CN103763259A - 无线数字广播信号传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线数字广播信号传输方法，是一种时域频域混合的成帧调制方案。本发明的无线数字广播信号传输方法的训练序列优化设计、信号生成模式和信号选取方法，易于在接收机端处理恢复得到OFDM信号的原始信号，具有低峰均功率比、同步时间短、抗信道衰落、可控多业务等优点。

Description

无线数字广播信号传输方法

技术领域

本发明属于无线通信领域，更具体地涉及一种无线数字广播信号传输方法。

背景技术

目前，电视广播已从模拟逐渐向数字化方向发展。数字电视无线数字广播传输系统，作为数字电视无线数字广播的重要组成部分，其相关技术的发展，与人们的生活质量息息相关，并因此受到了人们格外的广泛关注。数字电视无线数字广播相关技术及其相关产业是通信与计算机领域内发展较快，市场前景较好的产业。在数字电视无线数字广播相关技术上，目前各国关注的重点是，如何为复杂波传环境下的数字电视无线数字广播提供低成本的可靠高速移动的实现方案。无线数字广播信号发射机传输技术是数字电视无线数字广播系统的关键技术，对于整个系统性能起着决定性的作用，是大家重点研究的对象。

由于数字信号处理技术和集成电路技术的飞速发展，正交频分复用(OFDM)技术的系统实现变得越来越容易。因OFDM多载波传输技术具有结构简单，频谱利用率高，可以抗频率选择性和信道时变等诸多优点而倍受大家的关注并得到深入的研究和在Xdsl、宽带移动通信、宽带无线局域网、数字电视无线数字广播等诸多领域中的广泛应用。

OFDM信号较高的峰均功率比(PAPR)对放大器和数模转换器的线性范围有很高的要求，如果系统的线性范围不能满足信号的变化，则会造成信号畸变，使信号频谱发生变化，从而导致子信道之间的正交性遭到破坏，产生相互干扰，使系统性能恶化。因此，必须要考虑如何减小OFDM信号中大峰值功率信号的出现概率并降低非线性失真影响的解决方案。

在实际通信环境中，数字电视无线数字广播通信系统性能受到同步时间、时钟抖动、信道衰落、信道干扰等因素的影响。无线数字广播信号发射机传输方法是实现可靠数字电视无线数字广播的关键技术。

利用数字电视无线数字广播传输系统提供无偿电视广播、有偿电视广播、保密信息传输、多媒体增值服务等可控制多业务是新一代数字电视无线数字广播传输系统满足社会需求的体现。

正是基于以上背景，本发明针对实际通信环境提出一种无线数字广播信号传输方法，可以满足高数据率可控制多业务数字电视无线数字广播传输的需要。

欲对专利背景作更深入的了解可参考以下文献资料：

R.V.Nee，R.Prasad.“OFDM for wireless multimedia communications”.Boston：Artech House，2000.

Y.Wu，S.Hirakawa，U.H.Reimers，and J.Whitaker.“Overview of digitaltelevision development，”Proceedings of the IEEE，Special Issue on GlobalDigital Television：Technology and Emerging Services，pp.8-21，Jan.2006.

M.S.Richer，G.Reitmeier，T.Gurley，G.A.Jones，J.Whitaker，and R.Rast.“The ATSC digital television system，”Proceedings of the IEEE，Special Issue on Global Digital Television：Technology and Emerging Services，pp.37-43，Jan.2006.

U.Ladebusch and C.A.Liss.“Terrestrial DVB(DVB-T)：A broadcasttechnology for stationary portable and mobi le use，”Proceedings of the IEEE，Special Issue on Global Digital Television：Technology and Emerging Services，pp.183-194，Jan.2006.

M.Takada and M.Saito.“Transmission systems for ISDB-T，”Proceedingsof the IEEE，Special Issue on Global Digi tal Television：Technology andEmerging Services，pp.251-256，Jan.2006.

发明内容

本发明针对高数据率可控制多业务数字电视无线数字广播问题，提出了一种无线数字广播信号传输方法。

本发明提出的一种无线数字广播信号传输方法，其特征在于它包括下列步骤：

1)无线数字广播信号发射机将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成比特流，利用反馈移位寄存器产生的扰码序列进行加扰处理以形成输入数据比特流；

2)无线数字广播信号发射机将自己的输入数据比特流在频域上形成FFT数据块，FFT数据块的长度为K，K的数值取偶数；

3)无线数字广播信号发射机采用IFFT将FFT数据块变换为时域离散数据样值块D_total＝[d₀，d₁，…，d_K-2，d_K-1]；

4)无线数字广播信号发射机将时域离散数据样值块解复用并根据每个时域离散数据样值的先后顺序奇偶依次分离生成时域离散数据样值奇子块D_奇＝[d₀，d₂，…，d_K-4，d_K-2]和时域离散数据样值偶子块D_偶＝[d₁，d₃，…，d_K-3，d_K-1]；

5)无线数字广播信号发射机通过峰均功率比调整单元对时域离散数据样值奇子块D_奇、时域离散数据样值偶子块D_偶进行信号功率调整及相应信号处理并重新合成新的时域离散数据样值块D_new，新的时域离散数据样值块D_new采用如下生成模式得到，生成模式1为D_new＝[D_奇，D_偶]，生成模式2为

生成模式3为

生成模式4为

生成模式5为

生成模式6为

生成模式7为D_new＝[D^* _奇，D_偶]，生成模式8为

生成模式9为

生成模式10为

生成模式11为

生成模式12为

生成模式13为D_new＝[D_奇，D^* _偶]，生成模式14为

生成模式15为生成模式16为

生成模式17为

生成模式18为

比较18种生成模式合成的时域离散数据样值块D_new，选取其中具有最低峰均功率比的降峰均功率比时域离散数据样值块并将降峰均功率比时域离散数据样值块

所对应采用的生成模式信息发送给业务指标序列设置单元，其中，D^* _奇表示对时域离散数据样值奇子块D_奇的各时域离散数据样值进行共轭运算处理而得到的时域离散数据样值子块；D^* _偶表示对时域离散数据样值偶子块D_偶的各时域离散数据样值进行共轭运算处理而得到的时域离散数据样值子块；

6)无线数字广播信号发射机在训练序列后面插入业务指标序列在时域上构成时域嵌入训练序列离散样值块，业务指标序列包含着并且唯一表达着无线数字广播信号发射机的各系统参数和业务模式信息；时域嵌入训练序列离散样值块的长度与降峰均功率比时域离散数据样值块的长度在数值上相等；

7)无线数字广播信号发射机将降峰均功率比时域离散数据样值块、时域嵌入训练序列离散样值块直接叠加形成时域嵌入训练序列降峰均功率比时域离散数据样值块，作为帧体；

8)无线数字广播信号发射机将循环前缀作为保护间隔即帧头插入时域嵌入训练序列降峰均功率比时域离散数据样值块即帧体，以形成信号帧，循环前缀的长度为C：

9)无线数字广播信号发射机采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号脉冲成形；

10)无线数字广播信号发射机将基带信号上变频至载波上形成射频信号发射到空中无线信道；

11)无线数字广播信号接收机检测接收无线数字广播信号发射机所发送的射频信号并将其下变频形成基带信号，利用训练序列特性和信号帧的结构特性进行基带信号接收处理。

按照上述的无线数字广播信号传输方法，其特征在于：无线数字广播信号发射机的降峰均功率比时域离散数据样值块由对时域离散数据样值块解复用并根据每个时域离散数据样值的先后顺序奇偶依次分离生成的时域离散数据样值奇子块和时域离散数据样值偶子块进行信号功率调整及相应信号处理并通过特定设计的18种生成模式而重新合成；无线数字广播信号发射机的训练序列由第一训练序列和第二训练序列组成；第一训练序列由恒包络零自相关CAZAC序列B与伪随机PN序列A的每一个符号交替插入产生的新序列及其长度为G的循环前缀组成；第二训练序列由恒包络零自相关CAZAC序列-B^*与伪随机PN序列A^*的每一个符号交替插入产生的新序列及其长度为G的循环前缀组成；B^*表示对B的每一个符号进行共轭运算处理，A^*表示对A的每一个符号进行共轭运算处理，B与A具有相同的符号长度L；第一训练序列和第二训练序列的循环前缀长度G为第一训练序列和第二训练序列的符号长度L的1／8；无线数字广播信号发射机信号帧的循环前缀长度C为FFT数据块长度K的1／16；无线数字广播信号发射机的业务指标序列具有伪随机特性，由一组移位m序列实现；无线数字广播信号发射机的各个不同的业务指标序列包含着并且唯一表达着无线数字广播信号发射机的各系统参数和业务模式信息；无线数字广播信号发射机的FFT数据块由子载波组成，子载波的频率间隔取2KHz、4KHz、1KHz中的一种。无线数字广播信号接收机能够充分利用训练序列特性和信号帧的结构特性进行基带信号接收处理，其中包括对信号帧头与信号帧体的时频域联合迭代分离处理。

本发明的特点：

本发明是一种时域频域混合的成帧调制方案。本发明的时域离散数据样值块解复用并根据每个时域离散数据样值的先后顺序奇偶依次分离生成时域离散数据样值奇子块和时域离散数据样值偶子块及其相应进行的信号功率调整与信号处理、通过特定设计的18种降峰均功率比时域离散数据样值块的生成模式和具有最低峰均功率比的降峰均功率比时域离散数据样值块选取方法，不仅能够充分利用OFDM信号的最大峰值功率很高但是大峰值功率信号概率非常低、当子载波数目较大时的OFDM信号的实部(或虚部)为复高斯随机过程且幅度服从Rayleigh分布的特性进而低复杂度地有效改变成帧信号的功率分布规律达到降低峰均功率比的目的，所采用的生成模式所需额外发送的信息量小，易于在接收机端处理恢复得到OFDM信号的原始信号，同时不会破坏子载波信号的正交特性也不会产生额外的非线性失真。无线数字广播信号发射机的信号帧中的训练序列由恒包络零自相关CAZAC序列与伪随机PN序列经过特定优化设计而得到，无线数字广播信号发射机的时域嵌入训练序列降峰均功率比时域离散数据样值块是由降峰均功率比时域离散数据样值块、时域嵌入训练序列离散样值块直接叠加而形成的，这些保证了无线数字广播信号接收机可以实现快速准确的帧同步、频率同步、时间同步、信道传输特性估计、以及对相位噪声和信道传输特性进行可靠跟踪。将循环前缀作为保护间隔插入时域嵌入训练序列降峰均功率比时域离散数据样值块以形成信号帧，可以减少相邻信号帧之间的干扰影响。无线数字广播信号发射机的各个不同的业务指标序列包含着并且唯一表达着无线数字广播信号发射机的各系统参数和业务模式信息，可以使得数字电视无线数字广播传输系统能够提供无偿电视广播、有偿电视广播、保密信息传输、多媒体增值服务等可控制多业务，满足社会需求。本发明的传输方法具有低峰均功率比、同步时间短、时钟抖动小、抗信道衰落、抗信道干扰、可以提供高数据率可控制多业务数字电视无线数字广播传输等诸多优点。

附图说明

图1是按照本发明的无线数字广播信号传输方法的某个发射机和接收机间信号传输的实施例示意图。

图2是按照本发明的无线数字广播信号传输方法的某个发射机和接收机间信号传输过程中信号帧形成的实施例示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

按照本发明提出的无线数字广播信号传输方法的某个发射机和接收机间信号传输的实施例示意图，如图1所示，按下列步骤进行：

1)该某个无线数字广播信号发射机将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成比特流，利用反馈移位寄存器产生的扰码序列进行加扰处理以形成输入数据比特流；

2)该某个无线数字广播信号发射机将自己的输入数据比特流在频域上形成FFT数据块，FFT数据块的长度为K，K的数值取偶数；

3)该某个无线数字广播信号发射机采用IFFT将FFT数据块变换为时域离散数据样值块D_total＝[d₀，d₁，…，d_K-2，d_K-1]；

4)该某个无线数字广播信号发射机将时域离散数据样值块解复用并根据每个时域离散数据样值的先后顺序奇偶依次分离生成时域离散数据样值奇子块D_奇＝[d₀，d₂，…，d_K-4，d_K-2]和时域离散数据样值偶子块D_偶＝[d₁，d₃，…，d_K-3，d_K-1]；

5)该某个无线数字广播信号发射机通过峰均功率比调整单元对时域离散数据样值奇子块D_奇、时域离散数据样值偶子块D_偶进行信号功率调整及相应信号处理并重新合成新的时域离散数据样值块D_new，新的时域离散数据样值块D_new采用如下生成模式得到，生成模式1为D_new＝[D_奇，D_偶]，生成模式2为

生成模式3为

生成模式4为

生成模式5为

生成模式6为

生成模式7为D_new＝[D^* _奇，D_偶]，生成模式8为

生成模式9为

生成模式10为

生成模式11为

生成模式12为生成模式13为D_new＝[D_奇，D^* _偶]，生成模式14为

生成模式15为

生成模式16为

生成模式17为生成模式18为

比较18种生成模式合成的时域离散数据样值块D_new，选取其中具有最低峰均功率比的降峰均功率比时域离散数据样值块

并将降峰均功率比时域离散数据样值块所对应采用的生成模式信息发送给业务指标序列设置单元，其中，D^* _奇表示对时域离散数据样值奇子块D_奇的各时域离散数据样值进行共轭运算处理而得到的时域离散数据样值子块；D^* _偶表示对时域离散数据样值偶子块D_偶的各时域离散数据样值进行共轭运算处理而得到的时域离散数据样值子块；

6)该某个无线数字广播信号发射机在训练序列后面插入业务指标序列在时域上构成时域嵌入训练序列离散样值块，业务指标序列包含着并且唯一表达着无线数字广播信号发射机的各系统参数和业务模式信息；时域嵌入训练序列离散样值块的长度与降峰均功率比时域离散数据样值块的长度在数值上相等；

7)该某个无线数字广播信号发射机将降峰均功率比时域离散数据样值块、时域嵌入训练序列离散样值块直接叠加形成时域嵌入训练序列降峰均功率比时域离散数据样值块，作为帧体；

8)该某个无线数字广播信号发射机将循环前缀作为保护间隔即帧头插入时域嵌入训练序列降峰均功率比时域离散数据样值块即帧体，以形成信号帧，循环前缀的长度为C；

9)该某个无线数字广播信号发射机采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号脉冲成形；

10)该某个无线数字广播信号发射机将基带信号上变频至载波上形成射频信号发射到空中无线信道；

11)该某个无线数字广播信号接收机检测接收无线数字广播信号发射机所发送的射频信号并将其下变频形成基带信号，利用训练序列特性和信号帧的结构特性进行基带信号接收处理，其中包括对信号帧头与信号帧体的时频域联合迭代分离处理。

按照本发明的无线数字广播信号传输方法的某个发射机和接收机间信号传输过程中信号帧形成的实施例示意图，如图2所示，具体实施如下：

该某个无线数字广播信号发射机将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成比特流，利用反馈移位寄存器产生的扰码序列进行加扰处理以形成输入数据比特流。

该某个无线数字广播信号发射机将自己的输入数据比特流在频域上形成FFT数据块，再经IFFT将其变换为时域的离散数据样值块，通过峰均功率比调整单元生成选取其中具有最低峰均功率比的降峰均功率比时域离散数据样值块同时将所对应采用的生成模式信息发送给业务指标序列设置单元。

该某个无线数字广播信号发射机的FFT数据块由子载波组成，子载波的频率间隔取2KHz、4KHz、1KHz中的一种。

该某个无线数字广播信号发射机的训练序列由第一训练序列和第二训练序列组成；第一训练序列由恒包络零自相关CAZAC序列B与伪随机PN序列A的每一个符号交替插入产生的新序列及其长度为G的循环前缀组成；第二训练序列由恒包络零自相关CAZAC序列-B^*与伪随机PN序列A^*的每一个符号交替插入产生的新序列及其长度为G的循环前缀组成；B^*表示对B的每一个符号进行共轭运算处理，A^*表示对A的每一个符号进行共轭运算处理，B与A具有相同的符号长度L；第一训练序列和第二训练序列的循环前缀长度G为第一训练序列和第二训练序列的符号长度L的1／8。

该某个无线数字广播信号发射机在训练序列后面插入业务指标序列在时域上构成时域嵌入训练序列离散样值块。

该某个无线数字广播信号发射机的业务指标序列具有伪随机特性，由一组移位m序列实现；该某个无线数字广播信号发射机的各个不同的业务指标序列包含着并且唯一表达着无线数字广播信号发射机的各系统参数和业务模式信息。

该某个无线数字广播信号发射机的时域嵌入训练序列离散样值块的长度与降峰均功率比时域离散数据样值块的长度在数值上相等；该某个无线数字广播信号发射机将降峰均功率比时域离散数据样值块、时域嵌入训练序列离散样值块直接叠加形成时域嵌入训练序列降峰均功率比时域离散数据样值块，作为帧体；该某个无线数字广播信号发射机将循环前缀作为保护间隔即帧头插入时域嵌入训练序列降峰均功率比时域离散数据样值块即帧体，以形成信号帧，循环前缀的长度为C；该某个无线数字广播信号发射机信号帧的循环前缀长度C为FFT数据块长度K的1／16。

该某个无线数字广播信号发射机采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号进行脉冲成形。

该某个无线数字广播信号发射机将基带信号上变频至载波上形成射频信号发射到空中无线信道。

该某个无线数字广播信号接收机检测接收无线数字广播信号发射机所发送的射频信号并将其下变频形成基带信号，利用训练序列特性和信号帧的结构特性进行基带信号接收处理，其中包括对信号帧头与信号帧体的时频域联合迭代分离处理。

上面结合附图对本发明的具体实施例进行了详细说明，但本发明并不局限于上述实施例，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可作出各种修改或改型。

Claims (6)

1.一种无线数字广播信号传输方法，其特征在于它包括下列步骤：

1)无线数字广播信号发射机将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成比特流，利用反馈移位寄存器产生的扰码序列进行加扰处理以形成输入数据比特流；

2)无线数字广播信号发射机将自己的输入数据比特流在频域上形成FFT数据块，FFT数据块的长度为K，K的数值取偶数；

3)无线数字广播信号发射机采用IFFT将FFT数据块变换为时域离散数据样值块D_total＝[d₀，d₁，…，d_K-2，d_K-1]；

4)无线数字广播信号发射机将时域离散数据样值块解复用并根据每个时域离散数据样值的先后顺序奇偶依次分离生成时域离散数据样值奇子块D_奇＝[d₀，d₂，…，d_K-4，d_K-2]和时域离散数据样值偶子块D_偶＝[d₁，d₃，…，d_K-3，d_K-1]；

5)无线数字广播信号发射机通过峰均功率比调整单元对时域离散数据样值奇子块D_奇、时域离散数据样值偶子块D_偶进行信号功率调整及相应信号处理并重新合成新的时域离散数据样值块D_new，新的时域离散数据样值块D_new采用如下生成模式得到，生成模式1为D_new＝[D_奇，D_偶]，生成模式2为生成模式3为

生成模式4为

生成模式5为生成模式6为生成模式7为D_new＝[D^* _奇，D_偶]，生成模式8为

生成模式9为生成模式10为

生成模式11为

生成模式12为

生成模式13为D_new＝[D_奇，D^* _偶]，生成模式14为

生成模式15为

生成模式16为

生成模式17为

生成模式18为

比较18种生成模式合成的时域离散数据样值块D_new，选取其中具有最低峰均功率比的降峰均功率比时域离散数据样值块

并将降峰均功率比时域离散数据样值块

所对应采用的生成模式信息发送给业务指标序列设置单元，其中，D^* _奇表示对时域离散数据样值奇子块D_奇的各时域离散数据样值进行共轭运算处理而得到的时域离散数据样值子块；D^* _偶表示对时域离散数据样值偶子块D_偶的各时域离散数据样值进行共轭运算处理而得到的时域离散数据样值子块；

6)无线数字广播信号发射机在训练序列后面插入业务指标序列在时域上构成时域嵌入训练序列离散样值块，业务指标序列包含着并且唯一表达着无线数字广播信号发射机的各系统参数和业务模式信息；时域嵌入训练序列离散样值块的长度与降峰均功率比时域离散数据样值块的长度在数值上相等；

7)无线数字广播信号发射机将降峰均功率比时域离散数据样值块、时域嵌入训练序列离散样值块直接叠加形成时域嵌入训练序列降峰均功率比时域离散数据样值块，作为帧体；

8)无线数字广播信号发射机将循环前缀作为保护间隔即帧头插入时域嵌入训练序列降峰均功率比时域离散数据样值块即帧体，以形成信号帧，循环前缀的长度为C；

9)无线数字广播信号发射机采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号脉冲成形；

10)无线数字广播信号发射机将基带信号上变频至载波上形成射频信号发射到空中无线信道；

11)无线数字广播信号接收机检测接收无线数字广播信号发射机所发送的射频信号并将其下变频形成基带信号，利用训练序列特性和信号帧的结构特性进行基带信号接收处理。

2.按权利要求1的无线数字广播信号传输方法，其特征在于：所述训练序列由第一训练序列和第二训练序列组成；第一训练序列由恒包络零自相关CAZAC序列B与伪随机PN序列A的每一个符号交替插入产生的新序列及其长度为G的循环前缀组成；第二训练序列由恒包络零自相关CAZAC序列-B^*与伪随机PN序列A^*的每一个符号交替插入产生的新序列及其长度为G的循环前缀组成；B^*表示对B的每一个符号进行共轭运算处理，A^*表示对A的每一个符号进行共轭运算处理，B与A具有相同的符号长度L。

3.按权利要求1的无线数字广播信号传输方法，其特征在于：所述C取K的1／16；所述G取L的1／8。

4.按权利要求1的无线数字广播信号传输方法，其特征在于：所述业务指标序列具有伪随机特性，由一组移位m序列实现。

5.按权利要求1的无线数字广播信号传输方法，其特征在于：所述FFT数据块由子载波组成，子载波的频率间隔取2KHz、4KHz、1KHz中的一种。

6.按权利要求1的无线数字广播信号传输方法，其特征在于：所述无线数字广播信号接收机所进行的基带信号接收处理，其中的一个步骤为信号帧头与信号帧体的时频域联合迭代分离处理。

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