专利名称：基于dtmb标准的嵌入多业务的发送方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字信息传输技术领域，尤其涉及一种在无线广播通信系统中基于 中国数字电视地面广播标准的嵌入多业务(Multiple Service Embedded in Chinese Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcast, MSEDTMB)的发送方法和实现
装置
背景技术：
近二十年来，随着现代通信技术的飞速发展以及人们对无线通信业务需求的日益 增长，为用户提供各自所需业务具有重要意义。传输各种业务的专有的通信系统也因为其 针对性强而成为现有单业务的最基本通信系统，已经广泛应用于如无线局域网、固定无线 接入、有无线数字音频和视频广播等通信系统，如IEEE802，HIPERLAN/2，欧洲数字电视地面 广播标准和中国数字电视地面广播标准等。中国数字电视地面广播标准(Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcast,DTMB)是现有单业务系统的典型代表，参见图1和图2所示。DTMB系统应用于无 线广播电视服务，是每UHF(Ultra High Frequency，超高频)和VHF(Very High Frequency, 甚高频)频段中的8MHz数字电视频带内，地面传输数字多路电视/清晰度电视广播业务 的帧结构、信道编码和调制的单业务系统。DTMB系统发送端完成从输入数据码流到地面 电视信道传输信号的转换。输入数据码流经过扰码器(随机化)、前向纠错编码(Forward Error Correction, FEC)，然后进行从比特流到符号流的星座映射，再进行交织后形成基本 数据块。基本数据块与系统信息组合(复用)后，经过帧体数据处理形成帧体。而帧体与 相应的帧头(Pseudo-random Noise, PN序列)复接为信号帧(组帧)，经过基带后处理转 换为基带输出信号(8MHz带宽内)。该信号经正交上变频转换为射频信号(UHF和VHF频段 范围内)。然而随着人们对无线通信系统传输结合话音、数据、视频、图像等多种业务的需求 增长，势必推动利用有限的资源为用户提供多种业务的研究。目前已有的DTMB系统一般只 能达到现有电视业务的传输要求，对其他多业务往往因为接收功率和传输速率等原因，接 收效果不佳甚至根本无法实现传输，由于DTMB系统的广泛存在和使用，重新设计新系统会 浪费大量宝贵的系统资源，显得十分没有必要。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，在完全不改变传统的DTMB系统接收端的情况下， 对已有的DTMB系统进行扩展应用以兼容传输多业务。即在完全不改变传统地面数字电视 接收情况下，对已有的DTMB系统进行扩展，能够嵌入传输多业务，并加入省电等功能，扩大 提高中国数字电视地面广播标准的应用范围，成为一种高效和智能的方法，能够合理利用 频谱，节省系统资源。本发明的目的就是提供一种基于中国数字电视地面广播标准的嵌入多业务的发送方法和实现装置。为实现本发明的上述目的，本发明的发送方法利用完全不改变传统的中国数字电 视地面广播标准接收端的情况下设计的一种新的发送端结构来嵌入传输多业务，所述方法 以下流程步骤操作SOl 输入中国数字电视地面广播标准系统地面电视业务数据；S02 输入嵌入多业务数据；S03 将所述电视业务数据选通输入至嵌入随机化模块以对其进行随机化加扰，获 得电视业务结果；S04 将所述嵌入多业务数据选通输入至嵌入多业务编码模块以对其进行信道编 码，获得嵌入多业务预编码结果；S05 将所述嵌入多业务预编码结果选通输入至嵌入多业务固定扩展映射模块以 对其进行预映射，获得嵌入多业务预映射结果；S06 将所述嵌入多业务预编码结果选通输入至嵌入多业务数据格式匹配模块以 对其进行变换，获得嵌入多业务预变换结果；S07:将所述嵌入多业务预变换结果选通输入至嵌入多业务随机化模块以对其进 行所需的随机化加扰，获得嵌入多业务预处理结果；S08:将所述电视业务结果、所述嵌入多业务预处理结果和系统控制帧输入至复用 模块以根据接收到的控制模块传送的方式对其进行时分复用，获得复用结果；S09:将所述复用结果输入中国数字电视地面广播标准系统随机化后发送端模块 进行处理，获得发送结果。其中，步骤SOl和步骤S02的顺序可以互换；步骤S03和步骤S04、步骤S05、步骤 S06、步骤S07的顺序均可以互换。其中，步骤S03中，采用中国数字电视地面广播标准中的标准随机化方式进行随 机化加扰；其中，步骤S04中，所述信道编码包括LDPC码、RS码、卷积码等编码方式或其组合， 且根据系统要求调节所述编码方式和码率；其中，步骤S05中，所述预映射方式包括比特倍数扩展，且根据系统要求调节所述 映射方式；其中，步骤S06中，所述变换包括插入业务识别码和匹配数据，其中，所述业务识 别码和所述匹配数据包括确定关系、不确定关系或其组合形式。其中，步骤S07中，采用中国数字电视地面广播标准中的标准随机化方式仅对所 述业务识别码进行随机化加扰。其中，所述复用结果包括系统控制帧、电视业务结果和嵌入多业务预处理结果，且 系统控制帧位于所述电视业务结果和嵌入多业务预处理结果之前。为实现本发明的上述目的，本发明的发送装置在完全不改变传统的中国数字电视 地面广播标准接收端的情况下，设计了一种新的发送端结构，所述装置包括随机化模块，用于对所述电视业务进行随机加扰，输出电视业务结果；嵌入多业务编码模块，包括多个嵌入多业务编码单元，每一所述嵌入多业务编码 单元用于对输入的不同所述嵌入业务分别进行所述信道编码，同时输出嵌入多业务预编码
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嵌入多业务固定扩展映射模块，用于对输入的不同所述嵌入多业务预编码结果进 行所述预映射，输出嵌入多业务预映射结果；嵌入多业务数据格式匹配模块，用于对输入的不同所述嵌入多业务预映射结果进 行所述变换，输出嵌入多业务预变换结果；嵌入多业务随机化模块，用于对所述嵌入多业务预变换结果进行所需的随机化加 扰，获得嵌入多业务预处理结果；复用模块，用于对所述电视业务结果、所述嵌入多业务预处理结果和系统控制帧 进行时分复用，输出复用结果；中国数字电视地面广播标准系统随机化后发送端模块，包括中国数字电视地面广 播标准系统的所有处理单元，用于利用所述中国数字电视地面广播标准系统发送端方法对 输入的所述复用结果进行处理，输出发送结果；控制模块，用于控制所述复用模块中的时分复用方式和所述中国数字电视地面广 播标准系统随机化后发送端模块中的时域交织方式。其中，所述时域交织是可选项，且根据接收到的控制模块传送的方式进行调节；其中，所述控制模块结合所述复用模块和所述中国数字电视地面广播标准系统随 机化后发送端模块中的时域交织方式的选项同时进行调节。与现有技术相比，本发明的优势及有益效果在于本发明通过对已有的中国数字电视地面广播系统进行扩展，来实现嵌入传输多业 务的应用，并且完全不改变传统的中国数字电视地面广播标准数字电视接收下，提出了嵌 入多业务的扩展中国数字电视地面广播系统的通用方法，并加入省电等功能，成为一种高 效和智能的方法，能够合理利用频谱，节省系统资源，特别适合单发射机运营和大范围单频 网应用。
图1为DTMB标准系统发送端结构示意图；图2为DTMB标准系统接收端结构示意图；图3为本发明的发送方法实施例的基于DTMB系统的嵌入移动多媒体业务的传输 方法流程图；图4为本发明的发送方法实施例的嵌入移动多媒体业务的帧结构示意图；图5为本发明发送装置实施例的嵌入移动多媒体业务接收端结构示意图；图6是本发明发送方法实施例的104多径瑞利衰落信道幅频特性曲线图；图7为本发明发送方法实施例的104多径瑞利衰落信道下的系统误符号率性能；图8为本发明发送装置实施例的AWGN(Additional White Guass Noise，加性白色 高斯噪声)信道下的系统误符号率性能。
具体实施例方式为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作 进一步地详细描述。
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如图3所示为本发明提出的一种基于中国数字电视地面广播标准的嵌入多业务 的发送方法的实施例对DTMB系统嵌入移动多媒体业务时的流程图。在本实施例中，DTMB系 统地面数字电视业务(以下简称电视业务)设定采用DTMB系统中分组编码LDPC0. 8 (7488， 6096)，调制方式16-QAM ；嵌入移动多媒体业务(以下简称移动业务)设定采用DTMB系统 中分组编码LDPC0. 4 (7488，3048)，调制方式4-QAM。所述方法具体包括以下步骤SlOl 输入电视业务数据；S102 输入移动业务数据；S103 将电视业务数据选通输入至随机化模块101，按照DTMB标准随机化方法进 行加扰，得到电视业务结果；S104 将移动业务数据选通输入到嵌入多业务编码模块102得到移动业务预编码 结果，即进行码长为7488比特的LDPC0. 4(7488,3048)的信道编码；进入步骤S105 ；S105 将移动业务预编码结果选通输入至嵌入多业务固定扩展映射模块103得到 移动业务预映射结果，即按照固定映射表进行扩展映射，每2bit扩展为4bit，此变换是使 采用4-QAM调制的移动业务和采用16-QAM调制的电视业务兼容，可选方式如下设定b2bi为输入到固定映射表的2bit，插入固定比特扩展映射，输出4bit变换结 果，即B4B3B2B1 = I^2Ob1O ；其中，b2和Id1分别是输入固定映射表的高比特位和低比特位，B4, B3, B2, B1是固定映射表输出的扩展比特，依次从高位到低位排列。这样处理的目的是与后 续的16-QAM调制兼容；进入步骤S106 ；S106 将移动业务选通输入至嵌入多业务数据格式匹配模块104得到移动业务 预变换结果，具体包括但不限于插入业务识别码和数据格式匹配等。按照DTMB标准帧 结构，每个输入分组编码器LDPC的数据块中至少有4个字节用于数据包指示符(Packet Identifier,PID)以指示不同频道或不同路的电视业务。因此，为了实现按照DTMB标准系 统接收端接收方法处理后能够区分电视业务与移动业务，参见图4所示，在每个输入码块 前加入移动业务识别码PIDdP 2X4X8 = 64bit ；然后进行数据格式匹配操作。本实施例 中电视业务的信道编码采用的级联分组码BCH(762，752)和LDPC0. 8 (7488，6096)，即待编
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码块长为6096x^ = 6016 bit,为了能够实际地传输整数个16-QAM帧，需要缓存两次后 762
输出3个16-QAM帧，且为了传输整数个分组码包，最终还需要插入比特数为每个MPEG包 1984bit。所匹配数据可选操作方式包括但不限于以下添加无效数据等不确定关系数据， 如全零，或对插入PID进行编码等确定关系数据以提高移动业务识别可靠性，如重复编码， 得到多业务预变换结果；进入步骤S107 ；S107 将嵌入多业务预编码结果选通输入至嵌入多业务随机化模块105，仍然按 照DTMB标准随机化方法，且只对步骤S107中的PID进行加扰操作，得到嵌入多业务预处理 结果；进入步骤S108 ；S108 将电视业务结果、移动业务预处理结果和和系统控制帧输入复用模块106， 进行时分复用，组成超帧，输出时分复用结果中系统控制帧位于超帧的帧头，时分复用方式 根据接收到的控制模块108传送的方式进行调节，如将电视业务结果和移动业务预处理结 果按照交织长度依次复接，得到复用结果；进入步骤S109 ；S109:将复用结果输入到中国数字电视地面广播标准系统随机化后发送端模块
7107，按照DTMB标准系统发送端方法进行处理，参见图1所示，本实施例中，具体操作过程依 次为BCH(762，752)和LDPC0. 8 (7488，6096)级联组成的前向纠错编码，16-QAM映射，时域 交织，复用，帧体数据处理，组帧，基带后处理，正交上变频发送数据；其中，16-QAM映射是 DTMB标准星座图调制，移动业务数据因为在步骤S105中进行了固定扩展，在进行16-QAM 映射时只可能被调制到标准星座图的正方形四点，即4-QAM映射，便于省电接收；控制模块 108结合中国数字电视地面广播标准系统随机化后发送端模块107中的时域交织方式的选 项，同时对与步骤H中的复用模块106进行调节时分复用方式，可以提供更多灵活性。其中，步骤SlOl和步骤102的顺序可以互换；步骤S103和步骤S104、步骤S105、 步骤S106、步骤107的顺序均可以互换。利用上述提供的基于DTMB标准的嵌入多业务的发送方法，本发明的另外一个实 施例还提供了一种用于DTMB系统嵌入移动业务的实现装置，仍然参见图3，所述装置包括 随机化模块101、嵌入多业务编码模块102、嵌入多业务固定扩展映射模块103、嵌入多业务 数据格式匹配模块104、嵌入多业务随机化模块105、复用模块106、DTMB标准系统随机化 后发送端模块107、控制模块108 ；其中，在本实施例中，电视业务设定采用DTMB系统中分 组编码LDPC0. 6(7488,4572)，调制方式64-QAM ；移动业务设定采用DTMB系统中分组编码 LDPC0. 8 (7488，6096)，调制方式 4-QAM。随机化模块101，用于对电视业务数据按照DTMB标准随机化方法进行加扰，然后 将其传送给嵌入多业务固定扩展映射模块102 ；嵌入多业务编码模块102，用于对移动业务数据进行预编码，本发明实施例中采用 的是DTMB系统中的LDPC0. 8(7488,6096)分组编码，可以根据移动业务的具体要求选择不 同码率的编码方式进行调节，如LDPC码、RS码、卷积码等；然后传送给嵌入多业务固定扩展 映射模块103 ；嵌入多业务固定扩展映射模块103，用于使采用4-QAM调制的移动业务和采用 64-QAM调制的电视业务兼容，这是因为移动业务预编码结果经过进行3倍固定扩展后再进 行64-QAM映射时只可能被调制到标准星座图的正方形四点，即4-QAM映射，便于移动业务 省电接收，可选方式如下设定b2bi为输入到固定映射表的2bit，经过3倍固定扩展映射输出6bit变换结 果，即B6B5B4B3B2B1 = ID2Olb1Ol ；其中，b2和Id1分别是输入固定映射表的高比特位和低比特 位，B6, B5, B4, B3, B2, B1是固定映射表输出的扩展比特，依次从高位到低位排列；然后传送给 嵌入多业务数据格式匹配模块103 ；嵌入多业务数据格式匹配模块104，用于对移动业务进行变换操作以适应后续 的DTMB电视业务所采用的级联分组编码BCH (762，752)和LDPC0. 6 (7488，4572)的码 长，包括插入区分移动业务与电视业务的PID和插入匹配数据。本实施例中，为了能够 实际地传输整数个64-QAM帧，需要输出2个64-QAM帧，且为了能够传输整数个块长为
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4572X—- = 4512 bit的分组码，可以在每个MPEG包插入PID为4X8 = 32bit，最终还需 762
要插入比特数为每个MPEG包1920bit ；然后传送给嵌入多业务随机化模块105 ；嵌入多业务随机化模块105，用于只对嵌入多业务数据格式匹配模块104中加入 的PID进行加扰操作，加扰方式仍然按照DTMB标准随机化方法；然后传送给复用模块106。
复用模块106，用于对电视业务结果、移动业务预处理结果和系统控制帧进行时分 复用，时分复用方式根据接下来的中国数字电视地面广播标准现有系统发送端模块105中 的时域交织选项进行调节，输出时分复用结果中系统控制帧位于超帧的帧头；然后传送给 中国数字电视地面广播标准系统随机化后发送端模块107 ；中国数字电视地面广播标准系统随机化后发送端模块107，用于对复用结果按照 标准系统发送端方法进行后续发送处理，参见图1所示，本实施例中所包括的单元与上一 实施例相同，这里不再赘述；控制模块108，用于控制复用模块106中时分复用方式和中国数字电视地面广播 标准系统随机化后发送端模块107中时域交织方式，且结合中国数字电视地面广播标准系 统随机化后发送端模块107中的时域交织方式的选项，同时对复用模块106进行调节时分 复用方式，可以提供更多灵活性。本实施例除了采用中国数字电视地面广播标准接收端接收所述电视业务外，如图 2所示，还提供了所述嵌入移动多媒体业务的接收端，如图6所示，接收端利用DTMB系统中 控制帧结构携带的信息，只接收移动业务部分，然后依次进行如下处理操作正交下变频发 送数据，基带处理，帧处理，然后去除信道估计结果中前向纠错编码的校验位数据，包括去 除嵌入多业务数据格式匹配模块104中插入的所有比特，只处理有效数据部分，最后进行 时域解交织，4-QAM解映射，LDPC0. 8(7488,6096)解码；其中，时域解交织也是可选项，由复 用模块106控制调节，即得到所需的移动业务数据。基于上述描述，对本发明所提出的基于中国数字电视地面广播标准的嵌入多 业务的发送方法和实现装置进行了计算机仿真，主要仿真参数如表1所示信号速率为 7. 56Mbps, OFDM 数据子载波数为 3800，伪随机序列(Pseudo-random Noise Sequence, PN) 为PN945模式，信道中25% OFDM子载波数用于传输手机业务，3种块长为7488的LDPC码 率分别为 LDPC0. 4 (7488，3048)，LDPC0. 6 (7488，4572)和 LDPC0. 8 (7488，6096)，3 种 QAM 调 制分别为4-QAM，16-QAM，64-QAM，本发明的两个实施例在仿真中所用的信道分别为AWGN 信道和表2所示的104多径瑞利衰落信道，误码率要求为BER = 10_6 ；其中，104多径瑞利衰 落信道特性曲线如图6所示。表 1
符号率7.56 MbpsOFDM数据子载波数3780PN子载波数945移动业务比例25%LDPC0.4(7488,3048),编码方式LDPC0.6(7488，4572),LDPCO.8(7488,6096)4-QAM,调制方式16-QAM,64-QAM
9 本发明的发送方法实施例在104信道下的系统误符号率性能如图7所示。图7 所示的仿真结果表明，在电视业务采用LDPC0. 8(7488,6096)和16-QAM及移动业务采用 LDPC0. 4(7488,3048)和4-QAM的要求下，可以实现两种业务接收端采用不同接收门限而独 立接收；其中移动业务可以达到782Kbps的净荷速率，即可以实现2路当今手机384Kbps要 求，且可以得到11. OdBiBER = 10_6的增益，以实现省电的功能。本发明的发送装置实施例在电视业务采用LDPC0. 6(7488,4572)和64-QAM及移动 业务采用LDPC0. 8(7488,6096)和4-QAM的要求下在AWGN信道下的系统误符号率性能如图 8所示。由图8可以看出，相对于现有只传输电视业务的DTMB系统，本发明基于中国数字电 视地面广播标准的嵌入多业务的系统更加灵活，可以实现多种业务的同时传输，且在不影 响原有接收门限下，对嵌入多业务有省电接收性能，性能和灵活优势更明显。此外，典型的电视业务和移动业务兼容组合模式如表3所示，参数与本实施例相 同，这里不再赘述。表3
10 以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通 技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有 等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
一种基于中国数字电视地面广播标准的嵌入多业务的发送方法，其特征在于，所述方法按以下流程步骤操作S01输入中国数字电视地面广播标准系统地面电视业务数据；S02输入嵌入多业务数据；S03将所述电视业务数据选通输入至嵌入随机化模块以对其进行随机化加扰，获得电视业务结果；S04将所述嵌入多业务数据选通输入至嵌入多业务编码模块以对其进行信道编码，获得嵌入多业务预编码结果；S05将所述嵌入多业务预编码结果选通输入至嵌入多业务固定扩展映射模块以对其进行预映射，获得嵌入多业务预映射结果；S06将所述嵌入多业务预编码结果选通输入至嵌入多业务数据格式匹配模块以对其进行变换，获得嵌入多业务预变换结果；S07将所述嵌入多业务预变换结果选通输入至嵌入多业务随机化模块以对其进行所需的随机化加扰，获得嵌入多业务预处理结果；S08将所述电视业务结果、所述嵌入多业务预处理结果和系统控制帧输入至复用模块以根据接收到的控制模块传送的方式对其进行时分复用，获得复用结果；S09将所述复用结果输入中国数字电视地面广播标准系统随机化后发送端模块进行处理，获得发送结果；其中，步骤S01和步骤S02的顺序可以互换；步骤S03和步骤S04、步骤S05、步骤S06、步骤S07的顺序均可以互换。
2.如权利要求1所述的发送方法，其特征在于，步骤S03中，采用中国数字电视地面广 播标准中的标准随机化方式进行随机化加扰。
3.如权利要求1所述的发送方法，其特征在于，步骤S04中，所述信道编码包括LDPC 码、RS码、卷积码等编码方式或其组合形式，且根据系统要求调节所述编码方式和码率。
4.如权利要求1所述的发送方法，其特征在于，步骤S05中，所述预映射方式包括比特 倍数扩展，且根据系统要求调节所述映射方式。
5.如权利要求1所述的发送方法，其特征在于，步骤S06中，所述变换包括插入业务识 别码和匹配数据，其中，所述业务识别码和所述匹配数据包括确定关系、不确定关系或其组 合形式。
6.如权利要求5所述的发送方法，其特征在于，步骤S07中，采用中国数字电视地面广 播标准中的标准随机化方式对所述业务识别码进行随机化加扰。
7.如权利要求1所述的发送方法，其特征在于，所述复用结果包括系统控制帧、电视业 务结果和嵌入多业务预处理结果，且系统控制帧位于所述电视业务结果和嵌入多业务预处 理结果之前。
8.一种实现权利要求1所述的发送方法的发送装置，其特征在于，包括随机化模块，用于对所述电视业务进行随机加扰，输出电视业务结果；嵌入多业务编码模块，包括多个嵌入多业务编码单元，每一所述嵌入多业务编码单元 用于对输入的不同所述嵌入业务分别进行所述信道编码，同时输出嵌入多业务预编码结 果；嵌入多业务固定扩展映射模块，用于对输入的不同所述嵌入多业务预编码结果进行所 述预映射，输出嵌入多业务预映射结果；嵌入多业务数据格式匹配模块，用于对输入的不同所述嵌入多业务预映射结果进行所 述变换，输出嵌入多业务预变换结果；嵌入多业务随机化模块，用于对所述嵌入多业务预变换结果进行所需的随机化加扰， 获得嵌入多业务预处理结果；复用模块，用于对所述电视业务结果、所述嵌入多业务预处理结果和系统控制帧进行 时分复用，输出复用结果；中国数字电视地面广播标准系统随机化后发送端模块，包括中国数字电视地面广播标 准系统的所有处理单元，用于利用所述中国数字电视地面广播标准系统发送端方法对输入 的所述复用结果进行处理，输出发送结果；控制模块，用于控制所述复用模块中的时分复用方式和所述中国数字电视地面广播标 准系统随机化后发送端模块中的时域交织方式。
9.如权利要求8所述的发送装置，其特征在于，所述时域交织是可选项，且根据接收到 的控制模块传送的方式进行调节。
10. 如权利要求8所述的发送装置，其特征在于，所述控制模块结合所述复用模块和所 述中国数字电视地面广播标准系统随机化后发送端模块中的时域交织方式的选项同时进 行调节。
全文摘要
本发明涉及数字信息传输技术领域。本发明提出了一种基于中国数字电视地面广播标准的嵌入多业务的发送方法和实现装置，所述发送方法在完全不改变传统的中国数字电视地面广播标准接收端的情况下，设计了一种新的发送端结构，嵌入传输多业务；所述装置包括随机化模块、嵌入多业务编码模块、嵌入多业务固定扩展映射模块、嵌入多业务数据格式匹配模块、嵌入多业务随机化模块、复用模块、中国数字电视地面广播标准系统随机化后发送端模块、控制模块。本发明将中国数字电视地面广播标准现有系统进行扩展以嵌入传输多业务，并加入省电等功能，扩大提高中国数字电视地面广播标准的应用范围，特别适合单发射机运营和大范围单频网应用。
文档编号H04N7/167GK101909193SQ200910086479
公开日2010年12月8日 申请日期2009年6月5日 优先权日2009年6月5日
发明者唐世刚, 宋健, 李彦刚, 王军, 王劲涛, 王晓晴 申请人:清华大学