CN102325117B - 兼容dtmb系统的发射分集装置及其数据处理方法 - Google Patents

Abstract

一种兼容DTMB系统的发射分集装置及其数据处理方法，涉及数字电视技术领域，所解决的是提高多径传播环境下接收可靠性的技术问题。该装置中的帧头模块输出两种不同结构的帧头，MISO处理模块将输入的数据分两路处理，第一路按传统DTMB方式处理后与帧头模块输出的第一种帧头组成信号帧，再依次经基带后处理模块、上变频模块转换为射频信号后从一射频输出天线发射；第二路先对输入的数据进行改进型Alamouti编码，再进行IFFT后通过帧体处理模块形成帧体，再与帧头模块输入的第二种帧头组成信号帧，然后再依次经基带后处理模块、上变频模块转换为射频信号后从另一射频输出天线发射。本发明提供的装置及方法，具有后向兼容性。

Description

兼容DTMB系统的发射分集装置及其数据处理方法

技术领域

本发明涉及数字电视技术，特别是涉及一种兼容DTMB系统的发射分集装置及其数据处理方法的技术。

背景技术

传统的OFDM系统在不同的符号之间插入循环前缀（CP），能有效对抗多径信道，简化均衡处理。当太长的信道延迟多径出现时，需要的CP的长度更长。此外，需要大量的导频插入数据帧用于系统同步和信道估计，这些开销会大大降低系统的数据效率。TDS-OFDM（time domain synchronous OFDM:时域同步正交频分复用）系统是中国国家DTMB（digital television terrestrialmultimedia broadcasting:数字电视地面多媒体广播）标准的核心技术。TDS-OFDM的帧结构省去了循环前缀，而是利用了PN序列作为保护间隔，同时也用于信号同步和信道估计，不需要额外的导频符号。因此TDS-OFDM系统比传统的OFDM系统提供更高的系统吞吐量。

如图2所示，现有DTMB系统的发射装置由数据随机化模块、前向纠错编码模块、映射与交织模块、复用模块、系统信息模块、帧体处理模块、帧适配模块、基带后处理模块、上变频模块、帧头模块组成，上变频模块的输出端接有射频输出天线。现有DTMB系统的发射装置的缺点在于：在多径传播信道下，无法获得更加可靠的接收性能；无法满足当前不断增长的多媒体业务的需求。

另外，在世界各国数字电视标准演进的过程中，后向兼容也是重点考虑的一个特性，以便符合低级版本标准的性能要求。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种在多径传播环境下接收可靠性高，且具有后向兼容性的兼容DTMB系统的发射分集装置及其数据处理方法。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种兼容DTMB系统的发射分集装置，包括数据随机化模块、前向纠错编码模块、映射与交织模块、复用模块、系统信息模块、帧体处理模块、帧适配模块、基带后处理模块、上变频模块、帧头模块；

所述系统信息模块、帧头模块各有一个输出端，所述数据随机化模块、前向纠错编码模块、映射与交织模块各有一个输入端、一个输出端，所述数据随机化模块的输出端接到前向纠错编码模块的输入端，前向纠错编码模块的输出端接到映射与交织模块的输入端；

所述复用模块有两个输入端、一个输出端，其一个输入端接映射与交织模块的输出端，另一输入端接系统信息模块的输出端；

其特征在于：还包括MISO（Multi Input Single Output，多输入单输出）处理模块，所述MISO处理模块有一个输入端、两个输出端，其两个输出端分别为第一输出端、第二输出端，其输入端接复用模块的输出端；

所述帧体处理模块、基带后处理模块、上变频模块各有两个输入端、两个输出端，分别为第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端；

所述帧适配模块有三个输入端、两个输出端，分别为第一输入端、第二输入端、第三输入端、第一输出端、第二输出端，其第三输入端接帧头模块的输出端；

所述MISO处理模块、帧体处理模块、帧适配模块、基带后处理模块、上变频模块，按前序模块第一输出端接后序相邻模块第一输入端、前序模块第二输出端接后序相邻模块第二输入端的连接方式从前至后依序连接；

所述上变频模块的两个输出端各接一射频输出天线。

本发明所提供的兼容DTMB系统的发射分集装置的数据处理方法，其特征在于：

复用模块处理后的数据输出至MISO处理模块，MISO处理模块对复用模块输入的数据分两路处理，第一路对复用模块的输出数据直接进行IFFT后从MISO处理模块的第一输出端输出，第二路对复用模块的输出数据先进行改进型Alamouti编码，再进行IFFT后从MISO处理模块的第二输出端输出；

帧头模块输出两种结构的帧头至帧适配模块，第一种帧头的结构由前至后依次为前缀、PN序列、后缀，第二种帧头的结构由前至后依次为前缀、移位PN序列、后缀，第一种帧头中的前缀和后缀是PN序列的循环扩展，第二种帧头中的移位PN序列是第一种帧头中的PN序列的移位，第二种帧头中的前缀和后缀是移位PN序列的循环扩展；

MISO处理模块第一输出端的输出信号先通过帧体处理模块形成帧体，再通过帧适配模块与帧头模块输入的第一种帧头组成信号帧，然后再经基带后处理模块转换为输出信号，再经上变频模块转换为射频信号后从连接上变频模块第一输出端的射频输出天线输出；

MISO处理模块第二输出端的输出信号先通过帧体处理模块形成帧体，再通过帧适配模块与帧头模块输入的第二种帧头组成信号帧，然后再经基带后处理模块转换为输出信号，再经上变频模块转换为射频信号后从连接上变频模块第二输出端的射频输出天线输出。

进一步的，帧头模块输出的第二种帧头中的移位PN序列是第一种帧头中的PN序列的移位，其移位数目大于信道的最大延迟扩展。

进一步的，所述改进型Alamouti编码由复共轭和取负数这两个数学操作构成。

本发明提供的兼容DTMB系统的发射分集装置及其数据处理方法，关闭或停止MISO处理模块第二输出端的输出，即可关闭连接上变频模块第二输出端的射频输出天线的输出，即可切换至与TDS-OFDM系统相同的运行状态，具有后向兼容性，而且改进型Alamouti编码能提供额外的空间和频率分集增益，因此在多径传播环境下接收可靠性也较高。

附图说明

图1是本发明实施例的兼容DTMB系统的发射分集装置的结构示意图；

图2是现有DTMB系统的发射装置的结构示意图；

图3是本发明实施例的兼容DTMB系统的发射分集装置中的信号帧的结构示意图；

图4是本发明实施例的兼容DTMB系统的发射分集装置中的信号帧处理示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例所提供的一种兼容DTMB系统的发射分集装置，包括数据随机化模块、前向纠错编码模块、映射与交织模块、复用模块、系统信息模块、帧体处理模块、帧适配模块、基带后处理模块、上变频模块、帧头模块；

所述系统信息模块、帧头模块各有一个输出端，所述数据随机化模块、前向纠错编码模块、映射与交织模块各有一个输入端、一个输出端，所述数据随机化模块的输出端接到前向纠错编码模块的输入端，前向纠错编码模块的输出端接到映射与交织模块的输入端；

所述复用模块有两个输入端、一个输出端，其一个输入端接映射与交织模块的输出端，另一输入端接系统信息模块的输出端；

其特征在于：还包括MISO处理模块，所述MISO处理模块有一个输入端、两个输出端，其两个输出端分别为第一输出端、第二输出端，其输入端接复用模块的输出端；

所述帧体处理模块、基带后处理模块、上变频模块各有两个输入端、两个输出端，分别为第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端；

所述帧适配模块有三个输入端、两个输出端，分别为第一输入端、第二输入端、第三输入端、第一输出端、第二输出端，其第三输入端接帧头模块的输出端；

所述MISO处理模块、帧体处理模块、帧适配模块、基带后处理模块、上变频模块，按前序模块第一输出端接后序相邻模块第一输入端、前序模块第二输出端接后序相邻模块第二输入端的连接方式从前至后依序连接；

所述上变频模块的两个输出端各接一射频输出天线。

本发明实施例中，所述数据随机化模块、前向纠错编码模块、映射与交织模块、复用模块、系统信息模块均为现有技术，与中国国家DTMB标准中的各个对应模块结构功能均一致；

所述数据随机化模块用于保证传输数据的随机性，以便传输信号，其输入的数据码流需要用扰码进行加扰；

所述前向纠错编码模块用于对数据随机化模块输入的扰码后的比特流进行前向纠错编码处理，通过外码（BCH码）和内码（LDPC）级联实现前向纠错编码；

所述映射与交织模块用于将前向纠错编码后的比特流转换成nQAM（n：星座点数）符号流，各种符号映射加入相应的功率归一化因子，并支持两种模式：分别为C=1模式、C=3780模式，在C=1模式下采用时域交织编码模式，在C=3780模式下采用频域交织编码模式；

所述系统信息模块用于为每个信号帧提供必要的解调和解码信息，包括符号映射模式、LDPC编码的码率、交织模式信息、帧体信息等模式的指示；

所述复用模块用于将基本数据块与系统信息组合。

本发明实施例所提供的兼容DTMB系统的发射分集装置的数据处理方法，其特征在于：

复用模块处理后的数据输出至MISO处理模块，MISO处理模块对复用模块输入的数据分两路处理（参见图4），第一路对复用模块的输出数据直接进行IFFT（逆傅立叶变换）后从MISO处理模块的第一输出端输出，该路处理方式与传统DTMB系统相同，以便于后向兼容，第二路对复用模块的输出数据先进行改进型Alamouti编码，再进行IFFT后从MISO处理模块的第二输出端输出；

帧头模块输出两种结构的帧头至帧适配模块，第一种帧头h1（参见图3）的结构与传统DTMB系统相同，由前至后依次为前缀、PN序列、后缀，第二种帧头h2（参见图3）的结构由前至后依次为前缀、移位PN序列、后缀，第一种帧头h1中的前缀和后缀是PN序列的循环扩展，第二种帧头h2中的移位PN序列是第一种帧头中的PN序列的移位，其移位数目最好大于信道的最大延迟扩展，第二种帧头中的前缀和后缀是移位PN序列的循环扩展；

MISO处理模块第一输出端的输出信号先通过帧体处理模块形成帧体，再通过帧适配模块与帧头模块输入的第一种帧头h1组成信号帧F1（参见图3），然后再经基带后处理模块转换为输出信号，再经上变频模块转换为射频信号后从连接上变频模块第一输出端的射频输出天线输出；

MISO处理模块第二输出端的输出信号先通过帧体处理模块形成帧体，再通过帧适配模块与帧头模块输入的第二种帧头h2组成信号帧F2（参见图3），然后再经基带后处理模块转换为输出信号，再经上变频模块转换为射频信号后从连接上变频模块第二输出端的射频输出天线输出。

本发明实施例中，帧头模块输出的帧头长度可以是420个符号，也可以是595个符号，还可以是945个符号，但是帧体处理模块形成的帧体只取3780个符号，这是为了与中国DTMB标准规定一致，连接上变频模块第一输出端的射频输出天线为第一天线，连接上变频模块第二输出端的射频输出天线为第二天线，输出至第一天线的信号帧F1为第一信号帧，输出至第二天线的信号帧为第二信号帧，第一信号帧的帧结构和传统的SISO DTMB系统中的帧结构相同，但是第二信号帧的帧头和帧体均不同于第一信号帧的帧头和帧体，第二信号帧的帧头是第一信号帧的PN序列的移位再加上不同的前缀和后缀（由移位的PN序列的循环扩展产生），第二信号帧的帧体是对数据进行改进型Alamouti编码后再进行IFFT后的输出。

本发明实施例中，所述帧体处理模块、帧适配模块、基带后处理模块、上变频模块的功能与中国国家DTMB标准中的各个对应模块功能基本一致，不同之处在于本发明实施例中的帧体处理模块、帧适配模块、基带后处理模块、上变频模块均有两路输出，而中国国家DTMB标准中的各个对应模块仅有一路输出。

本发明实施例实际应用时，关闭或停止MISO处理模块第二输出端的输出，即可关闭连接上变频模块第二输出端的射频输出天线的输出，即可切换至与TDS-OFDM系统相同的运行状态，具有后向兼容性。

本发明实施例中，所述改进型Alamouti编码（参见图4）为现有技术，由复共轭和取负数这两个数学操作构成，并支持C=1模式、C=3780模式，在C=1模式下采用空时编码，在C=3780模式下采用空频编码，具体编码原理如下：

MISO处理模块的第二输出端输出数据是先进行改进型Alamouti编码，再进行IFFT的，其输出数据公式为： $\left\{\begin{array}{c}{b}_{2,l,m,n}={-a}_{l,m,n+1}^{*}\\ b_{2,l,m,n+1}=a_{l,m,n}^{*}\end{array}\right.,,$

MISO处理模块的第一输出端输出数据是直接进行IFFT的，未经过改进型Alamouti编码，其输出数据公式为： $\left\{\begin{array}{c}{b}_{1,l,m,n}=a_{l,m,n}\\ b_{1,l,m,n+1}=a_{l,m,n+1}\end{array}\right.;$

其中，*（星号）表示数学运算复共轭，(-1)表示对相应数值取相反数，b₁表示MISO处理模块的第一输出端的输出数据，b₂表示MISO处理模块的第二输出端的输出数据，l、m、n依次分别为符号序号、帧序号、频点序号，a_l,m,n为原始频域发射信号的奇数和偶数频点。

发射分集技术因能提供可靠的传输和良好的误码性能而在无线广播信道中得到广泛应用。Alamouti空时分组码（STBC）是最常见的发射分集方案，最早是在1998年著名学者Alamouti撰写的论文“A simple transmit diversitytechnique for wireless communication”，IEEE Journal on Selected Areas incommunications中提出的。就两个发射天线而言，它利用时间和空间分集，实现最大的分集增益，不会造成速率损失，Alamouti编码的条件是假设信道系数在两个连续的符号周期内保持不变，这样才能保证期望的分集增益。发射分集的发射端不需要信道信息，计算复杂度低，而且对衰落影响的敏感性降低，允许使用高阶调制提高数据速率。Alamouti编码的缺点是在由高的移动速度和高的（大于5G）载波频率造成的较高的多普勒频移的环境中会无法工作。另一种发射分集方案是空频分组码（SFBC），它也是在两个天线上进行编码，不同的是，不是在两个连续的符号间隔内编码，而是在两个相邻的子载波上进行编码。显然，SFBC利用的是空间和频率分集，既适合静态接收机，也适合移动接收机。

欧洲电信标准委员会（ESTI）于2008年公布了DVB-T2的标准，最终的草案于2010年底出版，改进型Alamouti编码（可认为是Alamouti空频编码）已经被这个新标准采用，DVB-T2系统显示了比DVB-T更加棒的性能。

Claims (4)

1.一种兼容DTMB系统的发射分集装置，包括数据随机化模块、前向纠错编码模块、映射与交织模块、复用模块、系统信息模块、帧体处理模块、帧适配模块、基带后处理模块、上变频模块、帧头模块；

所述系统信息模块、帧头模块各有一个输出端，所述数据随机化模块、前向纠错编码模块、映射与交织模块各有一个输入端、一个输出端，所述数据随机化模块的输出端接到前向纠错编码模块的输入端，前向纠错编码模块的输出端接到映射与交织模块的输入端；

所述复用模块有两个输入端、一个输出端，其一个输入端接映射与交织模块的输出端，另一输入端接系统信息模块的输出端；

其特征在于：还包括MISO处理模块，所述MISO处理模块有一个输入端、两个输出端，其两个输出端分别为第一输出端、第二输出端，其输入端接复用模块的输出端；

所述帧体处理模块、基带后处理模块、上变频模块各有两个输入端、两个输出端，分别为第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端；

所述帧适配模块有三个输入端、两个输出端，分别为第一输入端、第二输入端、第三输入端、第一输出端、第二输出端，其第三输入端接帧头模块的输出端；

所述MISO处理模块、帧体处理模块、帧适配模块、基带后处理模块、上变频模块，按前序模块第一输出端接后序相邻模块第一输入端、前序模块第二输出端接后序相邻模块第二输入端的连接方式从前至后依序连接；

所述上变频模块的两个输出端各接一射频输出天线。

2.根据权利要求1所述的兼容DTMB系统的发射分集装置的数据处理方法，其特征在于：

复用模块处理后的数据输出至MISO处理模块，MISO处理模块对复用模块输入的数据分两路处理，第一路对复用模块的输出数据直接进行IFFT后从MISO处理模块的第一输出端输出，第二路对复用模块的输出数据先进行改进型Alamouti编码，再进行IFFT后从MISO处理模块的第二输出端输出；

帧头模块输出两种结构的帧头至帧适配模块，第一种帧头的结构由前至后依次为前缀、PN序列、后缀，第二种帧头的结构由前至后依次为前缀、移位PN序列、后缀，第一种帧头中的前缀和后缀是PN序列的循环扩展，第二种帧头中的移位PN序列是第一种帧头中的PN序列的移位，第二种帧头中的前缀和后缀是移位PN序列的循环扩展；

MISO处理模块第一输出端的输出信号先通过帧体处理模块形成帧体，再通过帧适配模块与帧头模块输入的第一种帧头组成信号帧，然后再经基带后处理模块转换为输出信号，再经上变频模块转换为射频信号后从连接上变频模块第一输出端的射频输出天线输出；

MISO处理模块第二输出端的输出信号先通过帧体处理模块形成帧体，再通过帧适配模块与帧头模块输入的第二种帧头组成信号帧，然后再经基带后处理模块转换为输出信号，再经上变频模块转换为射频信号后从连接上变频模块第二输出端的射频输出天线输出。

3.根据权利要求2所述的兼容DTMB系统的发射分集装置的数据处理方法，其特征在于：帧头模块输出的第二种帧头中的移位PN序列是第一种帧头中的PN序列的移位，其移位数目大于信道的最大延迟扩展。

4.根据权利要求2所述的兼容DTMB系统的发射分集装置的数据处理方法，其特征在于：所述改进型Alamouti编码由复共轭和取负数这两个数学操作构成。

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