專利名稱：數(shù)字信號的塊傳輸方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及信號傳輸領域，尤其涉及一種數(shù)字信號的塊傳輸方法及系統(tǒng)。
背景技術：
隨著現(xiàn)代通信技術的飛速發(fā)展以及人們對無線通信業(yè)務需求的日益增長， 傳輸各種業(yè)務的數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)廣泛應用于無線局域網(wǎng)、固定無線接入、有線/無 線數(shù)字音頻和視頻廣播傳輸標準，如歐洲標準數(shù)字視頻地面廣播(Digital Video Broadcasting-Terrestrial, DVB-T)和中國數(shù)字電視國家標準(Digital Television MultimediaBroadcast, DTMB)。寬帶無線通信傳輸技術面臨的最大問題是，單載波或多載波調(diào)制系統(tǒng)在多徑傳輸 信道下，會發(fā)生頻率選擇性衰落，即符號間干擾(InterSymbol Interference, ISI)。在數(shù) 字信號傳輸過程中，輔助數(shù)據(jù)能夠?qū)剐诺浪ヂ浜推渌蓴_，從而幫助接收端恢復信號，盡 管輔助數(shù)據(jù)的加入，降低了傳輸效率，但是可以直接決定系統(tǒng)消除ISI和跟蹤信道動態(tài)變 化等的信道估計能力。此外，輔助數(shù)據(jù)的用處還應包括信號同步、信道估計、傳輸模式識別 和跟蹤相位噪聲等。在四種已經(jīng)存在的地面數(shù)字電視傳輸標準中，美國高級電視系統(tǒng)委員會 (Advanced Television Systems Committee，ATSC)數(shù)字電視標準采用了單載波調(diào) 制，而歐洲DVB-T標準和日本地面綜合業(yè)務數(shù)字廣播(Integrated Service Digital Broadcasting-Terrestrial, ISDB-T)以及中國DTMB標準都采用了基于正交頻分復用 (Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing,OFDM)技術的多載波調(diào)制。如圖 1 所示， ATSC單載波系統(tǒng)將每一個信號幀分為了場和段的概念，每個場含有312個數(shù)據(jù)段和1個場 同步段。如圖2所示為DVB-T的多載波系統(tǒng)結構，其中采用編碼的正交頻分復用(Coded Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing, C0FDM)傳輸，隨機插入了導頻信號，主要 分為固定導頻和移動導頻兩種，目的是通過導頻上的數(shù)據(jù)傳送發(fā)射端約定的參量或測試信 道的特性。圖3所示為中國DTMB數(shù)字電視系統(tǒng)所采用的時域同步正交頻分復用調(diào)制(Time Domain Synchronous-Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing, TDS-0FDM)技術的 層次化信號幀結構。公開號為CN1317903A、名稱為“時域同步正交頻分復用調(diào)制方法”的中 國專利申請公開了一種TDS-OFDM技術；公開號為CN1334655A，名稱為“正交頻分復用調(diào)制 系統(tǒng)中保護間隔的填充方法”的專利申請使用偽隨機序列(Pseudo-random Noise, PN)代 替OFDM中保護間隔并用于時間同步、頻率同步和信道估計。特別地，已知訓練序列在對抗 塊間干擾起到保護間隔作用的同時，還可以輔助進行同步、定時恢復、載波恢復、信道估計 和噪聲估計等?，F(xiàn)有系統(tǒng)中，由于每個信號幀中均插入了訓練序列或者導頻信號，造成了訓練序 列開銷的浪費。因此，如何合理設計幀結構，使得系統(tǒng)既能滿足合理的傳輸效率，又能提高 對信道變化和數(shù)據(jù)恢復的適應性成為設計系統(tǒng)設計的一個核心問題。同時現(xiàn)有的TDS-OFDM系統(tǒng)不能夠直接應用于多用戶的傳輸方式。因此如何設計系統(tǒng)結構使其既可以用于單用戶 的傳輸方式，又可兼容多用戶傳輸模式也是系統(tǒng)設計的關鍵技術之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)字信號的傳輸方法及系統(tǒng)，該方法及系統(tǒng)可應用于多 載波或單載波傳輸系統(tǒng)、可兼容多用戶和單用戶傳輸模式，且能夠提高信道估計、同步等的 速度，改善系統(tǒng)性能，克服現(xiàn)有技術的缺陷。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案。本發(fā)明一實施方案提供一種數(shù)字信號的塊傳輸方法，該方法中信號以超幀的方式 傳輸，所述超幀由一段超幀頭和多個信號幀組成，該方法包括步驟Si.生成已知訓練序列；S2.在所述已知訓練序列前插入循環(huán)前綴，并將所述已知訓練序列與其循環(huán)前綴 復接得到超幀頭；S3.將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流打包為系統(tǒng)每幀規(guī)定的長度并進行前處理，得到多個待傳 輸數(shù)據(jù)塊；S4.在每個數(shù)據(jù)塊末尾插入保護間隔后綴，組成待傳輸信號幀；S5.將所述信號幀按順序復接，并在第一個信號幀之前插入所述超幀頭，得到待傳 輸超幀信號；S6.后處理所述超幀信號并將其發(fā)送。其中，步驟S2中所述循環(huán)前綴的生成方法為將所述已知訓練序列在時域等分為
L個子序列S1、S2........Sl，將最后第L段子序列Sl復制到該已知訓練序列之前作為循環(huán)
前綴，其中L為正整數(shù)。其中，步驟S4中所述保護間隔后綴的生成方法為將所述已知訓練序列在時域等
分為L個子序列SpS2........、則第i個信號幀的保護間隔后綴為所述已知訓練序列中
第mod(i-l，L)+l段時域子序列，其中，mod ()為取模運算，1≤i≤K，K為一個超幀中包括 的信號幀的個數(shù)，且K為正整數(shù)。其中，所述信號幀的長度為所述已知訓練序列長度的整數(shù)倍。其中，步驟S3中的前處理包括數(shù)據(jù)調(diào)制，調(diào)制方式包括單載波調(diào)制方式或多載波 調(diào)制方式。其中，該方法用于多用戶傳輸模式時，步驟Sl后、S2前還包括步驟S1. 1將所述已 知訓練序列映射到用戶所在頻帶中；步驟S3后、S4前還包括步驟S3. 1將所述數(shù)據(jù)塊映射 到用戶所在頻帶中。其中，每個用戶所發(fā)送的已知訓練序列和數(shù)據(jù)塊占用相同的頻域子信道，不同用 戶之間所占用的頻域子信道相互正交。其中，每個用戶可以占用一個超幀中的一個或多個信號幀，每個用戶所占用的信 號幀任意分布。其中，每個信號幀的調(diào)制方式相同或不同，所述調(diào)制方式包括PSK、QAM、APSK、及與 不同信道糾錯編碼的組合。其中，同一用戶在不同超幀中所占用信號幀的數(shù)量和位置相同或不同，同一用戶在不同超幀中所占用的頻域子信道相同或不同。其中，所述已知訓練序列為時域二值序列，或頻域二值序列，或時頻實數(shù)序列，或 上述序列的變形或組合。本發(fā)明另一實施方案還提供一種數(shù)字信號的塊傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)中信號以超幀的 方式傳輸，所述超幀由一段超幀頭和多個信號幀組成，該系統(tǒng)包括訓練序列生成模塊，用 于生成已知訓練序列；超幀頭生成模塊，用于在所述已知訓練序列前插入循環(huán)前綴，并將所 述已知訓練序列與其循環(huán)前綴復接得到超幀頭；前處理模塊，用于將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流打包 為系統(tǒng)每幀規(guī)定的長度并進行前處理，得到待傳輸數(shù)據(jù)塊；信號幀生成模塊，用于在每個所 述數(shù)據(jù)塊末尾插入保護間隔后綴，組成待傳輸信號幀；超幀信號生成模塊，用于將所述信號 幀按順序復接，并在第一個信號幀之前插入所述超幀頭，得到待傳輸超幀信號；后處理模 塊，用于后處理所述超幀信號并將其發(fā)送。其中，該系統(tǒng)用于多用戶傳輸模式時，還包括映射模塊，用于將所述訓練序列生 成模塊生成的已知訓練序列以及前處理模塊輸出的數(shù)據(jù)塊分別映射到用戶所在頻帶中。本發(fā)明所提出的數(shù)字信號的塊傳輸方法，采用兼容時域二值序列、頻域二值序列、 時頻實數(shù)序列或其組合形式的已知訓練序列取代了循環(huán)前綴，因此可以在避免符號間干擾 的同時節(jié)省了頻域?qū)ьl的開銷，提高了系統(tǒng)的頻譜利用率，保障無線系統(tǒng)的可靠傳輸，因此 在多載波和單載波系統(tǒng)中都可以取得較好的性能；信號按照超幀和信號幀的層次化結構進 行傳輸，已知訓練序列和數(shù)據(jù)塊保護間隔按照特定的規(guī)則進行插入，更加適應信道變化，提 高信道估計、同步等的速度，改善性能；同時，數(shù)據(jù)塊可以在多載波調(diào)制的不同的頻域子載 波上或單載波調(diào)制的不同的時隙上進行傳送。


圖1為美國ATSC的數(shù)字信號傳輸方法示意圖；圖2為歐洲DVB-T的數(shù)字信號傳輸方法示意圖；圖3為中國DTMB的數(shù)字信號傳輸方法復幀結構示意圖；圖4為依照本發(fā)明一種實施方案的數(shù)字信號的塊傳輸方法流程圖；圖5為依照本發(fā)明一種實施方案的數(shù)字信號的塊傳輸方法的幀結構示意圖；圖6為依照本發(fā)明一種實施方案的數(shù)字信號的塊傳輸系統(tǒng)框圖；圖7為依照本發(fā)明一種實施方案的數(shù)字信號的塊傳輸方法應用于多用戶傳輸模 式的方法流程圖；圖8為依照本發(fā)明一種實施方案的數(shù)字信號的塊傳輸系統(tǒng)應用于多用戶傳輸模 式的系統(tǒng)框圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出的數(shù)字信號的塊傳輸方法及系統(tǒng)，結合附圖和實施例說明如下。如圖4所示，依照本發(fā)明一種實施方案的數(shù)字信號的塊傳輸方法流程圖，該方法 中信號以超幀的方式傳輸，每個超幀由一段超幀頭和一組信號幀組成，該方法包括步驟Si.根據(jù)選定的訓練序列格式、長度等設定的參數(shù)生成已知訓練序列；S2.在已知訓練序列前插入循環(huán)前綴，并將已知訓練序列與其循環(huán)前綴復接，得到超幀頭；S3.將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流打包為系統(tǒng)每幀規(guī)定的長度并進行前處理，得到待傳輸數(shù) 據(jù)塊；S4.在每個數(shù)據(jù)塊末尾插入保護間隔后綴，組成待傳輸信號幀，保護間隔后綴是根 據(jù)其要插入的信號幀在整個超幀中的幀序號以及已知訓練序列而依次為每個信號幀生成 的；S5.將信號幀按順序復接，并在第一個信號幀之前插入超幀頭，得到待傳輸超幀信 號；S6.后處理超幀信號并發(fā)送。其中，前處理可以包括數(shù)據(jù)調(diào)制，數(shù)據(jù)調(diào)制方式包括但不僅限于單載波調(diào)制及多 載波調(diào)制，多載波調(diào)制采用逆傅里葉變換運算進行。圖5為依照本發(fā)明一種實施方案的數(shù)字信號的塊傳輸方法的幀結構示意圖，超幀 中的信號由特定的已知訓練序列和該已知訓練序列的循環(huán)前綴組成，超幀中的信號幀包括 數(shù)據(jù)塊和保護間隔后綴兩部分組成，而保護間隔后綴是已知訓練序列的一部分時域子序
列。如圖5所示，將已知訓練序列在時域等分為L個子序列Sp S2........&，將最后第L
段子序列&復制到該已知訓練序列之前作為循環(huán)前綴；第i個信號幀的保護間隔后綴為已 知訓練序列中第mod(i-l, L)+l段時域子序列，其中，mod()為取模運算，1彡i彡K，K為一 個超幀中包括的信號幀的個數(shù)，且L、K為正整數(shù)。按照本發(fā)明的幀結構，已知訓練序列的循環(huán)前綴的長度和信號幀保護間隔后綴的 長度相同，并且該長度應大于等于信道的最大時延擴展。數(shù)據(jù)塊的長度為已知訓練序列長 度的整數(shù)倍。超幀頭中的已知訓練序列用于接收機進行同步、信道估計、信道自適應跟蹤。 接收機在每個超幀的開始部分進行一次信道估計，并將該信道相應應用于該超幀中的所有 信號幀。根據(jù)信道時變性的不同，一個超幀中所包含的信號幀的個數(shù)可以進行優(yōu)化選取， 以改善經(jīng)歷快時變或深衰落信道時的信道估計等性能。當信道變化比較快時，可以將超幀 中所包括信號幀的數(shù)量減??；當信道變化較慢時可以適當增加超幀中信號幀的數(shù)量。如圖6所示，為依照本發(fā)明一種實施方案的數(shù)字信號的塊傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)中信 號以超幀的方式傳輸，超幀由一段超幀頭和多個信號幀組成，該系統(tǒng)包括訓練序列生成模 塊100，用于根據(jù)所選定的訓練序列格式、長度等設定的參數(shù)生成超幀頭中的已知訓練序 列。超幀頭生成模塊200，用于在已知訓練序列前插入循環(huán)前綴，并將已知訓練序列與其循 環(huán)前綴復接，得到超幀頭。前處理模塊300，用于將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流打包為系統(tǒng)每幀規(guī)定的 長度并進行前處理，得到待傳輸數(shù)據(jù)塊，該模塊包括數(shù)據(jù)調(diào)制器301，用于對待傳輸數(shù)據(jù)進 行單載波或多載波等調(diào)制方式的數(shù)據(jù)調(diào)制。信號幀生成模塊400，用于在每個數(shù)據(jù)塊末尾 插入保護間隔后綴，組成待傳輸信號幀，該模塊包括保護間隔后綴生成器401，用于根據(jù)其 所要插入的信號幀在整個超幀中的幀序號以及訓練序列生成模塊100生成的已知訓練序 列，依次為每個信號幀產(chǎn)生保護間隔后綴；信號幀復接器402，用于將數(shù)據(jù)塊和保護間隔后 綴生成器401生成的保護間隔進行復接，得到信號幀。超幀信號生成模塊500，用于將信號 幀按順序復接，并在第一個信號幀之前插入超幀頭生成模塊200生成的超幀頭，得到待傳 輸超幀信號。后處理模塊600，用于后處理超幀信號并發(fā)送。
本發(fā)明的數(shù)字信號的塊傳輸方法適用于單用戶的傳輸模式，也適用于多用戶的傳 輸模式，在多用戶傳輸模式下，相比較單用戶情況，每個用戶需要根據(jù)該用戶自己所分配的 頻帶，將數(shù)據(jù)塊以及已知訓練序列映射到該用戶所在頻帶，之后和單用戶情況相類似的復 接成信號幀和超幀，如圖7所示，該方法用于多用戶傳輸模式時，相比圖5所示的方法，步驟 Sl后S2前還包括步驟S1. 1將已知訓練序列映射到用戶所在頻帶中；步驟S3后S4前還包 括步驟S3. 1將數(shù)據(jù)塊映射到用戶所在頻帶中。本發(fā)明的數(shù)字信號的塊傳輸方法用于多用戶傳輸模式時，每個用戶所發(fā)送的已知 訓練序列和數(shù)據(jù)塊占用相同的頻域子信道，不同用戶之間所占用的頻域子信道相互正交； 每個用戶可以占用一個超幀中的一個或多個信號幀，每個用戶所占用的信號幀任意分布； 本發(fā)明的數(shù)字信號的塊傳輸方法用于多用戶傳輸模式時，每個信號幀的調(diào)制方式相同或不 同，調(diào)制方式包括PSK、QAM、APSK、及與不同信道糾錯編碼的組合，但不限于上述方式；同一 用戶在不同超幀中所占用信號幀的數(shù)量和位置可以相同或不同，同一用戶在不同超幀中所 占用的頻域子信道可以相同或不同。如圖8所示，當應用于多用戶傳輸模式下時，依照本發(fā)明一種實施方案的數(shù)字信 號的塊傳輸系統(tǒng)相比圖6所示的系統(tǒng)還包括映射模塊，該模塊包括第一映射單元701以及 第二映射單元702，各自用于將訓練序列生成模塊100生成的已知訓練序列以及前處理模 塊輸出300的數(shù)據(jù)塊分別映射到用戶所在頻帶中。在本發(fā)明中，已知訓練序列為時域二值序列，或頻域二值序列，或時頻實數(shù)序列， 或上述序列的變形或組合形式，但不僅限于上述提到的序列形式。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關技術領域的普通 技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有 等同的技術方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應由權利要求限定。
權利要求
一種數(shù)字信號的塊傳輸方法，其特征在于，該方法中信號以超幀的方式傳輸，所述超幀由一段超幀頭和多個信號幀組成，該方法包括步驟S1.生成已知訓練序列；S2.在所述已知訓練序列前插入循環(huán)前綴，并將所述已知訓練序列與其循環(huán)前綴復接得到超幀頭；S3.將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流打包為系統(tǒng)每幀規(guī)定的長度并進行前處理，得到多個待傳輸數(shù)據(jù)塊；S4.在每個數(shù)據(jù)塊末尾插入保護間隔后綴，組成待傳輸信號幀；S5.將所述信號幀按順序復接，并在第一個信號幀之前插入所述超幀頭，得到待傳輸超幀信號；S6.后處理所述超幀信號并將其發(fā)送。
2.如權利要求1所述的數(shù)字信號的塊傳輸方法，其特征在于，步驟S2中所述循環(huán)前綴的生成方法為將所述已知訓練序列在時域等分為L個子序列Sp S2........&，將最后第L段子序列&復制到該已知訓練序列之前作為循環(huán)前綴，其中L為正整數(shù)。
3.如權利要求1所述的數(shù)字信號的塊傳輸方法，其特征在于，步驟S4中所述保護間隔后綴的生成方法為將所述已知訓練序列在時域等分為L個子序列Sp S2........&，則第i個信號幀的保護間隔后綴為所述已知訓練序列中第mod(i-l，L)+l段時域子序列，其中， mod()為取模運算，1彡i彡K，K為一個超幀中包括的信號幀的個數(shù)，且K為正整數(shù)。
4.如權利要求1所述的數(shù)字信號的塊傳輸方法，其特征在于，所述信號幀的長度為所 述已知訓練序列長度的整數(shù)倍。
5.如權利要求1所述的數(shù)字信號的塊傳輸方法，其特征在于，步驟S3中的前處理包括 數(shù)據(jù)調(diào)制，調(diào)制方式包括單載波調(diào)制方式或多載波調(diào)制方式。
6.如權利要求1所述的數(shù)字信號的塊傳輸方法，其特征在于，該方法用于多用戶傳輸 模式時，步驟Sl后、S2前還包括步驟Si. 1將所述已知訓練序列映射到用戶所在頻帶中；步驟S3后、S4前還包括步驟S3. 1將所述數(shù)據(jù)塊映射到用戶所在頻帶中。
7.如權利要求6所述的數(shù)字信號的塊傳輸方法，其特征在于，每個用戶所發(fā)送的已知 訓練序列和數(shù)據(jù)塊占用相同的頻域子信道，不同用戶之間所占用的頻域子信道相互正交。
8.如權利要求6所述的數(shù)字信號的塊傳輸方法，其特征在于，每個用戶可以占用一個 超幀中的一個或多個信號幀，每個用戶所占用的信號幀任意分布。
9.如權利要求6所述的數(shù)字信號的塊傳輸方法，其特征在于，每個信號幀的調(diào)制方式 相同或不同，所述調(diào)制方式包括？31(、(^11、4 51(、及與不同信道糾錯編碼的組合。
10.如權利要求6所述的數(shù)字信號的塊傳輸方法，其特征在于，同一用戶在不同超幀中 所占用信號幀的數(shù)量和位置相同或不同，同一用戶在不同超幀中所占用的頻域子信道相同 或不同。
11.如權利要求1-10任一項所述的數(shù)字信號的塊傳輸方法，其特征在于，所述已知訓 練序列為時域二值序列，或頻域二值序列，或時頻實數(shù)序列，或上述序列的變形或組合。
12.—種數(shù)字信號的塊傳輸系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)中信號以超幀的方式傳輸，所述 超幀由一段超幀頭和多個信號幀組成，該系統(tǒng)包括訓練序列生成模塊，用于生成已知訓練序列；超幀頭生成模塊，用于在所述已知訓練序列前插入循環(huán)前綴，并將所述已知訓練序列 與其循環(huán)前綴復接得到超幀頭；前處理模塊，用于將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流打包為系統(tǒng)每幀規(guī)定的長度并進行前處理，得到 待傳輸數(shù)據(jù)塊；信號幀生成模塊，用于在每個所述數(shù)據(jù)塊末尾插入保護間隔后綴，組成待傳輸信號幀；超幀信號生成模塊，用于將所述信號幀按順序復接，并在第一個信號幀之前插入所述 超幀頭，得到待傳輸超幀信號；后處理模塊，用于后處理所述超幀信號并將其發(fā)送。
13.如權利要求12所述的數(shù)字信號的塊傳輸系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)用于多用戶傳 輸模式時，還包括映射模塊，用于將所述訓練序列生成模塊生成的已知訓練序列以及前處 理模塊輸出的數(shù)據(jù)塊分別映射到用戶所在頻帶中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)字信號的塊傳輸方法及系統(tǒng)，信號以超幀的方式傳輸，超幀由一段超幀頭和多個信號幀組成，該方法包括步驟生成已知訓練序列；在已知訓練序列前插入循環(huán)前綴，并復接已知訓練序列與其循環(huán)前綴得到超幀頭；將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流打包為系統(tǒng)每幀規(guī)定的長度并進行前處理，得到多個待傳輸數(shù)據(jù)塊；在每個數(shù)據(jù)塊末尾插入保護間隔后綴，組成待傳輸信號幀；將信號幀按順序復接，并在第一個信號幀之前插入超幀頭，得到待傳輸超幀信號；后處理超幀信號并將其發(fā)送。該方法及系統(tǒng)可應用于多載波或單載波傳輸系統(tǒng)、可兼容多用戶和單用戶傳輸模式，且能夠提高信道估計、同步等的速度，改善系統(tǒng)性能，以克服現(xiàn)有技術的缺陷。
文檔編號H04L27/26GK101997803SQ20091009137
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月20日 優(yōu)先權日2009年8月20日
發(fā)明者張超, 楊知行, 王軍, 王昭誠 申請人:清華大學