专利名称：一种多频点协同工作的数字音频广播信号的发送、接收方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数字音频广播信号的发送、接收方法及其系统，特别涉及一种多频点协同工作的数字音频广播信号的发送方法、接收方法及其系统，适用于包括地面、卫星等在内的无线音频数字广播系统。
背景技术：
无线数字广播系统的最大特点在于其覆盖面广、地理环境多样，信道特性复杂多变，噪声和干扰情况严重，为了保证信号的有效覆盖和可靠传输，无线数字广播系统必须能 够充分适应恶劣的传输信道特性。信号分集技术，比如说频率分集，是将信号在一个远大于信道相干带宽的频带内进行传输，是克服无线信道多径和频率选择性衰落的有效手段。然而，不同的无线系统共享无线频谱资源必须进行严格的频率规划，新的无线传输系统也必须考虑和原有的系统和频率规划兼容，以保证新技术的平滑演进。因此，在设计一个新的无线传输系统时，常常要面临传输带宽需求和频率规划兼容的矛盾。以数字音频广播系统为例，为了保证与原有模拟FM/AM广播的频率规划兼容，数字音频传输技术如美国的HD-Radio和欧洲的DRM均采用采用窄带传输方案，系统不具备频率分集增益，对抗多径和衰落的能力差，导致信号覆盖不够理想。相比之下，另一种数字音频广播DAB系统，信号传输带宽为I. 536MHz，在一定程度上实现了频率分集，因此系统对抗多径和衰落的能力大幅提高，信号覆盖相应地也得到改善，但是，DAB和原有的FM/AM的频率规划不兼容，对DAB系统的推广和使用造成了一定的障碍。在现有广播系统中，每一台数字节目在一个固定的频率位置发送，由于已有频率规划的限制，比如说在数字音频广播系统中，由于要保证和原有模拟FM/AM的频率规划兼容，每一个数字音频频道只能占用一个较窄的带宽，FM为IOOKHz或200KHz，而AM为9KHz或是ΙΟΚΗζ。这种广播方案的主要缺陷在于，由于无线电波的空间传播特性和多径衰落，导致在覆盖区域内不同位置的信号强度(或者是载噪比)差异很大，即便在离发射台较近的地理位置，也有可能因为多径的频率选择性衰落而导致信号质量低于解调门限。为了保证理想的覆盖，只能通过增加发射台的功率，或是通过增加补点器来改善，这又给干扰控制、频率规划和网络架设带来了新的问题。无线信号的衰落特性还体现在，在同一地理位置的不同频点，接收的信号质量差异很大，某些频点无法接收到足够好的信号进行解调，然而在同一个位置，某些频点却能接收到很强的信号。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种多频点协同工作的数字音频广播信号的发送、接收方法及其系统，以提高频谱利用效率，保证在兼容已有频率规划约束的前提下，实现频率分集增益，提高系统对抗无线传输中多径衰落的能力，从而改进无线广播系统的有效覆盖。本发明提出了一种多频点协同工作的数字音频广播信号的发送方法，包括如下步骤步骤I :发送端将每一个数字广播电台的数字音频广播数据流按照特定的时间长度划分为多个子数据流；步骤2 :为每一个数字广播电台的子数据流设置特定的工作频点序列，以使不同数字广播电台在同一时间内发送的子数据流不出现在同一工作频点上，对于每一个数字广播电台在当前工作频点上发送的子数据流中插入下一个子数据流的多频点工作信息；步骤3 :将每一个数字广播电台的数字音频广播数据流在其所对应的工作频点序列上循环调制发送。优选的，所述多频点工作信息包括多频点协同工作模式和多频点协同工作频点。优选的，所述每一数字广播电台的数字音频广播数据流可依特定的帧结构传输，所述帧结构为超帧结构，所述超帧包括4个物理层信号帧，每个物理层信号帧包括4个子帧，每个子帧包括I个信标和多个OFDM符号，每个子帧中包含系统信息，所述帧结构中每个超帧中第一个物理层信号帧的第一个子帧的工作频点始终保持固定不变。特别的，在所述系统信息中包含I个比特信息用于表示多频点协同工作模式指示和9个比特信息用于表示下一个子帧多频点协同工作频点。特别的，所述多个子帧间设有一定的跳频间隔，用以保证收发端在频点跳转过程中有足够的频率稳定时间。本发明还提出一种多频点协同工作的数字音频广播信号的接收方法，包括如下步骤步骤I :在接收端进行发射信号定时与载波频率同步；步骤2 :对同步后的信号，提取下一子数据流的多频点工作信息，并将所述多频点工作信息传送给工作频点配置模块；步骤3 :工作频点配置模块根据所接收的多频点工作信息配置接收工作模式和下一子数据流的接收工作频点。优选的，所述步骤2还包括对同步后的信号，通过频域变换，进行信道估计和均衡。优选的，所述子数据流包括子帧，所述子帧中包含系统信息；从所述子帧的系统信息中提取多频点工作信息，所述多频点工作信息包括多频点协同工作模式和多频点协同工作频点。本发明同时还提出了一种多频点协同工作的数字音频广播信号的发送系统包括工作频点序列产生模块，用于为每一个数字广播电台的子数据流设置特定的工作频点序列，以使不同数字广播电台在同一时间内发送的子数据流不出现在同一工作频点上；数据加扰模块，用于将每一数字广播电台的数据流进行加扰；信道交织和编码模块，用于将经加扰的数据流进行信道交织和编码，并使得一个编码块的长度能够跨越多个工作频点；发送端定时模块，用于定时并控制成帧的过程；物理层成帧模块，用于将每一个数字广播电台的数字音频广播数据流调制在物理层帧结构的不同子帧中并与帧头复接在一起，以形成完整的帧数据，所述子帧中包含下一子帧的工作频点信息；载波调制模块，将每个数字广播电台的数据按照特定的工作频点序列在对应的子帧上进行载波调制；合路模块，将每个数字广播电台的数据进行合路、信号放大和发射。优选的，所述多频点工作信息包括多频点协同工作模式和多频点协同工作频点。优选的，所述每一数字广播电台的数字音频广播数据流可依特定的帧结构传输，所述帧结构为超帧结构，所述超帧包括4个物理层信号帧，每个物理层信号帧包括4个子帧，每个子帧包括I个信标和多个OFDM符号，每个子帧中包含系统信息，所述帧结构中每个超帧中第一个物理层信号帧的第一个子帧的工作频点始终保持固定不变。特别的，在所述系统信息中包含I个比特信息用于表示多频点协同工作模式指示和9个比特信息用于表示下一个子帧多频点协同工作频点。 特别的，所述多个子帧间设有一定的跳频间隔，用以保证收发端在频点跳转过程中有足够的频率稳定时间。本发明还提出了一种多频点协同工作的数字音频广播信号的接收系统，包括工作频点配置模块，用于根据所接收的多频点工作信息配置接收模式和下一子帧的接收工作频点；定时与载波频率估计模块，用于在接收端通过信标信号获得与发射信号定时与载波频率同步；系统信息数据符号提取模块，用于提取系统信息；解交织及卷积译码模块，对系统信息进行解交织和卷积译码从而获得多频点工作信息，并发送给工作频点配置模块。优选的，所述接收系统的还包括信道估计与均衡模块，用于对同步后的信号，通过频域变换，进行信道估计与数据均衡。优选的，所述多频点工作信息包括多频点协同工作模式和多频点协同工作频点。
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图I为本发明多频点协同工作的示意图；图2为适于本发明的数字音频广播信号帧结构示意图；图3为本发明发送系统的结构图；图4为本发明发送系统的另一结构图；图5为卷积码编码器结构示意图；图6为星座映射示意图；图7为本发明接收系统的流程图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图以数字音频广播为例描述本发明的实施例，该说明是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。根据本发明的一个实施例，提供了一种多频点协同工作的数字音频广播信号的发送方法，包括如下步骤
步骤I :发送端将每一个数字广播电台的数字音频广播数据流按照特定的时间长度划分为多个子数据流；步骤2 :为每一个数字广播电台的子数据流设置特定的工作频点序列，以使不同数字广播电台在同一时间内发送的子数据流不出现在同一工作频点上，对于每一个数字广播电台在当前工作频点上发送的子数据流中插入下一个子数据流的多频点工作信息；步骤3 :将每一个数字广播电台的数字音频广播数据流在其所对应的工作频点序列上循环调制发送。图I为本发明实施例的多频点协同工作的示意图，以设置4个数字音频广播电台在4个工作频点上互相切换为例，与传统传输方式不同，数字台I不是只在一个固定的频率位置I传送，而是在若干个频点位置中以一个设定的工作频点次序进行一次工作频点切换，如在图I中，数字台I的工作频点次序为频点I- >频点3- >频点2- >频点4。通常，该工作频点序列为一周期性序列，并且在每一个工作频点传输固定长度的时间。于此同时其他数字广播电台的传输也在同样的工作频率集合中进行频点切换，如在图I中，数字台2的工作频点次序为频点2- >频点I- >频点4- >频点3。采用多工作频点，每一个数字音频广播电台数据在不同的工作频点上进行调制发送，由于不同的工作频点经历各自独立的频率选择性衰落，实现了频率分集，从而大幅度提高了接收端对抗频率选择性衰落的能力。此外，每一个数字音频广播电台所发送的业务数据信息在不同工作频点上可以采用相同或不同的调制方式及编码速率，以满足所在频带的频率规划要求。其中，每个台的工作频点序列相互正交，这样可以降低节目间的相互干扰，保证系统的频谱使用率，并且可以最大化地重复利用频率资源。所述工作频点次序为周期重复序列，其可为固定配置的，也可为节目传输过程中动态变化的。所述多频点工作信息包括多频点协同工作模式和多频点协同工作频点。所述每一数字广播电台的数字音频广播数据流可依特定的帧结构传输，参照图2所示，所述帧结构为超帧结构，每个物理层超帧长度为2560ms，每个超帧由4个长度为640ms的物理层信号帧组成，每个信号帧包括4个长度为160ms的子帧，每个子帧包括I个信标用于保证数字音频广播系统在工作频率切换过程中有足够的频率稳定时间以及辅助终端接收的同步；以及多个OFDM符号。每个子帧中包含系统信息。特别的，每一个子帧中每个OFDM符号的已知子载波位置上携带的系统信息如表I所示。其中包含I个比特信息用于表示多频点协同工作模式指示和9个比特信息用于表示下一个子帧多频点协同工作频点，分别由表2的Idci和bi b9指示，用来辅助终端完成多频点协同工作模式下的信号接收。
IEl信息描述
~多频点协同工作模式指示
权利要求
1.一种多频点协同工作的数字音频广播信号的发送方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤I:发送端将每ー个数字广播电台的数字音频广播数据流按照特定的时间长度划分为多个子数据流； 步骤2 :为每ー个数字广播电台的子数据流设置特定的工作频点序列，以使不同数字广播电台在同一时间内发送的子数据流不出现在同一工作频点上，对于每ー个数字广播电台在当前工作频点上发送的子数据流中插入下一个子数据流的多频点工作信息； 步骤3 :将每ー个数字广播电台的数字音频广播数据流在其所对应的工作频点序列上循环调制发送。
2.一种如权利要求I所述的基于多频点协同工作的数字音频广播信号的发送方法，其特征在干，所述多频点工作信息包括多频点协同工作模式和多频点协同工作频点。
3.—种如权利要求I所述的多频点协同工作的数字音频广播信号的发送方法，其特征在于，所述每ー个数字广播电台的数字音频广播数据流可依特定的帧结构传输。
4.一种如权利要求3所述多频点协同工作的数字音频广播信号的发送方法，其特征在于，所述帧结构为超帧结构，所述超帧包括4个物理层信号帧，每个物理层信号帧包括4个子帧，每个子帧包括I个信标和多个OFDM符号,每个子帧中包含系统信息。
5.一种如权利要求4所述的多频点协同工作的数字音频广播信号的发送方法，其特征在于，所述帧结构中每个超帧中第一个物理层信号帧的第一个子帧的工作频点始終保持固定不变。。
6.一种如权利要求4所述的多频点协同工作的数字音频广播信号的发送方法，其特征在于，在所述系统信息中包含I个比特信息用于表示多频点协同工作模式指示和9个比特信息用于表示下一个子帧多频点协同工作频点。
7.—种如权利要求4所述的多频点协同工作的数字音频广播信号的发送方法，其特征在于，所述多个子帧间设有一定的跳频间隔，用以保证收发端在频点跳转过程中有足够的频率稳定时间。
8.一种多频点协同工作的数字音频广播信号的接收方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤I :在接收端进行发射信号定时与载波频率同步； 步骤2 :对同步后的信号，提取下一子数据流的多频点工作信息，并将所述多频点工作信息传送给工作频点配置模块； 步骤3 :工作频点配置模块根据所接收的多频点工作信息配置接收工作模式和下一子数据流的接收工作频点。
9.一种如权利要求8所述的多频点协同工作的数字音频广播信号的接收方法，其特征在于，所述步骤2还包括对同步后的信号，通过频域变换，进行信道估计和均衡。
10.一种如权利要求8所述的多频点协同工作的数字音频广播信号的接收方法，其特征在于，所述子数据流包括子帧，所述子帧中包含系统信息。
11.一种如权利要求10所述的多频点协同工作的数字音频广播信号的接收方法，其特征在于，从所述子帧的系统信息中提取多频点工作信息，所述多频点工作信息包括多频点协同工作模式和多频点协同工作频点。
12.—种多频点协同工作的数字音频广播信号的发送系统，其特征在于，包括 工作频点序列产生模块，用于为每ー个数字广播电台的子数据流设置特定的工作频点序列，以使不同数字广播电台在同一时间内发送的子数据流不出现在同一工作频点上； 数据加扰模块，用于将每ー个数字广播电台的数据流进行加扰； 信道交织和编码模块，用于将经加扰的数据流进行信道交织和编码，并使得一个编码块的长度能够跨越多个工作频点； 发送端定时模块，用于定时并控制成帧的过程； 物理层成帧模块，用于将每ー个数字广播电台的数字音频广播数据流调制在物理层帧结构的不同子帧中并与帧头复接在一起，以形成完整的帧数据，所述子帧中包含下一子帧 的工作频点信息； 载波调制模块，将每个数字广播电台的数据按照特定的工作频点序列在对应的子帧上进行载波调制； 合路模块，将每个数字广播电台的数据进行合路、信号放大和发射。
13.—种如权利要求12所述的多频点协同工作的数字音频广播信号的发送系统，其特征在于，所述多频点工作信息包括多频点协同工作模式和多频点协同工作频点。
14.一种如权利要求12所述的多频点协同工作的数字音频广播信号的发送系统，其特征在于，所述每ー数字广播电台的数字音频广播数据流可依特定的帧结构传输。
15.一种如权利要求14所述的多频点协同工作的数字音频广播信号的发送系统，其特征在于，所述帧结构为超帧结构，所述超帧包括4个物理层信号帧，每个物理层信号帧包括4个子帧，每个子帧包括I个信标和多个OFDM符号，每个子帧中包含系统信息。
16.一种如权利要求15所述的多频点协同工作的数字音频广播信号的发送系统，其特征在于，所述帧结构中每个超帧中第一个物理层信号帧的第一个子帧的工作频点始終保持固定不变。
17.—种如权利要求15所述的多频点协同工作的数字音频广播信号的发送系统，其特征在于，在所述系统信息中包含I个比特信息用于表示多频点协同工作模式指示和9个比特信息用于表示下一个子帧多频点协同工作频点。
18.—种如权利要求15所述的多频点协同工作的数字音频广播信号的发送系统，其特征在于，所述多个子帧间设有一定的跳频间隔，用以保证收发端在频点跳转过程中有足够的频率稳定时间。
19.一种多频点协同工作的数字音频广播信号的接收系统，其特征在于，包括 工作频点配置模块，用于根据所接收的多频点工作信息配置接收模式和下一子帧的接收工作频点； 定时与载波频率估计模块，用于在接收端通过信标信号获得与发射信号定时与载波频率同步； 系统信息数据符号提取模块，用于提取系统信息； 解交织及卷积译码模块，对系统信息进行解交织和译码从而获得多频点工作信息，并发送给工作频点配置模块。
20.一种如权利要求19所述多频点协同工作的数字音频广播信号的接收系统，其特征在于，还包括信道估计与均衡模块，用于对同步后的信号，通过频域变换，进行信道估计与数据均衡。
21.一种如权利要求19所述多频点协同工作的数字音频广播信号的接收系统，其特征在于，所述多频点工作信息包括多频点协同工作模式和多频点协同工作频点。
全文摘要
一种多频点协同工作的数字音频广播信号的发送方法，包括如下步骤发送端将每一数字广播电台的数字音频广播数据流按特定的时间长度划分为多个子数据流；为每一数字广播电台的子数据流设置特定的工作频点序列，以使不同数字广播电台在同一时间内发送的子数据流不出现在同一工作频点上，对每一数字广播电台在当前工作频点上发送的子数据流中插入下一个子数据流的多频点工作信息；将每一数字广播电台的数字音频广播数据流在其所对应的工作频点序列上循环调制发送；还提出了一种相应的接收方法，以及发送系统和接收系统；本发明可提高频谱利用率，在兼容已有频率规划约束的同时，实现频率分集增益，从而改进无线广播系统的有效覆盖。
文档编号H04H20/71GK102857314SQ20111024031
公开日2013年1月2日 申请日期2011年8月17日 优先权日2011年8月17日
发明者申红兵, 陶涛, 雷文, 邸娜, 高鹏, 王伟平 申请人:北京泰美世纪科技有限公司, 国家广播电影电视总局广播科学研究院