一種多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的發送、接收方法及其系統的製作方法
2023-09-17 11:44:00 2
專利名稱：一種多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的發送、接收方法及其系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種數字音頻廣播信號的發送、接收方法及其系統，特別涉及一種多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的發送方法、接收方法及其系統，適用於包括地面、衛星等在內的無線音頻數字廣播系統。
背景技術：
無線數字廣播系統的最大特點在於其覆蓋面廣、地理環境多樣，信道特性複雜多變，噪聲和幹擾情況嚴重，為了保證信號的有效覆蓋和可靠傳輸，無線數字廣播系統必須能 夠充分適應惡劣的傳輸信道特性。信號分集技術，比如說頻率分集，是將信號在一個遠大於信道相干帶寬的頻帶內進行傳輸，是克服無線信道多徑和頻率選擇性衰落的有效手段。然而，不同的無線系統共享無線頻譜資源必須進行嚴格的頻率規劃，新的無線傳輸系統也必須考慮和原有的系統和頻率規劃兼容，以保證新技術的平滑演進。因此，在設計一個新的無線傳輸系統時，常常要面臨傳輸帶寬需求和頻率規劃兼容的矛盾。以數字音頻廣播系統為例，為了保證與原有模擬FM/AM廣播的頻率規劃兼容，數字音頻傳輸技術如美國的HD-Radio和歐洲的DRM均採用採用窄帶傳輸方案，系統不具備頻率分集增益，對抗多徑和衰落的能力差，導致信號覆蓋不夠理想。相比之下，另一種數字音頻廣播DAB系統，信號傳輸帶寬為I. 536MHz，在一定程度上實現了頻率分集，因此系統對抗多徑和衰落的能力大幅提高，信號覆蓋相應地也得到改善，但是，DAB和原有的FM/AM的頻率規劃不兼容，對DAB系統的推廣和使用造成了一定的障礙。在現有廣播系統中，每一臺數字節目在一個固定的頻率位置發送，由於已有頻率規劃的限制，比如說在數字音頻廣播系統中，由於要保證和原有模擬FM/AM的頻率規劃兼容，每一個數字音頻頻道只能佔用一個較窄的帶寬，FM為IOOKHz或200KHz，而AM為9KHz或是ΙΟΚΗζ。這種廣播方案的主要缺陷在於，由於無線電波的空間傳播特性和多徑衰落，導致在覆蓋區域內不同位置的信號強度(或者是載噪比)差異很大，即便在離發射臺較近的地理位置，也有可能因為多徑的頻率選擇性衰落而導致信號質量低於解調門限。為了保證理想的覆蓋，只能通過增加發射臺的功率，或是通過增加補點器來改善，這又給幹擾控制、頻率規劃和網絡架設帶來了新的問題。無線信號的衰落特性還體現在，在同一地理位置的不同頻點，接收的信號質量差異很大，某些頻點無法接收到足夠好的信號進行解調，然而在同一個位置，某些頻點卻能接收到很強的信號。
發明內容
有鑑於此，本發明提出了一種多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的發送、接收方法及其系統，以提高頻譜利用效率，保證在兼容已有頻率規劃約束的前提下，實現頻率分集增益，提高系統對抗無線傳輸中多徑衰落的能力，從而改進無線廣播系統的有效覆蓋。本發明提出了一種多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的發送方法，包括如下步驟步驟I :發送端將每一個數字廣播電臺的數字音頻廣播數據流按照特定的時間長度劃分為多個子數據流；步驟2 :為每一個數字廣播電臺的子數據流設置特定的工作頻點序列，以使不同數字廣播電臺在同一時間內發送的子數據流不出現在同一工作頻點上，對於每一個數字廣播電臺在當前工作頻點上發送的子數據流中插入下一個子數據流的多頻點工作信息；步驟3 :將每一個數字廣播電臺的數字音頻廣播數據流在其所對應的工作頻點序列上循環調製發送。優選的，所述多頻點工作信息包括多頻點協同工作模式和多頻點協同工作頻點。優選的，所述每一數字廣播電臺的數字音頻廣播數據流可依特定的幀結構傳輸，所述幀結構為超幀結構，所述超幀包括4個物理層信號幀，每個物理層信號幀包括4個子幀，每個子幀包括I個信標和多個OFDM符號，每個子幀中包含系統信息，所述幀結構中每個超幀中第一個物理層信號幀的第一個子幀的工作頻點始終保持固定不變。特別的，在所述系統信息中包含I個比特信息用於表示多頻點協同工作模式指示和9個比特信息用於表示下一個子幀多頻點協同工作頻點。特別的，所述多個子幀間設有一定的跳頻間隔，用以保證收發端在頻點跳轉過程中有足夠的頻率穩定時間。本發明還提出一種多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的接收方法，包括如下步驟步驟I :在接收端進行發射信號定時與載波頻率同步；步驟2 :對同步後的信號，提取下一子數據流的多頻點工作信息，並將所述多頻點工作信息傳送給工作頻點配置模塊；步驟3 :工作頻點配置模塊根據所接收的多頻點工作信息配置接收工作模式和下一子數據流的接收工作頻點。優選的，所述步驟2還包括對同步後的信號，通過頻域變換，進行信道估計和均衡。優選的，所述子數據流包括子幀，所述子幀中包含系統信息；從所述子幀的系統信息中提取多頻點工作信息，所述多頻點工作信息包括多頻點協同工作模式和多頻點協同工作頻點。本發明同時還提出了一種多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的發送系統包括工作頻點序列產生模塊，用於為每一個數字廣播電臺的子數據流設置特定的工作頻點序列，以使不同數字廣播電臺在同一時間內發送的子數據流不出現在同一工作頻點上；數據加擾模塊，用於將每一數字廣播電臺的數據流進行加擾；信道交織和編碼模塊，用於將經加擾的數據流進行信道交織和編碼，並使得一個編碼塊的長度能夠跨越多個工作頻點；發送端定時模塊，用於定時並控制成幀的過程；物理層成幀模塊，用於將每一個數字廣播電臺的數字音頻廣播數據流調製在物理層幀結構的不同子幀中並與幀頭復接在一起，以形成完整的幀數據，所述子幀中包含下一子幀的工作頻點信息；載波調製模塊，將每個數字廣播電臺的數據按照特定的工作頻點序列在對應的子幀上進行載波調製；合路模塊，將每個數字廣播電臺的數據進行合路、信號放大和發射。優選的，所述多頻點工作信息包括多頻點協同工作模式和多頻點協同工作頻點。優選的，所述每一數字廣播電臺的數字音頻廣播數據流可依特定的幀結構傳輸，所述幀結構為超幀結構，所述超幀包括4個物理層信號幀，每個物理層信號幀包括4個子幀，每個子幀包括I個信標和多個OFDM符號，每個子幀中包含系統信息，所述幀結構中每個超幀中第一個物理層信號幀的第一個子幀的工作頻點始終保持固定不變。特別的，在所述系統信息中包含I個比特信息用於表示多頻點協同工作模式指示和9個比特信息用於表示下一個子幀多頻點協同工作頻點。 特別的，所述多個子幀間設有一定的跳頻間隔，用以保證收發端在頻點跳轉過程中有足夠的頻率穩定時間。本發明還提出了一種多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的接收系統，包括工作頻點配置模塊，用於根據所接收的多頻點工作信息配置接收模式和下一子幀的接收工作頻點；定時與載波頻率估計模塊，用於在接收端通過信標信號獲得與發射信號定時與載波頻率同步；系統信息數據符號提取模塊，用於提取系統信息；解交織及卷積解碼模塊，對系統信息進行解交織和卷積解碼從而獲得多頻點工作信息，並發送給工作頻點配置模塊。優選的，所述接收系統的還包括信道估計與均衡模塊，用於對同步後的信號，通過頻域變換，進行信道估計與數據均衡。優選的，所述多頻點工作信息包括多頻點協同工作模式和多頻點協同工作頻點。
本發明上述的和/或附加的方面和優點從下面結合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I為本發明多頻點協同工作的示意圖；圖2為適於本發明的數字音頻廣播信號幀結構示意圖；圖3為本發明發送系統的結構圖；圖4為本發明發送系統的另一結構圖；圖5為卷積碼編碼器結構示意圖；圖6為星座映射示意圖；圖7為本發明接收系統的流程圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖以數字音頻廣播為例描述本發明的實施例，該說明是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。根據本發明的一個實施例，提供了一種多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的發送方法，包括如下步驟
步驟I :發送端將每一個數字廣播電臺的數字音頻廣播數據流按照特定的時間長度劃分為多個子數據流；步驟2 :為每一個數字廣播電臺的子數據流設置特定的工作頻點序列，以使不同數字廣播電臺在同一時間內發送的子數據流不出現在同一工作頻點上，對於每一個數字廣播電臺在當前工作頻點上發送的子數據流中插入下一個子數據流的多頻點工作信息；步驟3 :將每一個數字廣播電臺的數字音頻廣播數據流在其所對應的工作頻點序列上循環調製發送。圖I為本發明實施例的多頻點協同工作的示意圖，以設置4個數字音頻廣播電臺在4個工作頻點上互相切換為例，與傳統傳輸方式不同，數字臺I不是只在一個固定的頻率位置I傳送，而是在若干個頻點位置中以一個設定的工作頻點次序進行一次工作頻點切換，如在圖I中，數字臺I的工作頻點次序為頻點I- >頻點3- >頻點2- >頻點4。通常，該工作頻點序列為一周期性序列，並且在每一個工作頻點傳輸固定長度的時間。於此同時其他數字廣播電臺的傳輸也在同樣的工作頻率集合中進行頻點切換，如在圖I中，數字臺2的工作頻點次序為頻點2- >頻點I- >頻點4- >頻點3。採用多工作頻點，每一個數字音頻廣播電臺數據在不同的工作頻點上進行調製發送，由於不同的工作頻點經歷各自獨立的頻率選擇性衰落，實現了頻率分集，從而大幅度提高了接收端對抗頻率選擇性衰落的能力。此外，每一個數字音頻廣播電臺所發送的業務數據信息在不同工作頻點上可以採用相同或不同的調製方式及編碼速率，以滿足所在頻帶的頻率規劃要求。其中，每個臺的工作頻點序列相互正交，這樣可以降低節目間的相互幹擾，保證系統的頻譜使用率，並且可以最大化地重複利用頻率資源。所述工作頻點次序為周期重複序列，其可為固定配置的，也可為節目傳輸過程中動態變化的。所述多頻點工作信息包括多頻點協同工作模式和多頻點協同工作頻點。所述每一數字廣播電臺的數字音頻廣播數據流可依特定的幀結構傳輸，參照圖2所示，所述幀結構為超幀結構，每個物理層超幀長度為2560ms，每個超幀由4個長度為640ms的物理層信號幀組成，每個信號幀包括4個長度為160ms的子幀，每個子幀包括I個信標用於保證數字音頻廣播系統在工作頻率切換過程中有足夠的頻率穩定時間以及輔助終端接收的同步；以及多個OFDM符號。每個子幀中包含系統信息。特別的，每一個子幀中每個OFDM符號的已知子載波位置上攜帶的系統信息如表I所示。其中包含I個比特信息用於表示多頻點協同工作模式指示和9個比特信息用於表示下一個子幀多頻點協同工作頻點，分別由表2的Idci和bi b9指示，用來輔助終端完成多頻點協同工作模式下的信號接收。
IEl信息描述
~多頻點協同工作模式指示
權利要求
1.一種多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的發送方法，其特徵在於，包括如下步驟 步驟I:發送端將每ー個數字廣播電臺的數字音頻廣播數據流按照特定的時間長度劃分為多個子數據流； 步驟2 :為每ー個數字廣播電臺的子數據流設置特定的工作頻點序列，以使不同數字廣播電臺在同一時間內發送的子數據流不出現在同一工作頻點上，對於每ー個數字廣播電臺在當前工作頻點上發送的子數據流中插入下一個子數據流的多頻點工作信息； 步驟3 :將每ー個數字廣播電臺的數字音頻廣播數據流在其所對應的工作頻點序列上循環調製發送。
2.一種如權利要求I所述的基於多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的發送方法，其特徵在幹，所述多頻點工作信息包括多頻點協同工作模式和多頻點協同工作頻點。
3.—種如權利要求I所述的多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的發送方法，其特徵在於，所述每ー個數字廣播電臺的數字音頻廣播數據流可依特定的幀結構傳輸。
4.一種如權利要求3所述多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的發送方法，其特徵在於，所述幀結構為超幀結構，所述超幀包括4個物理層信號幀，每個物理層信號幀包括4個子幀，每個子幀包括I個信標和多個OFDM符號,每個子幀中包含系統信息。
5.一種如權利要求4所述的多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的發送方法，其特徵在於，所述幀結構中每個超幀中第一個物理層信號幀的第一個子幀的工作頻點始終保持固定不變。。
6.一種如權利要求4所述的多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的發送方法，其特徵在於，在所述系統信息中包含I個比特信息用於表示多頻點協同工作模式指示和9個比特信息用於表示下一個子幀多頻點協同工作頻點。
7.—種如權利要求4所述的多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的發送方法，其特徵在於，所述多個子幀間設有一定的跳頻間隔，用以保證收發端在頻點跳轉過程中有足夠的頻率穩定時間。
8.一種多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的接收方法，其特徵在於，包括如下步驟 步驟I :在接收端進行發射信號定時與載波頻率同步； 步驟2 :對同步後的信號，提取下一子數據流的多頻點工作信息，並將所述多頻點工作信息傳送給工作頻點配置模塊； 步驟3 :工作頻點配置模塊根據所接收的多頻點工作信息配置接收工作模式和下一子數據流的接收工作頻點。
9.一種如權利要求8所述的多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的接收方法，其特徵在於，所述步驟2還包括對同步後的信號，通過頻域變換，進行信道估計和均衡。
10.一種如權利要求8所述的多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的接收方法，其特徵在於，所述子數據流包括子幀，所述子幀中包含系統信息。
11.一種如權利要求10所述的多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的接收方法，其特徵在於，從所述子幀的系統信息中提取多頻點工作信息，所述多頻點工作信息包括多頻點協同工作模式和多頻點協同工作頻點。
12.—種多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的發送系統，其特徵在於，包括 工作頻點序列產生模塊，用於為每ー個數字廣播電臺的子數據流設置特定的工作頻點序列，以使不同數字廣播電臺在同一時間內發送的子數據流不出現在同一工作頻點上； 數據加擾模塊，用於將每ー個數字廣播電臺的數據流進行加擾； 信道交織和編碼模塊，用於將經加擾的數據流進行信道交織和編碼，並使得一個編碼塊的長度能夠跨越多個工作頻點； 發送端定時模塊，用於定時並控制成幀的過程； 物理層成幀模塊，用於將每ー個數字廣播電臺的數字音頻廣播數據流調製在物理層幀結構的不同子幀中並與幀頭復接在一起，以形成完整的幀數據，所述子幀中包含下一子幀 的工作頻點信息； 載波調製模塊，將每個數字廣播電臺的數據按照特定的工作頻點序列在對應的子幀上進行載波調製； 合路模塊，將每個數字廣播電臺的數據進行合路、信號放大和發射。
13.—種如權利要求12所述的多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的發送系統，其特徵在於，所述多頻點工作信息包括多頻點協同工作模式和多頻點協同工作頻點。
14.一種如權利要求12所述的多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的發送系統，其特徵在於，所述每ー數字廣播電臺的數字音頻廣播數據流可依特定的幀結構傳輸。
15.一種如權利要求14所述的多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的發送系統，其特徵在於，所述幀結構為超幀結構，所述超幀包括4個物理層信號幀，每個物理層信號幀包括4個子幀，每個子幀包括I個信標和多個OFDM符號，每個子幀中包含系統信息。
16.一種如權利要求15所述的多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的發送系統，其特徵在於，所述幀結構中每個超幀中第一個物理層信號幀的第一個子幀的工作頻點始終保持固定不變。
17.—種如權利要求15所述的多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的發送系統，其特徵在於，在所述系統信息中包含I個比特信息用於表示多頻點協同工作模式指示和9個比特信息用於表示下一個子幀多頻點協同工作頻點。
18.—種如權利要求15所述的多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的發送系統，其特徵在於，所述多個子幀間設有一定的跳頻間隔，用以保證收發端在頻點跳轉過程中有足夠的頻率穩定時間。
19.一種多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的接收系統，其特徵在於，包括 工作頻點配置模塊，用於根據所接收的多頻點工作信息配置接收模式和下一子幀的接收工作頻點； 定時與載波頻率估計模塊，用於在接收端通過信標信號獲得與發射信號定時與載波頻率同步； 系統信息數據符號提取模塊，用於提取系統信息； 解交織及卷積解碼模塊，對系統信息進行解交織和解碼從而獲得多頻點工作信息，並發送給工作頻點配置模塊。
20.一種如權利要求19所述多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的接收系統，其特徵在於，還包括信道估計與均衡模塊，用於對同步後的信號，通過頻域變換，進行信道估計與數據均衡。
21.一種如權利要求19所述多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的接收系統，其特徵在於，所述多頻點工作信息包括多頻點協同工作模式和多頻點協同工作頻點。
全文摘要
一種多頻點協同工作的數字音頻廣播信號的發送方法，包括如下步驟發送端將每一數字廣播電臺的數字音頻廣播數據流按特定的時間長度劃分為多個子數據流；為每一數字廣播電臺的子數據流設置特定的工作頻點序列，以使不同數字廣播電臺在同一時間內發送的子數據流不出現在同一工作頻點上，對每一數字廣播電臺在當前工作頻點上發送的子數據流中插入下一個子數據流的多頻點工作信息；將每一數字廣播電臺的數字音頻廣播數據流在其所對應的工作頻點序列上循環調製發送；還提出了一種相應的接收方法，以及發送系統和接收系統；本發明可提高頻譜利用率，在兼容已有頻率規劃約束的同時，實現頻率分集增益，從而改進無線廣播系統的有效覆蓋。
文檔編號H04H20/71GK102857314SQ20111024031
公開日2013年1月2日 申請日期2011年8月17日 優先權日2011年8月17日
發明者申紅兵, 陶濤, 雷文, 邸娜, 高鵬, 王偉平 申請人:北京泰美世紀科技有限公司, 國家廣播電影電視總局廣播科學研究院