无线广播系统的多级传输方案详细解析

2.4信道估计

由于无线广播传输中，存在大量的多径效应，尤其是单频网情况下，多径的影响更加剧烈，导致接收困难，因此对信道估计的方法提出了更高的要求。只有接收机对信道做出比较准确的估计，才能获得更好的接收性能。参照中国数字电视地面传输标准，采用在信号帧前插入的PN序列进行信道估计，该方法计算复杂度较小，能够快速得出信道的特性。

假设PN序列长度为K，根据m序列的自相关性，其归一化循环自相关函数为

因此，用本地产生的PN序列与接收样点进行滑动相关运算，即可得到信道响应函数：

2.5分级解映射与多级译码

在接收端，为了获得更好的性能，星座解映射采用了软判决的方法。在64QAM星座图解映射时的软输出为各比特数据的对数似然比，根据文献[9]可知：

其中，r是接收到的信号，C是信道状态信息，y是经过均衡之后的信号y=r/C。对于64QAM，其中各优先级比特的对数似然比可以近似为[9]

其中，b2、b1和b0分别代表高中低3个优先级的数据，各级数据的软判决输出可以单独得到。这种软判决的方法不仅运算简单，而且能够取得良好的性能。

解映射得到的软输出数据进入多级译码器进行译码，多级译码器能够对各优先级的数据分别进行独立的解码，因此接收机可以在获得需要的数据之后随时终止译码过程。对于小型的便携接收机，由于屏幕尺寸、电池容量和处理能力的限制，只需对高优先级数据进行解码就能满足要求，这样就降低了译码电路的运算量和复杂度、减小了设备功耗，更好地适应了便携设备的需求。对于较大的固定接收机，屏幕很大、处理能力强，当信道条件较好时，可以对所有优先级的数据进行解码，提供最高质量的服务，当信道条件较差时，低优先级数据会产生严重的误码，而高优先级数据由于解码所需信噪比门限较低，仍然能够正确解码，保证了最基本的服务质量。另外，当各优先级码流传输不同的节目时，解码器能够只对某一优先级码流进行译码，得到相应的数据，而不需要对其他优先级码流进行解码，从而降低了接收机的功耗。因此，使用多级译码的方法能够较好地满足不同类型设备和不同信道条件下的需求，具有很强的灵活性。

仿真结果与分析

在仿真系统中，待传输的数据被分成3个优先级，各优先级数据分别经过码长为7488，码率为0.4、0.6或0.8的LDPC编码。星座图映射采用图2所示的64QAM星座图，信号点间距d1:d2:d3=1:1:1，映射后得到的数据经过符号交织、频域交织和3780载波的OFDM调制后进入信道传输。仿真采用的信道模型是AWGN信道和多径信道。在接收端首先用长度为255的PN序列做相关进行信道估计，然后使用上文所述的解映射和多级译码的方法对高、中、低优先级数据独立进行译码，并分别计算各个优先级数据的误码率。

表1AWGN信道下各优先级数据的解码性能

表1为AWGN信道下各个优先级数据分别采用各种码率的LDPC码时的性能，在仿真时解码门限按误比特率小于3×10−6计算。从仿真结果可以看出，不同优先级数据和不同码率的相互组合能够得到多个解码门限，在应用时可以根据不同的情况灵活选择各优先级数据的门限，满足不同种类的需求。此外，即使各优先级数据使用相同码率的LDPC编码时所得到的门限也是不同的，从而验证了星座点的不同比特位具有不同的保护特性。

图4是AWGN信道下分级传输方案与传统的不分级传输方案的性能比较曲线。其中分级传输的高、中、低优先级数据分别采用码率为0.4、0.6、0.8的LDPC码进行编码，形成3个码流和3个解码门限。不分级传输时采用码率为0.6的LDPC码对所有数据统一进行编码，形成单一码流和一个解码门限。2种方案的总传输速率是相等的。从曲线可以看出，分级传输模式下，高、中、低优先级数据间的门限差距是8.4dB和5.4dB，实现了分级传输所要求的各优先级数据具有明显的性能区分的目标。

图4AWGN信道下分级与不分级传输的性能比较

分级模式的高和中优先级数据性能都优于不分级模式，使得在低信噪比下仍然能够保证部分数据的正确传输，不会像不分级模式那样解码完全失败，从而提高了系统的平均传输速率。同时分级传输模式使低优先级数据的解码门限相对不分级模式有所升高，但是考虑到需要接收低优先级数据的一般是固定接收机，可以通过使用高增益的定向天线来弥补性能的损失，另外也可以采用减小低优先级数据码率的方法提高性能，代价是损失了一定的传输速率。

表2多径信道下各优先级数据的解码性能

表2为多径信道下分级模式的高、中、低优先级数据分别采用0.4、0.6、0.8的LDPC码以及不分级模式使用单一0.6的LDPC码时的性能，其中信道模型使用巴西多径模型，具体信道参数见文献[10]。

图5多径信道下分级与不分级传输的性能比较

图5是多径信道下分级传输与不分级传输的性能比较曲线，仿真所用的参数与图4相同，信道采用巴西B模型。从图和表中的结果可以看到，在多径信道下各优先级数据的性能都有不同程度的下降，但是分级传输所需的门限差别仍然得到保持，其中高优先级数据的性能下降最少，保证了在恶劣的信道条件下高优先级数据仍然能够被正确解码。

图6 3级传输方案与2级传输方案的性能比较

图6所示为AWGN信道下本文提出的分3级传输方案与DVB-T标准中分2级传输方案的性能比较，仿真时本方案中3个优先级数据分别采用0.4、0.6、0.8码率的LDPC码，而DVB-T方案中2个优先级数据则采用1/2和5/6码率的删余卷积码，这样使得2种方案的总传输速率基本一致。从图中可以看出，本方案的3个优先级数据的解码门限分别为4.8dB、13.2dB和18.6dB，DVB-T方案的2个优先级数据的解码门限为6.5dB和21.9dB，本方案的各优先级数据性能都明显优于DVB-T方案。

本文提出了一种数字无线广播系统的多级传输方案，该方案把广播数据分成多个优先级，采用LDPC码作为多级编码的分量码，并使用分层次的集分割和星座图映射策略，为不同优先级的数据提供不同的差错保护。在接收端采用分级解映射与多级解码的方法，使不同信道条件和接收设备的用户能够得到不同的传输速率，实现了广播数据分级传输的目的。仿真结果表明，该方案在AWGN信道和各种多径信道下的性能都优于传统的不分级方案以及DVB-T的分级方案，同时也提高了系统的平均传输速率。

来源：通信学报