CN1188973C - 在地面数字无线电广播中传送高传送率多值业务的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及根据X-DAB系统(扩展的数字广播系统)，用至少两个同时发射的、并列布置的X-DAB频率数据块在一个共用波无线电网络中发射高传送率多值业务到移动用户的方法，其中，与有关业务内含信息相对应的源编码数字输入数据流被多路传输到这些X-DAB频率数据块，该方法包括：将一个没有被占用的载波频率补入到X-DAB频率数据块之间的步骤。

Description

在地面数字无线电广播中传送高传送率多值业务的方法
技术领域
本发明涉及一种发送高传送率多值业务的方法。
背景技术
换言之，本发明建立在未来的数字音频无线电广播“Digital AudioBroadcasting”(DAB)的基础上，数字音频无线电广播已由欧洲电信标准协会于1995年2月制订了标准。DAB适合于将高质量的多值音频节目传送给移动的便携式和固定安装的接收机，其中，真正的目的是移动接收。DAB的一个特点在于，可用正常情况下相对较低的数据传送率传送附加数据。例如伴随节目的信息，交换信息及类似的信息等。多个音频节目或数据业务综合在一个所谓的DAB信号群中，并采用COFDM(＝Coded Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing编码正交频分多路复用)多载波传送方法在约1.5MHz宽的频率数据块中一道辐射出去。
近来，节目提供者们把很大的关注投入到用DAB传送多值业务上，例如用较高的数据传送率传送视频节目。这种数据传送率在极限情况下可能占用整个DAB信号群的容量。因此，问题就表现在差错防护上，在DAB系统中最大可用有效数据传送率为1.728Mbit/s(兆位/秒)的情况下，差错防护很弱，因而系统不是无限制地适合于移动接收。因此，要达到令人满意的差错防护，只有在数据传送率达到约1.2Mbit/s时，无故障的传送才是可能的。
关于DAB系统，X-DAB系统(扩展的DAB)是DAB系统在质量上价值更高和向下兼容的替代系统，其中，在X-DAB系统上，所采用的COFDM多载波传送方法的物理参数以及根据DAB系统的传输帧的基本结构，都保持不变。与DAB系统相比，专用的X-DAB数据通道由于采用了编码调制(多级编码结合较高级的相位调制，例如8-PSK的相位调制)，改进了同时采用较高的数据传送率时的抗干扰性。通过执行X-DAB系统，每一个DAB频率数据块随时都可以不受限制地以1.728Mbit/s的有效数据传送率传送到移动的用户。甚至，超过2Mbit/s的最大传送率也是可能的，但是，较之较小的数据传送率，要提高接收方必需的信号噪声比。
如果要把高质量的多值业务，例如PAL质量的视频节目，传送到移动用户，则通过DAB或X-DAB系统所能达到的数据传送率还显得太小。当前，主管当局ETSI(＝European Communication Standards Institure欧洲电信标准协会)有一项关于地面发射数字电视(DVB-T)的标准即将发布。用DVB-V系统，虽然可用高数据传送率传送—即在VHF波段内带宽为7MHz或在UHF波段内带宽为8MHz每一电视频道最大达到30Mbit/s的数据传送率—但是，同样基于COFDM方法的系统概念首先要考虑的是提供固定式和便携式接收机。也就是说，如果在调制方式方面DVB-T系统的扩展不符合标准，则移动接收的可能性是非常有限的(参见DE 43 19 217 C2)。为了近似地达到在DAB系统上已经达到的接收方面的信号噪声比，DVB-T系统上最高可在副载波上使用也可在DAB系统上使用四相位调制。在就是说，每一电视频道可传送的数据传送率在这种情况下总计为大约6Mbit/s。
与DAB系统相联系，在DE-43 06 590 A1中曾建议，在一个电视频道上同时传播四个并列的频率数据块，相应地进行了源编码的数据流(例如音频和视频的MPEG-2)被多路传送到该频率数据块上，因此，用一个由四台平行布置的接收机与关断的输出组合器构成的宽带DAB接收机可处理最大4×1.728＝6.9Mbit的有效数据传送率。在使用与移动状况匹配的差错防护时，这一有效数据传送率至少还有4.6Mbit/s。但是，为了优化传送质量，仍然需要扩大这一有效传送率。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种发射高传送率多值业务的方法，这种方法保证用比迄今在DAB系统上使用的更大数据传送率可靠地进行传送。
本发明是基于用至少两个同时发射的并列X-DAB频率数据块在一个共用波无线电网络中发送视频节目，特别是发送到移动用户，与有关业务内含信息相对应的源编码数字输入数据流被多路传输到这些X-DAB频率数据块上。根据本发明的设计，有一个没有被占用的载波频率补入到X-DAB频率数据块之间。因此，在两个频率数据块之间可以放弃0.2MHz或更大的保护间隔。这样就减少了X-DAB频率数据块的带宽需求，因而能优越地做到在一个预先规定带宽的信道内，传送更多数量的给定带宽内的并列X-DAB频率数据块，借以达到更高的传送率。
为了提高传送率，本发明在设计上保证输入数据流被分离成多个单一数据流，同时，这些单一数据流对于业务的质量具有不用的意义或重要性，而且，这些单一数据流根据其意义或重要性被分配到各个X-DAB频率数据块上。利用这种又被称为分层传输的数据流传输，有可能增强对更重要的子数据流或单一数据流的差错防护，但对较不重要的子数据流可以达到较大的数据传送率。因此，可以提高总的数据传送率。
根据本发明进行发送时，其优点在于，提供四个X-DAB频率数据块的四台X-DAB窄带发射机的输出信号合并成为一个共同的输出信号，并这样发送出去，为此目的设计了一加法电路，其输出端连接到一高频放大级。在输入侧，在发送过程中，输入数据流借助于一分配电路分配到四台X-DAB发射机上(业务分解)。
作为累加多个X-DAB发射机输出信号的替代办法，为了防止相邻频率数据块的副载波之间的正交性条件故障，较为可取地规定，对应于多台DAB发射机的诸信号的汇合发生在基频信号数字处理的层次上经过差分调制后，和真正的OFDM信号产生之前。这样，OFDM信号就更为可取地通过逆快速傅立叶变换(IFFT)产生在一D/A转换和一I/Q调制之后。
多个(例如四个)X-DAB频率数据块在一个标准电视频道内有利于宽带X-DAB、BX-DAB系统的汇聚，有可能实现以高数据传送率无故障地传送多值业务，特别是以6.9Mbit/s的典型数据传送率传送到移动接收机。
根据本发明的系统概念在涉及不同的差错防护配置文件以及有关数据传送率方面，具有高度的灵活性，在涉及源信号的各部分数据流的频率数据块之内和数据块之间传送数据帧时，所述数据传送率的配置文件是不可转换的。与上文所述DVB-T系统不同，平衡的和不平衡的差错防护都是可实现的。系统概念还适合于一类分层传输，其中，与DVB-T系统不同，区别不仅在于在各个OFDM副载波上的调制方式，而且还在于被处理的频率数据块的数量。
附图说明
下面，根据附图，举例对本发明作进一步说明。其中：
图1表示在X-DAB系统上每频率数据块的传输帧结构，
图2是一窄带X-DAB发射机的方块图，
图3是一窄带X-DAB接收机的方块图，
图4表示根据本发明的发送方法X-DAB频率数据块在一作为获取发送信号之组成部分的模拟电视频道内的分布，
图5是一宽带X-DAB发射机的方块图，
图6是一宽带X-DAB发射机的方块图，
图7是一宽带X-DAB接收机的方块图，
图8是一宽带X-DAB接收机的方块图。
具体实施方式
如在本文开头时所述，客观上存在一种需要，要求通过新的系统概念，在不发生明显的质量损失的情况下，能以较高的数据传送率为移动接收机提供多值业务。通过追溯现已存在的系统，如DAB，或如本发明中所指的X-DAB，作为基本结构，可明显降低发送和接收方面硬件开发的成本。
例如，对于DAB系统来说，存在着四个不同的参数组(传输模)，它们描述传输帧和OFDM方法的物理参数。这些参数组可在X-DAB系统上等同地提供使用。例如，对于所谓的传输模II，一帧相当于24ms的持续时间，并含有L＝76个OFDM符号，其中的第一个由同步信号占用，后面的L＝3由控制通道(快速信息通道，FIC)占用，如图1所示。其余构成主数据通道(主业务通道，MSC)的符号供有效数据传送使用。在传输帧内的一数据块相当于可在一OFDM符号内传送的数据组内含信息。每一业务在MSC中占用自己的范围，即所谓的子通道。在MSC中还进行XSC(X-DAB业务通道)的连接，在极限情况下，XSC可接收整个MSC的容量。但是，只有当业务以高数据传送率传送，才出现这种极限情况，就是说，MSC或XSC在这种情况下只有一个单一的子通道。OFDM方法所使用的副载波的数量K在采用各个传输模的情况下也是不同的，在传输模III的情况下K＝192，直到在传输模I的情况下K＝1536。图2和图3所示是一X-DAB发射机和接收机相应的方块图。
与本发明的建议相一致，有多个(实际上最多四个)同时从一个共用波无线电网络的所有发射机中发射出来的窄带X-DAB频率数据块被安排在一个7或6MHz带宽(VHF或UHF范围)的电视频道内，如图4所示。由此，通过各个频率数据块容量的聚合，即信号群的内含信息的聚合，在四个频率数据块时可达到的每频道最大数据传送率约为8.3Mbit/s。在采用与移动接收相匹配的差错防护时，通常只能保留6.9Mbit/s供有效数据传送使用。这就是说，每数据通道只能传送和移动接收4个具有VHS质量的MPEG-2编码视频节目，或一到两个具有PAL质量的节目。
另外，四个控制通道(FIC)的容量分别以约32kbit/s(传输模III：43kbit/s)供进行附加数据的传送(快速信息数据通道，FIDC)。
更具优越性的是，频率数据块是这样布置的，即：所有数据块的各个副载波都在同一个频率扫描光栅Δf内。频率扫描光栅Δf通过一OFDM符号的有效间隔时间Tu确定：Δf＝1/Tu。最小载频间隔在采用传输模I的情况下：Δf＝1kHz；最大载频间隔在采用传输模III的情况下：Δf＝8kHz。
如同DAB系统为了避免各个频率数据块之间相邻通道的干扰所要求的一般频率分配那样，最好能放弃较大的0.2MHz的保护间隔。只有一个单一的没有被占用的载波频率补入频率数据块之间。考虑到这样的事实，即有关数据块中心频率上的载波没有被占用，得出四个频率数据块的带宽需求为：
K′*Δf＝(4*(K+1)+3)*Δf＝(4*K+7)*Δf
对于整套已知的DAB或X-DAB参数，所有传输模所得值均为6.2MHz。这一系统概念在下面称为BX-DAB(宽带X-DAB)。
原则上，在对必要时来自多个来源的输入数据流进行适当分配(业务分解)之后，通过多路(实际是四路)并联图2所示已知的X-DAB发射机，然后加上这些发射机的输出信号，即可产生争取达到的宽带发送信号。这一事实在图5中示出。有一个独立的控制器监视业务分解，并产生FIC所要求的多路传送信息(MCI)。在这种情况下，根据采用发射中心频率fA、fB、fC和fO的有关发射振荡器的误差，在发射信号中可能发生干扰在相邻频率数据块的副载波之间的正交性条件的情况，这种情况下可能由于保护间隔不足而导致载波间干扰(Inter Carrier Interference，ICI)，因而导致传送质量的恶化。
图6所示为根据本发明没有上述缺点的发射机的一实施例。据此，对各数据块的副载波进行差分调制之后，在真正的OFDM信号产生之前，诸信号在数字基频信号处理层面上汇合(DSP/BB X-DAB SA-SD)。OFDM信号的产生可以借助于一进行逆快速傅立叶变换(IFFT)的部件实现，跟随在该部件之后的是D/A转换器和I/Q调制器。这样做的优点在于，在本发明的发射机第一实施例上，对于各个频率数据块来说，为了产生属于一个OFDM符号的时间信号，必须分别插入一个IFFT，其大小N＞K+1，以N为二的幂(在传输模III的情况下N＝256，一直到在传输模I的情况下N＝2048)，而在图6中示出的实施例上，只需要一个单一的IFFT，其大小N′＞K′(在传输模III的情况下N′＝1024，直到在传输模I的情况下N′＝8192)。这种情况下，分配给每一个X-DAB数据块一个与选定的传输模有关、IFFT输入向量的固定的表面电荷，其上保存了相应的差分调制的PSK符号。继IFFT之后，发射机中只需要一次单一的D/A转换(即需要一个I通道或Q通道的部件)和一个单一的I/Q调制器。当然，在较大的IFFT带宽的基础上，必须用四倍的时钟脉冲率进行D/A转换，这就是说，在IFTT后扫描间隔的时间是0.122μs，而不是发射机第一实施例的0.488μs。作为发射中心频率，使用频率fS0，如图4所示。
现在，根据图7和图8说明宽带X-DAB接收机。
为了能在发送系统的接收一侧处理宽带发送信号中的整个数据流，可依照图7和8的两种原理。首先，可在发射一侧的四台窄带X-DAB发射机上并联插入四台窄带X-DAB接收机，这四台窄带X-DAB接收机被调到相应的频率数据块中心频率fA到fO，并处理对应数据块的信号群内含信息(见图7)。根据各频率数据块是直接并列的这一事实，基于在OFDM解调器的FFT部件中拉入属于毗邻数据块的副载波，在插入窄带接收机时造成串扰(ICI)。但是，这实际上对对传送质量没有不利的影响，因为实现上述发射时(见图6)，全部载波都处在同一个频率扫描光栅中，因此，正交性条件没有受到损坏。甚至多普勒效应的负面影响在移动接收时只有极小的增强。四台接收机输出数据流在业务组合器中也重新合并成为一个或几个总数据流。上述有关数据流的宽带接收机的控制，根据在组合控制器中对在FIC中传送的信息的处理，与DAB概念或X-DAB概念类似。
关于上述类似图6所述发射机的接收机另一个替代方案，见图8所示。取代并联插入四台窄带接收机，信号回收也可以用一个单一的OFDM解调器完成。通过一个调到频率fS0的I/Q解调器、每I分支和Q分支一个A/D转换器以及一个后续的大小为N′的FFT，这一宽带接收机是可以实现的。FFT输出向量的值可以在一次相应的分配之后，再分配给四台并联的X-DAB接收机(DSP/BB X-DAB EA-ED)进行数字基频带信号处理，如上文所述，出数据流合并成一个总数据流。
如果问题涉及到对整个数据流进行处理，可考虑用发射机的第二例替代其第一实施例。利用上述的宽带X-DAB发射机/接收机概念，可以法做到所谓的一数据流的分层传输。其前提条件是，源数据流可以分离成个单一数据流，这些单一数据流对有关业务的质量有不同的意义或重要性，例如在图象质量方面。这样就有可能，例如，分别加强和降低较重要的分数据流的差错防护和较次要的分数据流的差错防护，但为此要在这一范围内传送较大的数据传送率。在一传输帧内差错防护本身的改变可用X-DAB系统简单地实现，但用开头所述的DVB-T系统则是不可能的。如果在发射机一侧将数据流按其意义分布到各个频率数据块上，例如以最低的频率作为开始，则接收质量可与接收机的成本相互抵消，其中，技术上简单的接收机只能处理一个频率数据块，例如被调到中心频率fA的数据块1。在这种情况下，接收机与最大FFT值N′＝N＝2048的标准窄带接收机是等同的。为了改进业务质量，必须附加另一数据块，并一同进行处理，例如调到中心频率fS1的数据块2。由于需要一个最大值为N′＝4096的FFT，相应地，接收机必须是宽带的。在视频传输中，这可能意味着例如从VHS到PAL的质量进步。在这一示意图中，同样也可用单独的业务占用频率数据块3和4，并且与频率数据块1和2无关，单独进行处理，其中接收机被调到中心频率fS2。
在上述各个频率数据块上，也可将一部分数据流传送到频率数据块1或2，这样有助于进一步改进业务质量。为了在这种情况下达到完全的图象质量，要使用最复杂的，因而也是最昂贵的接收机，在X-DAB基频带信号处理的四重平行化过程中，其最大FFT值N′＝8192。没有被占用的载波在各个频率数据块之间的布置对所有各种类型的接收机来说都与FFT值和相应地选定的中心频率无关，结果将导致输入信号始终无须保持等同，因而能确保对A/D转换器的最佳控制。

Claims (6)

1.根据扩展的数字广播X-DAB系统发射高传送率多值业务到移动用户的方法，其中所述系统基于在一个共用波无线电网络中的至少两个同时发射的X-DAB频率数据块，与有关业务内含信息相对应的源编码数字输入数据流被分解成单独的数据块，用于以OFDM方式调制以获得所述X-DAB频率数据块，其特征在于，还包括：将一个没有被占用的载波频率补入到X-DAB频率数据块之间，从而所述至少两个X-DAB频率数据块的单独数据块可以汇合成一个总输出信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：将输入数据流被分离成多个单一数据流的步骤，同时，这些单一数据流对于业务的质量具有不同的意义或重要性，而且，这些单一数据流根据其意义或重要性被分配到各个X-DAB频率数据块上。
3.根据权利要求1或2所述的发送方法，其特征在于，在对各个单一数据块的副载波进行差分调制之后，和真正的OFDM信号产生之前，多个X-DAB频率数据块上的各个信号汇合在数字基频率信号处理DSP/BB X-DAB SA-SD的层面上。
4.根据权利要求3所述的发送方法，其特征在于，在对各个单一数据块的副载波进行差分调制之后，和真正的OFDM信号产生之前，多个X-DAB频率数据块上的各个信号汇合在数字基频率信号处理DSP/BB X-DAB SA-SD的层面上。
5.根据权利要求3的发送方法，其特征在于，通过逆快速傅立叶变换IFFT以及其后的D/A转换和I/Q调制来产生OFDM信号。
6.根据权利要求4的发送方法，其特征在于，通过逆快速傅立叶变换IFFT以及其后的D/A转换和I/Q调制来产生OFDM信号。
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