CN1319299C - 通过正交频分复用调制发射信号的发射系统及方法 - Google Patents

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Abstract

公布了一种正交频分复用(OFDM)发射系统及发射方法，通过OFDM调制发射信号。该系统包括：多个前向纠错(FEC)编码单元，对相应于多个业务模式的多个源数据执行编码，以校正数据传输中发生的在接收机处的误码；多个映射单元，与多个FEC编码单元对应相连，每一个映射单元将相应的编码后的源数据映射为码元；成帧单元，将由映射单元映射后的码元组合为多个OFDM帧，将OFDM帧划分为预定数目的帧组，在每一帧组中插入一个信头；快速傅里叶逆变换(IFFT)单元，通过对OFDM帧执行多个副载波的快速傅里叶逆变换，将OFDM帧调制为OFDM码元；保护间隔(GI)插入单元，在OFDM码元之间插入抑制干扰的保护间隔(GI)；射频(RF)上变频单元，将插入GI之后的OFDM码元上变频为射频信号。

Description

通过正交频分复用调制发 射信号的发射系统及方法
发明领域
本发明涉及一种OFDM(正交频分复用)发射系统及相应的OFDM发射方法，尤其涉及一种OFDM发射系统及相应的OFDM发射方法，通过OFDM调制将被发射的信号并将该调制后的OFDM信号插入到多个副载波中来发射信号。
背景技术
高清晰度电视(HDTV)广播系统主要包括视频编码器和调制器。视频编码器将从高清晰度视频源获得的大约1Gbps的数字数据压缩至15-18Mbps的数据。调制器通过大约6-8MHz的有限频带信道向接收方发射该几10Mbps的数字数据。数字HDTV广播采用使用分配给电视广播的VHF(甚高频)/UHF(超高频)的地面广播系统。
在欧洲，采用OFDM(正交频分复用)方法作为高清晰度电视地面广播系统，其中，OFDM方法是一种用于获得提高每带宽传输速度和防止干扰的双重功效的数字调制方法。
在OFDM方法中，将串行输入的码元流变换为预定的单元块的并行数据。该并行码元通过使用多个具有不同频率的副载波分别被多路复用。这样的OFDM方法使用多个载波，与传统的单载波传输方法有本质上的不同。这些多个载波之间彼此正交。正交性意味着一种特征，即两个载波相乘将为“零”，这是使用这些多个载波的要求。该OFDM方法通过快速傅里叶变换(FFT)和简单地通过副载波间的正交性和FFT的定义得到的快速傅里叶逆变换(IFFT)实现。
同时，OFDM方法的优点如下：
作为具有传输质量由信号传输过程中产生的反射波、同信道干扰以及邻信道干扰等所决定的信道特性的电视地面传输方法，因此该传输系统的设计条件是非常复杂的。相反，OFDM对于多径是功能强大的。即，因为使用多个载波，码元传输时间可被增加。这使得OFDM相对来讲对于多径所引起的干扰信号比较迟钝，因此防止了被长时间的回波信号所恶化。而且，OFDM对于现存信号也是强大的，防止了被同信道干扰所影响。由于这些特性，可以配置单频网络(SFN)。这里SFN意味着单个广播通过单个频率向国内广播。这极大地引起同信道干扰，因此可以使用OFDM方法，因为它对于这样的环境是非常强大的。以这种方式，SFN可以有效地使用有限的频率资源。
同时，OFDM信号由多个载波组成，每个载波具有非常窄的频带。因为多个载波的频谱具有接近矩形的波形，因此比单个载波具有相对较高的频率效率。另外，OFDM方法在下面的情况中是有利的，即因为OFDM信号的波形与高斯白噪声(WGN)是相同的，OFDM信号与如逐行倒相(PAL)、顺序彩色与存储(SECAM)等的广播业务的其它形式相比，产生较小的干扰。因此，在OFDM方法中，每个载波可以使用不同的调制方法调制，因此可以实现分级传输。
图1示意性示出了普通的OFDM发射系统。
该OFDM发射系统包括一个FEC(前向纠错)编码单元10、一个IFFT(快速傅里叶逆变换)单元20、一个GI(保护间隔)插入单元30、以及一个RF(射频)上变频单元40。
FEC纠错编码单元10执行编码，用于校正预定传输业务模式的源数据在传输过程中发生的误码。IFFT单元20对纠错编码后的源数据执行傅里叶逆变换。GI插入单元30插入一个保护间隔，用于抑制傅里叶逆变换后的源数据间的干扰。RF上变频单元40将插入保护间隔的源数据上变频为射频信号。被上变频的源数据经过天线50，通过传输信道向接收方发射。
图2示出了通过传统的OFDM发射系统发射的数据的帧结构的举例。在图中，业务模式被示例为MPEG数据。
通过传统的OFDM发射系统发射的MPEG数据的帧结构是属于在IFFT单元20中，被用于快速傅里叶变换的预定N数目的多个副载波傅里叶逆变换的类型。此时，该MPEG数据包含与多个副载波的预定N数目相同数目的帧。
传统的OFDM发射系统通过预定数目的多个副载波，发射为一种预定的业务模式的源数据，仅发射单个业务，而不管依据业务模式所要求的传输速度。因此，传统的OFDM发射系统傅里叶逆变换源数据，即一种业务模式并将其发射，而不管预定数目的多个副载波。因此，由于传统的OFDM发射系统响应一种业务模式发射源数据而不管将被发射的源数据的业务模式，不能够有效地使用预定数目的多个副载波。
另外，由于传统的OFDM发射系统向用于一种业务模式的预定频带发射相应于业务模式的源数据，预定频带的使用效率很低，除非发射相应业务模式的源数据。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于，提供一种依据业务模式，可以更加有效地利用预定频带的OFDM发射系统及相应的OFDM发射方法。
本发明的另一目的在于，提供一种可以通过预定的频带发射相应于更多的各种业务模式的OFDM信号的OFDM发射系统相应的OFDM发射方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种正交频分复用(OFDM)发射系统，通过OFDM调制发射信号，该系统包括：多个前向纠错(FEC)编码单元，用于对相应于多个业务模式的多个源数据执行编码，以便校正数据传输中发生的在接收机处的误码，其中，每一个FEC编码单元执行对应于一种业务模式的源数据的编码；多个映射单元，与所述多个FEC编码单元对应相连，每一个映射单元用于将相应的编码后的源数据映射为码元；一个成帧单元，用于将由所述多个映射单元映射后的码元组合为多个OFDM帧，将该多个OFDM帧划分为预定数目的帧组，并且在每一个帧组中插入一个信头，其中，信头包含关于包含在成组的OFDM帧中的多个业务模式中每一个源数据的信息；一个快速傅里叶逆变换(IFFT)单元，通过对所述OFDM帧执行多个副载波的快速傅里叶逆变换，以将所述OFDM帧调制为OFDM码元；一个保护间隔(GI)插入单元，用于在OFDM码元之间插入用于抑制干扰的保护间隔(GI)；以及一个射频(RF)上变频单元，用于将插入GI之后的OFDM码元上变频为射频信号。
最好，所述OFDM发射系统还包括一个保护频带(GB)插入单元，用于在由所述成帧单元形成的一个OFDM帧的两侧插入保护频带。
所述源数据的类型包括MPEG数据、音频数据、以及数据广播数据。
用于傅里叶逆变换的多个副载波的数目分别相应于2048点的2K、4096点的4K以及8192点的8K中的任何一个。
按照本发明的另一方面，提供了一种利用OFDM发射系统通过OFDM调制发射信号的OFDM发射方法，该方法包括以下步骤：对相应于多个业务模式的多个源数据执行编码，以便校正数据传输中发生的在接收机处的误码，其中，对应于一种业务模式的源数据的编码由一个FEC编码单元执行；将相应的编码后的源数据映射为相应的码元；将由所述多个映射单元映射后的码元组合为多个OFDM帧，将该多个OFDM帧划分为预定数目的帧组，并且在每一个帧组中插入一个信头，其中，信头包含关于包含在成组的OFDM帧中的多个业务模式中每一个源数据的信息；通过对所述OFDM帧执行多个副载波的快速傅里叶逆变换，以将所述OFDM帧调制为OFDM码元；在OFDM码元之间插入用于抑制干扰的保护间隔(GI)；以及将插入GI之后的OFDM码元上变频为射频信号。
最好，在上述OFDM发射方法中，在一个OFDM帧的两侧插入保护频带(GB)。
所述源数据的类型包括MPEG数据、音频数据、以及数据广播数据。
用于傅里叶逆变换的多个副载波的数目分别相应于2048点的2K、4096点的4K以及8192点的8K中的任何一个。
依据本发明，通过用预定频带发射相应于多种业务模式的源数据，可以提高预定频带的利用效率，并通过相应频带可以提供广泛的各种的业务。
附图说明
通过结合附图的以下详细描述，本发明的上述目的、特性以及优点将更加明显，其中：
图1示意性示出了普通OFDM发射系统的方框图；
图2示出了通过传统OFDM发射系统发射的数据的帧结构；
图3示出了依据本发明的优选实施例的OFDM发射系统的方框图；
图4示出了如图3中形成的OFDM帧的举例；
图5示出了从图3的成帧单元输出的多个OFDM帧沿时间轴的图；
图6示出了依据本发明的优选实施例，利用OFDM发射系统的OFDM发射方法的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图描述本发明的优选实施例。
图3示出了依据本发明的优选实施例的OFDM发射系统的方框图。
该OFDM发射系统包括：多个FEC(前向纠错)编码单元100，多个映射单元200，多个成帧单元300，一个GB(保护频带)插入单元400，一个IFFT(快速傅里叶逆变换)单元500，一个GI(保护间隔)插入单元600，以及一个RF(射频)上变频单元700。
FEC编码单元100包括第一FEC编码单元120、第二FEC编码单元140和第三FEC编码单元160，第一个FEC编码单元都对一种业务模式的源数据执行编码，以便校正每种业务模式的源数据在传输过程中发生的误码。在该实施例中，源数据的业务模式包括MPEG数据、音频数据、以及数据广播数据。因此，在本实施例中，第一FEC编码单元120、第二FEC编码单元140和第三FEC编码单元160分别对MPEG数据、音频数据和数据广播数据执行纠错编码。
映射单元200以码元为单位，执行依据每种业务模式被执行纠错编码后的源数据的映射。在本实施例中，该映射单元200具有分别响应第一FEC编码单元120、第二FEC编码单元140以及第三FEC编码单元160的第一映射单元220、第二映射单元240以及第三映射单元260。第一映射单元220、第二映射单元240以及第三映射单元260分别将相应的编码后的源数据映射为码元。
成帧单元300将由第一映射单元220、第二映射单元240以及第三映射单元260所映射的码元组成相应的多个OFDM帧，将该多个OFDM帧划分为预定数目的帧组，并且在每一个帧组中插入一个信头，其中，信头包含关于包含在成组的OFDM帧中的多个业务模式中每一个源数据的信息。成帧单元300将每个以码元为单位被映射的源数据组合为一个OFDM帧。此时，该OFDM帧的大小相应于预定数目的多个副载波形成。多个副载波的数目可以是为副载波点数的2048、4096、以及8192。2048、4096、以及8192副载波点最好分别被指作2K、4K和8K。
GB插入单元400将保护频带插入到在成帧单元300中形成的OFDM帧的两边。IFFT单元500通过对OFDM帧执行快速傅里叶逆变换而将该OFDM帧调制为OFDM码元。
GI插入单元600插入保护间隔，用于抑制快速傅里叶逆变换后的OFDM信号的OFDM帧之间的干扰。
RF上变频单元700将插入保护间隔的OFDM信号上变频为射频信号。该射频上变频后的OFDM信号经天线800通过传输信道发射。
因此，可以在预定的带宽内发射依据多种业务模式的OFDM信号。另外，由于接收方在一个OFDM帧内接收多种业务，可以选择和恢复想要的业务。另外，由于多种业务用一个预定的频带发射，可以提高预定频带的利用效率。
这个实施例的成帧单元300最好将相应于多种输入的业务模式的源数据形成为多个OFDM帧，然后将多个OFDM帧分为预定数目的组，并在每个帧组中插入一个信头。此时，该信头包含关于包含在成组的OFDM帧中的多种业务模式的每个源数据的信息。
图4示出了如图3中形成的OFDM帧的举例。依据OFDM帧，依据业务模式的源数据包括MPEG数据、音频数据和数据广播数据。这个实施例的成帧单元300，依据每种业务模式所要求的传输速度，设置MPEG数据、音频数据和数据广播数据的预定部分，并将相应的源数据插入到预定部分中。在图中，在一个OFDM帧内，MPEG数据占据最大的区域，然后数据广播数据占据第二大区域，然后音频数据占据第三大区域等。
另外，如图所示，该OFDM帧具有在帧的两边通过GB插入单元400插入保护频带的形状。而且，相应OFDM帧是由具有0至“N-1”个多个副载波点数的多个副载波的N数目形成。此时，N包括2K、4K和8K。因此保护频带被包含在预定频带的相应多个副载波的数目当中。
图5示出了从图3的成帧单元输出的多个OFDM帧沿时间轴的图。如图所示，在成帧单元300中被成组的帧的数目是m。因此信头(H)被插入到成组的m个OFDM帧中。该信头(H)包含关于每个OFDM帧的相应于每种业务模式的源数据(数据广播(1)、音频(1)、MPEG(1)、数据广播(2)、音频(2)、MPEG(2)、...数据广播(m)、音频(m)、MPEG(m))的信息。
因此，OFDM接收机接收具有插入其中的关于OFDM帧的源数据的信息的信头的OFDM信号，通过在恢复接收的OFDM信号之前分析该信头(H)，可以提取并恢复想要的源数据。
图6示出了依据本发明的优选实施例，利用OFDM发射系统的OFDM发射方法的流程图。
首先，具有第一FEC编码单元120、第二FEC编码单元140以及第三FEC编码单元160的FEC编码单元100，相应于每种业务模式，分别执行用于校正如MPEG数据、音频数据和数据广播数据的源数据的传输过程中发生的误码的编码。
具有响应第一FEC编码单元120、第二FEC编码单元140以及第三FEC编码单元160的第一映射单元220、第二映射单元240以及第三映射单元260的映射单元200，以码元为单位，执行被执行纠错编码后的依据每种业务模式的源数据的映射(S120)。
成帧单元300将每个以码元为单位被映射的源数据组合为一个具有响应副载波的2048、4096、以及8192点的2K、4K和8K的OFDM帧(S140)。GB插入单元400将GB插入到在成帧单元300中形成的OFDM帧的两边(S160)。IFFT单元500执行在插入保护频带的OFDM帧中形成的OFDM信号的快速傅里叶逆变换(S180)。
GI插入单元600插入保护间隔，用于抑制快速傅里叶逆变换后的OFDM信号的OFDM帧之间的干扰(S200)。RF上变频单元700将插入保护间隔的OFDM信号上变频为射频信号(S220)。因此，可以用预定的带宽发射相应于多种业务模式的源数据。
依据本发明，通过用预定的频带发射相应于多种业务模式的源数据，可以提高预定频带的利用效率并通过相应频带可以提供广泛的各种业务。
尽管本发明参照它的一定优选实施例被示出和被描述，本领域的技术人员应当理解，在不脱离所附的权利要求书中定义的精神和范围的情况下，可以进行各种形式和细节上的修改。

Claims (8)

1.一种正交频分复用发射系统，通过正交频分复用调制发射信号，该系统包括：
多个前向纠错编码单元，用于对相应于多个业务模式的多个源数据执行编码，以便校正数据传输中发生的在接收机处的误码，其中，每一个前向纠错编码单元执行对应于一种业务模式的源数据的编码；
多个映射单元，与所述多个前向纠错编码单元对应相连，每一个映射单元用于将相应的编码后的源数据映射为码元；
一个成帧单元，用于将由所述多个映射单元映射后的码元组合为多个正交频分复用帧，将该多个正交频分复用帧划分为预定数目的帧组，并且在每一个帧组中插入一个信头，其中，信头包含关于包含在成组的正交频分复用帧中的多个业务模式中每一个源数据的信息；
一个快速傅里叶逆变换单元，通过对所述正交频分复用帧执行多个副载波的快速傅里叶逆变换，以将所述正交频分复用帧调制为正交频分复用码元；
一个保护间隔插入单元，用于在正交频分复用码元之间插入用于抑制干扰的保护间隔；以及
一个射频上变频单元，用于将插入保护间隔之后的正交频分复用码元上变频为射频信号。
2.如权利要求1所述的系统，还包括一个保护频带插入单元，用于在由所述成帧单元形成的一个正交频分复用帧的两侧插入保护频带。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述源数据包括MPEG数据、音频数据、以及数据广播数据中的至少一种数据。
4.如权利要求3所述的系统，其中，用于执行快速傅里叶逆变换的多个副载波的数目分别相应于2048点的2K、4096点的4K以及8192点的8K中的任何一个。
5.一种利用正交频分复用发射系统通过正交频分复用调制发射信号的正交频分复用发射方法，该方法包括以下步骤：
对相应于多个业务模式的多个源数据执行编码，以便校正数据传输中发生的在接收机处的误码，其中，对应于一种业务模式的源数据的编码由一个向前纠错编码单元执行；
将相应的编码后的源数据映射为相应的码元；
将由所述多个映射单元映射后的码元组合为多个正交频分复用帧，将该多个正交频分复用帧划分为预定数目的帧组，并且在每一个帧组中插入一个信头，其中，信头包含关于包含在成组的正交频分复用帧中的多个业务模式中每一个源数据的信息；
通过对所述正交频分复用帧执行多个副载波的快速傅里叶逆变换，以将所述正交频分复用帧调制为正交频分复用码元；
在正交频分复用码元之间插入用于抑制干扰的保护间隔；以及
将插入保护间隔之后的正交频分复用码元上变频为射频信号。
6.如权利要求6所述的方法，还包括步骤：在一个正交频分复用帧的两侧插入保护频带。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述源数据包括MPEG数据、音频数据、以及数据广播数据中的至少一种数据。
8.如权利要求7所述的方法，其中，用于傅里叶逆变换的多个副载波的数目分别相应于2048点的2K、4096点的4K以及8192点的8K中的任何一个。
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