CN1228974C

CN1228974C - 数字多媒体广播系统中的信号通讯的传送系统和方法

Info

Publication number: CN1228974C
Application number: CN 03100096
Authority: CN
Inventors: 刘辉; 王联; 邢观斌; 沈漫源; 杨庆华
Original assignee: Beijing Taimei Shiji Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Taimei Shiji Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2003-01-09
Filing date: 2003-01-09
Publication date: 2005-11-23
Anticipated expiration: 2023-01-09
Also published as: CN1516459A

Abstract

本发明提出了一种OFDM(正交频分多路复用)广播网络中的新的信号多路复用的系统和方法。在本发明中，混和信号(视频、音频、数据和控制信号)被调制到不同的OFDM通讯信道中，每个信道数据包含一定数量的OFDM子载波簇。不同的纠错编码、调制和扩频组合被用于具有不同服务质量(QoS)需求的通讯。特别地，数据由采用循环冗余校验(CRC)位的数据包来传送，使得错误可以被探测出来，如有必要，可以在广播网络中重传数据包。

Description

数字多媒体广播系统中的信号通讯的传送系统和方法

技术领域

本发明涉及数字多媒体广播系统中信号通讯的传送系统和传送方法，尤及是涉及数字多媒体广播系统中的视频、音频、控制和数据通讯的传送系统和传送方法。

背景技术

下一代无线广播网络的主要挑战是在一个统一的网络平台上支持集成的多媒体类型的通讯。一个有效的、能够支持具有各种数据率的各种类型的通讯流的传送方法对于实现以上要求是非常重要的。

目前的欧洲数字视频广播系统(DVB-T)选择了正交频分多路复用(OFDM)作为调制模式，其原因是由于它具有如对于多径衰落的鲁棒性(robust)、高频谱效率等优点。与前置错误检测结合起来，基于OFDM(正交频分多路复用)的系统能够以相对较低的复杂度，在极端恶劣的无线信道中以高数据率传送数据。

在目前的DVB标准中，视频和音频通讯是一起传送的，并且没有设专门的数据信道。数据通讯必须与视频和音频通讯纠缠在一起。然而由于这些通讯的本质特征的差异，经常希望在分离的信道中以混合模式传送它们，使得可以采用不同的错误保护和纠正模式来保证不同的服务质量(QoS)。例如，为在最恶劣的接收条件下维持音频的接收。音频信号通讯与视频通讯相比需要额外的错误保护。另一方面，不像本质上是单向的视频和音频通讯，数据通讯通常需要错误检测，使得在发生错误的情况下，可以实施重传以纠正丢失的数据包。

发明内容

为解决上述的问题，本发明的目的在于提出一种在分离的信道中以软件可调的数据率传送视频、音频、控制和数据通讯的传送系统和传送方法。

根据本发明第一方面的数字多媒体广播系统中信号通讯的传送系统，包括：

一切分器，用于首先分离视频、音频、控制和数据等混合信号；

多个信道编码器，可以使用分组码，卷积码或级联码(例如卷积码(或Turbo码，即并行级联卷积码)与RS码(理德一所罗门码)的级联码)，其用于对来自切分器的输出分别提供保护级别；

多个星座映射器，其可以使用QPSK，16QAM，64QAM和256QAM的均匀星座图或非均匀的16QAM，64QAM和256QAM的分层星座图，将信道编码器的输出加载到宽带OFDM信道，其中宽带OFDM信道按照频率分为具有连续载频的多个组，成为簇，；

一帧形成器，用于将通过星座映射器加载到宽带OFDM信道上的不同通讯信号根据簇分配表加载到不同的簇上；

一OFDM调制器，用于将来自帧形成器的串行输入转换成并行数据、通过快速傅里叶反变换进行OFDM调制得到OFDM调制数字信号；以及

前端，用于将来自OFDM调制器的OFDM调制数字信号转换为RF信号发送到空中。

根据本发明第二方面的数字多媒体广播系统中信号通讯的传送系统，其中所述的信道编码器可以利用LDPC码(低密度奇偶校验码)，由于LDPC的内置比特交织器，在LDPC信道编码器和星座映射器之间不再设置比特交织器。

根据本发明第三方面的数字多媒体广播系统中信号通讯的传送系统，其中所述的前端是由脉冲过滤器，数字一模拟(D/A)转换器，RF发送器，天线等组成。

根据本发明第四方面的数字多媒体广播系统中信号通讯的传送方法，包括步骤：在广播之前，视频、音频、数据和控制信号首先由切分器分离；

利用不同的信道编码和调制，对通讯流提供不同的保护级别；

利用星座映射器，将经信道编码和调制的输出加载到分离的通讯信道，各种编码、调制和分集模式的组合可以应用于每个通讯信道；

传送方法中使用的基于成簇OFDM的通讯信道的分配，满足各种类型通讯的数据不同的速率和错误保护需求；

宽带OFDM信道按照频率被分为具有连续的载频的多个组，成为簇，每个通讯信道可以包含几个簇，通过简单地把不同的簇分配给不同的信道，可以很容易地满足通讯信道的不同数据率需求；

星座映射器的输出与控制信道一起经复用来形成OFDM符号，星座映射器的输出与控制信道一起被多路复用来形成OFDM符号，通过帧形成器形成OFDM帧，并通过OFDM调制器将来自帧形成器的串行输入转换成并行数据、通过快速傅里叶反变换进行OFDM调制得到OFDM调制数字信号，并且将OFDM调制数字信号传递给前端进行传送。

根据本发明第五方面的数字多媒体广播系统中信号通讯的传送方法，进一步包括步骤：

将传送中的数据通讯流分为数据包。每个数据包有一个序列域和一个CRC(循环冗余校验)域，使用这两个域，可以采用复杂的重传方法，来保证可靠和有效的数据通讯。

根据本发明第六方面的数字多媒体广播系统中信号通讯的传送方法，进一步包括步骤：

信号在切分器中分离可以利用在FPGA/ASIC中的一个简单多路切分器通过查验数据包头而取得，对于数据通讯，数据包被进一步利用上述的CRC(循环冗余校验)保护。

根据本发明第七方面的数字多媒体广播系统中信号通讯的传送方法，进一步包括步骤：

使用编码器中的比特交织器交织比特流，使系统在抵抗突发性误差和衰减信道方面具有更好的鲁棒性，在比特交织器中输入的比特(位)是以一列一列的矩阵形式写入，以一行一行的读出。

根据本发明第八方面的数字多媒体广播系统中信号通讯的传送方法，进一步包括步骤：

为满足不同的服务要求，常用的QPSK，16QAM，64QAM和256QAM的星座映射可以用来将来自编码器的编码比特映射为复数的星座点，也可以使用非均匀的16QAM，64QAM和256QAM的分层星座映射。

例如，在QPSK组合中，将2比特映射成一个复合的信号点，而6比特映射成在64QAM组合中1个信号点。

根据本发明第九方面的数字多媒体广播系统中信号通讯的传送方法，进一步包括步骤：

在帧形成器中，将不同通讯信号根据簇分配表加载到不同的簇上，使整个OFDM信道分成N个簇，每一个簇有K个子载波，M个连续的OFDM信号形成一个帧。

以一个可能的系统为例，将全部3880个子载波(加上216个虚拟载波，总共4096个子载波)分成956个簇，每一个子载波4个簇。剩下的20个子载波用于控制信号和导引载频。每一个帧数据包含20个OFDM信号，每一个簇具有20*4＝80子载波；

然后，按照簇分配表，不同的通讯信号加载到它们自己的簇上，与控制信号和导引载波一起，簇形成了OFDM帧，

根据本发明第十方面的数字多媒体广播系统中信号通讯的传送方法，进一步包括步骤：

帧形成器的输出被输入到OFDM调制器，在OFDM调制器中，串行输入首先在S/P(串并行转换)中转换为并行数据，然后通过4096点IFFT进行处理，IFFT处理以后，插入循环前缀(CP)，然后，并行数据又被转换为串行系列，周期地插入导引(CDMA信标信号)；然后经OFDM调制数字信号被发送到前端，最后被调制成RF信号发射到空中。

附图说明

图1使用本发明的数字多媒体广播系统中的视频、音频、控制和数据通讯的传送方法的系统方框图；

图2是在本发明的数字多媒体广播系统中的视频、音频、控制和数据通讯的传送方法中使用的基于成簇OFDM的通讯信道的分配；

图3是在本发明的传送方法中使用的数据包的结构图；

图4A和图4B是在本发明的传送方法中使用的解码器的模式图；

图5是对编码的数据进行映射的QTSK星座；

图6是对编码的数据进行映射的64-QAM星座；

图7是本发明的帧形成器结构模式；

图8是本发明的OFDM调制器和前端的结构方框图。

具体实施方式

图1使用本发明的数字多媒体广播系统中的视频、音频、控制和数据通讯的传送方法的系统的组成和功能方框图；如图1所示，在广播之前，视频、音频和数据通讯首先由切分器分离。不同的信道编码和调制可以应用在这些通讯流中以提供不同的保护级别。星座映射器的输出被加载到分离的通讯信道。与控制信道一起，所有的通讯信道被多路复用来形成OFDM符号，传递给前端进行传送。

图2是在本发明的数字多媒体广播系统中的视频、音频、控制信号和数据通讯的传送方法中使用的基于成簇OFDM的通讯信道的分配；这里提出的方法的一个关键创新是使用基于成簇的OFDM来满足各种通讯类型的不同数据率和错误保护的需求。尽管在文献中成簇OFDM被用于多路访问，但这种方法在宽带视频广播中还没有应用。

宽带OFDM信道按照频率被分为具有连续的频段的多个组，成为簇。簇是通讯信道的基本负载单元。依赖于需要的数据率，每个通讯信道可以包含几个簇。通过简单地把不同的簇分配给不同的信道，可以很容易地满足通讯信道的不同数据率需求。例如，图2中的OFDM信道分为16个簇；视频通讯1使用第1、2、5、6、8、9、13簇，其它通讯信道使用剩余的簇。

各种编码、调制和分集模式的组合可以应用于每个通讯信道。表1中给出了一些例子。例如，使用模式14，视频信道1可以具有非常高的数据率和相对较弱的错误保护能力，而音频通讯或/和控制信号可以采用模式1，从而对于恶劣的接收条件具有非常强的抵御能力。

表1 可能的编码/分集模式的实例

模式	调制	编码率	分集模式
模式	调制	编码率	分集模式	1	QPSK		1/8
2	QPSK			1	QPSK		1/8
2	QPSK			3	QPSK		1
4	QPSK	2/3	1	3	QPSK		1
4	QPSK	2/3	1	5	QPSK	3/4	1
6	16QAM		1	5	QPSK	3/4	1
6	16QAM		1	7	16QAM	2/3	1
8	16QAM	1/4	1	7	16QAM	2/3	1
8	16QAM	1/4	1	9	16QAM	5/6	1
10	64QAM		1	9	16QAM	5/6	1
10	64QAM		1	11	64QAM	2/3	1
12	64QAM	3/4	1	11	64QAM	2/3	1
12	64QAM	3/4	1	13	64QAM	5/6	1
14	64QAM	7/8	MIMO(多输入多输出)	13	64QAM	5/6	1

除了在支持不同的数据率和错误保护方面提供高度的灵活性以外，这种方法还可以利用合理的大小的编码，同时获得时间宽带信道的频率和时间分集增益。

图3显示了本发明的传送方法中使用的数据包的一种可能的结构；为进一步保证数据通讯，数据通讯流被分为数据包。每个数据包有一个序列域和一个CRC(循环冗余校验)域。使用这两个域，可以采用复杂的重传模式，如选择性的ARQ自动重复请求，来保证可靠和有效的数据通讯。

结合附图对本发明的系统详细说明如下：

切分器

混合信号(视频，音频，数据和控制信号)首先在切分器中分离，如图1所示。这个工作可以利用在FPGA/ASIC中的一个简单多路切分器通过查验数据包头而取得。对于数据通讯，进一步利用上述的CRC(循环冗余校验)保护。

信道编码器

信道编码器可以是分组码，卷积码或级联码。一种可能的实施例是用卷积码(或Turbo码)与RS级联码，如图4(A)所示。

另外一种可能的实施例是利用LDPC码，如图4(B)所示，由于LDPC的内置比特交织器，就不需要在LDPC和星座映射之间设置比特交织器。

编码器中的比特交织器是用于交织比特流，使系统在抵抗突发性误码和衰减信道方面更具有鲁棒性。常用的比特交织器是块比特交织器，在比特交织器中输入的比特(位)是以一列一列的矩阵形式写入，以一行一行的读出。除了块比特交织器，也可以使用卷积比特交织器。

如上所述，对于不同类型的通讯，可以使用不同的编码模式/编码率。利用DSP、FPGA或ASIC可同时支持不同的编码模式。

星座映射

为满足不同的服务要求，常用的QPSK，16QAM，64QAM和256QAM的星座组合可以用来将来自编码器的编码比特映射为复数的星座点，可以使用非均匀的16QAM，64QAM和256QAM的分层星座组合。

例如，通常的QPSK和64QAM组合的视图如图5和图6所示。在QPSK中，2比特映射成一个复数的星座点；而6比特映射成在64QAM中1个星座点。

帧形成器

不同通讯信号的调制信号点(从星座映射器输出)输入帧形成器，在帧形成器中，那些信号根据簇分配表加载到不同的簇上。

如图7所示，整个OFDM信道分成N个簇，每一个簇有K个子载波。M个连续的OFDM信号形成一个帧。例如，在一个可能的方法中，全部3880个子载波(加上216个虚拟载波，总共4096个子载波)分成956个簇，每一个子载波4个簇。剩下的20个子载波用于控制信号和导引载频。每一个帧数据包含20个OFDM信号，并具有这样的配置，每一个簇具有20*4＝80子载波(实际数据子载波通常是稍微小一点，因为在簇中还有一些导引载波)。

然后，按照簇分配表，不同的通讯信号加载到它们自己的簇上，与控制信号和导引载波一起，这些簇形成了OFDM帧，为OFDM调制而准备。应注意，该簇分配表通常是由服务要求所决定的，例如，QoS要求。可以看到，该模式是十分灵活的——仅仅改变分配表就可以支持各种类型的通讯要求

该帧形成器可以在DSP，FPGA或ASIC中工作。主要的要求是要满足OFDM帧对内存的需要。在上述的实施例中，20*4096＝80K个字的内存是需要的。

OFDM调制器和前端

如图8所示，从帧形成器的输出被输入到OFDM调制器。在OFDM调制器中，串行输入首先在S/P中转换为并行数据，然后通过4096点IFFT进行处理，IFFT处理以后，插入循环前缀(CP)。然后，周期地插入导引(例如CDMA信标信号)。然后这个OFDM调制数字信号被发送到前端，该前端是由脉冲成型滤波器，数字一模拟(D/A)转换器，RF发送器，天线等组成，最后，RF信号发送到空中。

在本发明提出的方法中：

视频、音频、控制和数据通讯在分离的具有可调数据率的通讯信道(如不同的簇)中传送。

基于成簇OFDM的通讯信道的分配在指定信道资源方面提供了高度的灵活性。与不同的编码、调制和分集增益模式相结合，可以满足各种数据率和错误保护级别的需求。

基于数据包的数据传送在每个数据包中都具有一个序列头域和CRC域的，进一步促进了有效并可靠的双向通讯。

Claims

1.一种数字多媒体广播系统中信号通讯的传送系统，其特征在于包括：

一切分器，用于首先分离混合信号，其中混合信号为视频、音频、数据和控制信号；

多个信道编码器，可以利用分组码，卷积码或级连码，其用于对来自切分器的输出分别提供保护级别；

多个星座映射器，其可以使用QPSK，16QAM，64QAM和256QAM的星座组合或非均匀的16QAM，64QAM和256QAM的分层星座组合，其将信道编码器的输出加载到宽带OFDM信道，其中宽带OFDM信道按照频率分为具有连续载频的多个组，成为簇；

2.根据权利要求1的数字多媒体广播系统中信号通讯的传送系统，其特征是：

所述的信道编码器可以利用低密度奇偶校验码，由于低密度奇偶校验中内置比特交织器，在低密度奇偶校验信道编码器和星座映射器之间不再设置比特交织器。

3.根据权利要求1的数字多媒体广播系统中信号通讯的传送系统，其特征是：

所述的信道编码器可以使用卷积码或并行级联卷积码与理德—所罗门码的级连码。

4.根据权利要求1的数字多媒体广播系统中信号通讯的传送系统，其特征是：

所述的前端是由脉冲过滤器，数字—模拟(D/A)转换器，RF发送器，天线等组成。

5.一种数字多媒体广播系统中信号通讯的传送方法，其特征在于包括步骤：

在广播之前，视频、音频、数据和控制信号首先由切分器分离；

利用不同的信道编码和调制，对视频、音频、数据和控制信号提供不同的保护级别；

星座映射器的输出与控制信道一起被多路复用来形成OFDM符号，通过帧形成器形成OFDM帧，并通过OFDM调制器将来自帧形成器的串行输入转换成并行数据、通过快速傅里叶反变换进行OFDM调制得到OFDM调制数字信号，并且将OFDM调制数字信号传递给前端进行传送。

6.根据权利要求5的数字多媒体广播系统中信号通讯的传送方法，其特征是进一步包括步骤：

将传送中的数据通讯流分为数据包，每个数据包有一个序列域和一个循环冗余校验域，使用这两个域，可以采用复杂的重传模式，来保证可靠和有效的数据通讯。

7.根据权利要求5的数字多媒体广播系统中信号通讯的传送方法，其特征是进一步包括步骤：

信号在切分器中的分离可以利用在FPGA/ASIC中的一个简单多路切分器通过查验数据包头而取得，对于数据通讯，数据包被进一步利用上述的循环冗余校验保护。

8.根据权利要求5的数字多媒体广播系统中信号通讯的传送方法，其特征是进一步包括步骤：

使用编码器中的比特交织器交织比特流，使系统在抵抗突发性误差和衰减信道方面更具有鲁棒性，在比特交织器中输入的比特是以一列一列的矩阵形式写入，以一行一行的读出。

9.根据权利要求5的数字多媒体广播系统中信号通讯的传送方法，其特征是进一步包括步骤：

常用的QPSK，16QAM，64QAM和256QAM的星座组合可以用来将来自编码器的编码比特映射为复合的信号点，以满足不同的服务要求，可以使用非均匀的16QAM，64QAM和256QAM的分层星座组合。

10.根据权利要求5的数字多媒体广播系统中信号通讯的传送方法，其特征是进一步包括步骤：

11.根据权利要求5的数字多媒体广播系统中信号通讯的传送方法，其特征是进一步包括步骤：

来自帧形成器的输出被输入到OFDM调制器，在OFDM调制器中，串行输入首先在串/并行转换中转换为并行数据，然后通过4096点IFFT进行处理，IFFT处理以后，插入循环前缀(CP)，然后，并行数据又变回串行系列，定期插入导引，然后将这个OFDM调制数字信号发送到前端，最后，将RF信号发送到空中。