CN102769479B - 一种基于跳频的数字多媒体广播发送方法、接收方法及其系统 - Google Patents

Abstract

一种基于跳频的数字多媒体广播发送方法，包括如下步骤：在发送端设置用于发送数字节目数据的多个跳频子信道，其中每个跳频子信道对应一个特定的跳频频点；发送端为每一台数字节目设置一个特定的跳频序列，所述跳频序列为所述多个跳频子信道中部分跳频子信道的一个特定排列；发送端将每一台数字节目的数据按其跳频序列依次循环在所对应的跳频子信道上调制发送；同时还提出一种基于跳频的数字多媒体广播接收方法，以及与所述发送方法和接收方法相对应的发送系统和接收系统；本发明在兼容已有频率规划约束的前提下，采用跳频技术和信道交织编码相结合，提高频率分集增益和系统对抗无线传输中的多径和频率选择性衰落的能力，改善广播系统的有效覆盖。

Description

一种基于跳频的数字多媒体广播发送方法、接收方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种数字多媒体广播发送、接收方法及其系统，特别涉及一种基于跳频技术的数字多媒体广播发送方法、接收方法及其系统，适用于包括地面、卫星等在内的无线音频、视频和其他多媒体数字广播系统。

背景技术

无线数字广播系统的最大特点在于其覆盖面广、地理环境多样，信道特性复杂多变，噪声和干扰情况严重，为了保证信号的有效覆盖和可靠传输，无线数字广播系统必须能够充分适应恶劣的传输信道特性。信号分集技术，比如说频率分集，是将信号在一个远大于信道相干带宽的频带内进行传输，是克服无线信道多径和频率选择性衰落的有效手段。然而，不同的无线系统共享无线频谱资源必须进行严格的频率规划，新的无线传输系统也必须考虑和原有的系统和频率规划兼容，以保证新技术的平滑演进。因此，在设计一个新的无线传输系统时，常常要面临传输带宽需求和频率规划兼容的矛盾。以数字音频广播系统为例，为了保证与原有模拟FM/AM广播的频率规划兼容，数字音频传输技术如美国的HD-Radio和欧洲的DRM均采用采用窄带传输方案，系统不具备频率分集增益，对抗多径和衰落的能力差，导致信号覆盖不够理想。相比之下，另一种数字音频广播DAB系统，信号传输带宽为1.536MHz，在一定程度上实现了频率分集，因此系统对抗多径和衰落的能力大幅提高，信号覆盖相应地也得到改善，但是，DAB和原有的FM/AM的频率规划不兼容，对DAB系统的推广和使用造成了一定的障碍。

在现有广播系统中，每一台数字节目在一个固定的频率位置发送，由于已有频率规划的限制，比如说在数字音频广播系统中，由于要保证和原有模拟FM/AM的频率规划兼容，每一个数字音频频道只能占用一个较窄的带宽，FM为100KHz或200KHz，而AM为9KHz或是10KHz。这种广播方案的主要缺陷在于，由于无线电波的空间传播特性和多径衰落，导致在覆盖区域内不同位置的信号强度(或者是载噪比)差异很大，即便在离发射台较近的地理位置，也有可能因为多径的频率选择性衰落而导致信号质量低于解调门限。为了保证理想的覆盖，只能通过增加发射台的功率，或是通过增加补点器来改善，这又给干扰控制、频率规划和网络架设带来了新的问题。无线信号的衰落特性还体现在，在同一地理位置的不同频点，接收的信号质量差异很大。图1所示的为现有技术广播系统的频率使用方式示意图，某个接收机位置的信道响应，在数字频点1和3正好处于一个衰落的深坑当中，无法接收到足够好的信号进行解调，然而同一个接收机同一个位置，在数字频点2和4却能接收到很强的接收信号。可是，在强频点接收到的远高于解调门限的信号能量却无法帮助在弱频点处的接收。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种能够在兼容已有频率规划约束的前提下，采用跳频技术和信道交织编码相结合，实现足够高的频率分集增益，提高系统对抗无线传输中的多径和频率选择性衰落的能力，改善广播系统的有效覆盖的基于跳频的数字多媒体广播发送方法、接收方法及其系统。

本发明提出了一种基于跳频的数字多媒体广播发送方法，包括如下步骤：

在发送端设置用于发送数字节目数据的多个跳频子信道，其中每个跳频子信道对应一个特定的跳频频点；发送端为每一台数字节目设置一个特定的跳频序列，所述跳频序列为所述多个跳频子信道中部分跳频子信道的一个特定排列；发送端将每一台数字节目的数据按其跳频序列依次循环在所对应的跳频子信道上调制发送。

优选的，所述每一台数字节目的跳频序列之间相互正交。

其中，发送端将与每一台数字节目相对应的部分跳频控制信息发送到接收端，也可以在发送端预设部分跳频控制信息。

优选的，所述跳频控制信息包括跳频序列信息和各跳频子信道的传输参数，所述跳频序列信息包括跳频子信道序列号和每一个跳频子信道的跳频时间，所述各跳频子信道的传输参数包括传输带宽、传输功率、调制方式、调制解数、编码方式、频谱模板或其组合。

特别的，所述每一台数字节目内容可依特定的帧结构传输，所述帧结构包括跳频信号帧头和多个跳频时隙，所述跳频信号帧头包括同步头，每一个跳频时隙间设有一定的跳频间隔，用以保证收发端在频率跳转过程中有足够的频率稳定时间，所述跳频控制信息可以集中放置于跳频信号帧头，也可以是所述每个跳频时隙中包含与下一个跳频时隙相关的跳频控制信息。

本发明还提出了一种基于跳频的数字多媒体广播接收方法，包括如下步骤：

在接收端进行定时和频率同步；在接收端获取与每一台数字节目传输相对应的跳频控制信息；根据获取的跳频控制信息解调相应的每一台数字节目的数据。

优选的，在接收端预设与发送端相对应的跳频控制信息。

本发明同时提出了一种基于跳频的数字多媒体广播发送系统，包括：

数据加扰模块，用于将每一台数字节目的数据进行加扰；信道交织和编码模块，用于将经加扰的节目数据进行信道交织和编码，并使得一个编码块的长度能够跨越多个跳频子信道；发送端定时模块，用于定时并控制成帧的过程；物理层成帧模块，用于将经信道交织和编码模块输出的数据调制在物理层帧结构的不同时隙上并与帧头复接在一起，以形成完整的帧数据；跳频序列产生模块，用于在发送端定时模块的控制下，产生预先设定好的跳频控制信息，以在每一个跳频时隙产生与之相对应的正确的跳频频点；载波调制模块，将每一台数字节目的数据按照跳频序列在对应的跳频子信道上进行载波调制；合路模块，将每一台数字节目的数据进行合路、信号放大和发射。

本发明同时还提出了一种基于跳频的数字多媒体广播接收系统，包括：

定时和频率同步模块，用于进行定时与频率同步；跳频控制信息获取模块，用于获取与每一台数字节目传输相对应的跳频控制信息；解调模块，根据获取的跳频控制信息解调相应的每一台数字节目的数据。

附图说明

图1为现有技术广播系统的频率使用方式示意图；

图2为本发明实施例的频率使用方式示意图；

图3为适于本发明的一种可能信号帧结构示意图；

图4为本发明发送系统的流程图；

图5为本发明接收系统的流程图。

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。下面通过参考附图以数字音频广播为例描述本发明的实施例，该说明是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

根据本发明的一个实施例，提供了一种基于跳频的数字多媒体广播发送方法，包括：步骤一、在发送端设置用于发送数字节目数据的多个跳频子信道，其中每个跳频子信道对应一个特定的跳频频点。步骤二、发送端为每一台数字节目设置一个特定的跳频序列，所述跳频序列为所述多个跳频子信道中一个或多个的特定排列。步骤三、发送端将每一台数字节目的数据按其跳频序列依次循环在所对应的跳频子信道上调制发送。

图2为本发明实施例的频点使用方式示意图，以在发送端设置四个跳频子信道用于发送数字节目数据为例，即四个跳频子信道对应4个跳频频点，发送端为每一台数字节目设置一个特定的跳频序列，它是所述多个跳频子信道中一个或多个的特定排列，如数字节目1不是只在一个固定的频率位置传送，而是在若干个跳频频点位置中以一个设定的跳频序列跳频，如图所示，数字节目1的跳频序列为跳频频点1-＞跳频频点3-＞跳频频点2-＞跳频频点4。特别地，跳频序列为一重复的周期性序列，并且在每一个跳频频点传输固定长度的时间，数字节目1的数据按此跳频序列依次循环在所对应的跳频子信道上调制发送。相应地，其他数字节目的数据也同样以特定的跳频序列依次循环在所对应跳频子信道上调制发送，如图所示，数字节目2的跳频序列为跳频频点2-＞跳频频点1-＞跳频频点4-＞跳频频点3。采用跳频技术，每一台数字节目数据在不同的跳频子信道进行调制发送，由于不同的跳频子信道经历各自独立的频率选择性衰落，实现了频率分集，从而大幅度提高了接收端对抗频率选择性衰落的能力。

优选地，每一台数字节目的跳频序列之间可以设置为相互正交，这样可以降低节目间的相互干扰，保证系统的频谱使用率，并且可以最大化地重复利用率跳频子信道的频率资源。所述跳频序列为周期重复序列，其可为固定配置的，也可为节目传输过程中动态变化的。

特别地，为了保证接收端正常接收通过基于跳频的数字节目数据，可以在发送端将与每一台数字节目相对应的全部或部分跳频控制信息发送到接收端，也可以在发送端和接收端分别预设全部或部分跳频控制信息，以实现接收端的接收。所述跳频控制信息包括跳频序列信息和各跳频子信道的传输参数，所述跳频序列信息包括跳频子信道序列号和每一个跳频子信道的跳频时间，所述各跳频子信道的传输参数包括传输带宽、传输功率、调制方式、调制阶数、编码方式、频谱模板或其组合。为满足频率规划的要求，传输参数可为相关联的也可为独立的。在具体实施中，本领域的技术人员可以根据需要确定哪些跳频控制信息是在发送端和接收端事先预设的，哪些跳频控制信息是在发送端和接收端之间实时传输的。比如，在每一个跳频频点上的传输时间(即跳频时隙的长短)；在没有必要在单载波和多载波间转换情况下，调制方式和传输带宽等都是可以在发送端和接收端事先预设好，而不必占用无线资源进行实时传输。而有时为了提升系统性能和部署的灵活性，有一些跳频控制信息需要在发送端和接收端之间实时传输，比如跳频序列、每个跳频频点的调制阶数和编码方式等等。

此外，每一台数字节目内容可依特定的帧结构传输，参照图3所示，图中所示为M个跳频时隙。所述帧结构可以根据设计需要设计为不同的格式。所述帧结构包括跳频信号帧头和多个跳频时隙，所述跳频信号帧头包括同步头，每一个跳频时隙间设有一定的跳频间隔，用以保证收发端在频率跳转过程中有足够的频率稳定时间，根据设计需要，所述跳频控制信息可以集中放置于跳频信号帧头，也可以是所述每个跳频时隙中包含与下一个跳频时隙相关的跳频控制信息。其中，同步头和控制信息可以以一个固定的频率发送，和现有技术的数字广播一样，一个数字台节目可以有一个固定分配的跳频频点，用以传输同步和控制信息，但是节目内容采用跳频传输。当然本发明所采用的帧结构不限于此，本领域的技术人员可以根据需要选择其他能够实现本发明的发明目的的帧结构来进行传输。跳频控制信息依托所述帧结构重复发送，并采用较强的纠错编码和分集保护，以保证接收端在恶劣的信道条件下也能够可靠的接收跳频序列等重要控制信息。

根据本发明的另一个实施例，还提出了一种基于上述发送方法的发送系统，图4为本发明发送系统的结构图，数字台1至n的每一台节目源数据流101-1，101-2，.....101-n首先通过数据加扰模块102进行加扰，然后将加扰的节目数据通过信道交织和编码模块103进行信道交织和编码，其中，信道交织和编码模块103使得一个编码块的长度能够跨越多个跳频子信道，以实现足够的频率分集增益，经编码后的节目数据交由物理层成帧模块104按如图3所示的信号帧结构进行组帧，物理层成帧模块104用于将信道交织和编码模块103输出的数据调制在物理层帧结构的不同时隙上并与帧头复接在一起，形成完整的帧数据。发送端定时模块105，用来定时并控制成帧的过程。同时，跳频序列产生模块106在发送端定时模块105的控制下，产生预先设定好的跳频控制信息，以在每一个跳频时隙产生与之相对应的正确的跳频频点。由于每一个跳频时隙的数据应调制在特定的跳频频点上，因此跳频时隙中的数据和相应的跳频序列产生模块106，都必须由同一个发送端定时模块105控制，保持严格的同步，才能保证在每一个跳频时隙产生与之相对应的正确的跳频频点。载波调制模块107将对应每一台数字节目数据的信号帧结构按照跳频序列的指示在对应的跳频子信道上进行载波调制，每一个跳频子信道上可以各自独立采用单载波或是多载波，选用不同的调制方式和调制阶数。每一个数字台的节目数据可如此进行各自独立的载波调制，最终多个数字数据经合路模块108进行合路，信号放大和发送。

进一步，本发明提出一种与上述发送方法相对应的接收方法，包括如下步骤：步骤1，在接收端进行定时和频率同步；步骤二，在接收端获取与每一台数字节目传输相对应的跳频控制信息；步骤三，根据获取的跳频控制信息解调相应的每一台数字节目的数据。

与所述发送方法相对应地，所述全部或部分跳频控制信息可以通过发送端发送到接收端并由接收端接收并解调而获得，也可直接在接收端预设与发送端相对应的跳频控制信息，以实现数字节目的接收。

进一步，本发明还提出了一种与上述发送系统相对应的接收系统，参看图5，为本发明接收系统的结构图，接收系统复位后，由定时和频率同步模块201，利用图3所示的帧结构的调频信号帧头的信息进行发送信号定时与频率的同步，在此基础上，跳频控制信息获取模块202获取与每一台数字节目传输相对应的跳频控制信息，最后解调模块203根据获取的跳频控制信息解调相应的每一台数字节目的数据，以完成节目的接收。

本发明可在兼容已有频率规划约束的前提下，采用跳频技术和信道交织编码相结合，提高频率分集增益和系统对抗无线传输中的多径和频率选择性衰落的能力，改善广播系统的有效覆盖。本发明适用于数字音视频的卫星、地面广播或是其他形式的多媒体数字广播系统，所涉及的各种参数可以根据不同的系统进行灵活配置。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (15)

1.一种基于跳频的数字多媒体广播发送方法，其特征在于，包括如下步骤：

在发送端设置用于发送数字节目数据的多个跳频子信道，其中每个跳频子信道对应一个特定的跳频频点；

发送端为每一台数字节目设置一个特定的跳频序列，所述跳频序列为所述多个跳频子信道中部分跳频子信道的一个特定排列；

发送端将每一台数字节目的数据按其跳频序列依次循环在所对应的跳频子信道上调制发送。

2.如权利要求1所述的基于跳频的数字多媒体广播发送方法，其特征在于：

所述每一台数字节目的跳频序列之间相互正交。

3.如权利要求1所述的基于跳频的数字多媒体广播发送方法，其特征在于：还包括如下步骤：发送端将与每一台数字节目相对应的部分跳频控制信息发送到接收端。

4.如权利要求1所述的基于跳频的数字多媒体广播发送方法，其特征在于：在发送端预设部分跳频控制信息。

5.如权利要求3或4所述的基于跳频的数字多媒体广播发送方法，其特征在于：所述跳频控制信息包括跳频序列信息和各跳频子信道的传输参数。

6.如权利要求5所述的基于跳频的数字多媒体广播发送方法，其特征在于：所述跳频序列信息包括跳频子信道序列号和每一个跳频子信道的跳频时间。

7.如权利要求5所述的基于跳频的数字多媒体广播发送方法，其特征在于：所述各跳频子信道的传输参数包括传输带宽、传输功率、调制方式、调制解数、编码方式、频谱模板或其组合。

8.如权利要求1所述的基于跳频的数字多媒体广播发送方法，其特征在于：

所述每一台数字节目内容可依特定的帧结构传输。

9.如权利要求8所述的基于跳频的数字多媒体广播发送方法，其特征在于：

所述帧结构包括跳频信号帧头和多个跳频时隙，所述跳频信号帧头包括同步头，每一个跳频时隙间设有一定的跳频间隔，用以保证收发端在频率跳转过程中有足够的频率稳定时间。

10.如权利要求9所述的基于跳频的数字多媒体广播发送方法，其特征在于：所述跳频控制信息集中放置于跳频信号帧头。

11.如权利要求9所述的基于跳频的数字多媒体广播发送方法，其特征在于：所述每个跳频时隙中包含与下一个跳频时隙相关的跳频控制信息。

12.一种基于跳频的数字多媒体广播接收方法，其特征在于，包括如下步骤：

在接收端进行定时和频率同步；

在接收端获取与每一台数字节目传输相对应的跳频控制信息；所述跳频控制信息包括数字节目的跳频序列信息和用于发送数字节目数据的各跳频子信道的传输参数；所述跳频序列信息包括跳频子信道序列号和每一个跳频子信道的跳频时间；所述各跳频子信道的传输参数包括传输带宽、传输功率、调制方式、调制解数、编码方式、频谱模板或其组合；

根据获取的跳频控制信息解调相应的每一台数字节目的数据。

13.如权利要求12所述的基于跳频的数字多媒体广播接收方法，其特征在于：在接收端预设与发送端相对应的跳频控制信息。

14.一种基于跳频的数字多媒体广播发送系统，其特征在于，包括：

数据加扰模块，用于将每一台数字节目的数据进行加扰；

信道交织和编码模块，用于将经加扰的节目数据进行信道交织和编码，并使得一个编码块的长度能够跨越多个跳频子信道；

发送端定时模块，用于定时并控制成帧的过程；

物理层成帧模块，用于将经信道交织和编码模块输出的数据调制在物理层帧结构的不同时隙上并与帧头复接在一起，以形成完整的帧数据；

跳频序列产生模块，用于在发送端定时模块的控制下，产生预先设定好的跳频控制信息，以在每一个跳频时隙产生与之相对应的正确的跳频频点，跳频序列产生模块为每一台数字节目设置一个特定的跳频序列，所述跳频序列为所述多个跳频子信道中部分跳频子信道的一个特定排列；

载波调制模块，将每一台数字节目的数据按照跳频序列在对应的跳频子信道上进行载波调制；

合路模块，将每一台数字节目的数据进行合路、信号放大和发射。

15.一种基于跳频的数字多媒体广播接收系统，其特征在于，包括：

定时和频率同步模块，用于进行定时与频率同步；

跳频控制信息获取模块，用于获取与每一台数字节目传输相对应的跳频控制信息；所述跳频控制信息包括数字节目的跳频序列信息和用于发送数字节目数据的各跳频子信道的传输参数；所述跳频序列信息包括跳频子信道序列号和每一个跳频子信道的跳频时间；所述各跳频子信道的传输参数包括传输带宽、传输功率、调制方式、调制解数、编码方式、频谱模板或其组合；

解调模块，根据获取的跳频控制信息解调相应的每一台数字节目的数据。