CN101924721A - 确定下行多址系统传输模式的方法及发射端、接收端装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及确定下行多址系统多业务传输模式的方法及发射端、接收端装置，本发明中信息传输采用复帧结构，复帧结构中的时域数据帧长度灵活可变，所采用的时频分片技术为：对时间和子载波资源进行基本时频单元划分，基本时频单元由位于同一时域数据帧内的一个或多个子载波组成且占据的信号带宽固定；利用基本时频单元进行时频子信道分配；根据系统可用资源、信道条件和多业务需求确定传输模式；基于传输模式的确定得到发射端装置；并根据传输模式的确定和发射端装置得到对应某个时频子信道的接收端装置。本发明支持多种业务传输的需求，并且可以根据外部获得的系统可用资源信息、信道条件和业务具体需求，灵活调度系统资源，灵活配置系统参数。

Description

确定下行多址系统传输模式的方法及发射端、接收端装置

技术领域

本发明属于数字信息传输技术领域，特别涉及宽带无线移动系统或宽带地面广播系统中实现多业务传输的下行多址系统，具体涉及一种确定下行多址系统多业务传输模式的方法及发射端、接收端装置。

背景技术

在数字通信系统中，宽带无线移动传输和宽带地面广播传输的共同目标是：在复杂的宽带无线移动和地面广播传输环境下，充分利用系统可用资源(包括带宽、功率和复杂度等)，根据实际信道条件，满足日益增长的多业务需求。

其核心问题之一是：如何应对恶劣传输环境的挑战，即，如何在复杂的宽带无线移动和地面广播传输环境下，提供高频谱效率、高系统容量、高传输可靠性和多种服务质量(Quality of Service，QOS)等多项保证。例如，在宽带无线移动和地面广播传输常见的时延扩展信道下，为了有效克服时延扩展带来的符号间干扰或频率选择性衰落并且使实际传输能力逼近系统传输容量，对物理层帧结构、调制编码技术、块传输技术和接收端同步和信道估计技术都是巨大的挑战。

其核心问题之二是：如何支持多业务传输的挑战，即，如何调度系统可用资源，针对实际信道条件，满足多种业务的不同需求，包括不同传输速率、不同覆盖范围、不同多径环境、不同移动速度、不同业务优先级和不同接收端复杂度等。例如，对宽带数字地面广播系统面向的接收设备，不仅有固定接收的需求，还有手持和移动接收的需求。其中，固定接收设备对接收端复杂度和传输系统移动性能要求不高，但是对传输速率要求很高；手持和移动设备对传输速率要求不高，但是对接收端复杂度和传输系统移动性能要求很高。又如，对宽带无线移动系统支持的业务，不仅有视频音频传输的需要，还有传统的语音传输需求，和基本的数据传输需求。其中，视频传输对传输速率和传输可靠性要求均高，但是对实时性要求不高；传统的语音传输对传输速率和传输可靠性要求均低，但是对实时性要求很高；基本的数据传输对传输可靠性要求高，并要求传输速率逼近系统传输容量。

在宽带无线移动和地面广播传输系统中，上述两个核心问题是对立统一的，具体表现为，在满足不同业务需求的同时，传输系统的多个目标需要达到最佳折中。例如，地面广播系统的最大覆盖范围和最高频谱效率存在折中，因此系统设计和资源调度(传输模式)在满足业务所需最大覆盖范围的条件下追求更高的频谱效率。

针对宽带无线移动和地面广播“应对恶劣传输环境”的挑战，块传输技术是对抗信道时延扩展的有效技术，其中正交频分复用(OFDM)和单载波频域均衡技术(SC-FDE)是块传输系统的两种典型块调制技术，已得到广泛应用，包括IEEE-802系列的无线接入标准，DVB-T(欧洲数字视频广播地面传输标准)、ISDB-T(日本地面综合服务数字广播标准)、和DTMB(中国数字电视多媒体广播标准，即中国数字电视地面广播传输标准)等多个数字电视地面广播标准，DVB-H(欧洲数字视频广播手持设备传输标准)、T-DMB(韩国数字多媒体广播地面传输标准)、Media-FLO(高通手机电视标准)和CMMB(中国移动多媒体手机电视行业标)准等多个手持电视地面广播标准。其它有效的传输技术还包括提高传输效率的多天线技术，对抗时间和频率选择性衰落的时间、频率、天线、和码间分集技术等。

针对宽带无线移动和地面广播系统“支持多业务传输”的挑战，基于物理层子信道分配的下行多址技术是满足多种业务需求的有效技术。其中，传统的下行多址技术包括时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、正交频分多址(OFDMA)、码分多址(CDMA)和空分多址(SDMA)等技术，其中CDMA技术是多个第三代移动通信标准的核心技术，而OFDM和OFDMA技术预计将成为第四代移动通信系统的核心技术。多种下行多址技术的结合是宽带无线移动和地面广播系统发展的一个趋势。例如，美国AT&T公司的Richard D.Gitlin等人在1998年提出一种时频分片的技术(System and method foroptimizing spectral efficiency using time-frequency-code slicing，USPatent 6064662)。其基本思想是将二维时频空间分割成灵活的子片(即物理层子信道)分配给不同业务，以满足不同业务对带宽和码率(即传输速率)的要求，从而实现信道资源利用率的最佳调度。又如，在DVB-T2(欧洲第二代数字视频地面广播标准)系统，引入了物理层管道的概念(与下行多址提供的物理层子信道类似)，其下行多址技术为时频分片(TFS，Time-Frequency-Slicing)技术，综合了TDMA、FDMA和OFDMA技术。基于物理层子信道分配的下行多址技术，其本质特征是：每个物理层子信道可以进行独立地内部子业务复用、平均功率设置、扰码、纠错编码、星座映射与交织等。为了支持物理层子信道的灵活分配，通常还借助物理层信令支持接收端解调和解码。接收端可以首先解调、解码和解析传输物理层信令的信令子信道，获知整个传输信道中每个物理层子信道的映射图案和解调解码信息，然后对所需物理层子信道中的业务数据进行解调解码。

但是现有的宽带无线移动和地面广播系统在支持多业务传输方面，仍然存在如下问题：

1)频谱聚合和频带扩展问题。一方面，无线空间对所有无线传输应用是开放的，随着无线通信技术的发展和业务需求的迅速增长，无线频谱资源日趋紧张；另一方面，无线通信向宽带方向发展，需要支持的总带宽越来越高。因此存在的困难是，开辟和规划更高带宽的频谱资源越来越难。利用多个频谱片段组合得到一个射频信道是一个好的解决方法，但是需要相应的物理层技术支持。

2)系统参数灵活配置问题。一方面，不同国家、不同地区和不同频段的频谱资源分配是不同的。另一方面，无线频谱资源日趋紧张，并且已经分配的资源可能没有得到充分利用，自由频段没有分配的资源也可以被占用，因此产生了感知无线电(Cognitive Radio，CR)技术，利用频谱感知得到的可用频谱资源信息进行宽带无线接入等传输。因此存在的困难是，宽带无线移动和地面广播标准的制定必须适应多种可用频谱资源(如带宽)和时间资源，并且能够根据系统可用资源的变化灵活配置系统参数，特别是物理层帧结构参数。

3)系统资源灵活调度问题。一方面，宽带无线移动和地面广播系统支持的传输带宽越来越大，总传输速率越来越高，对恶劣传输环境的适应性越来越强，因此适于支持需求多样的多业务传输。另一方面，业务数量和业务需求会根据接收环境和业务时间段变化。例如，白天和晚上的业务数量会变化，上下班高峰和中午的业务需求种类会变化；又如，数据传输业务在传输条件变好或其它业务总速率下降时会要求提高传输速率，反之，会要求降低传输速率。因此所存在的困难是，如何确定物理层帧结构，如何根据业务需求的变化重新规划可用频谱资源的利用，包括物理层子信道分配和每个物理层子信道的传输模式。

4)业务需求多样性的问题。如上所述，宽带无线移动和地面广播系统适于支持需求多样的多业务传输。另一方面，由于接收条件和传输环境等的巨大差异，导致业务需求差别很大，例如传输速率方面，高清视频业务传输速率高达20M比特每秒，手机视频业务传输速率只需384K比特每秒；移动性能方面，固定接收不需要考虑高速移动带来的多普勒扩展，手持接收需要考虑的典型移动速度为3～15公里每小时，高速移动需要支持的移动速度高达350公里每小时。因此存在的困难是，如何设计系统框架和资源调度算法，尤其是物理层帧结构，以更好支持多种业务需求的巨大差别。

但是，现有宽带无线移动和地面广播系统对上述问题或者不能支持、或者需要改进。现有宽带无线移动和地面广播系统通常不能支持频谱片段组合得到的射频信道，并且频带扩展能力有限；在支持多种可用频谱资源和系统参数灵活配置方面存在不足；通常缺少根据信道条件和业务需求灵活调度系统资源的机制；系统设计的物理层帧结构不能很好支持多种业务需求的巨大差别，特别是不能有效支持不同移动速度的业务。

发明内容

为了克服现有宽带无线移动和地面广播系统在满足多业务需求方面存在的缺陷，本发明提出一种基于TDMA和OFDMA技术的确定下行多址系统多业务传输模式的方法、发射端装置及接收端装置，在面向宽带无线移动和地面广播的下行多址系统中，支持多种业务需求，并且可以根据外部获得的系统可用资源信息、信道条件和业务具体需求，灵活调度系统资源，灵活配置系统参数。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种确定下行多址系统多业务传输模式的方法，该方法包括以下步骤：

S1，获取系统参数和业务信息；

S2，根据系统参数和业务信息确定基本传输模式，包括以下步骤：

S2.1，确定传输中所采用的复帧由辅助信号与一个或多个不同长度的时域数据帧组成，所述时域数据帧由保护间隔和时域数据块组成，所述时域数据块经时频变换与频域数据块在复帧结构中一一对应，所述频域数据块由子载波组成；

S2.2，确定传输中的基本信道单元为由位于同一时域数据帧内的一个或多个子载波组成的基本时频单元，所述基本时频单元占据的信号带宽固定，定义为基本带宽；

S2.3，确定传输中的物理层子信道为所述复帧结构中由一个时域数据帧内的一个或多个基本时频单元组成、或由多个时域数据帧内的多个基本时频单元组成的时频子信道；

S3，获得系统可用时频资源、信道条件和业务需求信息；

S4，在外部子信道分配算法指导下，根据所述系统可用资源、信道条件、和业务需求，基于所述基本传输模式，确定多业务传输所采用的具体传输模式，包括以下步骤：

S4.1，确定不同业务传输时具体采用的复帧结构；

S4.2，确定基本时频单元到时频子信道的映射结果或时频子信道到基本时频单元的映射结果的时频映射图案，完成传输不同业务所需时频子信道的时频资源分配；

S4.3，确定每个时频子信道的子信道传输模式。

优选地，步骤S4之后还包括如下步骤：

S5，判断系统是否支持物理层信令和灵活调度，若不支持，则结束，系统按当前具体传输模式工作，否则执行步骤S6；

S6，若系统可用时频资源、信道条件、或业务需求信息发送变化，返回执行步骤S3。

优选地，步骤S1中，所述系统参数包括系统工作频段、最大信道带宽、和信道传输的最大时延扩展；所述业务信息包括最大支持的子信道数目、最大移动速度、最大传输速率、和实时性要求；

步骤S2中确定基本传输模式还包括以下步骤：

S2.4，定义步骤S2.1中复帧的辅助信号形式，选择频谱成型方法，根据频谱成型方法和最大信道带宽确定基本符号间隔和信号带宽；

S2.5，根据工作频段和不同业务的最大移动速度，定义一种或多种时域数据块长度；

S2.6，根据不同业务对应信道的最大时延扩展，定义一种或多种保护间隔长度、及保护间隔的一种或多种填充方式，根据多业务实时性需求，确定步骤S2.1中复帧的长度范围；

S2.7，确定步骤S2.2中基本时频单元的基本带宽的具体大小；

S2.8，定义与步骤S2.5中时域数据块对应的每种频域数据块的基本时频单元划分方式，其中每种频域数据块共享相同的基本时频单元划分方式。

优选地，步骤S3中，所述系统可用资源包括系统可用带宽、发射功率和复帧时频资源；所述信道条件包括发射端到不同业务接收端的传输信道的信道时延扩展、信道多普勒扩展、信道干扰图案；所述业务需求信息包括所需时频子信道数目和对应每个时频子信道的实时性要求、传输带宽要求、QOS要求、和传输速率要求；

步骤S4.1中，根据所述业务需求信息，结合外部子信道分配算法来确定具体采用的复帧结构，包括确定复帧中时域数据帧的数目和每个时域数据帧的种类；

步骤S4.2中，根据所述系统可用资源、信道干扰图案和业务传输带宽要求，在外部子信道分配算法的指导下，为对应所述业务需求的每个时频子信道分配可用时频资源，确定基本时频单元到时频子信道的映射结果或时频子信道到基本时频单元的映射结果，得到时频映射图案，完成传输不同业务所需时频子信道的时频资源分配；

步骤S4.3中，根据所述业务实时性要求、QOS要求和传输速率要求，确定每个时频子信道的子信道传输模式。

优选地，步骤S4.2包括以下子步骤：

S4.2.1，以步骤S2.7确定的基本时频单元为单位，确定系统可用时频资源；

S4.2.2，确定对应所述业务需求信息的每个时频子信道的子信道带宽，其中，子信道带宽是基本带宽的整数倍；

S4.2.3，确定每个时频子信道对应的一个或多个频域数据块位置；

S4.2.4，确定每个时频子信道的所有基本时频单元。

优选地，若基本时频单元由多个子载波组成，基本时频单元所对应子载波的位置集中放置，或者是分散放置，或者是二者的混合；

若时频子信道由多个基本时频单元组成，时频子信道对应的基本时频单元的位置集中放置，或者是分散放置，或者是二者的混合。

优选地，步骤S2.7确定的基本带宽是所述复帧内任意频域数据块子载波间隔的整数倍。

优选地，步骤S4.2.4中，对应每个时频子信道的一个或多个频域数据块，构成该时频子信道的基本时频单元在频域数据块中的位置或者相同，或者相互独立。

优选地，步骤S4.2.1中，系统可用资源信息由外部频谱感知模块提供；

系统可用资源对应的复帧时频资源，不包括系统预约的时频资源或系统确认为不可用的时频资源。

优选地，若步骤S5判断得出系统支持物理层信令和灵活调度，还包括分配用于传输包含信令信息的信令业务数据的信令子信道的步骤，所述信令信息包括具体采用的复帧结构、时频映射图案和子信道传输模式。

优选地，步骤S2.4中所定义的辅助信号形式为前导序列、叠加序列、或所述复帧中时域数据帧之间或之后的已知训练序列，或为多种序列的组合，或没有辅助信号；

步骤S2.6中所述保护间隔的填充方式是所述时域数据帧的时域数据块的循环扩展、零序列、或已知训练序列，或没有保护间隔，其中所述时域数据帧的保护间隔或者全部相同，或者独立设置。

优选地，该方法应用到面向宽带数字地面广播的下行多址OFDM块传输系统中来确定多业务的传输模式。

优选地，该方法应用到面向宽带无线移动通信的下行多址OFDM块传输系统中来确定多业务的传输模式。

本发明还提供了一种基于上述方法的发射端装置，该发射端装置包括：

资源调度单元，用于利用权利要求1所述的方法确定多业务传输中所采用的复帧结构、子信道传输模式和时频映射图案，产生包含所有时频子信道参数的信令信息及调度信息，所述调度信息包括子信道传输模式和时频映射图案，以及发射端所有其它单元的控制信号和时序信号；

信令业务复接单元，用于将资源调度单元产生的信令信息和填充信息进行复接得到信令数据业务，输出对应的信令业务比特；

子信道编码调制单元，用于根据资源调度单元提供的子信道传输模式，对信令业务比特或由多业务数据得到的普通业务比特进行编码和调制，得到对应的业务符号，同时根据需要填充时频子信道所需的训练符号和/或虚拟子载波；

频域数据块组成单元，用于根据资源调度单元提供的时频映射图案和当前频域数据块的时序信号，对属于当前频域数据块的多个时频子信道的业务符号和训练符号进行复接，得到完成子载波复接的频域数据块并输出给IDFT单元；

IDFT单元，根据当前输入频域数据块的长度信息，对输入的频域数据块进行IDFT运算，得到当前时域数据块；

时域数据帧组帧单元，根据资源调度单元提供的复帧结构和当前时域数据帧的时序信号，得到填充所需信号的保护间隔，将保护间隔和时域数据块一起组成时域数据帧并输出到复帧组帧单元；

复帧组帧单元，根据资源调度单元提供的时频映射图案和当前复帧的时序信号，将输入的一个或多个时域数据帧和辅助信号一起组成复帧信号；

复帧后续处理单元，对复帧信号进行频谱成型、数模变换和射频调制的后处理，得到最后的发射信号。

优选地，所述子信道编码调制单元的编码调制操作包括扰码、纠错编码、星座映射、交织、和功率控制；

所述子信道编码调制单元所输入的一路普通业务比特由一个或多个子业务的比特复接得到。

本发明还提供了一种基于上述方法和对应于上述发射端装置的接收端装置，该接收端装置包括：

控制单元，用于接收系统预置的信令子信道信息，基本传输模式中确定的部分复帧结构信息和部分时频图案映射信息，根据信令子信道解调及信令解析单元得到的信令信息、和前端单元提供的同步信息，得到接收端所需的全部复帧结构、时频图案映射和所需子信道传输模式信息，产生接收端所有其它单元所需的控制信号和时序信号；

前端单元，用于在控制单元的控制下，完成射频解调、模数转换，并根据复帧结构进行接收端同步，得到复帧信号和同步信号；

时域数据帧分离单元，在控制单元的控制下，根据复帧结构，首先从复帧信号中分离所需时域数据帧，然后从时域数据帧中分离出时域数据块，输出到DFT单元；

DFT单元，在控制单元的控制下，根据复帧结构提供的输入时域数据块的块长，进行DFT变换，得到由子载波组成的频域数据块；

频域数据块子信道分离单元，在控制单元的控制下，根据复帧结构、时频映射图案和当前频域数据块的时序信号，对输入频域数据块进行子信道分离，得到对应信令子信道的信令符号块，和对应传输多业务数据的普通子信道的普通符号块；

子信道解调解码单元，用于在控制单元的控制下，对不同时频子信道的信令符号块和/或普通符号块进行解调解码，得到对应信令业务数据和普通业务数据；

信令解析单元，用于在控制单元的控制下，对信令业务数据进行解析，得到信令业务数据包含的信令信息并输出给控制单元。

优选地，所述子信道解调解码单元包括信令子信道解调解码单元和普通子信道解调解码单元，其中，

子信道解调解码单元，包括：

信令子信道估计单元，用于在控制单元的控制下，根据信令子信道传输模式进行信令子信道的信道估计，得到信令子信道估计结果；

信令子信道均衡单元，用于利用信令子信道估计结果进行信令子信道均衡，得到均衡后的数据符号；

信令子信道解调解码执行单元，用于对均衡后的数据符号进行解交织、星座解映射、信道解码、和解扰的解调解码操作，得到信令业务数据，送给信令解析单元；

所述普通子信道解调解码单元包括：

普通子信道估计单元，用于在控制单元的控制下，根据当前普通子信道传输模式，进行当前普通子信道的信道估计或更新，得到当前普通子信道估计结果；

普通子信道均衡单元，利用当前普通子信道估计结果对输入普通符号块进行信道均衡，得到均衡后的数据符号；

普通子信道解调解码执行单元，用于对普通子信道均衡单元均衡后的数据符号进行解交织、星座解映射、信道解码和解扰的解调解码操作，得到普通业务数据并输出。

优选地，所述信令子信道解调解码单元的输出同时输入到普通子信道解调解码单元；

所述普通子信道解调解码单元中的普通子信道估计单元结合输入的信令子信道解调解码单元的输出，进行当前普通子信道的信道估计或更新。

优选地，该接收端实现装置包括两个普通子信道解调解码单元，其中一个为高优先级子信道解调解码单元，另一个为低优先级子信道解调解码单元；

其中高优先级子信道解调解码单元输出的结果输出到低优先级子信道解调解码单元，低优先级子信道解调解码单元结合输入的高优先级子信道解调解码结果进行当前普通子信道的信道估计或更新。

利用本发明提供的确定下行多址系统多业务传输模式的方法及发射端、接收端装置，具有以下有益效果：系统设计可以满足多种带宽、多种频谱资源的传输条件，可以满足需求相差巨大的多种业务需求，并且可以根据业务需求灵活配置系统参数、灵活调整系统资源，与子信道分配算法结合后可以实现传输信道的最佳利用。此外，本发明提供的物理层子信道分配方法和发射端实现装置经过改造后可以应用于宽带无线移动和地面广播的上行多址系统。

附图说明

图1a～图1b为现有技术中两种OFDM块传输系统发射端数据流程示意图；

图2为本发明实施例1确定下行多址系统多业务传输模式的方法流程图；

图3为本发明实施例1中根据系统参数和业务信息确定基本传输模式的流程图；

图4为本发明实施例1中一个频域数据块内，子载波集中放置、分散放置、和混合放置的基本时频单元示意图；

图5为本发明实施例1中频谱感知得到系统可用资源示意图；

图6为本发明实施例1根据系统可用资源、信道条件、和业务需求，基于基本传输模式确定多业务传输所采用的具体传输模式的流程图；

图7为本发明实施例2中灵活复帧结构分解示意图；

图8a～8c为本发明实施例2中灵活复帧结构的三个实例；

图9为本发明实施例3中发射端装置框图；

图10为本发明实施例4对应单个时频子信道的接收端装置框图；

图11为本发明实施例4中接收端装置中的信令子信道解调解码单元示意图；

图12为本发明实施例4中接收端装置中的普通子信道解调解码单元示意图；

图13为本发明实施例4中对应低优先级子信道分级解调解码的接收端装置示意图；

图14为本发明实施例5中宽带数字地面广播下行多址系统的频域数据块基本时频单元示意图；

图15为本发明实施例5中宽带数字地面广播下行多址系统的复帧结构示意图；

图16为本发明实施例5中宽带数字地面广播下行多址系统的时频映射图案；

图17为本发明实施例6中宽带无线移动通信下行多址系统两种时域数据帧示意图；

图18为本发明实施例6中宽带无线移动通信下行多址系统复帧结构示意图；

图19为本发明实施例6中宽带无线移动通信下行多址系统信令子信道的时频映射图案。

具体实施方式

本发明提出的确定下行多址系统多业务传输模式的方法及发射端、接收端装置，结合附图和实施例说明如下。

为了叙述方便，结合附图对背景技术的一些术语和概念进行定义和说明如下。

背景技术术语定义

数据符号：数字通信系统中，待传输数据(通常为比特)经过扰码、纠错编码、星座映射、功率调整和交织等操作后得到的复数符号。

训练符号：数字通信系统中，在发送端帧结构插入的已知复数符号，用于携带训练信息，又称“导频符号”(Pilot Symbol)，数值固定为零的复数符号是一种特殊的训练符号，又称“零符号”。训练符号用于接收端同步、接收端信道估计、发射信号频谱成型和发送端帧结构填充等。

符号：数字通信系统中，用于携带数据或训练信息的复数符号，是数据符号和训练符号的总称。复数符号经过各种线性变换后得到的仍然是复数符号。由于参与线性变换的可以是数据符号，也可以是训练符号，因此，线性变换后的复数符号可以只携带数据符号，可以只携带训练符号，也可以同时携带数据符号和训练符号。线性变换后的复数符号也统称为符号。

时域符号：就是符号在时域的表现形式。

基本符号间隔和基本符号速率：基本符号间隔Ts对应一个时域符号的持续时间或相邻时域符号之间的间隔，是基本符号速率Fs的倒数，即Ts＝1/Fs。例如，在8MHz带宽的DVB-T和DVB-T2系统中，基本符号速率Fs＝64/7MHz，基本符号间隔为Ts＝7/64us；在8MHz带宽的DTMB系统中，基本符号速率Fs＝7.56MHz，基本符号间隔为Ts＝1/7.56us。

信号带宽：根据信号的基本时频分析，基本符号速率决定了信号的最大带宽，而信号的实际带宽还取决于信号的具体特性，信号的实际带宽定义为信号带宽。为了保证信号在信道的正常传输，通常要求信号带宽小于信道带宽。例如，在信道带宽为8MHz的DTMB系统中，信号带宽(3dB带宽)等于基本符号速率，为7.56MHz，小于信道带宽。又如，DVB-T和DVB-T2系统设计基本符号速率Fs＝64/7MHz时，信号的最大可能带宽是64/7MHz，由于信号的频谱成型特性，实际带宽约为7.61MHz，小于系统规范的8MHz信道带宽。

块传输系统：将多个符号组成符号数据块(即符号矢量)，经过矩阵变换后得到时域数据块，并对时域数据块进行组帧处理后得到时域数据帧，然后对时域数据帧的符号和其它辅助信号依次进行传输的系统。在块传输系统中，待传输时域符号以时域数据帧的结构进行传输。

时域数据块：块传输系统中，符号数据块经矩阵变换后得到的结果就是时域数据块，简称“数据块”，由多个时域符号组成。时域数据块长度就是对应时域数据块的时域符号数目，时域数据块长度与基本符号间隔的乘积就是时域数据块的持续时间。时域数据块或者携带数据符号，或者携带训练符号，或者同时携带数据符号和训练符号。

保护间隔：块传输系统中，在时域数据块之间引入的时间间隔，目的是避免信道时延扩展造成的时域数据块间干扰(即IBI，Inter-Block-Interference)。保护间隔长度就是对应保护间隔的时域符号数目，保护间隔长度与基本符号间隔的乘积就是保护间隔的持续时间。通常假设保护间隔长度或持续时间大于信道的最大时延扩展。对应时域数据块的保护间隔和时域数据块一起组成时域数据帧。保护间隔的一个特例是：没有保护间隔，即保护间隔长度为零。

保护间隔填充技术：一般来说，对应时域数据块的保护间隔包括前保护间隔和后保护间隔。在保护间隔填充特定信号(表现为特定时域符号)的技术就是保护间隔填充技术，包括循环扩展填充技术、零序列填充(Zero Padding，ZP)技术和已知训练序列填充技术，分别在保护间隔填充时域数据块的循环扩展、零序列和已知训练序列。一般来说保护间隔分为两部分，时域数据块之前的前保护间隔和之后的后保护间隔。如果只考虑时域数据块的前保护间隔，则对应的循环扩展填充技术为有名的循环前缀(Cyclic Prefix，CP)填充技术。当保护间隔长度为零时，没有保护间隔，也不需要保护间隔填充。

时域数据帧：是块传输系统物理层帧结构的基本单元，由时域数据块以及时域数据块的前后保护间隔组成，简称为“数据帧”，又称“信号帧”。时域数据帧的有效部分是时域数据块。保护间隔是时域数据帧的辅助部分。时域数据帧长度是时域数据块长度以及对应的保护间隔长度之和。

块调制技术：块传输系统中，将符号数据块进行矩阵变换得到时域数据块的技术，例如正交频分复用(OFDM)技术和单载波块调制技术。

OFDM技术：对符号数据块进行IDFT变换得到时域数据块的块调制技术，接收端可以对时域数据块进行DFT变换恢复发送的符号数据块，其中IDFT即反离散傅里叶变换，DFT即离散傅里叶变换。采用OFDM块调制技术的块传输系统，简称为OFDM块传输系统。

单载波块调制技术：将符号数据块经过单位矩阵变换得到时域数据块的块调制技术，符号数据块的符号与时域数据块的符号一一映射。单载波块调制技术又称单载波频域均衡(SC-FDE)技术，原因在于，接收端利用频域均衡技术进行单载波数据块的解调。

频域符号：OFDM块传输系统中，符号在频域(即DFT变换域)的表现形式，又称“子载波”。频域训练符号，又称“训练子载波”(PilotSub-Carrier)，简称“导频”(Pilot)。数值固定为零的频域符号是一种特殊的频域训练符号，又称“虚拟子载波”(Virtual Sub-Carrier)。众所周知，OFDM块传输系统的虚拟子载波可以实现频谱成型，对应的频谱成型技术称为“虚拟子载波成型技术”。

时域加窗成型技术：对采用虚拟子载波进行频谱成型的OFDM系统，进一步将时域数据帧与特定的时域窗口函数进行点乘运算，即对时域数据帧的每个时域符号进行特定的加权运算，目的是提高频谱成型的过渡带滚降特性和带外衰减特性。在时域数据块长度很大时，或者保护间隔长度为零时，或者保护间隔填充不采用循环扩展时，通常不采用时域窗口成型技术。“虚拟子载波成型技术”和“时域加窗成型技术”统称为“频域成型技术”，通常仅用于OFDM块传输系统。

时域滤波成型技术：即利用时域成型滤波器实现频谱成型的技术，其中输出频谱形状直接取决于时域成型滤波器的系统冲击响应。常用的时域成型滤波器是平方根升余弦滚降函数(Square-Root-Raised-Cosine，SRRC)。时域滤波成型技术对非块传输系统和块传输系统同样有效，对OFDM块传输系统和单载波块传输系统同样有效。

频域数据块：OFDM块传输系统中，数据块在频域(即DFT变换域)的表现形式，由多个频域符号(即子载波)组成，其IDFT变换就是时域数据块。其中频域符号可以是数据符号，也可以是训练符号，包括特殊的零符号。频域数据块就是OFDM块传输系统的符号数据块。

子载波间隔：OFDM块传输系统中，频域相邻子载波之间的间隔，等于基本符号速率和频域数据块长度的比值。例如，在信道带宽为8MHz的DTMB系统中，基本符号速率为7.56MHz，频域数据块长度固定为3780符号，计算得到子载波间隔为2KHz。

时延扩展信道：时延扩展信道是信道冲击响应在时间上存在扩展的信道，其信道时延扩展为信道冲击响应非零值的持续时间。信道的时延扩展特性会造成时域符号之间的干扰(Inter Symbol Interference，ISI)或频率选择性衰落。没有时延扩展的信道就是平衰落信道或AWGN(加性白色高斯噪声)信道，没有频率选择性。

符号间干扰：由于信道时延扩展的影响，发送信号的各条传播路径分量在接收端会互相叠加，造成符号间干扰，即ISI；

块间干扰：由于信道时延扩展的影响，相邻发送时域数据帧的各条传播路径分量在接收端会互相叠加，造成相邻时域数据帧之间的干扰，即IBI(Inter-Block-Interference)。

参照附图1a、图1b，给出两种典型OFDM块传输系统发射端示意图。

图1a示意了CMMB(中国移动多媒体广播行业标准)系统发射端的OFDM信号生成过程：待传输数据(通常为比特)经过数据符号前处理模块后得到待传输数据符号，其中，数据符号前处理包括扰码、纠错编码、比特交织、星座映射和符号交织等；待传输数据符号、导频符号和用于频域频谱成型的虚拟子载波一起经频域数据块组成模块后得到符号数据块(对OFDM系统，即频域数据块)，频域数据块长度为1024或4096；频域数据块经相应长度的IDFT变换得到时域数据块；时域数据块经循环扩展后得到时域数据帧(即标准中规定的OFDM符号)；为了提高信号频谱成型的质量，时域数据帧进一步与时域窗口进行点乘运算，得到完成频谱成型的时域数据帧；最后经时域数据帧后处理得到发射的OFDM信号。

图1b示意了DTMB(中国数字电视地面广播传输国家标准)系统发射端的OFDM信号生成过程：待传输数据经过数据符号前处理模块后得到待传输数据符号；待传输数据符号和携带系统传输参数信令(TPS)的系统信息符号一起组成符号数据块，符号数据块长度为3780；DTMB系统支持单载波和OFDM两种块调制模式，其中，符号数据块经单位矩阵变换后得到单载波时域数据块，经3780点的IDFT变换后得到OFDM时域数据块；选通模块根据发射端工作模式选通得到相应的时域数据块；时域数据块与填充前保护间隔的PN训练序列一起得到时域数据帧；为了实现发射信号频谱成型，时域数据帧进一步经时域成型滤波后得到完成频谱成型的时域数据帧，其中成型滤波器为平方根升余弦滚降(SRRC)滤波器；最后经时域数据帧后处理得到发射的OFDM信号。

本发明技术方案涉及的技术术语定义

为了叙述和理解方便，结合附图对本发明技术方案涉及的一些术语和概念进行定义和说明如下。

复帧：块传输系统中，为了信道管理和资源分配等的灵活和方便，通常在物理层时域数据帧之上定义高一级的帧结构，将多个时域数据帧和辅助信号组合成一个复帧，并且以复帧为信道管理和资源分配的基本帧结构。辅助信号通常用于复帧的定界和接收端同步等。例如DVB-T2标准的T2帧就是一个复帧，其P1符号为辅助信号，用于T2帧的检测和接收端同步等。同时，时域数据帧的训练信息(如训练符号和训练序列)也可以辅助复帧的定界和接收端同步。例如，DTMB标准定义的长度为125ms的超帧就是一个复帧，没有采用辅助信号，其时域数据帧保护间隔(即信号帧帧头)填充的固定训练序列可以辅助超帧的定界和接收端同步。在多级帧结构中，以复帧为基本单位还可以组合成更高一级的帧，例如DTMB标准定义的秒帧和分帧。

特别需要指出的是：复帧结构的一个特例是只包含一个时域数据帧，并且可以没有辅助信号。

时间分片：一种分片技术，在时间维度把传输信号分成时间片，每个时间片可以形成独立的物理层传输通道。时间分片技术对应时分复用(TDM)和时分多址(TDMA)技术。

数据帧分片：在具有复帧结构的块传输系统中，每个时域数据帧形成自然的时间片，本发明将复帧结构的每个时间片定义为一个数据帧片，以区别于普通的时间片。每个数据帧片均可以形成独立的物理层传输通道。

频率分片：一种分片技术，在频率维度把传输信号分成频率片，每个频率片可以形成独立的物理层传输通道。其中频率维度可以是对应连续时间或离散时间的傅里叶变换的频率维度，相应的频率分片技术对应频分复用(FDM)和频分多址(FDMA)技术；频率维度也可以是对应时域数据块离散傅里叶变换的频率维度，相应的频率分片技术对应正交频分复用(OFDM)和正交频分多址(OFDMA)技术。

子载波分片：在OFDM块传输系统中，每个离散傅里叶变换域的子载波形成自然的频率片。本发明将OFDM块传输系统的每个频率片定义为一个子载波片，以区别于普通的频率片。每个子载波片均可以形成独立的物理层传输通道。

时频分片：一种分片技术，在时频二维空间把传输信号先分成时间片，然后再把每个时间片分成多个时间频率片，或者把传输信号先分成频率片，然后再把每个频率片分成多个时间频率片，每个时间频率片均可以形成独立的物理层传输通道。时频分片技术是时间分片和频率分片相结合的技术。时频分片技术对应TDM-FDM混合复用技术和TDMA-FDMA混合多址技术，或TDM-OFDM混合复用技术和TDMA-OFDMA混合多址技术。

数据帧子载波分片：在具有复帧结构的OFDM块传输系统中，每个时域数据帧的每个子载波形成自然的时频片。本发明将具有复帧结构的OFDM块传输系统的每个时频片定义为一个数据帧子载波片，以区别于普通的时频片。每个数据帧子载波片均可以形成独立的物理层传输通道。

在现有技术的块传输系统中，为了系统设计、信道管理、资源分配和信号处理的方便，通常每个时域数据块长度是相同的，其直接后果是限制了对多种业务需求的支持，特别是限制了移动速度和系统频谱效率之间的折中。

灵活复帧：本发明中的复帧结构与现有的复帧结构不同，其包括的时域数据帧的长度灵活可变，因此，本发明定义一种灵活复帧结构，该灵活复帧结构具有以下特点：每个时域数据帧的长度可以不同，对OFDM块传输系统，等效为每个频域数据块内的子载波间隔可以不同。灵活复帧结构使得移动速度和系统频谱效率的折中成为可能，可以更好地支持多种业务需求。简单地说，短的频域数据块具有大的子载波间隔，适于支持高速移动；长的频域数据块具有小的子载波间隔，适于支持的移动速度受限，但是可以提高系统频谱效率。

基本信道单元：对应物理层帧结构中的系统时频资源，一组规则的时间或频率符号(即时域或频域符号)组成的集合构成基本信道单元，其在信道传输时有规律地占用某些时间、频率、码字、或空间(即天线或天线波束)资源，是组成物理层子信道的最小单位。对本发明关注的具有复帧结构的OFDM块传输系统，在不考虑码分/空分复用或码分/空分多址的情况下，基本信道单元特指数据帧子载波片，只占用时间和频率资源，每个数据帧子载波片就是一个基本信道单元。如果考虑码分/空分复用或码分/空分多址，则基本信道单元需要延伸定义，本领域技术人员完全可以参照现有技术和本发明的说明书进行延伸定义。

基本时频单元和基本带宽：针对具有复帧结构的OFDM块传输系统，本发明定义一种特殊的基本信道单元，命名为基本时频单元，其具有如下特征：

1)基本时频单元由位于同一时域数据帧内的一个或多个子载波组成；

2)基本时频单元占据的信号带宽是固定的，定义为基本带宽，具体来说，对每个时域数据帧或每个频域数据块，基本时频单元包含的子载波个数和子载波间隔的乘积是固定的常数，即基本带宽，因此，复帧结构中每个时域数据帧的基本时频单元数目是固定的；

3)当基本时频单元由同一时域数据帧内的多个子载波组成时，其对应子载波的位置可以是集中放置的，也可以是分散放置的，或者二者的混合。

物理层子信道：复帧结构中，由基本信道单元组成的物理层传输子信道，其在物理层信道传输时有规律地占用某些时间、频率、码字、或空间(即天线或天线波束)资源，可以被接收端在物理层接收信号中分离出来。

复用：就是一个物理信道被同一发射端的多个业务数据共同使用的情况。

下行多址：是一种特殊的复用，具有如下特征：同一发射端的多个业务数据分享的物理信道可以分为各自独立的物理层子信道，每个子信道实现一路业务数据的传输，其中，一路业务数据又可以由多路子业务数据复用得到。

多址：通常指上行多址，就是一个物理信道被不同发射端的业务数据共同使用。

下行多址和上行多址的本质都是同一物理信道分解成多个独立物理层子信道。

信道资源映射：基本信道单元(本发明特指基本时频单元)到物理层子信道(本发明特指时频子信道)的映射或者物理层子信道到基本信道单元的映射均定义为信道资源映射，对应的映射图案就是信道资源映射图案。

时频映射图案：对本发明关注的具有复帧结构的OFDM块传输系统，信道资源特指时频资源，因此信道资源映射特指时频映射，对应的映射图案就是时频映射图案。

时频子信道和子信道带宽：针对具有复帧结构的OFDM块传输系统，本发明定义一种特殊的物理层子信道，命名为时频子信道，可以被接收端在物理层复帧信号和时域数据帧信号中分离出来，该时频子信道具有如下特征：

1)时频子信道由一个时域数据帧内的一个或多个基本时频单元组成，或由多个时域数据帧内的多个基本时频单元组成；

2)在确定好时频子信道包括的基本时频单元的个数后，由于基本时频单元的基本带宽固定，因此时频子信道占据的信号带宽也是固定的，定义为对应时频子信道的信道带宽(简称“子信道带宽”)，具体来说，一个时频子信道在对应的每个时域数据帧内，包含基本时频单元数目都是固定的，其子信道带宽就是基本带宽与包含的基本时频单元数目的乘积，显然，系统时频资源全部分配后，属于任意时域数据帧的所有时频子信道的带宽之和等于总的信道带宽；

3)当时频子信道由一个或多个时域数据帧内的多个基本时频单元组成时，其对应的基本时频单元可以是集中放置的，也可以是分散放置的，或者二者的混合。

特别需要指出的是：物理层子信道的一个特例是包含所有信道资源，相应地，时频子信道的一个特例是包含所有基本时频单元，基本时频单元的一个特例是包括所有频域子载波。

在没有特别说明的地方，物理层子信道或时频子信道简称为“子信道”，物理层子信道或时频子信道的带宽简称为“子信道带宽”。

在具有复帧结构的块传输系统中，物理层子信道或时频子信道可以用来携带符号，传输物理层信令业务数据、普通业务数据、训练数据或者多种数据的混合。

子信道传输模式：每个物理层子信道或时频子信道携带的符号，其扰码、纠错编码、星座映射、平均功率和交织方式等定义为子信道传输模式，子信道传输模式可以根据业务需求和信道条件独立设置，这是基于物理层子信道的下行多址系统支持多业务传输的基础。显然，位于相同物理层子信道或时频子信道的多种数据，其传输模式相同。

物理层信令子信道：本发明定义传输物理层信令业务数据的物理层子信道或时频子信道为物理层信令子信道(简称“信令子信道”)，该信令子信道携带物理层信令业务数据，同时可以携带其它各种数据混合的填充数据。

子信道优先级：由于物理层子信道或时频子信道的传输模式可以独立设置，因此不同物理层子信道的平均功率、频谱效率、覆盖范围、接收端载噪比门限等也可能不同。不同子信道传输模式对应不同的子信道优先级。一般来说，在相同信道条件下，接收端载噪比门限低的物理层子信道更容易实现子信道解调解码，相应的物理层子信道或时频子信道笼统称为高优先级子信道；反之，接收端载噪比门限高的物理层子信道实现信道解调解码比较困难，相应的物理层子信道或时频子信道笼统称为低优先级子信道。子信道的优先级取决于物理层子信道的平均功率、频谱效率、和子信道需要达到的覆盖范围等。

对于支持业务需求多样的下行多址多业务传输系统，高优先级的子信道可以独立实现解调和解码；而低优先级的子信道可以独立实现解调和解码，也可以利用高优先级的子信道的解调或解码结果辅助实现解调和解码。

资源调度：支持多业务的下行多址系统，系统可用资源(如时频资源和发射功率等)由所有业务共享，根据实际传输环境的信道条件(如接收信号电平、信道衰落特性等)和业务需求(如传输速率、业务优先级、接收端信噪比门限、实时性等)为业务设置并分配物理层子信道的操作就是资源调度，其中物理层子信道的设置包括确定信道资源映射图案和子信道传输模式。

实施例1

本实施例给出基于复帧结构和时频子信道的确定下行多址系统多业务传输模式的方法流程。

确定下行多址系统多业务传输模式的方法需要考虑下行多址系统的应用环境，对应系统参数；需要考虑不同目标用户的业务需求，对应业务信息；同时在满足目标用户的业务需求的前提下，在系统传输效率和系统实现复杂度等多项目标之间取得最佳折中。

如图2所示，基于背景技术和上述有关复帧结构的定义和下行多址OFDM块传输系统的描述，本发明提出一种基于灵活复帧结构和时频子信道来确定下行多址系统多业务传输模式的方法，包括以下步骤：

S1，获取系统参数和业务信息；

其中系统参数包括但不限于系统工作频段、系统最大信道带宽和信道传输的最大时延扩展等；业务信息包括但不限于最大支持的子信道数目、最大移动速度、最大传输速率和实时性要求等；

S2，根据系统参数和业务信息确定基本传输模式，本实施例中确定基本传输模式包括确定以下信息：确定复帧形式、确定基本信道单元形式、确定物理层子信道形式等；

具体包括以下步骤：

S2.1，确定传输中所采用的复帧由辅助信号与一个或多个不同长度的时域数据帧组成，其中，时域数据帧由保护间隔和时域数据块组成，所述时域数据块经时频变换与频域数据块在复帧结构中一一对应，所述频域数据块由子载波组成；

本发明传输模式中所采用的复帧结构是一种参数可灵活配置的复帧结构，具有如下特点：

1)复帧由辅助信号和一个或多个时域数据帧组成；

2)时域数据帧由保护间隔和时域数据块组成，每个时域数据块及其保护间隔的长度或者全部相同、或者独立设置，其中，所述时域数据块与所述时域数据帧在复帧中一一对应；

3)时域数据块由频域数据块经IDFT变换(反离散傅里叶变换)得到，频域数据块长度(即IDFT点数)和时域数据块长度相同，并且频域数据块与时域数据块在复帧结构中一一对应；

4)频域数据块由频域符号(即子载波)组成，其中频域符号为用于传输业务数据符号的有效子载波、传输训练符号的导频、或者传输零符号的虚拟子载波、或三者的混合，频域数据块的有效子载波、导频、和虚拟子载波数目之和等于该频域数据块的频域符号总数；

5)业务数据符号用来携带一个或多个时频子信道的数据业务。

S2.2，确定传输中的基本信道单元为由位于同一时域数据帧内的一个或多个子载波组成的基本时频单元，所述基本时频单元占据的信号带宽固定，定义为基本带宽；

基本时频单元对应物理层复帧结构中的系统时频资源，由一组规则的时间或频率符号(即时域或频域符号)组成的集合，是组成时频子信道的最小单位；

S2.3，确定传输中的物理层子信道为复帧结构中由一个时域数据帧内的一个或多个基本时频单元组成、或由多个时域数据帧内的多个基本时频单元组成的时频子信道；

S3，获得系统可用时频资源、信道条件和业务需求信息；

其中系统可用资源包括但不限于可用带宽、发射功率和复帧时频资源；信道条件包括但不限于发射端到不同业务接收端的传输信道的信道时延扩展、信道多普勒扩展、信道干扰图案等；业务需求信息包括但不限于所需时频子信道数目和对应每个时频子信道的实时性要求、传输带宽要求、QOS(服务质量)要求和传输速率要求；其中系统可用资源与信道条件互相关联。

S4，在外部子信道分配算法指导下，根据所述系统可用资源、信道条件、和业务需求，基于所述基本传输模式确定多业务传输所采用的具体传输模式，具体为确定但不限于多业务传输时的所采用的复帧结构、时频映射图案和每个时频子信道的子信道传输模式，具体包括以下步骤：

S4.1，确定不同业务传输时具体采用的复帧结构；

S4.2，确定基本时频单元到时频子信道的映射结果或时频子信道到基本时频单元的映射结果的时频映射图案，完成传输不同业务所需时频子信道的时频资源分配；

S4.3，确定每个时频子信道的子信道传输模式。

S5，判断系统是否支持物理层信令和灵活调度，若不支持，则说明系统传输模式固定，结束传输模式确定，系统按当前具体传输模式工作，否则执行步骤S6；

S6，若系统可用时频资源、信道条件、或业务需求信息发送变化，返回执行步骤S3，否则，保持系统传输模式不变。

本实施例中步骤S2中确定基本传输模式还包括确定以下信息：定义频谱成型方法、基本符号间隔、信号带宽、复帧的辅助信号、时域数据帧长度的种类、保护间隔填充方式、复帧长度、基本时频单元的基本带宽、和基本时频单元划分。

如图3所示，步骤S2中确定基本传输模式还包括以下步骤：

S2.4，结合接收端同步和信道估计算法，定义步骤S2.1中复帧的辅助信号形式，例如选择前导序列或叠加序列，或者不需要辅助信号；选择频谱成型方法，根据频谱成型方法和最大信道带宽确定基本符号间隔和信号带宽；

S2.5，根据工作频段和不同业务的最大移动速度，定义一种或多种时域数据块长度，时域数据块长度的种类直接决定了频域数据块子载波间隔的种类；

S2.6，根据不同业务对应信道的最大时延扩展，定义一种或多种保护间隔长度、及保护间隔的一种或多种填充方式；根据业务实时性需求，确定步骤S2.1中复帧的长度范围，其中，复帧长度可在确定的范围内变化，接收端可以根据辅助信号或时域数据帧结构实现接收端复帧同步；

S2.7，综合考虑灵活性和可实现性，确定步骤S2.2中基本时频单元的基本带宽的具体大小，其中，基本带宽确定后，每个时域数据帧的基本时频单元数目也随之确定；

S2.8，综合考虑灵活性、算法复杂度、多信道复用增益、频域分集增益和系统传输效率，定义与步骤S2.5中时域数据块对应的每种频域数据块的基本时频单元划分方式，其中一种频域数据块共享相同的基本时频单元划分方式。

为了保证基本时频单元与频域数据块子载波的简单对应关系，基本带宽定义遵循的原则为：步骤S2.7确定的基本带宽是复帧结构任意频域数据块对应子载波间隔的整数倍，或者任意频域数据块的子载波间隔可以被基本带宽整除。

关于系统粗设计的步骤S2.5和步骤S2.6，补充说明如下：为了在多项系统设计目标之间取得最佳折中，可以不指定复帧结构中每种时域数据帧的数目，也可以不指定复帧结构中所有时域数据帧的总数。

关于步骤S2.7中基本带宽的确定，进一步讨论如下：假定信号带宽为BW，对应基本时频单元的基本带宽为BI，则每个频域数据块均包含BW/BI个基本时频单元，为了基本时频单元划分和子信道分配的方便，要求BW/BI为整数。假设第i(i为自然数)种频域数据块长度为N_i个符号，持续时间为N_i*Ts，其中Ts为基本符号间隔，则第i种频域数据块的子载波间隔为Fs/N_i，其中Fs为基本符号速率Fs＝1/Ts，则第i种频域数据块的一个基本时频单元包含的子载波数目C_i＝BI*N_i/Fs；为了基本时频单元划分和子信道分配的方便，要求C_i为整数。显然基本带宽是复帧结构内任意频域数据块子载波间隔的整数倍，或者说，复帧结构内任意频域数据块子载波间隔可以被基本带宽整除，因此基本带宽确定后，频域数据块的子载波间隔不再能够任意选定，等效为时域数据块长度不能任意选定。

关于步骤S2.8基本时频单元的划分，进一步讨论如下：

参照附图4，一个频域数据块内，若基本时频单元由多个子载波组成，对应一个基本时频单元的多个子载波可以集中放置(左图)，可以分散放置(中图)，也可以混合放置(右图)。图中频域数据块包含12个子载波(横向箭头表示)，划分为三个基本时频单元(标记为单元1、2、3)，左图对应三个基本时频单元的子载波集合依次为{1，2，3，4}、{5，6，7，8}、和{9，10，11，12}；中图对应三个基本时频单元的子载波集合依次为{1，4，7，10}、{2，5，8，11}、和{3，6，9，12}；右图对应三个基本时频单元的子载波集合依次为{1，2，7，8}、{3，4，9，10}、和{5，6，11，12}。

基本带宽确定后，基本时频单元的划分对系统性能影响很大。集中放置可以得到多信道复用增益(不同子信道频率选择性不同，系统可以选择最为有利的子信道分配方法)，对存在子载波间干扰的信道还可以减少基本时频单元之间的干扰，并且便于避开存在信道干扰的子载波。分散放置可以得到频率分集增益，但是对存在子载波间干扰的信道会加剧基本时频单元之间的干扰，并且不便于避开存在信道干扰的子载波。混合放置灵活性最高，但设计复杂，本发明不作限制，可以根据系统参数和业务信息自由选择。

参照附图5，步骤S3的系统可用资源可以通过现有的频谱感知模块得到。对双向通信系统，步骤S3的信道条件可以通过接收端经上行信道反馈得到，或者直接根据接收端反向信道到达发射端的信号进行信道条件的估计。

在OFDM技术和复帧结构的支持下，本发明的下行多址多业务传输系统的传输模式中，所有时频子信道均可灵活分配时频资源，因此整个下行多址系统占用的时频资源也可以灵活分配，从而可以避开已经预约用于上行多址传输的时间和频率资源，也可以避开被干扰信号或其它系统占用的时间和频率资源，因此系统可用资源信息十分重要。

另一方面，基于系统可用资源信息，确定基本传输模式时可以选择更高的信号最大带宽，这样实际信号可用带宽根据实际情况进行调整的余地就更大，当然对发射端或接收端会增加计算量和复杂度。

对于步骤S4，如图6所示，本实施例中具体为：

步骤S4.1中，根据业务需求，结合外部子信道分配算法，确定具体采用的复帧结构，包括确定复帧中时频数据帧的数目和每个时域数据帧的种类，其中时域数据帧种类主要由时域数据帧长度、保护间隔长度和保护间隔填充模式决定；

步骤S4.2中，根据系统可用资源、信道干扰图案和业务传输带宽要求，在外部子信道分配算法的指导下，为对应业务需求的每个时频子信道分配可用时频资源，确定基本时频单元到时频子信道的映射结果或时频子信道到基本时频单元的映射结果，得到时频映射图案，其中时频映射图案信息包括每个时频子信道的带宽、对应的一个或多个时域数据帧位置、每个时域数据帧中占用的基本时频单元位置；从而完成传输多个不同业务所需时频子信道的时频资源分配；

步骤S4.3中，根据业务实时性要求、QOS要求和传输速率要求，为每个时频子信道确定传输模式，包括但不限于扰码、纠错编码、星座映射、交织模式、和平均功率，其中子信道分配算法在总发射功率的约束下，优化每个子信道的平均功率。

若步骤S5判断得出系统支持物理层信令和灵活调度，则需要相应的调度模块支持。调度模块需要信令业务数据，其中，信令业务数据包括辅助接收端进行任意时频子信道数据解调和解码所需的所有信息，例如时域数据帧数目和长度、保护间隔长度和填充模式、时频映射图案、和子信道传输模式等。调度模块需要为信令业务数据分配专门的时频子信道，即信令子信道。信令可能需要动态配置，因此，本发明提出信令业务数据除包含信令信息外，还可以包含填充信息，以方便信令子信道的分配，信令信息包括具体采用的复帧结构、时频映射图案和子信道传输模式。信令子信道通常设置很高优先级，以保证信令业务数据的正常解调和解码。如果系统不支持物理层信令和灵活调度，则不需要生成物理层信令，则也不需要分配专门的信令子信道。需要强调的是，为保证信令业务数据在接收端的解调和解码，对应信令子信道的时频图案要求是预置模式之一，不宜灵活调整。

在物理层信令的支持下，系统设置的动态调整可以有效满足多种业务需求，同时提高系统传输能力。例如某个数据业务要求提高或降低传输速率，则系统需要调整资源分配或子信道传输模式；系统可用资源发生变化时，则系统需要调整复帧结构、时频映射图案、或子信道传输模式，满足某些数据业务对高传输能力的要求；如果一个或多个数据业务的信道条件发生变化，则系统需要调整子信道传输模式或时频映射图案，以满足业务需求。

关于步骤S4.2中“得到时频映射图案”的进一步说明如下，其具体包括步骤：

S4.2.1，以步骤S2.7确定的基本时频单元为单位，确定系统可用时频资源；信道带宽外的基本时频单元是不可用的，信道带宽内对应系统预约时频资源或系统确认为不可用(如存在强干扰或其它合法信号)的基本时频单元也是不可用的，例如，频分双工(FDD)系统中预约用于上行传输的带宽；同理，信道某些时间或频率由于存在强干扰或其它合法信号时，也是不可用的，例如复帧结构中预约用于时分双工(TDD)的上行时隙。

S4.2.2，根据外部子信道分配算法，确定对应所述业务需求信息的每个时频子信道的子信道带宽，其中，子信道带宽是基本带宽的整数倍；子信道带宽分配需要综合考虑时频子信道的峰值速率、接收端复杂度和系统可用时频资源。

S4.2.3，根据外部子信道分配算法，确定每个时频子信道对应的一个或多个频域数据块位置，即一个或多个时域数据帧位置。为时频子信道分配频域数据块时，特别需要考虑对应时域数据帧的保护间隔填充和子信道需要的传输速率。

S4.2.4，根据外部子信道分配算法，确定每个时频子信道的所有基本时频单元；对应每个时频子信道的一个或多个频域数据块，构成该时频子信道的基本时频单元在频域数据块中的位置或者相同，或者相互独立；对每个时频子信道，在子信道带宽确定的情况下，其对应的每个频域数据块包含的基本时频单元数目也是确定的，每个频域数据块均需要分配适当的基本时频单元。但是为每个频域数据块分配基本时频单元的位置可以不同，从而达到跳频分集的效果。

时频子信道分配的结果以时频映射图案表示。显然所有时频子信道占用的总时频资源不能大于系统的可用时频资源，但是可以小于系统的可用时频资源，即某些时频资源没有分配。

如前所述，进行时频映射优化得到时频映射图案的子信道分配算法由外部提供，不是本发明讨论的范畴，本发明仅对子信道分配提出一些原则，总结如下：

1)输入：系统可用资源(包括以基本时频单元表示的复帧时频资源)，时频子信道数目，对应每个时频子信道的信道条件，以及对应每个时频子信道的业务需求。

2)目标之一：满足多业务需求，同时兼顾发射端实现、接收端实现和系统调度算法复杂度。例如基本时频单元的基本带宽大，则系统调度算法更简单。

3)目标之二：在满足目标用户业务需求的前提下，在系统传输效率和系统实现复杂度等多项系统设计目标之间取得最佳折中。例如宽带无线移动和地面广播的典型衰落是信道时域扩展造成的频率选择性衰落，在下行多址环境下，如果多个时频子信道的频率选择衰落是不相关的，则可以选择合适的频域资源调度算法，得到多用户复用增益，其中，基本时频单元的基本带宽小，则系统调度算法更灵活，对挖掘多用户复用增益更有效。

4)输出：对应复帧结构的时频映射图案。

实施例2

本实施例中确定下行多址系统多业务传输模式的方法流程，基于实施例1，本实施例具体给出实施例1所述方法中多业务传输模式所采用的复帧结构。

复帧结构是本发明传输模式确定、工作流程和实现装置的出发点。参照附图7，本发明提出的用于下行多址OFDM块传输系统的复帧结构具有以下特点：

1)复帧由辅助信号和一个或多个时域数据帧组成；

2)辅助信号是如下形式之一：前导序列、叠加序列、时域数据帧之间或之后的已知训练序列，或者是多种序列的组合，或者没有辅助信号(即辅助信号为空信号)；

3)时域数据帧由保护间隔和时域数据块组成，每个时域数据块及其保护间隔的长度均可独立设置，其中，时域数据块与时域数据帧在复帧结构中一一对应；

4)保护间隔填充时域数据块的循环扩展、零序列或已知训练序列，每个时域数据帧的保护间隔填充模式可以独立设置，其中保护间隔长度为零时，蜕化为没有保护间隔(即保护间隔填充空信号)；

5)时域数据块由频域数据块经IDFT变换得到，其中，频域数据块长度(即IDFT点数)和时域数据块长度相同，并且频域数据块与时域数据块在复帧结构中一一对应；

6)频域数据块由频域符号(即子载波)组成，其中频域符号包括传输业务符号的有效子载波、传输训练符号的导频、传输零符号的虚拟子载波、或三者的混合，一个频域数据块的有效子载波、导频、和虚拟子载波数目之和等于该频域数据块长度(以符号表示)；

7)业务符号用来携带一个或多个时频子信道的信令数据业务和/或其它数据业务。

综上所述，复帧结构的主要参数包括：符号定义、辅助信号定义、复帧长度、保护间隔种类、时域数据块种类、每种时域数据帧的定义、和每个时域数据帧的参数。

参照附图8a中复帧由一个长度为K的前导序列(PreambleSequence)和N个时域数据帧组成，其中N为大于零的整数，复帧长度是前导序列和所有时域数据帧长度之和。第i个时域数据帧的长度为Li符号，i＝1、2、...、N，L_i为大于零的整数，即每个时域数据帧的长度可以不同。图8b中复帧由一个叠加序列(Super-imposed Sequence)和N个时域数据帧组成，其中N为大于零的整数，复帧长度是所有时域数据帧长度之和。叠加序列的长度为M，不大于复帧中所有时域数据帧长度之和。图8c中复帧由三个时域数据帧、相邻时域数据帧之间的两个训练序列(Training Sequence)、和复帧最后的一个训练序列组成。其中，第1个时域数据帧采用循环扩展填充保护间隔，并且具有前循环扩展和后循环扩展；第2时域数据帧没有保护间隔；第3时域数据帧的前保护间隔填充零序列。

附图8a～8c所示的复帧结构中，前导序列、叠加序列、时域数据帧之间或之后的训练序列均为辅助信号。复帧结构的主体是一个或多个时域数据帧，位于时域数据帧对应的频域数据块的频域符号构成一个或多个物理层子信道(本发明特指时频子信道)，用来携带一路或多路业务数据。如果没有辅助符号，并且复帧只包含一个时域数据帧，则复帧结构蜕化为简单的时域数据帧结构。

实施例3

本实施例给出本发明提出的基于上述确定下行多址多业务传输模式的方法的发射端装置。

参照附图9，基于背景技术和上述有关具有复帧结构定义和下行多址OFDM块传输系统的描述，本发明提出基于上述确定下行多址多业务传输模式的方法的发射端装置，包括：资源调度单元、信令业务复接单元、子信道编码调制单元、频域数据块组成单元、IDFT单元、时域数据帧组帧单元、复帧组帧单元和复帧后续处理单元组成，用于将信令业务数据和其它多个普通业务数据转换成具有复帧结构的OFDM发射信号，其中每个业务数据分别占用不同的时频子信道。

各单元功能和信号连接关系描述如下：

1)资源调度单元，用于利用实施例1所述的方法确定多业务传输中所采用的复帧结构、子信道传输模式和时频映射图案，即根据复帧结构、外部反馈的系统可用资源和实际信道条件和输入的系统业务需求，在外部子信道分配算法(图中阴影方框所示)的支持下，为每个业务分配时频子信道，产生包含所有时频子信道参数的信令信息和调度信息，以及发射端所有其它单元的控制信号。接收端可以根据解调解码得到的信令信息，经过解析得到所需的时频子信道参数，其中调度信息包括子信道传输模式、保护间隔填充模式、时频映射图案以及整个发射端实现装置的控制信号等，其中控制信号包括复帧结构每个组成部分(如辅助信号和频域数据块)的时序信号。

2)信令业务复接单元将物理层信令信息和填充信息进行复接得到信令数据业务，输出对应的业务比特(或其它合适的输入格式，如业务字节，取决于子信道编码调制具体方法)。

3)子信道编码调制单元，根据资源调度单元提供的子信道传输模式，对输入业务比特进行扰码、纠错编码、星座映射、交织和功率控制等编码调制，得到对应的业务符号，同时根据需要填充时频子信道需要的训练符号。信令业务和普通数据业务的子信道编码调制单元通用。需要强调的是：一路输入数据业务可以由一个或多个数据子业务复接得到，但是属于一个子信道的一个或多个数据子业务的传输模式相同。

4)频域数据块组成单元，根据资源调度单元提供的时频映射图案(即时频子信道信息)和当前频域数据块的时序信号，对属于当前频域数据块的多个时频子信道的业务符号和训练符号进行复接，得到完成子载波复接的频域数据块；

5)IDFT单元，根据资源调度单元提供的当前频域数据块长度信息，对输入的频域数据块进行IDFT运算(即OFDM调制)，得到时域数据块。其中IDFT点数与频域数据块的长度一致，并且，根据复帧结构，不同频域数据块的IDFT运算的点数可以不同，因此IDFT单元需要支持所有可能的运算点数；

6)时域数据帧组帧单元，根据资源调度单元提供的保护间隔填充模式和当前时域数据帧的时序信号，得到填充所需信号的保护间隔，将保护间隔和时域数据块一起组成时域数据帧；

7)复帧组帧单元，根据资源调度单元提供的时频映射图案和当前复帧的时序信号，将输入的一个或多个时域数据帧和辅助信号一起组成复帧信号；

8)复帧后续处理单元，对复帧信号进行频谱成型、数模变换和射频调制等后处理，得到最后的发射信号。

实施例4

本实施例给出本发明提出的一种下行多址OFDM块传输系统中对应单个时频子信道的接收端装置。

参照附图10，对应于实施例3的所述发射端实现装置，本发明进一步提出一种下行多址OFDM块传输系统中对应单个时频子信道的接收端参考实现装置(简称接收端实现装置)，该接收端实现装置工作在对应所述发射端实现装置的接收端，并且用于解调解码单个时频子信道，该接收端装置包括：前端单元、时域数据帧分离单元、DFT单元、频域数据块子信道分离单元、信令子信道解调解码单元、普通子信道解调解码单元和控制单元。

控制单元接收已知信息(包括系统预置的信令子信道信息、部分复帧结构信息和部分时频图案映射信息等)，根据信令子信道解调和信令业务数据解析得到的信令信息和前端单元提供的同步信息，得到接收端所需的全部复帧结构、时频图案映射和所需子信道传输模式信息，产生其它单元所需的控制信号和时序信号；

前端单元，在控制单元的控制下，完成射频解调，模数转换，并根据复帧结构的特征(例如辅助信号或时域数据帧保护间隔填充模式)进行接收端同步，得到复帧信号和同步信息；

时域数据帧分离单元，在控制单元的控制下，根据复帧结构，首先从复帧信号中分离所需时域数据帧，然后从时域数据帧中分离出所需时域数据块，输出到后续的DFT单元；

DFT单元，在控制单元的控制下，根据复帧结构提供的输入时域数据块的帧长，进行DFT变换，得到由子载波组成的频域数据块；其中，DFT单元需要支持对应不同时域数据块长度的所有可能运算点数；

频域数据块子信道分离单元，在控制单元的控制下，根据复帧结构、时频映射图案和当前频域数据块的时序信号，对输入频域数据块(对应信道时频资源的某个时间片)进行子信道分离，得到对应信令子信道的信令符号块，和对应所需普通子信道的普通符号块；

参照附图11，信令子信道解调解码单元，在控制单元的控制下，根据信令子信道传输模式，首先利用复帧辅助信号、结合信令子信道内部的训练符号，进行信令子信道的信道估计，得到信令子信道估计结果；利用信令子信道估计结果进行信令子信道均衡，得到均衡后的数据符号，对均衡后的数据符号进行解交织、星座解映射、信道解码、和解扰等操作，得到信令业务数据(一般以比特表示)，送给信令解析单元；另外，信令子信道解调解码的中间或最终结果输出到普通子信道解调解码单元；

信令解析单元，在控制单元的控制下，根据信令格式和语法，对信令业务数据进行解析，得到信令业务数据包含的信令信息和填充信息并输出，其中信令信息输出到控制单元。信令信息包括复帧结构、基本时频单元定义、时频映射图案和子信道传输模式等。

信令子信道是一种包含信令业务数据的特殊时频子信道，区别于其它的普通时频子信道；信令子信道除传输信令信息外，还可以传输填充信息。如果所需业务数据包含在信令子信道的填充信息内，则不需要解调其它时频子信道。

参照附图12，普通子信道解调解码单元，在控制单元的控制下，根据当前子信道传输模式，首先利用外部输入的信令子信道解调解码的中间或最终结果、结合当前子信道内部的训练符号，进行当前子信道的信道估计或更新，得到当前子信道估计结果；利用当前子信道估计结果对输入数据符号进行信道均衡，得到均衡后的数据符号，对均衡后的数据符号进行解交织、星座解映射、信道解码、和解扰等操作，得到普通业务数据(一般以比特表示)并输出。

本发明提出的下行多址OFDM块传输系统中，不同时频子信道的优先级可以不同。上述接收端实现装置既可以面向高优先级业务，也可以面向低优先级业务。在接收端，高优先级的时频子信道通常解调解码所需的载噪比门限低，而低优先级的时频子信道所需的载噪比门限高。特别地，信令子信道通常具有很高优先级，因此信令子信道的解调解码结果也可以辅助普通时频子信道的解调和解码。

参照附图13，本发明进一步提出对应低优先级子信道分级解调解码的接收端参考实现装置。在解调解码低优先级时频子信道传输的数据符号时，可以首先对信令子信道和/或高优先级时频子信道的数据符号进行解调，并利用解调解码的中间或最终结果辅助低优先级的时频子信道进行信道估计。高低优先级子信道解调解码单元与普通子信道解调解码单元类似，不再细述。

显然，分级解调解码的接收端参考实现装置，可以推广到具有两个以上优先级的系统。另外，低优先级子信道的解调解码可以利用多个高优先级的解调解码结果，也可以利用相同优先级的解调解码结果。

实施例5

在实施例1至实施例4的基础上，本实施例给出本发明提出的确定下行多址系统传输模式的方法在面向宽带数字地面广播的下行多址OFDM块传输系统中的应用。确定下行多址系统多业务传输模式的方法流程、发射端装置、接收端装置详述如下。

确定下行多址系统传输模式的方法包括以下步骤：

1.获取系统参数和业务信息

该系统面向带宽为8MHz的典型数字电视广播信道，工作频段为470-806MHz的UHF电视频段。要求在8MHz带宽内提供手机电视业务、标清数字电视业务和高清数字电视业务，三种业务分别要求支持高速移动(如移动速度达350公里每小时)、基本移动(如移动速度不高于120公里每小时)和固定接收。

2.根据系统参数和业务信息确定基本传输模式

系统带宽为8MHz，所有时频资源均可利用，因此信道带宽也为8MHz。参考中国数字电视地面广播标准(GB 20600-2006，中国国家标准化委员会，数字电视地面广播系统帧结构、信道编码和调制，2006年8月18日)，采用时域滤波成型，成型滤波器选择为SRRC滤波器，滚降因子为0.05，选择基本符号速率为Fs＝7.56MHz，基本符号间隔为1/7.56us。

参考TDS-OFDM技术，选择复帧辅助信号为OFDM训练数据块及其保护间隔组成，训练数据块由已知频域二值序列经过IDFT变换得到，长度为512个符号，保护间隔采用训练数据块的循环扩展，以提高辅助信号对抗信道时域扩展的能力，其中，前保护间隔和后保护间隔各为256符号，辅助信号总长1024符号。

为了简化设计，每个复帧仅包括三种时域数据帧，长度分别为2048个符号、4096符号和8192个符号。为了提高系统传输速率，三种时域数据帧均不采用保护间隔，因此时域数据帧即时域数据块。每个时域数据块均由频域数据块经IDFT变换得到，二者长度相同。

考虑到系统采用时域频谱成型和辅助信号实现同步和信道估计，则频域数据块全部由数据符号组成，不包括训练符号(即导频)和零符号(即特殊导频，或称虚拟子载波)。频域数据块不传输虚拟子载波，因此信号带宽(3dB带宽)等于基本符号速率，为7.56MHz，考虑到成型滤波器0.05的滚降因子，实际信号带宽小于信道带宽。

定义BwI＝7.56MHz/8192＝922.8516KHz，信号带宽BW＝7.56MHz＝8192*BwI，三种时域数据帧对应的频域数据块子载波间隔依次为4*BwI、2*BwI、和BwI。为了简化时频图案映射，选择基本带宽为2048*BwI，即每个频域数据块仅包括4个时频单元。

参照附图14，基本时频单元对应的子载波选择集中放置，则DFT变换域的每个频域数据块依次包括4个基本时频单元。图中时域数据帧对应的方框表示基本时频单元，横向箭头示意512个连续放置的子载波。

3.获得系统可用时频资源、信道条件和业务需求信息

该系统面向广播用户，所有带宽均可用，发射总功率此处不作考虑，复帧时频资源全部可用；信道条件是面向三种业务接收端的三种传输信道，其中高速移动信道多普勒扩展大，基本移动信道多普勒扩展中等，固定接收信道多普勒扩展可以忽略；手机电视业务传输速率要求低，标清电视业务传输速率要求中等，高清电视业务传输速率要求高，所有业务没有实时性要求。

4.根据系统可用资源、信道条件、和业务需求，基于基本传输模式确定多业务传输所采用的具体传输模式

本系统不考虑回传信道，因此系统可用资源信息和信道条件保持不变。为简化设计，本系统不支持物理层信令，因此不需要信令子信道。具体传输模式确定将得到完整的复帧结构、时频映射图案和每个时频子信道的子信道传输模式。

参照附图15，综合系统可用资源、信道条件和业务需求，确定复帧结构包括一个总长1024符号的辅助信号、一个2048符号长度的第1时域数据帧、一个4096符号长度的第2时域数据帧和一个8192长度的第3时域数据帧，其中时域数据帧即时域数据块，没有保护间隔，时域数据帧直接由频域数据块经相应点数的IDFT运算得到。

参照附图16的时频映射图案，图中阴影部分代表第1子信道至第5子信道，横向箭头示意512个连续放置的子载波，外部子信道分配算法如下所述：

高速移动业务要求子载波间隔大，因此选择长度2048的频域数据块支持手机电视高速移动业务。根据手机电视所需传输速率和系统时频资源分析，设计支持两路手机电视业务，分别由第1时频子信道和第2时频子信道承载。

基本移动业务要求子载波间隔中等，因此选择长度4096的频域数据块支持标清电视基本移动业务，根据标准电视所需传输速率和系统时频资源分析，设计支持两路标清电视业务，分别由第3时频子信道和第4时频子信道承载。

固定接收业务对子载波间隔要求不高，因此选择长度8192的频域数据块支持高清电视固定接收业务。由于高清电视所需传输速率很高，结合系统时频资源的考虑，设计支持一路高清电视业务，由第5时频子信道承载。

子信道分配结果是固定的，其时频映射图案也是固定的。

表1.子信道传输模式设置结果

参照表1，在满足业务需求的条件下，所有时频子信道的传输模式设置如下所述，其中扰码、交织等不再细述。

地面广播中，高速移动的信道条件很差，同时手机电视所需的传输速率很低，因此为第1时频子信道选择QPSK低阶星座映射和码率为0.4的低码率纠错编码(如LDPC码)，经过计算得到第1时频子信道的传输速率为R₁＝7.56*(1/15)*2*0.4＝0.4032Mbps(其中bps表示比特每秒)，可以支持1路384kbps手机电视子业务。在牺牲一点覆盖范围或接收端载噪比门限的情况下，可以适当提高星座映射阶数或纠错编码码率，因此为第2时频子信道选择QPSK低阶星座映射和码率为0.6的中码率纠错编码，经过计算得到第2时频子信道的传输速率为R₂＝7.56*(1/15)*2*0.6＝0.6048Mbps，可以支持1路384Kbps手机电视子业务和1路220.8Kbps的高速移动数据子业务。为了进一步提高第1时频子信道的覆盖范围，其平均功率比参考功率高3dB，第2时频子信道的平均功率与参考功率相同。

地面广播中，基本移动的信道条件中等，同时标清电视所需的传输速率中等，相应地，为第3和第4时频子信道均选择16QAM中阶星座映射和0.6的中码率纠错编码，经过计算得到第3和第4时频子信道的传输速率均为R₃＝R₄＝7.56*(2/15)*4*0.6＝2.4192Mbps。为了进一步提高第3时频子信道的覆盖范围，其平均功率比参考功率高3dB，第4时频子信道的平均功率与参考功率相同。

地面广播中，固定接收的信道条件很好，同时高清电视所需的传输速率很高，相应地，为第5时频子信道选择64QAM高阶星座映射和0.8的高码率纠错编码，经过计算得到时频子信道第5的传输速率均为R₅＝7.56*(8/15)*6*0.8＝19.3536Mbps。第5时频子信道的平均功率与参考功率相同。

由于系统不支持信令，因此确定传输模式的结果包括预置的复帧结构、时频图案映射、和子信道传输模式信息；确定传输模式的结果输出，直接用于指导发射端装置和接收端装置。

5.系统配置固定，结束。

参考发明技术术语定义部分，本发明提出的时频子信道技术是一种特殊的时频分片技术，接收端可以利用时频分片的技术特点降低接收带宽、降低计算复杂度和节省功耗。例如对本实施例的设计结果，第1和第3时频子信道占用的信号带宽有限，因此接收端可以利用带有窄带滤波器的前端单元接收射频信号，进而解调解码第1和/或第3时频子信道业务数据；又如，辅助信号和第1时频子信道占用的信号时间有限，因此接收端仅需在辅助信号和第1时频子信道占用的信号时间进行工作，进而解调第1时频子信道业务数据，降低接收机计算复杂度和功耗。

参照实施例4提出的对应低优先级子信道分级解调解码的接收端装置，对于本实施例的设计结果，第3子时频信道是低优先级信道，第1时频子信道是高优先级信道。第1时频子信道的解调解码中间或最后结果可以辅助第3时频子信道的信道估计，提高第3时频子信道的接收性能。同理，第2时频子信道的解调解码中间或最后结果可以辅助第4时频子信道的信道估计，提高第4时频子信道的接收性能。同理，第1和第3时频子信道的解调解码中间或最后结果可以辅助第2或第4时频子信道的信道估计，同时，第2和第4时频子信道的解调解码中间或最后结果可以辅助第5时频子信道的信道估计，提高第5时频子信道的接收性能。

实施例6

在实施例1至实施例4的基础上，本实施例给出本发明提出的确定下行多址系统多业务传输模式的方法在面向宽带无线移动通信的下行多址OFDM块传输系统中的应用。确定下行多址系统多业务传输模式的方法具体步骤如下：

步骤1.获得系统参数和业务信息

该下行多址OFDM块传输系统面向信道带宽高达20MHz的宽带无线移动信道，同时需要支持20MHz、10MHz和5MHz三种标称信道带宽，工作频段为2.4GHz；要求系统支持下行多址，同时保留上行信道，即实现时分双工(TDD)；最大小区半径2.5Km，最大时延扩展8.33us；信道带宽内可能存在严重的窄带干扰，并且干扰频点未知，系统使用需要避开干扰频点，因此有效信道带宽会低于标称带宽；要求在高达20MHz的带宽内提供两种实时业务，第一种是支持高速移动的高优先级业务，第二种是支持低速移动的低优先级业务。

步骤2.根据系统参数和业务信息确定基本传输模式

参考中国移动多媒体广播行业标准CMMB，采用频域子载波成型和时域窗口成型技术相结合实现频谱成型，时域窗口选择为升余弦滚降窗口。

考虑到频域子载波成型和最高信道带宽，选择基本符号速率为Fs＝30.72MHz，基本符号间隔Ts＝(1/30.72)us≈0.0326us。其中，信号有效带宽外的频域子载波用于携带零符号(即虚拟子载波)，调整虚拟子载波数目和位置即可支持不大于20MHz的任意带宽。

考虑到频谱成型需要的过渡带，实际信号带宽选择为18MHz、9MHz和4.5MHz三种，分别对应20MHz、10MHz和5MHz三种标称信道带宽。

选择两种子载波间隔，30kHz的子载波间隔支持高速移动业务，6kHz的子载波间隔支持低速移动业务，因此复帧结构包括两种时域数据块长度，短数据块长度为30.72MHz/30kHz＝1024符号和长数据块长度为30.72MHz/6kHz＝5120符号，持续时间分别为(1024/30.72)us＝33.33us和(5120/30.72)＝166.67us。

考虑到最大时延扩展为8.33us和时域窗口频谱成型的需要，选择长度分别为288符号和328符号保护间隔，对应持续时间为(288/30.72)＝9.38us和(328/30.72)us＝10.68us。

参照附图17，保护间隔和时域数据块一起构成时域数据帧，短数据帧持续(1024+328)＝1352符号，长数据帧持续(5120+288)＝5408符号；短数据帧采用循环扩展保护间隔填充，前保护间隔为308符号，后保护间隔为20；长数据帧采用循环前缀保护间隔填充，前保护间隔长度为288符号，没有后保护间隔。因为短数据帧的IDFT运算点数少，频域子载波频谱成型性能差，因此需要增加时域窗口频谱成型，因此需要增加保护间隔长度，以保证有效保护间隔不小于信道的最大时延扩展。选择时域窗口的滚降系数为40/1352＝2.96％，则短数据帧的有效保护间隔也为288符号。因为长数据帧的IDFT运算点数多，频域子载波频谱成型性能好，因此不需要额外的时域窗口频谱成型。

复帧结构利用时域数据帧的规律和保护间隔填充的循环扩展进行复帧同步，不包括辅助信号；信道估计由每个时频子信道内部的导频实现。

考虑到需要支持实时业务，因此复帧不宜太长，要求持续时间10ms左右。选择复帧长度为5408*64＝346112符号，持续时间约11.3ms。

为了支持18MHz、9MHz和4.5MHz三种有效信号带宽，简化时频图案映射，同时兼顾信道带宽内某些频点存在的严重干扰，选择基本带宽为300kHz，则每个频域数据块对应信号带宽为18MHz/9MHz/4.5MHz的有效基本时频单元分别为60个、30个、和15个。

参照图18，以中心频率F0，有效信号带宽BW＝4.5MHz为例，对应基本时频单元的频域子载波采用集中放置，基本时频单元因此编号为1至15。

步骤3.获得系统可用时频资源、信道条件和业务需求信息

根据时分双工的要求，确定预留给上行信道的时间资源，假定上行信道资源最少为25％，最多为75％。

考虑到该系统可能存在频点干扰，假定已经得到干扰对应的频率图样。

业务需求信息假定已知，包括高速移动的高优先级业务数目和低速移动的低优先级业务数目，每个业务均为发射端到一个接收端的点对点业务，信道条件已知。

步骤4.根据所述系统可用资源、信道条件、和业务需求，基于所述基本传输模式确定多业务传输所采用的具体传输模式

如步骤3所述，系统可用时频资源需要灵活调度，不仅上行下行时频资源需要灵活调度，而且高优先级业务和低优先级业务占用的时频资源也需要灵活调度，因此系统需要给出物理层信令，复帧结构需要开辟专门的信令子信道。

参照图18，确定多业务传输所采用的具体传输模式得到的完整复帧结构，复帧总长度为(5408*64)个符号，最多可支持64个长数据帧，或256个短数据帧。图中，每个方框代表一个时域数据帧，依次标号为1至最大值。设计用于下行多址多业务传输的时频资源位于复帧结构最后，占用长度为(5408*C)个符号，C是整数，最小为16(对应复帧时频资源的25％)，最大为48(对应复帧时频资源的75％)，其它资源用于上行多址传输，满足时分双工的要求。

为了信令子信道分配的方便，也为了接收机同步的方便，复帧结构的前16+A1个数据帧为短数据帧，之后是A2个长数据帧、和预约用于上行多址传输的符号，其中(16+A1)/4+A2+C＝64，要求A1是4的整数倍的正整数。显然A1、A2和C是复帧结构参数，根据上下行业务需求和高低优先级业务决定。

参照图19，给出信令子信道时频分配图案。纵轴为频率轴，中心频率F0＝2.4GHz，有效带宽以BW＝4.5MHz为例，每个频域数据块包括15个基本时频单元，依次编号为1至15。横轴是时间轴，T0是复帧的起始时刻，T1＝(16*1352/30.72)＝704.2us是复帧前16个短数据帧的持续时间。信令子信道仅位于复帧的前16个短数据帧，依次编号为1至16，因此不依赖于复帧结构参数A1、A2和C，有效保证接收端信令子信道的正常解调。如前所述，信道带宽内可能存在严重的窄带干扰，并且干扰频点未知，而信令子信道必须预先配置，因此信令子信道采用跳频技术，以保证信令子信道的可靠性；在16个短数据帧内，信令子信道占用的基本时频单元数目会有规律变化。最后，信令子信道带宽为0.9MHz，对应每个短数据帧的频域数据块的3个连续基本时频单元。以有效带宽4.5MHz为例，信令占用的整个复帧时频资源的比例为(0.9/4.5)*(16*1352)/(5408*64)＝1.25％。

普通子信道的时频资源分配与信令子信道类似，其中短数据帧承载高速业务，频谱利用率低，长数据帧承载低速业务，频谱利用率高。为了提高系统传输可靠性和系统频谱效率等指标，普通子信道的时频资源分配由子信道分配算法根据系统可用资源、信道条件、和业务需求进行优化，不再细述。

考虑到接收端的复帧同步、信令子信道的同步和信道估计，信令子信道对应的频域数据块需要加入导频，不再细述。信令子信道的优先级最高，因此采用低阶调制和低码率纠错编码，不再细述。

最后，根据业务传输速率要求，为每个时频子信道确定传输模式，包括但不限于扰码、纠错编码、星座映射、交织模式、和平均功率，其中子信道分配算法在总发射功率的约束下，优化每个子信道的平均功率。通常承载高优先级业务的子信道采用低阶调制和/或低码率纠错编码，承载低优先级业务的子信道采用高阶调制和/或高码率纠错编码，不再细述。如实施例4所述，信令子信道和承载高优先级业务的子信道可以辅助承载低优先级业务的子信道进行信道估计。

确定多业务传输所采用的具体传输模式得到的完整复帧结构、时频映射图案和每个时频子信道的子信道传输模式等信息由信令子信道承载，以保证所有时频子信道业务数据的解调和解码；确定多业务传输所采用的具体传输模式输出，指导发射端装置(基站)和接收端装置(移动终端)的实现。

步骤5.由于系统支持物理层信令和灵活调度，所以转入步骤6。

步骤6.如果系统可用资源、信道条件、和业务需求发生变化，则返回步骤3；否则，保持系统设置不变。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (19)

1.一种确定下行多址系统多业务传输模式的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1，获取系统参数和业务信息；

S2，根据系统参数和业务信息确定基本传输模式，包括以下步骤：

S2.1，确定传输中所采用的复帧由辅助信号与一个或多个不同长度的时域数据帧组成，所述时域数据帧由保护间隔和时域数据块组成，所述时域数据块经时频变换与频域数据块在复帧结构中一一对应，所述频域数据块由子载波组成；

S2.2，确定传输中的基本信道单元为由位于同一时域数据帧内的一个或多个子载波组成的基本时频单元，所述基本时频单元占据的信号带宽固定，定义为基本带宽；

S2.3，确定传输中的物理层子信道为所述复帧结构中由一个时域数据帧内的一个或多个基本时频单元组成、或由多个时域数据帧内的多个基本时频单元组成的时频子信道；

S3，获得系统可用时频资源、信道条件和业务需求信息；

S4，在外部子信道分配算法指导下，根据所述系统可用资源、信道条件、和业务需求，基于所述基本传输模式，确定多业务传输所采用的具体传输模式，包括以下步骤：

S4.1，确定不同业务传输时具体采用的复帧结构；

S4.2，确定基本时频单元到时频子信道的映射结果或时频子信道到基本时频单元的映射结果的时频映射图案，完成传输不同业务所需时频子信道的时频资源分配；

S4.3，确定每个时频子信道的子信道传输模式。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4之后还包括如下步骤：

S5，判断系统是否支持物理层信令和灵活调度，若不支持，则结束，系统按当前具体传输模式工作，否则执行步骤S6；

S6，若系统可用时频资源、信道条件、或业务需求信息发送变化，返回执行步骤S3。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

步骤S1中，所述系统参数包括系统工作频段、最大信道带宽、和信道传输的最大时延扩展；所述业务信息包括最大支持的子信道数目、最大移动速度、最大传输速率、和实时性要求；

步骤S2中确定基本传输模式还包括以下步骤：

S2.4，定义步骤S2.1中复帧的辅助信号形式，选择频谱成型方法，根据频谱成型方法和最大信道带宽确定基本符号间隔和信号带宽；

S2.5，根据工作频段和不同业务的最大移动速度，定义一种或多种时域数据块长度；

S2.6，根据不同业务对应信道的最大时延扩展，定义一种或多种保护间隔长度、及保护间隔的一种或多种填充方式，根据多业务实时性需求，确定步骤S2.1中复帧的长度范围；

S2.7，确定步骤S2.2中基本时频单元的基本带宽的具体大小；

S2.8，定义与步骤S2.5中时域数据块对应的每种频域数据块的基本时频单元划分方式，其中每种频域数据块共享相同的基本时频单元划分方式。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

步骤S3中，所述系统可用资源包括系统可用带宽、发射功率和复帧时频资源；所述信道条件包括发射端到不同业务接收端的传输信道的信道时延扩展、信道多普勒扩展、信道干扰图案；所述业务需求信息包括所需时频子信道数目和对应每个时频子信道的实时性要求、传输带宽要求、QOS要求、和传输速率要求；

步骤S4.1中，根据所述业务需求信息，结合外部子信道分配算法来确定具体采用的复帧结构，包括确定复帧中时域数据帧的数目和每个时域数据帧的种类；

步骤S4.2中，根据所述系统可用资源、信道干扰图案和业务传输带宽要求，在外部子信道分配算法的指导下，为对应所述业务需求的每个时频子信道分配可用时频资源，确定基本时频单元到时频子信道的映射结果或时频子信道到基本时频单元的映射结果，得到时频映射图案，完成传输不同业务所需时频子信道的时频资源分配；

步骤S4.3中，根据所述业务实时性要求、QOS要求和传输速率要求，确定每个时频子信道的子信道传输模式。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S4.2包括以下子步骤：

S4.2.1，以步骤S2.7确定的基本时频单元为单位，确定系统可用时频资源；

S4.2.2，确定对应所述业务需求信息的每个时频子信道的子信道带宽，其中，子信道带宽是基本带宽的整数倍；

S4.2.3，确定每个时频子信道对应的一个或多个频域数据块位置；

S4.2.4，确定每个时频子信道的所有基本时频单元。

6.如权利要求1、2、4或5任一所述的方法，其特征在于，

若基本时频单元由多个子载波组成，基本时频单元所对应子载波的位置集中放置，或者是分散放置，或者是二者的混合；

若时频子信道由多个基本时频单元组成，时频子信道对应的基本时频单元的位置集中放置，或者是分散放置，或者是二者的混合。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S2.7确定的基本带宽是所述复帧内任意频域数据块子载波间隔的整数倍。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S4.2.4中，对应每个时频子信道的一个或多个频域数据块，构成该时频子信道的基本时频单元在频域数据块中的位置或者相同，或者相互独立。

9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，

步骤S4.2.1中，系统可用资源信息由外部频谱感知模块提供；

系统可用资源对应的复帧时频资源，不包括系统预约的时频资源或系统确认为不可用的时频资源。

10.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

若步骤S5判断得出系统支持物理层信令和灵活调度，还包括分配用于传输包含信令信息的信令业务数据的信令子信道的步骤，所述信令信息包括具体采用的复帧结构、时频映射图案和子信道传输模式。

11.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

步骤S2.4中所定义的辅助信号形式为前导序列、叠加序列、或所述复帧中时域数据帧之间或之后的已知训练序列，或为多种序列的组合，或没有辅助信号；

S2.6中所述保护间隔的填充方式是所述时域数据帧的时域数据块的循环扩展、零序列、或已知训练序列，或没有保护间隔，其中所述时域数据帧的保护间隔或者全部相同，或者独立设置。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法应用到面向宽带数字地面广播的下行多址OFDM块传输系统中来确定多业务的传输模式。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法应用到面向宽带无线移动通信的下行多址OFDM块传输系统中来确定多业务的传输模式。

14.一种基于权利要求1所述方法的发射端装置，其特征在于，该发射端装置包括：

资源调度单元，用于利用权利要求1所述的方法确定多业务传输中所采用的复帧结构、子信道传输模式和时频映射图案，产生包含所有时频子信道参数的信令信息及调度信息，所述调度信息包括子信道传输模式和时频映射图案，以及发射端所有其它单元的控制信号和时序信号；

信令业务复接单元，用于将资源调度单元产生的信令信息和填充信息进行复接得到信令数据业务，输出对应的信令业务比特；

子信道编码调制单元，用于根据资源调度单元提供的子信道传输模式，对信令业务比特或由多业务数据得到的普通业务比特进行编码和调制，得到对应的业务符号，同时根据需要填充时频子信道所需的训练符号和/或虚拟子载波；

频域数据块组成单元，用于根据资源调度单元提供的时频映射图案和当前频域数据块的时序信号，对属于当前频域数据块的多个时频子信道的业务符号和训练符号进行复接，得到完成子载波复接的频域数据块并输出给IDFT单元；

IDFT单元，根据当前输入频域数据块的长度信息，对输入的频域数据块进行IDFT运算，得到当前时域数据块；

时域数据帧组帧单元，根据资源调度单元提供的复帧结构和当前时域数据帧的时序信号，得到填充所需信号的保护间隔，将保护间隔和时域数据块一起组成时域数据帧并输出到复帧组帧单元；

复帧组帧单元，根据资源调度单元提供的时频映射图案和当前复帧的时序信号，将输入的一个或多个时域数据帧和辅助信号一起组成复帧信号；

复帧后续处理单元，对复帧信号进行频谱成型、数模变换和射频调制的后处理，得到最后的发射信号。

15.如权利要求14所述的发射端装置，其特征在于，

所述子信道编码调制单元的编码调制操作包括扰码、纠错编码、星座映射、交织、和功率控制；

所述子信道编码调制单元所输入的一路普通业务比特由一个或多个子业务的比特复接得到。

16.一种基于权利要求3所述方法和对应于权利要求14所述发射端装置的接收端装置，其特征在于，该接收端装置包括：

控制单元，用于接收系统预置的信令子信道信息，基本传输模式中确定的部分复帧结构信息和部分时频图案映射信息，根据信令子信道解调及信令解析单元得到的信令信息、和前端单元提供的同步信息，得到接收端所需的全部复帧结构、时频图案映射和所需子信道传输模式信息，产生接收端所有其它单元所需的控制信号和时序信号；

前端单元，用于在控制单元的控制下，完成射频解调、模数转换，并根据复帧结构进行接收端同步，得到复帧信号和同步信号；

时域数据帧分离单元，在控制单元的控制下，根据复帧结构，首先从复帧信号中分离所需时域数据帧，然后从时域数据帧中分离出时域数据块，输出到DFT单元；

DFT单元，在控制单元的控制下，根据复帧结构提供的输入时域数据块的块长，进行DFT变换，得到由子载波组成的频域数据块；

频域数据块子信道分离单元，在控制单元的控制下，根据复帧结构、时频映射图案和当前频域数据块的时序信号，对输入频域数据块进行子信道分离，得到对应信令子信道的信令符号块，和对应传输多业务数据的普通子信道的普通符号块；

子信道解调解码单元，用于在控制单元的控制下，对不同时频子信道的信令符号块和/或普通符号块进行解调解码，得到对应信令业务数据和普通业务数据；

信令解析单元，用于在控制单元的控制下，对信令业务数据进行解析，得到信令业务数据包含的信令信息并输出给控制单元。

17.如权利要求16所述的接收端装置，其特征在于，所述子信道解调解码单元包括信令子信道解调解码单元和普通子信道解调解码单元，其中，

子信道解调解码单元，包括：

信令子信道估计单元，用于在控制单元的控制下，根据信令子信道传输模式进行信令子信道的信道估计，得到信令子信道估计结果；

信令子信道均衡单元，用于利用信令子信道估计结果进行信令子信道均衡，得到均衡后的数据符号；

信令子信道解调解码执行单元，用于对均衡后的数据符号进行解交织、星座解映射、信道解码、和解扰的解调解码操作，得到信令业务数据，送给信令解析单元；

所述普通子信道解调解码单元包括：

普通子信道估计单元，用于在控制单元的控制下，根据当前普通子信道传输模式，进行当前普通子信道的信道估计或更新，得到当前普通子信道估计结果；

普通子信道均衡单元，利用当前普通子信道估计结果对输入普通符号块进行信道均衡，得到均衡后的数据符号；

普通子信道解调解码执行单元，用于对普通子信道均衡单元均衡后的数据符号进行解交织、星座解映射、信道解码和解扰的解调解码操作，得到普通业务数据并输出。

18.如权利要求17所述的接收端装置，其特征在于，

所述信令子信道解调解码单元的输出同时输入到普通子信道解调解码单元；

所述普通子信道解调解码单元中的普通子信道估计单元结合输入的信令子信道解调解码单元的输出，进行当前普通子信道的信道估计或更新。

19.如权利要求17所述的接收端装置，其特征在于，该接收端实现装置包括两个普通子信道解调解码单元，其中一个为高优先级子信道解调解码单元，另一个为低优先级子信道解调解码单元；

其中高优先级子信道解调解码单元输出的结果输出到低优先级子信道解调解码单元，低优先级子信道解调解码单元结合输入的高优先级子信道解调解码结果进行当前普通子信道的信道估计或更新。

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