專利名稱：地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字電視廣播技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及一種地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的思想，不僅可用于地面、衛(wèi)星、有線、微波和其它傳輸媒介，也可用于數(shù)據(jù)廣播、互連網(wǎng)、和其它寬帶多媒體信息傳輸及綜合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)領(lǐng)域。
經(jīng)過(guò)十多年堅(jiān)持不懈的研究和發(fā)展，數(shù)字電視地面廣播(Digital TelevisionTerrestrial Broadcasting，DTTB)已經(jīng)取得了很多的成果，達(dá)到了可以實(shí)現(xiàn)階段。從1998年11月北美和歐洲已經(jīng)開播DTTB節(jié)目，許多國(guó)家宣布了它們的DTTB制式選擇和實(shí)現(xiàn)計(jì)劃。目前，世界上主要有三種DTTB傳輸標(biāo)準(zhǔn)1)高級(jí)電視系統(tǒng)委員會(huì)(Advanced Television Systems Committee，ATSC)研發(fā)的格形編碼的八電平殘留邊帶(Trellis-Coded 8-Level Vestigial Side-Band(8-VSB))調(diào)制系統(tǒng)。
ATSC數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)是高級(jí)電視系統(tǒng)委員會(huì)ATSC開發(fā)的。
1993年5月，美國(guó)幾家研究數(shù)字HDTV的集團(tuán)組成大聯(lián)盟(GA)。經(jīng)過(guò)先進(jìn)電視測(cè)試中心(ATTC)對(duì)大聯(lián)盟系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，1995年9月，美國(guó)先進(jìn)電視制式委員會(huì)(ATSC)向FCC提交了數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告，經(jīng)過(guò)國(guó)會(huì)聽證會(huì)辯論，1996年12月26日FCC正式公布了“數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)”ATSC。ATSC不僅包括了HDTV，還增加了SDTV標(biāo)準(zhǔn)。該系統(tǒng)在6MHz信道內(nèi)傳輸高質(zhì)量的視頻、音頻和輔助數(shù)據(jù)，能夠在一個(gè)6MHz地面廣播頻道中發(fā)送約19Mbps總?cè)萘啃畔?，以及在一個(gè)6MHz有線電視信道中發(fā)送約38Mbps總?cè)萘啃畔ⅰ嚎s比為50∶1或更高。該系統(tǒng)由三個(gè)子系統(tǒng)組成。即信源編碼和壓縮子系統(tǒng)；業(yè)務(wù)復(fù)用和傳送子系統(tǒng)和RF傳輸子系統(tǒng)。
2)數(shù)字視頻地面廣播(Digital Video Terrestrial Broadcasting-Terrestrial，DVB-T)標(biāo)準(zhǔn)采用的編碼正交頻分復(fù)用(Coded Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，COFDM)調(diào)制。
DVB-T系統(tǒng)是歐洲公共和私人組織的協(xié)會(huì)——數(shù)字視頻廣播(DVB)開發(fā)的。
歐洲在1993年停止了原先研制的數(shù)?；旌现艸D-MAC系統(tǒng)并開始了數(shù)字電視廣播DVB的研究，后來(lái)，歐洲電信協(xié)會(huì)ETSI已先后公布了DVB-S(衛(wèi)星廣播)、DVB-C(有線電視廣播)和DVB-T(地面廣播)的標(biāo)準(zhǔn)。此系列標(biāo)準(zhǔn)考慮到數(shù)字視頻和音頻的傳輸，以及即將來(lái)臨的多媒體節(jié)目。在信源編碼方面，DVB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定數(shù)字電視系統(tǒng)使用統(tǒng)一的MPEG-2壓縮方法和MPEG-2傳輸流及復(fù)用方法；在地面?zhèn)鬏敺矫?，它采用與美國(guó)不同的COFDM(編碼正交頻分復(fù)用)調(diào)制技術(shù)，這對(duì)于抗多徑干擾和進(jìn)行移動(dòng)接收有著明顯的優(yōu)點(diǎn)。
3)地面綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播(Integrated Service Digital Broadcasting-Terrestrial，ISDB-T)采用的頻帶分段傳輸(Bandwidth Segmented Transmission，BST)正交頻分復(fù)用OFDM。
ISDB-T系統(tǒng)是日本無(wú)線電工商業(yè)協(xié)會(huì)(Association of Radio Industries andBusinesses，ARIB)開發(fā)的。
日本是廣播電視設(shè)備的生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)，掌握許多廣播電視高新技術(shù)，并在HDTV攝像、錄像、顯示等設(shè)備的研制方面處于領(lǐng)先地位。模擬制式的高清晰度電視衛(wèi)星廣播Hivision制式是日本開發(fā)并正式向用戶播送的，是世界上最早開始的高清晰度電視廣播。不過(guò)由于它是模擬信號(hào)形式，而且是以衛(wèi)星通道作為傳輸媒體(帶寬24MHz)，所以不屬高壓縮比率的全數(shù)字式電視廣播。日本在世界電視廣播系統(tǒng)全數(shù)字化的開發(fā)熱潮的先期未顯現(xiàn)出其動(dòng)向，似乎有點(diǎn)銷聲匿跡。然而在1996年，日本忽然提出了其研制的DTTB(數(shù)字電視地面廣播)制式-ISDB-T(地面綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播)。該方案是由日本的DiBEG(數(shù)字廣播專家組)建議的，所以也稱DiBEG制式。系統(tǒng)采用的調(diào)制方法稱為頻帶分段傳輸(BST)OFDM，由一組共同的稱為BST段的基本頻率塊組成。
自從有了多個(gè)DTTB系統(tǒng)以來(lái)，許多國(guó)家和地區(qū)都在選擇自己的DTTB系統(tǒng)。但隨著技術(shù)的發(fā)展和研究的不斷深入，人們認(rèn)識(shí)到在信號(hào)峰值-平均功率比、C/N門限、移動(dòng)接收、室內(nèi)/外接收、頻譜效率、HDTV傳輸能力、同頻/鄰頻道干擾、對(duì)現(xiàn)有模擬電視的干擾、單頻網(wǎng)和同頻道轉(zhuǎn)發(fā)、脈沖干擾和連續(xù)波干擾、相位噪聲、靜態(tài)/動(dòng)態(tài)的多徑失真、系統(tǒng)的靈活性等等方面，上述三個(gè)系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點(diǎn)。
在此背景下，針對(duì)上述目前世界上三個(gè)地面數(shù)字電視系統(tǒng)存在的問題，提出了一種新穎的、適合我國(guó)國(guó)情的地面數(shù)字電視系統(tǒng)。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)字信息傳輸方法，它使用電視廣播頻譜。每個(gè)頻道的有效凈荷的信息傳輸碼率在8MHz的帶寬下可高達(dá)33Mbps。系統(tǒng)的核心采用了mQAM/QPSK的時(shí)域同步正交頻分復(fù)用TDS-OFDM(TimeDomain Synchronous OFDM，TDS-OFDM)調(diào)制技術(shù)，其頻譜效率可以高達(dá)4Bit/s/Hz；系統(tǒng)使用更加優(yōu)化的前向糾錯(cuò)編碼FEC來(lái)抵抗突發(fā)誤碼，例如里德-索羅門(Reed-Solomom(R-S)，RS)或Turbo碼、卷積交織、矩陣交織等；實(shí)現(xiàn)了分級(jí)調(diào)制和編碼，實(shí)現(xiàn)了分級(jí)服務(wù)，針對(duì)不同的應(yīng)用、不同的目的、不同的用戶，提供不同的服務(wù)；同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)多媒體業(yè)務(wù)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種采用上述數(shù)字信息傳輸方法的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)。
按照本發(fā)明的一方面，提供了一種數(shù)字信息傳輸方法，包括至少傳輸?shù)谝缓偷诙?，每幀有選定數(shù)目(F)的二進(jìn)制位或比特，每幀包括信號(hào)幀同步段和信號(hào)幀體段，信號(hào)幀同步段的長(zhǎng)度是首先選定的長(zhǎng)度，信號(hào)幀體段的長(zhǎng)度是其次選定的長(zhǎng)度，第一幀的幀同步段具有選定的位模式，它區(qū)別于為第二幀的幀同步段所選定的位模式；其中，至少第一幀和第二幀的幀同步段之一可用于在時(shí)域上對(duì)相應(yīng)的幀進(jìn)行同步。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于在所述信號(hào)幀同步段的所說(shuō)選定的位模式中，進(jìn)一步包括一個(gè)標(biāo)志，用于識(shí)別所說(shuō)至少兩幀中的想要接收的信號(hào)。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于在所述信號(hào)幀同步段的所說(shuō)選定的位模式中，進(jìn)一步包括一個(gè)標(biāo)志，用于識(shí)別所說(shuō)至少兩幀的數(shù)據(jù)源。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括使用所述幀同步段的所選定的位模式來(lái)實(shí)現(xiàn)至少2N-1個(gè)幀的相互區(qū)別，其中，所述每幀的幀同步段的長(zhǎng)度至少有N比特，并且N是一個(gè)選定的正整數(shù)。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括選擇所述整數(shù)N為9。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括選擇幀同步段的位模式包含偽噪聲序列，它由N階多項(xiàng)式p(x)=0產(chǎn)生，這里x為布爾變量。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括選擇幀同步段的位模式包含這樣的模式，該模式是兩個(gè)二進(jìn)制序列異或的結(jié)果，第一個(gè)二進(jìn)制序列是由N階多項(xiàng)式p(x)=0產(chǎn)生的偽噪聲序列，這里x為布爾變量，第二個(gè)二進(jìn)制序列是具有選定碼長(zhǎng)的正交序列。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括從沃爾什碼序列、Haar碼序列、Rademacher碼序列組成的正交序列組中選擇一個(gè)所述正交序列。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括在所述第一幀和第二幀的所述信號(hào)幀同步段中的子段，其長(zhǎng)度為F’(F’＜F)，如此配置，以便所述第一幀的子段和所述第二幀的子段是正交的。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括選擇至少一個(gè)所述幀的幀體段，其長(zhǎng)度從幀體段長(zhǎng)度208、104和52中選擇。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括使用里德-所羅門碼，指定的RS(m，n)，為數(shù)字信息提供誤碼檢測(cè)和校正，其中(m，n)是一對(duì)整數(shù)，從(208，188)、(208，200)、(104，84)、(104，96)，(52，32)和(52，44)中選擇。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括使用誤碼編碼，為所述數(shù)字信息提供誤碼檢測(cè)和校正，所述誤差編碼方式從格形64QAM、格形16QAM、格形QPSK、turbo格形64QAM、turbo格形16QAM、turbo格形QPSK中選擇。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括所述的傳輸信息為高清晰度電視信號(hào)。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括所述傳輸?shù)男畔⒆髦辽儆幸粋€(gè)接收者的蜂窩電話信號(hào)。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括所述的傳輸信息為具有至少一個(gè)接收者的尋呼信號(hào)。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括傳輸來(lái)自網(wǎng)絡(luò)控制中心的所述至少兩幀，所述網(wǎng)絡(luò)控制中心具有相關(guān)的廣播數(shù)據(jù)庫(kù)，并與互連網(wǎng)連接，下行信號(hào)至少被送到一個(gè)基站，該基站是遠(yuǎn)離所述網(wǎng)絡(luò)控制中心的。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括將來(lái)自所述基站的至少兩幀作為上行信號(hào)傳輸?shù)剿鼍W(wǎng)絡(luò)控制中心。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括將來(lái)自所述基站的至少兩幀作為下行信號(hào)傳輸?shù)浇邮战邮战K端，所述終端遠(yuǎn)離所述控制中心和所述基站之一。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括將來(lái)自所述終端的至少兩幀作為上行信號(hào)傳輸?shù)剿龌尽?br>
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括選擇所述信號(hào)幀同步段長(zhǎng)度為721個(gè)符號(hào)。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括選擇所述信號(hào)體段的長(zhǎng)度為4656個(gè)符號(hào)。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括選擇所述信號(hào)體段，使其包含具有912個(gè)連續(xù)符號(hào)的保護(hù)間隔序列。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括把所述選定數(shù)目F1的幀集合到一個(gè)幀群中，其中F1是選定的整數(shù)，至少等于2，并且為該幀群提供一個(gè)選定的幀群頭。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括選擇所述數(shù)目F1為511。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括在所述幀群頭中包括具有936個(gè)連續(xù)符號(hào)的保護(hù)間隔。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括把所述選定數(shù)目F2的幀群集合進(jìn)超幀中，其中F2是選定的整數(shù)，至少等于2，并且為超幀提供一個(gè)選定的超幀頭。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括選擇所述數(shù)目F2為511。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括把選定數(shù)目F3的所述超幀集合進(jìn)超幀群中，這里F3是選定的整數(shù)，至少等于2，并且為超幀群提供一個(gè)選定的超幀群頭。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括選擇所述數(shù)目F3為大約479。
按照上述的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括在選定的時(shí)間間隔內(nèi)傳輸所述超幀群至少兩次，選定的時(shí)間間隔長(zhǎng)度為2T(SFG)。
按照本發(fā)明的第二方面，提供了一種采用上述數(shù)字信息傳輸方法的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于所述地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)包括一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制中心(1)、至少一個(gè)發(fā)射機(jī)(2)和至少一個(gè)接收機(jī)(3)；從所述網(wǎng)絡(luò)控制中心(1)至少傳輸?shù)谝缓偷诙瑐鬏數(shù)桨l(fā)射機(jī)(2)，發(fā)射機(jī)(2)將所接收到的信號(hào)調(diào)制發(fā)射到空中，由接收機(jī)(3)接收，其中，每幀有選定的數(shù)目(F)的二進(jìn)制位或比特，每幀包括信號(hào)幀同步段和信號(hào)幀體段，信號(hào)幀同步段的長(zhǎng)度是首先選定的長(zhǎng)度，信號(hào)幀體段的長(zhǎng)度是其次選定的長(zhǎng)度，第一幀的幀同步段具有選定的位模式，它區(qū)別于為第二幀的幀同步段所選定的位模式；其中，至少第一幀和第二幀的幀同步段之一可用于在時(shí)域上對(duì)相應(yīng)的幀進(jìn)行同步。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于在所述信號(hào)幀同步段的所說(shuō)選定的位模式中，進(jìn)一步包括一個(gè)標(biāo)志，用于識(shí)別所說(shuō)至少兩幀中的想要接收的信號(hào)。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于在所述信號(hào)幀同步段的所說(shuō)選定的位模式中，進(jìn)一步包括一個(gè)標(biāo)志，用于識(shí)別所說(shuō)至少兩幀的數(shù)據(jù)源。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于使用所述幀同步段的所選定的位模式來(lái)實(shí)現(xiàn)至少2N-1個(gè)幀的相互區(qū)別，其中，所述每幀的幀同步段的長(zhǎng)度至少有N比特，并且N是一個(gè)選定的正整數(shù)。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于選擇所述整數(shù)N為9。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于選擇幀同步段的位模式包含偽噪聲序列，它由N階多項(xiàng)式p(x)=0產(chǎn)生，這里x為布爾變量。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于選擇幀同步段的位模式包含這樣的模式，該模式是兩個(gè)二進(jìn)制序列異或的結(jié)果，第一個(gè)二進(jìn)制序列是由N階多項(xiàng)式p(x)=0產(chǎn)生的偽噪聲序列，這里x為布爾變量，第二個(gè)二進(jìn)制序列是具有選定碼長(zhǎng)的正交序列。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于從沃爾什碼序列、Haar碼序列、Rademacher碼序列組成的正交序列組中選擇一個(gè)所述正交序列。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于在所述第一幀和第二幀的所述信號(hào)幀同步段中的子段，其長(zhǎng)度為F’(F’＜F)，如此配置，以便所述第一幀的子段和所述第二幀的子段是正交的。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于選擇至少一個(gè)所述幀的幀體段，其長(zhǎng)度從幀體段長(zhǎng)度208、104和52中選擇。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于使用里德-所羅門碼，指定的RS(m，n)，為數(shù)字信息提供誤碼檢測(cè)和校正，其中(m，n)是一對(duì)整數(shù)，從(208，188)、(208，200)、(104，84)、(104，96)，(52，32)和(52，44)中選擇。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于使用誤碼編碼，為所述數(shù)字信息提供誤碼檢測(cè)和校正，所述誤差編碼方式從格形64QAM、格形16QAM、格形QPSK、turbo格形64QAM、turbo格形16QAM、turbo格形QPSK中選擇。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于所述的傳輸信息為高清晰度電視信號(hào)。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于所述傳輸?shù)男畔檫€包括具有至少一個(gè)接收者的蜂窩電話信號(hào)。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于所述的傳輸信息還包括具有至少一個(gè)接收者的尋呼信號(hào)。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于傳輸來(lái)自網(wǎng)絡(luò)控制中心的所述至少兩幀，所述網(wǎng)絡(luò)控制中心具有相關(guān)的廣播數(shù)據(jù)庫(kù)，并與互連網(wǎng)連接，所述發(fā)射機(jī)是具有收發(fā)功能的基站，下行信號(hào)至少被送到一個(gè)基站，該基站是遠(yuǎn)離所述網(wǎng)絡(luò)控制中心的。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于將來(lái)自所述基站的至少兩幀作為上行信號(hào)傳輸?shù)剿鼍W(wǎng)絡(luò)控制中心。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于將來(lái)自所述基站的至少兩幀作為下行信號(hào)傳輸?shù)浇邮諜C(jī)，所述接收機(jī)是具有收發(fā)功能的終端，所述終端遠(yuǎn)離所述控制中心和所述基站之一。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于將來(lái)自所述終端的至少兩幀作為上行信號(hào)傳輸?shù)剿龌尽?br>
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于選擇所述信號(hào)幀同步段長(zhǎng)度為721個(gè)符號(hào)。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于選擇所述信號(hào)體段的長(zhǎng)度為4656個(gè)符號(hào)。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于選擇所述信號(hào)體段，使其包含具有912個(gè)連續(xù)符號(hào)的保護(hù)間隔序列。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于把所述選定數(shù)目F1的幀集合到一個(gè)幀群中，其中F1是選定的整數(shù)，至少等于2，并且為該幀群提供一個(gè)選定的幀群頭。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于選擇所述數(shù)目F1為511。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于在所述幀群頭中包括具有936個(gè)連續(xù)符號(hào)的保護(hù)間隔。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于把所述選定數(shù)目F2的幀群集合進(jìn)超幀中，其中F2是選定的整數(shù)，至少等于2，并且為超幀提供一個(gè)選定的超幀頭。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于選擇所述數(shù)目F2為511。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于把選定數(shù)目F3的所述超幀集合進(jìn)超幀群中，這里F3是選定的整數(shù)，至少等于2，并且為超幀群提供一個(gè)選定的超幀群頭。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于選擇所述數(shù)目F3為大約479。
按照上述的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于在選定的時(shí)間間隔內(nèi)傳輸所述超幀群至少兩次，選定的時(shí)間間隔長(zhǎng)度為2T(SFG)。下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖1是按照本發(fā)明的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)的物理構(gòu)成圖。
圖2是按照本發(fā)明的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)的方框圖。
圖3是按照本發(fā)明的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)的信號(hào)構(gòu)成圖。
圖4是按照本發(fā)明的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)的傳輸層的方框圖。
圖5是按照本發(fā)明的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)的信道數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)圖。
圖6是顯示本發(fā)明中x8+x6+x5+x+1的Fibonacci型線性反饋移位寄存器的結(jié)構(gòu)圖。
圖7是顯示本發(fā)明所采用的第16階沃樂什碼的結(jié)構(gòu)圖。
圖8是顯示本發(fā)明中DFT塊的數(shù)據(jù)復(fù)用的示意圖。
圖9是顯示本發(fā)明中x8+x6+x5+x+1迦羅華形式的線性反饋移位寄存器的結(jié)構(gòu)圖。
圖10是顯示本發(fā)明中1+x14+x15的隨機(jī)化器的線性反饋移位寄存器的結(jié)構(gòu)圖。
圖11是本發(fā)明所采用的卷積交織的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖12是本發(fā)明所采用的1/2碼率卷積碼編碼器的示意圖。
圖13是本發(fā)明所采用的1/2碼率并行級(jí)聯(lián)系統(tǒng)卷積Turbo碼的示意圖。
圖14是本發(fā)明所采用的用于16QAM的1/2碼率格形編碼器框圖。
圖15是本發(fā)明所采用的用于16QAM的PCTC Turbo編碼器框圖。
圖16是本發(fā)明所采用的用于64QAM的2/3碼率格形碼編碼器框圖。
圖17是本發(fā)明所采用的用于64QAM的PCTTC編碼器框圖。
圖18是用于說(shuō)明正交頻分復(fù)用(OFDM)的信號(hào)頻譜圖。
圖19是用于說(shuō)明正交頻分復(fù)用(OFDM)的信號(hào)頻譜和保護(hù)間隔的示意圖。
圖20是用于說(shuō)明編碼正交頻分復(fù)用(COFDM)中的導(dǎo)頻位置的示意圖。
圖21是按照本發(fā)明采用時(shí)域同步正交頻分復(fù)用(TDS-OFDM)的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)中的下行線路RF調(diào)制功能框圖。
圖22是QPSK符號(hào)星座23是均勻16QAM符號(hào)星座圖(α=1)圖24是非均勻16QAM符號(hào)星座圖(α=2)圖25是均勻64QAM符號(hào)星座圖(α=1)圖26是非均勻64QAM符號(hào)星座圖(α=2)圖27(a)、(b)傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖28各種信道模型下的信道性能圖29QPSK的性能曲線圖3016QAM性能曲線圖3164QAM性能曲線下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明針對(duì)的主要對(duì)象是地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)，其系統(tǒng)物理構(gòu)成如下圖1所示。電視節(jié)目或數(shù)據(jù)、文本、圖片、語(yǔ)音等多媒體信息經(jīng)過(guò)源編碼、傳輸編碼、信道編碼后，通過(guò)一個(gè)或一個(gè)以上的發(fā)射機(jī)發(fā)射出去，覆蓋一定的區(qū)域。這些發(fā)射機(jī)可以靈活地組網(wǎng)，既可以組成多頻網(wǎng)MFN(Multi-Frequency Network)，也可以組成單頻網(wǎng)SFN(Single Frequency Network)。
圖2是按照本發(fā)明的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)的方框圖。
如圖1和2所示，一個(gè)以上的位于不同地區(qū)的發(fā)射臺(tái)2(它們可以是地方電視臺(tái)，或區(qū)域性的發(fā)射基站)可以組成一個(gè)整體地面數(shù)字電視廣播網(wǎng)，圖1中只顯示了兩個(gè)發(fā)射臺(tái)，此發(fā)射臺(tái)接收來(lái)自某個(gè)電視臺(tái)或網(wǎng)絡(luò)控制中心1的一路或多路數(shù)字多媒體電視廣播(節(jié)目)信號(hào)，并且將它們轉(zhuǎn)發(fā)出去。利用地面波傳輸?shù)焦潭ń邮諜C(jī)或移動(dòng)接收機(jī)，如車載接收機(jī)。覆蓋區(qū)內(nèi)的用戶可以是室外固定天線的接收機(jī)、室內(nèi)機(jī)頂天線的接收機(jī)、移動(dòng)接收機(jī)或便攜接收機(jī)，而且覆蓋依賴于許多因素，例如，地形(山脈、河谷、地平線或人造建筑物)、發(fā)射塔的高度和功率、接收機(jī)天線和增益/指向性等，使用戶接收到的信號(hào)不僅有直達(dá)信號(hào)，還有經(jīng)過(guò)一次或多次反射的信號(hào)，以及多頻網(wǎng)或同頻網(wǎng)中遠(yuǎn)方發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)，因此，就存在一個(gè)多徑干擾的問題，由于本系統(tǒng)采用了正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)(后面將對(duì)其進(jìn)行描述)，一個(gè)接收機(jī)可同時(shí)接收來(lái)自多個(gè)發(fā)射臺(tái)的信號(hào)，而且這些信號(hào)是互相增強(qiáng)的。從而克服了普通地面電視系統(tǒng)的多徑接收(重影)問題。即本發(fā)明的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)具有抵抗靜態(tài)/動(dòng)態(tài)多徑干擾的能力。另外，對(duì)于低速/高速移動(dòng)的車載天線接收機(jī)，例如公共汽車和高速火車，存在多普勒效應(yīng)，因此，為了穩(wěn)定可靠地使用戶接收信息，本發(fā)明也支持移動(dòng)接收。
圖3顯示了按照本發(fā)明的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)的信號(hào)構(gòu)成圖。數(shù)字電視系統(tǒng)信號(hào)結(jié)構(gòu)由壓縮層、傳送層和傳輸層三大部分組成。傳輸層的具體構(gòu)成，是由傳輸信道(或者叫傳輸媒介)決定的。傳輸媒介有有線媒介(包括光纖、銅軸和兩者的混合網(wǎng))、無(wú)線媒介(包括衛(wèi)星、微波、MMDS等)、地面波傳輸?shù)臒o(wú)線媒介。對(duì)于每種傳輸媒體，壓縮層和傳送層基本上都是一樣的，區(qū)別就在傳輸層上。本發(fā)明是針對(duì)地面波傳輸?shù)臒o(wú)線媒介面言的。
從另外一個(gè)角度分析，數(shù)字電視系統(tǒng)發(fā)射端可分為信源壓縮編碼、碼流復(fù)接、信道糾錯(cuò)編碼、信道調(diào)制等部分。其中信源編碼就是壓縮層，包括聲音和圖像的壓縮編碼，目前主要有ISO/IEC的MPEG1、MPEG2、MPEG4等系列標(biāo)準(zhǔn)，隨著技術(shù)的發(fā)展，可以采用其它新的壓縮算法，例如小波編碼、分形編碼等。碼流復(fù)接屬于傳送層，主要根據(jù)MPEG-2系統(tǒng)層的規(guī)范或其它相應(yīng)的規(guī)范對(duì)單路或多路基本碼流進(jìn)行復(fù)接，把音頻碼流、視頻碼流、數(shù)據(jù)碼流等多種多個(gè)碼流組合成一個(gè)傳輸碼流，其長(zhǎng)度是固定的，以便于信道傳輸，同時(shí)插入各種時(shí)間標(biāo)簽用于指示和同步。信道編碼和信道解碼屬于傳輸層，根據(jù)不同的信道，數(shù)字電視系統(tǒng)采用了不同的糾錯(cuò)編碼和調(diào)制技術(shù)方案。
本發(fā)明的重點(diǎn)在于傳輸層。因?yàn)椴煌膫鬏斆襟w傳輸特性不同，因而其傳輸層也不同。但對(duì)于地面?zhèn)鬏敚到y(tǒng)構(gòu)成通常如下圖4所示，分為兩大部分前向糾錯(cuò)FEC部分和調(diào)制發(fā)射部分。
地面數(shù)字電視中的糾錯(cuò)部分，大的技術(shù)方面基本上都采用了外碼糾錯(cuò)(Reed-Solomen碼)、交織Ⅰ(卷積交織)、內(nèi)碼糾錯(cuò)(卷積碼/Turbo碼)、交織Ⅱ(矩陣交織)，美國(guó)的ATSC、歐洲的DVB-T和日本的ISDB-T都是如此，但是本發(fā)明在具體實(shí)現(xiàn)上對(duì)它們進(jìn)行了改進(jìn)，因此，提高了糾錯(cuò)性能，從而導(dǎo)致了信號(hào)峰值-平均功率比、C/N門限、頻譜效率、脈沖干擾和連續(xù)波干擾、相位噪聲等等方面提高。
而調(diào)制技術(shù)目前主要有兩種方案——單載波調(diào)制和多載波調(diào)制。屬于單載波調(diào)制的有美國(guó)的ATSC 8VSB調(diào)制，而多載波調(diào)制的有歐洲的DVB-T COFDM、日本ISDB-T BST OFDM，本發(fā)明中所采用的調(diào)制技術(shù)TDS-OFDM也屬于多載波技術(shù)。
下面針對(duì)糾錯(cuò)編碼和調(diào)制技術(shù)，介紹本發(fā)明中所涉及到的技術(shù)細(xì)節(jié)，首先介紹物理信道結(jié)構(gòu)。
1、信道數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)本發(fā)明的物理信道結(jié)構(gòu)有以下特性·分層的幀結(jié)構(gòu)·同步正交頻分多載波調(diào)制(也稱OFDM或DMT)·PN序列導(dǎo)頻同步·周期性傳輸方案，循環(huán)時(shí)間為自然日·唯一的幀地址，支持時(shí)間共享多址·連續(xù)和突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸混合應(yīng)用1.1幀結(jié)構(gòu)描述本發(fā)明的物理信道幀結(jié)構(gòu)如圖5所示。幀結(jié)構(gòu)是分級(jí)的，一個(gè)基本幀結(jié)構(gòu)稱為一個(gè)信號(hào)幀。幀群定義為一群信號(hào)幀，其第一幀被定義為幀群頭。超幀定義為一組幀群。幀結(jié)構(gòu)的項(xiàng)層稱為超幀群。如圖所示，例如，一個(gè)超幀群由478個(gè)超幀組成，一個(gè)超幀包含512個(gè)幀群，一個(gè)幀群包含255個(gè)信號(hào)幀。物理信道是周期的，并且和絕對(duì)時(shí)間同步。
信號(hào)幀是下行物理信道的基本單元。一個(gè)信號(hào)幀由兩部分組成幀同步和幀體。幀同步和幀體的基帶符號(hào)率相同，規(guī)定為7.56MSps。幀同步采用BPSK調(diào)制以得到穩(wěn)定的同步。幀同步包含前同步緩沖、PN序列和后同步緩沖。幀同步中的符號(hào)數(shù)依賴于前同步緩沖和后同步緩沖中的符號(hào)數(shù)，如表1所示。
表1幀同步中的符號(hào)數(shù)
OFDM調(diào)制方法用于幀體。DFT塊有3780個(gè)符號(hào)并持續(xù)500us。保護(hù)間隔可選為DFT塊的1/6、1/9、1/12、1/20或1/30，如表2所示。
表2一個(gè)OFDM塊中的符號(hào)數(shù)
一個(gè)信號(hào)幀將有不同的符號(hào)數(shù)，取決于所選用的幀同步和OFDM保護(hù)間隔，如表3所示。表3也列出了對(duì)應(yīng)于一個(gè)信號(hào)幀的時(shí)間。
表3一個(gè)信號(hào)幀中的符號(hào)數(shù)
一個(gè)幀群含255個(gè)信號(hào)幀，其中第一個(gè)信號(hào)幀定義為幀群頭。一個(gè)幀群中的信號(hào)幀有唯一的幀號(hào)，標(biāo)號(hào)從0到254，信號(hào)幀號(hào)(FN)被編碼到當(dāng)前信號(hào)幀的幀同步PN序列中。一個(gè)幀群的持續(xù)期依賴于其信號(hào)幀中的樣值數(shù)，在140.4mS到161.7mS之間。
超幀被編號(hào)，從0到最大幀群號(hào)。超幀號(hào)(SFN)與超幀群號(hào)(SFGN)一起被編碼到超幀的第一個(gè)幀群頭中。
超幀群號(hào)(SFGN)被定義為超幀群發(fā)送的日歷日期，超幀群以一個(gè)自然日為周期進(jìn)行周期性重復(fù)，它被編碼為下行線路超幀群中一個(gè)超幀的第一個(gè)幀群頭中的前兩個(gè)字節(jié)，編碼格式是月、日和年如十進(jìn)制的MMDDYY，見表4。在太平洋標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間(PST)000AM，物理信道幀結(jié)構(gòu)被復(fù)位并開始一個(gè)新的超幀群。在每個(gè)超幀群中的超幀數(shù)約在1130至1044之間。每個(gè)超幀群的最后一個(gè)超幀在復(fù)位時(shí)刻可以是不完整的。
下行線路傳輸?shù)姆?hào)集號(hào)(SSN)基于符號(hào)集的定義命名。
如上所述，分層的同步信道結(jié)構(gòu)的低層被嵌入到一個(gè)下行線路幀中。而分層的同步信道結(jié)構(gòu)的高層，SFGN和SFN，被編碼到超幀的第一個(gè)幀群頭中。SFGN和SFN數(shù)據(jù)包被定義為超幀同步包，如表4所示。
表4下行線路超幀同步包 日期的月份，范圍從1到12[D4…D0]日期的日，范圍從1到31[Y6…Y0]日期的年，范圍從0到99[SFGN8…SFGN0]超幀群號(hào)[SFN8…SFN0]超幀號(hào)[BS4…BS0] 基站標(biāo)識(shí)，缺省值為01.2信號(hào)幀結(jié)構(gòu)1.2.1幀同步基帶幀同步信號(hào)由一個(gè)前同步緩沖、一個(gè)PN序列和一個(gè)后同步緩沖構(gòu)成。前同步緩沖可定義為0、24和25個(gè)符號(hào)，后同步緩沖可定義為1、25和104個(gè)符號(hào)，PN序列有255個(gè)符號(hào)。對(duì)于一個(gè)信號(hào)幀群中的不同信號(hào)幀，有不同的幀同步信號(hào)。所以，幀同步能作一個(gè)特殊信號(hào)幀的幀同步特征而用于識(shí)別。前同步緩沖和后同步緩沖定義為PN序列的循環(huán)擴(kuò)展。
PN序列定義為一個(gè)8階m序列，由一個(gè)Fibonacci型線性反饋移位寄存器(LFSR)實(shí)現(xiàn)。其特征多項(xiàng)式定義為x8+x6+x5+x+1。LFSR方框圖示于圖6中。初始條件模塊確定所產(chǎn)生的m序列的相位。
PN序列經(jīng)“0”到+1值及“1”到-1值的映射變換為非歸零的二進(jìn)制信號(hào)。一個(gè)第N階沃爾什碼能用哈德馬特矩陣生成。一個(gè)第N階哈德馬特矩陣是遞推建立的。
第2階哈德馬特矩陣H(2)定義為0 00 1第4階哈德馬特矩陣H(4)定義為H(4)=H(2)×H(2)=0 0 0 00 1 0 10 0 1 10 1 1 0對(duì)于N=2k，第N階哈德馬特矩陣H(N)定義為H(N)=H(2)×H(N/2)一個(gè)第N階沃爾什碼能定義為第N階哈德馬特矩陣的行。一個(gè)沃爾什碼字是哈德馬特矩陣的一行。沃爾什碼字的標(biāo)號(hào)被定義為碼字中由0到1和由1到0轉(zhuǎn)換的次數(shù)。
圖7示出一個(gè)第16階沃爾什碼，左邊一列示出沃爾什碼字的標(biāo)號(hào)。
一個(gè)幀同步序列被一個(gè)第16階沃爾什碼字編碼，以實(shí)現(xiàn)多基站識(shí)別。為基站識(shí)別而進(jìn)行的PN序列的沃爾什碼編碼步驟如下(1)由CDTVN網(wǎng)絡(luò)管理器為基站選擇一個(gè)第16階沃爾什碼字。
(2)按照PN序列的前同步緩沖/后同步緩沖，重復(fù)碼字中的每一個(gè)“1”和每一個(gè)“0”16/19/24次，將16比特的沃爾什碼擴(kuò)展為一個(gè)256/304/384位的矢量。
(3)將被編碼的幀同步序列與第(2)步產(chǎn)生的矢量逐位進(jìn)行異或(XOR)建立沃爾什碼編碼的幀同步序列。
1.2.2幀體一個(gè)幀體的基帶信號(hào)是一個(gè)正交頻分復(fù)用(OFDM)塊。一個(gè)OFDM塊可進(jìn)一步分成保護(hù)間隔和一個(gè)DFT塊，如圖8所示。由于OFDM塊保護(hù)間隔不同，在時(shí)域中對(duì)應(yīng)于頻域有3780個(gè)子載波的OFDM塊有不同的取樣數(shù)(參見表2)。
DFT塊在其時(shí)域中有3780個(gè)取樣，它們是頻域中3780個(gè)子載波的逆離散傅氏變換。DFT塊時(shí)域信號(hào)持續(xù)500us，它等價(jià)于頻域中兩個(gè)相鄰子載波之間2kHz的頻率間隔。
有5種可選的保護(hù)間隔大小，即DFT塊大小的1/6、1/9、1/12、1/20、1/30。保護(hù)間隔的信號(hào)相同于DFT塊時(shí)域信號(hào)的最后一段。保護(hù)間隔時(shí)間在不同的保護(hù)間隔大小下約在83.3us到16.7us之間。
一個(gè)信號(hào)幀的一個(gè)IDFT塊頻率域中有3744個(gè)復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)符號(hào)。這3744個(gè)數(shù)據(jù)符號(hào)被進(jìn)一步分到三個(gè)符號(hào)集中，一個(gè)符號(hào)集有1248個(gè)復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)符號(hào)。符號(hào)集被編號(hào)為符號(hào)集0，符號(hào)集1和符號(hào)集2。
幀群號(hào)有9比特。幀群號(hào)被編碼為頻率域IDFT塊中復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)符號(hào)的一部分。幀群號(hào)的各位被映射到復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)符號(hào)的實(shí)部，當(dāng)映射到符號(hào)的最大正值，則該位為1；當(dāng)映射到符號(hào)的最小負(fù)值，則該位為0。
用于幀群號(hào)的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)符號(hào)的虛部被用于映射傳輸參數(shù)信令(TPS)，它將在后面定義。
一個(gè)IDFT塊中的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)符號(hào)按下圖進(jìn)行復(fù)用。
1.3同步結(jié)構(gòu)的生成本發(fā)明下行傳輸協(xié)議是一個(gè)同步傳輸結(jié)構(gòu)。下面列出此結(jié)構(gòu)的某些重要特性。
●所有超幀群開始于PST(太平洋標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間)000AM。
●超幀群的一個(gè)超幀有幀群頭唯一地定義。
●超幀的一個(gè)信號(hào)幀群被唯一地定義在其信號(hào)幀中。
●幀群的一個(gè)信號(hào)幀能唯一地由其信號(hào)幀同步PN序列認(rèn)定。
●同步信號(hào)是一個(gè)功率提升的BPSK信號(hào)，它比OFDM結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)信號(hào)功率大很多。
幀地址結(jié)構(gòu)基于一組移位的m序列，它是偽隨機(jī)數(shù)(PN)序列的一種特殊類型。一個(gè)8階m序列是一個(gè)周期為255的周期序列?；趫D6中的LFSR的初始狀態(tài)，可產(chǎn)生255個(gè)不同相位的m序列。m序列由其在圖4中LFSR的初始狀態(tài)編號(hào)。
用圖5中的特征多項(xiàng)式，初始狀態(tài)由x16n編號(hào)。
例如，序號(hào)0的m序列的初始狀態(tài)是000000001，它是x16×0=1。序號(hào)1的m序列的初始狀態(tài)為11110011，它是x16×1=x16。序號(hào)2的m序列的初始狀態(tài)是11110100，它是x16×2=x32。序號(hào)254的m序列的初始狀態(tài)是00010110，它是x16 ×254=x239。
x的任意次冪能用特征多項(xiàng)式變換到一個(gè)狀態(tài)，圖9所示的一個(gè)迦羅華形式的LFSR以連續(xù)的順序產(chǎn)生x的各次冪。
一個(gè)幀群中的任一信號(hào)幀能被其幀同步認(rèn)定。有255個(gè)不同的m序列用作信號(hào)幀同步，它們對(duì)應(yīng)用于一個(gè)幀群中的255個(gè)信號(hào)幀。一個(gè)超幀的任一幀群被標(biāo)號(hào)，從0到511，并能由信號(hào)幀DFT塊認(rèn)定。
一個(gè)超幀群的任一超幀從0開始標(biāo)號(hào)，它能由PST(太平洋標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間)時(shí)間或幀體的數(shù)據(jù)認(rèn)定。
幀同步m序列被用于信號(hào)幀同步。幀群頭中的幀同步m序列被用于信號(hào)幀群同步。一個(gè)超幀的幀群能由其幀群頭認(rèn)定。幀同步信號(hào)可用于符號(hào)定時(shí)恢復(fù)。幀同步序列在經(jīng)過(guò)初始捕捉過(guò)程后是可預(yù)測(cè)的。
2、前向糾錯(cuò)(FEC)編碼2.1能量擴(kuò)散碼(選項(xiàng))能量擴(kuò)散碼是一個(gè)由x15+x14+1定義的、初始狀態(tài)為100101010000000的PN序列。能量擴(kuò)散碼的編碼器被稱為隨機(jī)化器。PN序列可由圖10所示的LFRS產(chǎn)生。
在超幀開始時(shí)隨機(jī)化器被復(fù)位到初始狀態(tài)上，然后自由運(yùn)行，直到再次被復(fù)位。
2.2外碼FEC的外碼采用里德-所羅門碼。
2.2.1高保護(hù)里德-索羅門碼，RS(208，188)高保護(hù)里德-索羅門(RS)碼是縮短的RS(255，235)里德-索羅門碼，它們有相同的域生成多項(xiàng)式和碼生成多項(xiàng)式，但是大小不同。
域生成多項(xiàng)式規(guī)定為x8+x4+x3+x2+1碼生成多項(xiàng)式規(guī)定為(x-1)(x-a)(x-a2)…(x-a19)RS(208，188)碼對(duì)MPEG傳送碼流或其它大小的數(shù)據(jù)包使用。RS(208，188)有188個(gè)字節(jié)作為信息數(shù)據(jù)，另外20個(gè)字節(jié)是糾錯(cuò)用校驗(yàn)字節(jié)，RS(208，188)可糾直至10個(gè)字節(jié)的傳輸錯(cuò)誤。
RS(208，188)碼可按以下步驟生成1)在188個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)前增加47個(gè)零字節(jié)作為信息字節(jié)；2)編碼235個(gè)信息字節(jié)得到255個(gè)編碼字節(jié)；3)去掉編碼字節(jié)的前47個(gè)字節(jié)。
因?yàn)镽S編碼是系統(tǒng)碼，移去的47個(gè)字節(jié)是零字節(jié)。
2.2.2高數(shù)據(jù)率里德-所羅門碼，RS(208，200)高數(shù)據(jù)率里德-索羅門(RS)碼是縮短的RS(255，247)里德-索羅門碼，它們有相同的域生成多項(xiàng)式和碼生成多項(xiàng)式，但是大小不同。
域生成多項(xiàng)式規(guī)定為x8+x4+x3+x2+1碼生成多項(xiàng)式規(guī)定為(x-1)(x-a)(x-a2)…(x-a7)RS(208，200)有200個(gè)字節(jié)作為信息數(shù)據(jù)，另外8個(gè)字節(jié)是糾錯(cuò)用校驗(yàn)字節(jié)。RS(208，200)碼能糾正直至4個(gè)字節(jié)的傳輸錯(cuò)誤。
RS(208，200)碼可按以下步驟生成1)在200個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)前增加55個(gè)零字節(jié)作為信息字節(jié)；
2)編碼247個(gè)信息字節(jié)得到255個(gè)編碼字節(jié)；3)去掉編碼字節(jié)的前55個(gè)字節(jié)。
2.3時(shí)間數(shù)據(jù)交織結(jié)構(gòu)本發(fā)明傳輸支持連續(xù)的數(shù)據(jù)流和突發(fā)的數(shù)據(jù)流傳輸。對(duì)于連續(xù)的數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)交織結(jié)構(gòu)是信號(hào)幀間交織。對(duì)于突發(fā)的數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)交織結(jié)構(gòu)是在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的信號(hào)幀內(nèi)交織或是頻率交織。
信號(hào)幀間交織采用圖11所示的卷積交織結(jié)構(gòu)。變量B表示交織寬度(支路)，變量M表示交織深度(延遲緩存器)。交織/去交織對(duì)的總時(shí)延為M×(B-1)×B。取決于應(yīng)用，信號(hào)幀間數(shù)據(jù)交織有三種方式。
方式1B=104，M=6字節(jié)。交織/去交織的總時(shí)延是64272字節(jié)，它對(duì)應(yīng)于309個(gè)RS(208，188)塊。
對(duì)于一個(gè)數(shù)據(jù)流，如果9個(gè)RS(208，188)在一個(gè)信號(hào)幀中傳送，則交織/去交織時(shí)延是4個(gè)信號(hào)幀的時(shí)間，大約為22ms。
方式2B=52，M=4字節(jié)。交織/去交織的總時(shí)延是10608字節(jié)，它對(duì)應(yīng)于51個(gè)RS(208，188)塊。
方式3B=16，M=13字節(jié)。交織/去交織的總時(shí)延是3120字節(jié)，它對(duì)應(yīng)于15個(gè)RS(208，188)塊。
至于采用哪一種方式，可以根據(jù)不同應(yīng)用或不同頻道來(lái)進(jìn)行選擇。
2.4內(nèi)碼2.4.1用于QPSK星座圖符號(hào)的內(nèi)碼1)1/2碼率卷積碼用作QPSK星座圖符號(hào)的級(jí)聯(lián)碼內(nèi)碼采用的是1/2碼率卷積碼。1/2碼率、64狀態(tài)卷積碼的生成多項(xiàng)式為G1(x)=1+x+x2+x3+x6G2(x)=1+x2+x3+x5+x61/2卷積碼編碼器框圖如圖12所示。一個(gè)輸入比特U生成兩個(gè)比特分別作為QPSK符號(hào)的I和Q。
2)1/2碼率并行級(jí)聯(lián)系統(tǒng)卷積Turbo碼(選項(xiàng))以1/2碼率的并行級(jí)聯(lián)系統(tǒng)卷積Turbo碼作為QPSK星座圖符號(hào)，其編碼器框圖如圖13所示。
在圖13中，An、Bn、Cn和Dn，n=0，1，2，…，6，是編碼器的系數(shù)，定義如下A0=0，A1=1，A2=1，A3=1，A4=0，A5=1，A6=0，B0=1，B1=0，B2=0，B3=1，B4=0，B5=0，C0=0，C1=1，C2=1，C3=1，C4=0，C5=1，C6=0，D0=1，D1=0，D2=0，D3=1，D4=0，D5=0。
一個(gè)輸入比特U將生成兩個(gè)輸出比特，即QPSK符號(hào)的I和Q。輸出比特Q將輪流選擇Q0和Q1。
隨機(jī)交織器是一個(gè)塊交織器，塊的大小是1248比特。
2.4.2用于16QAM星座圖符號(hào)的內(nèi)碼1)1/2碼率格形碼16狀態(tài)、1/2碼率格形碼編碼器如圖12所示，被用作16QAM符號(hào)級(jí)聯(lián)碼的內(nèi)碼。
輸入字節(jié)首先以最低有效位(LSB)為起始變換為4個(gè)2-比特對(duì)，然后2-比特對(duì)編碼為兩個(gè)2-比特對(duì)，用于16QAM符號(hào)映射，一個(gè)符號(hào)對(duì)應(yīng)于I和Q的2-比特對(duì)。如編碼器框圖所示，輸出比特I1是輸入比特U0的直接映射，輸出比特Q1是輸入比特U1的直接映射。
在圖14中，An、Bn、Cn和Dn，n=0、1、2、3、4，是編碼器的系數(shù)，定義如下A0=0，A1=1，A2=1，A3=1，A4=0，B0=1，B1=0，B2=0，B3=1，C0=0，C1=1，C2=1，C3=1，C4=0，D0=1，D1=0，D2=0，D3=1。從2-比特矢量到4電平符號(hào)的輸出符號(hào)映射，采用自然映射，如表5所示。這種符號(hào)映射方案適用于16QAM的I和Q通道。
表516QAM符號(hào)映射
2)1/2碼率并行級(jí)聯(lián)格形Turbo碼并行級(jí)聯(lián)格形碼(PCTC)Turbo編碼器如圖15所示。
圖15所示的框圖與圖14的框圖非常相似。這兩種格形編碼器的輸入流變換和輸出符號(hào)映射是相同的。
對(duì)PCTC Turbo編碼器，在兩個(gè)并行的編碼器之間有一個(gè)比特交織器。比特交織器對(duì)給定的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行比特重新排列。數(shù)據(jù)塊應(yīng)當(dāng)在一個(gè)信號(hào)幀之內(nèi)。
在圖14中，An、Bn、Cn和Dn，n=0、1、2、3、4，是PCTC Turbo編碼器的系數(shù)，其中，An和Cn是2-比特矢量。系數(shù)定義如下A01=1，A11=1，A21=0，A31=1，A00=0，A10=1，A20=0，A30=0，B0=1， B1=0， B2=1，C01=1，C11=1，C21=0，C31=1，C00=0，C10=1，C20=0，C30=0，D0=1， D1=0， D2=1。
對(duì)用于16QAM的PCTC編碼器，符號(hào)映射方案與表5所示相同。隨機(jī)交織器是2個(gè)塊交織器，塊的大小是1248比特。
5.4.3用于64QAM星座圖符號(hào)的內(nèi)碼1)2/3碼率格形碼8狀態(tài)2/3碼率格形碼編碼器如圖16所示，作為級(jí)聯(lián)碼內(nèi)碼，用作64QAM星座圖符號(hào)。
輸入字節(jié)首先以最低有效位(LSB)為起始變換為兩個(gè)4-比特矢量，然后4-比特矢量編碼為兩個(gè)3-比特矢量，用于64QAM符號(hào)映射，也即作為3-比特I和Q矢量。如編碼器框圖所示，輸出比特I2I1是輸入比特U1U0的直接映射，輸出比特Q2Q1是輸入比特U3U2的直接映射。
在圖16中，An、Bn、Cn和Dn，n=0、1、2、3，是編碼器的系數(shù)，定義如下A01=1，A11=1，A21=1，A31=0，A00=0，A10=1，A20=0，A30=0，B0=1， B1=0， B2=1，C01=0，C11=1，C21=1，C31=0，C00=0，C10=1，C20=0，C30=0，D0=1， D1=0， D2=1。
從3-比特矢量到8電平符號(hào)的輸出符號(hào)映射，采用自然映射，如表6所示。64QAM的I和Q通道使用相同的映射方案。
表664QAM符號(hào)映射
2)2/3碼率并行級(jí)聯(lián)格形碼并行級(jí)聯(lián)格形碼(PCTC)Turbo編碼器如圖17所示。
圖17所示的框圖與圖16中的框圖非常相似。這兩個(gè)格形編碼器的輸入流變換和輸出符號(hào)映射是相同的。
與16QAM情況相同，在64QAM的PCTC Turbo編碼器的兩個(gè)并行結(jié)構(gòu)之間有一個(gè)交織器。
圖17中的編碼器系數(shù)定義如下A00=0，A10=1，A20=0，A30=0，A01=0，A11=1，A21=1，A31=0，A02=1，A12=0，A22=0，A32=1，A03=0，A13=1，A23=1，A33=1，B0=1， B1=0， B2=1，C00=0，C10=1，C20=0，C30=1，C01=0，C11=1，C21=1，C31=0，C02=1，C12=0，C22=0，C32=1，C03=0，C13=1，C23=1，C33=1，D0=1， D1=0， D2=1。
對(duì)用于64QAM的PCTC Turbo編碼器，符號(hào)映射方案與表6所示相同。
隨機(jī)交織器是4個(gè)塊交織器，塊的大小為1248比特。地址映射有下列表定義。
2.4.4級(jí)聯(lián)碼以上述編碼為基礎(chǔ)，可以組合出許多不同應(yīng)用目的的級(jí)聯(lián)碼。傳輸網(wǎng)絡(luò)的基站設(shè)備必須支持所有的組合。對(duì)于終端設(shè)備，有些組合是必須具備的，有些組合根據(jù)設(shè)備的應(yīng)用是可選的。
對(duì)于不同的組合，級(jí)聯(lián)碼的界限是不同的。級(jí)聯(lián)碼只能在界限上轉(zhuǎn)換類型。對(duì)有些級(jí)聯(lián)碼，一個(gè)數(shù)據(jù)塊就是界限。對(duì)于另一些碼，符號(hào)集就是界限。對(duì)于連續(xù)的碼流，一些級(jí)聯(lián)碼的界限可能跨越幾個(gè)信號(hào)幀。
2.4.5時(shí)間交織(選項(xiàng))為了支持移動(dòng)應(yīng)用，在FEC塊的格形/Turbo編碼器之后，可以增加另一個(gè)卷積交織。
3、同步正交頻分復(fù)用TDS-OFDM調(diào)制3.1正交頻分復(fù)用OFDM原理在信號(hào)傳輸過(guò)程中，由于回波干擾和信道的線性失真，會(huì)在接收符號(hào)間產(chǎn)生符號(hào)間干擾(ISI)。目前有效消除ISI的技術(shù)有兩種時(shí)域均衡和正交頻分復(fù)用(OFDM)。
時(shí)域均衡一般是在匹配濾波器后插入一個(gè)橫向?yàn)V波器(也稱橫截濾波器)，它由一條帶抽頭的延時(shí)線構(gòu)成，抽頭間隔等于符號(hào)周期。每個(gè)抽頭的延時(shí)信號(hào)經(jīng)加權(quán)后送到一個(gè)相加電路輸出，其形式與有限沖激響應(yīng)濾波器(FIR)相同，相加后的信號(hào)經(jīng)抽樣送往判決電路。每個(gè)抽頭的加權(quán)系數(shù)是可調(diào)的，通過(guò)調(diào)整加權(quán)系數(shù)可以消除ISI。均衡器的均衡效果主要由抽頭數(shù)和均衡算法決定，均衡算法常用的有迫零算法和最小均方畸變算法等。均衡器分預(yù)置式和自適應(yīng)式兩種。在實(shí)際信道中還存在噪聲干擾，它會(huì)對(duì)均衡器的收斂產(chǎn)生影響。為了進(jìn)一步改善性能，實(shí)際應(yīng)用中常采用判決反饋式均衡器，反饋均衡器的抽頭系數(shù)由前向均衡器所造成的信道沖激響應(yīng)拖尾所決定。
美國(guó)的數(shù)字電視就是采用了判決反饋均衡器，而調(diào)制技術(shù)采用了數(shù)字8-VSB方式。
均衡器技術(shù)比較成熟，被廣泛應(yīng)用于各種通信領(lǐng)域，但它有兩個(gè)缺點(diǎn)一是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高；二是僅對(duì)時(shí)延較短的ISI效果比較好，對(duì)時(shí)延較長(zhǎng)的ISI效果比較差。此時(shí)，采用正交頻分復(fù)用(OFDM)技術(shù)更好。
當(dāng)ISI的時(shí)延與傳輸符號(hào)的周期處于同一數(shù)量級(jí)時(shí)，ISI的影響就會(huì)變得嚴(yán)重起來(lái)。因此，延長(zhǎng)傳輸符號(hào)的周期可以有效地克服ISI的影響，這正是OFDM消除ISI的原理。
OFDM由大量在頻率上等間隔的子載波構(gòu)成(設(shè)共有N個(gè)載波)，各載波通常采用同一種或不同的調(diào)制方式調(diào)制。串行傳輸?shù)姆?hào)序列亦被分為長(zhǎng)度為N的組，每組內(nèi)的N個(gè)符號(hào)分別被N個(gè)子載波調(diào)制，然后一起發(fā)送。所以O(shè)FDM實(shí)質(zhì)是一種并行調(diào)制技術(shù)。將符號(hào)周期延長(zhǎng)N倍，從而提高了對(duì)ISI的抵抗能力。
子載波間的間隔如何選擇，是OFDM的關(guān)鍵。在傳統(tǒng)的頻分復(fù)用中，各載波上的信號(hào)頻譜是互不重疊的，以便接收機(jī)能用濾波器將其分離。但這樣作降低了頻帶利用率。在OFDM中，為提高頻帶利用率，使各載波上的信號(hào)頻譜互相重疊，但載波間隔的選擇使這些載波在整個(gè)符號(hào)周期上是正交的，即在符號(hào)周期上的任何兩個(gè)載波的乘積都為零。這樣，即使各載波上的信號(hào)頻譜間存在重疊，也能無(wú)失真地復(fù)原。我們知道，當(dāng)載波間最小間隔等于符號(hào)周期的倒數(shù)時(shí)，可滿足正交條件。為實(shí)現(xiàn)最大頻譜效率，一般取載波最小間隔等于符號(hào)周期的倒數(shù)。
當(dāng)符號(hào)由矩形時(shí)間脈沖組成時(shí)，每個(gè)載波信號(hào)的頻譜為sinx/x形狀，其峰值對(duì)應(yīng)于所有其它載波頻譜的零點(diǎn)，見圖18。
因?yàn)槊恳粋€(gè)載波的比特持續(xù)時(shí)間被延長(zhǎng)了N倍，遠(yuǎn)大于一般的ISI，所以O(shè)FDM具有良好的抵抗ISI的性能。在DVB固定接收的條件下，當(dāng)存在很大ISI時(shí)，OFDM信號(hào)的性能只有1-2dB的劣化。
由于OFDM系統(tǒng)中的子載波數(shù)量常達(dá)幾百乃至幾千，所以實(shí)際應(yīng)用中不可能象傳統(tǒng)的FDM那樣使用幾百乃至幾千個(gè)振蕩器或鎖相環(huán)。經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)OFDM信號(hào)可用付立葉變換FFT來(lái)得到，輸入的N個(gè)調(diào)制符號(hào)經(jīng)過(guò)N點(diǎn)的FFT后所得到的N個(gè)數(shù)據(jù)就是所需的OFDM合成信號(hào)的N個(gè)時(shí)域采樣值，在經(jīng)D/A變換后，就得到了OFDM信號(hào)波形。此信號(hào)乘以實(shí)際載波就可將OFDM信號(hào)搬移到所需的頻道上。
但信道中存在ISI時(shí)，OFDM子載波間的正交性會(huì)被破壞，使得接收機(jī)無(wú)法正確提取各子載波上的調(diào)制符號(hào)。為此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需在每個(gè)OFDM信號(hào)周期前插入一個(gè)保護(hù)間隔Δ，OFDM的實(shí)際傳輸周期變?yōu)門s=T+Δ，如圖19所示。
保護(hù)間隔內(nèi)的信號(hào)是由OFDM信號(hào)進(jìn)行周期延拓生成的，相當(dāng)于將OFDM信號(hào)的尾部折反到前面。當(dāng)ISI的時(shí)延不超過(guò)Δ時(shí)，OFDM子載波間的正交性仍能保持，接收機(jī)僅提取有效的OFDM周期T內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行處理，OFDM信號(hào)就可以不受ISI的干擾了。OFDM抵抗ISI的能力取決于Δ的長(zhǎng)度，Δ越長(zhǎng)，可消除ISI的時(shí)延范圍越大。但需要注意的是，保護(hù)間隔內(nèi)是不傳輸有用信息的，因此Δ越大，浪費(fèi)的頻帶資源也越多，這是OFDM消除ISI干擾的代價(jià)。
歐洲的DVB-T系統(tǒng)中采用編碼的正交頻分復(fù)用COFDM傳輸。在一個(gè)OFDM數(shù)據(jù)幀中，所有載波上使用一樣的格雷碼映射的QPSK、16QAM或64QAM調(diào)制。每次從內(nèi)交織器中輸出的V比特符號(hào)映射成調(diào)制星座中的一個(gè)星座點(diǎn)。
DVB-T是基于8MHz的地面電視頻道設(shè)計(jì)數(shù)字電視的傳輸?shù)?，因此OFDM符號(hào)的頻譜帶寬不超過(guò)8MHz。OFDM傳輸幀由三個(gè)層次構(gòu)成一個(gè)OFDM符號(hào)由持續(xù)時(shí)間為Ts的k個(gè)載波構(gòu)成，對(duì)2k模式k=1705，對(duì)8k模式k=6817。Ts由持續(xù)時(shí)間為Tu的有用信息傳輸周期和持續(xù)時(shí)間為Δ的保護(hù)間隔兩部分組成。由68個(gè)OFDM符號(hào)組成一個(gè)OFDM幀，持續(xù)時(shí)間為TF。每4個(gè)OFDM幀組成一個(gè)OFDM超幀。
DVB-T系統(tǒng)中規(guī)定了四種保護(hù)間隔取值，它們都是以O(shè)FDM的時(shí)域樣值周期T為基本單位的，即保護(hù)間隔Δ為T的整數(shù)倍。8k模式的最大保護(hù)間隔可達(dá)200微秒以上，2k模式的最大保護(hù)間隔為50多微秒。保護(hù)間隔越長(zhǎng)，系統(tǒng)抵抗ISI的能力就越強(qiáng)，但要浪費(fèi)更多的頻帶資源，多種保護(hù)間隔使用戶可以根據(jù)實(shí)際情況在抵抗ISI能力與頻帶資源之間作綜合考慮，提高了系統(tǒng)的靈活性。
編碼正交頻分復(fù)用COFDM中的“編碼”的含義之一是指在OFDM頻譜中隨機(jī)插入了一些“導(dǎo)頻”信號(hào)，這里所謂的“導(dǎo)頻”是指這樣一些OFDM的載波，它們由接收機(jī)已知的數(shù)據(jù)調(diào)制，它們所傳輸?shù)牟皇钦{(diào)制數(shù)據(jù)本身，因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)接收機(jī)是系統(tǒng)已知的，設(shè)置導(dǎo)頻的目的是系統(tǒng)通過(guò)導(dǎo)頻上的數(shù)據(jù)傳送某些發(fā)射機(jī)的參量或測(cè)試信道的特性。
導(dǎo)頻在COFDM中的作用十分重要，它的用處包括幀同步、頻率同步、時(shí)間同步、信道傳輸特性估計(jì)、傳輸模式識(shí)別和跟蹤相位噪聲等。調(diào)制導(dǎo)頻的數(shù)據(jù)是從一個(gè)事先規(guī)定的偽隨機(jī)序列發(fā)生器中生成的偽隨機(jī)序列。DVB-T中規(guī)定了散布導(dǎo)頻和連續(xù)導(dǎo)頻。連續(xù)導(dǎo)頻在每個(gè)COFDM符號(hào)中的位置都是固定的，在8k模式中插入了177個(gè)連續(xù)導(dǎo)頻，在2k模式中插入了45個(gè)連續(xù)導(dǎo)頻。散布導(dǎo)頻的位置在不同的COFDM符號(hào)中有所不同，但以四個(gè)COFDM符號(hào)為周期循環(huán)，也就是說(shuō)第1、2、3、4個(gè)COFDM符號(hào)中的散布導(dǎo)頻的位置各不相同，但第5個(gè)COFDM符號(hào)與第1個(gè)OFDM符號(hào)中的導(dǎo)頻位置是相同的，第6個(gè)COFDM符號(hào)與第2個(gè)COFDM符號(hào)中的導(dǎo)頻位置是相同的，第7個(gè)COFDM符號(hào)與第3個(gè)COFDM符號(hào)中的導(dǎo)頻位置是相同的，第8個(gè)COFDM符號(hào)與第4個(gè)COFDM符號(hào)中的導(dǎo)頻位置是相同的，…，其余COFDM符號(hào)依此類推，如圖20所示。
不論導(dǎo)頻的位置如何變化，各COFDM符號(hào)中用于傳輸有效節(jié)目信息的載波的數(shù)目都是恒定的，在2k模式中為1512，在k模式中為6048。由于導(dǎo)頻在系統(tǒng)中的作用比較重要，為保證導(dǎo)頻上數(shù)據(jù)的可靠性，防止噪聲干擾，導(dǎo)頻信號(hào)的平均功率要比其它載波信號(hào)的平均功率大16/9倍，即導(dǎo)頻信號(hào)是在“提升的”功率電平上發(fā)射的。
正因?yàn)镺FDM具有上述特性，因此它具有如下主要優(yōu)點(diǎn)(1)抵抗多徑干擾；(2)支持移動(dòng)接收；(3)可以組成單頻網(wǎng)SFN等等。
但是，因?yàn)樵贑OFDM中FFT和導(dǎo)頻是互相需求的，導(dǎo)頻是在FFT之后插入的，而FFT計(jì)算又需要首先同步(導(dǎo)頻)，然后才能計(jì)算FFT。因此，COFDM采用迭代逼近算法，這樣就存在一個(gè)收斂誤差和收斂時(shí)間問題。
3.2同步正交頻分復(fù)用TDS-OFDM在本發(fā)明中也采用了多載波調(diào)制技術(shù)——OFDM，但與歐洲的COFDM不同，本發(fā)明中采用了稱為時(shí)域同步正交頻分復(fù)用TDS-OFDM的技術(shù)，它既具有OFDM的優(yōu)點(diǎn)，又避免了歐洲COFDM的缺點(diǎn)。在TDS-OFDM中沒有插入COFDM導(dǎo)頻信號(hào)，而是利用了擴(kuò)頻通信中擴(kuò)頻技術(shù)，插入了前面部分介紹的PN擴(kuò)頻信號(hào)作為時(shí)域同步，用于幀同步、頻率同步、時(shí)間同步、信道傳輸特性估計(jì)和跟蹤相位噪聲等。
那么，用PN擴(kuò)頻時(shí)域同步獲得什么好處呢？幾十年來(lái)，通信技術(shù)不斷發(fā)展和演變，從有線(電纜、光纖)到無(wú)線(短波、VHF/UHF、微波、衛(wèi)星)基本上是媒質(zhì)和信道的變化，而突破性的進(jìn)展并不多，擴(kuò)頻通信(Spread Spectrum Communication)系統(tǒng)的出現(xiàn)，是通信技術(shù)的一次重大突破。擴(kuò)頻通信的基本特征是使用比發(fā)送的信息數(shù)據(jù)速率高許多倍的偽隨機(jī)碼把載有信息數(shù)據(jù)的基帶信號(hào)的頻譜進(jìn)行擴(kuò)展，形成寬帶的低功率譜密度的信號(hào)來(lái)發(fā)射。香農(nóng)(Shannon)在信息論的研究中得出了信到容量的公式C=Wlog2(1+P/N)這個(gè)公式指示出如果信息傳輸速率C不變，則帶寬W和信噪比P/N是可以互換的，就是說(shuō)增加帶寬就可以在較低的信噪比的情況下以相同的信息率來(lái)可靠的傳輸信息，甚至在信號(hào)被噪聲淹沒的情況下，只要相應(yīng)的增加信號(hào)帶寬，仍然保持可靠的通信，也就是可以用擴(kuò)頻方法以寬帶傳輸信息來(lái)?yè)Q取信噪比上的好處。這就是擴(kuò)頻通信的基本思想和理論依據(jù)。
信息數(shù)據(jù)D經(jīng)過(guò)常規(guī)的數(shù)據(jù)調(diào)制，變成了帶寬為B1的基帶(窄帶)信號(hào)，再用擴(kuò)頻編碼發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機(jī)編碼(PN碼Pseudo Noise Code)，對(duì)基帶信號(hào)作擴(kuò)頻調(diào)制，形成帶寬B2(B2遠(yuǎn)大于B1)、功率譜密度極低的擴(kuò)頻信號(hào)，這相當(dāng)于把窄帶B1的信號(hào)以PN碼所規(guī)定的規(guī)律分散到寬帶B2上，再發(fā)射出去。接收端用與發(fā)射時(shí)相同的偽隨機(jī)編碼做擴(kuò)頻解調(diào)，把寬帶信號(hào)恢復(fù)成常規(guī)的基帶信號(hào)，即依PN碼的規(guī)律從寬帶中提取與發(fā)射對(duì)應(yīng)的成份積分起來(lái)，形成普通的基帶信號(hào)，然后，可再用常規(guī)的通信處理解調(diào)出發(fā)送來(lái)的信息數(shù)據(jù)D。
實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻通的基本工作方式有4種(1)直接序列擴(kuò)頻(Direct SequenceSpread Spectrum)工作方式(簡(jiǎn)稱DS方式，直擴(kuò)式)；(2)跳變頻率(FreguencyHopping)工作方式(簡(jiǎn)稱FH方式)；(3)跳變時(shí)間(TimeHopping)工作方式(簡(jiǎn)稱TH方式)；(4)線性調(diào)頻(Chirp Modulation)工作方式(Chirp方式)。雖然本發(fā)明目前采用了直擴(kuò)方式，但也可以采用其它擴(kuò)頻方式實(shí)現(xiàn)TDS-OFDM。
直擴(kuò)方式是在發(fā)端直接用具有高碼率的擴(kuò)頻編碼去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，而在收端用相同的擴(kuò)頻編碼進(jìn)行解擴(kuò)使擴(kuò)頻信號(hào)還原為原始信號(hào)。在發(fā)送端，要方送的信息D，在模2相加器調(diào)制偽隨機(jī)碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻序列，再經(jīng)載波調(diào)制器調(diào)制載波信號(hào)。調(diào)制后獲得寬帶的擴(kuò)頻信號(hào)，經(jīng)寬帶放大器放大后發(fā)射出去。在接收端，PN碼發(fā)生器產(chǎn)生的解調(diào)擴(kuò)頻碼與發(fā)送的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)處理，即可獲得信息數(shù)據(jù)D。擴(kuò)頻通信技術(shù)是如何解決多址通信和信號(hào)檢出的呢？這是擴(kuò)頻通信的兩個(gè)基本特點(diǎn)即偽隨機(jī)編碼調(diào)制和信號(hào)相關(guān)處理。偽隨機(jī)編碼調(diào)制的核心是產(chǎn)生符合擴(kuò)頻通信需要的偽隨機(jī)編碼(PN碼)，以此作為即擴(kuò)頻編碼(SpreadingCode)。在直擴(kuò)方式時(shí)，擴(kuò)頻編碼常用最大長(zhǎng)度的線性反饋移位寄存器序列，即m序列，它可由線性反饋移位寄存器產(chǎn)生，m序列的長(zhǎng)度決定著擴(kuò)頻的能力。因其產(chǎn)生偽隨機(jī)編碼序列的初態(tài)可以設(shè)置而產(chǎn)生不同的PN碼，故可用不同的初態(tài)來(lái)決定PN碼。而不同的PN碼對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，即可解出與之相同的PN碼調(diào)制的擴(kuò)頻信號(hào)中的基帶信號(hào)，而濾去了其余的部分。這樣就可以實(shí)現(xiàn)多址通信，并有極好的抗干擾性。
擴(kuò)頻通信技術(shù)在發(fā)端以擴(kuò)頻編碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，在收端以相關(guān)解調(diào)技術(shù)收信，這一過(guò)程使其具有諸多優(yōu)良特性(1)抗噪聲能力極強(qiáng)(門限信噪比很低)表示擴(kuò)頻通信特性的一個(gè)重要參數(shù)是擴(kuò)頻增益G(Spreading Gain)，其定義為擴(kuò)頻前的信號(hào)帶寬B1與擴(kuò)頻后的信號(hào)帶寬B2之比。G=B2/B1擴(kuò)頻通信中，接收端對(duì)接收到的信號(hào)做擴(kuò)頻解調(diào)，只提取擴(kuò)頻編碼相關(guān)處理后帶寬為B1的信號(hào)成份，而排除了擴(kuò)展到寬帶B2中的干擾、噪聲和其他用戶通信的影響，相當(dāng)于把接收信噪比提高了G倍?？紤]到輸出端的信噪比和接收系統(tǒng)損耗，可以認(rèn)為實(shí)際的擴(kuò)頻增益帶來(lái)的信噪比的改善為M=G-輸出端信噪比——系統(tǒng)損耗公式中的M叫做抗干擾容限。
因此，經(jīng)過(guò)擴(kuò)頻后，可獲得巨大的信噪比改善。同時(shí)這意味著信號(hào)電平可完全被淹沒在噪聲電平之中，系統(tǒng)仍能正常工作，因此可以說(shuō)只有擴(kuò)頻系統(tǒng)才能工作于負(fù)信噪比。
(2)抗干擾能力極強(qiáng)對(duì)偽碼擴(kuò)頻系統(tǒng)，因在收端對(duì)偽碼進(jìn)行相關(guān)擴(kuò)解，只有偽碼信號(hào)相關(guān)后才有很高的峰值輸出，而其它任何無(wú)用信號(hào)，包括瞄準(zhǔn)(同頻)干擾、工業(yè)干擾、寬帶干擾以及許多人為干擾，因與偽碼不相關(guān)，解擴(kuò)后輸出很低。因此，擴(kuò)頻系統(tǒng)具有極強(qiáng)的抗干擾能力。
(3)抗衰落能力強(qiáng)擴(kuò)頻信號(hào)占據(jù)的頻帶很寬，但由于某種原因引起衰落時(shí)，只會(huì)使一小部分頻譜衰落，不會(huì)使整個(gè)信號(hào)產(chǎn)生畸變。因此擴(kuò)頻系統(tǒng)具有抗頻率選擇性衰落的能力。
(4)抗多徑干擾能力強(qiáng)由于擴(kuò)頻系統(tǒng)中采用的偽碼通常具有很好的自相關(guān)特性，不同路徑傳輸來(lái)的信號(hào)很容易被分離開，并可在時(shí)間和相位重新對(duì)齊，形成幾路疊加，可以大幅度地改善系統(tǒng)的性能。從而擴(kuò)頻系統(tǒng)對(duì)多徑干擾可以變害為利，這是任何其它系統(tǒng)不易做到的。
(5)可以采用碼分多址(CDMA)實(shí)現(xiàn)多址(蜂窩)通信偽碼擴(kuò)頻系統(tǒng)，很容易載有碼分多址方式實(shí)現(xiàn)多地址通信。碼分多址比頻分多址及時(shí)分多址能更有效地利用頻率資源。同時(shí)有CDMA組網(wǎng)，不需要嚴(yán)格的網(wǎng)同步，用戶可以隨機(jī)入網(wǎng)，隨時(shí)隨地增減用戶地址。充分利用不同碼型的擴(kuò)頻編碼之間的相關(guān)特性，分配給不同用戶不同的擴(kuò)頻編碼，就可以區(qū)別不同的用戶的信號(hào)，眾多用戶，只要配對(duì)使用自己的擴(kuò)頻編碼，就可以互不干擾地同時(shí)使用同一頻率通信，從而實(shí)現(xiàn)了頻率復(fù)用，使擁擠的頻譜得到充分利用。發(fā)送者可用不同的擴(kuò)頻編碼，分別向不同接收者發(fā)送數(shù)據(jù)；同樣，接收者用不同的擴(kuò)頻編碼，就可以收到不同的發(fā)送者送來(lái)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了多址通信。
同步TDS-OFDM調(diào)制應(yīng)該按下列步驟進(jìn)行1．FEC處理后在頻域形成DFT數(shù)據(jù)塊；2．采用IDFT將DFT數(shù)據(jù)塊變換為時(shí)域的離散樣值；3．將保護(hù)間隔插入DFT時(shí)域塊形成幀體4．將幀頭和幀體組合為信號(hào)幀；5．采用平方根升余弦(SRRC)濾波器對(duì)脈沖成形；6．在信號(hào)中加入直流偏置以形成載波導(dǎo)頻；7．將基帶信號(hào)幀上變換到RF載波上。
以上步驟如圖21所示。
FEC塊的輸出數(shù)據(jù)用于形成離散傅立葉變換(DFT)塊。一個(gè)DFT塊由3780個(gè)子載波組成，兩個(gè)相繼的子載波間隔2kHz。因此基帶信息信號(hào)的帶寬為7.56MHz。復(fù)頻率子載波可以是QPSK、16QAM和64QAM格式。
DFT塊首先在頻域形成，然后在射頻調(diào)制前變換到時(shí)域。離散傅立葉變換可采用逆快速傅立葉變換(IFFT)程序?qū)崿F(xiàn)。為分解FFT過(guò)程，非素?cái)?shù)3744可分解為7×5×33×22。
時(shí)域DFT塊由3780個(gè)取樣表示，這些取樣也叫做奈奎斯特取樣，這是為恢復(fù)復(fù)頻域子載波所需的最小取樣數(shù)。
為支持分層傳輸，對(duì)應(yīng)于QPSK、16QAM/非均勻16QAM、或64QAM/非均勻64QAM符號(hào)星座圖，一個(gè)符號(hào)可有2、4或6個(gè)比特?cái)?shù)據(jù)。
星座分別圖示于圖22-26中。星點(diǎn)之間的距離由調(diào)制參數(shù)α規(guī)定，α定義為兩個(gè)象限的兩個(gè)相鄰星點(diǎn)間的距離與一個(gè)象限中的兩個(gè)相鄰星點(diǎn)間的距離之比。該參數(shù)的3個(gè)值定義為α=1對(duì)應(yīng)于均勻映射；α=2和α=4對(duì)應(yīng)于非均勻映射。
在一個(gè)符號(hào)集中，符號(hào)星座圖應(yīng)該是相同的。在一個(gè)信號(hào)幀中，不同的符號(hào)集可以有不同的符號(hào)星座圖。
一個(gè)IDFT塊中的符號(hào)要進(jìn)行交織，其中第一列是大小為3780的復(fù)用塊中的輸入數(shù)據(jù)和控制信號(hào)的符號(hào)序號(hào)。
在時(shí)域DFT塊中插入保護(hù)間隔形成了幀體。保護(hù)間隔有5種工作模式，它們規(guī)定為DFT塊大小的1/6、1/9、1/12、1/20和1/30。時(shí)域DFT塊的最后一段取樣被用作保護(hù)間隔。
在幀體之前加上幀同步序列形成了信號(hào)幀。幀同步信號(hào)功率比幀體的平均信號(hào)功率提升6dB。采用平方根升余弦(SRRC)濾波器進(jìn)行基帶脈沖成形。SRRC濾波器的滾降系數(shù)α取0.05。
同步的、插入導(dǎo)頻的OFDM調(diào)制的射頻信號(hào)可由下式描述。
S(t)=Re[exp(2πFct)U(t)]其中，S(t)-射頻信號(hào)Fc-載波頻率U(t)-成形的基帶信號(hào)，由下式定義U(t)=p(t)*[PN(n)+GI(n)+IDFT(n)]其中，P(t)-SRRC濾波器的脈沖響應(yīng)PN(n)-幀頭PN序列GI(n)-保護(hù)間隔取樣IDFT(n)-IDFT塊取樣注PN(n)、GI(n)和IDFT(n)占用不同的時(shí)間，如圖4所示。
3、其它3.1廣播包廣播包用于對(duì)無(wú)線線路網(wǎng)絡(luò)的所有設(shè)備發(fā)送控制和數(shù)據(jù)信息。
廣播包用于廣播傳輸參數(shù)，例如符號(hào)星座圖和FEC碼塊大小，邏輯信道映象和無(wú)線線路結(jié)構(gòu)。
一個(gè)廣播控制包必須在一個(gè)幀群頭的信號(hào)幀中發(fā)送。它總是定位在符號(hào)集0的第一塊。
廣播控制包在一個(gè)超幀中應(yīng)該不變更。
廣播控制包包含一組廣播控制單元(BCE)，一個(gè)BCE描述一個(gè)RS編碼的數(shù)據(jù)塊的物理傳輸參數(shù)。BCE格式在表7中定義。
表7廣播控制單元格式
BS突發(fā)碼流，0表示連續(xù)碼流；1表示突發(fā)碼流。MT多個(gè)傳輸，0表示單個(gè)基站傳輸；1表示多個(gè)基站傳輸。[SS1，SS0]符號(hào)集號(hào)[DB3…DB0]對(duì)一個(gè)RS編碼塊的數(shù)據(jù)塊號(hào)[EP1，EP0]基站發(fā)射功率(EP)等級(jí)[INT1，INT0] 幀間/幀內(nèi)交織方式(INT)[FEC1，F(xiàn)EC0] RS碼和Turbo碼的FEC碼型[MOD1，MOD0] 調(diào)制(MOD)類型在BCE中數(shù)據(jù)塊是相對(duì)于BCE的其它參數(shù)的，例如MOD類型和FEC碼型。
廣播控制包定義在表8中。
表8廣播控制包格式 類型ID[L3，L0]廣播控制包的長(zhǎng)度，定義為包中廣播控制單元的數(shù)量。廣播控制包(BCP)中廣播控制單元(BCE)具有符號(hào)集和數(shù)據(jù)塊號(hào)在前的順序。
第一個(gè)放入BCP中的BCE應(yīng)是對(duì)應(yīng)符號(hào)集0的第一個(gè)數(shù)據(jù)塊的。然后以符號(hào)集0中數(shù)據(jù)塊號(hào)的順序，如果數(shù)據(jù)塊參數(shù)(除DB號(hào)外)與BCP中前次放入的BCE所對(duì)應(yīng)的參數(shù)不同，則加入一個(gè)新的BCE。對(duì)于符號(hào)集1和符號(hào)集2以相同方法完成BCP。
廣播數(shù)據(jù)包(BDP)是一個(gè)188字節(jié)的包，BDP的第一個(gè)字節(jié)是一個(gè)類型ID。
如果第一個(gè)字節(jié)是MPEG同步字節(jié)，47HEX或其反，則包中跟在其后的187個(gè)字節(jié)是MPEG TS包。
如果一個(gè)BDP的類型ID不是MPEG，則一個(gè)應(yīng)用數(shù)據(jù)包，例如一個(gè)互連網(wǎng)數(shù)據(jù)包，被封裝到BDP中。
3.2尋呼包尋呼包發(fā)送信息給位置不詳?shù)挠脩?。尋呼包被用于提醒、移?dòng)終端定位、一般尋呼業(yè)務(wù)等。尋呼包在整個(gè)單頻蜂窩網(wǎng)上發(fā)送。
尋呼包由尋呼頭包和尋呼消息包組成。
一個(gè)尋呼頭包(PHP)被用于叫醒目標(biāo)設(shè)備接收到達(dá)的尋呼消息。一個(gè)尋呼頭包定義在表9中。一個(gè)尋呼頭包的大小從3個(gè)字節(jié)到16個(gè)字節(jié)。尋呼頭包僅在幀群頭的信號(hào)幀中發(fā)送。
表9尋呼頭包格式 一個(gè)4位的尋呼頭類型[L3L2L1L0] 目標(biāo)設(shè)備的地址長(zhǎng)度，最大地址大小是13個(gè)字節(jié)，最小是零個(gè)字節(jié)。
目標(biāo)設(shè)備的起始數(shù)據(jù)塊(DB)號(hào)[SS1，SS0] 符號(hào)集(SS)號(hào)FGD 幀群時(shí)延(FGD)，0表示尋呼消息在當(dāng)前幀群中，1表示在下一個(gè)幀群中。
信號(hào)幀(SF)號(hào)[AD103，AD0] 目標(biāo)設(shè)備地址(AD)，最大大小為13個(gè)字節(jié)，最小的大小為0字節(jié)。尋呼消息包格式定義在表10中。
表10尋呼消息包格式
[T3，T0] PMP類型ID[F3，F(xiàn)0] 標(biāo)志F00，在這個(gè)包結(jié)束時(shí)消息沒有完成1，在這個(gè)包結(jié)束時(shí)消息已完成F10，如果有的話，后面的包在下一個(gè)數(shù)據(jù)塊中1，如果有的話，后面的包在指定的數(shù)據(jù)塊中F20，包是一整個(gè)數(shù)據(jù)塊1，包是指定大小的部分?jǐn)?shù)據(jù)塊F3下一幀(NF)0，所有數(shù)據(jù)塊在當(dāng)前信號(hào)幀中1，數(shù)據(jù)塊將繼續(xù)到下一個(gè)信號(hào)幀[L7，L0] 在這個(gè)包中的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量這個(gè)字節(jié)僅在F2置1時(shí)才需要[DB3…DB0] 目標(biāo)設(shè)備的起始數(shù)據(jù)塊(DB)號(hào)，僅當(dāng)F1置1時(shí)才需要FGD 幀群時(shí)延(FGD)0，后面的數(shù)據(jù)塊在當(dāng)前幀群中1，后面的數(shù)據(jù)塊在下一個(gè)幀群中僅當(dāng)F3置1時(shí)才需要[SS1，SS0]符號(hào)集(SS)號(hào)，僅當(dāng)F1置1時(shí)才需要[SF8…SF0]信號(hào)幀(SF)號(hào)[SF8，SF0]僅當(dāng)F3置1時(shí)才需要注所有字節(jié)應(yīng)不被包含在包中，如果它們是不需要的話。
3.3單播包單播包對(duì)單個(gè)用戶或一組用戶從一個(gè)基站發(fā)送控制和數(shù)據(jù)信息。在發(fā)送單播包之前，目標(biāo)設(shè)備位置對(duì)網(wǎng)絡(luò)而言是已知的。
一個(gè)單播頭包(UHP)被用于叫醒目標(biāo)設(shè)備接收到達(dá)的數(shù)據(jù)包。一個(gè)UHP與尋呼頭包一樣由表30定義。
UHP的前4位是UHP類型ID。
單播數(shù)據(jù)包(UDP)載有給目標(biāo)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息。一個(gè)UDP的格式與尋呼消息包一樣由表31定義。
UDP的前4位是UDP類型ID。
3.4多播包多播包從SFCN的多個(gè)基站給單個(gè)用戶或一組用戶發(fā)送控制和數(shù)據(jù)信息。在發(fā)送多播包之前，目標(biāo)設(shè)備位置對(duì)網(wǎng)絡(luò)而言是已知的。
多播包是對(duì)有高的移動(dòng)性的用戶和在SFCN蜂窩邊界上的用戶設(shè)計(jì)的。
一個(gè)多播頭包(MHP)用于叫醒目標(biāo)設(shè)備接收到達(dá)的數(shù)據(jù)包。一個(gè)MHP與尋呼頭包一樣由表27定義。
MHP的前4位是MHP類型ID。
多播數(shù)據(jù)包(MDP)載有給目標(biāo)設(shè)備的數(shù)據(jù)信息。一個(gè)MDP的格式與尋呼消息包一樣由表31定義。
MDP的前4位是MDP類型ID。
在上面的各個(gè)部分，我們分別介紹了各個(gè)部分的功能和基本原理，下面將結(jié)合圖27-31來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)的具體實(shí)施例。1、數(shù)據(jù)擾亂/解擾由于地面數(shù)字多媒體電視傳輸系統(tǒng)是在假設(shè)輸入TS碼流數(shù)據(jù)是非相關(guān)的這一基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。因此保證輸入數(shù)據(jù)的非相關(guān)性就很重要。由于壓縮數(shù)據(jù)有可能出現(xiàn)連續(xù)相同的比特，因此在進(jìn)入傳輸系統(tǒng)前必須進(jìn)行擾亂，確保數(shù)據(jù)的非相關(guān)。這對(duì)于同步提取，特別是OFDM信號(hào)的峰值-平均值功率比有特別重要的意義。2、RS碼編/解碼器和時(shí)域的矩陣交錯(cuò)
RS碼具有很強(qiáng)的糾正突發(fā)錯(cuò)誤的能力，且編碼效率較高，因此被選為外層糾錯(cuò)編碼。系統(tǒng)中使用了RS(208，188)和RS(208，200)兩種，以適應(yīng)不同的應(yīng)用情況。對(duì)于RS(208，188)，在RS編碼器中，信息數(shù)據(jù)以8比特組成一個(gè)字節(jié)進(jìn)行處理，每碼字加入20個(gè)監(jiān)督字節(jié)和一個(gè)同步字節(jié)，可糾10字節(jié)以內(nèi)的誤碼，并可對(duì)超出糾錯(cuò)能力的誤碼給出報(bào)警信息。
RS編碼器后跟隨一個(gè)時(shí)域卷積交錯(cuò)器，共同構(gòu)成外碼。卷積交錯(cuò)在RS碼字間進(jìn)行，交錯(cuò)深度和寬度有三種方式(104，6)、(52，4)、(16，13)，以適應(yīng)不同的應(yīng)用。時(shí)域交錯(cuò)將解碼后的連續(xù)誤碼分散到不同的RS碼字中，使其不超出RS碼的糾錯(cuò)能力。3、卷積糾錯(cuò)編/解碼器和頻域交錯(cuò)由于在實(shí)際應(yīng)用中，存在著各種各樣的應(yīng)用環(huán)境、需求和數(shù)據(jù)類型。為了適應(yīng)這種情況，內(nèi)碼糾錯(cuò)編碼選為格形碼TCM、卷積碼、Turbo碼和QPSK、16QAM、32QAM、64QAM的各種組合。解碼采用Viterbi軟判決算法。
糾錯(cuò)編碼器后連接一個(gè)可選的頻域交錯(cuò)器共同構(gòu)成內(nèi)碼。頻域交錯(cuò)在OFDM載波間進(jìn)行。頻域交錯(cuò)有兩個(gè)作用。第一在多徑環(huán)境下，它將深衰落的載波分散到其它載波中，提高了對(duì)多徑的抵抗能力；第二在同播環(huán)境下，它將受同頻干擾嚴(yán)重的載波分散開，提高了對(duì)同頻干擾的抵抗能力。頻域交錯(cuò)的任務(wù)是避免Viterbi解碼出現(xiàn)突發(fā)錯(cuò)碼。但是，在誤碼率較高時(shí)，Viterbi解碼仍然有可能出現(xiàn)突發(fā)誤碼，這可由時(shí)域卷積交錯(cuò)器進(jìn)一步將突發(fā)誤碼分散到不同的RS碼字中去。4、TDS-OFDM調(diào)制/解調(diào)系統(tǒng)采用前面介紹的TDS-OFDM方案。其特點(diǎn)是同步頭采用了沃爾什編碼的擴(kuò)頻偽隨機(jī)序列，能夠?qū)崿F(xiàn)快速同步，系統(tǒng)的同步時(shí)間約為5毫秒，而其它數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)在100毫秒以上。而且同步抗干擾能力強(qiáng)，在-20dB信噪比下，也能可靠的恢復(fù)同步。
同時(shí)利用此時(shí)域插入序列進(jìn)行信道性能的估計(jì)，采用信道沖激響應(yīng)算法，具有噪聲干擾影響小、算法復(fù)雜度低、估算精度高的特點(diǎn)。
OFDM解調(diào)過(guò)程包括建立同步、校正頻率偏移、去除同頻干擾、均衡多徑信道和解碼。程序如下(1)用匹配濾波器或其它相關(guān)算法檢測(cè)幀同步信息，建立幀同步。
(2)由于OFDM對(duì)頻率偏移比較敏感，因此，對(duì)頻偏進(jìn)行校正。
(3)計(jì)算多徑信道沖激響應(yīng)，得出每個(gè)載波上的均衡因子。
(4)對(duì)信息數(shù)據(jù)段作FFT變換。按照頻譜模板提取信息信號(hào)，去除同頻干擾。
(5)用均衡因子進(jìn)行均衡，消除多徑干擾。
(6)對(duì)均衡后的信息符號(hào)進(jìn)行反交錯(cuò)和解碼。
對(duì)上述系統(tǒng)進(jìn)行的計(jì)算機(jī)仿真測(cè)試，得出下面的結(jié)果。并且在計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上，已經(jīng)用FPGA實(shí)現(xiàn)了本系統(tǒng)的功能樣機(jī)。1．信道性能仿真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)的信道仿真模型為加性高斯白噪聲(AWGN)、靜態(tài)多經(jīng)干擾、動(dòng)態(tài)多經(jīng)干擾、0dB回波干擾、衰弱信道、脈沖干擾和單頻干擾，圖28顯示了在這些模型下的信道性能仿真結(jié)果。2．QPSK表1代表了QPSK的結(jié)果，它們相應(yīng)的性能曲線如圖29所示。“Conv”列表示卷積仿真結(jié)果，卷積碼的約束長(zhǎng)度為9，并且使用了維特比軟判決。“One”列、“Two”列、“Four”列分別表示“1”個(gè)迭代、“2”個(gè)迭代、“4”個(gè)迭代Turbo碼的仿真結(jié)果。
Turbo碼的碼率為1/2，編碼器的狀態(tài)數(shù)目為8。碼字的生成多項(xiàng)式為1+D2+D31+D+D3,]]>Turbo碼的塊長(zhǎng)度為1248比特。交織是伽羅瓦域(Galois Field)交織。編碼器不產(chǎn)生任何的尾比特(Tail bit)。在MAP解碼中，為了減少內(nèi)存的需求，使用滑動(dòng)窗方案。每個(gè)塊(1248比特)被分為6個(gè)子塊，每個(gè)子塊之間有9比特的重疊，也就是說(shuō)，窗的大小為217比特。
表11QPSK性能
3．16QAM表2代表了16QAM的結(jié)果，它們相應(yīng)的性能曲線如圖30所示?！癟CM”列表示TCM仿真結(jié)果?！癘ne”列、“Two”列、“Four”列分別表示“1”個(gè)迭代、“2”個(gè)迭代、“4”個(gè)迭代的并行級(jí)聯(lián)TCM(Parallel Concatnated TCM，PCTCM)碼的仿真結(jié)果。
PCTCM有8個(gè)狀態(tài)，它的碼字生成器為h0=013，h1=004，h2=015，使用自然映射。PCTCM塊的大小為1248個(gè)符號(hào)，每個(gè)符號(hào)有2比特。交織器是兩個(gè)S-隨機(jī)交織器。每個(gè)用于一個(gè)符號(hào)中的一個(gè)比特。編碼器不產(chǎn)生任何尾比特(Tail bit)。在MAP解碼中，為了減少內(nèi)存的需求，使用滑動(dòng)窗方案。每個(gè)塊(1248比特)被分為6個(gè)子塊，每個(gè)子塊之間有9比特的重疊，也就是說(shuō)，窗的大小為217比特。
表1216QAM
4．64QAM表3代表了64QAM的結(jié)果，它們相應(yīng)的性能曲線如圖31所示。“TCM”列表示TCM仿真結(jié)果?！癘ne”列、“Two”列、“Four”列分別表示“1”個(gè)迭代、“2”個(gè)迭代、“4”個(gè)迭代的并行級(jí)聯(lián)TCM(Parallel Concatnated TCM，PCTCM)碼的仿真結(jié)果。
PCTCM有8個(gè)狀態(tài)，它的碼字生成器為h0=013，h1=004，h2=006，h3=011，h4=007，使用自然映射。PCTCM塊的大小為1248個(gè)符號(hào)，每個(gè)符號(hào)有4比特。交織器是四個(gè)S-隨機(jī)交織器。每個(gè)用于一個(gè)符號(hào)中的一個(gè)比特。編碼器不產(chǎn)生任何尾比特(Tail bit)。在MAP解碼中，為了減少內(nèi)存的需求，使用滑動(dòng)窗方案。每個(gè)塊(1248比特)被分為6個(gè)子塊，每個(gè)子塊之間有9比特的重疊，也就是說(shuō)，窗的大小為217比特。
表1364QAM
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字信息傳輸方法，包括至少傳輸?shù)谝缓偷诙繋羞x定的數(shù)目(F)的二進(jìn)制位或比特，每幀包括信號(hào)幀同步段和信號(hào)幀體段，信號(hào)幀同步段的長(zhǎng)度是首先選定的長(zhǎng)度，信號(hào)幀體段的長(zhǎng)度是其次選定的長(zhǎng)度，第一幀的幀同步段具有選定的位模式，它區(qū)別于為第二幀的幀同步段所選定的位模式；其中，至少第一幀和第二幀的幀同步段之一可用于在時(shí)域上對(duì)相應(yīng)的幀進(jìn)行同步。
2.按照權(quán)利要求1的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于在所述信號(hào)幀同步段的所說(shuō)選定的位模式中，進(jìn)一步包括一個(gè)標(biāo)志，用于識(shí)別所說(shuō)至少兩幀中的想要接收的信號(hào)。
3.按照權(quán)利要求1的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于在所述信號(hào)幀同步段的所說(shuō)選定的位模式中，進(jìn)一步包括一個(gè)標(biāo)志，用于識(shí)別所說(shuō)至少兩幀的數(shù)據(jù)源。
4.按照權(quán)利要求1的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括使用所述幀同步段的所選定的位模式來(lái)實(shí)現(xiàn)至少2N-1個(gè)幀的相互區(qū)別，其中，所述每幀的幀同步段的長(zhǎng)度至少有N比特，并且N是一個(gè)選定的正整數(shù)。
5.按照權(quán)利要求4的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括選擇所述整數(shù)N為9。
6.按照權(quán)利要求4的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括選擇幀同步段的位模式包含偽噪聲序列，它由N階多項(xiàng)式p(x)=0產(chǎn)生，這里x為布爾變量。
7.按照權(quán)利要求4的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括選擇幀同步段的位模式包含這樣的模式，該模式是兩個(gè)二進(jìn)制序列異或的結(jié)果，第一個(gè)二進(jìn)制序列是由N階多項(xiàng)式p(x)=0產(chǎn)生的偽噪聲序列，這里x為布爾變量，第二個(gè)二進(jìn)制序列是具有選定碼長(zhǎng)的正交序列。
8.按照權(quán)利要求7的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括從沃爾什碼序列、Haar碼序列、Rademacher碼序列組成的正交序列組中選擇一個(gè)所述正交序列。
9.按照權(quán)利要求4的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括在所述第一幀和第二幀的所述信號(hào)幀同步段中的子段，其長(zhǎng)度為F’(F’＜F)，如此配置，以便所述第一幀的子段和所述第二幀的子段是正交的。
10.按照權(quán)利要求1的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括選擇至少一個(gè)所述幀的幀體段，其長(zhǎng)度從幀體段長(zhǎng)度208、104和52中選擇。
11.按照權(quán)利要求9的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括使用里德-所羅門碼，指定的RS(m，n)，為數(shù)字信息提供誤碼檢測(cè)和校正，其中(m，n)是一對(duì)整數(shù)，從(208，188)、(208，200)、(104，84)、(104，96)，(52，32)和(52，44)中選擇。
12.按照權(quán)利要求11的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括使用誤碼編碼，為所述數(shù)字信息提供誤碼檢測(cè)和校正，所述誤差編碼方式從格形64QAM、格形16QAM、格形QPSK、turbo格形64QAM、turbo格形16QAM、turbo格形QPSK中選擇。
13.按照權(quán)利要求1的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括所述的傳輸信息為高清晰度電視信號(hào)。
14.按照權(quán)利要求1的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括所述傳輸?shù)男畔⒆髦辽儆幸粋€(gè)接收者的蜂窩電話信號(hào)。
15.按照權(quán)利要求1的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括所述的傳輸信息為具有至少一個(gè)接收者的尋呼信號(hào)。按照權(quán)利要求1的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括傳輸來(lái)自網(wǎng)絡(luò)控制中心的所述至少兩幀，所述網(wǎng)絡(luò)控制中心具有相關(guān)的廣播數(shù)據(jù)庫(kù)，并與互連網(wǎng)連接，下行信號(hào)至少被送到一個(gè)基站，該基站是遠(yuǎn)離所述網(wǎng)絡(luò)控制中心的。
16.按照權(quán)利要求16的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括將來(lái)自所述基站的至少兩幀作為上行信號(hào)傳輸?shù)剿鼍W(wǎng)絡(luò)控制中心。
17.按照權(quán)利要求16的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括將來(lái)自所述基站的至少兩幀作為下行信號(hào)傳輸?shù)浇邮战邮战K端，所述終端遠(yuǎn)離所述控制中心和所述基站之一。
18.按照權(quán)利要求18的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括將來(lái)自所述終端的至少兩幀作為上行信號(hào)傳輸?shù)剿龌尽?br>
19.按照權(quán)利要求1的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括選擇所述信號(hào)幀同步段長(zhǎng)度為721個(gè)符號(hào)。
20.按照權(quán)利要求1的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括選擇所述信號(hào)體段的長(zhǎng)度為4656個(gè)符號(hào)。
21.按照權(quán)利要求1的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括選擇所述信號(hào)體段，使其包含具有912個(gè)連續(xù)符號(hào)的保護(hù)間隔序列。
22.按照權(quán)利要求1的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括把所述選定數(shù)目F1的幀集合到一個(gè)幀群中，其中F1是選定的整數(shù)，至少等于2，并且為該幀群提供一個(gè)選定的幀群頭。
23.按照權(quán)利要求23的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括選擇所述數(shù)目F1為511。
24.按照權(quán)利要求23的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括在所述幀群頭中包括具有936個(gè)連續(xù)符號(hào)的保護(hù)間隔。
25.按照權(quán)利要求23的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括把所述選定數(shù)目F2的幀群集合進(jìn)超幀中，其中F2是選定的整數(shù)，至少等于2，并且為超幀提供一個(gè)選定的超幀頭。
26.按照權(quán)利要求23的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括選擇所述數(shù)目F2為511。
27.按照權(quán)利要求23的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括把選定數(shù)目F3的所述超幀集合進(jìn)超幀群中，這里F3是選定的整數(shù)，至少等于2，并且為超幀群提供一個(gè)選定的超幀群頭。
29.按照權(quán)利要求23的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括選擇所述數(shù)目F3為大約479。
30.按照權(quán)利要求23的數(shù)字信息傳輸方法，其特征在于進(jìn)一步包括在選定的時(shí)間間隔內(nèi)傳輸所述超幀群至少兩次，選定的時(shí)間間隔長(zhǎng)度為2T(SFG)。
31.一種采用權(quán)利要求1所述數(shù)字信息傳輸方法的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于所述地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)包括一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制中心(1)、至少一個(gè)發(fā)射機(jī)(2)和至少一個(gè)接收機(jī)(3)；從所述網(wǎng)絡(luò)控制中心(1)至少傳輸?shù)谝缓偷诙瑐鬏數(shù)桨l(fā)射機(jī)(2)，發(fā)射機(jī)(2)將所接收到的信號(hào)調(diào)制發(fā)射到空中，由接收機(jī)(3)接收，其中，每幀有選定的數(shù)目(F)的二進(jìn)制位或比特，每幀包括信號(hào)幀同步段和信號(hào)幀體段，信號(hào)幀同步段的長(zhǎng)度是首先選定的長(zhǎng)度，信號(hào)幀體段的長(zhǎng)度是其次選定的長(zhǎng)度，第一幀的幀同步段具有選定的位模式，它區(qū)別于為第二幀的幀同步段所選定的位模式；其中，至少第一幀和第二幀的幀同步段之一可用于在時(shí)域上對(duì)相應(yīng)的幀進(jìn)行同步。
32.按照權(quán)利要求31的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于在所述信號(hào)幀同步段的所說(shuō)選定的位模式中，進(jìn)一步包括一個(gè)標(biāo)志，用于識(shí)別所說(shuō)至少兩幀中的想要接收的信號(hào)。
33.按照權(quán)利要求31的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于在所述信號(hào)幀同步段的所說(shuō)選定的位模式中，進(jìn)一步包括一個(gè)標(biāo)志，用于識(shí)別所說(shuō)至少兩幀的數(shù)據(jù)源。
34.按照權(quán)利要求31的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于使用所述幀同步段的所選定的位模式來(lái)實(shí)現(xiàn)至少2N-1個(gè)幀的相互區(qū)別，其中，所述每幀的幀同步段的長(zhǎng)度至少有N比特，并且N是一個(gè)選定的正整數(shù)。
35.按照權(quán)利要求34的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于選擇所述整數(shù)N為9。
36.按照權(quán)利要求34的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于選擇幀同步段的位模式包含偽噪聲序列，它由N階多項(xiàng)式p(x)=0產(chǎn)生，這里x為布爾變量。
37.按照權(quán)利要求34的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于選擇幀同步段的位模式包含這樣的模式，該模式是兩個(gè)二進(jìn)制序列異或的結(jié)果，第一個(gè)二進(jìn)制序列是由N階多項(xiàng)式p(x)=0產(chǎn)生的偽噪聲序列，這里x為布爾變量，第二個(gè)二進(jìn)制序列是具有選定碼長(zhǎng)的正交序列。
38.按照權(quán)利要求37的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于從沃爾什碼序列、Haar碼序列、Rademacher碼序列組成的正交序列組中選擇一個(gè)所述正交序列。
39.按照權(quán)利要求34的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于在所述第一幀和第二幀的所述信號(hào)幀同步段中的子段，其長(zhǎng)度為F’(F’＜F)，如此配置，以便所述第一幀的子段和所述第二幀的子段是正交的。
40.按照權(quán)利要求31的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于選擇至少一個(gè)所述幀的幀體段，其長(zhǎng)度從幀體段長(zhǎng)度208、104和52中選擇。
41.按照權(quán)利要求39的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于使用里德-所羅門碼，指定的RS(m，n)，為數(shù)字信息提供誤碼檢測(cè)和校正，其中(m，n)是一對(duì)整數(shù)，從(208，188)、(208，200)、(104，84)、(104，96)，(52，32)和(52，44)中選擇。
42.按照權(quán)利要求41的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于使用誤碼編碼，為所述數(shù)字信息提供誤碼檢測(cè)和校正，所述誤差編碼方式從格形64QAM、格形16QAM、格形QPSK、turbo格形64QAM、turbo格形16QAM、turbo格形QPSK中選擇。
43.按照權(quán)利要求41的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于所述的傳輸信息為高清晰度電視信號(hào)。
44.按照權(quán)利要求41的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于所述傳輸?shù)男畔檫€包括具有至少一個(gè)接收者的蜂窩電話信號(hào)。
45.按照權(quán)利要求41的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于所述的傳輸信息還包括具有至少一個(gè)接收者的尋呼信號(hào)。
46.按照權(quán)利要求41的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于傳輸來(lái)自網(wǎng)絡(luò)控制中心的所述至少兩幀，所述網(wǎng)絡(luò)控制中心具有相關(guān)的廣播數(shù)據(jù)庫(kù)，并與互連網(wǎng)連接，所述發(fā)射機(jī)是具有收發(fā)功能的基站，下行信號(hào)至少被送到一個(gè)基站，該基站是遠(yuǎn)離所述網(wǎng)絡(luò)控制中心的。
47.按照權(quán)利要求46的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于將來(lái)自所述基站的至少兩幀作為上行信號(hào)傳輸?shù)剿鼍W(wǎng)絡(luò)控制中心。
48.按照權(quán)利要求46的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于將來(lái)自所述基站的至少兩幀作為下行信號(hào)傳輸?shù)浇邮諜C(jī)，所述接收機(jī)是具有收發(fā)功能的終端，所述終端遠(yuǎn)離所述控制中心和所述基站之一。
49.按照權(quán)利要求48的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于將來(lái)自所述終端的至少兩幀作為上行信號(hào)傳輸?shù)剿龌尽?br>
50.按照權(quán)利要求31的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于選擇所述信號(hào)幀同步段長(zhǎng)度為721個(gè)符號(hào)。
51.按照權(quán)利要求31的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于選擇所述信號(hào)體段的長(zhǎng)度為4656個(gè)符號(hào)。
52.按照權(quán)利要求31的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于選擇所述信號(hào)體段，使其包含具有912個(gè)連續(xù)符號(hào)的保護(hù)間隔序列。
53.按照權(quán)利要求31的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于把所述選定數(shù)目F1的幀集合到一個(gè)幀群中，其中F1是選定的整數(shù)，至少等于2，并且為該幀群提供一個(gè)選定的幀群頭。
54.按照權(quán)利要求53的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于選擇所述數(shù)目F1為511。
55.按照權(quán)利要求53的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于在所述幀群頭中包括具有936個(gè)連續(xù)符號(hào)的保護(hù)間隔。
56.按照權(quán)利要求53的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于把所述選定數(shù)目F2的幀群集合進(jìn)超幀中，其中F2是選定的整數(shù)，至少等于2，并且為超幀提供一個(gè)選定的超幀頭。
57.按照權(quán)利要求53的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于選擇所述數(shù)目F2為511。
58.按照權(quán)利要求53的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于把選定數(shù)目F3的所述超幀集合進(jìn)超幀群中，這里F3是選定的整數(shù)，至少等于2，并且為超幀群提供一個(gè)選定的超幀群頭。
59.按照權(quán)利要求53的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于選擇所述數(shù)目F3為大約479。
60.按照權(quán)利要求53的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)，其特征在于在選定的時(shí)間間隔內(nèi)傳輸所述超幀群至少兩次，選定的時(shí)間間隔長(zhǎng)度為2T(SFG)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種數(shù)字信息傳輸方法,以及一種采用上述數(shù)字信息傳輸方法的地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)。所述數(shù)字信息傳輸方法包括:至少傳輸?shù)谝缓偷诙?每幀有選定的數(shù)目(F)的二進(jìn)制位或比特,每幀包括信號(hào)幀同步段和信號(hào)幀體段,信號(hào)幀同步段的長(zhǎng)度是首先選定的長(zhǎng)度,信號(hào)幀體段的長(zhǎng)度是其次選定的長(zhǎng)度,第一幀的幀同步段具有選定的位模式,它區(qū)別于為第二幀的幀同步段所選定的位模式;其中,至少第一幀和第二幀的幀同步段之一可用于在時(shí)域上對(duì)相應(yīng)的幀進(jìn)行同步。所述地面數(shù)字多媒體電視廣播系統(tǒng)包括:一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制中心(1)、至少一個(gè)發(fā)射機(jī)(2)和至少一個(gè)接收機(jī)(3)。
文檔編號(hào)H04N7/173GK1288330SQ0012359
公開日2001年3月21日 申請(qǐng)日期2000年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月25日
發(fā)明者楊林, 楊知行 申請(qǐng)人:清華大學(xué)