CN1604646B - 降低手持移动多媒体电视广播设备功耗的方法 - Google Patents

Abstract

降低手持移动多媒体电视广播设备功耗的方法，属于数字信息传输技术领域。步骤包括：一定数量的TDS-OFDM信号帧组成帧片，一个低码率的节目输入以后，按着帧片大小分成许多突发，分散到不同的帧群中帧片上，最后构成一个符合TDS-OFDM信道帧结构的完整的信号，然后以高码率发射出去。本发明降低功耗的性能满足系统和实际需求，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，实现成本低和系统延迟小，利于短信息和即时信息的传送，而且与现在的DMB-T系统保持兼容。

Description

降低手持移动多媒体电视广播设备功耗的方法

技术领域

本发明属于数字信息传输技术领域，特别涉及地面数字多媒体电视广播(Terrestral DigitalMultimedia/TV Broadcasting，DMB-T)与移动通信结合后的手持移动多媒体电视广播设备中降低功耗的方法。

背景技术

随着世界各国地面数字电视广播的开播，以及移动通信的快速发展，人们希望在任何地方、任何时间通过一种“手持移动多媒体电视广播设备”选择数字电视频道，收看或收听最新的新闻、歌曲或其它视频节目等，从而使地面电视广播从传统的面向“固定、家庭接收”，转向更为广阔的“移动、个体接收”，提供一种新的移动多媒体娱乐方式。

几十年来全世界的观众主要是通过模拟广播电视来获得娱乐节目和信息，但是在近十几年里，数字化为广播电视提供了更加美好的前景。地面数字电视广播在8MHz频带内能够传输很高的码率，并且具有丰富的无线频谱资源，从商业角度看非常有吸引力。由于地面数字电视采用广播方式，在覆盖区里用户的数量对系统性能没有影响，而对于突发事件引发的信息暴增，也不会产生网络堵塞。此外，数字多媒体信息具有明显的非对称性。所以，在向为数众多的用户传送数字多媒体信息时，相对于双向的点对点对称网络，比如目前的窄带移动通信网，采用地面数字电视广播更可靠、更经济，并且更符合多媒体视频业务的非对称特性。

与此同时，蜂窝移动通信的高速发展，大大提高了人们生活空间的移动性，同时培育了一个庞大的用户群。在这个移动的世界里，用户迫切希望他们无论何时、身处何方都能接收到电视节目和其它媒体。因此，导致了全世界范围内移动多媒体业务需求的日益高涨。但是，在目前的2G或将来的3G移动通信中，要实现完全的点对点视频通信还存在很大的困难，有一段很长的路要走。

数字多媒体信息的非对称性、数字内容的发展、广播传送能力的提高、移动用户的不断增长，以及地面数字电视广播和蜂窝移动网络自身对视频业务需求的限制，这些因素为地面数字电视广播网和数字移动通信网的自然结合做好了铺垫，而两者的结合将给消费者带来新的、引人入胜的业务，它不仅扩展了电视广播内容的种类，而且还支持内容的移动接收，为电视广播和移动通信开辟新的广阔市场。地面数字电视广播和移动通信结合系统的基本网络结构如图1所示。

对于手持设备，功耗是一个关键因素，人们希望一次充电最少能维持90分钟运行。根据集成电路技术和工艺的发展预测，对于移动手持终端，地面数字电视广播射频和信道编码部分的功耗估计在2007年将下降到600mW。但是，由于电池容量有限，以及手持设备的散热问题，在移动手持终端中添加任何额外的接收部件，其增加的额外平均功耗应该保持在100mW以下。因此，要把DTTB接收机融入到移动手持终端中，功耗需要下降90％。

在一个通信系统中，一个信道所提供的带宽一般远远大于传送一路信号所需要的带宽。如果一个信道只用于传输一路信号将是极大的浪费，因此，为了充分利用信道带宽，提出了信道分配复用技术。所谓的“复用”就是将许多信号合并为一个可在同一个信道上传输的复合信号的方法，其中按信号所占频率区分的复用称为频分复用(Frequency DivisionMultiplexing，FDM)，而按时间区分的复用称为时分复用(Time Division Multiplexing，TDM)。在TDM中，时间分成许多时隙，不同的用户或业务占据移动的时隙。

在数据通信系统中，数据传输的方式分为连续和突发两种。前者的数据码流不间断的连续传输，占据TDM的所有时隙；而后者是间断的形式传输，一定时隙内传输，另一段时隙内停止传输。

另外，移动手持终端的屏幕一般都比较小，换句话讲，就是手机屏幕不需要显示高清晰度的图像，移动手持终端所支持的业务需要相当低的带宽。对于像MPEG-4、H264等先进压缩技术，移动手持终端所需要的视频流最大比特率一般在几百kbps这个量级上，一个实际的例子是第3代移动通信的视频流为384kbps。

地面数字电视广播(DTTB)传输系统一般能提供10Mbps或更多的带宽，像欧洲DVB-T可以提供12Mbps移动接收，而清华DMB-T的移动接收的码率为24Mbps。

采用于上述的时分复用TDM的概念，能够显著减少DTTB接收机平均功耗。以突发形式传送数据，突发的传输码率高于连续模式下传输同样数据量所需要的码率。那么，接收机只有在接收所需要的突发时隙的信息时，才正常加电工作，其它时隙处于待机(休眠)模式，达到省电的目的。为了获得适当的节能效果，突发带宽应该是恒定带宽的一定倍数。例如，只要突发带宽是恒定带宽的2倍，那么就可以节约50％的能量。

因为是以突发形式传输业务数据，如果要求最后输出的码流为恒定速率，则需要一个缓存器平滑突发数据。因此，突发长度必须小于接收机的可用存储空间，突发长度是指在一个突发中网络层比特的数量。接收端在收到一个突发时会将其放到内存中缓冲，在突发的间隔时间内再做处理。

突发带宽是指传输突发时一个时间片的基本码流所用的近似瞬时的比特率。恒定带宽是指在没有使用时间片时基本码流所需的平均带宽。这两种带宽都包括传送包(188字节)的传输。空闲(休眠)时间是指突发间隔时间。在空闲时间内，相关的基本码流中不传输用户要接收的传送包，此时可以关闭接收机的部分电路，例如射频RF、解调和纠错解码部分，从而达到省电目的。这几个参数的解释如图2所示。

根据突发长度、空闲时间长度等参数，可以计算所能达到的节能效果，解释性的计算公式如下：

$\mathrm{Ps}=(1-\frac{(\mathrm{Bd}+\mathrm{St})\×\mathrm{Cb}\×0.96}{\mathrm{Bs}})\×100\%$

其中，Bd是突发长度(秒)，St为系统的同步时间(秒)，Cb为恒定带宽(bps)，Bs为突发大小(比特)，校正因子0.96补偿由传送包和段头部产生的开销。

早在几年前，欧洲数字视频广播(DVB)就探讨了集成移动通信协议UMTS的可能性，并成立了AD Hoc研究组，主要的目标是与UMTS论坛和3G标准组织3GPP建立紧密联系，确立相互间的研究项目，但该项目在2007年之前不能实现。

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。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。

下面首先介绍欧洲DVB-H是如何利用时分复用TDM和数据突发传送技术达到省电目的的。

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)，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。

图3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。

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。图4描述了DVB-H传输IP数据所希望的协议栈和时间片所处的位置。

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。如果传输码流以350kbps的恒定带宽传输一个电视节目，那么根据前述的公式，功耗可节省93％。

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。

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。

针对地面数字电视广播，清华大学提出了地面数字多媒体电视广播(DigitalMultimediaTV Broadcasting-Terrestrial，DMB-T)方案，它使用电视广播频谱，每个频道的有效净荷的信息传输码率在8MHz的带宽下可高达33Mbps。系统的核心采用了mQAM/QPSK的时域同步正交频分复用(Time Domain Synchronous OFDM，TDS-OFDM)调制技术。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传输系统采用了分级帧结构，如图5所示。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。225/200个信号帧定义为一个帧群，480个帧群定义为一个超帧。帧结构的顶层称为日帧，由超帧组成。

DMB-T传输系统的帧群是由一个控制帧和随后的224/199个信号帧构成，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。每个帧群的持续时间为125毫秒，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。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。每个超帧的持续时间为1分钟。DMB-T传输系统的日帧是由1440个超帧组成，并以一个自然日(24小时)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。

DMB-T传输系统的信号帧使用时域同步正交频分复用(Time Domain SynchronousOFDM，TDS-OFDM)调制，或者称为以PN序列为保护间隔的时域同步正交频分复用(PN padding TDS-OFDM)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600us左右。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。

总之，TDS-OFDM帧结构与自然时间同步，每个OFDM符号都有唯一的识别符，而且电视节目一般是按自然时间预先编排好的。因此，TDS-OFDM的帧结构有利于实现定时开关机，便于便携设备的省电控制。

但当把DMB-T应用到手持移动多媒体电视广播设备中时，仅依靠定时开关机节省功耗还不够。因此，功耗还是一个关键问题。本发明的目的就是在DMB-T系统的物理层，而非链路层，利用突发数据传输方式降低手持设备的功耗。

发明内容

本发明根据清华地面数字多媒体电视广播DMB-T系统TDS-OFDM信道帧结构的特性，针对地面数字电视和移动通信的特点，提出了一种降低手持移动多媒体电视广播设备功耗的方法。

本发明提供了降低手持移动多媒体电视广播设备功耗的方法，在时域同步正交频分复用，即TDS-OFDM，系统中采用时分复用技术降低接收机的功耗，其特征在于，包括以下步骤：

(1)经过信道纠错编码和正交频分复用多载波调制的输入的低码率信号，按时域同步正交频分复用TDS-OFDM的信道帧结构，在物理层上把要传输的节目或业务的低码率数据流分割为一定长度的数据，并与时域PN序列组合为TDS-OFDM信号帧；

(2)用M个TDS-OFDM信号帧组成一个帧片，插入到TDS-OFDM帧群中，携带同一个节目或业务的相邻帧片之间的间隔长度至少保持为L个帧群；

(3)把携带其它的节目或业务的帧片也插入到TDS-OFDM帧群中，构成一个帧群完整的数据部分；

(4)在TDS-OFDM帧群的帧群头中插入用于纪录帧片长度M和帧片间隔L，以及节目/业务在帧群中的放置位置、起始结束标志、纠错方式和调制方式等头信息，构成一个符合TDS-OFDM信道帧结构的完整信号；

(5)将上述包含帧片结构的完整的TDS-OFDM信号进行成形滤波和频率上变换，然后以高码率方式在预定的频道带宽中发射出去。

按照上述的降低手持移动多媒体电视广播设备功耗的方法，其特征在于：所述M为4。

按照上述的降低手持移动多媒体电视广播设备功耗的方法，其特征在于：所述L为1。

按照上述的降低手持移动多媒体电视广播设备功耗的方法，其特征在于：所述的方法与DVB-H降低功耗的技术进行级联，以保持兼容和进一步提高性能。

本发明根据清华所发明的TDS-ODM信道帧结构，提出了一种在TDS-OFDM物理层利用数据突发传输方式降低手持移动多媒体电视广播设备接收机功耗的方法，所能到达的功耗降低的性能满足系统和实际需求，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DMB-T系统保持兼容。  

附图说明

图1为手持移动广播系统的基本网络结构。

图2为突发方式传输业务数据时的参数。

图3为DVB-H系统的概念性描述。

图4为时间片处于协议栈的链路层。

图5为DMB-T系统的分级帧结构。

图6为本发明所提出的信道帧结构。

图7为本发明提出的突发形式。

图8为本发明提出的帧片处于协议栈的物理层。

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原理性组成框图。

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原理性组成框图。

图11和12为本发明提出的方法与DVB-H的结合的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的理论分析和具体实施例进行详细描述。

TDS-OFDM的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，即帧体。在TDS-OFDM中，PN序列插入到OFDM的保护间隔中，因为插入的PN序列对接收端来讲是已知的，因而在接收端可以去除，此时就相当于零填充的OFDM。所以，填充的PN序列既作为OFDM的保护间隔，又作为TDS-OFDM的同步信号，用于恢复系统的帧同步、定时以及信道估计和均衡等。

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)。

TDS-OFDM是靠PN序列进行同步的，仅在时域进行，理论上TDS-OFDM系统的同步时间约为1个毫秒左右，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。

本发明利用前述的时分复用(TDM)技术以突发时隙形式传输数据，从而达到节省功耗的目的。为了实现数据的突发传输，在TDS-OFDM信道帧结构的基础上，在信号帧和帧群之间增加一层新的结构，称之为帧片(Frame Slicing)，如图6所示。

一个帧片中包含信号帧的数量M取决于系统同步时间、节能要求、缓存器大小、系统时延、业务特点(连续、即时和短消息)和实现复杂度等多种因素。TDS-OFDM系统的实测同步时间约为2ms，为了避免系统刚刚捕获同步，一个节目的数据传输就结束了，提高同步的效率，一个帧片中信号帧的数量M应大于3，三个信号帧的时隙长度为3×625us＝1.875us，但M的取值也不应该太大，否则系统所需的存储器、时延和实现复杂度都相应增加，也不利于传输即时和短消息等。在本实施例中，选择M＝4个信号帧构成一个帧片。

传送同一个节目(业务)的帧片的间隔长度(空闲/休眠时间)为L个帧群，同样的，L的选择主要取决于系统的节能要求、一个频道中节目数量和实现复杂度等因素。在M＝4时，若取L＝1，即一个帧群，每个帧群都有一个帧群头，同步和控制方便，实现简单，能够传输50套左右的350kbps码率的节目，或者其它各种不同码率的组合。若取L＝2，则休眠时间更长，节电效果更好，在一个频道中可以划分出更多的帧片，携带更多的电视节目码流，但每个码流的码率更小，同时实现复杂度增加。当L取更大值时，虽然节能效果可能更好，但在M一定时，每个码流的码率相应的降低，图像质量可能难以保证。在本实施例中，取L＝1个帧群的长度作为空闲(休眠)时间，即125ms。

一个节目(业务)输入以后，首先按着帧片大小分成许多突发，分散到不同的帧群中的相同帧片号的帧片上，如图7所示。手持移动多媒体电视广播设备只有在接收所请求的节目(业务)帧片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。

需要说明的的是，本发明利用时分复用技术的帧片是在物理层实现的，如图8所示，与TDS-OFDM信道帧结构紧密结合，而不像欧洲DVB-H中时分复用技术的时间片是在链路层实现的，只是把传输时间简单地划分许多片断，与最底的物理层没有任何关系。

下面计算本发明所能达到的节能效果。在教育部主持的上海复旦大学DMB-T芯片鉴定会上，检索证明了DMB-T是世界上首先实现单天线高速(＞80km/h)移动接收高清晰度电视(码率大于24Mbps)的系统。因此，我们假设本发明所提出的方法的突发带宽为24Mbps。假设恒定带宽为350kbps，这足以满足手持移动多媒体电视广播设备的业务需求。

前面已经讲过，DMB-T系统的同步时间St为2ms左右。为了同步时间和突发长度保持适度的匹配，在本实施例中，我们取突发长度Bd为M＝4个信号帧，即Bd＝2.5ms。在2.5ms内，突发带宽24Mbps能够传输的数据容量为60kbits，那么缓存器容量可以取64kbits，即Bs＝64kbits。

由这些参数，可以粗略地计算可以降低的功率：

$\mathrm{Ps}=(1-\frac{(\mathrm{Bd}+\mathrm{St})\×\mathrm{Cb}\×0.96}{\mathrm{Bs}})\×100\%$

$=(1-\frac{(0.0025+0.002)\×350\×0.96}{64})\×100\%$

$=98\%$

因此，采用本发明提出的方法后，功耗下降了98％。教育部主持鉴定的DMB-T芯片的实际功耗为1W，那么采用本发明所提方法后，功耗可以降低到20mW，远小于对手持移动多媒体电视广播设备功耗小于100mW的要求。

从上述参数可以看到，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，需要的缓存器容量很小，只需要64kbits的存储器，和DVB-H相比，所付出的代价很低，降低实现成本，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)延迟很小，只有2.5ms，便于即使信息的传输。

在TDS-OFDM帧群中，第1个信号帧是控制帧，上述的突发长度M、突发间隔L、节目(业务)的长度N等参数可以在控制帧中定义，并传送给接收机。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，因此，本发明提出的方法能够与现有的DMB-T系统保持兼容。

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)输入的低码率码流可以是视频、音频、图形、数据等多媒体信息，为了抵抗传输过程中产生的误码，输入码流首先经过信道纠错编码，在本实施例中采用了RS码和串行级联系统卷积码作为内外纠错码，然后送给OFDM调制(包括符号星座映射和IDFT变换处理)，得到OFDM多载波调制。

(2)按时域同步正交频分复用，即TDS-OFDM，的信道帧结构，在物理层上把要传输的节目或业务的低码率数据流分割为一定长度的数据，并与时域PN序列组合为TDS-OFDM信号帧；

(3)用M＝4个TDS-OFDM信号帧组成一个帧片，一个帧片携带所提供的一个业务或节目的某一段，把帧片插入到TDS-OFDM帧群中，携带同一个节目或业务的相邻帧片之间的间隔长度至少保持为L＝1个帧群；

(4)把携带其它节目或业务的帧片也插入到TDS-OFDM帧群中，构成一个帧群的完整数据部分；

(5)在TDS-OFDM帧群的帧群头(帧群控制帧)中插入用于纪录帧片长度M和帧片间隔L，以及节目/业务在帧群中的放置位置、起始结束标志、纠错方式和调制方式等头信息，构成一个符合TDS-OFDM信道帧结构的完整信号；

(6)将上述包含帧片结构的完整的TDS-OFDM信号进行成形滤波处理，然后经过频率上变换和功放，以高码率方式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T_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l/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突发长度M、突发间隔L、节目(业务)的长度N、调制方式、信源编码算法等系统参数，这些参数可以每个帧群检测一次。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帧片中所处的位置，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，得到发送端规定的帧片的参数，如帧片长度M、帧片间隔L和节目(业务)的长度N等，从而获得用户所需的帧片数据以及电路激活/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，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。

最后需要说明一点的是，DVB-H是在链路层采取措施降低手持移动多媒体电视广播设备的功耗，与最下面的物理层没有任何关系，而本发明所提出的方法是基于物理层的。因此，DVB-H采取的任何技术措施都可以无缝隙地与本发明所提方法结合，如图11和12所示。

在理论分析的基础上，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 (3)

1.一种降低手持移动多媒体电视广播设备功耗的方法，在时域同步正交频分复用TDS-OFDM系统中采用时分复用技术降低接收机的功耗，其特征在于，包括以下步骤：

(1)经过信道纠错编码和正交频分复用多载波调制的输入的低码率信号，按时域同步正交频分复用TDS-OFDM的信道帧结构，在物理层上把要传输的节目或业务的低码率数据流分割为一定长度的数据，并与时域PN序列组合为TDS-OFDM信号帧；

(2)用M个TDS-OFDM信号帧组成一个帧片，插入到TDS-OFDM帧群中，携带同一个节目或业务的相邻帧片之间的间隔长度至少保持为1个帧群，其中M是由系统同步时间、节能要求、缓存器大小、系统时延、业务特点和实现复杂度确定的整数；

(3)把携带其它的节目或业务的帧片也插入到TDS-OFDM帧群中，构成一个帧群完整的数据部分；

(4)在TDS-OFDM帧群的帧群头中至少插入用于纪录帧片长度M和帧片间隔L，以及节目/业务在帧群中的放置位置、起始结束标志、纠错方式和调制方式头信息，构成一个符合TDS-OFDM信道帧结构的完整信号；

(5)将上述包含帧片结构的完整的TDS-OFDM信号进行成形滤波和频率上变换，然后以高码率方式在预定的频道带宽中发射出去。

2.按照权利要求1的降低手持移动多媒体电视广播设备功耗的方法，其特征在于：所述M为4。

3.按照权利要求1的降低手持移动多媒体电视广播设备功耗的方法，其特征在于：所述的方法与DVB-H降低功耗的技术进行级联，以保持兼容和进一步提高性能。

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