媒体广播信号传输方法的某个无线多媒体广播发射机端的QPSK码元调制、16QAM码元调制的星座旋转方法的的实施例，如图3所示，该某个无线多媒体广播发射机端的QPSK码元调制、16QAM码元调制的码元星座图映射方式采用格雷码映射；QPSK码元星座的星座旋转角度为22.5度，16QAM码元星座的星座旋转角度为11.25度。

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 (9)

1.一种抗噪声无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于无线多媒体广播信号在无线多媒体广播发射机端经如下步骤发送至空中无线信道并由接收机端接收处理无线多媒体广播发射机端所发送的信号：

1)无线多媒体广播发射机端将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成数据比特流；

2)无线多媒体广播发射机端将输入数据比特流经LDPC编码、码元调制、星座旋转后进一步在频域上形成FFT编码数据块，FFT编码数据块的长度为K，FFT表示快速离散傅立叶变换，LDPC表示低密度奇偶校验；

3)无线多媒体广播发射机端采用IFFT将FFT编码数据块变换为时域的离散编码数据样值块，IFFT表示快速离散傅立叶反变换；

4)无线多媒体广播发射机端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；

5)无线多媒体广播发射机端将在时域上构成的复数训练序列的离散样值块在时域上连续重复4次形成时域嵌入训练序列离散样值块，时域嵌入训练序列离散样值块的长度为K，K＝4×X；

6)无线多媒体广播发射机端将时域的离散编码数据样值块、时域嵌入训练序列离散样值块直接叠加形成时域嵌入训练序列编码数据块，作为帧体；

7)无线多媒体广播发射机端将循环前缀作为保护间隔即帧头插入时域嵌入训练序列编码数据块即帧体，以形成信号帧，循环前缀的长度为C；

8)无线多媒体广播发射机端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)无线多媒体广播发射机端将基带信号上变频至载波上形成射频信号发射到空中无线信道；

10)接收机端接收处理无线多媒体广播发射机端所发送的信号。

2.按权利要求1的一种抗噪声无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于：所述无线多媒体广播发射机端对输入数据比特流进行LDPC编码的编码率为1/4、1/2、5/8、3/4和7/8中的一个。

3.按权利要求1的一种抗噪声无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于：所述无线多媒体广播发射机端对经LDPC编码的输入数据比特流的码元调制为QPSK、16QAM、64QAM、和256QAM中的一种，码元星座图映射方式采用格雷码映射。

4.按权利要求3的一种抗噪声无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于：所述无线多媒体广播发射机端的码元调制的码元星座旋转采用如下星座旋转角度：QPSK码元星座的星座旋转角度为22.5度，16QAM码元星座的星座旋转角度为11.25度，64QAM码元星座的星座旋转角度为5.626度，256QAM码元星座的星座旋转角度为2.8125度。

5.按权利要求1的一种抗噪声无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于：所述无线多媒体广播发射机端的训练序列、业务指标序列、复数训练序列的离散样值块的长度X取512、1024、2048中的一个。

6.按权利要求5的一种抗噪声无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于：所述无线多媒体广播发射机端的训练序列、业务指标序列具有伪随机特性，所述无线多媒体广播发射机端的训练序列、业务指标序列相互之间具有正交性。

7.按权利要求1的一种抗噪声无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于：所述无线多媒体广播发射机端的FFT编码数据块由子载波组成；当X取512时，子载波数K取2048；当X取1024时，子载波数K取4096；当X取2048时，子载波数K取8192。

8.按权利要求7的一种抗噪声无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于：当X取512时，子载波的频率间隔取4KHz；当X取1024时，子载波的频率间隔取2KHz；当X取2048时，子载波的频率间隔取1KHz。

9.按权利要求1的一种抗噪声无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于：当X取512时，C取K大小的1/4；当X取1024时，C取K大小的1/8；当X取2048时，C取K大小的1/16。

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