CN1604509A - 多媒体信息传输中时频矩阵二维信道动态分配方法 - Google Patents

Abstract

多媒体信息传输中时频矩阵二维信道动态分配方法，属于数字信息传输技术领域。步骤包括：按照某种规则产生二维的时域－频域矩阵TFM信道分配图案，依照生成的TFM矩阵定义的时域信道分配图案，把输入的多媒体节目码流分配到TDS－OFDM相应的信号帧和OFDM子载波位置上，在TDS－OFDM帧群的帧群头中插入TFMp矩阵信息，最后将完整的TDS－OFDM信号发送出去。由于TFM矩阵具有稀疏性、随机性和跳频性，实现了突发传输的省电性能、时频二维联合交织的抗突发误码性能，以及系统的保密性、节目分配的灵活性和即时性，满足了传输多个多媒体节目的需求，而且与现在的TDS－OFDM系统保持兼容。

Description

多媒体信息传输中时频矩阵二维信道动态分配方法

技术领域

本发明属于数字信息传输技术领域，特别涉及到在使用正交频分复用(OFDM)多载波调制技术的多媒体信息传输中时频矩阵(Time-Frequency Matrx，TFM)二维信道动态分配方法。

背景技术

当今世界己步人信息时代，社会的信息需求急剧增加和信息社会功能的显著变化，使多媒体的研究发展成为时代的必然，并得到了越来越广泛的应用。

多媒体是将数据、文字、声音、音乐、动画、视频、图象等多种媒体综合于一体，通过数字化处理，实现人-机交互式信息交流和传播的新型信息技术。人们在获取、处理和交流信息时，最自然的形态是以多媒体方式进行的，往往表现为视觉、听觉、嗅觉等感觉器官的并用。实验心理学家赤瑞特拉(Treicher)做过一个关于人类获取信息来源的著名实验：人类获取的信息83％来自视觉，11％来自听觉，这两个加起来就有94％，还有3.5％来自嗅觉，1.5％来自触觉，1％来自味觉。由此可见，多媒体能与人们的自然交流和处理信息的方式达到最好的匹配。

多媒体是一个涉及多门学科和多种技术领域的系统工程，包括计算机技术、人工智能技术、电子技术、通信技术、广播电视技术以及其他若干技术。作为多媒体技术核心的视频技术、音频技术、信息压缩和解压技术、图像技术、高密度存储技术等日臻完善；多媒体硬件系统、操作系统平台、窗口系统、多媒体创作工具等正日趋成熟。

多媒体应用是随着多媒体技术的研究开发而发展的，围绕着多媒体业务类型和针对不同的网络环境，正在不断地研究开发各种多媒体应用，从行政办公、军事安全、交通环保、教育医疗、金融保险、信息检索、休闲娱乐、出版印刷到动画、音视频制作、特技、虚拟世界、数字艺术创作等社会和经济的各个方面，都由于多媒体技术的广泛采用而发生了深刻的变革。

多媒体的主要目标之一是满足人们对多种信息处理和传播的需求。没有信息传播的多媒体技术也将不会有如此迅速的应用和发展。

人们对传媒的真实感、现场感、直接参与性提出的高要求，以及应用目的、对象和环境等外部条件的千差万别，迫切要求信息传输系统具有快速、灵活、有效率等特点。但不管是在电视广播、通信和网络系统中，多媒体信息的传播仍有许多特殊问题需要解决，例如不同终端和前端服务器的动态适应、多媒体信息的实时性要求、可变视频数据流的处理、网络频谱及信道分配、高性能和高可靠性、压缩性能等。

例如对于视频的传输码率，不同的应用(高清晰度电视HDTV、标准清晰度电视SDTV和DVD、VCD和掌上电脑PDA、手机等)，有不同的需求。

例如按照ITU-R 601标准，使用4：2：2的采样格式，去掉行场逆程后，SDTV传输率为165Mb/s，而HDTV更高达829Mb/s。而对于小屏幕的手持设备(如手机)，CIF和QCIF就用满足图像质量要求。CIF是352×288像素，8bit/像素，25帧/s，亮色4:2:0，则未压缩的图像信号传输码率是30Mb/s，

目前的压缩技术，如MPEG-2/4、MS WM9、H264等，保守计算可做到压缩比R＝40倍，则压缩后的码率是760kb/s。若为QCIF(166×144)，则传输码率进一步降为190kb/s。因此，对于小屏幕，先进视频压缩技术使得视频流码率只有几百kbps量级。而信道的传输能力可能大于10Mbps，在地面数字电视广播中就是如此，这样的话，如何优化和灵活地利用传输资源就成为一个重要问题。

对于短消息，信息量比较小，可能只有几个比特或几千个bit，如何高效地在大容量传输通道中传输如此小的信息量？而对于即时消息，如何快速地响应，如何快速地传输出去，也是一个关键问题。

上述应用中的不同需求，体现了多媒体信息传输的快速、灵活、有效率性要求，对于一个信息传输系统来讲，可以在物理层、链路曾或应用层等不同的ISO协议层满足多媒体信息传输的快速、灵活和高效要求。

本发明主要针对地面数字电视广播系统中传播多媒体电视节目，提出了一种在物理层上采用时域-频域二维矩阵方式的传输信道动态分配方法，满足多媒体信息传输的快速、灵活和高效要求。

国内外地面数字电视广播(Digital TV terrestrial broadcasting，DTTB)正在高速发展。数字电视从80年代末研制到现在只有短短十几年的时间，但发展速度之快令人惊异。经过这些年坚持不懈的研究和发展，DTTB已经取得了很多的成果，达到了可以实现阶段。从1998年11月北美和欧洲已经开播DTTB节目，许多国家宣布了它们的DTTB制式选择和实现计划。目前，世界上主要有三种DTTB传输标准：

1)美国高级电视系统委员会(Advanced Television Systems Committee，ATSC)研发的格形编码的八电平残留边带(Trellis-Coded 8-Level Vestigial Side-Band，8-VSB)调制系统。

ATSC数字电视标准是高级电视系统委员会ATSC开发的。调制方案采用了具有导频信号的单载波调制，即八电平残留边带调制(8-VSB)，用于单发射机(多频网Multi-FrequencyNetwork，MFN)实现。美国VSB系统加入了0.3dB的导频信号，用于辅助载波恢复。传输信号采用段、场结构，成帧发送，数据帧结构如图1所示。加入的段同步信号用于系统同步和时钟恢复；而长度达511的两电平场同步信号，用于系统同步和均衡器训练，通过采用精心设计的自适应判决反馈均衡器来消除多径衰落引起的回波干扰。

在美国ATSC数字电视标准中，视频、音频和数据等多种媒体构成的传送流(TransportStream，TS)按上述图1所示构成数据帧结构，一个TS流是连续放置在固定的数据段位置，不存在信道动态分配问题，但不能满足多媒体信息传输的快速、灵活的要求，并且数据只是在时域放置(分配)的。

2)欧洲数字视频地面广播(Digital Video Terrestrial Broadcasting-Terrestrial，DVB-T)标准采用的编码正交频分复用(Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing，COFDM)调制。

DVB-T系统是欧洲数字视频广播(Digital Video Broadcasting，DVB)组织开发的。在地面传输方面，它采用与美国8-VSB不同的调制技术COFDM，OFDM属于多载波调制技术(在ADSL相似的技术称为DMT调制)。8MHz信道内传输的有效净比特码率在4.98～31.67Mbit/s范围内，取决于信道编码参数、调制类型和保护间隔的选择。DVB-T在每个电视频道内使用了1705(2k模式)或6817(8k模式)个子载波。DVB-T的帧结构如图2所示。OFDM的基本原理就是将一个较宽频带分成一些子信道(Sub Channel or Subcarrier)。如果各子信道所占带宽足够窄，它们将分别经历平坦衰落。在这种情况下，接收机的均衡器很容易实现。而且，为了提高系统频谱效率，OFDM系统中各子信道的频谱是重叠的，但它们之间又是正交的，这就是其正交频分复用(OFDM)名称的由来。多径信道情况下，为了保持其各子信道间的正交性，必须加入保护间隔(Guard Interval，GI)。DVB-T使用循环前缀(Cycle Padding，CP)保护间隔，就是将OFDM码元最后一部分复制到各码元前端。

为了辅助完成同步任务，DVB-T在频域放置了大量导频信号，穿插在数据子载波之中，并以高于数据3dB的功率发送，如图3所示，分为信号帧起始位置的连续导频和位置偏移的分散导频，四个信号帧构成一个超帧，另外还有有限数目的频道用于传输系统参数信息，称为传输参数信令(Transmission Parameter Signaling，TPS)，目前在DVB-T系统中，TPS只剩下宝贵的几个比特还空闲着，这样用于系统指示的功能就收到很大限制。

各导频数值由PRBS(伪随机二进制序列)调制计算得出，所以其自相关性较好，大多数的COFDM系统定时、同步等算法都是基于这些导频信号在频域进行的。但是，导频是在离散傅里叶变换(DFT)之前插入的，进行DFT计算又需要首先同步(之后才能进行正确解调)。因此，COFDM系统的同步需要使用迭代逼近算法，这样就存在收敛误差和收敛时间问题。同步时间是接收机从开启、锁定信号到开始段接收所需要的时间。在当前的DVB-T实现中，这个时间估计在200-250ms量级。这个同步时间就不适合于多媒体信息的应用，不满足多媒体信息传输的快速、灵活和高效要求，例如短消息和即时消息的传送。

同美国ATSC数字电视标准一样，欧洲DVB-T也是把一个TS流连续放置如图3所示的固定数据位置，不存在信道动态分配问题，并且只是在频域放置的。

3)日本地面综合业务数字广播(Integrated Service Digital Broadcasting-Terrestrial，ISDB-T)采用的频带分段传输(Bandwidth Segmented Transmission，BST)正交频分复用OFDM。

ISDB-T系统是日本无线电工商业协会(Association of Radio Industries and Businesses，ARIB)开发的。系统采用的调制方法称为频带分段传输(BST)OFDM，由一组共同的称为BST段的基本频率块组成。除OFDM特性之外，BST-OFDM对不同的BST段采用不同的载波调制方案和内码编码码率，依此提供了分级传输特性。每个数据段有其自己的误码保护方案(内码编码码率、时间交织深度)和调制类型(QPSK，DQPSK，16-QAM或者64QAM)，这样每段能满足不同的业务需求。该系统衍生于欧洲系统，主要变动是针对多媒体广播和移动接收的需求，将频带进行了分段，并大大加长了交织深度(最长达0.5秒)，以改善移动接收效果。虽然日本系统在移动测试中表现出一定的优越性(也相应证明了欧洲系统需要改进)，但它并没有解决COFDM中的实质性问题。

自从有了这三个DTTB系统以来，许多国家和地区都在选择自己的DTTB系统。从上面的背景介绍看，这三个DTTB系统，都是针对传统的连续码流传输而设计的，主要考虑的问题是传输的高效和高可靠，采用了前向纠错编码(FEC)和高阶正交频分复用(mQAM-OFDM)多载波调制技术，而且只是在单一的时域或者频域中实现的，而没有考虑传输多媒体信息时所需要的快速、灵活性。当需要传输多媒体信息时，这些DTTB系统在物理层上不能满足需要，而只能在链路层或应用层上采取一定的技术措施，满足应用需求。例如下面讲述的欧洲手持数字视频广播(DVB-H)系统。

欧洲地面数字电视广播(DVB-T)标准为了适应不同的要求，设置了可变的参数，这些参数主要还是针对室内外固定接收和室外接收，但是抗脉冲干扰能力不强，并且没有考虑省电功能，对于便携的手持移动设备并不适用，还存在网络规划不灵活的问题。因此，欧洲DVB组织正在制定针对手持移动设备的地面数字电视标准，称之为DVB-H。

为了满足DVB-H的商业需求，完全的DVB-H系统定义为物理层、链路层和业务信息的组合，其中为了增加电池的使用时间，必须降低功耗。因此，DVB-H的节目分配在链路层采用了上述的时分复用(TDM)技术，在DVB-H中称为时间片(Time-Slicing)，把多媒体信息以高码率(12Mbs左右)的突发形式传送电视广播数据，在两个突发之间，不传输本业务码流数据，这使得接收机只在接收所请求的业务突发时才保持激活状态。

为了告知接收端下一个突发的时间，，在当前突发中说明到下一个突发开始的时间。在两个突发之间，没有传输码流数据，此时可以传输其它的节目码流。时间片使得接收端只在接收到请求的业务突发时，才开始工作。注意，发射机一直在工作(即TS传送流的传输没有中断)，如图4所示。

图5描述了DVB-H系统的概念性结构，包括DVB-H调制/解调器和DVB-H终端，其中有时间片和MPE-FEC、4K等模块。

在欧洲DVB-T系统中，同步时间为250ms，突发长度要和同步时间有可比拟性，不能远小于系统同步时间，否则同步时间占的开销就太大了。因此，根据欧洲地面数字电视广播标准DVB-T的特性，DVB-H的突发长度选为200ms，并且突发带宽为15Mbps，空闲时间为4s，突发大小为2Mb。欧洲DVB-H需要有一个2Mb的缓存器，以平滑突发码流为恒定码率的输出。由此带来的问题是系统的传输延时增大，而且2Mb容量的存储器会显著地增加手持设备的成本。

另外，从通信角度看，传输的信息单位越小，开展业务越灵活。在DVB-H系统中，突发长度最小为200ms，每个突发传输的数据量为2Mbits，不利于传输小的信息和即时信息，例如短消息、寻呼、告警等。

特别需要说明的的是，DVB-H中的时间片技术必须在链路层实现，没有在任何地方涉及到DVB-T物理层。并且，DVB-H选择了在已有的多协议封装(Multi-ProtocolEncapsulation，MPE)上传输IP包数据，在链路层的MPE上实施时间片。DVB-H的时间片技术一定程度上增加了节目分配的灵活性，到达了省电的目的，但只是在时间域中实现的。

总结以上所述，现有的三个地面数字电视广播国际标准，这三个DTTB系统，都是针对传统的连续码流传输而设计的，无法满足多个多媒体节目所要求的传输快速和可靠、节目分配灵活和高效、省电和保密等要求。

发明内容

本发明根据时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)多载波调制采用的与自然时间同步的分层帧结构特性，针对多媒体信息传输的需求，提出了一种二维的时间-频率矩阵(Time-Frequency Matrix，TFM)信道动态分配方法。

本方明的特征在于：

多媒体信息传输中时频矩阵二维信道动态分配方法，其特征在于：它是在TDS-OFDM即时域同步正交频分复用系统中传输多媒体信息的条件下，根据与自然时间同步的分层帧结构特性而提出的在物理层利用二维时间频率矩阵，即TFM，来随机地动态分配信道的方法，它是在发射端，当对输入码流依次进行信道纠错编码、调制符号映射、IDFT变换后，通过利用现场可编程门阵列即FPGA对IDFT的输出码流依次进行如下处理而实现的：

第1步：

用一个下述的二维的时间-频率矩阵来描述多用户广播信道的多媒体信息的分配图案：

$\mathrm{TFM}={\left[\begin{array}{ccccc}{\mathrm{SC}}_{\mathrm{0,0}}& {\mathrm{SC}}_{\mathrm{0,1}}& \…& {\mathrm{SC}}_{0,N-2}& {\mathrm{SC}}_{0,N-1}\\ {\mathrm{SC}}_{\mathrm{1,0}}& {\mathrm{SC}}_{\mathrm{1,1}}& \…& {\mathrm{SC}}_{1,N-2}& {\mathrm{SC}}_{1,N-1}\\ \·& \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·& \·\\ {\mathrm{SC}}_{M-\mathrm{2,0}}& {\mathrm{SC}}_{M-\mathrm{2,1}}& \…& {\mathrm{SC}}_{M-2,N-2}& {\mathrm{SC}}_{M-2,N-1}\\ {\mathrm{SC}}_{M-\mathrm{1,0}}& {\mathrm{SC}}_{M-\mathrm{1,1}}& \…& {\mathrm{SC}}_{M-1,N-2}& {\mathrm{SC}}_{M-1,N-1}\end{array}\right]}_{M\×N}$

其中TFM矩阵中的元素SC_m×n表示TDS-OFDM中第m个信号帧中的第n个OFDM子载波；

在TFM矩阵中，水平方向代表频率矢量，用符号

表示，矢量 中的元素代表了某个多媒体节目在OFDM子载波上的位置；垂直方向代表时间矢量，用符号

表示，矢量中的元素代表某个多媒体节目在帧群中信号帧的索引；从而用TFM矩阵中元素的赋值表示一个多媒体节目在TDS-OFDM物理传输信道的分配；

当传输p个节目时，用一个由每个节目的时间-频率矩阵构成的三维矩阵来表示该要传输的p个节目，所述三维矩阵用一个节目矢量表示，用符号

或TFM_p代表：

    TFM_p＝[TF₁，TF₂，…TF_m，…，TF_p]

其中的TF_m表示第m个节目在时频二维矩阵TFM中信道分配信息；

第2步：

依据步骤1所述的TFM矩阵定义的多用户广播信道分配方案，把从上述IDFT输入的多媒体节目码流分配到TFM矩阵的相应位置，用1表示该元素所代表的子载波传输该节目数据，用0表示此子载波不传输该节目数据，接收机处于空闲状态，关闭相应的部分接收电路，但发射机此时继续发送其他的电视节目；

第3步：

用前向纠错码分别对每个用户的广播信息进行保护处理，前向纠错码后的数据经过调制作符号星座映射；

第4步：

把多用户的数据在频域进行复接，形成长度在事先确定的数据块，然后采用IDFT即离散傅里叶变换把所形成的频域数据块变换成为相应长度的时域离散样值帧体，得到OFDM多载波基带调制信号，构成TDS-OFDM信号帧的帧体；

第5步：

按TDS-OFDM的信道帧结构，在OFDM保护间隔内插入一定长度的PN序列作为帧头，把帧头和帧体组成信号帧；

第6步：

在TDS-OFDM帧群的帧群头中插入TFM矩阵信息；

第7步：

把帧群进一步组成超帧和日帧，构成一个符合TDS-OFDM传输帧结构的完整信号；

发射端最后把步骤7形成的完整的TDS-OFDM信号进行成形滤波处理，再经过频率上变换和功放，在预定的频道带宽中发射出去。

根据上述的TDS-OFDM系统中时频矩阵二维信道动态分配方法，其具体特征在于：所述TFM矩阵是稀疏矩阵。

根据上述的TDS-OFDM系统中时频矩阵二维信道动态分配方法，其具体特征在于：所述TFM矩阵用压缩方法传输。

根据上述的TDS-OFDM系统中时频矩阵二维信道动态分配方法，其具体特征在于：所述TFM矩阵中元素排列图案是随机的。

根据上述的TDS-OFDM系统中时频矩阵二维信道动态分配方法，其具体特征在于：所述TFM矩阵中元素排列图案是有固定规则的。

本发明根据清华所发明的TDS-OFDM与自然时间同步的多层信道帧结构，提出了一种在TDS-OFDM物理层利用二维时间-频率矩阵(TFM)来随机地动态分配信道的方法，满足了传输多个多媒体节目的需求。由于TFM矩阵具有稀疏性，体现突发传输特性，通过在节目突发之间关闭部分电路，从而到达省电效果；由于TFM矩阵的跳频、随机和不连续特性，表征了时频二维联合交织，增强了抵抗突发误码的能力，同时增加了保密性；由于TFM矩阵可以事先定义，在专门的信令信道(控制帧)内传送，实现节目的灵活分配；由于TFM中每个元素所代表的突发间隔很短，所能到达的功耗降低的性能满足实际需求，所需存储器大小和突发包的长度远远小于现有的其它数字电视传输系统，使得接收机的实现成本和信号延迟大大降低，同时利于短信息和即时信息的传送，而且与现在的TDS-OFDM系统保持兼容。

附图说明

图1为ATSC帧结构。

图2为DVB-T帧结构。

图3为DVB-T导频信号。

图4为欧洲DVB-H中节目的分配方法。

图5为DVB-H系统的概念性结构。

图6为TDS-OFDM与自然时间同步的分级帧结构。

图7为采用本发明的一个多媒体节目的物理信道分配图案的举例。

图8为三维TFM示意图。

图9为采用本发明所述方法的地面数字电视广播发射系统信号处理流程框图。

图10为采用本发明所述方法的地面数字电视广播接收系统信号处理流程框图。

具体实施方式

本发明提供了一种时频矩阵(Time-Frequency Matrix，TFM)二维信道动态分配方法，在时域同步正交频分复用，即TDS-OFDM，系统中采用二维的时域-频域信道分配方法，以满足多媒体节目的灵活、高效、低功耗和即时等需求。

下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

我国自1994年起，也开始了高清晰度电视的研究工作。并于1998年研制成功了中国第一代高清晰度电视功能样机。由广播电视主管单位、国家广电总局组织了我国的专家对数字电视及数字高清晰度电视标准进行了制定，清华大学地面数字多媒体广播(Digital MultimediaBroadcasting for Terrestrial，DMB-T)传输协议是测试方案之一。

清华DMB-T中采用的时域同步正交频分复用(Time Domain Synchronous OFDM，TDS-OFDM)调制属多载波技术，但与欧洲的COFDM不同，在TDS-OFDM中没有插入频域导频信号，而是插入了PN序列，在时域进行帧同步、频率同步、定时同步、信道传输特性估计和跟踪相位噪声等。系统使用更加优化的前向纠错编码FEC来抵抗突发误码，例如里德-索罗门(Reed-Solomon，RS)或Turbo码、卷积码以及它们的级联等。

关于DMB-T、TDS-OFDM的相关情况详见授权号为00123597.4名为“地面数字多媒体电视广播系统”、授权号为01115520.5名为“时域同步正交频分复用调制方法”，以及授权号为01124144.6名为“正交频分复用调制系统中保护间隔的填充方法”等清华大学申请的中国发明专利。

为了实现快速和稳定的同步，DMB-T传输系统采用了与自然时间同步的分级帧结构。它具有周期性，并且可以和自然时间同步。帧结构的基本单元称为信号帧，如图6所示。DMB-T传输系统的帧群是由一个控制帧和随后的225个信号帧构成。每个帧群的持续时间为125ms。帧群中的第一个信号帧被定义为帧群头(控制帧)，用于传输控制该帧群的信令。帧群中的每一个信号帧有唯一的帧号，它被编码在帧头的PN序列中。每个帧群由一个9bit的帧群号标识。帧群号被编码在信号帧的传输参数信令(TPS)中。TPS在帧群中每个信号帧中重复，只在新的帧群开始时才能改变。DMB-T传输系统的超帧包含480个帧群。超帧中的每个帧群由其帧群号唯一识别。超帧的第一个帧群编号为O，最后一个帧群编号为479。每个超帧的持续时间为60s。DMB-T传输系统的日帧是由1440个超帧组成，并以一个自然日为周期进行周期性重复。在北京时间0:0:0AM或其它选定的参考时间，DMB-T传输系统的帧结构被复位并开始一个新的日帧。每个日帧的最后一个超帧是不完整的。

这样一种与自然时间同步的分层帧结构，信号帧和帧群是唯一可寻址的，并且可以在物理层为单频网提供与TS流对应的秒同步时钟，便于单频组网；也可以与按日历日为周期的广播节目表相配合，便于进行定时接收；也有利于未来系统的功能扩展，如双向交互和定位功能等。对于手持便携接收机，利于省电控制，这是一个重要的特性。

DMB-T传输系统的信号帧使用时域同步的正交频分复用调制，或者称为以PN序列为保护间隔的正交频分复用调制。一个信号帧由帧同步和帧体两部分组成，它们具有相同的基带符号率7.56MS/s(1/T)。考虑到信道的时间选择性(多普勒分布约为100Hz)，每个信号帧的长度定义为＜600μs。一个信号帧可以作为一个正交频分复用(OFDM)块。一个OFDM块进一步分成一个保护间隔和一个离散傅里叶逆变换(IDFT)块。对于TDS-OFDM来说，帧同步序列作为OFDM的保护间隔，而帧体作为IDFT块，信号帧的帧体采用多载波调制方式，帧体的频率域子载波数为3780，相邻子载波的间隔为2 kHz，每个子载波符号采用64QAM星座图。在TDS-OFDM中，帧体的长度为固定的500us，而保护间隔有1/4和1/9两种模式，即保护间隔长度分别为帧体长度的1/4(625us)或1/9(555.6us)。

信号帧中的帧同步由前同步、8阶PN序列和后同步三部分构成。PN前同步和后同步定义为PN序列的循环扩展，8阶PN序列定义为特征多项式x⁸+x⁶+x⁵+x+1的m序列，其初始条件将确定所生成的m序列的相位。每个信号帧的帧号决定其m序列的初始条件。信号帧群中的每个信号帧，分配有唯一的帧同步信号，以作为信号帧的识别特征。

TDS-OFDM的另外一种解释是PN序列与IDFT块的正交时分复用。由于PN序列对于接收端来说是已知序列，PN序列和IDFT块在接收端是可以被分开的。

PN序列除了作为OFDM块的保护间隔以外，在接收端还可以被用做信号帧的帧同步、载波恢复与自动频率跟踪、符号时钟恢复、信道估计等用途。

TDS-OFDM是靠PN序列进行同步的，仅在时域进行，理论上TDS-OFDM系统的同步捕获约为1ms左右，相当于相邻PN序列的时间间隔。在国家有关部门组织的国家数字地面数字电视广播实验室和场地测试中，TDS-OFDM的同步时间为2ms。而欧洲DVB-T的同步技术实现复杂，同步时间约为250ms左右。

如前所述，对于这样一种与自然时间同步的TDS-OFDM分层帧结构，信号帧和帧群是可寻址的，体现了TDS-OFDM的时间特征，而信号帧中3780个子载波的每一个也是唯一的，并且是可寻址的，这体现了TDS-OFDM的频率特征。由于采用了PN序列的时域同步技术，能够实现的快速同步，使得系统能够很快地寻址到所需要的子载波、信号帧和帧群位置。

基于TDS-OFDM与自然时间同步的分层帧结构体现出来的时间和频率特征，并且系统能够快速寻址到子载波、信号帧和帧群，可以把多个多媒体节目分散地分配在不同信号帧、不同子载波上传输，我们可以用矩阵来描述这种分配位置，即可以把分配某个多媒体节目的子载波、信号帧或帧群构成一个二维的时间-频率矩阵(TFM)：

$\mathrm{TFM}={\left[\begin{array}{ccccc}{\mathrm{SC}}_{\mathrm{0,0}}& {\mathrm{SC}}_{\mathrm{0,1}}& \…& {\mathrm{SC}}_{0,N-2}& {\mathrm{SC}}_{0,N-1}\\ {\mathrm{SC}}_{\mathrm{1,0}}& {\mathrm{SC}}_{\mathrm{1,1}}& \…& {\mathrm{SC}}_{1,N-2}& {\mathrm{SC}}_{1,N-1}\\ \·& \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·& \·\\ {\mathrm{SC}}_{M-\mathrm{2,0}}& {\mathrm{SC}}_{M-\mathrm{2,1}}& \…& {\mathrm{SC}}_{M-2,N-2}& {\mathrm{SC}}_{M-2,N-1}\\ {\mathrm{SC}}_{M-\mathrm{1,0}}& {\mathrm{SC}}_{M-\mathrm{1,1}}& \…& {\mathrm{SC}}_{M-1,N-2}& {\mathrm{SC}}_{M-1,N-1}\end{array}\right]}_{M\×N}$

其中TFM矩阵中的元素SC_m×n表示TDS-OFDM中第m个信号帧中的第n个OFDM子载波(Sub-Carrier)。

在TFM矩阵中，水平方向代表频率矢量(Frequency Vector)，用符号 表示，在本

实施例中矢量

的长度N选为TDS-OFDM的子载波数3780，矢量

中的元素代表了某个多媒体节目在OFDM子载波上的位置；TFM矩阵中垂直方向代表时间矢量(TimeVector)，用符号

表示，在本实施例中矢量

的长度M选为TDS-OFDM一个帧群中信号帧的数目224，当然也可以选择其它数值，矢量 中的元素代表某个多媒体节目在帧群中信号帧的索引。

在本发明中，我们用TFM矩阵中元素的赋值表示一个多媒体节目在TDS-OFDM物理传输信道的分配，并且这个分配可以根据应用需求、节目内容、紧迫性和重要性等因素做动态修改。

本发明利用时分复用(TDM)技术在时频二维域中以突发时隙形式传输数据，从而达到省电、加密、可靠和灵活等目的。为了实现数据的突发传输，在TDS-OFDM信道帧结构的基础上，一个多媒体节目的物理信道分配图案举例如图7所示。

图7也可以用矩阵TFM表示，图7中的灰色竖条表示矩阵TFM中相应位置的元素为1，此子载波传输该节目数据；白色竖条代表0，则此子载波不传输该节目数据，接收机处于空闲状态，就可以关闭部分接收电路，但发射机此时可以继续发送其它的电视节目。用时域矩阵(TFM)表示上述信道分配为：

$\mathrm{TFM}={\left[\begin{array}{ccccccccccccccccccccccccccccccc}0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& \…\\ 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 1\\ 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·& \·\\ 0& 0& 0& 1& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 1& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right]}_{M\×N}$

在频率矢量

中的信道分配图案可以是原先排列的、固定的有规律，或者随机产生的分配。

在时间矢量

之间的信道分配图案可以是相同的，或某种规律，或随机的。

当传输p个节目时，可以进一步由每个节目的时间-频率矩阵(TFM)构成一个三维矩阵，如图8所示，该三维矩阵可以用一个节目矢量(Program Vector)表示，用符号

或TFM_p

表示：

TFM_p＝[TF₁，TF₂，…TF_m，…，TF_p]

其中的TF_m表示了节目m在时频二维矩阵TFM中信道分配信息。

一般情况下，本发明的TFM矩阵是一个稀疏矩阵。设矩阵TFM_M×N中有s个非零元素，若s远远小于矩阵元素的总数(即s＜＜M×N)，则称TFM为稀疏矩阵。

当传输节目数量很多时，TFM_p矩阵的数据量就会变得很大，那么如何有效地压缩这个稀疏的TFM_p矩阵呢？对于稀疏矩阵，一般按照某个算法只存贮其非零元素。由于非零元素的分布一般是没有规律的，因此在存储非零元素的同时，还必须存储非零元素所在的行号、列号，才能迅速确定一个非零元素是矩阵中的哪一个元素，即其中每一个非零元素所在的行号、列号和数值组成一个三元组(m，n，V)，并由此三元组惟一确定。稀疏矩阵常用的压缩方法有两种：顺序存储和链式存储，可参考相关的资料。当然，也可以进一步研究更有效的稀疏矩阵压缩算法。

由上述可知，TFM_p携带了节目在信道中的动态分配信息，那么如何告知接收机这个TFM_p信息？在TDS-OFDM帧群中，第1个信号帧是控制帧(帧群头)，上述的压缩的或未压缩的TFM_p矩阵信息可以在控制帧中携带，并传送给接收机，接收机就可以根据收到的TFMp矩阵信息来处理用户所需要的节目。

一个采用本发明所述方法的地面数字电视广播发射系统原理性组成框图如图9所示。在本实施例发送端中，信号处理的步骤如下：

(1)按照某种规则产生信道分配图案，得到一个二维的时域-频域矩阵TFM多用户广播信道；

(2)依照上述的TFM矩阵定义的多用户广播信道分配图案，把输入的视频、音频、图形、文本、数据等多媒体节目码流分配到二维的时域-频域矩阵的相应位置；

(3)为了抵抗传输过程中产生的误码，对每个用户的广播信息采用了前向纠错码(LDPC码或者RS码和串行级联系统卷积码作为内外纠错码)分别进行保护，前向纠错码后的数据经过调制的符号星座映射后。

(4)将多用户的数据在频域进行复接，形成确定长度的数据块，(例如，采用长度为3780的数据块)，然后采用离散傅立叶反变换(IDFT)将所形成的频域数据块变换成为相应长度的时域离散样值帧体，得到OFDM多载波基带调制信号，构成TDS-OFDM信号帧的帧体；

(5)按时域同步正交频分复用，即TDS-OFDM，的信道帧结构，在OFDM保护间隔内插入一定长度的PN序列作为帧头，将帧头和帧体组成信号帧；

(6)在TDS-OFDM帧群的帧群头(帧群控制帧)中插入TFM矩阵信息，用于传递节目的信道分配信息；

(7)把帧群进一步组成超帧和日帧，构成一个符合TDS-OFDM传输帧结构的完整信号；

(8)将上述完整的TDS-OFDM信号进行成形滤波处理，然后经过频率上变换和功放，在预定的频道带宽中发射出去。

一个采用本发明所述方法的地面数字电视广播接收系统原理性组成框图如图10所示，主要包括以下一些部分：

(1)模拟前端

模拟前端即高频调谐器，它将接收的RF信号放大，完成频道选择，并将选择的信号从RF频段变换到一个固定的中频IF1(36.25Mhz)。控制高频头自动增益控制AGC的电压是由中频部分提供的。频道选择通过改变PLL的分频系数来实现。IF1信号经过8MHz带宽滤波器滤波。在中频单元中的一个本振将IF1变换到小中频IF2(4.5MHz)，此时的信号为一个靠近基带的带通信号。

(2)AD变换和希尔伯特滤波器

经过模拟前端后，模拟信号经过滤波经四倍采样R_s(即30.40MHz)成为数字小中频信号，AD变换器的取样时钟没有经过锁相，是自由振荡的。因此，数字小中频信号要经过后面的载波恢复处理模块后才能得到精确的载波频率。数字小中频信号经过希尔伯特滤波器(Hilbert Filter)后变为复数信号，即被解复用成两路数据：I路(同相分量)和Q路(正交分量)。

(3)载波恢复和下变频

接收机振荡器的频率不可能很稳定，所以总会存在一个定量的频率偏移，数字定时和其他同步算法只有在小频差的情况下才能正常，所以进行载波恢复是必要的。接收机加电时要有一个范围较大的粗频率估计，之后需要更高精度的频率估计AFC使频率误差降低到1Hz以下。对载波频率偏移进行校正是通过将时域的采样数据乘上 (一个带有递增相位的复指数，其中相位增加量为 变量k为数据序号，

为以T_s归一化的频偏估计值)。

得到恢复的载波信号后，数字小中频信号通过乘法器实现下变频，得到数字基带信号。

(4)时钟恢复

TDS-OFDM时钟恢复包括PN码捕获(Code Acquisition，CA)和符号定时恢复(Symbol Timing Recovery，STR)两部分。开始时，接收机不知道所接收信号帧中PN码的相位，通过码捕获获得此相位，从而PN序列成为已知信号，可用于其他同步模块。码捕获算法是将接收信号和本地产生的PN序列滑动相关，因为本地产生的PN序列与接收的PN序列仅是有一个时间偏移，所以相关结果中将出现很强的峰值。

码捕获后，定时误差仅在±T_s/2范围内，我们需要更精确的定时同步，STR对残余定时误差ε₀进行估计，得到估计值

通过线性插值，将采样信号{r_f(kT_s)}转换成与发送符号率1/T一致的同步数据。同时由于采样时钟有漂移，STR采用二阶反馈环路来控制误差信号，完成对采样时钟的跟踪。

同时，PN码捕获后，就可以从数字基带流中把PN码(帧头)部分和数据部分(帧体)分离开来，然后送给不同的处理模块。

(5)DFT

在接收机端，假定正确的定时同步，通过将N个校正后的时域复采样点进行DFT完成OFDM的解调。

(6)信道估计和均衡

接收机信道估计(Channel Estimation)部分主要为每一个OFDM块提供信道响应的估计，以便校正每一个接收到的数据采样(相干检测)。完成频率估计后，信号还残留了一个固定相位误差，信道估计中也包含了该误差。得到信道估计后，信道均衡部分在频域通过简单的除法运算实现信道均衡(Channel Equalization)。

(7)相位噪声去除

使用基于传输参数信令(Transmission Parameter Signals，TPS)的去除相位噪声(PhaseNoise Correction)方法，它从DFT后的TPS信号获得相位噪声的频域基带信号，然后经过IDFT将获得的频域信号转化为时域相位噪声估计，接着使用得到时域相位噪声估计对DFT以前的数据进行相位补偿。

(8)帧群中控制帧的捕获和分析

在TDS-OFDM系统的传输帧结构的帧群中，包含着一个帧群头(控制帧)，接收机从控制帧中可以获得发送端所规定的TFM矩阵的信息，从而得到一个节目在信道中时域-频域的分配信息，得到信号帧帧号和OFDM子载波位置等系统参数，这些参数可以每帧群/或多个帧群检测一次。由这些参数可以获得业务(节目)的构成，根据用户选择的业务在传输帧所处的位置，给出一个激活/休眠状态指示信号，去激活信道解调和纠错等部分的工作，接收突发码流，存到缓存器中。而两个突发之间，则停止工作，节省功耗，同时从缓存器中读出数据送给信源解码和显示等。

因此，从图10看出，采用本发明的实施例接收端的信号处理顺序如下：

一个高频模拟信号经过调谐器和AD变换后成为数字信号，通过希尔伯特滤波器后变分解为I路(同相分量)和Q路(正交分量)数据信号。

IQ信号分为两路：一路送给AGC控制模块，在AGC中IQ信号和后面捕获的帧同步PN序列一起产生一个AGC控制电压，去控制高频调谐器的放大增益；另一路IQ信号送给下变频器，与恢复的本地载波相乘，然后经过样值内插和SRRC低通滤波器后得到数字基带信号。

一路数字基带信号经过频率估计后的到AFC信号用于控制载波恢复，得到一个相对精确的本地载波用于上述的下变频器；另一路数字基带信号经过PN码捕获模块后使得接收机获得接收的信号帧中PN码，PN码捕获后，经过时钟恢复模块得到更精确的定时同步，用于上述的样值内插处理，同时PN码捕获后，就可以把接收的信号帧分解成为PN码(帧头)和DFT数据信号(帧体)两部分。

PN信号部分送给信道估计模块，得到每一个OFDM块的信道响应估计，然后对相位校正后的数据进行信道均衡处理，以便校正每一个接收到的数据采样(相干检测)，然后均衡后的数据再反馈给信道估计，以便下一帧信道估计更精确。同时，PN信号部分还送给上述的AGC控制电路。

数据部分经过帧群头(帧群控制帧)捕获电路后，获得帧群头，经过分析帧群头，得到发送端规定的TFM矩阵参数，如矩阵大小M×N、节目(业务)数量、纠错方式、节目长度、有无加密等，从而获得用户所需的节目数据，以及给出电路激活/休眠状态指示信号。

电路激活/休眠状态指示信号送给调制和纠错解码等电路，控制这些电路的工作与否，到达省电目的。同时，此信号还送给数据缓存器，指示缓存器的读写工作。

帧片数据部分经过相位噪声校正模块，相位校正后的数据经过DFT变换和上述的信道估计和均衡后，送给前向纠错编码FEC模块，把FEC解码后的存到缓存器中，把从缓存器中读出数据送给信源解码，最终恢复发送序列。

采用本发明的时频矩阵TFM二维信道动态分配方法的系统具有明显的性能优势：

(1)TFM矩阵的稀疏性，降低了接收设备的功耗，利于短消息和即时消息的传送。

一个节目(业务)输入以后，首先按着TFM矩阵所示的信道分配图案把节目许多突发，分散到帧群中不同信号帧的不同的OFDM子载波上。对一个节目来讲，这体现了信息的时分复用和频分复用突发传输模式，接收设备只有在接收所请求的节目(业务)时才激活信道解调和纠错等部分，进行工作，接收突发码流，存到缓存器中，而两个突发之间，设备停止上述电路的工作，节省功耗，同时从缓存器中读出数据送给信源解码和显示等。为了获得适当的节能效果，突发带宽(码率)应该是恒定带宽(码率)的一定倍数。例如，只要突发码率是恒定码率的2倍，那么就可以节约50％的能量。

由于TFM矩阵是一个稀疏矩阵，利用TDS-OFDM系统信号帧短、同步快的特点，本发明所提方法的突发长度较短，空闲时间长，需要的缓存器容量小，实现成本低，并且利于短信息的传送，提高短信息的传输效率。同时，节目(业务)延迟小，便于即使信息的传输。因此，采用本发明后，能够显著降低接收设备的功耗，并且利于短消息和即时消息的传送。

(2)TFM矩阵的随机性和不连续性，增强系统的保密性，抵抗突发误码和多径干扰。

TFM矩阵的随机性和不连续性表现为信道动态分配图案在时域信号帧和频域子载波内按某种图案(序列)进行时分复用和频分复用。

如果没有其它特殊要求，一般希望TFM矩阵图案呈现随机性。TFM矩阵图案本身的随机性越好，抗干扰能力也越强，要求参加复用的每个节目出现的概率最好相同；TFM矩阵图案的密钥量要大，要求图案的数目要足够多，抗破译的能力强。因此，TFM矩阵抗干扰噪声和保密特性主要是依赖于伪随机序列的性质。

常用的伪随机序列有m序列、M序列和R-S序列。m序列叫作最大长度线性移位寄存器序列。m序列的优点是容易产生，自相关特性好，且是伪随机的。但是可供使用的图案少，互相关特性不理想，又因它采用的是线性反馈逻辑，就容易被敌人破译码的序列，即保密性、抗截获性差。M序列是非线性序列，可用的图案很多，图案的密钥量也大，并有较好的自相关和互相关特性，所以它是较理想的跳频指令码。其缺点是硬件产生时设备较复杂。R-S序列的硬件产生比较简单，可以产生大量的可用图案，较适于作TFM矩阵图案的生成序列。

在本发明中，TFM矩阵技术可以提高抗衰落、抗干扰能力。TFM矩阵的随机性对于静态或慢速移动的移动接收具有很好的抗衰落效果，而对于快速移动的移动接收由于同一信道的两个连接的突发脉冲序列其位置差已足以使它们与瑞利变化不相关，按着TFM矩阵分配时时间和频率在不停的变化，频率的干扰是瞬时的，这就是TFM矩阵具有一定的时间和频率分集效果，提高了系统抵抗脉冲和多径干扰的能力。

(3)灵活性

由上述可知，一个节目在TDS-OFDM中的信道分配是由TFM_p矩阵决定的，并且TFMp矩阵由帧群控制帧携带给接收机。而TFMp矩阵的图案由运营商根据节目内容、紧迫性、重要性、流量大小、接收复杂性等因素决定，从而具有很大的灵活性，适应不同的应用需求。

(4)兼容性

因为在原有的DMB-T电视广播业务中，码流是连续的，主要利用了TDS-OFDM信道帧结构的信号帧这一层。本发明利用时分复用和频分复用技术的TFM矩阵是在物理层实现的，与TDS-OFDM传输帧结构紧密结合。因此，本发明提出的方法能够与现有的DMB-T系统保持兼容。

已经用现场可编程器件(FPGA)实现了采用本实施例所述方法的功能样机。

上面结合附图对本发明的具体实施例进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施例，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可作出各种修改或改型。

Claims (5)

1、多媒体信息传输中时频矩阵二维信道动态分配方法，其特征在于：它是在TDS-OFDM即时域同步正交频分复用系统中传输多媒体信息的条件下，根据与自然时间同步的分层帧结构特性而提出的在物理层利用二维时间频率矩阵，即TFM，来随机地动态分配信道的方法，它是在发射端，当对输入码流依次进行信道纠错编码、调制符号映射、IDFT变换后，通过利用现场可编程门阵列即FPGA对IDFT的输出码流依次进行如下处理而实现的：

第1步：

用一个下述的二维的时间一频率矩阵来描述多用户广播信道的多媒体信息的分配图案：

$\mathrm{TFM}={\left[\begin{array}{ccccccc}{\mathrm{SC}}_{\mathrm{0,0}}& {\mathrm{SC}}_{\mathrm{0,1}}& \·& \·& \·& {\mathrm{SC}}_{0,N-2}& {\mathrm{SC}}_{0,N-1}\\ {\mathrm{SC}}_{\mathrm{1,0}}& {\mathrm{SC}}_{\mathrm{1,1}}& \·& \·& \·& {\mathrm{SC}}_{1,N-2}& {\mathrm{SC}}_{1,N-1}\\ \·& \·& & \·& & \·& \·\\ \·& \·& & \·& & \·& \·\\ \·& \·& & \·& & \·& \·\\ {\mathrm{SC}}_{M-\mathrm{2,0}}& {\mathrm{SC}}_{M-\mathrm{2,1}}& \·& \·& \·& {\mathrm{SC}}_{M-2,N-2}& {\mathrm{SC}}_{M-2,N-1}\\ {\mathrm{SC}}_{M-\mathrm{1,0}}& {\mathrm{SC}}_{M-\mathrm{1,1}}& \·& \·& \·& {\mathrm{SC}}_{M-1,N-2}& {\mathrm{SC}}_{M-1,N-1}\end{array}\right]}_{M\×N}$

其中TFM矩阵中的元素SC_m×n表示TDS-OFDM中第m个信号帧中的第n个OFDM子载波；

在TFM矩阵中，水平方向代表频率矢量，用符号

表示，矢量 中的元素代表了某个多媒体节目在OFDM子载波上的位置；垂直方向代表时间矢量，用符号

表示，矢量 中的元素代表某个多媒体节目在帧群中信号帧的索引；从而用TFM矩阵中元素的赋值表示一个多媒体节目在TDS-OFDM物理传输信道的分配；

当传输p个节目时，用一个由每个节目的时间-频率矩阵构成的三维矩阵来表示该要传输的p个节目，所述三维矩阵用一个节目矢量表示，用符号 或TFM_p代表：

TFM_p＝[TF₁，TF₂，…TF_m，…，TF_p]

其中的TF_m表示第m个节目在时频二维矩阵TFM中信道分配信息；

第2步：

依据步骤1所述的TFM矩阵定义的多用户广播信道分配方案，把从上述IDFT输入的多媒体节目码流分配到TFM矩阵的相应位置，用1表示该元素所代表的子载波传输该节目数据，用0表示此子载波不传输该节目数据，接收机处于空闲状态，关闭相应的部分接收电路，但发射机此时继续发送其他的电视节目；

第3步：

用前向纠错码分别对每个用户的广播信息进行保护处理，前向纠错码后的数据经过调制作符号星座映射；

第4步：

把多用户的数据在频域进行复接，形成长度在事先确定的数据块，然后采用IDFT即离散傅里叶变换把所形成的频域数据块变换成为相应长度的时域离散样值帧体，得到OFDM多载波基带调制信号，构成TDS-OFDM信号帧的帧体；

第5步：

按TDS-OFDM的信道帧结构，在OFDM保护间隔内插入一定长度的PN序列作

为帧头，把帧头和帧体组成信号帧；

第6步：

在TDS-OFDM帧群的帧群头中插入TFM矩阵信息；

第7步：

把帧群进一步组成超帧和日帧，构成一个符合TDS-OFDM传输帧结构的完整信号；

发射端最后把步骤7形成的完整的TDS-OFDM信号进行成形滤波处理，再经过频率上变换和功放，在预定的频道带宽中发射出去。

2.根据权利要求1所述的TDS-OFDM系统中时频矩阵二维信道动态分配方法，其具体特征在于：所述TFM矩阵是稀疏矩阵。

3.根据权利要求1所述的TDS-OFDM系统中时频矩阵二维信道动态分配方法，其具体特征在于：所述TFM矩阵用压缩方法传输。

4.根据权利要求1所述的TDS-OFDM系统中时频矩阵二维信道动态分配方法，其具体特征在于：所述TFM矩阵中元素排列图案是随机的。

5.根据权利要求1所述的TDS-OFDM系统中时频矩阵二维信道动态分配方法，其具体特征在于：所述TFM矩阵中元素排列图案是有固定规则的。

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