CN102694764A

CN102694764A - 数字音频广播系统中的数字音频信号发送和接收方法和装置

Info

Publication number: CN102694764A
Application number: CN2012101818738A
Authority: CN
Inventors: 邹峰; 李锦文; 申红兵; 陶涛; 高鹏; 雷文; 邢观斌
Original assignee: Beijing Taimei Shiji Science & Technology Co Ltd; Academy of Broadcasting Science of SAPPRFT
Current assignee: Beijing Taimei Shiji Science & Technology Co Ltd; Academy of Broadcasting Science of SAPPRFT
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2032-06-04
Also published as: CN102694764B; WO2013023594A1

Abstract

本发明提供了一种在数字音频广播系统中的数字音频信号发送接收方法，在发送端将业务数据进行扰码、LDPC编码、星座映射和子载波交织，将业务描述信息进行扰码、卷积编码、比特交织和星座映射，将系统信息进行卷积编码、比特交织和星座映射，将上述信息和离散导频复接在一起，映射到对应的频谱模式上，组成OFDM频域符号；并进行频域到时域的变换，连接成逻辑层帧结构，再进行逻辑层帧结构到物理层帧结构的映射和组帧以供发射。本发明根据现有FM频段频谱特性，设计了灵活的频谱模式，不影响现有模拟调频广播信号，同时又具有频谱可扩展性。同时具有灵活的系统传输参数配置，可应用于单频网与多频网模式。

Description

数字音频广播系统中的数字音频信号发送和接收方法和装置

技术领域

本发明涉及数字信息传输技术领域，尤其是涉及一种数字数字音频广播系统中的数字音频信号发送和接收方法和装置。

背景技术

传统的FM频段（87Mhz-108Mhz）是调频广播频段，其所占带宽为100kHz或200kHz，只能为用户提供最基本的广播业务，目前中国采用的仍然是传统的模拟调频广播。而采用数字音频广播提供数字音频和数据业务，具有广播性，一点对多点、一点对面，广播信息的成本与用户数量无关且音质好、接收质量高、抗干扰性强、发射功率小、覆盖面积大。无论在音频质量，频谱效率还是在对新业务的支持上，相对于传统的模拟广播都具有无可比拟的优势。

目前国际上主要的数字音频广播技术主要有以下几种：

（1）欧洲的DAB标准

其采用基于COFDM的多载波宽带传输技术，与传统模拟广播中一个载波传送一套节目的窄带传输方式相比，DAB技术在对抗电波多径传播导致的频率选择性衰落方面性能有大幅提高。但DAB标准1.536MHz的信道带宽与模拟FM/AM广播完全不兼容，需要新的工作频段和频率规划，对DAB的推广形成了很大的障碍，同时由于DAB系统的宽带特性，终端接收机无论在成本和功耗上都较难控制。

（2）美国数字音频广播国家标准HD Radio

于2002年由美国FCC批准采用，它基于iBiquity公司的in band on channel(IBOC)带内同频道技术。由于FCC对模拟AM和FM发射的频谱掩模要求较为宽松，允许载频边带有一定的功率辐射。基于此，HD Radio 使用当前分配给AM/FM模拟电台的载频边带传输数字音频信号，并逐渐实现模拟向数字的平滑过渡。与传统模拟广播的同频兼容性促使了HDRadio技术在美国得以迅速推广，但是由于在世界上包括中国在内的其它一些国家AM/FM的频率规划和美国不同，而且相应的频谱掩模也比FCC的规定严格许多，加之HD Radio使用固定边带和固定边带发射功率的技术，使得它在其他国家的应用中对现有的模拟覆盖形成较大的干扰，难以在世界范围内大面积推广。

（3）DRM

它是DRM组织实现的一种中短波调幅广播数字化方案，已成为ITU和ETSI标准，目前DRM又发布了其演进版本DRM+用于FM频段的数字音频广播。与HD Radio不同，DRM既可以占用模拟广播的上/下临频进行广播，也可以单独占用一个广播频道，这种方式比较灵活，可以根据邻近电台情况选择干扰最小的方式放置数字频谱，并辅以发射功率的调整，从而保护现有模拟广播不受影响。但是，DRM系统与传统的模拟音频广播一样都是窄带系统，对于电波多径传播造成的频率选择性衰落，无法实现频率分集，系统性能不够理想。并且DRM系统只能支持占用一个100kHz的广播频道频段，无法支持更高业务数据量。

因此，在数字音频广播技术推广过程中碰到的最大困难在于如何既充分运用先进的数字通信技术以提高传输质量，又同时兼顾与模拟广播的兼容和频率规划，以适应不同用户的业务需求，提供灵活的频谱组合模式，不仅支持单个100kHz带宽的业务传输还能支持多个100kHz频带的灵活组合，通过获取更大的传输带宽，以支持更高数据率业务的传输需要。并且在现有FM/AM发射设备的基础上，增加少量设备和少量投资，就可实现数字音频信号与原有的模拟广播信号用同一频道发射。这样一方面保留了原有的模拟系统，另一方面，不需要准备新的频率规划，达到频率复用的目的。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种数字音频广播系统中的数字音频信号发送方法，包括如下步骤：S1、发射端将来自上层的业务数据转换成比特流后，进行扰码；然后对扰码后的业务数据比特流进行LDPC编码；对LDPC编码后的业务数据比特流进行星座映射；对星座映射后承载业务数据的子载波，以子载波为单元，进行子载波交织，构成交织后的业务数据子载波；S2、发射端将来自上层的业务描述信息转换成比特流后，进行扰码；然后对扰码后的业务描述信息比特流进行卷积编码；对卷积编码后的业务描述信息比特流进行比特交织；对比特交织后的业务描述信息比特流进行星座映射，构成业务描述信息子载波；S3、发射端将物理层系统信息按照特定格式，组成系统信息比特流，然后进行卷积编码；对卷积编码后的系统信息比特流进行比特交织；对比特交织后的系统信息比特流进行星座映射，构成系统信息子载波；S4、频域生成离散导频，然后和上述交织后的包含业务数据子载波、星座映射后的业务描述信息子载波的数据子载波以及包含系统信息子载波的连续导频子载波复接在一起，映射到对应的频谱模式上，组成OFDM频域符号；S5、通过IFFT变换器将上述频域OFDM符号变换到时域，同时复接上循环前缀，产生OFDM时域符号；S6、将上述多个OFDM时域符号复接在一起，并且插入信标，连接成逻辑层帧结构；S7、将所述逻辑层帧结构进行映射和组帧形成物理层帧结构；S8、将所述物理层帧结构经过基带到射频变换予以发射。

根据本发明的另一个方面，提供了一种数字音频广播系统中的数字音频信号发送装置，包括：扰码器，用于对上层业务数据和业务描述信息进行比特流转换和扰码；系统信息构造器，用于将物理层系统信息按照特定格式，组成系统信息比特流；编码器，用于对扰码器输出的上层业务数据比特流、扰码器输出的业务描述信息比特流以及系统信息比特流进行编码；比特交织器，用于对编码后的业务描述信息比特流以及系统信息比特流进行比特交织；星座映射器，用于对比特交织后的业务描述信息、系统信息，以及编码后的业务数据进行星座映射；子载波交织器，用于对星座映射后的业务数据进行子载波上的交织；频域符号生成器，用于将离散导频、星座映射后的业务描述信息和系统信息、以及子载波交织后的业务数据复接在一起，映射到对应的频谱模式上，组成OFDM频域符号；OFDM调制器，用于将上述OFDM频域符号经过IFFT变换到时域；OFDM时域符号生成器，用于将OFDM调制器输出与循环前缀复接在一起构成OFDM时域符号；时域逻辑子帧组成器，用于将OFDM时域符号与信标复接在一起，构成物理层帧结构；映射和组帧模块，用于将所述逻辑层帧结构进行映射和组帧形成物理层帧结构；发射器，用于将所述物理层帧结构经过基带到射频变换予以发射。

根据本发明的再一个方面，提供了一种数字音频广播系统中的数字音频信号接收方法，包括如下步骤：S1、将来自射频的信号经过变换到基带，对基带信号进行捕获，进行定时同步和载波同步；S2、对同步后的信号，进行物理层帧结构帧到逻辑层帧结构映射；S3、对逻辑层帧结构进行频域变换、信道估计和均衡；S4、通过解星座映射、解比特交织和卷积译码，将系统信息提取出来；通过解星座映射、解比特交织、卷积译码以及解扰，将业务描述信息提取出来；通过解子载波交织、解星座映射、LDPC译码以及解扰后，将上层业务数据提取出来；S5、将业务描述信息以及业务数据发送给上层。

根据本发明的又一个方面，提供了一种数字音频广播系统中的数字音频信号接收装置，包括：定时同步器，用于对接收到的信号进行定时同步和捕获；频偏估计器，用于对定时同步上的信号进行频偏估计；频偏补偿器，用于将频偏估计器得到的频偏补偿回接收信号；物理层帧结构到逻辑层帧结构逆映射器，用于将物理层帧结构通过映射变换到逻辑层帧结构上。OFDM解调器，用于对同步后的信号通过FFT变换，由时域变换到频域；信道估计器，由于通过离散导频对频域信道进行估计；信道均衡器，用于根据信道估计器得到的信道参数对接收到的频域信号进行补偿；导频和数据提取器，用于根据频谱模式将频域上的业务描述信息、系统信息以及业务数据子载波分别提取出来；解子载波交织器，用于将业务数据子载波解交织映射；星座映射逆变换器，用于将频域信道均衡后的业务描述信息、系统信息以及业务数据子载波上携带的星座映射符号映射到比特流；解比特交织器，用于将星座映射逆变换后的业务描述信息和系统信息比特流进行解交织映射；译码器，将星座映射逆变换后的业务数据比特流、解比特交织后的业务描述信息以及系统信息进行译码；系统信息解析器，用于将译码后的系统信息解析出来；解扰器，将译码后的业务数据流以及业务描述信息进行解扰。

本发明的数字音频广播系统中的数字音频信号发送/接收方法及其装置具有如下优点：在FM频段上采用了先进的编码和调制方式，保证音频数据的高效可靠传输；同时采用多种码率和调制组合方式，具有高度灵活性，可适应（~kbps）到高速(~Mbps)的范围和可扩展性；并且根据现有FM频段频谱特性，设计了灵活的频谱模式，既不影响现有模拟调频广播信号，同时又具有频谱可扩展性。本发明具有灵活的系统传输参数配置，可应用于单频网与多频网模式。此外，本发明可支持多频点协同工作，能够提高频谱利用效率，同时改善衰落信道下传输特性。以及提供灵活的帧结构，可实现低功耗接收，实现可控的终端成本和功耗。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明的实施例的数字音频信号发送端流程图；

图2为根据本发明的实施例的信号基带频谱示意图；

图3为根据本发明的实施例的频谱模式和NI取值指示图；

图4为根据本发明的实施例的子帧结构图；

图5为根据本发明的实施例的逻辑帧和物理层帧结构图；

图6为根据本发明的实施例的产生扰码的线性反馈移位寄存器示意图；

图7为根据本发明的实施例的卷积编码器示意图；

图8为根据本发明的实施例的QPSK星座映射示意图；

图9为根据本发明的实施例的16QAM星座映射示意图；

图10为根据本发明的实施例的64QAM星座映射示意图；

图11为根据本发明的实施例的子载波子矩阵的填充方式示意图；

图12为根据本发明的实施例的信标结构示意图；

图13为根据本发明的实施例的同步信号伪随机序列生产器示意图；

图14为根据本发明的实施例的OFDM符号构成；

图15为根据本发明的实施例的保护间隔交叠的示意图；

图16为根据本发明的实施例的保护间隔信号选取的示意图；

图17为根据本发明的实施例的子帧映射方式1的示意图；

图18为根据本发明的实施例的子帧映射方式2的示意图

图19为根据本发明的实施例的子帧映射方式3的示意图

图20为根据本发明的实施例的数字音频信号接收端流程图；

图21（a）为根据本发明的实施例的传输模式1和3时的OFDM符号的子载波索引示意图；

图21（b）为根据本发明的实施例的传输模式2时的OFDM符号的子载波索引示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明实施例为数字音频广播系统中的数字音频信号发送方法。参考图1，所述方法包括如下步骤：S1、发射端将来自上层的业务数据转换成比特流后，进行扰码；然后对扰码后的业务数据比特流进行LDPC编码；对LDPC编码后的业务数据比特流进行星座映射；对星座映射后承载业务数据的子载波，以子载波为单元，进行子载波交织，构成交织后的业务数据子载波。

S2、发射端将来自上层的业务描述信息转换成比特流后，进行扰码；然后对扰码后的业务描述信息比特流进行卷积编码；对卷积编码后的业务描述信息比特流进行比特交织；对比特交织后的业务描述信息比特流进行星座映射，构成业务描述信息子载波。

S3、发射端将物理层系统信息按照特定格式，组成系统信息比特流，然后进行卷积编码；对卷积编码后的系统信息比特流进行比特交织；对比特交织后的系统信息比特流进行星座映射，构成系统信息子载波。

S4、频域生成离散导频，然后和上述交织后的包含业务数据子载波、星座映射后的业务描述信息子载波的数据子载波以及包含系统信息子载波的连续导频子载波复接在一起，映射到对应的频谱模式上，组成OFDM频域符号。

S5、通过IFFT变换器将上述频域OFDM符号变换到时域，同时复接上循环前缀，产生OFDM时域符号。

S6、将上述多个OFDM时域符号复接在一起，并且插入信标，连接成逻辑层帧结构。

S7、将所述逻辑层帧结构进行映射和组帧形成物理层帧结构。

S8、将所述物理层帧结构经过基带到射频变换予以发射。

所述数字音频广播系统可以为采用Fourier变换、Walsh变换、或小波变换的多载波系统。它包括三种OFDM传输模式。表1给出了各传输模式的系统参数，在三种传输模式下子帧的长度均为160ms。定义单位时间T=1/816000秒，各种与时间相关的参数值可以用T的倍数或者近似的毫秒数来表示。

表1：传输模式系统参数

上表中N_v为一个有效子带中上半子带中的子载波及下半子带中的子载波均不全为虚子载波时，该子带内的有效子载波数，当一个有效子带中上半子带（或下半子带）中的子载波均为虚子载波时，该子带内的有效子载波数为N_v/2。

本实施例中频谱模式由最多8个名义带宽为100kHz的子带组成。频谱模式规定了信号中子带的数量，以及有效子带和虚子带的位置。部分频谱模式中，某些有效子带的上半子带或下半子带中全部子载波为虚子载波。

图2给出了信号的基带频谱示意图，图中0频率点对应信号中心频点，即OFDM符号子载波0的位置。

本实施例定义了两类频谱模式，即A类频谱模式和B类频谱模式。其中A类频谱模式包含8个子带，子带标称频点为±(i*100+50)kHz,i＝0,1,2,3；B类频谱模式包含7个子带，子带标称频点为100kHz的整数倍，即±i*100kHz,i＝0,1,2,3。

图3示出了本发明允许使用39种频谱模式和相应的频谱模式索引，其中N_I表示交织子块的个数。频谱模式中的每块频谱的带宽为50kHz。频谱模式中白色的块表示没有占用的频谱，阴影块表示一个有效子带的下半子带，最深的灰色表示模拟台占用的频带。具体来说：

频谱模式索引1-39与相应的频谱模式所占用子带的对应关系如下所示：

01B4

02A4A5

03B3B4B5

04A3A4A5A6

05B2B3B4B5B6

06A2A3A4A5A6A7

07B1B2B3B4B5B6B7

08A1A2A3A4A5A6A7A8

09A3A4A5A6

10B2B3B4B5B6

11A3A4A5A6A7

12A2A3A4A5A6

13A2A3A4A5A6A7

14B1B2B3B4B5B6

15B2B3B4B5B6B7

16A3A4A5A6A7A8

17A1A2A3A4A5A6

18B1B2B3B4B5B6B7

19A2A3A4A5A6A7A8

20A1A2A3A4A5A6A7

21A1A2A3A4A5A6A7A8

22B3B4B5

23A3A4A5A6

24B2B3B4B5

25B3B4B5B6

26B2B3B4B5B6

27A2A3A4A5A6

28A3A4A5A6A7

29B1B2B3B4B5

30B3B4B5B6B7

31A2A3A4A5A6A7

32B2B3B4B5B6B7

33B1B2B3B4B5B6

34A1A2A3A4A5A6

35A3A4A5A6A7A8

36A2A3A4A5A6A7A8

37A1A2A3A4A5A6A7

38B1B2B3B4B5B6B7

39A1A2A3A4A5A6A7A8

频谱模式索引可以用6个比特表示，其比特定义和索引的对应关系如表2所示。表3给出了子带标称频点位置与描述比特的对应关系。表4给出了两类频谱模式对应的频谱模式索引。图21（a）和（b）分别给出了不同传输模式下OFDM符号的子载波索引示意图。这2类频谱模式对应2种频谱子载波映射方式，见表5-8。

表2：比特定义与频谱模式索引的对应关系

表3：子带标称频点位置与描述比特的对应关系

表4：两类频谱模式对应的频谱模式索引

频谱模式类别	频谱模式索引
		B类频谱模式	1,3,5,7,10,14,15,18,22,24,25,26,29,30,32,33,38
A类频谱模式	2,4,6,8,9,11,12,13,16,17,19,20,21,23,27,28,31,34,35,36,37,39

表5：B类频谱模式OFDM符号的子载波索引

表6：A类频谱模式OFDM符号的子载波索引

表7：B类频谱模式同步信号的子载波索引

表8：A类频谱模式同步信号的子载波索引

本实施例中超帧长度为2560ms，每个超帧由4个长度为640ms的物理层信号帧组成，每个物理层信号帧包括4个长度为160ms的子帧，每个子帧包括1个信标和S_N个OFDM符号，子帧结构如图4所示。每个物理层信号帧承载一个逻辑帧的数据。逻辑帧结构和物理层信号帧结构见图5。物理层信号按照图5所示从左至右的顺序依次发送。

系统信息由72个比特组成，包括分别为36个比特的两部分，系统信息1包括36比特，其比特位及对应的信息如表9所示。

表39：系统信息1的比特描述

比特	信息描述
		b₀	多频点协同工作模式指示
b₁～b₉	下一个子帧多频点协同工作频点
		b₁₀～b₁₃	当前子带标称频点
b₁₄～b₁₉	频谱模式索引
		b₂₀～b₂₆	保留Rfa
b₂₇～b₂₉	CRC校验位
		b₃₀～b₃₅	保留Rfu

b₀：多频点协同工作模式指示，0表示多频点协同工作；1表示非多频点协同工作；

b₁～b₉：下一个子帧多频点协同工作的频点，b₁～b₉表示的无符号整数为I，下一个子帧多频点协同工作频点为(87+0.05*I)MHz，在非多频点协同工作时，b₁～b₉均为1，其中b₁为最高有效位；

b₁₀～b₁₃：当前子带标称频点；

b₁₄～b₁₉：频谱模式索引；

b₂₀～b₂₆：保留Rfa，保留为将来扩展使用；

b₂₇～b₂₉：CRC校验位；

b₃₀～b₃₅：保留Rfu，保留为将来使用；

系统信息2包括36比特，其比特位及对应的信息描述如表10所示。

表10：系统信息2的比特描述

比特	信息描述
		c₀～c₁	当前物理层信号帧的位置
c₂～c₃	当前子帧位置
		c₄～c₅	子帧分配方式
c₆～c₇	业务描述信息的调制方式
		c₈～c₉	业务数据的调制方式
c₁₀～c₁₁	业务数据的分层调制指示
		c₁₂	业务数据的编码采用均匀保护的指示
c₁₃～c₁₄	业务数据的LDPC编码码率
		c₁₅～c₁₆	业务数据的LDPC编码码率
c₁₇～c₂₆	保留Rfa
		c₂₇～c₂₉	CRC校验位
c₃₀～c₃₅	保留Rfu

c₀～c₁：当前物理层信号帧在一个超帧中的位置，00表示第1帧；01表示第2帧；10表示第3帧；11表示第4帧；

c₂～c₃：当前子帧在一个物理层信号帧中的位置，00表示第1子帧；01表示第2子帧；10表示第3子帧；11表示第4子帧；

c₄～c₅：子帧分配方式，00保留；01表示子帧分配方式1；10表示子帧分配方式2；11表示子帧分配方式3；

c₆～c₇：业务描述信息的调制方式，00表示QPSK；01表示16QAM；10表示64QAM；11保留；

c₈～c₉：业务数据的调制方式，00表示QPSK；01表示16QAM；10表示64QAM；11保留；

c₁₀～c₁₁：业务数据的分层调制指示，00表示不支持分层调制；01表示支持分层调制且α=1；10表示支持分层调制且α=2；11表示支持分层调制且α=4；

c₁₂：业务数据的编码采用均匀保护的指示，0表示不采用均匀保护；1表示采用均匀保护；

c₁₃～c₁₄：业务数据的LDPC编码码率，00表示1/4编码码率；01表示1/3编码码率；10表示1/2编码码率；11表示3/4编码码率；

c₁₅～c₁₆：业务数据的LDPC编码码率，00表示1/4编码码率；01表示1/3编码码率；10表示1/2编码码率；11表示3/4编码码率；

在非分层调制时，若采用均匀保护时的业务数据的编码码率由c₁₃～c₁₄指示；若采用不均匀保护，则业务数据的编码码率从业务描述信息中获取；在分层调制时，高保护的业务数据的编码码率由c₁₃～c₁₄指示，低保护的业务数据的编码码率由c₁₅～c₁₆；

c₁₇～c₂₆：保留Rfa，保留为将来扩展使用；

c₂₇～c₂₉：CRC校验位；

c₃₀～c₃₅：保留Rfu，保留为将来使用。

在本实施例中对所述业务数据比特流和业务描述信息比特流进行的扰码具体为二进制伪随机序列扰码处理，所述二进制伪随机序列由线性反馈移位寄存器产生，移位寄存器的初始值为000000000001，生成多项式为：x¹²+x¹¹+x⁸+x⁶+1，图6示出了产生扰码的线性反馈移位寄存器，在每个逻辑帧的起始位置重置线性反馈移位寄存器。

扰码通过将输入比特信息序列与二进制伪随机序列进行模2加法实现，见式（1)：

Y (i) = X (i) &CirclePlus; P_{c} (i) - - - (1)

式中：

X(i)——加扰前信息比特

Y(i)——加扰后比特

对扰码后的比特流进行前向纠错编码。逻辑帧中不同的信息采用不同的前向纠错编码方式，其中，业务数据中采用LDPC编码，业务描述信息和系统信息采用卷积编码。

对所述经扰码的业务描述信息和系统信息进行卷积编码采用约束长度为7的1/4卷积码，卷积码的编码器如图7所示，其对应的八进制生成多项式为：133，171，145，133。移位寄存器初始值为全“0”。系统信息1和系统信息2独立进行卷积编码。对于业务描述信息在每个逻辑帧的起始位置重置线性反馈移位寄存器，对于系统信息在每个逻辑子帧的起始位置重置线性反馈移位寄存器。系统信息比特流的低位在前，即b₀或者c₀在前。

对所述扰码后的业务数据比特流进行LDPC编码的码率可以为3/4、1/2、1/3和1/4，输出码字长度为9216比特，码率为3/4时，对应输入信息比特长度为6912；码率为1/2时，对应输入信息比特长度为4608；码率为1/3时，对应输入信息比特长度为3072；码率为1/4时，对应输入信息比特长度为2304。其对应关系如表11所示。

表11：LDPC编码配置

由输入信息比特m={m₀,m₁,L,m_k-1}和校验比特p＝{p₀,p₁，...,p_9215-K}组成LDPC的输出码字c={c₀，c₁,L,c₉₂₁₅}={m₀,m₁,Lm_k-1，p₀,p₁,L p_9215-k}，其中校验比特

p＝{p₀,p₁，...,p_9215-K}由校验矩阵H求解如下方程得出：

H×c^T=0 (2)

式中：

0——（9216-K）行1列的全0列矢量

H——LDPC奇偶校验矩阵

经过卷积编码的业务描述信息和系统信息采用比特交织，交织以交织块为单位进行，其交织算法如下：对于交织前的输入序列

其中N_MUX为交织块的长度，交织后输出序列为

其中z_n′＝z_R(n)，R(n)通过如下方式获得：

其中，p(0)＝0，p(i)=(5×p(i-1)+q)mods,(i≠0)，

q=s/4-1，N_MUX为系统设置值。

也就是说，R(n)通过如下方式获得：

P(0)=0，

q=s/4-1；

p(i)＝(5×p(i-1)+q)mods,(i≠0)；

n的初始值为0，在0≤i<s取值范围内，依次计算得出P(i)值，如果满足条件（P(i)<N_MUX），那么R(n)=P(i)，且令n=n+1；否则得出的P(i)值舍弃不用，n值不变，继续使用后续计算得出的P(i)值进行条件判断，直到得出所有的R(n)值（0≤n≤N_MUX-1）；N_MUX=v*N_I，其中v为系统设置值，N_I为交织子块的个数，也就是所占用的频谱子带的个数。

对卷积编码后的业务描述信息比特流进行比特交织时，所述v根据星座映射方式和传输模式的不同其取值为参考表12，一个逻辑帧中包括N_I个交织块，也即参与捆绑的子带个数，N_I的取值见图3。

表12：v的取值

调制方式	传输模式1	传输模式2	传输模式3
				QPSK	1704*2=3408	1576*2=3152	1360*2=2720
16QAM	1704*4=6816	1576*4=6304	1360*4=5440
				64QAM	1704*6=10224	1576*6=9456	1360*6=8160

所述系统信息包括系统信息1和系统信息2，对卷积编码后的系统信息1和系统信息2分别采用上述方法进行比特交织，其两个交织块的长度N_MUX取值均为144。

对所述LDPC编码后的业务数据比特流和比特交织后的业务描述信息比特流进行星座映射包括进行QPSK映射方式、16QAM映射方式或64QAM 映射方式，对所述比特交织后的系统信息比特流进行星座映射包括QPSK映射方式。

经过比特交织后的比特流v₀,v₁,v₂L映射为QPSK、16QAM或64QAM符号流发送，各种符号映射加入功率归一化因子，使各种符号映射的平均功率趋同。调制方式支持非分层调制方式和分层调制方式。

QPSK映射每次将2个输入比特(v_2i,v_2i+1,i＝0,1,2,...)映射为I值和Q值，映射方式见下图，星座图中已经包括了功率归一化因子。图中β的取值为：在系统信息QPSK映射时在业务数据和业务描述信息QPSK映射时β＝1。QPSK的星座映射方式见图8。

16QAM映射每次将4个输入比特(v_4i,v_4i+1,v_4i+2,v_4i+3,i＝0,1,2,...)映射为I值和Q值，映射方式见图9，星座图中已经包括了功率归一化因子。

64QAM映射每次将6个输入比特(v_6i,v_6i+1,v_6i+2,v_6i+3,v_6i+4,v_6i+5,i＝0,1,2,...)映射为I值和Q值，映射方式见图10，星座图中已经包括了功率归一化因子。

每一个有效子带的上半子带和下半子带中的连续导频各放置72个系统信息符号，其中，当其子载波不全为虚子载波时，各有效子带的下半子带的连续导频放置系统信息1符号；当其子载波不全为虚子载波时，各有效子带的上半子带的连续导频放置系统信息2。

离散导频由两路伪随机序列pI={pI₁,pI₂,L,pI_i,L,pI_pl}和pQ={pQ₁,pQ₂,L,pQ_i,L,pQ_pl}中的比特流对pI₁pQ₁,pI₂pQ₂,L,pI_plpQ_pl依次经过QPSK映射后生成的符号构成，pl的取值在传输模式1和传输模式3时为62*N_I，在传输模式2时为32*N_I。由图13所示线性反馈移位寄存器产生长度为pl的二进制伪随机序列pI和pQ，线性反馈移位寄存器的生成多项式为：x¹¹+x⁹+1，初始值为01010100101。

所述系统信息以一个逻辑子帧为单位进行传输，所述业务描述信息和业务数据以一个逻辑帧为单位进行传输。一个逻辑子帧内所述系统信息符号重复传输三次。

对各频谱模式，OFDM符号中除虚子载波、连续导频子载波和离散导频子载波外的子载波为数据子载波，数据子载波放置业务描述信息符号和业务数据符号。对于图3所示的频谱模式，在一个逻辑帧中包含(4*S_N)*(N_v*N_I)个有效子载波。

特别地，在步骤S1中对星座映射后承载业务数据的子载波，以子载波为单元，进行子载波交织还包括：

构造行数为4*S_N，列数为N_v*N_I的子载波矩阵M，所述S_N为每个子帧内的OFDM符号数,所述N_v为一个OFDM符号内一个子带上所包含的有效子载波数，所述N_I为参与捆绑的子带个数，其取值如图3所示；该子载波矩阵的行数和列数的均从1开始计数；将子载波矩阵按从上到下、从左到右平均分成行数为S_N，列数为N_v的子矩阵M_s，t，即：

M = [\begin{matrix} M_{1,1} & M_{1,2} & L & M_{1, N_{I}} \\ M_{2,1} & M_{2,2} & L & M_{2, N_{I}} \\ M_{3,1} & M_{3, 2} & L & M_{3, N_{I}} \\ M_{4,1} & M_{4,2} & L & M_{4, N_{I}} \end{matrix}],

其中

M_{s, t} = {(m_{a, b})}_{s_{N} \times N_{v}},

m_a，b(a=1,2,L S_N,b=1,2,L,N_v)表示子矩阵中的数据元素。

在所述子载波矩阵M中，在每个子矩阵M_s，t中将离散导频数据元素放置在预定的位置。

系统信息以一个逻辑子帧为单位传输。在所述子载波矩阵M中，从左边第一列的子矩阵M_1，1开始，按照从左到右、从上到下的子矩阵顺序，将一个逻辑子帧承载的系统信息1和系统信息2的数据元素分别重复3次集中放置在一个所述M_s，t中的预定区域。

业务描述信息和业务数据以一个逻辑帧为单位进行传输。在所述子载波矩阵M中，从左边第一列的子矩阵M_1，1开始，将一个逻辑帧承载的所述业务描述信息符号的数据元素按照从左到右、从上到下的顺序放置在M_s,t的第1至N_SDISn行中以及第N_SDISn+1行中第1至N_SDISvalid列中，并按照从上到下、从左到右的子矩阵顺序依次放置该逻辑帧承载的所述业务描述信息符号的数据元素，所述N_SDISn和N_SDISvalid为系统设置值。

在所述子载波矩阵M中，从左边第一列的子矩阵M_1，1开始，将一个逻辑帧承载的所述业务数据符号的数据元素按照从左到右、从上到下的顺序放置在M_s，t的残余位置上，并按照从上到下、从左到右的子矩阵顺序依次放置该逻辑帧承载的业务数据符号的数据元素。

其中根据传输模式的不同，所述系统信息符号的数据元素放置在子矩阵M_s，t中连续导频的位置如下表13所示。在一个逻辑子帧内，系统信息1和系统信息2的各72个系统信息符号重复三次，例如，传输模式1中，M_s，t的第1～18行中表8指定的位置放置系统信息1和系统信息2的各72个系统信息符号，第19～36行和第37～54行的指定位置也分别放置同样的系统信息符号。

表13：系统信息符号的数据元素放置在子矩阵M_s，t中连续导频的位置

传输模式1和3：

传输模式2：

在传输模式1时：在M_s，t的55～56行中的11，55，75，103，144，164，192，228列上填充1～2行所放置的系统信息符号；在传输模式2时：在M_s，t的109～111行中的15，43，84，104列上填充1～3行所放置的系统信息符号；在传输模式3时：在M_s，t的55～61行中的11，55，75，103，144，164，192，228列上填充1～7行所放置的系统信息符号。

根据传输模式的不同，所述离散导频的数据元素放置在子矩阵M_s，t中的每一行；所述离散导频的数据元素放置在子矩阵M_s，t中列的位置b为：

传输模式1和传输模式3：

If mod(a-1,3)==0

b = \{\begin{matrix} 12 p + 122 & p = 0,1, L, 10 \\ 12 p + 121 & p = - 10, - 9, L, - 1,0 \end{matrix}

If mod(a-1,3)==1

b = \{\begin{matrix} 12 p + 126 & p = 0,1, L, 9 \\ 12 p + 117 & p = - 9, L, - 1,0 \end{matrix}

If mod(a-1,3)==2

b = \{\begin{matrix} 12 p + 130 & p = 0,1, L, 9 \\ 12 p + 113 & p = - 9, - 8, L, - 1,0 \end{matrix}

传输模式2：

If mod(a-1,3)==0

b = \{\begin{matrix} 12 p + 62 & p = 0,1, L, 5 \\ 12 p + 61 & p = - 5, - 4, L, - 1,0 \end{matrix}

If mod(a-1,3)==1

b = \{\begin{matrix} 12 p + 66 & p = 0,1,2,3,4 \\ 12 p + 57 & p = - 4, - 3, - 2, - 1,0 \end{matrix} - - - (4)

If mod(a-1,3)==2

b = \{\begin{matrix} 12 p + 70 & p = 0,1,2,3,4 \\ 12 p + 53 & p = - 4, - 3, - 2, - 1,0 \end{matrix}

其中1≤a≤S_N。

将子载波矩阵M按从上到下平均分成行数为S_N，列数为N_v*N_I的子矩阵

(u=1,2,3,4)，即

M = [\begin{matrix} M_{1} \\ M_{2} \\ M_{3} \\ M_{4} \end{matrix}] .

将长度为pl的符号按照从左到右、从上到下的方式依次填充在子载波子矩阵M_u的第1～3行的离散导频元素上，M_u的第4行至第S_N行的离散导频元素按如下方式填充，其中4≤c≤S_N：

如果mod(c-1,3)=＝0，则此行的离散导频上放置第1行离散导频元素上的值；

如果mod(c-1,3)=＝1，则此行的离散导频上放置第2行离散导频元素上的值；

如果mod(c-1,3)=＝2，则此行的离散导频上放置第3行离散导频元素上的值。

经过扰码、编码、交织和星座映射后的业务描述信息别放置于M_s,t上指定的数据元素中，M_s，t放置业务描述信息的数据元素位置见表14。M_s，t中第1至N_SDISn行中的数据元素均为业务描述信息，M_s，t的第N_SDISn+1行中第1至N_SDISvalid的数据元素为业务描述信息。业务描述信息按照从左到右、从上到下先将子载波子矩阵M_1，1中表14指定的数据元素填充完后，再按照图11箭头指示方向依次填充各个子载波子矩阵中相应的数据元素。

表14：N_SDISn和N_SDISvalid取值

子载波矩阵M中除去放置业务描述信息之外的数据元素放置一个逻辑帧内的业务数据。业务数据先按照从左到右、从上到下先将子载波子矩阵M_1,1中相应的数据元素填充完后，再按照图11箭头指示方向依次填充各个子载波子矩阵中相应的数据元素。表15给出了各传输模式下4个子载波子矩阵

(\begin{matrix} M_{1, j} \\ M_{2, j} \\ M_{3, j} \\ M_{4, j} \end{matrix})

(j=1,2,L,N_I)内放置业务描述信息的数据元素个数和放置业务数据的数据元素个数。

表15M_1，jM_2,jM_3,jM_4,j(j=1,2,L,N_I)内放置的业务描述信息的数据元素个数和放置业务数据的数据元素个数

	业务数据符号	业务描述信息符号
			传输模式1	46080	1704
传输模式2	46080	1576
			传输模式3	50688	1360

对所述子矩阵中放置业务数据符号的数据元素进行交织，所述交织以交织块为单位进行，对于传输模式1和传输模式2的交织块的长度N_MUX为46080，传输模式3的交织块N_MUX的长度为50688；

交织块按如下方式进行构造：

1）将子载波矩阵M的某一行记为

M_{i} = [M_{i, 1}, M_{i, 2}, L, M_{i, N_{I}}] = [m_{1, i, 1}, m_{2, i, 1}, L m_{N_{v}, i, 1}, m_{1, i, 2}, m_{2, i, 2}, L, {m_{N_{v}, i, 2}, L, m}_{1, i, N_{I},} m_{2, i, N_{I}}, L m_{N_{v}, i, N_{I}}]

其中，

M_i，l由M_i中连续的N_v个分量构成，

m_n，i,l为M_i，l的分量，依次对应第i行中的元素；

2）对M_i中的M_i，l(l=1,2,L,N_I)放置业务数据的数据元素进行置换，得到

V_{i} = [{VC}_{i, 1}, L, {VC}_{i, N_{I}}] = [{vc}_{1, i, 1}, {vc}_{2, i, 1}, L, {vc}_{p, i, 1}, {vc}_{1, i, 2}, {{vc}_{2, i, 2}, L, vc}_{p, i, 2}, L, {vc}_{1, i, N_{I}}, {vc}_{2, i, N_{I}}, L, {vc}_{p, i, N_{I}}],

其中，

VC_i,j由V_i中连续的p个分量构成，VC_i,j＝[vc_1，i，j,vc_2，i，j,L,vc_p，i,j]，vc_h，i，j为VC_i,j的分量，

放置M_i，l中的业务数据的数据元素，即

放置M_i,l中的第一个业务数据的数据元素，p为N_v个有效子载波内的，放置业务数据的数据子载波个数；

其中，l与j的对应关系为：

j=((i-N_SDISn-1-k*N_SDISn)*(N_I-1)+(l-1))modN_I+1；

k=0,1,2,3

i=k*S_N+N_SDISn+1,k*S_N+N_SDISn+2,L,(k+1)*S_N

3）按照行序号依次取出V_i第j个子向量VC_i，j，构造以一维向量

B_{j} = ({VC}_{1, j}, L {VC}_{4 * (S_{N} - N_{SDISn}), j}),

即第j个交织块；

对B_j按比特交织算法进行交织，得到

其中VC′_i，j＝[vc′_1，i，j,vc′_2，i，j,L,vc′_p，i，j]，将一维向量B′_j(j=1,2,L,N_I)中的VC′_i，j放置到矩阵M_i,l(l=1,2,L,N_I)中，VC′_i，j中的元素逐一放置在中的业务数据的数据元素上，即vc′_1，i,j放置

中的第一个业务数据的数据元素，l与j的对应关系为：

j=((i-1)*(N_I-1)+(l-1))modN_I+1；

k=0,1,2,3

i=k*(S_N-N_SDISn)+1,k*(S_N-N_SDISn)+2,L,(k+1)*(S_N-N_SDISn)；

其中所述比特交织算法为：

对于交织前的输入序列

其中N_MUX为交织块的长度，交织后输出序列为

其中z_n′＝z_R(n)，R(n)通过如下方式获得：

其中，p(0)＝0，p(i)=(5×p(i-1)+q)mods,(i≠0)，

q=s/4-1也就是说，R(n)通过如下方式获得：

P(0)=0， q=s/4-1；

p(i)＝(5×p(i-1)+q)mods,(i≠0)；

n的初始值为0，在0≤i<s取值范围内，依次计算得出P(i)值，如果满足条件（P(i)<N_MUX），那么R(n)=P(i)，且令n=n+1；否则得出的P(i)值舍弃不用，n值不变，继续使用后续计算得出的P(i)值进行条件判断，直到得出所有的R(n)值（0≤n≤N_MUX-1）。

子载波矩阵中的每行元素从左到右依次填充到每个OFDM符号的有效子载波上，其中矩阵中每行的第1个元素填充到OFDM符号中子载波索引最小的有效子载波上，参见表5-8。

每个OFDM符号包含N_s个子载波，传输模式1和传输模式3时，N_s=2048；传输模式2时，N_s＝1024。对应各种频谱模式，相应的有效子带中的子载波不全为虚子载波的上/下半子带中包含了(4*S_N)*(N_v*N_I)个有效子载波。其余子载波为虚子载波，虚子载波为0。

N_s个子载波通过IFFT映射为OFDM符号，映射方式见式（3）：

S_{n} (t) = \frac{1}{N_{s}} Σ_{i = - N_{s} / 2}^{N_{s} / 2 - 1} Z_{n} (i) e^{j 2 πi (Δf) (t - T_{cp})},

0≤t≤T_s,1≤n≤S_N(3)

式中：

S_n(t)--个子帧中第n个OFDM符号

Z_n(i)--第n个OFDM符号的第i个子载波

信标的结构如图12所示，包含长度为T_Bcp循环前缀和2个相同的同步信号S_b(t)。S_b(t)为频带受限的伪随机信号，长度为T_b，T_b=T_u/2。

由式 n=0,1,L,L*N_I-1生成长度为L*N_I（L的取值见表16）的随机序列，其中在传输模式1和传输模式3时Nzc=967，q＝48，传输模式2下Nzc=487，q＝12。

表16二进制伪随机序列的长度L

传输模式1	传输模式2	传输模式3
			120	60	120

按照频谱模式将随机序列P_b(n)中的元素从左到右依次填充到同步信号的OFDM符号的有效子载波上，其中随机序列的第1个元素填充到同步信号的OFDM符号中子载波索引最小的有效子载波上，参见表5-8。

同步信号S_b(t)表达式见式（5），公式相关参数取值见表17。

S_{b} (t) = \frac{1}{N_{b}} Σ_{i = - N_{b} / 2}^{N_{b} / 2 - 1} X_{b} (i) e^{j 2 πi {(Δf)}_{b} t},

0≤t≤T_b(5)

式中：

N_b——同步信号的子载波数

X_b(i)——同步信号的OFDM符号的第i个子载波

(Δf)_b——同步信号的子载波间隔

表17：同步信号的相关参数

OFDM符号的结构见图14，由长度为T_cp的循环前缀和长度为T_u的OFDM数据体构成。

信标及相邻OFDM符号之间，通过保护间隔（GI）相互交叠，GI的长度T_g见表13。相邻符号经过窗函数w(t)加权后，前一个符号的尾部GI与后一个符号的头部GI相互叠加，叠加方式见图15，图中T_r在OFDM符号时T_r＝T_cp，在信标时，T_r=T_Bcp。

窗函数w(t)定义见式（6）：

w (t) = \{\begin{matrix} 0.5 + 0.5 \cos (π + \frac{πt}{T_{g}}) & 0 \leq t \leq T_{g} \\ 1 & T_{g} < t < T_{r} + T_{u} \\ 0.5 + 0.5 \cos (π + \frac{π (T_{r} + T_{u} - T_{g} - t)}{T_{g}}) & T_{r} + T_{u} \leq t \leq T_{r} + T_{u} + T_{g} \end{matrix} - - - (6)

式中：

——T_g的取值见表18

表18：保护间隔的长度T_g

传输模式1	传输模式2	传输模式3
			23T=28.2us	12T=14.7us	21T=25.7us

保护间隔信号选取方式见图16。

在本实施例中，每个逻辑帧包含4个逻辑子帧，每个逻辑子帧包含S_N个OFDM符号和1个信标符号。对四个连续的逻辑帧F₁F₂F₃F₄中的逻辑子帧SF_p,q(p＝1,2,3,4,q＝1,2,3,4)进行子帧分配的步骤中SF_p,q表示第p个逻辑帧中第q个逻辑子帧。可采用三种不同的子帧分配方式，各分配方式见图17、图18和图19。

如图17所示，子帧分配方式1：按1个所述逻辑帧内的4个逻辑子帧的排列顺序，将所述4个逻辑子帧依次映射为1个物理帧中的4个物理子帧，4个所述物理帧组成1个物理超帧。即子帧分配方式1不改变各逻辑帧内的4个逻辑子帧原有的顺序。

如图18所示，子帧分配方式2：以2个连续的所述逻辑帧内的8个连续的逻辑子帧为组，将该组内的逻辑子帧相互交错，并将该组相互交错的逻辑子帧映射为2个连续的物理帧，4个所述物理帧组成1个物理超帧。

如图19所示，子帧分配方式3：以4个连续的所述逻辑帧内的16个连续的逻辑子帧为组，将该组中每个逻辑帧中的第i个逻辑子帧依次映射到第i个物理信号帧，其中i为1、2、3或4以形成4个连续的物理帧，4个所述物理帧组成1个物理超帧。

此外，在其他的实施例中，还可以为所述数字音频广播系统指定特定的多频点协同工作序列，其中每个物理超帧的第一个物理帧的第一个物理子帧的频点固定不变，在每个物理子帧中包含下一子帧的多频点协同工作信息，所述多频点协同工作信息包括多频点协同工作模式指示和下一个子帧的多频点协同工作频点，可以由所述系统信息携带所述多频点协同工作信息。

更特别地，在所述S1中还可以对来自上层的业务数据根据优先级不同进行分层，对多层业务数据转换成比特流后，分别进行扰码和LDPC编码；对LDPC编码后的多层业务数据比特流分别进行星座映射对应获得多个调制符号；将所述多个调制符号按照功率加载方式复用在同一个星座空间内，获得分层调制符号。其中所述业务数据比特流中，第一层为高优先级的数据流，其他层为低优先级的数据流。

与所述发送方法相对应地，本发明还提出了一种数字音频广播系统中的数字音频信号发送装置，包括：扰码器，用于对上层业务数据和业务描述信息进行比特流转换和扰码；系统信息构造器，用于将物理层系统信息按照特定格式，组成系统信息比特流；编码器，用于对扰码器输出的上层业务数据比特流、扰码器输出的业务描述信息比特流以及系统信息比特流进行编码；比特交织器，用于对编码后的业务描述信息比特流以及系统信息比特流进行比特交织；星座映射器，用于对比特交织后的业务描述信息、系统信息，以及编码后的业务数据进行星座映射；子载波交织器，用于对星座映射后的业务数据进行子载波上的交织；频域符号生成器，用于将离散导频、星座映射后的业务描述信息和系统信息、以及子载波交织后的业务数据复接在一起，映射到对应的频谱模式上，组成OFDM频域符号；OFDM调制器，用于将上述OFDM频域符号经过IFFT变换到时域；OFDM时域符号生成器，用于将OFDM调制器输出与循环前缀复接在一起构成OFDM时域符号；时域逻辑子帧组成器，用于将OFDM时域符号与信标复接在一起，构成物理层帧结构；映射和组帧模块，用于将所述逻辑层帧结构进行映射和组帧形成物理层帧结构；发射器，用于将所述物理层帧结构经过基带到射频变换予以发射。

其中所述映射和组帧模块包括：时域子帧分配器，用于将逻辑子帧映射到物理子帧；时域帧组成器，用于将物理子帧组成物理帧；时域超帧组成器，用于将物理帧组成物理超帧。

此外所述装置还包括：多频点协同工作控制模块，用于为所述数字音频广播系统指定特定的多频点协同工作序列。

当所述所述来自上层的业务数据包括优先级不同的多层业务数据时，所述扰码器对所述多层业务数据转换成比特流后分别进行扰码；所述编码器分别进行编码；所述星座映射器对编码后的多层业务数据比特流分别进行星座映射对应获得多个调制符号，将所述多个调制符号按照功率加载方式复用在同一个星座空间内，获得分层调制符号。

本发明的实施例还包括一种数字音频广播系统中的数字音频信号接收方法，包括如下步骤：S1、将来自射频的信号经过变换到基带，对基带信号进行捕获，进行定时同步和载波同步；S2、对同步后的信号，进行物理层帧结构帧到逻辑层帧结构映射；S3、对逻辑层帧结构进行频域变换、信道估计和均衡；S4、通过解星座映射、解比特交织和卷积译码，将系统信息提取出来；通过解星座映射、解比特交织、卷积译码以及解扰，将业务描述信息提取出来；通过解子载波交织、解星座映射、LDPC译码以及解扰后，将上层业务数据提取出来；S5、将业务描述信息以及业务数据发送给上层。

其中所述步骤S4中系统信息提取步骤还包括提取系统信息中包含的当前子带标称频点信息及当前数字音频广播信号所采用的频谱模式索引信息。

此外，所述接收方法还包括如下步骤：根据提取出的当前子带标称频点信息及当前数字音频广播信号所采用的频谱模式索引信息，调整接收端频点设置，完成当前数字音频广播信号频谱模式下的频率中心点同步；以及接收当前频谱模式下所有有效子带上数据。

与所述接收方法相对应地，本发明还提供了一种数字音频广播系统中的数字音频信号接收装置，如图20所示。它包括：定时同步器，用于对接收到的信号进行定时同步和捕获；频偏估计器，用于对定时同步上的信号进行频偏估计；频偏补偿器，用于将频偏估计器得到的频偏补偿回接收信号；物理层帧结构到逻辑层帧结构逆映射器，用于将物理层帧结构通过映射变换到逻辑层帧结构上。OFDM解调器，用于对同步后的信号通过FFT变换，由时域变换到频域；信道估计器，由于通过离散导频对频域信道进行估计；信道均衡器，用于根据信道估计器得到的信道参数对接收到的频域信号进行补偿；导频和数据提取器，用于根据频谱模式将频域上的业务描述信息、系统信息、离散导频以及业务数据子载波分别提取出来；解子载波交织器，用于将业务数据子载波解交织映射；星座映射逆变换器，用于将频域信道均衡后的业务描述信息、系统信息以及业务数据子载波上携带的星座映射符号映射到比特流；解比特交织器，用于将星座映射逆变换后的业务描述信息和系统信息比特流进行解交织映射；译码器，将星座映射逆变换后的业务数据比特流、解比特交织后的业务描述信息以及系统信息进行译码；系统信息解析器，用于将译码后的系统信息解析出来；解扰器，将译码后的业务数据流以及业务描述信息进行解扰。

尽管本实施例中所述物理层帧结构到逻辑层帧结构逆映射器的位置在同步之后，但不限于在FFT之前，本领域的技术人员应该知道它可以放置在解交织前的任意位置。

所述接收装置还可以包括频点及滤波器设置模块，用于根据系统信息解析器解析出的系统信息中所包含的当前子带标称频点信息及当前数字音频广播信号所采用的频谱模式索引信息，调整接收机前端频点设置，完成当前数字音频广播信号频谱模式下的频率中心点同步。

本发明在FM频段上采用了先进的编码和调制方式，保证音频数据的高效可靠传输；同时采用多种码率和调制组合方式，具有高度灵活性，可适应（~kbps）到高速(~Mbps)的范围和可扩展性；并且根据现有FM频段频谱特性，设计了灵活的频谱模式，既不影响现有模拟调频广播信号，同时又具有频谱可扩展性。本发明具有灵活的系统传输参数配置，可应用于单频网与多频网模式。

此外，根据本发明进一步的实施例支持多频点协同工作，能够提高频谱利用效率，同时改善衰落信道下传输特性。

本发明的另一实施例提供灵活的帧结构，可实现低功耗接收，实现可控的终端成本和功耗。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种数字音频广播系统中的数字音频信号发送方法，包括如下步骤：

S1、发射端将来自上层的业务数据转换成比特流后，进行扰码；然后对扰码后的业务数据比特流进行LDPC编码；对LDPC编码后的业务数据比特流进行星座映射；对星座映射后承载业务数据的子载波，以子载波为单元，进行子载波交织，构成交织后的业务数据子载波；

S2、发射端将来自上层的业务描述信息转换成比特流后，进行扰码；然后对扰码后的业务描述信息比特流进行卷积编码；对卷积编码后的业务描述信息比特流进行比特交织；对比特交织后的业务描述信息比特流进行星座映射，构成业务描述信息子载波；

S3、发射端将物理层系统信息按照特定格式，组成系统信息比特流，然后进行卷积编码；对卷积编码后的系统信息比特流进行比特交织；对比特交织后的系统信息比特流进行星座映射，构成系统信息子载波；

S4、频域生成离散导频，然后和上述交织后的包含业务数据子载波、星座映射后的业务描述信息子载波的数据子载波以及包含系统信息子载波的连续导频子载波复接在一起，映射到对应的频谱模式上，组成OFDM频域符号；

S5、通过IFFT变换器将上述频域OFDM符号变换到时域，同时复接上循环前缀，产生OFDM时域符号；

S6、将上述多个OFDM时域符号复接在一起，并且插入信标，连接成逻辑层帧结构；

S7、将所述逻辑层帧结构进行映射和组帧形成物理层帧结构；

S8、将所述物理层帧结构经过基带到射频变换予以发射。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述频谱模式包括A类频谱模式和B类频谱模式；其中A类频谱模式包含8个子带，子带标称频点为±(i*100+50)kHz,i＝0,1,2,3；B类频谱模式包含7个子带，子带标称频点为±i*100kHz,i＝0,1,2,3，所述一个子带带宽为100kHz。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述频谱模式包括39个，频谱模式索引1-39与相应的频谱模式所占用子带的对应关系如下所示：

01B4

02A4A5

03B3B4B5

04A3A4A5A6

05B2B3B4B5B6

06A2A3A4A5A6A7

07B1B2B3B4B5B6B7

08A1A2A3A4A5A6A7A8

09A3A4A5A6

10B2B3B4B5B6

11A3A4A5A6A7

12A2A3A4A5A6

13A2A3A4A5A6A7

14B1B2B3B4B5B6

15B2B3B4B5B6B7

16A3A4A5A6A7A8

17A1A2A3A4A5A6

18B1B2B3B4B5B6B7

19A2A3A4A5A6A7A8

20A1A2A3A4A5A6A7

21A1A2A3A4A5A6A7A8

22B3B4B5

23A3A4A5A6

24B2B3B4B5

25B3B4B5B6

26B2B3B4B5B6

27A2A3A4A5A6

28A3A4A5A6A7

29B1B2B3B4B5

30B3B4B5B6B7

31A2A3A4A5A6A7

32B2B3B4B5B6B7

33B1B2B3B4B5B6

34A1A2A3A4A5A6

35A3A4A5A6A7A8

36A2A3A4A5A6A7A8

37A1A2A3A4A5A6A7

38B1B2B3B4B5B6B7

39A1A2A3A4A5A6A7A8

其中频谱模式索引1-8为纯数字模式，频谱模式索引9-21为立体声调频同播模式，频谱模式索引22-39为单声道调频同播模式；频谱模式索引1,3,5,7,10,14,15,18,22,24,25,26,29,30,32,33,38为B类频谱模式，其余索引为A类频谱模式。

4.根据权利要求1所述的方法，其中将所述逻辑层帧结构进行映射和组帧形成物理层帧结构的步骤为：

子帧分配方式1：按1个所述逻辑帧内的4个逻辑子帧的排列顺序，将所述4个逻辑子帧依次映射为1个物理帧中的4个物理子帧，4个所述物理帧组成1个物理超帧；或者

子帧分配方式2：以2个连续的所述逻辑帧内的8个连续的逻辑子帧为组，将该组内的逻辑子帧相互交错，并将该组相互交错的逻辑子帧映射为2个连续的物理帧，4个所述物理帧组成1个物理超帧；或者

子帧分配方式3：以4个连续的所述逻辑帧内的16个连续的逻辑子帧为组，将该组中每个逻辑帧中的第i个逻辑子帧依次映射到第i个物理信号帧，其中i为1、2、3或4，形成4个连续的物理帧，4个所述物理帧组成1个物理超帧。

5.一种数字音频广播系统中的数字音频信号发送装置，包括：

扰码器，用于对上层业务数据和业务描述信息进行比特流转换和扰码；

系统信息构造器，用于将物理层系统信息按照特定格式，组成系统信息比特流；

编码器，用于对扰码器输出的上层业务数据比特流、扰码器输出的业务描述信息比特流以及系统信息比特流进行编码；

比特交织器，用于对编码后的业务描述信息比特流以及系统信息比特流进行比特交织；

星座映射器，用于对比特交织后的业务描述信息、系统信息，以及编码后的业务数据进行星座映射；

子载波交织器，用于对星座映射后的业务数据进行子载波上的交织；

频域符号生成器，用于将离散导频、星座映射后的业务描述信息和系统信息、以及子载波交织后的业务数据复接在一起，映射到对应的频谱模式上，组成OFDM频域符号；

OFDM调制器，用于将上述OFDM频域符号经过IFFT变换到时域；

OFDM时域符号生成器，用于将OFDM调制器输出与循环前缀复接在一起构成OFDM时域符号；

时域逻辑子帧组成器，用于将OFDM时域符号与信标复接在一起，构成物理层帧结构；

映射和组帧模块，用于将所述逻辑层帧结构进行映射和组帧形成物理层帧结构；

发射器，用于将所述物理层帧结构经过基带到射频变换予以发射。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述频谱模式包括A类频谱模式和B类频谱模式；其中A类频谱模式包含8个子带，子带标称频点为±(i*100+50)kHz,i＝0,1,2,3；B类频谱模式包含7个子带子带标称频点为±i*100kHz,i＝0,1,2,3，所述一个子带带宽为100kHz。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述频谱模式包括39个，频谱模式索引1-39与相应的频谱模式所占用子带的对应关系如下所示：

01B4

02A4A5

03B3B4B5

04A3A4A5A6

05B2B3B4B5B6

06A2A3A4A5A6A7

07B1B2B3B4B5B6B7

08A1A2A3A4A5A6A7A8

09A3A4A5A6

10B2B3B4B5B6

11A3A4A5A6A7

12A2A3A4A5A6

13A2A3A4A5A6A7

14B1B2B3B4B5B6

15B2B3B4B5B6B7

16A3A4A5A6A7A8

17A1A2A3A4A5A6

18B1B2B3B4B5B6B7

19A2A3A4A5A6A7A8

20A1A2A3A4A5A6A7

21A1A2A3A4A5A6A7A8

22B3B4B5

23A3A4A5A6

24B2B3B4B5

25B3B4B5B6

26B2B3B4B5B6

27A2A3A4A5A6

28A3A4A5A6A7

29B1B2B3B4B5

30B3B4B5B6B7

31A2A3A4A5A6A7

32B2B3B4B5B6B7

33B1B2B3B4B5B6

34A1A2A3A4A5A6

35A3A4A5A6A7A8

36A2A3A4A5A6A7A8

37A1A2A3A4A5A6A7

38B1B2B3B4B5B6B7

39A1A2A3A4A5A6A7A8

8.根据权利要求5所述的装置，其中所述映射和组帧模块将所述逻辑层帧结构进行映射和组帧形成物理层帧具体为：

子帧分配方式3：以4个连续的所述逻辑帧内的16个连续的逻辑子帧为组，将该组中每个逻辑帧中的第i个逻辑子帧依次映射到第i个物理信号帧，其中i为1、2、3或4。

9.一种数字音频广播系统中的数字音频信号接收方法，包括如下步骤：

S1、将来自射频的信号经过变换到基带，对基带信号进行捕获，进行定时同步和载波同步；

S2、对同步后的信号，进行物理层帧结构帧到逻辑层帧结构映射；

S3、对逻辑层帧结构进行频域变换、信道估计和均衡；

S4、通过解星座映射、解比特交织和卷积译码，将系统信息提取出来；

通过解星座映射、解比特交织、卷积译码以及解扰，将业务描述信息提取出来；

通过解子载波交织、解星座映射、LDPC译码以及解扰后，将上层业务数据提取出来；

S5、将业务描述信息以及业务数据发送给上层。

53、根据权利要求52所述的方法，其中所述步骤S4中系统信息提取步骤还包括提取系统信息中包含的当前子带标称频点信息及当前数字音频广播信号所采用的频谱模式索引信息。

10.一种数字音频广播系统中的数字音频信号接收装置，包括：

定时同步器，用于对接收到的信号进行定时同步和捕获；

频偏估计器，用于对定时同步上的信号进行频偏估计；

频偏补偿器，用于将频偏估计器得到的频偏补偿回接收信号；

物理层帧结构到逻辑层帧结构逆映射器，用于将物理层帧结构通过映射变换到逻辑层帧结构上。

OFDM解调器，用于对同步后的信号通过FFT变换，由时域变换到频域；

信道估计器，由于通过离散导频对频域信道进行估计；

信道均衡器，用于根据信道估计器得到的信道参数对接收到的频域信号进行补偿；

导频和数据提取器，用于根据频谱模式将频域上的业务描述信息、系统信息、离散导频以及业务数据子载波分别提取出来；

解子载波交织器，用于将业务数据子载波解交织映射；

星座映射逆变换器，用于将频域信道均衡后的业务描述信息、系统信息以及业务数据子载波上携带的星座映射符号映射到比特流；

解比特交织器，用于将星座映射逆变换后的业务描述信息和系统信息比特流进行解交织映射；

译码器，将星座映射逆变换后的业务数据比特流、解比特交织后的业务描述信息以及系统信息进行译码；

系统信息解析器，用于将译码后的系统信息解析出来；

解扰器，将译码后的业务数据流以及业务描述信息进行解扰。