CN102761513A - Ofdm通信系统中支持实时多业务的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种OFDM通信系统中支持实时多业务的方法，其包括如下步骤：步骤A：根据不同业务，生成若干个原始数据序列；步骤B：将频率资源分配为各正交子段，并根据不同业务所需数据率设定子段的物理层参数；步骤C：对各原始数据序列进行调制，形成若干调制序列；步骤D：对不同调制序列进行频域成形处理，以降低相邻子频率段间干扰；步骤E：将所述各调制序列在时域上组合，增加保护间隔后发送。本发明提供的支持实时多业务的方法，固定频率段内可同时传输多种业务，接收端则可针对自己的需求与信道环境简单快速地完成数据的检测提取。该方法实现过程简单、复杂度低、检测精度高，可在复杂无线传输通道环境下满足不同业务的需求。

Description

OFDM通信系统中支持实时多业务的方法及装置

技术领域

本发明属于数字信号通信技术领域，特别涉及一种OFDM通信系统中支持实时多业务的方法及装置。

背景技术

由于OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）技术在频率选择性衰落信道中能够实现高速率传输，且实现过程简便，目前已成为无线通信的主流技术，广泛应用于无线局域网、固定无线接入、地面数字广播等无线通信系统中。

OFDM技术通过在数据体前加入GI（Guard Interval，保护间隔），在GI的长度不小于通道的最大多径延时的情况下，可以消除由于多径效应引入的ISI（Inter Symbol Interference,符号间干扰）和IBI（InterBlock Interference，块间干扰）。根据GI填充内容的不同种类不同，可分为CP（Cyclic Prefix，循环前缀）填充技术，ZP（Zero Padding，零填充）技术，和TS（Training Sequence，训练序列）填充技术等。其中基于循环前缀填充OFDM系统帧结构如图1所示，数据块A2位于循环前缀段A1之后，循环前缀用作DFT（Discrete Fourier Transform，离散傅里叶变换）的保护间隔，该技术已经成功应用到IEEE802.11a无线局域网、地面综合业务数字广播（Integrated Service DigitalBroadcasting-Terrestrial,ISDB-T）、地面数字视频广播(Digital VideoBroadcasting-Terrestrial,DVB-T)及其第二代准DVB-T2系统中；基于PN（Pseudo-random Noise，伪噪声）序列填充的方法是TS填充技术的特例，属于TDS-OFDM（Time Domain Synchronization OFDM，时域同步正交频分复用）系统的一个重要特征，其帧结构如图2所示，数据块B2位于训练序列B1之后，该技术已成功应用到中国地面数字电视传输标准(Digital Television Multimedia Broadcast,DTMB)及改进版DTMB-A中。

传统OFDM系统或面向固定无线接入，或面向移动接入，不能很好满足宽带、移动、高质量的多业务通信需求。ISDB-T系统中将6M带宽等分为13个子带，通过子带间的组合以满足不同业务对于数据率的要求，其频域结构如图3所示，但由于固定的子载波间隔，所以划分为移动接收的子带在对抗时变信道、多普勒频偏时并无优势。新近推出下一代中国数字地面电视标准（DTMB-A）则定义了基本负载单元（BPU）并通过时分的方法以满足不同信道环境下不同业务的开展，其帧结构如图4所示，增加了接受的复杂度且需要额外的信令信息。

为了使接收端能够根据自身需求更快、更有效、更可靠地获取不同业务的数据，有必要对发送端的传输数据及调制方式进行改进，使其根据不同业务需求互不干扰的传输各自数据，以便于接收机快速地完成同步捕获、信令提取、信号分离。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明目的在于提供一种OFDM通信系统中支持实时多业务的方法及系统，以提高多业务信号传输的灵活性、实时性及可靠性。

（二）技术方案

为了解决上述问题，本发明提供了一种OFDM通信系统中支持实时多业务的方法，其包括如下步骤：步骤A：根据不同业务，生成若干个原始数据序列；步骤B：将频率资源分配为各正交子段，并根据不同业务所需数据率设定子段的物理层参数；步骤C：对各原始数据序列进行调制，形成若干调制序列；步骤D：对不同调制序列进行频域成形处理，以降低相邻子频率段间干扰；步骤E：将所述各调制序列在时域上组合，增加保护间隔后发送。

优选地，所述原始数据序列为不同移动和固定业务所需相应传输质量的信源信息。

优选地，各原始数据序列按照各子带物理层参数进行调制，以满足不同业务对传输质量和速率的要求。

优选地，所述物理层参数包括子带带宽、调制方式、保护间隔长度、导频与信令信息分布、子载波间隔。

优选地，不同子带的子载波间隔为倍数关系。

优选地，对较大子载波间隔的序列进行频域成形处理，以降低其对较小子载波间隔序列所在频带的干扰。

优选地，对调制序列的处理包括频域的虚拟子载波及时域的加窗滤波。

优选地，时域所加窗函数包括以下方式中的至少一种：根升余弦、海宁、海明、凯撒、以及其它可以限制带外频谱的窗函数。

优选地，时域组合后序列长度取决于子载波间隔较小的序列，若干个子载波间隔较大的序列在时域拼接后与其叠加。

本发明还提供了一种OFDM通信系统中支持实时多业务的装置，其包括：原始序列生成模块，用于依据传输业务的需求，产生若干原始序列，其结果发送给序列调制模块；子带设定模块，用于依据传输业务的需求，生成序列调制的物理层参数，其结果发送给序列调制模块；序列调制模块，对不同原始序列按照子带设定模块生成的参数进行调制，形成若干携带信息的调制序列，并将其发送给干扰抑制模块；干扰抑制模块，对子载波间隔较大的序列进行频谱成形，降低其对邻近频带的干扰，并将结果发送给调制序列组合模块；调制序列组合模块，用于将所述多业务调制序列在时域组合形成所述时域序列，添加保护间隔后予以发射。

（三）有益效果

本发明提供的支持实时多业务的方法，固定频率段内可同时传输多种业务，接收端则可针对自己的需求与信道环境简单快速地完成数据的检测提取。该方法实现过程简单、复杂度低、检测精度高，可在复杂无线传输通道环境下满足不同业务的需求。

附图说明

下面参照附图并结合实例来进一步描述本发明。其中：

图1为现有技术中CP-OFDM帧结构的示意图。

图2为现有技术中TDS-OFDM帧结构的示意图。

图3为现有技术中ISDB-T系统信号频域子带划分示意图。

图4为现有技术中DTMB-A系统的多业务帧结构示意图。

图5为根据本发明实施例的多业务方法流程图。

图6为根据本发明实施例的接收端模块工作原理流程图。

图7为根据本发明实施例1的多业务子频带分配示意图。

图8为根据本发明实施例1的多业务帧结构和频谱成形方法示意图。

图9为根据本发明实施例2的多业务帧结构和频谱成形方法示意图。

图10为根据本发明实施例3的多业务帧结构和频谱成形方法示意图。

图11为根据本发明实施例4的多业务帧结构产生装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明提供了一种OFDM通信系统中支持实时多业务的方法，该方法用于将固定频段划分为若干正交子频段，并根据不同传输业务定义各子频段物理层参数，再将若干段调制序列在时域内（可经IDFT变换）组合，添加保护间隔后发射，所述方法包括如下步骤：

步骤A：依据不同业务，生成若干个原始数据序列；

所述原始数据序列，为不同移动和固定业务所需相应传输质量的信源信息。

步骤B：将频率资源分配为各正交子段，并根据不同业务所需数据率设定子段的物理层参数；

其中，物理层参数可根据业务需求设定，包括各子带带宽、调制方式、保护间隔长度、导频与信令信息分布、子载波间隔。不同子带的子载波间隔为倍数关系。

此外，不同子带的子载波间隔可以为倍数关系。

步骤C：对各原始数据序列进行调制，形成若干调制序列；

其中，各原始数据序列可以按照各子带物理层参数进行调制，以满足不同业务对传输质量和速率的要求。

步骤D：对调制序列进行频域成形处理，以降低相邻子频率段间干扰；

由于子载波间的倍数关系，小子载波间隔信号在大子载波频带信号处响应为零，故主要针对较大子载波间隔的序列进行处理，以降低其对较小子载波间隔序列所在频带的干扰。

此外，对调制序列的处理方法可以包括频域的虚拟子载波及时域的加窗滤波。其中，时域所加窗函数可以包括根升余弦、海宁、海明、凯撒或其它可以限制带外频谱的窗函数及它们的组合。

步骤E：将所述各调制序列在时域上组合，增加保护间隔后发送；

时域组合后序列长度由子载波间隔较小的序列决定，若干个子载波间隔较大的序列在时域拼接后与其叠加。

下面依据具体实施例来说明本发明技术方案的一些具体实施方式。

实施例1

如图5所示，本实施例具体描述一个OFDM通信系统中支持实时多业务的工作流程。本实施例中帧结构和频谱成形方法如图8所示。

在所述OFDM系统中，设定两种子载波间隔以支持固定与移动业务的需要，频谱成形采用移动业务带内虚拟子载波的方法。具体包括如下步骤：

步骤101：依据固定与移动业务的需要，产生2个原始序列C；

2个原始序列分别为高清电视信号和移动电视信号。

步骤102：据不同业务所需数据率设定子段的物理层参数；

在8M物理带宽内，将6M划为固定业务子带，2M为移动业务子带。固定业务以32K FFT变换为基础，采用64QAM调制，移动业务以4K FFT变换为基础，采用16QAM调制。

步骤103：对原始数据序列进行调制，形成若干调制序列。

步骤104：对调制的4K子频段，两端各设置8个虚拟子载波，使得对32K子频段的干扰降低至30dB以下。

步骤105：将所述2个调制序列变换至时域，将7个4K符号各自添加循环前缀后聚合在一起，并与32K的符号在时域叠加，最终添加保护间隔后组成一个时域帧发送。

接收端帧同步后，通过不同子频带的检测获得所需业务的信息。

实施例2

本实施例具体描述一个OFDM通信系统中支持实时多业务的工作流程。本实施例中帧结构和频谱成形方法如图9所示。

在所述OFDM系统中，设定两种子载波间隔以支持固定与移动业务的需要，频谱成形采用移动业务带内虚拟子载波和时域加窗滤波的方法。具体包括如下步骤：

步骤201：依据固定与移动业务的需要，产生2个原始序列C；

2个原始序列分别为高清电视信号和移动电视信号。

步骤202：据不同业务所需数据率设定子段的物理层参数；

在8M物理带宽内，将6M划为固定业务子带，2M为移动业务子带。固定业务以32K FFT变换为基础，采用64QAM调制，移动业务以4K FFT变换为基础，采用8PSK调制。

步骤203：对原始数据序列进行调制，形成若干调制序列。

步骤204：对调制的4K子频段，两端各设置6个虚拟子载波，变换到时域后添加1/8的循环前缀和1/32的保护间隔，再结合根升余弦的时域窗加以成形，使得对32K子频段的干扰降低至30dB以下。

步骤205：将所述7个4K符号聚合在一起，并与32K的符号在时域叠加，最终添加保护间隔后组成一个时域帧发送。

接收端帧同步后，通过不同子频带的检测获得所需业务的信息。

实施例3

本实施例具体描述一个OFDM通信系统中支持实时多业务的工作流程。本实施例中帧结构和频谱成形方法如图10所示。

在所述OFDM系统中，设定三种子载波间隔以支持一路固定与两路移动业务的需要，频谱成形采用移动业务带内虚拟子载波和时域加窗滤波的方法。具体包括如下步骤：

步骤301：依据固定与移动业务的需要，产生3个原始序列C；

3个原始序列分别为一路高清电视信号和两路移动电视信号。

步骤302：据不同业务所需数据率设定子段的物理层参数；

在8M物理带宽内，将4M划为固定业务子带，两路2M为移动业务子带。固定业务以32K FFT变换为基础，采用256QAM调制，移动业务分别以4K与2K FFT变换为基础，采用64QAM和16QAM调制。

步骤303：对原始数据序列进行调制，形成若干调制序列。

步骤304：对调制的4K子频段，两端各设置6个虚拟子载波，变换到时域后添加1/8的循环前缀和1/32的保护间隔，再结合海明的时域窗加以成形，使得对32K子频段的干扰降低至30dB以下。

步骤305：对调制的2K子频段，两端各设置6个虚拟子载波，变换到时域后添加1/8的循环前缀和1/32的保护间隔，再结合凯撒的时域窗加以成形，使得对32K和4K子频段的干扰降低至30dB以下。

步骤306：将所述7个4K符号、14个2K符号聚合在一起，并与32K的符号在时域叠加，最终添加保护间隔后组成一个时域帧发送。

接收端帧同步后，通过不同子频带的检测获得所需业务的信息。

基于本发明实施例1~3中所提出的OFDM通信系统中支持实时多业务的方法，接收端可通过子频带滤波的方法简单快速地完成对相关业务的接收，并通过各子频带内导频信息或训练序列获得接收信号同步参数（如频率偏差、定时误差、帧同步序列起始位置等）的估计，完成对原始信息的解调恢复。实施例1通过频带内虚拟子载波的方法降低大子载波间隔的频段对小子载波间隔频段的干扰。实施例2和3中利用虚拟子载波和时域加窗滤波的方法降级频带间干扰。该方法接收端实现过程简单、复杂度低、检测精度高，可在复杂无线传输通道环境下实现多业务的实时传输。

实施例4

本实施例具体描述一个OFDM通信系统中支持实时多业务的装置，其包括：原始序列生成模块、子带设定模块、原始序列调制模块、干扰抑制模块和调制序列组合模块，如图11所示，其中：

原始序列生成模块，用于依据传输业务的需求，产生若干原始序列，其结果发送给序列调制模块；

子带设定模块，用于依据传输业务的需求，生成序列调制的物理层参数，其结果发送给序列调制模块；

原始序列调制模块，对不同原始序列按照子带设定模块的参数进行调制，形成若干携带信息的调制序列，并将其发送给干扰抑制模块；

干扰抑制模块，对子载波间隔较大的序列进行频谱成形，降低其对邻近频带的干扰，并将结果发送给调制序列组合模块；

调制序列组合模块，用于将所述多业务调制序列在时域组合形成所述时域序列，添加保护间隔后予以发射。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种OFDM通信系统中支持实时多业务的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A：根据不同业务，生成若干个原始数据序列；

步骤B：将频率资源分配为各正交子段，并根据不同业务所需数据率设定子段的物理层参数；

步骤C：对各原始数据序列进行调制，形成若干调制序列；

步骤D：对不同调制序列进行频域成形处理，以降低相邻子频率段间干扰；

步骤E：将所述各调制序列在时域上组合，增加保护间隔后发送。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述原始数据序列为不同移动和固定业务所需相应传输质量的信源信息。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

各原始数据序列按照各子带物理层参数进行调制，以满足不同业务对传输质量和速率的要求。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述物理层参数包括子带带宽、调制方式、保护间隔长度、导频与信令信息分布、子载波间隔。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：

不同子带的子载波间隔为倍数关系。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：

对较大子载波间隔的序列进行频域成形处理，以降低其对较小子载波间隔序列所在频带的干扰。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

对调制序列的处理包括频域的虚拟子载波及时域的加窗滤波。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：

时域所加窗函数包括以下方式中的至少一种：根升余弦、海宁、海明、凯撒、以及其它可以限制带外频谱的窗函数。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

时域组合后序列长度取决于子载波间隔较小的序列，若干个子载波间隔较大的序列在时域拼接后与其叠加。

10.一种OFDM通信系统中支持实时多业务的装置，其特征在于，包括：

原始序列生成模块，用于依据传输业务的需求，产生若干原始序列，其结果发送给序列调制模块；

子带设定模块，用于依据传输业务的需求，生成序列调制的物理层参数，其结果发送给序列调制模块；

序列调制模块，对不同原始序列按照子带设定模块生成的参数进行调制，形成若干携带信息的调制序列，并将其发送给干扰抑制模块；

干扰抑制模块，对子载波间隔较大的序列进行频谱成形，降低其对邻近频带的干扰，并将结果发送给调制序列组合模块；

调制序列组合模块，用于将所述多业务调制序列在时域组合形成所述时域序列，添加保护间隔后予以发射。

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