CN104219542B - 一种数字多媒体无线广播系统的帧结构的配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数字多媒体无线广播系统的帧结构的配置方法，该数字多媒体无线广播系统在多个载频上传输多种类型的广播帧，其根据数字多媒体无线广播系统的初始参数来计算帧结构参数，得到多载频帧结构分配图样；调整各载频的初始帧的起始时间；并针对每一类型的广播帧：利用图论方法构建帧结构拓扑图，使用着色算法对帧结构拓扑图进行着色，判断着色是否有效：如果无效，则调整帧结构参数，重新构建帧结构拓扑图，并进行着色；如果有效，帧结构的配置完成。本发明支持多种类型的广播帧的混合传输，实现单调谐接收机跳频接收无线广播信号，获得频率分集增益；同时满足不同类型无线广播帧的数据对传输流量的不同需求，获得统计复用增益。

Description

一种数字多媒体无线广播系统的帧结构的配置方法

技术领域

本发明涉及一种数字多媒体无线广播领域，特别是涉及一种数字多媒体无线广播系统的帧结构的配置方法。

背景技术

广播电视网作为我国信息基础设施的重要组成部分，是通达千家万户的最普及的信息工具和最便捷的信息载体。经过数十年的发展，在无线广播电视领域，我国已经基本形成了以地面数字电视多媒体广播(DTMB：Digital Television Terrestrial MultimediaBroadcasting)标准和中国移动多媒体广播(CMMB：China Mobile MultimediaBroadcasting)标准为主的第一代无线广播电视业务标准体系。随着有线三网融合业务和有线电视无线化传输业务的不断普及，人们对于第二代无线广播电视业务(包括超高清无线电视广播业务、三维电视无线广播业务、无线高速数据推送服务和无线混合电视业务等)的需求日益显著。现阶段，国际上广播电视业界已在积极组织开展第二代无线广播电视传输技术标准研发工作，欧洲数字电视广播(DVB：Digital Video Broadcasting)标准组织于2013年正式颁布了面向手持移动终端的第二代无线广播传输技术标准(DVB-NGH：Next-Generation Digital Broadcasting)，美国高级电视制式委员会(ATSC：AdvancedTelevision Systems Committee)于2011年中启动了面向多种终端的第二代无线广播传输技术标准(ATSC 3.0)的研究工作。中国的第二代无线广播电视网正是在国际日益高涨的氛围下开始发展，推出了面向中国下一代广播电视网无线系统(NGB-W)自主创新的合作协议。

目前，在面向中国的下一代广播电视网无线系统中，其承载的数据是通过广播帧进行传输，在多载频数字多媒体无线广播系统中，在一个载频上可承载多种广播类型的广播帧；并引入了逻辑帧的概念，将一系列的逻辑帧组成逻辑信道(LC：Logical Channel)，逻辑信道LC与广播帧之间具有映射关系。通过引入的逻辑帧简化了调度的复杂度。为了获得统计复用增益和频率分集增益，逻辑信道到广播帧的映射支持跳频模式，即一个逻辑信道的一个逻辑帧在不同时间片内映射至多个载频的多个广播帧(这些不同载频上的广播帧的长度可以不同)。

对于多个载频上的承载的广播帧，需要满足：

1、数字多媒体无线广播系统在一个载频上可承载多种类型的广播帧，广播帧类型包括固定广播、移动广播和卫星广播等。

2、无线广播信号在多载频跳频传输时，同一逻辑信道映射至不同载频的同一类型广播帧在时间上保持一定的跳频时间(不小于5ms)，以保证单调谐接收机有时间完成跳频处理。

多载频数字多媒体无线广播系统跳频传输模式时的广播帧配置要在分配周期内完成，只要在分配周期内能满足同一逻辑信道的同一类型广播帧在不同载频上的跳频时间，则各载频上承载的广播帧以分配周期进行重复都能满足跳频时间要求。重复周期表示广播帧配置结构重复的最小周期。通常分配周期是重复周期的倍数，对于在一个载频上有部分时隙用于未定义信号传输时，分配周期与重复周期指广义上的周期，即一定时间段内是周期重复的。对多载频数字多媒体无线广播系统，如何实现多个类型共存广播信号跳频传输是一项亟待研究的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种数字多媒体无线广播系统的帧结构的配置方法，用于解决现有技术中多载频数字多媒体无线广播系统跳频传输时对帧结构进行灵活配置的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，一种数字多媒体无线广播系统的帧结构的配置方法，所述数字多媒体无线广播系统在多个载频上混合传输多种类型的广播帧，所述数字多媒体无线广播系统的帧结构的配置方法包括：步骤S10，输入所述数字多媒体无线广播系统的初始参数，其中，所述初始参数包括所述数字多媒体无线广播系统包括广播帧的类型；步骤S20，根据所述初始参数计算所述数字多媒体无线广播系统的帧结构参数，并得到多载频帧结构分配图样；其中，所述多载频帧结构分配图样中的每一个所述载频的初始帧的起始时间相同；步骤S30，根据所述多载频帧结构分配图样，调整多个所述载频的所述初始帧的起始时间；针对每一种类型的所述广播帧：步骤S40，构建所述广播帧的帧结构拓扑图，所述帧结构拓扑图包括多个顶点组成的顶点集合和多条边组成的边集合；步骤S50，对所述帧结构拓扑图进行着色，并判断着色是否有效：如果有效，则跳转至步骤S70；如果无效，则跳转至步骤S60；步骤S60，调整所述数字多媒体广播系统的所述帧结构参数，并跳转至所述步骤S30；步骤S70，配置完成。

可选地，所述初始参数还包括所述数字多媒体无线广播系统包括的载频数量R和分配周期T_s，每一种类型的所述广播帧对应的时间资源需求、帧长范围以及默认帧长。

可选地，所述帧结构参数包括重复周期、每一种类型的所述广播帧承载的逻辑信道数量、每一种类型的所述广播帧在各个所述载频上的传输的帧数以及帧长。

可选地，所述步骤S30中的调整多个所述载频的初始帧的起始时间具体包括将多个所述载频RF_k的初始帧的起始时间相对载频RF_k-1的初始帧的起始时间向后平移其中，k表示所述载频的编号，且k＝2,3...,R。

可选地，所述步骤S40的构建所述广播帧的帧结构拓扑图包括：在一个所述分配周期内，映射在多个所述载频上的每一个所述广播帧作为一个所述帧结构拓扑图的所述顶点；位于不同所述载频上的任意两个所述广播帧的时间间隔小于跳频时间，其中，所述跳频时间最小为5ms，则将两个所述广播帧所对应的顶点连接为一条所述帧结构拓扑图的所述边；所述广播帧在所映射的所述载频上的所有所述顶点和所有所述边组成所述帧结构拓扑图。

可选地，当所述数字对媒体无线广播系统配置主载频和辅载频时，在所述主载频上，一个所述重复周期内的所有所述广播帧对应的所述顶点两两相连，组成多条所述广播帧帧结构拓扑图的边。

可选地，所述步骤S50还包括设置一个由多种颜色构成的颜色集，一种所述颜色对应一个所述逻辑信道，所述颜色集内的所述颜色的数量与所述逻辑信道的数量一致；然后在所述颜色集内使用着色算法对所述帧结构拓扑图的所有顶点进行着色，并判断着色是否有效：步骤S51，对所述帧结构拓扑图的所有所述顶点进行编号：v₁,v₂,v₃...v_n，n为所述帧结构拓扑图的所有所述顶点的数目；对所述颜色集内的颜色进行编号：c₁,c₂,c₃...c_m，m为所述广播帧承载的所述逻辑信道的数量；步骤S52，把所有所述顶点的颜色初始化为0；步骤S53，使用回溯法从顶点v₁开始，按照v₁,v₂,v₃...v_n的顺序对顶点进行着色：对任一顶点v_i,i∈{1,2,...,n}，先着颜色c₁，判断所述顶点v_i的着色是否有效：如果有效，继续对顶点v_i+1从颜色c₁开始着色；如果无效，则对所述顶点v_i依次着颜色c₂,c₃...c_m并进行判断，直到找到一个有效着色；否则回溯到顶点v_i-1进行重新着色，找到一个新的有效着色再继续对所述顶点v_i开始着色；如果一直回溯到所述顶点v₁都得不到一个有效着色，则跳转至所述步骤S60；如果所有所述顶点着色成功，则跳转至步骤S70。

可选地，所述着色有效的判断依据为：所述帧结构拓扑图内的任一所述顶点的颜色和与其相邻的多个所述顶点的颜色不同。

可选地，所述步骤S60中的调整所述数字多媒体无线广播系统的所述帧结构参数包括调整所述广播帧在各个所述载频上传输的帧数和调整所述逻辑信道数量，其中，所述逻辑信道数量小于等于所述载频数量。

可选地，当所述数字对媒体无线广播系统配置主载频和辅载频时，所述步骤S60中的调整的所述数字多媒体无线广播系统的所述帧结构参数还包括所述重复周期。

如上所述，本发明的一种数字多媒体无线广播系统的帧结构的配置方法，通过图论着色方法，物理层的帧结构配置可实现在多个载频上混合传输多种类型的广播帧，获得频率分集增益和统计复用增益。并且，本发明的帧结构配置方法，可对不同类型的广播帧设置不同的帧长、带宽、频点、传输模式，在兼顾降低信令开销的同时，有效满足不同类型广播帧在传输容量、时延等方面的不同需求。

附图说明

图1显示为本发明的一种数字多媒体无线广播系统的帧结构的配置方法的流程示意图。

图2显示为本发明的实施例1公开的多载频帧结构分配图样的示意图。

图3显示为本发明的实施例1公开的固定广播的初始的帧结构拓扑图。

图4显示为本发明的实施例1公开的固定广播的着色成功的帧结构拓扑图。

图5显示为本发明的实施例1公开的一种配置成功的数字多媒体无线广播系统的帧结构示意图。

图6显示为本发明的实施例2公开的一种配置成功的数字多媒体无线广播系统的帧结构示意图。

图7显示为本发明的实施例3公开的一种配置成功的数字多媒体无线广播系统的帧结构示意图。

元件标号说明

S10～S70 步骤

S51～S53 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1至图7，需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明公开了一种数字多媒体无线广播系统的帧结构的配置方法，适用于多个载频和多种类型的广播帧，其针对多种特定应用场景系统在传输容量、时延等性能的不同需求，通过图论着色方法提供了一种灵活的帧结构配置方法以实现多种类型的无线广播帧的共存和跳频传输。

本发明的一种数字多媒体无线广播系统的帧结构的配置方法，具体如图1所示，包括：

步骤S10，输入数字多媒体无线广播系统的初始参数；初始参数具体包括：

1)分配周期T_s；

2)数字多媒体无线广播系统内包括的广播帧的类型：数字多媒体无线广播系统内通常包括多种类型的广播帧，例如固定广播、卫星广播和移动广播等等，数字多媒体无线广播系统在一个分配周期内可以同时传输多种不同类型的广播帧；

3)数字多媒体无线广播系统内的载频数量R；

4)一个分配周期内的不同类型的广播帧所需要的时间资源需求；

5)不同类型广播帧的帧长范围以及帧长默认值。

步骤S20，计算数字多媒体无线广播系统的帧结构参数，得到在一个分配周期内的多载频帧结构分配图样；其中，帧结构参数包括重复周期、每一种类型的广播帧承载的逻辑信道数量、每一种类型的广播帧在各个所述载频上传输的帧数以及帧长：

重复周期：如果数字多媒体无线广播系统不支持主载频/辅载频配置，那么系统内所有载频的帧结构的重复周期就等于分配周期T_s；如果数字多媒体无线广播系统支持主载频/辅载频配置，其中，多载频包括一个或多个主载频，其余为辅载频，那么为了减少初始扫描时间和换台时间，主载频支持配置相对辅载频较短的广播帧，且其重复周期配置为小于分配周期T_s，例如，主载频的重复周期可以设定为每一个重复周期内配置承载所有逻辑信道的所有类型的广播帧，辅载频的重复周期等于分配周期T_s；

每一种类型的广播帧承载的最小逻辑信道数量为：最大逻辑信道数量为系统中包括的载频的数量R；初始情况下，设置广播系统的初始的逻辑信道数量为最小逻辑信道数量；

同一广播帧在不同载频上占用的时间资源需求可以随机设置，例如，在一个或多个载频上占用的时间资源需求可以为0。初始情况下，设置广播帧在各个载频上占用的时间资源需求相同，即为：在各个载频上传输的广播帧的帧长为该系统的帧长默认值，那么，广播帧的帧数由该类型的广播帧在当前载频上占用的时间资源需求与该类型广播帧的帧长默认值相比之后四舍五入求得；对应的实际的广播帧的帧长就是类型的广播帧在当前载频上占用的时间资源需求与广播帧的帧数的比值。当然，如果数字多媒体无线广播系统配置了主载频，主载频的广播帧的帧长由公式计算得到；

根据计算得到的帧结构参数，每个载频传输的广播帧按照广播帧的类型ID进行排列，先排列ID小的广播帧，再排列下一个ID的广播帧，直至所有类型的广播帧分配完成，从而得到一个初始的多载频帧结构分配分配图样，并且，每个载频的初始帧的起始时间是相同的。

步骤S30，根据多载频帧结构分配图样，将载频的初始帧的起始时间依次向后平移：数字多媒体无线广播系统配置的R个载频为RF₁,RF₂...RF_R，初始时每个载频的初始帧的起始时间相同，将载频RF_k(k＝2，3…R)的初始帧的起始时间相对载频RF_k-1依次向后平移的时间。

针对每一种类型的广播帧：

步骤S40，利用图论方法构建广播帧的帧结构拓扑图：将广播帧结构抽象成一个图论模型，根据步骤S30输出的经过了初始帧的起始时间调整的多载频帧结构分配图样建立帧结构拓扑图G(V，E)，其中，V是图的顶点集合，E是图的边集合；一个广播帧作为一个顶点，顶点集合V包括在R个载频上，一个分配周期内的所有同一类型的广播帧对应的所有的顶点；当位于不同载频上任意两个同一类型的广播帧不满足至少相距5ms的跳频时间时，这两个广播帧所对应的顶点连成一条边，边集合E包括在R个载频上所有同一类型的广播帧之间满足上述条件的所有边的集合；如果数字多媒体无线广播系统的支持主载频/辅载频配置，那么主载频的一个重复周期内同一类型的广播帧两两相连组成帧结构拓扑图的边。

步骤S50：根据广播帧承载的所有的逻辑信道设置颜色集，一个逻辑信道表示一个颜色，使用着色算法，在颜色集内对帧结构拓扑图的所有顶点进行着色，并判断着色是否有效：

步骤S51，对帧结构拓扑图的所有顶点进行编号：v₁,v₂,v₃...v_n，其中，n为帧结构拓扑图内所有顶点的数目；对颜色集内的颜色进行编号：c₁,c₂,c₃...c_m，m为广播帧承载的逻辑信道的数量；

步骤S52，将帧结构拓扑图中的所有顶点的颜色初始化为0，即不进行着色；

步骤S53，，使用回溯法对所有顶点v₁,v₂,v₃...v_n进行着色：从顶点v₁开始，按照顶点编号顺序对顶点进行着色：对任一顶点v_i,i∈{1,2,...,n}，先对顶点v_i着颜色c₁，判断顶点v_i的着色是否有效：如果顶点v_i与之前所有与其相邻顶点的颜色均不同，那么说明c₁是顶点v_i的有效着色，继续对顶点v_i+1从颜色c₁开始着色；如果顶点v_i与之前与其相邻的某一顶点的颜色相同，则对顶点v_i依次着颜色c₂,c₃...c_m并进行有效着色判断，直到找到一个有效着色；否则回溯到顶点v_i-1进行重新着色，找到一个新的有效着色，再继续对顶点v_i开始着色；如果一直回溯到顶点v₁都得不到一个有效着色，则跳转至步骤S60；如果所有帧结构拓扑图内的顶点都着色成功，则跳转至步骤S70。

步骤S60，对于着色失败的广播帧，可以通过调整该类型的广播帧的帧结构参数，并重新返回步骤S30，调整每一个载频的初始帧的初始时间，建立新的帧结构拓扑图，重新进行着色，直至着色成功；

其中，调整数字多媒体广播系统的帧结构参数包括：

1)对于着色失败的某一类型的广播帧，采取的调整措施是保持该类型广播帧承载的逻辑信道的数量不变，即颜色集不变，根据不同载频上该类型广播帧占用的时间资源需求和帧长范围，计算不同载频上该类型广播帧的帧数范围和对应帧长，在满足帧数范围的条件下，改变该广播帧在各个载频上的帧数(帧长也随之改变)；根据不同载频可以承载的帧数范围，可以得到不同载频可以承载的所有帧数的全排列组合情况，每次帧数改变，得到一个新的组合情况，每一种组合情况得到一个新的多载频帧结构分配图样(逻辑信道数量不变)，返回步骤S30对每个载频的初始帧的起始时间进行设置，对于每种组合情况，可以按照步骤S40建立一个新的帧结构拓扑图G’(V,E)(顶点集合和边集合改变，颜色集不变)，按照步骤S50对新建立的帧结构拓扑图G’(V,E)重新进行着色；遍历不同载频上所有可能的帧数的组合情况，建立对应的帧结构拓扑图，并对其顶点进行着色，直至着色成功；

在本实施例中，遍历不同载频上所有可能的广播帧帧数的组合情况按照如下进行：改变载频承载的广播帧的帧数时，从ID最大的载频RF_R开始改变广播帧的帧数，当载频RF_R遍历完所有可承载的广播帧的帧数后，改变前一载频RF_R-1承载的广播帧的帧数并把载频RF_R承载的广播帧的帧数置回初始值，继续从载频RF_R开始改变广播帧的帧数。当载频RF_R-1遍历完所有可承载的帧数后，改变载频RF_R-2承载的广播帧的帧数，并重置载频RF_R-1、RF_R的承载的广播帧的帧数为初始值。直到载频RF₁的承载的广播帧的帧数不可以再改变时，整个广播帧帧数的全排列组合遍历完成。并且，如果数字多媒体无线广播系统支持主载频/负载频配置时，主载频的一个重复周期内承载的该类型广播帧的帧数始终等于逻辑信道的数量，不发生改变。当然，遍历不同载频上所有可能的广播帧的帧数的组合情况并不仅限于上述方式，还有很多其它的方式，例如可以按照将每个载频承载的广播帧的帧数从初始值开始依次向两边取值，先向广播帧的帧数减少的一边开始取值的顺序来进行遍历；在此就不再一一列举。

2)如果不同载频可以承载的广播帧的帧数的全排列组合都遍历完成，但是对帧结构拓扑图的顶点的着色仍然无效时，则增加广播帧承载的逻辑信道的数量，即增加颜色集中的颜色：对初始的逻辑信道数量加一(逻辑信道的数量不能大于载频数R)；返回步骤S20计算对应的数字多媒体无线广播系统的帧结构参数，并得到多载频帧结构分配图样，按照步骤S30、步骤S40和步骤S50的顺序，建立新的帧结构拓扑图，并对其顶点在颜色集范围内进行着色：如果着色失败，则保持当前新的逻辑信道的数量不变，调整广播帧在各个载频上的帧数，再遍历所有载频可承载的帧数的全部组合情况，建立帧结构拓扑图并对其顶点进行着色，直至着色成功为止。

3)如果数字多媒体无线广播系统的支持主载频/辅载频配置，逻辑信道的数量等于载频数R时，着色仍然失败，则还可以通过增加主载频帧结构的重复周期来进行调整：

在分配周期范围内改变主载频帧结构的重复周期，一般为增大重复周期，例如将主载频帧结构重复周期改变为T_s；

返回步骤S20计算对应的数字多媒体无线广播系统的帧结构参数，并得到多载频帧结构分配图样，按照步骤S30、步骤S40和步骤S50的顺序，建立新的帧结构拓扑图，并对其顶点在颜色集范围内进行着色：当着色失败时，保持当前主载频帧结构的重复周期不变，通过对不同载频承载的广播帧的帧数和逻辑信道的数量的调整，来达到着色成功。

如果上述所有措施均无法得到有效着色，则认为当前帧结构无法分配。

实施例1

本实施例的数字多媒体无线广播系统的载频数R＝3(未配置主载频)，支持固定广播、卫星广播和移动广播在三个载频上依次传播，分配周期T_s＝1s，其初始参数和帧结构参数为：

得到一个分配周期内的多载频帧结构分配图样，并且每个载频按广播帧类型ID从小到大的顺序(这里认为即按固定广播、卫星广播、移动广播的顺序)依次传输三种类型的广播帧，每个载频初始帧起始时间相同。将载频RF_k(k＝2，3)的初始帧的起始时间相对载频RF_k-1依次向后平移的时间，即载频RF₂向后平移载频RF₃向后平移初始帧平移过后的多载频帧结构分配图样如图2所示。

利用图论方法建立三个独立的帧结构拓扑图G(Vi,Ei)(i＝1,2,3)，分别对应固定广播，卫星广播和移动广播。以固定广播为例说明帧结构拓扑图G(V1，E1)的建立过程：将三个载频上一个分配周期内的9个固定广播类型的广播帧各对应一个顶点，建立顶点集合V1＝{v1,v2,v3,...,v9}；根据这9个顶点所在载频和时间位置，将不在同一载频并且时间上不满足跳频时间的两个顶点连一条边，建立边集合E1。由上述方法建立固定广播初始的帧结构分配图样对应的帧结构拓扑图G(V1，E1)，如图3所示。卫星广播和移动广播参照此方法建立帧结构拓扑图G(V2，E2)和G(V3，E3)。

利用着色算法对固定广播，卫星广播和移动广播的帧结构拓扑图进行着色，其颜色集内初始颜色的数量等于其各自的初始的逻辑信道的数量，分别为2、1、1。

固定广播的着色和调整过程：

根据初始逻辑信道和初始的帧结构分配图样建立的帧结构拓扑图G(V1，E1)，按照步骤S50对固定广播的帧结构拓扑图进行着色，着色不成功。然后按照步骤S60进行调整：固定广播的初始的逻辑信道数量不变(即颜色数不变)，改变各个载频承载的广播帧的帧数(顶点数改变)。每个载频可以承载的广播帧的帧数范围由计算公式可得为3～5个，则不同载频可以承载的广播帧的帧数的全排列组合情况有3^3＝27种。保持颜色数不变，对不同载频承载广播帧的帧数的每一种组合情况，建立新的帧结构拓扑图G’(V1，E1)，其中顶点集合和边集合会发生改变，可以建立27种新的帧结构拓扑图，对新的帧结构拓扑图进行顶点着色，直至着色成功。在本实施例中，固定广播在三个载频承载的广播帧的帧数分别为3，3，4时，着色成功。固定广播帧结构分配完成。着色成功的帧结构拓扑图如图4所示，顶点集合为V1＝{v1,v2,v3,...,v9,v10}，其中，不同的阴影表示不同的颜色。

卫星广播的着色调整过程：

根据初始逻辑信道和初始的帧结构分配图样建立的帧结构拓扑图G(V2，E2)，按照步骤S50对卫星广播的帧结构拓扑图进行着色，着色不成功。然后按照步骤S60进行调整：卫星广播初始的逻辑信道数量为1，每个载频可以承载的广播帧的帧数范围为2～4个，遍历载频可承载的所有广播帧的帧数的组合情况(27种)，建立新的帧结构拓扑图G’(V2，E2)进行着色，着色均失败。此时调整卫星广播的逻辑信道数量：在卫星广播的初始的逻辑信道的数量上加1，变为2，,重置各载频广播帧的帧数为初始值3，根据当前广播帧分配图样建立帧结构拓扑图并进行着色(颜色数为2)，着色成功，则卫星广播的广播帧结构分配完成。

移动广播的广播帧分配结果为三个载频广播帧的帧数均为2，初始的逻辑信道的数量为1。

如此，本实施例的数字多媒体无线系统的帧结构的配置就已成功，其成功配置的帧结构如图5所示。并且，配置完成的帧结构，满足了固定广播、卫星广播、移动广播在三个载频上的同时传输，且不同载频上同一逻辑信道映射的同一类型的广播帧在时间上保证一定的跳频时间(不小于5ms)，使接收机有一定的跳频时间。

实施例2

本实施例的数字多媒体无线广播系统的分配周期T_s＝1s；载频数R＝3，并配置载频RF₁为主载频，主载频帧结构的重复周期为分配周期的一半，支持三种类型的广播帧：固定广播、卫星广播和移动广播，在三个载频上依次传播；其初始参数和帧结构参数为：

得到在一个分配周期内的多载频帧结构分配图样，每个载频上承载的广播帧按固定广播、卫星广播、移动广播的顺序依次排列，每个载频初始帧起始时间相同。将载频RF_k(k＝2，3)的初始帧的起始时间相对载频RF_k-1依次向后平移的时间，即载频RF₂向后平移载频RF₁向后平移

利用图论方法建立三个独立的帧结构拓扑图G(Vi,Ei)(i＝1，2，3)，分别对应固定广播，卫星广播，移动广播。以固定广播为例说明帧结构拓扑图G(V1，E1)的建立过程：将三个载频上一个分配周期内所有固定广播类型的广播帧各对应一个顶点，包括一个主载频上4个广播帧(每个重复周期内广播帧的帧数为2)和两个辅载频上6个广播帧，将这10个广播帧对应10个顶点，建立顶点集合V1。主载频重复周期是分配周期一半，每个重复周期内承载的两个广播帧对应顶点两两连一条边；根据这10个顶点所在载频和时间位置，将不在同一载频并且时间上不满足跳频时间的两个顶点连一条边，建立边集合E1。由上述方法建立固定广播的初始的帧结构分配图样对应的帧结构拓扑图G(V1，E1)。卫星广播和移动参照此方法建立帧结构拓扑图G(V2，E2)和G(V3，E3)。

利用着色算法对三个无线广播系统的帧结构拓扑图进行着色，其颜色集内初始颜色的数量等于其各自的初始的逻辑信道的数量，分别为2，1，1。

固定广播为例说明着色调整过程：

根据初始逻辑信道和初始的帧结构分配图样建立的帧结构拓扑图G(V1，E1)，按照步骤S50对固定广播的帧结构拓扑图进行着色，着色不成功。然后按照步骤S60进行调整：保持初始的逻辑信道数量不变，即颜色数不变，改变辅载频承载的广播帧的帧数(顶点数改变)。每个辅载频可以承载的广播帧的帧数范围由公式计算出，为2～4个，即载频RF₂和RF₃上承载的固定广播的广播帧的帧数为2～4个，则辅载频可以承载的广播帧的帧数的全排列组合情况有3*3＝9种。保持主载频的帧长和帧数不变，颜色数不变，改变辅载频的帧长和帧数(顶点集合和边集合改变)，建立新的帧结构拓扑图G’(V1，E1)，可以建立9种新的帧结构拓扑图，对新的帧结构拓扑图再进行顶点着色。固定广播系统在辅载频遍历所有帧数组合情况后，仍得不到有效着色，此时调整固定广播的初始的逻辑信道数量，即初始的逻辑信道数量加一，变为3，重置主载频的每个重复周期内广播帧的帧数为3，帧长为辅载频广播帧的帧长和帧数为初始值，在此基础上建立新的帧结构拓扑图G”(V1，E1)进行着色(颜色数为3)，着色成功，即固定广播的广播帧结构分配完成。卫星广播和移动广播采取相同的调整过程直至分配成功，可以看出卫星广播LC个数增加为3，辅载频帧数分别为2，2；移动广播LC个数增加为2，辅载频帧数分别为3，3。

本实施例的数字多媒体无线系统成功配置的帧结构如图6所示。三种类型的广播帧在三个载频上同时传输，并且满足在不同载频上同一逻辑信道映射的同一类型广播帧在时间上保证一定的跳频时间(不小于5ms)，使接收机有一定的跳频时间。

实施例3

本实施例的数字多媒体无线广播系统的分配周期T_s＝1s；载频数R＝4，并配置载频RF₁为主载频，主载频帧结构的重复周期为分配周期的一半；支持两种类型无线广播帧固定广播和卫星广播在四个载频上依次传播；其初始参数和帧结构参数为：

得到在一个分配周期内的多载频帧结构分配图样，每个载频依次传输固定广播和卫星广播的广播帧，每个载频的初始帧的起始时间相同。将载频RF_k(k＝2，3，4)初始帧的起始时间相对载频RF_k-1依次向后平移的时间，即载频RF₂向后平移250ms，载频RF₃向后平移500ms，载频RF₄向后平移750ms。

利用图论方法建立两个独立的帧结构拓扑图G(Vi,Ei)(i＝1，2)，分别对应固定广播和卫星广播。固定广播帧结构拓扑图G(V1，E1)顶点集合包括位于主载频上的6个广播帧和位于辅载频上的9个广播帧，边集合根据广播帧所在频率和时间位置构建；卫星广播的帧结构拓扑图G(V2，E2)顶点集合包括位于主载频上的4个广播帧和位于辅载频上的9个广播帧，边集合根据广播所在频率和时间位置构建。

利用着色算法对两个无线广播帧的帧结构拓扑图进行着色，其颜色集内初始颜色的数量等于其各自的初始的逻辑信道的数量，分别为3和2。

卫星广播的着色调整过程：

根据初始逻辑信道和初始的帧结构分配图样建立的帧结构拓扑图G(V2，E2)，按照步骤S50对卫星广播的帧结构拓扑图进行着色，着色不成功。然后按照步骤S60进行调整：保持卫星广播初始的逻辑信道数量不变(即颜色数不变)，改变辅载频承载的广播帧的帧数(顶点数改变)。每个辅载频可以承载的广播帧的帧数范围为2～4个，则三个辅载频可以承载的广播帧的帧数的全排列组合情况有3^3＝27种。保持主载频的广播帧的帧长和帧数不变，颜色数不变，改变辅载频的广播帧的帧长和帧数(顶点集合和边集合改变)，建立新的帧结构拓扑图G’(V2，E2)，可以建立27种新的帧结构拓扑图，对新的帧结构拓扑图再进行顶点着色。卫星广播在辅载频遍历所有全排列组合情况后，着色仍然失败，此时调整卫星广播的逻辑信道数量，即初始的逻辑信道数量加一，变为3，重置主载频的每个重复周期内广播帧的帧数为3，帧长为75ms，辅载频广播帧的帧长和帧数重置为初始值，在此基础上建立新的帧结构拓扑图G”(V1，E1)进行着色(颜色数为3)。着色仍然失败时，保持当前颜色数为3不变，对辅载频27种可以承载的广播帧的帧数的组合情况又经过一轮遍历，着色均失败。则再次增加逻辑信道的数量，此时逻辑信道的数量为4，等于载频数，对主载频广播帧的帧长和帧数重新分配，重置辅载频广播帧的帧长和帧数为初始值，建立新的帧结构拓扑图G”’(V2，E2)开始进行着色(颜色数为4)。当辅载频承载的广播帧的帧数调整为4，3，4时，着色成功，即卫星广播的广播帧结构分配完成。

固定广播经过相同步骤调整分配成功，固定广播逻辑信道的数量为4，在辅载频承载的广播帧的帧数数依次为3，3，3。

本实施例的数字多媒体无线系统成功配置的帧结构如图7所示。两种类型的广播帧在四个载频上同时传输，并满足在不同载频上同一逻辑信道映射的同一类型的广播帧在时间上保证一定的跳频时间(不小于5ms)，使接收机有一定的跳频时间。

如上所述，本发明的一种数字多媒体无线广播系统的帧结构的配置方法，通过图论着色方法，物理层的帧结构配置可实现在多载频混合传输多种类型的广播帧，获得频率分集增益和统计复用增益。并且，本发明的帧结构配置方法，可对不同类型的广播帧进行不同的帧长、带宽、频点、传输模式的配置，在兼顾了降低信令开销的同时，有效满足了不同类型的广播帧在传输容量、时延等方面的不同需求。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种数字多媒体无线广播系统的帧结构的配置方法，所述数字多媒体无线广播系统在多个载频上混合传输多种类型的广播帧，其特征在于，所述数字多媒体无线广播系统的帧结构的配置方法包括：

步骤S10，输入所述数字多媒体无线广播系统的初始参数，其中，所述初始参数包括所述数字多媒体无线广播系统内包括的广播帧的类型；

步骤S20，根据所述初始参数计算所述数字多媒体无线广播系统的帧结构参数，并得到多载频帧结构分配图样；其中，所述多载频帧结构分配图样中的每一个所述载频的初始帧的起始时间相同；

步骤S30，根据所述多载频帧结构分配图样，调整多个所述载频的所述初始帧的起始时间；

针对每一种类型的所述广播帧：

步骤S40，构建所述广播帧的帧结构拓扑图，所述帧结构拓扑图包括多个顶点组成的顶点集合和多条边组成的边集合；

步骤S50，对所述帧结构拓扑图进行着色，并判断着色是否有效：如果有效，则跳转至步骤S70；如果无效，则跳转至步骤S60；

步骤S60，调整所述数字多媒体广播系统的所述帧结构参数，并跳转至所述步骤S30；

步骤S70，配置完成。

2.根据权利要求1所述的数字多媒体无线广播系统的帧结构的配置方法，其特征在于，所述初始参数还包括所述数字多媒体无线广播系统包括的载频数量R和分配周期T_s，每一种类型的所述广播帧对应的时间资源需求、帧长范围以及默认帧长。

3.根据权利要求2所述的数字多媒体无线广播系统的帧结构的配置方法，其特征在于，所述帧结构参数包括重复周期、每一种类型的所述广播帧承载的逻辑信道数量、每一种类型的所述广播帧在各个所述载频上的传输的帧数以及帧长。

4.根据权利要求3所述的数字多媒体无线广播系统的帧结构的配置方法，其特征在于，所述步骤S30中的调整多个所述载频的初始帧的起始时间具体包括将多个所述载频RF_k的初始帧的起始时间相对载频RF_k-1的初始帧的起始时间向后平移其中，k表示所述载频的编号，且k＝2,3…,R。

5.根据权利要求4所述的数字多媒体无线广播系统的帧结构的配置方法，其特征在于，所述步骤S40的构建所述广播帧的帧结构拓扑图包括：在一个所述分配周期内，映射在多个所述载频上的每一个所述广播帧作为一个所述帧结构拓扑图的所述顶点；位于不同所述载频上的任意两个所述广播帧的时间间隔小于跳频时间，其中，所述跳频时间最小为5ms，则将两个所述广播帧所对应的顶点连接为一条所述帧结构拓扑图的所述边；所述广播帧在所映射的所述载频上的所有所述顶点和所有所述边组成所述帧结构拓扑图。

6.根据权利要求5所述的数字多媒体无线广播系统的帧结构的配置方法，其特征在于，当所述数字多 媒体无线广播系统配置主载频和辅载频时，在所述主载频上，一个所述重复周期内的所有所述广播帧对应的所述顶点两两相连，组成多条所述广播帧帧结构拓扑图的边。

7.根据权利要求5所述的数字多媒体无线广播系统的帧结构的配置方法，其特征在于，所述步骤S50还包括设置一个由多种颜色构成的颜色集，一种所述颜色对应一个所述逻辑信道，所述颜色集内的所述颜色的数量与所述逻辑信道的数量一致；然后在所述颜色集内使用着色算法对所述帧结构拓扑图的所有顶点进行着色，并判断着色是否有效：

步骤S51，对所述帧结构拓扑图的所有所述顶点进行编号：v₁,v₂,v₃...v_n，n为所述帧结构拓扑图的所有所述顶点的数目；对所述颜色集内的颜色进行编号：c₁,c₂,c₃...c_m，m为所述广播帧承载的所述逻辑信道的数量；

步骤S52，把所有所述顶点的颜色初始化为0；

步骤S53，使用回溯法从顶点v₁开始，按照v₁,v₂,v₃...v_n的顺序对顶点进行着色：对任一顶点v_i,i∈{1,2,…,n}，先着颜色c₁，判断所述顶点v_i的着色是否有效：如果有效，继续对顶点v_i+1从颜色c₁开始着色；如果无效，则对所述顶点v_i依次着颜色c₂,c₃...c_m并进行判断，直到找到一个有效着色；否则回溯到顶点v_i-1进行重新着色，找到一个新的有效着色再继续对所述顶点v_i开始着色；如果一直回溯到所述顶点v₁都得不到一个有效着色，则跳转至所述步骤S60；如果所有所述顶点着色成功，则跳转至步骤S70。

8.根据权利要求7所述的数字多媒体无线广播系统的帧结构的配置方法，其特征在于，所述着色有效的判断依据为：所述帧结构拓扑图内的任一所述顶点的颜色和与其相邻的多个所述顶点的颜色不同。

9.根据权利要求7所述的数字多媒体无线广播系统的帧结构的配置方法，其特征在于，所述步骤S60中的调整所述数字多媒体无线广播系统的所述帧结构参数包括调整所述广播帧在各个所述载频上传输的帧数和调整所述逻辑信道数量，其中，所述逻辑信道数量小于等于所述载频数量。

10.根据权利要求9所述的数字多媒体无线广播系统的帧结构的配置方法，其特征在于，当所述数字多 媒体无线广播系统配置主载频和辅载频时，所述步骤S60中的调整的所述数字多媒体无线广播系统的所述帧结构参数还包括所述重复周期。