专利名称：一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法
技术领域：
本发明属于无线通信领域，更具体地涉及一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法。
背景技术：
目前，无线电视广播已从模拟逐渐向数字化方向发展。数字电视无线广播传输系统，作为数字电视无线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。数字电视无线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。在数字电视无线广播相关技术上，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无线广播提供低成本的可靠高速移动的实现方案。数字电视无线广播传输技术是数字电视无线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、数字电视广播等诸多领域中的广泛应用。 在实际通信环境中，OF匿通信系统性能受到同步时间、时钟抖动、信道衰落、多用户共信道干扰等因素的影响。抗衰落的信道编码技术和调制方法是实现可靠OF匿通信的关键技术。 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。
在多径衰落信道下，可以通过外编码、内编码、交织和调制方案的级联优化设计达到尽可能大的信号分集阶数，以便在等于或超过最小自由距离的符号序列中得到独立衰落。级联不同的编码形式可以充分利用不同编码技术的优点；在编码和码元调制之间插入比特交织器，可以使得编码和调制过程相对独立并将分集阶数从不同的多进制符号数扩大到不同的二进制比特数，从而使得分集阶数得到明显提高并且在多径衰落信道下具有好的误码特性。 利用数字电视无线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无线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抗衰落无线多媒体广播信号传输方法，可以对传输环境具有抗衰落性并满足高数据率可控制多业务数字电视无线广播传输的需要。 欲对专利背景作更深入的了解可参考以下文献资料 L.J. Cimini，"Analysis and simulation of a digital mobile channelusingorthogonal frequency division multiplexing, ，， IEEE Trans. Commun. ， vol. C0M-33,pp.665-675，July 1985. R. V. Nee， R. Prasad. "OFDM for wireless multimedia communications". Boston : Artech House,2000. A. R. S. Bahai and B. R. Saltzberg. "MUlti-Carrier Digital Communications : Theory and Applications of OFDM".Kluwer Academic/Plenum,1999.
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发明内容
本发明针对高数据率数字电视无线广播传输问题，提出了一种抗衰落无线多媒体 广播信号传输方法。 本发明提出的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于无线多媒体 广播信号在无线多媒体广播发射机端经如下步骤发送至空中无线信道并由接收机端接收 处理无线多媒体广播发射机端所发送的信号 1)无线多媒体广播发射机端将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成数据比特 流； 2)无线多媒体广播发射机端将输入数据比特流经RS编码(Reed-Solomon， RS)、巻 积交织、LDPC编码(Low Density Parity Check, LDPC)、码元调制、星座旋转、码元交织后 进一步在频域上形成FFT级联交织编码调制数据块(FFT级联交织编码调制数据块的长度 (符号个数)为K); 3)无线多媒体广播发射机端采用IFFT (快速离散傅立叶反变换)将FFT级联交织 编码调制数据块变换为时域的离散级联交织编码调制数据样值块； 4)无线多媒体广播发射机端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); 5)无线多媒体广播发射机端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 度为K，K = 4XX);
6)无线多媒体广播发射机端将时域的离散级联交织编码调制数据样值块、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级联交织编码调制数据块，作为帧 体； 7)无线多媒体广播发射机端将循环前缀(循环前缀的长度为C)作为保护间隔 (帧头)插入时域嵌入训练序列级联交织编码调制数据块(帧体)，以形成信号帧；
8)无线多媒体广播发射机端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)无线多媒体广播发射机端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； 10)接收机端接收处理无线多媒体广播发射机端所发送的信号。
按照上述的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于无线多媒 体广播发射机端将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成数据比特流；无线多媒体广播 发射机端对输入数据比特流进行RS编码(Reed-Solomon， RS)、巻积交织、LDPC编码(Low Density Parity Check, LDPC)、码元调制、星座旋转、码元交织后进一步在频域上形成FFT 级联交织编码调制数据块，RS编码与巻积交织结合在一起具有很强的抗突发错误能力， 其中，LDPC编码的编码率为l/4、l/2、5/8、3/4和7/8中的一个，码元调制为QPSK、16QAM、 64QAM、和256QAM中的一种，码元星座图映射方式采用格雷码映射，QPSK码元星座的星座旋 转角度为22. 5度，16QAM码元星座的星座旋转角度为11. 25度，64QAM码元星座的星座旋转 角度为5. 626度，256QAM码元星座的星座旋转角度为2. 8125度，码元交织采用随机交织方 式；无线多媒体广播发射机端的信号帧中具有周期性的时域嵌入训练序列离散样值块；无 线多媒体广播发射机端的训练序列的长度X为512、1024、2048中的一个，相对应的FFT级 联交织编码调制数据块的长度K (子载波数)分别为2048、4096、8192，相对应的子载波的频 率间隔分别为4KHz、2KHz、lKHz，相对应的循环前缀长度C分别为FFT级联交织编码调制数 据块长度K大小的1/4、1/8、1/16 ;无线多媒体广播发射机端的训练序列、业务指标序列由 一系列的1或-1组成，具有伪随机特性；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；无线多媒体广播发射机端的各个不同的业务指标序列包含着并且 唯一表达着无线多媒体广播发射机的各系统参数和业务模式信息；接收机端接收处理无线 多媒体广播发射机端所发送的信号。
本发明的特点 本发明是一种时域频域混合的抗衰落信号分集传输方案。无线多媒体广播发射 机端将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成数据比特流。无线多媒体广播发射机端的 信号帧中具有周期性的时域嵌入训练序列离散样值块，无线多媒体广播发射机端的训练序 列、业务指标序列具有伪随机特性，无线多媒体广播发射机端的训练序列、业务指标序列相 互之间具有正交性，无线多媒体广播发射机端的时域嵌入训练序列编码数据块是由时域的 离散级联交织编码调制数据样值块、时域嵌入训练序列离散样值块直接叠加而形成的，这 些保证了无线多媒体广播发射机端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。无线多媒体广播发射机端 将循环前缀作为保护间隔插入时域嵌入训练序列编码数据块以形成信号帧，可以减少相邻 信号帧之间的干扰影响。无线多媒体广播发射机端采用外编码、交织、内编码、调制、星座旋
7转、交织方案的级联优化设计对输入数据进行级联交织编码调制提高了信号分集阶数和抗 干扰噪声纠错能力，使得通信系统在多径衰落信道下具有好的误码特性，使得通信系统对 传输环境背景具有抗衰落性。无线多媒体广播发射机端的各个不同的业务指标序列包含着 并且唯一表达着无线多媒体广播发射机的各系统参数和业务模式信息，可以使得无线多媒 体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。本发明的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法使得接 收机同步时间短、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 数字电视地面广播传输并对传输环境背景具有抗衰落性等诸多优点。
图1是按照本发明的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法的某个发射机和 接收机间信号传输的实施例示意图。 图2是按照本发明的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法的某个发射机和 接收机间信号传输过程中信号帧形成的实施例示意图。 图3是按照本发明的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法的某个无线多媒 体广播发射机端的QPSK码元调制、16QAM码元调制的星座旋转方法的实施例示意图。
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。 按照本发明的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法的某个发射机和接收机 间信号传输的实施例，如图1所示，无线多媒体广播信号在无线多媒体广播发射机端经如 下步骤发送至空中无线信道并由接收机端接收处理无线多媒体广播发射机端所发送的信 号 1)该某个无线多媒体广播发射机端将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成数 据比特流； 2)该某个无线多媒体广播发射机端将输入数据比特流经RS编码(Reed-Solomon， RS)、巻积交织(无线多媒体广播发射机端的RS编码与巻积交织结合在一起具有很强的抗 突发错误能力)、LDPC编码(Low Density Parity Check, LDPC)(无线多媒体广播发射机 端的数据比特流经RS编码(Reed-Solomon， RS)、巻积交织后的LDPC编码的编码率为1/4、 1/2、5/8、3/4和7/8中的一个)、码元调制(无线多媒体广播发射机端的数据比特流经RS编 码(Reed-Solomon, RS)、巻积交织、LDPC编码后的码元调制为QPSK、 16QAM、64QAM、和256QAM 中的一种，码元星座图映射方式采用格雷码映射)、星座旋转(QPSK码元星座的星座旋转角 度为22. 5度，16QAM码元星座的星座旋转角度为11. 25度，64QAM码元星座的星座旋转角度 为5. 626度，256QAM码元星座的星座旋转角度为2. 8125度)、码元交织(码元交织采用随 机交织方式)后进一步在频域上形成FFT级联交织编码调制数据块(FFT级联交织编码调 制数据块的长度(符号个数)为K);当X取512时，相对应的FFT级联交织编码调制数据 块的长度K(子载波数)取2048，相对应的子载波的频率间隔取4KHz ;当X取1024时，相对 应的FFT级联交织编码调制数据块的长度K(子载波数)取4096，相对应的子载波的频率 间隔取2KHz ;当X取2048时，相对应的FFT级联交织编码调制数据块的长度K (子载波数)取8192，相对应的子载波的频率间隔取lKHz); 3)该某个无线多媒体广播发射机端采用IFFT (快速离散傅立叶反变换)将FFT级
联交织编码调制数据块变换为时域的离散级联交织编码调制数据样值块； 4)该某个无线多媒体广播发射机端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， X取512、1024、2048
中的一个)； 5)该某个无线多媒体广播发射机端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 块的长度为K，K = 4XX); 6)该某个无线多媒体广播发射机端将时域的离散级联交织编码调制数据样值块、 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级联交织编码调制数据块， 作为帧体； 7)该某个无线多媒体广播发射机端将循环前缀(循环前缀的长度为C ;当X取512 时，相对应的C取FFT级联交织编码调制数据块长度K大小的1/4 ;当X取1024时，相对应 的C取FFT级联交织编码调制数据块长度K大小的1/8 ;当X取2048时，相对应的C取FFT 级联交织编码调制数据块长度K大小的1/16)作为保护间隔(帧头)插入时域嵌入训练序 列级联交织编码调制数据块(帧体)，以形成信号帧； 8)该某个无线多媒体广播发射机端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)该某个无线多媒体广播发射机端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； 10)该某个接收机端接收处理无线多媒体广播发射机端所发送的信号。 按照本发明的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法的某个发射机和接收机
间信号传输过程中信号帧形成的实施例，如图2所示，具体实施如下 该某个无线多媒体广播发射机端将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成数据 比特流。 该某个无线多媒体广播发射机端将输入数据比特流经RS编码(Reed-Solomon, RS)、巻积交织、LDPC编码(Low Density Parity Check,LDPC)、码元调制、星座旋转、码元交 织后进一步在频域上形成FFT级联交织编码调制数据块，再经IFFT将其变换为时域的离散 级联交织编码调制数据样值块。 该某个无线多媒体广播发射机端FFT级联交织编码调制数据块由子载波组成。 FFT级联交织编码调制数据块的长度(符号个数)为K ;当X取512时，相对应的FFT级联 交织编码调制数据块的长度K (子载波数)取2048，相对应的子载波的频率间隔取4KHz ;当 X取1024时，相对应的FFT级联交织编码调制数据块的长度K (子载波数)取4096，相对应 的子载波的频率间隔取2KHz ;当X取2048时，相对应的FFT级联交织编码调制数据块的长 度K(子载波数)取8192，相对应的子载波的频率间隔取lKHz。 该某个无线多媒体广播发射机端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，再在时域上将其连续重复4次形成时域嵌入训练序列离散样值块。 该某个无线多媒体广播发射机端的训练序列、业务指标序列、复数训练序列的离 散样值块的长度都为X， X取512、1024、2048中的一个，时域嵌入训练序列离散样值块的长 度为K， K = 4XX。 作为该某个无线多媒体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。 该某个无线多媒体广播发射机端各个不同的业务指标序列包含着并且唯一表达 着无线多媒体广播发射机的各系统参数和业务模式信息。 该某个无线多媒体广播发射机端将时域的离散级联交织编码调制数据样值块、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级联交织编码调制数据块，作 为帧体；在时域嵌入训练序列级联交织编码调制数据块中插入循环前缀作为保护间隔，形 成信号帧。 该某个无线多媒体广播发射机端作为保护间隔的循环前缀的长度为C;当X取512 时，相对应的C取FFT级联交织编码调制数据块长度K大小的1/4 ;当X取1024时，相对应 的C取FFT级联交织编码调制数据块长度K大小的1/8 ;当X取2048时，相对应的C取FFT 级联交织编码调制数据块长度K大小的1/16。 该某个无线多媒体广播发射机端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。当X取512时，相对应的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. 1 ;当X取1024时，相对应的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 ;当X取2048时，相对应的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. 025。 该某个无线多媒体广播发射机端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。 该某个接收机端接收处理无线多媒体广播发射机端所发送的信号。 按照本发明的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法的某个无线多媒体广播
发射机端的QPSK码元调制、16QAM码元调制的星座旋转方法的的实施例，如图3所示，该某
个无线多媒体广播发射机端的QPSK码元调制、16QAM码元调制的码元星座图映射方式采用
格雷码映射；QPSK码元星座的星座旋转角度为22. 5度，16QAM码元星座的星座旋转角度为
11.25度。 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。
10
权利要求
一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于无线多媒体广播信号在无线多媒体广播发射机端经如下步骤发送至空中无线信道并由接收机端接收处理无线多媒体广播发射机端所发送的信号1)无线多媒体广播发射机端将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成数据比特流；2)无线多媒体广播发射机端将输入数据比特流经RS编码(Reed Solomon，RS)、卷积交织、LDPC编码(Low Density Parity Check，LDPC)、码元调制、星座旋转、码元交织后进一步在频域上形成FFT级联交织编码调制数据块(FFT级联交织编码调制数据块的长度(符号个数)为K)；3)无线多媒体广播发射机端采用IFFT(快速离散傅立叶反变换)将FFT级联交织编码调制数据块变换为时域的离散级联交织编码调制数据样值块；4)无线多媒体广播发射机端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)；5)无线多媒体广播发射机端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为K，K＝4×X)；6)无线多媒体广播发射机端将时域的离散级联交织编码调制数据样值块、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级联交织编码调制数据块，作为帧体；7)无线多媒体广播发射机端将循环前缀(循环前缀的长度为C)作为保护间隔(帧头)插入时域嵌入训练序列级联交织编码调制数据块(帧体)，以形成信号帧；8)无线多媒体广播发射机端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)无线多媒体广播发射机端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；10)接收机端接收处理无线多媒体广播发射机端所发送的信号。
2. 按权利要求1的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于所述无线多媒体广播发射机端将多媒体数据流经媒体数据处理器转换成数据比特流。
3. 按权利要求1的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于所述无线多媒体广播发射机端将输入数据比特流经RS编码(Reed-Solomon， RS)、巻积交织、LDPC编码(Low Density Parity Check, LDPC)、码元调制、星座旋转、码元交织后进一步在频域上形成FFT级联交织编码调制数据块(FFT级联交织编码调制数据块的长度(符号个数)为K)。
4. 按权利要求3的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于所述无线多媒体广播发射机端的数据比特流经RS编码(Reed-Solomon， RS)、巻积交织，RS编码与巻积交织结合在一起实现抗突发错误能力。
5. 按权利要求3的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于所述无线多媒体广播发射机端的数据比特流经RS编码、巻积交织后的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3的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于所述无线多媒体广播发射机端的数据比特流经RS编码、巻积交织、LDPC编码后的码元调制为QPSK、16QAM、64QAM、和256QAM中的一种，码元星座图映射方式采用格雷码映射。
7. 按权利要求3和按权利要求6的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于所述QPSK码元星座的星座旋转角度为22. 5度，16QAM码元星座的星座旋转角度为11. 25度，64QAM码元星座的星座旋转角度为5. 626度，256QAM码元星座的星座旋转角度为2. 8125度。
8. 按权利要求3的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于所述码元交织采用随机交织方式。
9. 按权利要求1的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于所述无线多媒体广播发射机端的训练序列、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。
10. 按权利要求9的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于所述无线多媒体广播发射机端的训练序列、业务指标序列具有伪随机特性，所述无线多媒体广播发射机端的训练序列、业务指标序列相互之间具有正交性。
11. 按权利要求1的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于所述无线多媒体广播发射机端的FFT比特交织编码调制数据块由子载波组成；当X取512时，子载波数K取2048 ;当X取1024时，子载波数K取4096 ;当X取2048时，子载波数K取8192。
12. 按权利要求11的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于当X取512时，子载波的频率间隔取4KHz ;当X取1024时，子载波的频率间隔取2KHz ;当X取2048时，子载波的频率间隔取lKHz。
13. 按权利要求1的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于所述无线多媒体广播发射机端的信号帧由循环前缀插入到时域嵌入训练序列比特交织编码调制数据块形成。
14. 按权利要求1的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于所述无线多媒体广播发射机端的循环前缀的长度为C ;当X取512时，C取K大小的1/4 ;当X取1024时，C取K大小的1/8 ;当X取2048时，C取K大小的1/16。
15. 按权利要求1的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于所述无线多媒体广播接收机端接收处理无线多媒体广播发射机端所发送的信号。
16. 按权利要求1的一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法，其特征在于所述无线多媒体广播发射机端采用外编码、交织、内编码、调制、星座旋转、交织方案的级联优化设计对输入数据进行内外级联交织编码调制提高了信号分集阶数和抗干扰噪声纠错能力，使得无线多媒体广播传输系统对环境背景具有抗衰落性以及在多径衰落信道环境下具有好的系统性能。
全文摘要
本发明公开了一种抗衰落无线多媒体广播信号传输方法。在发明的无线多媒体广播信号传输方法中，无线多媒体广播信号在无线多媒体广播发射机端多媒体数据流经媒体数据处理、RS编码、卷积交织、LDPC编码、码元调制、星座旋转、码元交织、时域离散数据样值块与时域嵌入训练序列离散样值块叠加成帧、脉冲成形、上变频至载波上形成射频信号发射到空中无线信道并由接收机端接收处理无线多媒体广播发射机端所发送的信号。该无线多媒体广播信号传输方法具有接收同步时间短、对传输环境背景具有抗衰落性、可控多业务等优点。
文档编号H04N7/26GK101778076SQ20101011682
公开日2010年7月14日 申请日期2010年3月3日 优先权日2010年3月3日
发明者何加铭, 徐铁峰, 聂秋华, 郑紫微 申请人:宁波大学