CN100499630C - 一种多载波数字移动多媒体广播的数字信息传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多载波数字多媒体移动广播的数字信息传输方法，通过对上层数据流依次进行RS编码和字节交织、LDPC编码、比特交织、星座映射后，将得到的数据符号与离散导频和包含有系统信息的连续导频复接在一起组成OFDM频域符号并进行扰码，经IFFT变换产生OFDM时域符号，经过插入帧头组成时隙后，连接组成物理层信号帧，对上述物理层信号帧进行低通滤波和正交上变频后发射。该方法为移动式、固定式和便携式接收机提供高质量的音频、视频和多媒体数据等无线广播，可以使用卫星传输和地面传输得方式进行传输。该方法采用LDPC的正交频分复用方案，满足了低成本和高性能的要求。

Description

一种多载波数字移动多媒体广播的数字信息传输方法

技术领域

本发明涉及数字信息传输技术领域，特别涉及数字多媒体广播的信息传输方法。

背景技术

无线通信广播除了覆盖面广、节目容量大之外，最大的特点就是具有广播性，一点对多点、一点对面，在低成本条件下具有较高传输带宽。因此，无线通信广播作为信息通信业的一个重要组成部分，在国家信息基础设施建设、实现普遍服务和国家信息安全战略中具有重要地位。

经过多年的研究和发展，数字无线广播已经取得了很多成果，达到了实用阶段，目前世界上主要有四种无线数字电视广播标准：

1)数字视频广播(Digital Video Broadcasting，即DVB)系列标准DVB是由欧洲通信标准组织(European Telecommunications StandardsInstitute，即ETSI)提出的。欧洲在1993年停止了数模混合制式电视系统的研究后，开始了数字电视广播系统的研究，并先后颁布了数字视频卫星广播(Digital Video Broadcasting-Satellite，即DVB-S)、数字视频有线广播(Digital Video Broadcasting-Cable，即DVB-C)、数字视频地面广播(Digital Video Broadcasting-Terrestrial，即DVB-T)标准和以DVB-T为基础发展出来的数字电视手持广播(Digital VideoBroadcasting-Handheld，即DVB-H)标准。

上述标准中的DVB-S标准采用单载波QPSK调制方式，采用级联的卷积码与RS码、作为信道编码、采用伪随机比特序列(Pseudo Random BitSequence，即PRBS)进行扰码，使用无线卫星链路，仅适用于固定接收系统，不适用于移动终端设备。DVB-T标准采用多载波正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，即OFDM)调制技术和级联的卷积码与RS码的编码技术，适用于开路地面传输，但支持的移动速度较低。DVB-H系统随为了移动和手持进行了优化，但由于受到DVB-T编码、调制技术的的局限，优化并不充分。

2)美国ATSC标准

美国的ATSC标准是先进电视制式委员会(Advanced Television SystemCommittee，即ATSC)提出的单载波数字电视地面传输标准，能支持标准清晰度和高清晰度数字电视的固定接收，但移动接收条件下的性能较差，而且不支持卫星传输。

3)日本ISDB-T标准

ISDB-T是日本的数字广播专家组制订的地面综合数字业务广播(Integrated Service Digital Broadcasting-Terrestrial)标准，采用OFDM技术和卷积码、RS码实现多种数字业务的地面广播，但移动接收条件下的性能很差，也不支持卫星传输。

4)日韩数字卫星广播标准

1998年5月，Toshiba、SKTelecomm、Sharp、Toyota Motor等公司共同出资，成立了移动广播公司(Mobile Broadcasting Corporation)，并于2004年3月发射了广播卫星，现已开始运营，对日本、韩国提供服务。系统采用也使用了PRBS、带交织的级联编码，并采用CDM扩频的方式进行传输。日韩数字卫星广播标准虽然可以支持移动接收，但性能仍然不够理想，有待进一步的改善。

发明内容

本发明是在针对上述四种传输方式的不足进行优化设计以后提出的一种可以适用于卫星传输、地面传输等多种环境的的集成式无线多业务广播的数字信息传输方法，用于为移动、便携和固定接收用户提供高质量的音频、视频和多媒体数据业务。

本发明提出一种多载波数字移动多媒体广播的数字信息传输方法，包括以下步骤：

通过RS编码与字节交织器对上层数据流进行RS编码和字节交织，其中，所述字节交织器的行数由星座映射方式和LDPC码率决定；

通过LDPC编码器对经过字节交织的数据进行LDPC编码，得到比特数据；

通过比特交织器对经过LDPC编码的比特数据进行比特交织；

通过星座映射器对经过比特交织的数据进行星座映射；

通过频域符号生成器将离散导频、包含有系统信息的连续导频以及上述经过星座映射的数据符号复接在一起组成OFDM频域符号；

通过扰码器对上述经复接得到的OFDM频域符号进行扰码；

通过IFFT变换器将上述经过扰码的频域符号经过IFFT变换产生OFDM时域符号；

通过时域组帧器将上述时域OFDM符号经过插入帧头组成时隙后，连接组成物理层信号帧；

对上述物理层信号帧进行低通滤波和正交上变频后发射。

所述的数字信息传输方法用于传输包括音频数据、文本、视频数据在内的多媒体广播数据。

该系统采用了LDPC的OFDM方案，系统接收机使用最先进的微波和大规模数字集成电路技术，同时满足了低成本和高性能的要求。

附图说明

图1为本发明的移动多媒体广播系统的广播信道物理层逻辑信道结构图。

图2为本发明的移动多媒体广播系统物理层的逻辑信道编码和调制流程图；

图3为图2中由时隙组帧所形成的物理层信号帧的时隙划分和帧结构图；

图4为图3中信标的结构图；

图5为同步信号的伪随机序列生成器结构示意图；

图6为图3中OFDM符号的结构图；

图7为保护间隔之间交叠的示意图；

图8为OFDM符号结构示意图；

图9为字节交织器与RS(240，K)编码的示意图；

图10为对经过LDPC编码后的比特流进行比特交织的示意图；

图11、12和13分别为BPSK星座映射图、QPSK星座映射图和16QAM星座映射图；

图14为将OFDM符号的子载波分配给数据符号、离散导频和连续导频的导频复接方式示意图；

图15为PRBS生成方法的示意图；

图16为OFDM符号子载波结构示意图。

具体实施方式

本发明可提供包括高质量的数字音频广播、数字视频广播在内的多媒体节目。

本发明定义了每2MHz频带内，能对移动多媒体广播系统广播上层数据流进行适配处理的物理层各功能模块，给出了移动多媒体广播信道物理层传输信号的帧结构、信道编码、调制技术。

物理层是OSI的底层，是整个开放系统的基础。物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。

本发明定义的广播信道物理层通过物理层逻辑信道来适配上层各类应用对传输速率的不同要求。物理层逻辑信道支持多种编码和调制方式用以满足不同应用、不同传输环境对信号质量的不同要求。

本发明定义的广播信道物理层支持单频网和多频网两种组网模式，可根据实际应用的特性和组网环境选择不同的传输模式和参数。支持多种应用的混合模式，达到应用特性与传输模式的匹配，实现了应用的灵活性和经济性。

下面参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

图1为本发明的移动多媒体广播系统的广播信道物理层逻辑信道结构图。

如图所示，物理层通过物理层逻辑信道(Physical Logical Channel，即PLCH)(包括控制逻辑信道CLCH和业务逻辑信道SLCH)提供上层应用的广播通道。每个物理层逻辑信道可以使用2MHz数字电视带宽内的一个或多个时隙发送。物理层对每个物理层逻辑信道进行单独的编码和调制。根据编码和调制参数不同，物理层逻辑信道可提供不同传输容量。

图2为本发明的移动多媒体广播系统物理层的逻辑信道编码和调制流程图。

如图所示，物理层逻辑信道的输入数据流经过前向纠错编码、交织和星座映射后，与离散导频以及连续导频复接在一起进行OFDM调制。调制后的信号经过插入帧头后形成物理层信号帧。再经过基带至射频变换后进行发射。

物理层逻辑信道分为控制逻辑信道(CLCH)和业务逻辑信道(SLCH)。控制逻辑信道用于承载系统配置信息，采用固定的信道编码和调制模型在系统第0时隙发送，其中：RS编码采用RS(240，240)，LDPC编码采用1/2码率LDPC编码，星座映射采用BPSK映射，扰码模式为模式0。业务逻辑信道可以占用除第0时隙外的一个或多个时隙发送，其编码和调制模式由上层配置，配置信息通过控制逻辑信道广播。

图2中各子模块的详细说明见下文所述。

图3为图2中由时隙组帧所形成的物理层信号帧的时隙划分和帧结构图。

如图所示，系统物理层信号每1秒为1帧，每帧划分为40个时隙(Timeslot，即TS)，各时隙的长度为25ms。

每个时隙包括1个信标和53个OFDM调制数据块。

图4为图3中信标的结构图。

如图所示，信标包括2个相同的同步信号以及发射机标识信号(ID)。

同步信号为频带受限的伪随机序列，长度为204.8us，该同步信号的生成方式为：首先通过图5所示的同步信号的伪随机序列生成器生成伪随机序列，如图所示，该伪随机序列生成多项式为x¹¹+x⁹+1，预设值为01110101101；然后截取上述2047点m序列的前314点，采用BPSK映射(0→1+0j，1→-1+0j)后放在512点(0～511)序列的第1～157和第355～511点；对上述生成的512点序列进行512点IFFT后，得到同步信号。

发射机标识信号(ID)发送用于标识不同发射机的频带受限的伪随机序列，长度为36us。发射机标识信号的生成方法为：选择发射机标识序列；将37点发射机标识序列采用BPSK映射(0→1+0j，1→-1+0j)后放在64点(0～63)序列的第1～18和第45～63点上；对上述生成的64点序列进行64点IFFT后，并周期延拓26点至90点得到发射机标识信号。

上述发射机标识序列是长度为37比特的伪随机序列。发射机标识序列共包括256个序列，其中序列0～序列127为地区标识，用于标识发射机所在的地区，其插入信号帧中的偶数时隙发送(第0时隙，第2时隙，......)；序列128～255为发射机标识，用于标识同一地区内的不同发射机，其插入信号帧中的奇数时隙发送(第1时隙，第3时隙，......)。发射机标识序列由十六进制序列定义，该十六进制序列按照最高有效比特在先的顺序映射为二进制发射机标识序列，以便进入上述的BPSK映射步骤。发射机标识序列如表1所示。

 

编号	发射机标识序列
		0	05B1D0D73D

 

1	10E4858268
		2	1682E3E40E
3	03D7B6B15B
		4	0ABEDFD832
5	1FEB8A8D67
		6	198DECEB01
7	0CD8B9BE54
		8	1AB12FD7C2
9	0FE47A8297
		10	09821CE4F1
11	1CD749B1A4
		12	15BE20D8CD
13	00EB758D98
		14	068D13EBFE
15	13D846BEAB
		16	1AB1D028C2
17	0FE4857D97
		18	0982E31BF1
19	1CD7B64EA4
		20	15BEDF27CD
21	00EB8A7298
		22	068DEC14FE
23	13D8B941AB

 

24	05B12F283D
		25	10E47A7D68
26	16821C1B0E
		27	03D7494E5B
28	0ABE202732
		29	1FEB757267
30	198D131401
		31	0CD8464154
32	054E2F28C2
		33	101B7A7D97
34	167D1C1BF1
		35	0328494EA4
36	0A412027CD
		37	1F14757298
38	19721314FE
		39	0C274641AB
40	1A4ED0283D
		41	0F1B857D68
42	097DE31B0E
		43	1C28B64E5B
44	1541DF2732
		45	00148A7267
46	0672EC1401

 

47	1327B94154
		48	1A4E2FD73D
49	0F1B7A8268
		50	097D1CE40E
51	1C2849B15B
		52	154120D832
53	0014758D67
		54	067213EB01
55	132746BE54
		56	054ED0D7C2
57	101B858297
		58	167DE3E4F1
59	0328B6B1A4
		60	0A41DFD8CD
61	1F148A8D98
		62	1972ECEBFE
63	0C27B9BEAB
		64	18DA44CA81
65	0D8F119FD4
		66	0BE977F9B2
67	1EBC22ACE7
		68	17D54BC58E
69	02801E90DB

 

70	04E678F6BD
		71	11B32DA3E8
72	07DABBCA7E
		73	128FEE9F2B
74	14E988F94D
		75	01BCDDAC18
76	08D5B4C571
		77	1D80E19024
78	1BE687F642
		79	0EB3D2A317
80	07DA44357E
		81	128F11602B
82	14E977064D
		83	01BC225318
84	08D54B3A71
		85	1D801E6F24
86	1BE6780942
		87	0EB32D5C17
88	18DABB3581
		89	0D8FEE60D4
90	0BE98806B2
		91	1EBCDD53E7
92	17D5B43A8E

 

93	0280E16FDB
		94	04E68709BD
95	11B3D25CE8
		96	1825BB357E
97	0D70EE602B
		98	0B1688064D
99	1E43DD5318
		100	172AB43A71
101	027FE16F24
		102	0419870942
103	114CD25C17
		104	0725443581
105	12701160D4
		106	14167706B2
107	01432253E7
		108	082A4B3A8E
109	1D7F1E6FDB
		110	1B197809BD
111	0E4C2D5CE8
		112	0725BBCA81
113	1270EE9FD4
		114	141688F9B2
115	0143DDACE7

 

116	082AB4C58E
		117	1D7FE190DB
118	1B1987F6BD
		119	0E4CD2A3E8
120	182544CA7E
		121	0D70119F2B
122	0B1677F94D
		123	1E4322AC18
124	172A4BC571
		125	027F1E9024
126	041978F642
		127	114C2DA317
128	025DE9AB61
		129	1708BCFE34
130	116EDA9852
		131	043B8FCD07
132	0D52E6A46E
		133	1807B3F13B
134	1E61D5975D
		135	0B3480C208
136	1D5D16AB9E
		137	080843FECB
138	0E6E2598AD

 

139	1B3B70CDF8
		140	125219A491
141	07074CF1C4
		142	01612A97A2
143	14347FC2F7
		144	1D5DE9549E
145	0808BC01CB
		146	0E6EDA67AD
147	1B3B8F32F8
		148	1252E65B91
149	0707B30EC4
		150	0161D568A2
151	1434803DF7
		152	025D165461
153	1708430134
		154	116E256752
155	043B703207
		156	0D52195B6E
157	18074C0E3B
		158	1E612A685D
159	0B347F3D08
		160	02A216549E
161	17F74301CB

 

162	11912567AD
		163	04C47032F8
164	0DAD195B91
		165	18F84C0EC4
166	1E9E2A68A2
		167	0BCB7F3DF7
168	1DA2E95461
		169	08F7BC0134
170	0E91DA6752
		171	1BC48F3207
172	12ADE65B6E
		173	07F8B30E3B
174	019ED5685D
		175	14CB803D08
176	1DA216AB61
		177	08F743FE34
178	0E91259852
		179	1BC470CD07
180	12AD19A46E
		181	07F84CF13B
182	019E2A975D
		183	14CB7FC208
184	02A2E9AB9E

 

185	17F7BCFECB
		186	1191DA98AD
187	04C48FCDF8
		188	0DADE6A491
189	18F8B3F1C4
		190	1E9ED597A2
191	0BCB80C2F7
		192	1BA40A3989
193	0EF15F6CDC
		194	0897390ABA
195	1DC26C5FEF
		196	14AB053686
197	01FE5063D3
		198	07983605B5
199	12CD6350E0
		200	04A4F53976
201	11F1A06C23
		202	1797C60A45
203	02C2935F10
		204	0BABFA3679
205	1EFEAF632C
		206	1898C9054A
207	0DCD9C501F

 

208	04A40AC676
		209	11F15F9323
210	179739F545
		211	02C26CA010
212	0BAB05C979
		213	1EFE509C2C
214	189836FA4A
		215	0DCD63AF1F
216	1BA4F5C689
		217	0EF1A093DC
218	0897C6F5BA
		219	1DC293A0EF
220	14ABFAC986
		221	01FEAF9CD3
222	0798C9FAB5
		223	12CD9CAFE0
224	1B5BF5C676
		225	0E0EA09323
226	0868C6F545
		227	1D3D93A010
228	1454FAC979
		229	0101AF9C2C
230	0767C9FA4A

 

231	12329CAF1F
		232	045B0AC689
233	110E5F93DC
		234	176839F5BA
235	023D6CA0EF
		236	0B5405C986
237	1E01509CD3
		238	186736FAB5
239	0D3263AFE0
		240	045BF53989
241	110EA06CDC
		242	1768C60ABA
243	023D935FEF
		244	0B54FA3686
245	1E01AF63D3
		246	1867C905B5
247	0D329C50E0
		248	1B5B0A3976
249	0E0E5F6C23
		250	0868390A45
251	1D3D6C5F10
		252	1454053679
253	010150632C

 

254	076736054A
		255	123263501F

表1、发射机标识序列

图6为图3中OFDM符号的结构图。

如图所示，OFDM符号由循环前缀(CP)和OFDM符号体构成，循环前缀长度T_CP为51.2us，即IFFT后的128个采样点，OFDM符号长度TS为409.6us，即IFFT后的1024个采样点。

图3中的发射机标识信号、同步信号和相邻OFDM符号之间通过保护间隔(GD)相互交叠，保护间隔GD的长度T_GD为2.4us，即IFFT后的6个采样点。相邻符号之间，前一个符号的尾部GD与后一个符号的头部GD经过窗函数加权后叠加，如图7所示。

所述的窗函数表达式为：

$w\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0.5+0.5\cos (\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&pi;t}/T_{\mathrm{GD}}),& 0\&le;t\&le;T_{\mathrm{GD}}\\ 1,& T_{\mathrm{GD}}<t<T-T_{\mathrm{GD}}\\ 0.5+0.5\cos (\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&pi;}(T-t)/T_{\mathrm{GD}}),& T-T_{\mathrm{GD}}\&le;t\&le;T\end{array}\right.$ 其中，t为时间变量，T常数，T_GD为所述保护间隔的长度。

保护间隔信号的选取如图8所示。对于发射机标识信号，同步信号和OFDM符号，T0和T1部分的取值见表2。

 

信号	T0(us)	T1(us)
			发射机标识信号	25.6	10.4
同步信号	409.6	0
			OFDM符号	409.6	51.2

表2、保护间隔信号取值表

下面对图2中的各个子系统进行详细说明。

图9为字节交织器与RS(240，K)编码的示意图。

如图所示，字节交织器为MI行、240列的块交织器。字节交织器的行数MI由星座映射方式和LDPC码率决定，如表3所示：

 

	BPSK	QPSK	16QAM
				1/2LDPC码	MI＝36	MI＝72	MI＝144
3/4LDPC码	MI＝54	MI＝108	MI＝216

表3、字节交织器参数MI的取值表

RS码采用码长为240字节的RS(240，K)截短码。该码由原始的RS(255，M)系统码通过截短后产生，其中，M＝K+15，K为一个码字中信息序列的字节数，同时校验字节数为(240-K)。RS(240，K)码提供4种模式，这4种模式中K的取值分别为K＝240、K＝224、K＝192和K＝176。

RS(255，M)系统码的每个码元取自域GF(256)，其域生成多项式为p(x)＝x⁸+x⁴+x³+x²+1。

截短码RS(240，K)采用如下方式进行编码：在K个输入信息字节(m₀，m₁，…，m_K-1)前添加15个全“0”字节，构造为原始的RS(255，M)系统码的输入序列(0，…0，m₀，m₁，…，m_K-1)，编码后生成码字(0，…0，m₀，m₁，…，m_K-1，p₀，p₁，…，p_255-M-1)，再从码字中删去所添加的字节，即得到240字节的截短RS码的码字(m₀，m₁，…，m_K-1，p₀，p₁，…，p_255-M-1)。

RS(240，K)码的生成多项式的表达式为：

$g\left(x\right)=\underset{i=0}{\overset{240-K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{g}_i{x}^i;$

输入的信息序列多项式的表达式为：

$m\left(x\right)=\underset{i=0}{\overset{K-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{m}_i{x}^i;$

输出的系统码多项式的表达式为：

$C\left(x\right)=\underset{i=0}{\overset{239}{\mathrm{\&Sigma;}}}{c}_i{x}^i=x^{240-K}m\left(x\right)+r\left(x\right),$

其中 $r\left(x\right)=\frac{x^{240-K}\&CenterDot;m\left(x\right)}{g\left(x\right)}$

RS(240，224)的生成多项式表达式的系数g_i为：

 

i	g<sub>i</sub>	i	g<sub>i</sub>	i	g<sub>i</sub>	i	g<sub>i</sub>
								0	79	5	183	10	126	15	118
1	44	6	56	11	104	16	1
								2	81	7	17	12	31
3	100	8	232	13	103
								4	49	9	187	14	52

RS(240，192)的生成多项式表达式的系数g_i为：

 

i	g<sub>i</sub>	i	g<sub>i</sub>	i	g<sub>i</sub>	i	g<sub>i</sub>
								0	228	14	12	27	109	40	32
1	231	15	160	28	176	41	157
								2	214	16	151	29	148	42	194
3	81	17	195	30	218	43	73
								4	113	18	170	31	21	44	195
6	204	19	150	32	161	45	218
								7	19	20	151	33	240	46	14
8	169	21	251	34	25	47	12
								9	10	22	218	35	15	48	122
10	244	23	245	36	71	49	1
								11	117	24	166	37	62

 

12	219	25	149	38	5
								13	130	26	183	39	17

RS(240，176)的生成多项式表达式的系数g_i为：

 

i	g<sub>i</sub>	i	g<sub>i</sub>	i	g<sub>i</sub>	i	g<sub>i</sub>
								0	106	17	123	34	80	51	174
1	117	18	88	35	105	52	169
								2	43	19	44	36	44	53	136
3	201	20	149	37	72	54	23
								4	70	21	223	38	147	55	60
5	139	22	165	39	55	56	186
								6	47	23	36	40	60	57	63
7	64	24	127	41	85	58	198
								8	127	25	46	42	70	59	205
9	181	26	142	43	132	60	135
								10	48	27	212	44	229	61	171
11	25	28	233	45	230	62	40
								12	230	29	71	46	217	63	159
13	85	30	149	47	155	64	1
								14	31	31	88	48	38
15	157	32	165	49	112
								16	156	33	227	50	43

编码和字节交织的方法如下：传输数据块以字节为单位，从左至右逐列输入块交织器，每列MI字节，直到第K列完成。RS编码接行进行编码，校验字节填充至后(240-K)列。编码后的数据再按照输入的顺序从左至右逐列输出，直到240列全部完成。

上述RS编码和字节交织以物理逻辑信道为单位进行，相同物理逻辑信道的上层数据包依次输入字节交织器进行字节交织和RS编码。字节交织器第0列的第一个字节定义为字节交织器的起始字节。字节交织器每次的输出(MI×240字节)总是映射在整数个时隙上发送，其中字节交织器的起始字节映射在某个时隙的起始点发送。

经过上述RS编码和字节交织后的传输数据按照高位比特优先发送的原则，将每字节映射为8位比特流，送入LDPC编码器。字节交织器第0列的第一个字节定义为字节交织器的起始字节，其最高位总是映射在LDPC输入比特块的第一个比特。LDPC编码配置如表4所示：

 

码率	输入块长	输出块长
			1/2	4608比特	9216比特
3/4	6912比特	9216比特

表4、LDPC编码配置

LDPC编码由校验矩阵H给出，H矩阵的生成方法如下：

1)、

LDPC码校验矩阵生成方法

0         6          12       18         25        30

0         7          19       26         31        5664

0         8          13       20         32        8270

1         6          14       21         3085      8959

1        15        27        33        9128      9188

1        9         16        34        8485      9093

2        6         28        35        4156      7760

2        10        17        7335      7545      9138

2        11        22        5278      8728      8962

3        7         2510      4765      8637      8875

3        4653      4744      7541      9175      9198

3        23        2349      9012      9107      9168

4        7         29        5921      7774      8946

4        7224      8074      8339      8725      9212

4        4169      8650      8780      9023      9159

5        8         6638      8986      9064      9210

5        2107      7787      8655      9141      9171

5        24        5939      8507      8906      9173

以下为生成

LDPC码校验矩阵的循环程序段：

for I＝1:18；

   取上表第I行，记为hexp；

   for J＝1:256；

      row＝(J-1)*18+I；

      for K＝1:6；

        

；

          奇偶校验矩阵的第row行、第column列为非0元素；

      end；

   end；

end；

2)、

LDPC码校验矩阵生成方法

 

0	3	6	12	16	18	21	24	27	31	34	7494
												0	4	10	13	25	28	5233	6498	7018	8358	8805	9211
0	7	11	19	22	6729	6831	7913	8944	9013	9133	9184
												1	3	8	14	17	20	29	32	5000	5985	7189	7906
1	9	4612	5523	6456	7879	8487	8952	9081	9129	9164	9214
												1	5	23	26	33	35	7135	8525	8983	9015	9048	9154
2	3	30	3652	4067	5123	7808	7838	8231	8474	8791	9162
												2	35	3774	4310	6827	6917	8264	8416	8542	8834	9044	9089
2	15	631	1077	6256	7859	8069	8160	8657	8958	9094	9116

以下为生成LDPC码校验矩阵的循环程序段：

for I＝1:9；

   取上表第I行，记为hexp；

   for J＝1:256；

      row＝(J-1)*9+I；

      for K＝1:12；

         ；

         奇偶校验矩阵的第row行第column列为非0元素；

      end；

   end；

end；

图10为对经过LDPC编码后的比特流进行比特交织的示意图。

如图所示，比特交织器采用192×144的块交织器。LDPC编码后的二进制序列按照从上到下的顺序依次写入块交织器的每一行，直至填满整个交织器，再从左到右的按列依次读出。比特交织器的输出与时隙对齐，即，每个时隙中传送的第一个比特总定义为比特交织器输出的第一个比特。

图11、12和13分别为BPSK星座映射图、QPSK星座映射图和16QAM星座映射图。采用BPSK、QPSK和16QAM星座映射所对应的功率归一化因子分别是

、

、

。

图14为将OFDM符号的子载波分配给数据符号、离散导频和连续导频的导频复接方式示意图。

如图所示，斜线部分为连续导频信号，黑色部分为离散导频信号，白色部分为经星座映射得到的数据符号。图示的导频复接将数据符号、离散导频和连续导频复接在一起，组成OFDM频域符号。每个OFDM符号包括628个子载波(0-627)，记为X(i)，i＝0，1，…627，其中包括78个离散导频、28个连续导频、522个数据子载波。

图15中，连续导频使用第0，20，32，72，88，128，146，154，156，216，220，250，296，313，314，330，388，406，410，470，472，480，498，538，554，594，606，627个子载波，共28个。

其中第20，32，72，88，128，146，154，156，470，472，480，498，538，554，594，606共16个载波承载16比特系统信息，映射关系如表5所示，系统信息具体表述如表6所示。其余连续导频传输“0”。

 

比特	采用子载波编号
		0	20
1	32

 

2	72
		3	88
4	128
		5	146
6	154
		7	156
8	470
		9	472
10	480
		11	498
12	538
		13	554
14	594
		15	606

表5、连续导频上的重复编码方式

 

比特	信息
		0～5	时隙号
6	字节交织器同步标识
		7	控制逻辑信道变更指示
8～15	保留

表6、连续导频传输的系统信息

表6中各比特具体所包含信息内容如下：

1)、bit0～bit5为当前时隙号，取值范围0～39；

2)、bit6为字节交织器同步标识，该比特取值为1时标识本时隙为字节交织器起始时隙；

3)、bit7为控制逻辑信道变更指示，其采用差分调制的方式指示终端控制逻辑信道配置信息变更。所述差分方式如下：假设上一帧bit7传送的是a(0或者1)，而系统控制信道配置信息将在下一帧发生变更，则在本帧中传送a并保持下去，直到发生下次变更。

4)、bit8～bit15保留。

连续导频以 $0\&RightArrow;\sqrt{2}/2+\sqrt{2}/2j,$ $1\&RightArrow;\sqrt{2}/2-\sqrt{2}/2j$ 的方式映射到子载波上。同一时隙内不同OFDM符号的相同连续子载波点上传输的符号相同。

记n为每个时隙中OFDM符号的编号，0≤n≤52；m为每个OFDM符号中离散导频对应的子载波编号，则m取值如下：

if mod(n，2)＝＝0

    $m=\left\{\begin{array}{cc}8p+1,& p=\mathrm{0,1,2},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,38\\ 8p+3,& p=\mathrm{39,40,41},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,77\end{array}\right.$

if mod(n，2)＝＝1

    $m=\left\{\begin{array}{cc}8p+5,& p=\mathrm{0,1,2},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,38\\ 8p+7,& p=\mathrm{39,40,41},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,77\end{array}\right.$

离散导频全部置为1+0j。

图14中，按子载波、OFDM符号的前后顺序映射数据信号。每个时隙中的27666个数据子载波中，前27648个子载波用于承载字符交织器输出的复符号，最后18个符号补0。

图14所示时频格栅上的所有符号(有效子载波)，包括数据子载波、离散导频和连续导频等，均被一个复伪随机序列P_c(i)扰码。所述复伪随机序列P_c(i)的生成方式如下：

$P_c\left(i\right)=\frac{\sqrt{2}}{2}[(1-2S_i\left(i\right))+j(1-2S_q\left(i\right))],$

其中，S_i(i)和S_q(i)为二进制伪随机序列(PRBS)。

图15为PRBS生成方法的示意图。

如图所示，PRBS的生成多项式为：x¹²+x¹¹+x⁸+x⁶+1，与图示的移位寄存器结构相对应。移位寄存器的初始值由扰码模式确定，其对应关系如下：

1)、扰码模式0：初始值0000  0000  0001

2)、扰码模式1：初始值0000  1001  0011

3)、扰码模式2：初始值0000  0100  1100

4)、扰码模式3：初始值0010  1011  0011

5)、扰码模式4：初始值0111  0100  0100

6)、扰码模式5：初始值0000  0100  1100

7)、扰码模式6：初始值0001  0110  1101

8)、扰码模式7：初始值0010  1011  0011

PRBS在每个时隙开头重置，所有时隙都被相同图样扰码。

该扰码通过将有效子载波上的复符号和复伪随机序列P_c(i)进行复数乘法而实现，所述扰码的表达式为：

Y_n(i)＝X_n(i)×P_c(n×628+i)，0≤i≤627，0≤n≤52

其中，X_n(i)为扰码前每个时隙第n个OFDM符号上的第i个有效子载波，Y_n(i)为扰码后的有效子载波。

图16为OFDM符号子载波结构示意图。

上述插入导频并扰码后的OFDM子载波X(i)，i＝0，1，...，1023经过IFFT变换产生OFDM时域符号。所述IFFT变换步骤是将628个有效子载波放在1024个子载波的第1～314和第710～1023子载波上后进行1024点IFFT变换。IFFT变换方式如下：

$y\left(t\right)=\frac{1}{\sqrt{1024}}\underset{n=0}{\overset{1023}{\mathrm{\&Sigma;}}}Y\left(n\right)e^{j2\mathrm{\&pi;}\frac{n{f}_{s}t}{1024}},0\&le;t\&le;409.6\mathrm{us},f_s=2.5\mathrm{MHz}$

其中，

$Y\left(n\right)=\left\{\begin{array}{cc}X(n-1),& 1\&le;n\&le;314\\ X(n-396),& 710\&le;n\&le;1023\\ 0,& n=0\mathrm{or}315\&le;n\&le;709\end{array}\right.$

经过IFFT变换的OFDM符号按照图6所述，加入循环前缀(CP)，组成时域OFDM符号。

调制后的OFDM符号，按照图3所述的帧结构，依次加入保护间隔、同步信号、发射机识别信号后组成时隙。再将40个时隙连接组成物理层信号帧。

本系统采用的时域成形滤波器为FIR滤波器，满足信号带宽内纹波衰减<1dB，带宽外衰减>40dBc。频带带宽为2MHz，和数字音频广播带宽兼容。系统采样率为2.5MHz，每频道的信号带宽为1.536MHz。

本系统的上层数据流可以采用包括H.264、AVS、MPEG-2、MPEG-4等视频流，AC-3、AAC等音频流，和其它多种数据类型的数据格式。对数据编码可包括单一媒体(例如视频源编码、文本)和多媒体(音频、视频、文本和数据的混合)在内的各种类型的广播数据。

本发明不局限于上述特定实施例子，在不背离本发明精神及其实质情况下，熟悉本领域技术人员可根据本发明作出各种相应改变和变形，但这些相应改变和变形都应属于本发明所附权利要求保护范围之内。

Claims (40)

1、一种多载波数字移动多媒体广播的数字信息传输方法，其特征在于包括以下步骤：

通过RS编码与字节交织器通过物理逻辑信道对上层数据流进行RS编码和字节交织，其中，所述字节交织器的行数由星座映射方式和LDPC码率决定；

通过LDPC编码器对经过字节交织的数据进行LDPC编码，得到比特数据；

通过比特交织器对经过LDPC编码得到的比特数据进行比特交织；

通过星座映射器对经过比特交织的数据进行星座映射；

通过频域符号生成器将离散导频、包含有系统信息的连续导频以及经过星座映射的数据符号复接在一起组成OFDM频域符号；

通过扰码器对上述经复接得到的OFDM频域符号进行扰码；

通过IFFT变换器将上述经过扰码的频域符号经过IFFT变换后产生OFDM时域符号；

通过时域组帧器将上述时域OFDM符号经过插入帧头组成时隙后，连接组成物理层信号帧；

对上述物理层信号帧进行低通滤波和正交上变频后发射。

2、如权利要求1所述的数字信息传输方法，其特征在于，该方法使用无线信道内任意2MHz带宽，并和数字音频广播带宽兼容。

3、如权利要求1所述的数字信息传输方法，其特征在于，该方法中采样率为2.5MHz，每频道的信号带宽为1.536MHz。

4、如权利要求1所述的数字信息传输方法，其特征在于，该上层数据流为包括H.264、AVS、MPEG-2、MPEG-4的视频流以及包括AC-3、AAC的音频流的数据流。

5、如权利要求1所述的数字信息传输方法，其特征在于，该方法主要用于实现移动接收。

6、如权利要求1所述的数字信息传输方法，其特征在于，该方法支持单频网和多频网组网模式。

7、如权利要求1所述的数字信息传输方法，其特征在于，该方法根据传输数据类型和组网环境选择相应的传输模式和参数。

8、如权利要求1所述的数字信息传输方法，其特征在于，该方法支持多种数据类型的混合传输模式。

9、如权利要求1所述的数字信息传输方法，其特征在于，该物理逻辑信道分为控制逻辑信道和业务逻辑信道。

10、如权利要求1所述的数字信息传输方法，其特征在于，该方法的信号由帧构成。

11、如权利要求10所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述帧的长度为1秒。

12、如权利要求10所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述的各帧包括40个长度为25毫秒的时隙。

13、如权利要求1所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述的物理逻辑信道在1个或者多个时隙中进行传输。

14、如权利要求12所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述时隙包括信标和OFDM符号。

15、如权利要求12所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述时隙包括1个信标和53个OFDM符号。

16、如权利要求14所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述信标包括发射机标识信号和同步信号。

17、如权利要求14所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述信标包括1个发射机标识信号和2个相同的同步信号。

18、如权利要求16所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述发射机标识信号由频域随机序列依次进行BPSK映射和IFFT变换后再经过周期延拓而得。

19、如权利要求16所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述发射机标识信号由37点的频域随机序列进行BPSK映射并经过64点的IFFT变换后，再周期延拓26点至90点而得到。

20、如权利要求16所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述同步序列通过截取频域随机序列后，依次进行BPSK和IFFT变换而得到。

21、如权利要求20所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述频域随机序列由线性反馈移位寄存器产生，该移位寄存器的初始值为01110101101、生成多项式为：x¹¹+x⁹+1。

22、如权利要求21所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述频域随机序列是通过从所述移位寄存器所产生的序列中截取314点后依次进行BPSK映射和512点IFFT变换而得。

23、如权利要求16所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述发射机标识、同步序列和OFDM符号间采用带窗函数的保护间隔相交叠，所述窗函数的表达式为：

$w\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0.5+0.5\cos (\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&pi;t}/T_{\mathrm{GD}}),& 0\&le;t\&le;T_{\mathrm{GD}}\\ 1,& T_{\mathrm{GD}}<t<T-T_{\mathrm{GD}}\\ 0.5+0.5\cos (\mathrm{\&pi;}+\mathrm{\&pi;}(T-t)/T_{\mathrm{GD}}),& T-T_{\mathrm{GD}}\&le;t\&le;T\end{array}\right.,$ 其中，t为时间变量，T为常数，T_GD为所述保护间隔的长度。

24、如权利要求23所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述保护间隔的长度为6点。

25、如权利要求14所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述OFDM符号由OFDM符号体和循环前缀构成。

26、如权利要求25所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述OFDM符号体的长度为1024点，循环前缀的长度为128点。

27、如权利要求1所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述RS编码是由原始的RS(255，M)系统码通过截短后产生的RS(240，K)截短码，其中，M＝K+15，K为一个码字中信息序列的字节数。

28、如权利要求27所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述RS(255，M)系统码的每个码元取自域GF(256)，该域的生成多项式为p(x)＝x⁸+x⁴+x³+x²+1。

29、如权利要求27所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述RS(240，K)码包括4种模式，这4种模式中K的取值分别为K＝240、K＝224、K＝192和K＝176。

30、如权利要求29所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述RS(240，K)码的生成多项式的表达式为 $g\left(x\right)=\underset{i=0}{\overset{240-K}{\mathrm{\&Sigma;}}}{g}_i{x}^i.$

当K＝224时，RS(240，224)的生成多项式表达式的系数g_i为：

  i g_i i g_i i g_i i g_i 0 79 5 183 10 126 15 118 1 44 6 56 11 104 16 1 2 81 7 17 12 31 3 100 8 232 13 103 4 49 9 187 14 52

当K＝192时，RS(240，192)的生成多项式表达式的系数g_i为：

  i g_i i g_i i g_i i g_i 0 228 14 12 27 109 40 32 1 231 15 160 28 176 41 157 2 214 16 151 29 148 42 194 3 81 17 195 30 218 43 73 4 113 18 170 31 21 44 195 6 204 19 150 32 161 45 218 7 19 20 151 33 240 46 14 8 169 21 251 34 25 47 12

  9 10 22 218 35 15 48 122 10 244 23 245 36 71 49 1 11 117 24 166 37 62 12 219 25 149 38 5 13 130 26 183 39 17

当K＝176时，RS(240，176)的生成多项式表达式的系数g_i为：

  i g_i i g_i i g_i i g_i 0 106 17 123 34 80 51 174 1 117 18 88 35 105 52 169 2 43 19 44 36 44 53 136 3 201 20 149 37 72 54 23 4 70 21 223 38 147 55 60 5 139 22 165 39 55 56 186 6 47 23 36 40 60 57 63 7 64 24 127 41 85 58 198 8 127 25 46 42 70 59 205 9 181 26 142 43 132 60 135 10 48 27 212 44 229 61 171 11 25 28 233 45 230 62 40 12 230 29 71 46 217 63 159 13 85 30 149 47 155 64 1 14 31 31 88 48 38 15 157 32 165 49 112 16 156 33 227 50 43

31、如权利要求1所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述上层数据流以字节为单位，从左至右逐列输入RS编码和字节交织器，其中，RS编码按行进行编码，字节交织器的起始字节映射在某个时隙的起始点发送。

32、如权利要求1所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述LDPC编码后的输出块长为9216比特，码率为1/2和3/4；

其中，

码校验矩阵生成步骤为，首先，建立如下数据矩阵：

0          6          12         18        25           30

0          7          19         26        31           5664

0          8          13         20        32           8270

1          6          14         21        3085         8959

1          15         27         33        9128         9188

1          9          16         34        8485         9093

2          6          28         35        4156         7760

2          10         17         7335      7545         9138

2          11         22         5278      8728         8962

3          7          2510       4765      8637         8875

3          4653       4744       7541      9175         9198

3          23         2349       9012      9107         9168

4          7          29         5921      7774         8946

4          7224       8074       8339      8725         9212

4          4169       8650       8780      9023         9159

5          8          6638       8986      9064         9210

5          2107       7787       8655      9141         9171

5      24       5939       8507          8906         9173

其次，建立循环索引为I的第一循环，其中I的取值为1至18，取上表第I行数据组成序列并记为hexp，在第一循环内嵌套循环索引为J的第二循环，其中J的取值为1至256，随后根据公式row＝[(J-1)*18+I]获得

码校验矩阵的行变量row，然后在第二循环所述行变量row下嵌套循环索引为K的第三循环，其中K的取值为1到6，记数据序列hexp的第K个数据为hexp(K)，然后根据公式获得所述

码校验矩阵；

所述

码校验矩阵生成步骤为，首先，建立如下数据矩阵：

  0 3 6 12 16 18 21 24 27 31 34 7494 0 4 10 13 25 28 5233 6498 7018 8358 8805 9211 0 7 11 19 22 6729 6831 7913 8944 9013 9133 9184 1 3 8 14 17 20 29 32 5000 5985 7189 7906 1 9 4612 5523 6456 7879 8487 8952 9081 9129 9164 9214 1 5 23 26 33 35 7135 8525 8983 9015 9048 9154 2 3 30 3652 4067 5123 7808 7838 8231 8474 8791 9162 2 35 3774 4310 6827 6917 8264 8416 8542 8834 9044 9089 2 15 631 1077 6256 7859 8069 8160 8657 8958 9094 9116

其次，建立循环索引为I的第一循环，其中I的取值为1至9，取上表第I行数据组成序列并记为hexp，在第一循环内嵌套循环索引为J的第二循环，其中J的取值为1至256，然后根据公式row＝[(J-1)*9+I]获得码校验矩阵的行变量row；在第二循环所述行变量row下嵌套循环索引为K的第三循环，其中K的取值为1到12，记数据序列hexp的第K个数据为hexp(K)，然后根据公式

获得所述码校验矩阵。

33、如权利要求1所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述比特交织器采用192×144的块交织器；从LDPC编码器输出的比特数据按照从上到下的顺序依次写入所述块交织器的每一行，直至填满整个块交织器，再从左到右的按列依次读出，其中比特交织器的输出与时隙对齐。

34、如权利要求1所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述星座映射采用包括BPSK、QPSK、16QAM的映射方式的其中一种。

35、如权利要求1所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述频域符号生成步骤中，在每个OFDM符号中将78个离散导频、28个连续导频、522个数据子载波复接在一起，成为628个有效子载波。

36、如权利要求36所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述28个连续导频使用所述628个有效子载波中第0，20，32，72，88，128，146，154，156，216，220，250，296，313，314，330，388，406，410，470，472，480，498，538，554，594，606，627个子载波，并在其中第20，32，72，88，128，146，154，156，470，472，480，498，538，554，594，606共16个子载波中承载16比特系统信息，所述系统信息包括长度为6比特的时隙号、长度为1比特的字节交织器同步标识、长度为1比特的控制逻辑信道变更指示和长度为8比特的保留字；所述连续导频以 $0\&RightArrow;\sqrt{2}/2+\sqrt{2}/2j,$ $0\&RightArrow;-\sqrt{2}/2-\sqrt{2}/2j,$ 的方式映射到子载波上，其中，同一时隙内不同OFDM符号的相同连续子载波点上传输的符号相同。

37、如权利要求36所述的数字信息传输方法，其特征在于，当每个时隙中OFDM符号的编号为n时，OFDM符号中离散导频对应的子载波编号m取值为：

if  mod(n，2)＝＝0

$m=\left\{\begin{array}{cc}8p+1,& p=\mathrm{0,1,2},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,38\\ 8p+3,& p=\mathrm{39,40,41},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,77\end{array}\right.$

if  mod(n，2)＝＝1

$m=\left\{\begin{array}{cc}8p+5,& p=\mathrm{0,1,2},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,38\\ 8p+7,& p=\mathrm{39,40,41},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,77\end{array}\right.$

离散导频全部置为1+0j。

38、如权利要求1所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述扰码步骤中的所述伪随机序列的生成多项式为x¹²+x¹¹+x⁸+x⁶+1；所述扰码分为8种模式，对应的寄存器初始值分别为：

1)、扰码模式0：初始值0000 0000 0001

2)、扰码模式1：初始值0000 1001 0011

3)、扰码模式2：初始值0000 0100 1100

4)、扰码模式3：初始值0010 1011 0011

5)、扰码模式4：初始值0111 0100 0100

6)、扰码模式5：初始值0000 0100 1100

7)、扰码模式6：初始值0001 0110 1101

8)、扰码模式7：初始值0010 1011 0011

所述伪随机序列在每个时隙的开头重置，所有时隙都被相同图样扰码。

39、如权利要求1所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述IFFT变换步骤是将628个有效子载波放在1024个子载波的第1～314和第710～1023子载波上后进行1024点IFFT变换。

40、如权利要求1所述的数字信息传输方法，其特征在于，所述时域组帧步骤是将调制后的0FDM符号依次加入保护间隔、同步信号、发射机识别信号后组成时隙，再将40个时隙连接组成物理层信号帧。

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