CN1889404A - 移动卫星广播系统和实现多媒体业务传输的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动卫星广播系统和实现多媒体业务传输的方法，其核心是：采用OFDM技术对输入的信号进行调制处理。通过本发明，提高了频谱利用率。另外，本发明通过采用LDPC编码方式进行编码以及采用APSK技术进行星座映射处理，进一步提高了频谱利用率。

Description

移动卫星广播系统和实现多媒体业务传输的方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及移动卫星广播技术。

背景技术

目前，随着各种高带宽多媒体业务，如视频会议、电视广播、视频点播和广告等不断出现，人们已经不再满足通过简单的手机上网浏览业务，而对移动多媒体业务，如移动视频业务的需求日益加剧。

为了提供所述移动多媒体业务，尤其是手机电视业务，在技术上，可行的方案包括两种：一是通过3G网络承载移动视频内容，相当于移动运营商的增值业务；二是在广播网络上承载移动视频内容，这种方案需要独立建网。

移动卫星广播系统是指提供移动卫星广播业务的通信系统，其典型的特征是利用卫星作为空间中继站向分布在广大地理范围内的用户提供移动视频业务。卫星通信与地面无线通信相比，具有通信距离远、通信费用与距离无关、覆盖面积大、受地理条件限制小、通信频带宽、传输容量大、适用于多种业务传输等优点，可以与地面广播网络来组成空间、空中、海洋、地面之间立体交叉、无缝连接的网络。

目前移动卫星广播系统的结构如图1所示，包括：信源适配模块、加扰模块、编码交织模块、星座映射模块、调制模块、成帧模块、成型滤波模块和RF(Radio Frequency，射频)模块。各个模块的功能如下：

1、信源适配模块：用于提供信号输入接口，适配各种输入流格式，转化成系统支持的格式。

2、加扰模块：用于对信源适配模块输出的数据进行加扰处理。

3、编码交织模块：用于对加扰模块输出的数据进行信道编码，以及交织处理。

4、星座映射模块：用于对编码交织模块输出的数据进行星座映射处理。

5、调制模块：用于对所述星座映射模块输出的数据进行调制处理。

6、成帧模块：用于对所述星座映射模块输出的数据进行成帧处理。

7、成型滤波模块：对成型模块输出的物理帧进行滤波整形处理，形成满足需求的频谱。

8、RF模块：用于将成型滤波处理模块输出的信号进行射频处理进行传输。

为了在广大地区范围内实现快速、廉价地提供移动多媒体业务，如移动视频业务，往往将上述两种可以实现移动多媒体业务的两种方案与所述移动卫星广播系统相结合。

与本发明有关的现有技术一提供了一种基于独立建网的移动卫星广播系统，其采用欧洲数字电视卫星广播系统标准DVB-S标准。其进行信道编码时采用级联的信道编码方案，其中外码采用RS(Reed Solomon Coding，里德-所罗门编码)编码，内码采用卷积码。其进行调制时，选择了QPSK(QuadraturePhase Shift Keying，四相移相键控)调制方式。

由现有技术一可以看出，由于其采用的RS和卷积码的性能与目前的turbo码和LDPC(Low Density Parity Check，低密度奇偶校验码)的性能相比存在一定的差距，因此现有技术一为了获得较好的性能，RS码和卷积码必须使用较低的编码速率(通信系统中，编码速率越低，编码性能越好)，然而这样会造成频谱利用率较低。

另外，由于现有技术一中采用的QPSK调制方式为低阶调制方式，因此会导致系统的频谱利用率较低。

与本发明有关的现有技术二提供了另一种基于独立建网的移动卫星广播系统，其是DVB-S2系统，其在进行编码时，采用LDPC与BCH(Bose-Chaudhuri-Hocquenghem Code)级联，其中外码采用BCH循环码，内码采用LDPC码。其在进行调制时，选择的调制方式可以为QPSK，也可以为8APSK(Amplitude Phase Shift Keying，幅相键控)、16APSK和32APSK等，并且通过单载波调制技术将数据映射到相应的子载波上。

由现有技术二可以看出，其在编码时采用LDPC与BCH码级联，由于BCH码具有码字生成简单、检错和纠错能力强等特点；以及LDPC码具有奇偶校验矩阵的稀疏特性，使它存在高效的译码算法，以及，LDPC码本身具有抗突发差错的特性，不需要交织器的引入，进而没有因交织器的存在而可能带来的时延，因此现有技术二在一定程度上克服了现有技术一由于采用的编码性能较低而导致的频谱利用率较低的问题；另外其选择的8APSK、16APSK和32APSK等调制方式为高阶调制方式，在一定程度上也会提高频谱的利用率。但是由于现有技术二采用单载波调制技术传输数据的方法，抗多径干扰能力差，仍然会导致频谱利用率较低的缺陷。

与本发明有关的现有技术三提供了第三种基于独立建网的移动卫星广播系统，其是韩国的S-DMB系统，其采用日本的ARIB STD-B41卫星音频广播标准。所述S-DMB系统进行编码时使用级联码的方式，其中外码采用RS，内码采用卷积码。在进行调制时，采用CDM(Code Division Multiple，码分复用)扩频调制方式，并且通过单载波调制技术将数据映射到相应的子载波上。

由现有技术三可以看出，其存在如下的缺点：

1、由于现有技术三中外码采用RS码，内码采用卷积码。因此存在与现有技术一同样的频谱利用率较低的技术问题。

2、由于采用CDM进行调制，而在CDMA系统中，下行链路可支持多种调制，但每条链路的符号调制方式必须相同，而上行链路却不支持多种调制方式，这就使得CDMA系统调制时丧失了一定的灵活性。

3、在这种非正交的链路中，采用高阶调制方式的用户必将对采用低阶调制的用户产生很大的噪声干扰；同时采用单载波调制技术CDMA系统抗多径能力较差，因此现有技术采用CDM方式调制时，频谱利用率较低。

与本发明有关的现有技术四提供了一种基于WCDMA(Wide-band CodeDivision Multiple Access，宽带码分多址接入)网络的移动卫星广播系统，其是阿尔卡特宇航的S-DMB方案，其卫星的下行无线链路和地面设备的下行无线链路都采用了WCDMA标准进行调制，并通过单载波调制技术并将传输数据映射到相应的子载波上。

由现有技术四可以看出，由于其采用WCDMA进行调制，而WCDMA系统与CDMA系统一样上行链路不支持多种调制方式，以及采用单载波调制技术导致抗多径能力较差的缺陷，因此现有技术四存在与现有技术三同样的技术缺陷，即系统调制不灵活和频谱利用率较低的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种移动卫星广播系统和实现多媒体业务传输的方法，通过本发明，不仅能够增强系统调制的灵活性，而且能够提高频谱利用率。

本发明的技术方案是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种移动卫星广播系统，包括成帧模块，其还包括：

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex，正交频分复用)调制模块，用于采用OFDM技术对数据进行调制，并将调制处理后的数据并行传输给所述成帧模块进行成帧处理。

其中，所述的移动卫星广播系统还包括：

星座映射模块，用于采用幅相键控APSK技术对输入的数据进行星座映射处理，并将处理后的数据传输给所述OFDM调制模块。

其中，所述的移动卫星广播系统还包括：

编码交织模块，用于采用低密度奇偶校验码LDPC编码方式对输入的数据进行信道编码处理，并将编码处理后的数据传输给所述星座映射模块。

其中，所述的移动卫星广播系统还包括：

加扰模块，用于对输入的数据进行加扰处理，并将所述经过加扰处理后的数据传送给所述编码交织模块。

其中，所述的移动卫星广播系统还包括：

信源适配模块，用于将输入的信源的编码格式转换为系统能够支持的编码格式。

其中，所述的移动卫星广播系统还包括：

成帧模块、成型滤波模块和射频RF模块；

所述成帧模块，用于对所述OFDM调制模块处理后的数据进行成帧处理，得到对应的OFDM符号或物理帧；

所述成型滤波模块，用于对所述OFDM符号或物理帧进行滤波处理；

所述RF模块，用于将所述成型滤波模块输送给的符号或物理帧通过射频发送出去。

本发明提供一种实现多媒体业务传输的方法，其包括：

A、采用正交频分复用OFDM技术对数据进行调制，并将调制处理后的数据并行传输出去。

其中，所述步骤A包括：

采用OFDM技术将信道划分为多条正交子信道，并在每一条子信道上使用一个子载波对输入数据进行调制，并将调制后的各个子载波并行传输出去。

其中，在所述步骤A之前，还包括：

采用幅相键控APSK技术对输入的数据进行星座映射处理。

其中，在所述步骤A之前，还包括：

采用低密度奇偶校验码LDPC编码方式对输入的数据进行信道编码处理。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明中由于采用OFDM(正交频分复用)调制技术，不仅能够增强系统调制的灵活性，而且能够提高频谱利用率，解决了现有技术中系统调制不灵活以及频谱利用率较低的技术问题。

附图说明

图1为背景技术提供的移动卫星广播系统的结构框图；

图2为本发明提供的第一实施例的结构框图；

图3为本发明提供的第二实施例的流程图。

具体实施方式

OFDM技术的基本特征是将信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各个子载波并行传输。OFDM技术属于多载波调制技术。采用所述OFDM技术能够使频谱资源得到更好的利用。本发明基于所述OFDM技术提供了一种移动卫星广播系统，通过所述移动卫星广播系统，能够提高频谱的利用率。

本发明提供的第一实施例是一种移动卫星广播系统，其核心是：在所述系统中使用OFDM技术对数据流进行调制。其结构如图2所示，包括：信源适配模块、加扰模块、编码交织模块、星座映射模块、OFDM调制模块、成帧模块、成型滤波模块和RF模块。

所述信源适配模块：将输入到所述移动卫星广播系统中的不同信源的编码格式转换为本系统能够识别的编码格式，然后对信源中的数据进行分段和封装，并将数据段传送给所述加扰模块。

所述信源适配模块支持多种信源，如TS(Transport Stream，传输流)和IP(Internet Protocol，互联网协议)流等。支持的信源的编码格式包括视频编码格式和音频编码格式等，其中支持的视频编码格式包括：MPEG-2，MPEG-4，H.264，AVS-M；支持的音频编码格式包括MPEG-2。

所述信源适配模块还支持时间分片。

所述加扰模块使用伪随机序列对输入的数据流进行加扰处理，使输出的比特流中“0”和“1”的概率基本相同。

所述编码交织模块：对所述加扰模块输出的数据进行信道编码处理和交织处理。

其中在对所述加扰模块输出的数据进行信道编码处理的时候，采用级联码的方式进行，例如可以采用RS和LDPC级联的形式，也可以采用BCH和LDPC级联的形式。也可以采用turbo码。

LDPC码是一类可以用非常稀疏的校验矩阵或二分图定义的线性分组纠错码。除性能上优于Turbo码外，LDPC码能够成功的一个重要原因是它在解码算法上的优势。LDPC码由于其奇偶校验矩阵的稀疏性，使它存在高效的译码算法，其译码复杂度与码长成线性关系，克服了分组码在长码长时所面临的巨大译码计算复杂度问题，使长编码分组的应用成为可能。而且由于校验矩阵的稀疏特性，在长的编码分组时，相距很远的信息比特参与统一校验，这使得连续的突发差错对译码的影响不大，编码本身就具有抗突发差错的特性，不需要交织器的引入，进而没有因交织器的存在而可能带来的时延。针对通过卫星系统中传输数据时误码率更高的问题，采用其它码与所述LDPC码级联的方式对输入的数据进行编码处理，能够提高系统的抗干扰能力。

所述星座映射模块：根据不同的信道特性选用不同的调制方式映射到所述编码交织模块输出的数据。

卫星通信系统是适合大容量和远距离传输的通信系统，其信道是比较典型的带限和非线性信道。例如，收发两端的中频滤波器使得信道的通频带具有带限的特性，发射机的高功率放大器和转发器中的行波管放大器都是非线性部件，使得信道具有非线性特性。此外，卫星通信业务日趋繁忙，通信容量迅速增加，致使射频频谱非常拥挤，各个通信信道间的相互干扰已成为一个突出问题。这就要求卫星通信中的调制信号的频带尽可能集中，而且具有快速高频滚降的频谱特性，即除主瓣外，只有很小的旁瓣，这样才能使调制信号通过带限和非线性处理后，具有尽可能小的频谱扩展。为了使经过调制后的信号特性与信道特性相匹配，需要选择的调制方式均具有一个共同的特点，即经过所选择的调制方式进行调制后的信号的包络是恒定的或者包络起伏很小。

调制方式的选择是由系统的信道特性来决定的。对于不同类型的信道特性，相应存在着不同的调制方式：

1、选用QPSK调制方式。

在卫星通信系统中，普遍选用QPSK调制方式，这是因为QPSK传输效率高，抗误码性能较优，其调制信号是包络恒定信号，传输信道中的幅度衰减对其性能无影响，非常适合卫星信道(因卫星传输信道衰减很大)，但是频谱旁瓣都比较高，带外能量大，旁瓣滚降慢，在卫星通信中容易产生频谱扩展。因此，一般都将HPA(High Power Amplifier，高功率放大器)工作在退饱和状态，以减小非线性的影响，但这样就不能充分发挥HPA的效率，而且信道利用率不高，仅为0.5Hz/bit/s。

对于广播业务，QPSK调制方式是标准选项。

2、选用APSK(Amplitude Phase Shift Keying，幅相键控)调制方式。

8APSK、16APSK和32APSK等高阶调制技术对卫星转发器的可用功率和线性化水平也提出了更高的要求。采用APSK而不是用QAM(QuadratureAmplitude Modulation，正交调幅)也正是因为这一点。APSK与QAM相比，减少了幅度变化，更能适应线性特性相对不好的卫星传输信道，使高位调制方式通过卫星信道传输成为可能。同时APSK便于实现变速率调制，因而很适合目前根据信道及业务需要分级传输的情况。当然，16APSK、32APSK是更高阶的调制方式，可以获得更高的频谱利用率。

所述OFDM调制模块：利用所述星座映射模块选择的调制方式实现不同逻辑信道到子载波组的映射，OFDM调制，保护间隔的插入、峰均比处理等功能。在进行OFDM调制时，首先将信道分成许多正交子信道，然后在每个子信道上使用一个子载波进行调制，最后将调制后的各个子载波并行传输出去。

OFDM技术属于多载波调制技术，基于OFDM技术的通信系统与CDMA通信系统相比，具有更高的频谱利用率、更灵活的调制方式和抗多径干扰能力。

之所以说基于OFDM技术的通信系统与CDMA通信系统相比，具有更高的频谱利用率，主要因为：

在基于OFDM技术的通信系统中对输入的数据进行OFDM调制时，首先将信道分成许多正交子信道，然后在每个子信道上使用一个子载波进行调制，最后将调制后的各个子载波并行传输出去。因此它与CDMA通信系统相比，具有更高的频谱利用率。

之所以说基于OFDM技术的通信系统与CDMA通信系统相比，具有更灵活的调制方式，主要因为：

在基于OFDM技术的通信系统中，每条链路都可以独立调制，也就是说不论在上行链路上还是在下行链路上都可以容易地同时容纳多种混合调制方式，这就可以引入“自适应调制”的概念，例如，在信道好的条件下终端可以采用较高阶的，如32APSK调制方式以获得最大频谱效率，而在信道条件变差时可以选择QPSK调制等低阶调制方式来确保信噪比。这样，系统就可以在频谱利用率和误码率之间取得最佳平衡，因此基于OFDM技术的通信系统具有更灵活的调制方式。

之所以说基于OFDM技术的通信系统与CDMA通信系统相比，具有更高的抗多径干扰能力，主要因为：

OFDM技术是将待发送的信息码元首先通过串并变换，降低速率后，再发送，从而增大码元周期，削弱了多径干扰的影响。同时它使用循环前缀(CP)作为保护间隔，大大减少甚至消除了码间干扰，并且保证了各信道间的正交性，从而大大减少了信道间干扰。

另外，由于近年来功能更强大的微波高功率放大器设计方面的进展以及新型非线性调制技术的发明，新一代卫星通信系统将有可能提供足够高的Eb/No(每用户比特能量与噪声功率谱密度比值)以确保OFDM调制技术能得到广泛的应用。

所述成帧模块：用于实现对所述OFDM调制模块输出的数据进行成帧处理，即实现OFDM符号或物理帧的生成，以及Preamble(前导)的插入等功能。

所述成型滤波模块：对所述成帧模块输出的OFDM符号或物理帧进行滤波处理。

所述成型滤波模块可以包括支持标准功能的成型滤波模块。

RF模块：将所述成型滤波模块输送给的符号或物理帧通过射频发送出去。

为了支持交互式业务，考虑回传通道使用DVB(Digital Video Broadcasting，数字视频广播)反向方式，如DVB-RCS(Digital Video Broadcasting ReturnChannel through Satellite，卫星数字视频广播回传通道系统)反向方式。

本发明提供的第二实施例是一种实现多媒体业务的方法，其核心是：采用OFDM技术对输入数据进行调制处理。具体实施过程如图3所示，包括：

步骤301，将输入的不同信源的编码格式转换为本系统能够支持的编码格式，然后对信源中的数据进行分段和封装，并将所述数据传送出去。

步骤302，对所述数据进行加扰处理。

步骤303，对所述经过加扰处理后的数据进行编码交织处理。

在进行编码处理时，可以采用LDPC编码方式，也可以采用其它编码方式，例如RS码、BCH码、卷积码或turbo码等。

步骤304，对经过编码处理后的数据进行星座映射处理。

在进行星座映射处理时可以采用APSK技术，也可以采用其他星座映射方式，例如QPSK技术。

步骤305，采用OFDM技术对经过星座映射处理后的数据进行调制，并将调制处理后的数据并行传输出去。

采用OFDM技术将信道划分为多条正交子信道，并在每一条子信道上使用一个子载波对输入数据进行调制，并将调制后的各个子载波并行传输出去。

步骤306，对经过调制处理后的数据进行成帧和滤波处理，并将滤波处理后的数据通过射频天线发射出去。

由上述本发明提供的具体实施例可以看出，本发明带来如下的技术效果：

本发明中由于采用了OFDM技术进行调制，从而能够使卫星频率资源的利用率得到提高，而且能够使频谱的利用率得到提高。另外还便于与地面移动网络进行兼容。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1、一种移动卫星广播系统，包括成帧模块，其特征在于，还包括：

正交频分复用OFDM调制模块，用于采用OFDM技术对数据进行调制，并将调制处理后的数据并行传输给所述成帧模块进行成帧处理。

2、如权利要求1所述的移动卫星广播系统，其特征在于，还包括：

星座映射模块，用于采用幅相键控APSK技术对输入的数据进行星座映射处理，并将处理后的数据传输给所述OFDM调制模块。

3、如权利要求1或2所述的移动卫星广播系统，其特征在于，还包括：

编码交织模块，用于采用低密度奇偶校验码LDPC编码方式对输入的数据进行信道编码处理，并将编码处理后的数据传输给所述星座映射模块。

4、如权利要求3所述的移动卫星广播系统，其特征在于，还包括：

加扰模块，用于对输入的数据进行加扰处理，并将所述经过加扰处理后的数据传送给所述编码交织模块。

5、如权利要求4所述的移动卫星广播系统，其特征在于，还包括：

信源适配模块，用于将输入的信源的编码格式转换为系统能够支持的编码格式。

6、如权利要求5所述的移动卫星广播系统，其特征在于，还包括：

成帧模块、成型滤波模块和射频RF模块；

所述成帧模块，用于对所述OFDM调制模块处理后的数据进行成帧处理，得到对应的OFDM符号或物理帧；

所述成型滤波模块，用于对所述OFDM符号或物理帧进行滤波处理；

所述RF模块，用于将所述成型滤波模块输送给的符号或物理帧通过射频发送出去。

7、一种实现多媒体业务传输的方法，其特征在于，包括：

A、采用正交频分复用OFDM技术对数据进行调制，并将调制处理后的数据并行传输出去。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括：

采用OFDM技术将信道划分为多条正交子信道，并在每一条子信道上使用一个子载波对输入数据进行调制，并将调制后的各个子载波并行传输出去。

9、如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在所述步骤A之前，还包括：

采用幅相键控APSK技术对输入的数据进行星座映射处理。

10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述步骤A前，还包括：

采用低密度奇偶校验码LDPC编码方式对输入的数据进行信道编码处理。

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