专利名称：一种高性能数字电视地面广播发射机空频调制方法
技术领域：
本发明属于无线通信领域，更具体地涉及一种具有时域训练序列和LDPC编 码(低密度奇偶校验码，Low Density Parity Check, LDPC)的数字电视地面广 播发射机空频调制方法。
背景技术：
目前，地面电视广播已从模拟逐渐向数字化方向发展。数字电视地面广播传 输系统，作为数字电视地面广播的重要组成部分，其相关技术的发展，与人们的 生活质量息息相关，并因此受到了人们格外的广泛关注。数字电视地面广播相关 技术及其相关产业是通信与计算机领域内发展较快，市场前景较好的产业。在数
字电视地面广播相关技术上，目前各国关注的重点是，如何为复杂波传环境下的 数字电视地面广播提供低成本的可靠高速移动的实现方案。数字电视地面广播发 射机调制技术是数字电视地面广播系统的关键技术，对于整个系统性能起着决定 性的作用，是大家重点研究的对象。
由于数字信号处理技术和集成电路技术的飞速发展，正交频分复用(OFDM)技术 的系统实现变得越来越容易。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、宽带无线局域网、数字电视地面广播等诸多领 域中的广泛应用。
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。
自Shannon提出了著名的信道编码定理以来，学者们一直致力于构造纠错能 力接近理论极限且编码复杂度可接受的信道编码方法。在1993年，Berrou等人 提出了 Turbo码，其优越的性能震惊了编码界，很快就成为了编码界的研究热点。 正是随着Turbo码的不断深入研究，人们才发现Turbo码与1962年Gallager提 出的低密度奇偶校验码(Low Density Parity Check, LDPC)有许多相似之处，两 者在编码端都采用随机编码的方式，在译码端都采用迭代译码方式。Gallager 当时之所以没有发现LDPC码的这一特性，主要原因在于当时计算机的仿真能力 有限，无法对码字较长的LDPC码进行仿真实现，由于当时硬件水平的限制使得 学术界认为LDPC码译码算法过于复杂而难以在实际系统中被应用并因此一度被 忽视。直到1996年，MacKay和Neal证明采用BP迭代译码算法时LDPC码具有 逼近Shannon限的性能，从此使得LDPC编码的研究和应用跨入了一个新的阶段。 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(FEC, Forward Error Correction)的纠错码。LDPC码字可以看成是-』种具有二进制奇偶校验矩 阵的码，而奇偶校验矩阵的元素几乎都为零。尽管LDPC编码和其他纠错编码并不能保证无误传输，但损失信息的概率却可以降到所需的程度。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。在LDPC编码刚 被发现的时候，在大多数情况下由于算法和编码器的计算量过大而无法实际应 用，因而没有得到广泛使用。然而，自从1996年LDPC码被重新认识之后，已在 通信系统中得到广泛应用，比如IEEE 802. 16e标准、IEEE 802. lln标准等中 都考虑了采用LDPC码作为信道编码的应用。
在实际通信环境中，数字电视地面广播通信系统性能受到同歩时间、时钟抖 动、信道衰落、信道干扰等因素的影响。发射机调制方法是实现可靠数字电视地 面广播的关键技术。
多天线通信系统使用多个(W,个)发射天线以及一个或多个(Wf个)接收天 线进行数据传输，它通过将W,个发射天线发送不同的数据来提高系统吞吐率或 者通过冗余地发送数据来改善通信的可靠性。发射分集利用在空间、频率、时间 或者这些维度的组合上进行数据的冗余传输，通过在发射机和接收机处的简单发 射分集处理，可以改善通信系统数据传输的可靠性从而使得通信系统获得较强的 性能。同时，采用单频网的组网模式(B卩，若千个发射台同一时间在同--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地 面广播传输系统的频谱利用率。
利用数字电视地面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地面广播传输系统满 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具有时域训练序列和 LDPC编码的数字电视地面广播发射机空频调制方法，可以满足单频网高数据率 可控制多业务数字电视地面广播传输的需要。
欲对专利背景作更深入的了解可参考以下文献资料
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发明内容
本发明针对单频网中的高编码数据率可控制多业务数字电视地面广播问 题，提出了-一种具有时域训练序列和LDPC编码的数字电视地面广播发射机空频 调制方法。
本发明提出的一种具有时域训练序列和LDPC编码的数字电视地面广播发 射机空频调制方法，其特征在于它包括下列歩骤
1) 单频网的网络数据管理器将输入数据比特流经LDPC编码在频域上形成 FFT编码数据块(FFT编码数据块的长度(符号个数)为K);
2) 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数字电视地面广播发射机支路上形成空频 调制FFT编码数据块(空频调制FFT编码数据块的长度(符号个数)为《)，并 调整各个数字电视地面广播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；
3) 单频网中的各个数字电视地面广播发射机采用IFFT (快速离散傅立叶反 变换)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；
4) 单频网中的各个数字电视地面广播发射机将循环前缀(循环前缀的长度 为C)作为保护间隔插入到空频调制时域离散编码数据样值块，形成空频调制时 域循环前缀离散编码数据样值块(空频调制时域循环前缀离散编码数据样值块的 长度为(《+ C));
5) 单频网中的各个数字电视地面广播发射机将连续的4个空频调制时域循 环前缀离散编码数据样值块形成帧体(帧体的长度为丄，丄-4x(《+ C));
6) 单频网中的各个数字电视地面广播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);
7) 单频网中的各个数字电视地面广播发射机将时域上构成的复数训练序列的离散样值块(作为帧头)插入到帧体，以形成信号帧；
8) 单频网中的各个数字电视地面广播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；
9) 单频网中的各个数字电视地面广播发射机将基带信号上变频至载波上。
按照上述的具有时域训练序列和LDPC编码的数字电视地面广播发射机空频 调制方法，其特征在于数字电视地面广播发射机的信号帧中具有时域复数训练 序列离散样值块；数字电视地面广播发射机的训练序列的长度(符号个数)X为 512，相对应的FFT编码数据块的长度(符号个数)《(子载波数)为1024，相 对应的子载波的频率间隔分别为8KHz，相对应的循环前缀长度C为FFT编码数 据块长度《大小的1/16;数字电视地面广播发射机的训练序列、业务指标序列 山一系列的1或-1组成，具有伪随机特性；数字电视地面广播发射机的训练序 列、业务指标序列相互之间具有正交性；数字电视地面广播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数字电视地面广播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;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。
本发明的特点
本发明是一种空域时域频域混合的调制方案。数字电视地面广播发射机的信 号帧中具有时域复数训练序列离散样值块，数字电视地面广播发射机的训练序 列、业务指标序列具有伪随机特性，数字电视地面广播发射机的训练序列、业务 指标序列相互之间具有正交性，数字电视地面广播发射机将时域上构成的复数训 练序列的离散样值块(作为帧头)插入到帧体而形成信号帧，这些保证了数字电 视地面广播发射机可以实现快速准确的帧同歩、频率同歩、时间同歩、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 间隔插入到时域的离散编码数据样值块以形成时域循环前缀离散编码数据样值 块，可以减少时域复数训练序列离散样值块、相邻时域循环前缀离散编码数据样 值块相互之间的干扰影响。将连续的4个时域循环前缀离散编码数据样值块形成 帧体可以提高数字电视地面广播系统的效率。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。数字电视地面广播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数字电视地面广播发射机的各系统参数和 业务模式信息，可以使得数字电视地面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。 采用空频调制使得整个数字电视地面广播系统获得较强的性能。本发明的空频调 制方法具有同步时间短、时钟抖动小、抗信道衰落、抗信道干扰、可以提供单频 网高编码数据率可控制多业务数字电视地面广播传输等诸多优点。
图1是按照本发明的具有时域训练序列和LDPC编码的数字电视地面广播发 射机空频调制方法的单频网发射机的实施例示意图。
图2是按照本发明的具有时域训练序列和LDPC编码的数字电视地面广播发 射机空频调制方法的单频网发射机形成信号帧的实施例示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
按照本发明提出的具有时域训练序列和LDPC编码的数字电视地面广播发 射机空频调制方法的单频网发射机的实施例(假设单频网中有W个发射机)，如 图1所示，按下列歩骤进行
1) 单频网的网络数据管理器将输入数据比特流经LDPC编码在频域上形成FFT 编码数据块(FFT编码数据块的长度(符号个数)为X， K取1024，相对应的 子载波的频率间隔取8KHz);
2) 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数字电视地面广播发射机支路上形成空频调 制FFT编码数据块(空频调制FFT编码数据块的长度(符号个数)为《)，并调 整各个数字电视地面广播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；
3 )单频网中的各个数字电视地面广播发射机采用IFFT (快速离散傅立叶反变换) 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；
4) 单频网中的各个数字电视地面广播发射机将循环前缀(循环前缀的长度为C) 作为保护间隔插入到空频调制时域离散编码数据样值块，形成空频调制时域循环 前缀离散编码数据样值块(空频调制时域循环前缀离散编码数据样值块的长度为
(〖+ C)， C取FFT编码数据块长度尺大小的1/16);
5) 单频网中的各个数字电视地面广播发射机将连续的4个空频调制时域循环前 缀离散编码数据样值块形成帧体(帧体的长度为丄，L = 4x^ + Cp;
6) 单频网中的各个数字电视地面广播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， I取512);
7) 单频网中的各个数字电视地面广播发射机将时域上构成的复数训练序列的离 散样值块(作为帧头)插入到帧体，以形成信号帧；
8) 单频网中的各个数字电视地面广播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；
9) 单频网中的各个数字电视地面广播发射机将基带信号上变频至载波上。
按照本发明的具有时域训练序列和LDPC编码的数字电视地面广播发射机 空频调制方法的单频网发射机形成信号帧的实施例，如图2所示，具体实施如下
单频网的网络数据管理器将输入数据比特流经LDPC编码在频域上形成FFT 编码数据块。
FFT编码数据块由子载波组成。FFT编码数据块的长度(符号个数)为尺； FFT编码数据块的长度《(子载波数)取1024，相对应的子载波的频率间隔取 8KHz。
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数字电视地面广播发射机支路上形成空频调 制FFT编码数据块(空频调制FFT编码数据块的长度(符号个数)为《)，并调 整各个数字电视地面广播发射机支路的时间同歩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；单频网中的各个数字电视地面广播发射机采用IFFT (快速离散傅立叶反变 换)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；
单频网中的各个数字电视地面广播发射机将循环前缀(循环前缀的长度为 C)作为保护间隔插入到空频调制时域离散编码数据样值块，形成空频调制时域 循环前缀离散编码数据样值块(空频调制时域循环前缀离散编码数据样值块的长
度为(K + C)， C取FFT编码数据块长度《大小的1/16);
单频网中的各个数字电视地面广播发射机将连续的4个空频调制时域循环前
缀离散编码数据样值块形成帧体(帧体的长度为丄，丄4x(《+ C));
单频网中的各个数字电视地面广播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I， X取
512。
作为数字电视地面广播发射机的训练序列、业务指标序列由一系列的1或-1 组成，具有伪随机特性，训练序列、业务指标序列相互之间具有正交性。满足上 述特征的训练序列可由作为伪随机数序列的一种特殊类型的一组移位m序列和 作为正交序列的沃尔什序列、哈达玛序列或由其他方式产生的正交序列实现。
各个不同的业务指标序列包含着并且唯一表达着数字电视地面广播发射机 的各系统参数和业务模式信息。
单频网中的各个数字电视地面广播发射机将时域上构成的复数训练序列的 离散样值块(作为帧头)插入到帧体，以形成信号帧。
单频网中的各个数字电视地面广播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；
单频网中的各个数字电视地面广播发射机将基带信号上变频至载波上。
单频网中的各个数字电视地面广播发射机采用平方根升余弦滚降滤波器对 信号帧的信号进行脉冲成形。对信号帧的信号进行脉冲成形的平方根升余弦滚降 滤波器的滚降系数取0.05。
上面结合附图对本发明的具体实施例进行了详细说明，但本发明并不局限f 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。
权利要求
1、一种具有时域训练序列和LDPC编码的数字电视地面广播发射机空频调制方法，它包括下列步骤1)单频网的网络数据管理器将输入数据比特流经LDPC编码在频域上形成FFT编码数据块(FFT编码数据块的长度(符号个数)为K)；2)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数字电视地面广播发射机支路上形成空频调制FFT编码数据块(空频调制FFT编码数据块的长度(符号个数)为K)，并调整各个数字电视地面广播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；3)单频网中的各个数字电视地面广播发射机采用IFFT(快速离散傅立叶反变换)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；4)单频网中的各个数字电视地面广播发射机将循环前缀(循环前缀的长度为C)作为保护间隔插入到空频调制时域离散编码数据样值块，形成空频调制时域循环前缀离散编码数据样值块(空频调制时域循环前缀离散编码数据样值块的长度为(K+C))；5)单频网中的各个数字电视地面广播发射机将连续的4个空频调制时域循环前缀离散编码数据样值块形成帧体(帧体的长度为L，L＝4×(K+C))；6)单频网中的各个数字电视地面广播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)；7)单频网中的各个数字电视地面广播发射机将时域上构成的复数训练序列的离散样值块(作为帧头)插入到帧体，以形成信号帧；8)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；9)广播发射机将基带信号上变频至载波上。
2、 按权利要求1的具有时域训练序列和LDPC编码的数字电视地面广播发射机空 频调制方法，其特征在于所述数字电视地面广播发射机的训练序列、业务指标 序列、复数训练序列的离散样值块的长度(符号个数)Z为512。
3、 按权利要求2的具有时域训练序列和LDPC编码的数字电视地面广播发射机空 频调制方法，其特征在于所述训练序列、业务指标序列具有伪随机特性。
4、 按权利要求2的具有时域训练序列和LDPC编码的数字电视地面广播发射机空 频调制方法，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的具有时域训练序列和LDPC编码的数字电视地面广播发射机空 频调制方法，其特征在于所述FFT编码数据块由子载波组成，子载波数为1024。
6、 按权利要求1的具有时域训练序列和LDPC编码的数字电视地面广播发射机空 频调制方法，其特征在于所述FFT编码数据块由子载波组成，子载波的频率间 隔为8KHz。
7、 按权利要求1的具有时域训练序列和LDPC编码的数字电视地面广播发射机空 频调制方法，其特征在于所述循环前缀的长度为C， C取《大小的l/16。
8、 按权利要求1的具有时域训练序列和LDPC编码的数字电视地面广播发射机空 频调制方法，其特征在于所述信号帧由帧头插入到帧体而形成。
9、 按权利要求1的具有时域训练序列和LDPC编码的数字电视地面广播发射机空 频调制方法，其特征在于所述空频编码器的的码率为1，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。
全文摘要
本发明公开了一种具有时域训练序列和LDPC编码的数字电视地面广播发射机空频调制方法，1)将输入数据比特流经LDPC编码在频域上形成FFT编码数据块；2)采用空频编码器调制并调整时间同步；3)经IFFT将空频调制数据块变换为时域离散数据样值块；4)将循环前缀作为保护间隔插入到时域离散数据样值块形成时域循环前缀离散数据样值块；5)连续4个时域循环前缀离散数据样值块形成帧体；6)将训练序列作为复数训练序列实部序列、将业务指标序列作为复数训练序列虚部序列构成时域复数训练序列离散样值块；7)插入时域复数训练序列离散样值块形成信号帧；8)用平方根升余弦滚降滤波器对信号帧脉冲成形；9)将基带上变频至载波。
文档编号H04L1/00GK101431502SQ20081022828
公开日2009年5月13日 申请日期2008年10月27日 优先权日2008年10月27日
发明者何加铭, 徐铁峰, 聂秋华, 郑紫微 申请人:宁波大学