专利名称：：一种单频网抗噪声移动数字广播信号传输方法
技术领域：
：本发明属于移动通信领域，更具体地涉及一种单频网抗噪声移动数字广播信号传输方法。
背景技术：
：因OFDM多载波传输技术具有结构简单，频谱利用率高，可以抗频率选择性和信道时变等诸多优点而倍受大家的关注并得到深入的研究和在Xdsl、宽带移动通信、宽带移动局域网、数字电视移动数字广播等诸多领域中的广泛应用。OFDM信号较高的峰均功率比(PAPR)对放大器和数模转换器的线性范围有很高的要求，如果系统的线性范围不能满足信号的变化，则会造成信号畸变，使信号频谱发生变化，从而导致子信道之间的正交性遭到破坏，产生相互干扰，使系统性能恶化。因此，必须要考虑如何减小OFDM信号中大峰值功率信号的出现概率并降低非线性失真影响的解决方案。信道编码是数字通信系统的重要组成部分。随着现代信息技术的飞速发展，信道编码技术已成为现代通信领域不可或缺的技术。在信息序列中嵌入冗余码元，信道编码技术通过冗余码元的作用减小信号在传输过程中发生错误，从而提高通信系统的可靠性。低密度奇偶校验(LowDensityParityCheck，LDPC)码是一种用于在噪声传输信道中传输信息并执行前向纠错(FECJorwardErrorCorrection)的纠错码。LDPC编码是一种能使数据传输速率接近理论最大值，即香农极限的编码方案。采用单频网的组网模式(即，若干个发射台同一时间在同一个频率上发射同样的信号以实现对一定服务区域的可靠覆盖)可以大大提高数字电视移动数字广播传输系统的频谱利用率。在实际单频网通信环境中，数字电视移动数字广播通信系统性能受到同步时间、时钟抖动、信道衰落、信道干扰等因素的影响。单频网抗噪声移动数字广播信号发射机传输方法是实现可靠数字电视单频网抗噪声移动数字广播的关键技术。利用数字电视单频网抗噪声移动数字广播传输系统提供无偿电视广播、有偿电视广播、保密信息传输、多媒体增值服务等可控制多业务是新一代数字电视移动数字广播传输系统满足社会需求的体现。正是基于以上背景，本发明针对实际通信环境提出一种单频网抗噪声移动数字广播信号传输方法，可以满足高数据率可控制多业务数字电视单频网抗噪声移动数字广播传输的需要。欲对专利背景作更深入的了解可参考以下文献资料R.V.Nee,R.Prasad."OFDMforwirelessmultimediacommunications，，·Boston:ArtechHouse，2000.Y.Wu,S.Hirakawa,U.H.Reimers,andJ.Whitaker."Overviewofdigitaltelevisiondevelopment，，，ProceedingsoftheIEEE，SpecialIssueonGlobalDigitalTelevision-TechnologyandEmergingServices,pp.8-21,Jan.2006.M.S.Richer,G.Reitmeier,T.Gurley,G.A.Jones,J.Whitaker，andR.Rast.“TheATSCdigitaltelevisionsystem,"ProceedingsoftheIEEE,SpecialIssueonGlobalDigitalTelevision-TechnologyandEmergingServices,pp.37-43,Jan.2006.U.LadebuschandC.A.Liss."TerrestrialDVB(DVB-T):Abroadcasttechnologyforstationaryportableandmobileuse,"ProceedingsoftheIEEE,SpecialIssueonGlobalDigitalTelevision-TechnologyandEmergingServices,pp.183-194，Jan.2006.M.TakadaandM.Saito.“TransmissionsystemsforISDB-T,'^ProceedingsoftheIEEE,SpecialIssueonGlobalDigitalTelevision!TechnologyandEmergingServices,pp.251-256,Jan.2006.Z.Li,L.Chen,L.Zeng,S.Lin,W.Fong,"Efficientencodingofquasi-cycliclow-densityparity-checkcodes,，，IEEETrans.Commun.，vol.54,no.1，pp.71-81,Jan.2006.
发明内容本发明针对高编码数据率可控制多业务数字电视单频网抗噪声移动数字广播问题，提出了一种单频网抗噪声移动数字广播信号传输方法。本发明提出的一种单频网抗噪声移动数字广播信号传输方法，其特征在于它包括下列步骤1)单频网的中心数据管理器将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成比特流，利用反馈移位寄存器产生的扰码序列进行加扰处理以形成输入数据比特流；2)单频网的网络数据管理器将输入数据比特流经LDPC编码、码元调制与码元旋转后在频域上形成FFT编码数据块，LDPC表示低密度奇偶校验，FFT表示快速离散傅立叶变换，FFT编码数据块的长度为K；码元调制为QPSK、16QAM、64QAM和256QAM中的一种，码元调制的码元星座图映射方式采用格雷码映射；码元旋转通过对码元星座图旋转一定角度而实现，QPSK的码元星座图旋转角度为22.5度，16QAM的码元星座图旋转角度为11.25度，64QAM的码元星座图旋转角度为5.626度，256QAM的码元星座图旋转角度为2.8125度；3)单频网的网络数据管理器采用码率为1的空频编码器将在频域上形成的FFT编码数据块调制至单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机支路上形成空频调制FFT编码数据块，并调整各个抗噪声移动数字广播信号发射机支路的时间同步以保证网络中的所有发射机都在同一时间对空频调制FFT编码数据块进行处理；4)单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机采用IFFT将空频调制FFT编码数据块变换为空频调制时域离散编码数据样值块Dtotal，IFFT表示快速离散傅立叶反变换；5)单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机按顺序将空频调制时域离散编码数据样值块平分成两块，空频调制时域离散编码数据样值子块D1和空频调制时域离散编码数据样值子块D2,Dttrtal=[DijD2]；6)单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机通过峰均功率比调整单元对空频调制时域离散编码数据样值子块D1、空频调制时域离散编码数据样值子块A进行信号加、减、共轭运算处理并重新合成新的空频调制时域离散编码数据样值块Dmw，新的空频调制时域离散编码数据样值块Dmw采用如下生成模式得到，生成模式1为Dmw=[D1,D2]，生成模式2为Dnew=JDl7ViT^D1+D2)j，生成模式3为Dnew=[D,,VTTi(D1-D2)I，生成模式4为Dnew=I^(DjD2)5D2I，生成模式5为Dnew=Ivtti(D1-D2)5D2I，生成模式6为Dnew=IVfT^D1+D2),ViTI(D1-D2)I，生成模式7为Dnew=[A，D2]，生成模式8为Dnew-[Di,,^(Dt1+D2)]，生成模式9为Dnew=Jiyi,VTT^Di1-DJ，生成模式10为Dnew=[{ρ\+DjD2]，生成模式11为Dnew二[s/TT^D、-D2)D2]，生成模式12为Dew=[^(Di1+D2)^(Dt1-D2)]，比较12种生成模式合成的空频调制时域离散编码数据样值块Dnew，选取其中具有最低峰均功率比的降峰均功率比空频调制时域离散编码数据样值块D=，并将降峰均功率比空频调制时域离散编码数据样值块D=所对应采用的生成模式信息发送给业务指标序列设置单元，其中，Di1表示对空频调制时域离散编码数据样值子块D1的各空频调制时域离散编码数据样值进行共轭运算处理而得到的空频调制时域离散编码数据样值子块；7)单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机将训练序列作为复数训练序列的实部序列、将业务指标序列设置单元所设置的业务指标序列作为复数训练序列的虚部序列，在时域上构成复数训练序列的离散样值块，训练序列、业务指标序列、复数训练序列的离散样值块的长度都为X，业务指标序列包含着并且唯一表达着单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机的各系统参数和业务模式信息；8)单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机将在时域上构成的复数训练序列的离散样值块在时域上连续重复4次形成时域嵌入训练序列离散样值块，时域嵌入训练序列离散样值块的长度与降峰均功率比空频调制时域离散编码数据样值块的长度在数值上相等，即K=4XX;9)单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机将降峰均功率比空频调制时域离散编码数据样值块、时域嵌入训练序列离散样值块直接叠加形成时域嵌入训练序列降峰均功率比空频调制时域离散编码数据样值块，作为帧体；10)单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机将循环前缀作为保护间隔即帧头插入时域嵌入训练序列降峰均功率比空频调制时域离散编码数据样值块即帧体，以形成信号帧，循环前缀的长度为C；11)单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号脉冲成形；12)单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机将基带信号上变频至载波上形成射频信号发射到空中无线信道；13)单频网中的抗噪声移动数字广播信号接收机检测接收单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机所发送的射频信号并将其下变频形成基带信号，利用信号帧的循环前缀特性和信号帧的结构特性进行基带信号接收处理。按照上述的单频网抗噪声移动数字广播信号传输方法，其特征在于单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机的降峰均功率比空频调制时域离散编码数据样值块由空频调制时域离散编码数据样值子块通过特定12种生成模式而进行的信号加、减、共轭运算处理而重新合成；单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机的信号帧中具有周期性的时域嵌入训练序列离散样值块；单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机的训练序列的长度X为512、1024、2048中的一个，相对应的空频调制FFT编码数据块的长度K分别为2048、4096,8192,相对应的子载波的频率间隔分别为4KHz、2KHz、IKHz，相对应的循环前缀长度C分别为空频调制FFT编码数据块长度K大小的1/4、1/8、1/16；单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机的训练序列、业务指标序列由一系列的1或-ι组成，具有伪随机特性；单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机的训练序列、业务指标序列相互之间具有正交性；单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机的各个不同的业务指标序列包含着并且唯一表达着单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机的各系统参数和业务模式信息；空频编码器的码率为1。单频网中的抗噪声移动数字广播信号接收机能够充分利用信号帧的循环前缀特性和信号帧的结构特性进行基带信号接收处理，其中包括对信号帧头与信号帧体的时频域联合迭代分离处理。本发明的特点本发明是一种时域频域空域混合的传输方案。本发明的降峰均功率比空频调制时域离散编码数据样值块的生成模式和具有最低峰均功率比的降峰均功率比空频调制时域离散编码数据样值块选取方法，不仅能够充分利用OFDM信号的最大峰值功率很高但是大峰值功率信号概率非常低、当子载波数目较大时的OFDM信号的实部(或虚部)为复高斯随机过程且幅度服从Rayleigh分布的特性，所采用的生成模式所需额外发送的信息量小，易于在接收机端处理恢复得到OFDM信号的原始信号，同时不会破坏子载波信号的正交特性也不会产生额外的非线性失真。单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机的信号帧中具有周期性的时域嵌入训练序列离散样值块，单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机的训练序列、业务指标序列具有伪随机特性，单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机的训练序列、业务指标序列相互之间具有正交性，单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机的时域嵌入训练序列降峰均功率比空频调制时域离散编码数据样值块是由降峰均功率比空频调制时域离散编码数据样值块、时域嵌入训练序列离散样值块直接叠加而形成的，这些保证了单频网中的各个移动数字广播信号接收机可以实现快速准确的帧同步、频率同步、时间同步、信道传输特性估计、以及对相位噪声和信道传输特性进行可靠跟踪。将循环前缀作为保护间隔插入时域嵌入训练序列降峰均功率比空频调制时域离散编码数据样值块以形成信号帧，可以减少相邻信号帧之间的干扰影响。采用LDPC编码对输入数据进行信道编码提供了接近香农极限的纠错性能。码元调制与星座旋转提供了移动数字广播信号的分集效果。单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机的各个不同的业务指标序列包含着并且唯一表达着单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机的各系统参数和业务模式信息，可以使得数字电视单频网抗噪声移动数字广播传输系统能够提供无偿电视广播、有偿电视广播、保密信息传输、多媒体增值服务等可控制多业务，满足社会需求。本发明的传输方法具有低峰均功率比、同步时间短、时钟抖动小、抗信道衰落、抗信道干扰、可以提供高数据率可控制多业务数字电视单频网抗噪声移动数字广播传输等诸多优点。图1是按照本发明的单频网抗噪声移动数字广播信号传输方法的发射机和接收机间信号传输的实施例示意图。图2是按照本发明的单频网抗噪声移动数字广播信号传输方法的发射机和接收机间信号传输过程中信号帧形成的实施例示意图。具体实施例方式下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。按照本发明提出的单频网抗噪声移动数字广播信号传输方法的发射机和接收机间信号传输(假设单频网中有N个发射机)的实施例，如图1所示，按下列步骤进行1)单频网的中心数据管理器将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成比特流，利用反馈移位寄存器产生的扰码序列进行加扰处理以形成输入数据比特流；2)单频网的网络数据管理器将输入数据比特流经LDPC编码、码元调制与码元旋转后在频域上形成FFT编码数据块，LDPC表示低密度奇偶校验，FFT表示快速离散傅立叶变换，FFT编码数据块的长度为K；码元调制为QPSK、16QAM、64QAM和256QAM中的一种，码元调制的码元星座图映射方式采用格雷码映射；码元旋转通过对码元星座图旋转一定角度而实现，QPSK的码元星座图旋转角度为22.5度，16QAM的码元星座图旋转角度为11.25度，64QAM的码元星座图旋转角度为5.626度，256QAM的码元星座图旋转角度为2.8125度；3)单频网的网络数据管理器采用码率为1的空频编码器将在频域上形成的FFT编码数据块调制至单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机支路上形成空频调制FFT编码数据块，并调整各个抗噪声移动数字广播信号发射机支路的时间同步以保证网络中的所有发射机都在同一时间对空频调制FFT编码数据块进行处理；4)单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机采用IFFT将空频调制FFT编码数据块变换为空频调制时域离散编码数据样值块Dtotal，IFFT表示快速离散傅立叶反变换；5)单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机按顺序将空频调制时域离散编码数据样值块平分成两块，空频调制时域离散编码数据样值子块D1和空频调制时域离散编码数据样值子块D2,Dttrtal=[DijD2]；6)单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机通过峰均功率比调整单元对空频调制时域离散编码数据样值子块D1、空频调制时域离散编码数据样值子块A进行信号加、减、共轭运算处理并重新合成新的空频调制时域离散编码数据样值块Dmw，新的空频调制时域离散编码数据样值块Dmw采用如下生成模式得到，生成模式1为Dmw=[D1,D2]，权利要求1.一种单频网抗噪声移动数字广播信号传输方法，其特征在于它包括下列步骤1)单频网的中心数据管理器将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成比特流，利用反馈移位寄存器产生的扰码序列进行加扰处理以形成输入数据比特流；2)单频网的网络数据管理器将输入数据比特流经LDPC编码、码元调制与码元旋转后在频域上形成FFT编码数据块，LDPC表示低密度奇偶校验，FFT表示快速离散傅立叶变换，FFT编码数据块的长度为K；码元调制为QPSK、16QAM、64QAM和256QAM中的一种，码元调制的码元星座图映射方式采用格雷码映射；码元旋转通过对码元星座图旋转一定角度而实现，QPSK的码元星座图旋转角度为22.5度，16QAM的码元星座图旋转角度为11.25度，64QAM的码元星座图旋转角度为5.626度，256QAM的码元星座图旋转角度为2.8125度；3)单频网的网络数据管理器采用码率为1的空频编码器将在频域上形成的FFT编码数据块调制至单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机支路上形成空频调制FFT编码数据块，并调整各个抗噪声移动数字广播信号发射机支路的时间同步以保证网络中的所有发射机都在同一时间对空频调制FFT编码数据块进行处理；4)单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机采用IFFT将空频调制FFT编码数据块变换为空频调制时域离散编码数据样值块Dtotal，IFFT表示快速离散傅立叶反变换；5)单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机按顺序将空频调制时域离散编码数据样值块平分成两块，空频调制时域离散编码数据样值子块D1和空频调制时域离散编码数据样值子块D2，Dttrtal=[DijD2]；6)单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机通过峰均功率比调整单元对空频调制时域离散编码数据样值子块D1、空频调制时域离散编码数据样值子块D2进行信号加、减、共轭运算处理并重新合成新的空频调制时域离散编码数据样值块Dmw，新的空频调制时域离散编码数据样值块Dnrat采用如下生成模式得到，生成模式1为Dmw=[D1,D2]，生成模式2为Dnew=[D1,VTT^D1+D2)]，生成模式3为Dnew=[D1,Vl72(D1-D2)]，生成模^4^Dnew=[^(D1+D2),D2]，生成模式5为Dnew=[^(D1-D2),D2]，生成模式6为Dnew二[VIT^D1+DjViTI(D1-D2)]，生成模式7为Dnew=Qf1,D2]，生成模式8为Dnew=[Dt1,VlTI(Dt^D2)]，生成模式QSDnew=Jiyi5-(D^-D2)I,生成模式川为Dnew=[Vi72(D*,+D2)D2]，生成模式11为Dnew=[v/i7i(D、-D2),D2]，生成模式12为Dnew=[7172(0*,+D2)VTT2(D*,-D2)]，比较12种生成模式合成的空频调制时域离散编码数据样值块Dnew，选取其中具有最低峰均功率比的降峰均功率比空频调制时域离散编码数据样值块D1n:，并将降峰均功率比空频调制时域离散编码数据样值块D=所对应采用的生成模式信息发送给业务指标序列设置单元，其中，Di1表示对空频调制时域离散编码数据样值子块D1的各空频调制时域离散编码数据样值进行共轭运算处理而得到的空频调制时域离散编码数据样值子块；7)单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机将训练序列作为复数训练序列的实部序列、将业务指标序列设置单元所设置的业务指标序列作为复数训练序列的虚部序列，在时域上构成复数训练序列的离散样值块，训练序列、业务指标序列、复数训练序列的离散样值块的长度都为X，业务指标序列包含着并且唯一表达着单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机的各系统参数和业务模式信息；8)单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机将在时域上构成的复数训练序列的离散样值块在时域上连续重复4次形成时域嵌入训练序列离散样值块，时域嵌入训练序列离散样值块的长度与降峰均功率比空频调制时域离散编码数据样值块的长度在数值上相等，即K=4XX；9)单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机将降峰均功率比空频调制时域离散编码数据样值块、时域嵌入训练序列离散样值块直接叠加形成时域嵌入训练序列降峰均功率比空频调制时域离散编码数据样值块，作为帧体；10)单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机将循环前缀作为保护间隔即帧头插入时域嵌入训练序列降峰均功率比空频调制时域离散编码数据样值块即帧体，以形成信号帧，循环前缀的长度为C;11)单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机采用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧的信号脉冲成形；12)单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机将基带信号上变频至载波上形成射频信号发射到空中无线信道；13)单频网中的抗噪声移动数字广播信号接收机检测接收单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机所发送的射频信号并将其下变频形成基带信号，利用信号帧的循环前缀特性和信号帧的结构特性进行基带信号接收处理。2.按权利要求1的单频网抗噪声移动数字广播信号传输方法，其特征在于所述单频网中的各个抗噪声移动数字广播信号发射机的训练序列、业务指标序列、复数训练序列的离散样值块的长度X取512、1024、2048中的一个。3.按权利要求2的单频网抗噪声移动数字广播信号传输方法，其特征在于所述训练序列、业务指标序列由一系列的1或-1组成，具有伪随机特性。4.按权利要求2的单频网抗噪声移动数字广播信号传输方法，其特征在于所述训练序列、业务指标序列相互之间具有正交性。5.按权利要求1的单频网抗噪声移动数字广播信号传输方法，其特征在于所述对输入数据进行LDPC编码的编码率为1/4、1/2、5/8、3/4和7/8中的一个。6.按权利要求1的单频网抗噪声移动数字广播信号传输方法，其特征在于所述空频调制FFT编码数据块由子载波组成；当X取512时，子载波数取2048，子载波的频率间隔取4KHz；当X取IOM时，子载波数取4096，子载波的频率间隔取2KHz；当X取2048时，子载波数取8192，子载波的频率间隔取ΙΚΗζ。7.按权利要求1的单频网抗噪声移动数字广播信号传输方法，其特征在于所述循环前缀的长度C取值与X取值有关；当X取512时，C取K大小的1/4；当X取IOM时，C取K大小的1/8；当X取2048时，C取K大小的1/16。8.按权利要求1的单频网抗噪声移动数字广播信号传输方法，其特征在于所述单频网抗噪声移动数字广播信号接收机所进行的基带信号接收处理，其中的一个步骤为信号帧头与信号帧体的时频域联合迭代分离处理。全文摘要本发明公开了一种单频网抗噪声移动数字广播信号传输方法，是一种时域频域空域混合的传输方案。本发明的单频网抗噪声移动数字广播信号传输方法，具有低峰均功率比、同步时间短、抗噪声、可控多业务等优点。文档编号H04L27/26GK102263751SQ20111025032公开日2011年11月30日申请日期2011年8月22日优先权日2011年8月22日发明者何加铭,徐铁峰,聂秋华,郑紫微申请人:宁波大学