CN107786304A - 一种调幅频段数字音频广播信号生成方法和系统 - Google Patents

一种调幅频段数字音频广播信号生成方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种调幅频段数字音频广播信号生成方法和系统。该方法包括：将包含各路业务数据的主业务信息、包含编码调制和频谱模式信息的系统信息以及包含对业务数据进行描述说明的业务描述信息分别经过信道编码、比特交织以及星座处理后，与离散射频进行OFDM调制；将调整后的信号插入信标后产生逻辑帧，并将逻辑帧经过帧分配后生成物理层信号帧，通过基带到射频的转换后生成调幅频段数字音频广播信号。本发明系统采用LDPC信道编码，通过交织、逻辑帧分配等方式对信号进行处理，可以有效提高系统的抗干扰性能。

Description

一种调幅频段数字音频广播信号生成方法和系统
技术领域
本发明涉及数字信息传输技术领域，尤其是涉及一种调幅频段数字音频广播信号生成方法和系统。
背景技术
我国中波广播的频率范围是526.5kHz～1606.5kHz，频道间隔9kHz，从标称载频531kHz到1602kHz为止，共有120个频道。
中波广播是一种以地面波的绕射传输为主，电离层的反射传输为辅的传输方式。与调频广播相比，中波广播的覆盖范围更广，是一种能够较为经济且有效地实现大范围覆盖的无线传输手段，适合于广大农村地区和偏远地区的听众收听广播。虽然中波调幅广播存在频谱带宽窄、音质单一、抗干扰能力差等问题，但是由于我国幅员辽阔，因此中波调幅广播仍然是我国广播覆盖的主要手段之一。
广播具有一点对多点的优势，其传播信息的成本与用户数量无关，因此，作为信息通信业的一个重要组成部分，广播在国家信息基础设施建设、实现普遍服务和国家信息安全战略中具有重要地位。在中波频段上，随着数字技术的迅速发展，利用数字化信道编码、调制技术可以提高调幅广播频谱效率、音频质量和对抗干扰的能力，可以有效解决目前模拟调幅广播存在的问题。
发明内容
本发明提供一种调幅频段数字音频广播信号生成方法和系统，用以解决模拟调幅广播接收信号质量差、音频质量低等问题。
依据本发明的一个方面，提供一种调幅频段数字音频广播信号生成方法，包括：
对包含各路业务数据的主业务数据和包含对所述业务数据进行描述说明的业务描述信息分别进行比特转换，并将比特转换生成的主业务数据比特流和业务描述信息比特流进行扰码处理；
将扰码处理后的主业务数据比特流进行低密度奇偶校验码LDPC编码；
将扰码处理后的业务描述信息比特流和输入的包括频谱模式索引、信道编码、调制方式的系统信息比特流分别进行卷积编码，并将卷积编码后的业务描述信息比特流、系统信息比特流分别进行比特交织；
对LDPC编码后的主业务数据比特流、比特交织后的业务描述信息比特流和系统信息比特流以及输入的离散导频分别进行星座映射后，生成业务数据符号、业务描述信息符号、连续导频以及离散导频；
将所述业务数据符号进行子载波交织生成业务数据子载波，并将所述业务数据子载波、所述业务描述信息符号、所述连续导频以及星座映射后的所述离散导频进行OFDM调制，生成OFDM符号的子载波；
将所述OFDM符号的子载波插入信标生成逻辑帧，并将所述逻辑帧映射到物理层信号帧；
将所述物理层信号帧组成物理层超帧，并将所述物理层超帧经过基带到射频变换后发射出去。
进一步地，所述将扰码处理后的主业务数据比特流进行低密度奇偶校验码LDPC编码，具体包括：
输入主业务数据比特流序列m＝{m0,m1,…,mk-1}；
校验比特流序列p＝{p0,p1,...,p4607-k}；
输出的编码后的码字为：c＝{c0,c1,…,c4607}＝{m0,m1,…mk-1,p0,p1,…p4607-k}
其中，当LDPC编码码率为2/3时，k值取3096；当LDPC编码码率为1/2时，k值为2304；所述校验比特流序列p根据如下公式获取：
H×cT＝0
其中，0为(4608-K)行1列的全0列矢量；H为LDPC奇偶校验矩阵。
进一步地，在进行卷积编码，具体包括：
输入系统信息比特流或者业务描述信息比特流ai(i＝0,1,…,T-1)生成一个码字x0,i,x1,i,x2,i,x3,i(i＝0,1,2,…,T+5)，该码字定义如下：
其中，当i不属于集合{0,1,2,…,T-1}时，ai为零；每个码字依次排序为一个串行母码字U，表示为：U＝(u0,u1,u2,...,ui,…,u4T+23)，其中，
进一步地，在进行比特交织时，具体包括：
vn＝uR(n)
其中，uR(n)为交织前的输入序列；vn为交织后的输出序列；n为输出序列号，最大值为交织块的长度NMUX；所述R(n)为算法如下：
其中，p(0)＝0；p(i)＝mod((5×p(i-1)+q),s),(i≠0)，q＝(s/4)-1。
进一步地，所述对LDPC编码后的主业务数据比特流、比特交织后的业务描述信息比特流和系统信息比特流以及输入的离散导频分别进行星座映射后，生成业务数据符号、业务描述信息符号、连续导频以及离散导频，具体包括：
对比特交织后的系统信息比特流和离散导频采用QPSK映射方式进行映射；
对所述对LDPC编码后的主业务数据比特流和比特交织后的所述业务描述信息比特流采用QPSK、16QAM或者64QAM方式进行映射；
对映射后的所述业务数据符号、所述业务描述信息符号、所述连续导频以及所述离散导频加入功率归一化因子，以使各个符号映射的平均功率趋同。
进一步地，所述将所述业务数据子载波、所述业务描述信息符号、所述连续导频以及所述离散导频进行OFDM调制，生成OFDM符号的子载波，具体包括：
在频域上根据所述离散导频，将所述业务数据子载波、所述业务描述信息符号和所述连续导频复接在一起，组成OFDM频域符号；
通过IFFT变换器将所述OFDM频域符号变换到OFDM数据体，同时复接循环前缀，产生所述OFDM符号的子载波。
进一步地，所述将调制后的所述OFDM符号的子载波插入信标生成逻辑帧，并将所述逻辑帧映射到物理层信号帧，包括：
所述信号包含长度为TBcp的循环前缀和2个相同的同步信号Sb(t)；其中，所述Sb(t)的计算方法如下：
获取长度为Nzc的伪随机序列Qb(n)，公式如下：
根据伪随机序列Qb(n)获取长度为L的同步信号频域序列Pb(k)，公式如下：
其中，在9kHZ模式时Nzc＝89，m＝40，L＝90；在18kHZ模式时，Nzc＝181，m＝97，L＝182；
同步信号Sb(t)的计算公式如下：
其中，Nb为同步信号的子载波数；Pb(i)为同步信号的OFDM符号的第i个子载波的IFFT输入信号。
进一步地，所述信标与相邻所述OFDM符号的子载波通过保护间隔相互交叠；其中，所述保护间隔为所述OFDM符号的子载波中OFDM数据体前270.833μs内数据的拷贝。
进一步地，所述将所述物理层信号帧组成物理层超帧，并将所述物理层超帧经过基带到射频变换后发射出去，具体包括：
将4个所述物理层信号帧组成物理层超帧；其中，所述物理层信号帧长度为640ms；
所述物理层超帧作为基带信号经过正交上变频后产生射频信号。
依据本发明的一个方面，提供一种调幅频段数字音频广播信号系统，用于实现上述的方法，所述系统包括：
扰码器，用于对包含各路主业务数据的主业务数据和包含对业务数据进行描述说明的业务描述信息分别进行比特转换，并将比特转换生成的主业务数据比特流和业务描述信息比特流进行扰码处理；
编码器，用于将扰码处理后的主业务数据比特流进行低密度奇偶校验码LDPC编码；以及用于将扰码处理后的业务描述信息比特流和输入的包括频谱模式索引、信道编码、调制方式的系统信息比特流分别进行卷积编码；
比特交织器，用于将卷积编码后的业务描述信息比特流、系统信息比特流分别进行比特交织；以及用于将星座映射器生成的业务数据符号进行子载波交织生成业务数据子载波；
星座映射器，用于对LDPC编码后的主业务数据比特流、比特交织后的业务描述信息比特流和系统信息比特流以及输入的离散导频分别进行星座映射后，生成业务数据符号、业务描述信息符号、连续导频以及离散导频；
OFDM调制器，用于将所述业务数据符号进行子载波交织生成业务数据子载波，并将所述业务数据子载波、所述业务描述信息符号、所述连续导频以及所述离散导频进行OFDM调制，生成OFDM符号的子载波；
时域逻辑帧组成器，用于将调制后的所述OFDM符号的子载波插入信标生成逻辑帧；
时域帧分配器，用于将所述逻辑帧映射到物理层信号帧；
时域超帧组成器，用于将所述物理层信号帧组成物理层超帧，并将所述物理层超帧经过基带到射频变换后发射出去。
本发明有益效果如下：
本发明所提供的调幅频段数字音频广播信号生成方法和系统，用在中波调幅频段526.5kHz～1606.5kHz上，通过采用LDPC信道编码方案，通过比特交织、逻辑帧分配等方式提高系统抗干扰的性能，保证音频数据的高效可靠传输的数字化信息传输；支持多种码率和调制组合方式，具有高度灵活性，可适应于净荷数据率从3.6kbps到43.2kbps的信息传输；依据我国现有模拟调幅广播频道划分原则，定义了数字信号带宽分别为9kHz和18kHz的两种频谱模式，可以在实际使用时根据本台站周围的频谱占用情况，进行频谱的可扩展；系统可应用于单频网与多频网组网模式。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中调幅频段数字音频广播信号生成的方法原理图；
图2为本发明实施例中产生扰码的线性反馈移位寄存器；
图3为本发明实施例中卷积码编码器的原理图；
图4为本发明实施例中CRC移位寄存器框图；
图5为本发明实施例中QPSK星座映射的示意图；
图6为本发明实施例中16QAM星座映射的示意图；
图7为本发明实施例中64QAM星座映射的示意图；
图8为本发明实施例中离散导频的伪随机序列产生器的原理图
图9为本发明实施例中信标结构示意图；
图10为本发明实施例中为OFDM符号的示意图；
图11为本发明实施例中保护间隔的交叠的示意图；
图12为本发明实施例中保护间隔信号的选取的示意图；
图13为本发明实施例中帧分配方式1的示意图；
图14为本发明实施例中帧分配方式2的示意图；
图15为本发明实施例中物理层信号帧结构的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了解决目前模拟调幅广播频谱效率低、音频质量差和抗干扰能力若等问题，本发明提供了调幅频段数字音频广播信号生成方法。该方法定义了两种带宽模式，分别为9kHz模式和18kHz模式，表1给出了两种带宽模式的系统参数。定义单位时间T＝1/48000秒，各种与时间相关的参数值可以用T的整倍数来表示。
表1
本发明所提供的调幅频段数字音频广播信号生成方法，参见图1，具体包括如下步骤：
步骤101，对包含各路业务数据的主业务数据和包含对业务数据进行描述说明的业务描述信息分别进行比特转换，并将比特转换生成的主业务数据比特流和业务描述信息比特流进行扰码处理。
在该步骤中，将主业务数据和业务描述信息进行比特转换后，主业务数据比特流和业务描述信息比特流分别由一个二进制伪随机序列Ps(i)进行加扰。
具体地，通过将输入比特流信息序列与二进制扰码序列进行模2加法实现，参见下式：
其中，a(i)为加扰后的比特流；X(i)为加扰前的比特流。
对于伪随机序列Ps(i)可由线性反馈移位寄存器产生，参见图2，其对应生成多项式为：x12+x11+x8+x6+1。移位寄存器的初始值为000000000001，在每个逻辑帧的起始位置重置线性反馈移位寄存器至初始值。
步骤102，将扰码处理后的主业务数据比特流进行低密度奇偶校验码LDPC编码。
具体地，本发明中对于LDPC编码的配置见表2。
表2
LDPC编码码率 信息比特长度k(比特) 码字长度N(比特)
2/3 3096 4608
1/2 2304 4608
由输入信息比特m＝{m0,m1,…,mk-1}和校验比特p＝{p0,p1,...,p4607-K}组成LDPC的输出码字其中校验比特由校验矩阵H求解式(2)得出：
H×cT＝0 (2)
其中，0为(4608-k)行1列的全0列矢量；H为LDPC奇偶校验矩阵。
步骤103，将扰码处理后的业务描述信息比特流和输入的包括频谱模式索引、信道编码、调制方式的系统信息比特流分别进行卷积编码，并将卷积编码后的业务描述信息比特流、系统信息比特流分别进行比特交织。
具体地，系统信息比特流由26个比特组成，包括频谱模式索引、信道编码和调制方式、当前物理层信号帧位置以及CRC编码等信息。系统信息的比特b0b1…b25定义见表3。
表3
b0～b1：频谱模式索引，00表示9k模式，01表示18k模式，10和11保留待定。
b2～b3：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。
b4～b5：业务数据的调制方式，00表示QPSK；01表示16QAM；10表示64QAM；11保留。
b6～b7：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。
b8～b9：业务数据的LDPC编码码率，00表示1/2编码码率；01表示2/3编码码率；10和11保留。在非分层调制时，业务数据的编码码率由这两比特指示；在分层调制时，高保护的业务数据的编码码率由这两比特指示。
b10～b11：业务数据的LDPC编码码率，00表示1/2编码码率；01表示2/3编码码率；10和11保留。在非分层调制时，这两比特保留；在分层调制时，低保护的业务数据的编码码率由这两比特指示。
b12～b13：当前物理层信号帧的位置，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。
b14：帧分配方式，0表示帧分配方式1；1表示帧分配方式2。
b15～b19：保留为将来扩展使用。
b20～b25：CRC校验位。
顺序对第0到第19个系统信息进行CRC计算得到表3中第20到第25位的CRC校验位。CRC的生成多项式为：G6(x)＝x6+x5+x3+x2+x+1，其对应的移位寄存器框图见图4，移位寄存器的初始值为111111。
在进行卷积编码时，采用约束长度为7的1/4卷积码，参见图3，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”。将输入比特ai,i＝0,1,…,T-1生成一个码字x0,i,x1,i,x2,i,x3,i，i＝0,1,2,…,T+5，该码字定义如下：
卷积码除了将最后一个有效比特处理完后，还在再加上额外的六个0比特，完成卷积过程。为了要加额外的六个0比特，本发明中，当i不属于集合{0,1,2,...,T-1}时，ai为零。每个码字依次排序为一个串行母码字U，表示为：U＝(u0,u1,u2,...,ui,...,u4T+23)，其中，在每个逻辑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在前。
进一步地，在进行比特交织时，设交织前的输入序列为其中NMUX为交织块的长度，交织后的输出序列为：则vn＝uR(n)，其中R(n)可按照下列算法求得：
其中，p(0)＝0，p(i)＝mod((5×p(i-1)+q),s),(i≠0)，q＝(s/4)-1。
对于，一个逻辑帧内的业务描述信息按上述算法进行比特交织，交织长度NMUX的取值见表4。一个逻辑帧内的系统信息按上述算法进行比特交织时，交织块长度NMUX＝32*4＝128。
表4
调制方式 9k模式 18k模式
QPSK 1436*2＝2872 754*2＝1508
16QAM 1436*4＝5744 754*4＝3016
64QAM 1436*6＝8616 754*6＝4524
对于，一个逻辑帧内，对业务数据符号按照上述的交织算法进行交织时，按照在从第NSDISn+1个OFDM符号到第23个OFDM符号的顺序以及在每个OFDM符号中从子载波索引最小的数据子载波到子载波索引最大的数据子载波的顺序构成交织块进行交织，9k模式的交织块长度NMUX为2304，18k模式的交织块NMUX的长度为6912。
步骤104，对LDPC编码后的主业务数据比特流、比特交织后的业务描述信息比特流和系统信息比特流以及输入的离散导频分别进行星座映射后，生成业务数据符号、业务描述信息符号、连续导频以及离散导频。
在该步骤中，对LDPC编码和比特交织后的业务数据比特流、业务描述信息比特流、系统信息比特流分别进行星座映射。系统信息和离散导频信息均固定采用QPSK映射方式，业务数据比特流和业务描述信息比特流可以采用QPSK、16QAM或64QAM映射方式。经过信道编码后的比特流v0，v1，v2…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。
具体地，参见图5，QPSK映射每次将2个输入比特(v2i,v2i+1,i＝0,1,2,...)映射为I值和Q值，星座图中已经包括了功率归一化因子，图中β的取值：在业务数据和业务描述信息QPSK映射时β＝1，在系统信息和离散导频QPSK映射时参见图6，16QAM映射每次将4个输入比特(v4i,v4i+1,v4i+2,v4i+3,i＝0,1,2,...)映射为I值和Q值，星座图中已经包括了功率归一化因子。参见图7，64QAM映射每次将6个输入比特(v6i,v6i+1,v6i+2,v6i+3,v6i+4,v6i+5,i＝0,1,2,...)映射为I值和Q值，星座图中已经包括了功率归一化因子。
步骤105，将业务数据符号进行子载波交织生成业务数据子载波，并将业务数据子载波、业务描述信息符号、连续导频以及离散导频进行OFDM调制，生成OFDM符号的子载波。
具体地，在频域上根据离散导频，将业务数据子载波、业务描述信息符号和连续导频复接在一起，组成OFDM频域符号；通过IFFT变换器将OFDM频域符号变换到OFDM数据体，同时复接循环前缀，产生OFDM符号的子载波。
每个OFDM符号包含Nv(Nv的取值见表1)个由连续导频、离散导频和数据子载波(业务数据符号和业务描述信息符号)构成的有效子载波。下面对于连续导频、离散导频和数据子载波在子载波中的放置位置进行说明。
其中，连续导频承载一个逻辑帧内的64个系统信息符号。对于连续导频在OFDM符号中的位置见表5，分为9k模式和18k模式，每个OFDM符号中均包括4个连续导频。
表5
9kHz模式 18kHz模式
-79，-31，10，58 -171，-123，-83，-35
在一个逻辑帧内，64个系统信息符号依次放置在第1～16个OFDM符号(OFDM符号从0开始计数)中表5指定的子载波上，第17～23个OFDM符号的表5指定的子载波上放置第1～7个OFDM符号中所放置的系统信息符号。
其中，对于离散导频放置由两路伪随机序列pI＝{pI1,pI2,…,pIi,…,pIpl}和pQ＝{pQ1,pQ2,…,pQi,…,pQpl}中的比特流对pI1pQ1,pI2pQ2,…,pIplpQpl依次经过QPSK映射后生成的符号；其中，pl的取值在9k模式时为46，在18k模式时为92。具体地，由图8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。在每个逻辑帧中，第n个OFDM符号中离散导频对应的有效子载波编号m的取值规则见公式(3)和(4)，其中1≤n≤23：
9kHz模式：
If mod(n-1,3)＝＝0
If mod(n-1,3)＝＝1
If mod(n-1,3)＝＝2
18kHz模式：
If mod(n-1,3)＝＝0
If mod(n-1,3)＝＝1
If mod(n-1,3)＝＝2
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，数据子载波承载业务描述信息符号和业务数据符号。其中，业务描述信息符号(SDIS)放置在表6指定的OFDM符号中的数据子载波上。具体地，第1至NSDISn个OFDM符号中的数据子载波均为SDIS，第NSDISn+1行中第1至NSDISvalid的数据子载波为SDIS。
表6
OFMD符号中除了承载SDIS之外的数据子载波上承载业务数据符号(MSDS)。表7给出了两种传输模式下，一个逻辑帧内承载MSDS的数据子载波个数和承载SDIS的数据子载波的个数。
表7
其中，每个OFDM符号包含Ns个子载波，Ns＝1024。每个OFDM符号的有效子载波数为Nv，其余子载波为虚子载波。
Ns个子载波通过傅里叶变换IFFT映射为OFDM符号，映射方式见式(5)。
其中，Sn(t)为一个逻辑帧中第n个OFDM符号；Zn(i)为第n个OFDM符号的第i个子载波的IFFT输入信号；Δf为OFDM符号的子载波间隔，取值见表1；Tcp为OFDM数据体的循环前缀长度，取值见表1。
步骤106，将调制后的OFDM符号的子载波插入信标(即时域同步信号)生成逻辑帧，并将逻辑帧映射到物理层信号帧。
在该步骤中，信标的结构参见图9，包含长度为TBcp的循环前缀和2个相同的同步信号Sb(t)。Sb(t)为频带受限的伪随机信号，长度为Tb，Tb＝Tu/2。
具体地，由式生成长度为Nzc的随机序列，由该随机序列得到长度为L的同步信号频域序列Pb(k)，Pb(k)与Qb(n)的关系如(6)式所示：
按照带宽模式将频域序列Pb(k)中的元素从左到右依次填充到同步信号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OFDM符号中子载波索引最小的有效子载波上。在9k模式时Nzc＝89，m＝40，L＝90；在18k模式时，Nzc＝181，m＝97，L＝182。
同步信号Sb(t)表达式见式(7)，公式相关参数取值见表8。
其中，Nb为同步信号的子载波数；Pb(i)为同步信号的OFDM符号的第i个子载波的符号。
(Δf)b——同步信号的子载波间隔，取值见表8。
表8
参数 符号 9k模式 18k模式
同步信号的子载波数 Nb 512 512
同步信号的子载波间隔Hz (Δf)b 93.75 93.75
OFDM符号的结构见图10，由长度为Tcp的循环前缀和长度为Tu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Tg见表9。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11。其中，窗函数w(t)定义见式(8)。
式中，Tg的取值见表9。
表9
保护间隔信号选取方式见图12，将OFDM符号中的最后一段数据复制到前端成为循环前缀，然后又将OFDM符号前一段数据拷贝的OFDM符号之后作为Tg。
具体地，在将逻辑帧映射到物理层信号帧时，可采用两种不同的帧分配方式，其分配方式见图13、图14，调整了逻辑帧的顺序。
步骤107，将物理层信号帧组成物理层超帧，并将物理层超帧经过基带到射频变换后发射出去。
具体地，调幅频段数字音频广播信号的帧结构，参见图15。调幅频段数字音频广播信号的超帧长度为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1个信标(Beacon)和SN-1个(SN取值参见表1)OFDM数据符号。成帧的基带信号经过正交上变频后产生射频信号，射频信号见式(9)。
其中，S(t)为射频信号；fc为载波频率；Frame(t)为成帧后的基带信号；F(t)为发射滤波器冲激响应。
为了实现上述方法，本发明还提供了一种调幅频段数字音频广播信号生成系统，具体包括如下：
扰码器，用于对包含各路主业务数据的主业务数据和包含对业务数据进行描述说明的业务描述信息分别进行比特转换，并将比特转换生成的主业务数据比特流和业务描述信息比特流进行扰码处理；
编码器，用于将扰码处理后的主业务数据比特流进行低密度奇偶校验码LDPC编码；以及用于将扰码处理后的业务描述信息比特流和输入的包括频谱模式索引、信道编码、调制方式的系统信息比特流分别进行卷积编码；
比特交织器，用于将卷积编码后的业务描述信息比特流、系统信息比特流分别进行比特交织；以及用于将星座映射器生成的业务数据符号进行子载波交织生成业务数据子载波；
星座映射器，用于对LDPC编码后的主业务数据比特流、比特交织后的业务描述信息比特流和系统信息比特流以及输入的离散导频分别进行星座映射后，生成业务数据符号、业务描述信息符号、连续导频以及离散导频；
OFDM调制器，用于将业务数据符号进行子载波交织生成业务数据子载波，并将业务数据子载波、业务描述信息符号、连续导频以及离散导频进行OFDM调制，生成OFDM符号的子载波；
时域逻辑帧组成器，用于将调制后的OFDM符号的子载波插入信标生成逻辑帧；
时域帧分配器，用于将逻辑帧映射到物理层信号帧；
时域超帧组成器，用于将物理层信号帧组成物理层超帧，并将物理层超帧经过基带到射频变换后发射出去。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。并且，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也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，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
虽然通过实施例描述了本申请，本领域的技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种调幅频段数字音频广播信号生成方法，其特征在于，包括：
对包含各路业务数据的主业务数据和包含对所述业务数据进行描述说明的业务描述信息分别进行比特转换，并将比特转换生成的主业务数据比特流和业务描述信息比特流进行扰码处理；
将扰码处理后的主业务数据比特流进行低密度奇偶校验码LDPC编码；
将扰码处理后的业务描述信息比特流和输入的包括频谱模式索引、信道编码、调制方式的系统信息比特流分别进行卷积编码，并将卷积编码后的业务描述信息比特流、系统信息比特流分别进行比特交织；
对LDPC编码后的主业务数据比特流、比特交织后的业务描述信息比特流和系统信息比特流以及输入的离散导频分别进行星座映射后，生成业务数据符号、业务描述信息符号、连续导频以及离散导频；
将所述业务数据符号进行子载波交织生成业务数据子载波，并将所述业务数据子载波、所述业务描述信息符号、所述连续导频以及星座映射后的所述离散导频进行OFDM调制，生成OFDM符号的子载波；
将所述OFDM符号的子载波插入信标生成逻辑帧，并将所述逻辑帧映射到物理层信号帧；
将所述物理层信号帧组成物理层超帧，并将所述物理层超帧经过基带到射频变换后发射出去。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将扰码处理后的主业务数据比特流进行低密度奇偶校验码LDPC编码，具体包括：
输入主业务数据比特流序列m＝{m0,m1,…,mk-1}；
校验比特流序列p＝{p0，p1,...,p4607-k}；
输出的编码后的码字为：c＝{c0,c1,…,c4607}＝{m0,m1,…mk-1，p0,p1,…p4607-k}
其中，当LDPC编码码率为2/3时，k值取3096；当LDPC编码码率为1/2时，k值为2304；所述校验比特流序列p根据如下公式获取：
H×cT＝0
其中，0为(4608-K)行1列的全0列矢量；H为LDPC奇偶校验矩阵。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行卷积编码，具体包括：
输入系统信息比特流或者业务描述信息比特流ai(i＝0,1,…,T-1)生成一个码字x0,i,x1,i,x2,i,x3,i(i＝0,1,2,…,T+5)，该码字定义如下：
<mrow> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mn>0</mn> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>a</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&amp;CirclePlus;</mo> <msub> <mi>a</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mo>&amp;CirclePlus;</mo> <msub> <mi>a</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>3</mn> </mrow> </msub> <mo>&amp;CirclePlus;</mo> <msub> <mi>a</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>5</mn> </mrow> </msub> <mo>&amp;CirclePlus;</mo> <msub> <mi>a</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>6</mn> </mrow> </msub> <mo>;</mo> </mrow>
<mrow> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>a</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&amp;CirclePlus;</mo> <msub> <mi>a</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>&amp;CirclePlus;</mo> <msub> <mi>a</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mo>&amp;CirclePlus;</mo> <msub> <mi>a</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>3</mn> </mrow> </msub> <mo>&amp;CirclePlus;</mo> <msub> <mi>a</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mn>6</mn> </mrow> </msub> <mo>;</mo> </mrow>
<mrow> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>a</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&amp;CirclePlus;</mo> <msub> <mi>a</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>&amp;CirclePlus;</mo> <msub> <mi>a</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>4</mn> </mrow> </msub> <mo>&amp;CirclePlus;</mo> <msub> <mi>a</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>6</mn> </mrow> </msub> <mo>;</mo> </mrow>
<mrow> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mn>3</mn> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>a</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&amp;CirclePlus;</mo> <msub> <mi>a</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mo>&amp;CirclePlus;</mo> <msub> <mi>a</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>3</mn> </mrow> </msub> <mo>&amp;CirclePlus;</mo> <msub> <mi>a</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>5</mn> </mrow> </msub> <mo>&amp;CirclePlus;</mo> <msub> <mi>a</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>-</mo> <mn>6</mn> </mrow> </msub> <mo>;</mo> </mrow>
其中，当i不属于集合{0,1,2,…,T-1}时，ai为零；每个码字依次排序为一个串行母码字U，表示为：U＝(u0,u1,u2,…,ui,…,u4T+23)，其中，
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行比特交织时，具体包括：
vn＝uR(n)
其中，uR(n)为交织前的输入序列；vn为交织后的输出序列；n为输出序列号，最大值为交织块的长度NMUX；所述R(n)为算法如下：
其中，p(0)＝0；p(i)＝mod((5×p(i-1)+q),s),(i≠0)，q＝(s/4)-1。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对LDPC编码后的主业务数据比特流、比特交织后的业务描述信息比特流和系统信息比特流以及输入的离散导频分别进行星座映射后，生成业务数据符号、业务描述信息符号、连续导频以及离散导频，具体包括：
对比特交织后的系统信息比特流和离散导频采用QPSK映射方式进行映射；
对所述对LDPC编码后的主业务数据比特流和比特交织后的所述业务描述信息比特流采用QPSK、16QAM或者64QAM方式进行映射；
对映射后的所述业务数据符号、所述业务描述信息符号、所述连续导频以及所述离散导频加入功率归一化因子，以使各个符号映射的平均功率趋同。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述业务数据子载波、所述业务描述信息符号、所述连续导频以及所述离散导频进行OFDM调制，生成OFDM符号的子载波，具体包括：
在频域上根据所述离散导频，将所述业务数据子载波、所述业务描述信息符号和所述连续导频复接在一起，组成OFDM频域符号；
通过IFFT变换器将所述OFDM频域符号变换到OFDM数据体，同时复接循环前缀，产生所述OFDM符号的子载波。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将调制后的所述OFDM符号的子载波插入信标生成逻辑帧，并将所述逻辑帧映射到物理层信号帧，包括：
所述信号包含长度为TBcp的循环前缀和2个相同的同步信号Sb(t)；其中，所述Sb(t)的计算方法如下：
获取长度为Nzc的伪随机序列Qb(n)，公式如下：
<mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mi>b</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mi>exp</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mo>-</mo> <mi>j</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mi>n</mi> </msup> <mn>2</mn> <mi>&amp;pi;</mi> <mi>m</mi> <mfrac> <mrow> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>/</mo> <mn>2</mn> </mrow> <msub> <mi>N</mi> <mrow> <mi>z</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>,</mo> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>,</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mo>,</mo> <msub> <mi>N</mi> <mrow> <mi>z</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>;</mo> </mrow>
根据伪随机序列Qb(n)获取长度为L的同步信号频域序列Pb(k)，公式如下：
<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mi>b</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mi>b</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>k</mi> <mo>&lt;</mo> <msub> <mi>N</mi> <mrow> <mi>z</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mi>b</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mi>N</mi> <mi>z</mi> <mi>c</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>k</mi> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <msub> <mi>N</mi> <mrow> <mi>z</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>,</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mo>,</mo> <mi>L</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow>
其中，在9kHZ模式时Nzc＝89，m＝40，L＝90；在18kHZ模式时，Nzc＝181，m＝97，L＝182；
同步信号Sb(t)的计算公式如下：
<mrow> <msub> <mi>S</mi> <mi>b</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>N</mi> <mi>b</mi> </msub> </mfrac> <munderover> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>/</mo> <mn>2</mn> </mrow> <mrow> <msub> <mi>N</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </munderover> <msub> <mi>P</mi> <mi>b</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mn>2</mn> <mi>&amp;pi;</mi> <mi>i</mi> <msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>f</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>b</mi> </msub> <mi>t</mi> </mrow> </msup> <mo>,</mo> <mn>0</mn> <mo>&lt;</mo> <mi>t</mi> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>b</mi> </msub> </mrow>
其中，Nb为同步信号的子载波数；Pb(i)为同步信号的OFDM符号的第i个子载波的IFFT输入信号。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述信标与相邻所述OFDM符号的子载波通过保护间隔相互交叠；其中，所述保护间隔为所述OFDM符号的子载波中OFDM数据体前270.833μs内数据的拷贝。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述物理层信号帧组成物理层超帧，并将所述物理层超帧经过基带到射频变换后发射出去，具体包括：
将4个所述物理层信号帧组成物理层超帧；其中，所述物理层信号帧长度为640ms；
所述物理层超帧作为基带信号经过正交上变频后产生射频信号。
10.一种调幅频段数字音频广播信号系统，其特征在于，用于实现权利要求1～9任一项所述的方法，所述系统包括：
扰码器，用于对包含各路主业务数据的主业务数据和包含对业务数据进行描述说明的业务描述信息分别进行比特转换，并将比特转换生成的主业务数据比特流和业务描述信息比特流进行扰码处理；
编码器，用于将扰码处理后的主业务数据比特流进行低密度奇偶校验码LDPC编码；以及用于将扰码处理后的业务描述信息比特流和输入的包括频谱模式索引、信道编码、调制方式的系统信息比特流分别进行卷积编码；
比特交织器，用于将卷积编码后的业务描述信息比特流、系统信息比特流分别进行比特交织；以及用于将星座映射器生成的业务数据符号进行子载波交织生成业务数据子载波；
星座映射器，用于对LDPC编码后的主业务数据比特流、比特交织后的业务描述信息比特流和系统信息比特流以及输入的离散导频分别进行星座映射后，生成业务数据符号、业务描述信息符号、连续导频以及离散导频；
OFDM调制器，用于将所述业务数据符号进行子载波交织生成业务数据子载波，并将所述业务数据子载波、所述业务描述信息符号、所述连续导频以及所述离散导频进行OFDM调制，生成OFDM符号的子载波；
时域逻辑帧组成器，用于将调制后的所述OFDM符号的子载波插入信标生成逻辑帧；
时域帧分配器，用于将所述逻辑帧映射到物理层信号帧；
时域超帧组成器，用于将所述物理层信号帧组成物理层超帧，并将所述物理层超帧经过基带到射频变换后发射出去。
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