CN1252196A - 在地面数字无线电广播中传送高传送率多值业务的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在模拟电视频道中的移动接收机中加入到业务内的高数据速率值的无干扰传输的宽带多频数据块X－DAB收发机系统。该系统使得差错控制曲线(Profile)因此也是数据速率具有很大的灵活性,并且使得能够进行非平衡差错控制和进行分层控制。本发明揭示了一种根据公共波(common wave)网中几个(主要是四个)同时传播的相邻X－DAB频率数据块,按照X－DAB系统(扩展的数字传播系统),向移动用户传送高速加入值业务的方法,所述的公共波网中多路复用了与源编码数字输入数据流相应的相关业务内容。

Description

在地面数字无线电广播中传送高传送率多值业务的系统
本发明涉及一种根据X-DAB系统发送高传送率多值业务的方法和(或)根据X-DAB接收高传送率多值业务的方法。
换言之，本发明建立在数字音频无线电广播“Digital AudioBroadcasting”(DAB)领域的基础上，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，要达到可接受的差错防护，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OFDM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-T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。
本发明的任务在于，提供一种发射和(或)接收本文开头所述类型的视频节目的方法，以及专门为此配置的、以大于迄今在DAB系统上使用的数据传送率可靠地保证传送的发射机和接收机。
在发送方法方面，这一任务是通过专利要求1所述特点而解决的，在接收方法方面是通过权利要求5所述特点解决的，而在发射机方面则是通过权利要求11所述特点解决的，在接收机方面是通过权利要求15所述特点解决的。本发明所具有的其它优点在其余权项要求中说明。
因此，换言之，本发明是基于视频节目的发送/接收，特别是发送到移动用户，建立在多个、主要是四个同时发射的并列X-DAB频率数据块和(或)相应数量的并联X-DAB发射机/接收机的基础上，如下文所述，该发射机/接收机依靠X-DAB系统的潜能，保证达到约8.3Mbit/s的传送率，因此能够以高质量传送视频节目。
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D/A转换和I/Q调制之后。
按照类似的方式，在到达某一点之前，接收过程根据本发明方法镜像地演进到接收视频节目，也就是借助多台，主要是四台并联的、并调到接收机当时的频率数据块中心频率的窄带接收机，以处理各个数据块的信号群内含信息。
与发射机方面输入数据流的分配相类似，在接收机中是将多台接收机输出流合并成至少一个总数据流。
根据本发明下一步更具优越性的设计，是利用在FIC中传送的信息，按照X-DAB概念控制多台X-DAB接收机的数据流。
特别优越的是，通过一个单一的、与多台X-DAB接收机串联的OFDM解调器，从接收到的发送信号中回收数据流。这个OFDM解调器最好包括一个I/Q解调器，后面依次跟着每I和Q分支一个A/D转换器和一个FFT(快速傅立叶变换)。
根据本发明的多个(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次的传送，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。
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是根据本发明一宽带X-DAB发射机的第一实施例的方块图，
图6是根据本发明一宽带X-DAB发射机的第二实施例的方块图，
图7是根据本发明一宽带X-DAB接收机的第一实施例的方块图，
图8是根据本发明一宽带X-DAB接收机的第二实施例的方块图。
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，或如根据本发明中所指的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1＝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。
与根据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8MHz带宽的电视频道内，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约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f内。频率扫描光栅f通过一OFDM符号的有效间隔时间Tu确定：f＝1/Tu。最小载频间隔在采用传输模I的情况下：f＝1kHz；最大载频间隔在采用传输模III的情况下：f＝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，最好是放弃较大的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
对于全套已知的DAB或X-DAB参数，所有传输模所得值均为约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fD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(InterCarrier 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，根据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例的0.488μs。作为发射中心频率，使用频率fSO，如图4所示。
现按图7和图8说明根据本发明的宽带X-DAB接收机。
为了能在根据本发明的发送/接收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fD，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。
上述类似图6所述发射机的接收机示于图8。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。通过一个调到于频率fSO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吹AFFT，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，其输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，可以用本发明的第二实例替代其第一实例。利用上述本发明的宽带X-DAB发射机/接收机概念，可以设法做到所谓的分层传输一数据流。其前提条件是，源数据流可以分离成多个单一数据流，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，分别加强较重要的分数据流的差错防护和降低较不重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X-DAB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 (19)

1.发射高传送率多值业务到移动用户的方法，根据X-DAB系统(扩展的数字广播系统)，建立在一个共用波无线电网络中的多个(主要是四个)同时发射的、并列布置的X-DAB频率数据块的基础上，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转换到这些频率数据块上。
2.根据权利要求1的发送方法，其特征在于，与多个X-DAB频率数据块相对应的信号汇合成一个共同的输出信号被发送出去。
3.根据权利要求1或2的发送方法，其特征在于，与多个X-DAB频率数据块相对应的诸信号的汇合发生在数字基频率信号处理(DSP/BB X-DAB SA-SD)的层面上，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。
4.根据权利要求3的发送方法，其特征在于，OFDM信号通过逆快速傅立叶变换(IFFT)产生，在D/A转换和I/Q调制之后产生。
5.接收根据权利要求1到4所述宽带X-DAB发送方法发送的多值业务的方法，采用多台(主要是四台)X-DAB接收机进行，这些X-DAB接收机是并联的，被调到发射的有关频率数据块的中心频率，并处理有关数据块的信号群内含信息。
6.根据权利要求5的接收方法，其特征在于，多台X-DAB接收机的输出信号经过联合，将四台接收机输出流合并成至少一个总数据流。
7.根据权利要求6的接收方法，其特征在于，利用在FIC中传输的信息，与X-DAB概念一致地对多台X-DAB接收机的数据流进行控制。
8.根据权利要求5、6或7的接收方法，其特征在于，通过一个单一的与四台X-DAB接收机串联的OFDM调制器回收来自发射信号的数据流。
9.发射高传送率多值业务到移动用户的宽带X-DAB发射机，根据X-DAB系统(扩展的数字广播系统)设计，其中，多台(主要是四台)X-DAB发射机并联，以产生多个(主要是四个)X-DAB频率数据块，这些频率数据块是由一个从至少一个多值业务中多路传送出来的数字输入数据流输送的。
10.根据权利要求9的宽带X-DAB发射机，其特征在于，在多台X-DAB发射机前串联一分配电路(业务分解)，以将输入数据流分配到多台X-DAB发射机上。
11.根据权利要求10的宽带X-DAB发射机，其特征在于，给分配电路(业务分解)指派一分配控制电路，以监视分配过程，并产生各个X-DAB发射机的发射振荡器所需要的多路传送信息(MCI)。
12.根据权利要求9、10或11的宽带X-DAB发射机，其特征在于，多台X-DAB发射机的输出端与一加法电路相连，加法电路的输出端连接到一高频级上。
13.根据权利要求9、10或11的宽带X-DAB发射机，其特征在于，多台X-DAB发射机配有数字信号处理电路，以便让与多个X-DAB频率数据块对应的信号的汇合发生在数字基频率信号处理(DSP/BB X-DAB SA-SD)的层面上，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。
14.根据权利要求13的宽带X-DAB发射机，其特征在于，为了产生OFDM信号，设计了一进行逆快速傅立叶变换(IFFT)的部件，其后是一D/A转换器和一I/Q调制器。
15.用于接收根据权利要求9到14所述发射机发送的多值业务的宽带X-DAB接收机，包括多台(主要是四台)X-DAB接收机，这些接收机并联，并调到发射机的相应频率数据块的中心频率，以便处理有关数据块的信号群内含信息。
16.根据权利要求9的宽带X-DAB接收机，其特征在于，通过串联在多台X-DAB接收机之后的组合电路(业务组合器)将四个接收机输出流合并成至少一个总数据流。
17.根据权利要求15或16的宽带X-DAB接收机，其特征在于，通过一组合控制电路(组合控制器)，利用在FIC中传送的信息，按照X-DAB概念在数据流方面控制多台X-DAB接收机。
18.根据权利要求15、16或17的宽带X-DAB接收机，其特征在于，一个单一的OFDM解调器串联在四台X-DAB接收机之前，以回收数据流。
19.根据权利要求18的宽带X-DAB接收机，其特征在于，OFDM解调器依次包括一个I/Q解调器，每I和Q分支一个A/D转换器和一个FFT。
CNB988040662A 1997-04-11 1998-03-21 在地面数字无线电广播中传送高传送率多值业务的方法 Expired - Fee Related CN1188973C (zh)

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