無(wú)線(xiàn)廣播系統的多級傳輸方案詳細

根據以上描述的信道特性，仿真中的信道模型采用相位調制衰落模型，多徑衰落信道可表示為

其中，hl、τl、fl分別代表不同路徑的幅度、延時(shí)和多普勒頻移。該模型中假定各路徑的hl、τl、fl互不相關(guān)。

2.4信道估計

由于無(wú)線(xiàn)廣播傳輸中，存在大量的多徑效應，尤其是單頻網(wǎng)情況下，多徑的影響更加劇烈，導致接收困難，因此對信道估計的方法提出了更高的要求。只有接收機對信道做出比較準確的估計，才能獲得更好的接收性能。參照中國數字電視地面傳輸標準，采用在信號幀前插入的PN序列進(jìn)行信道估計，該方法計算復雜度較小，能夠快速得出信道的特性。

假設PN序列長(cháng)度為K，根據m序列的自相關(guān)性，其歸一化循環(huán)自相關(guān)函數為

因此，用本地產(chǎn)生的PN序列與接收樣點(diǎn)進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)運算，即可得到信道響應函數：

2.5分級解映射與多級譯碼

在接收端，為了獲得更好的性能，星座解映射采用了軟判決的方法。在64QAM星座圖解映射時(shí)的軟輸出為各比特數據的對數似然比，根據文獻[9]可知：

其中，r是接收到的信號，C是信道狀態(tài)信息，y是經(jīng)過(guò)均衡之后的信號y=r/C。對于64QAM，其中各優(yōu)先級比特的對數似然比可以近似為[9]

其中，b2、b1和b0分別代表高中低3個(gè)優(yōu)先級的數據，各級數據的軟判決輸出可以單獨得到。這種軟判決的方法不僅運算簡(jiǎn)單，而且能夠取得良好的性能。

解映射得到的軟輸出數據進(jìn)入多級譯碼器進(jìn)行譯碼，多級譯碼器能夠對各優(yōu)先級的數據分別進(jìn)行獨立的解碼，因此接收機可以在獲得需要的數據之后隨時(shí)終止譯碼過(guò)程。對于小型的便攜接收機，由于屏幕尺寸、電池容量和處理能力的限制，只需對高優(yōu)先級數據進(jìn)行解碼就能滿(mǎn)足要求，這樣就降低了譯碼電路的運算量和復雜度、減小了設備功耗，更好地適應了便攜設備的需求。對于較大的固定接收機，屏幕很大、處理能力強，當信道條件較好時(shí)，可以對所有優(yōu)先級的數據進(jìn)行解碼，提供最高質(zhì)量的服務(wù)，當信道條件較差時(shí)，低優(yōu)先級數據會(huì )產(chǎn)生嚴重的誤碼，而高優(yōu)先級數據由于解碼所需信噪比門(mén)限較低，仍然能夠正確解碼，保證了最基本的服務(wù)質(zhì)量。另外，當各優(yōu)先級碼流傳輸不同的節目時(shí)，解碼器能夠只對某一優(yōu)先級碼流進(jìn)行譯碼，得到相應的數據，而不需要對其他優(yōu)先級碼流進(jìn)行解碼，從而降低了接收機的功耗。因此，使用多級譯碼的方法能夠較好地滿(mǎn)足不同類(lèi)型設備和不同信道條件下的需求，具有很強的靈活性。

仿真結果與分析

在仿真系統中，待傳輸的數據被分成3個(gè)優(yōu)先級，各優(yōu)先級數據分別經(jīng)過(guò)碼長(cháng)為7488，碼率為0.4、0.6或0.8的LDPC編碼。星座圖映射采用圖2所示的64QAM星座圖，信號點(diǎn)間距d1:d2:d3=1:1:1，映射后得到的數據經(jīng)過(guò)符號交織、頻域交織和3780載波的OFDM調制后進(jìn)入信道傳輸。仿真采用的信道模型是AWGN信道和多徑信道。在接收端首先用長(cháng)度為255的PN序列做相關(guān)進(jìn)行信道估計，然后使用上文所述的解映射和多級譯碼的方法對高、中、低優(yōu)先級數據獨立進(jìn)行譯碼，并分別計算各個(gè)優(yōu)先級數據的誤碼率。

表1AWGN信道下各優(yōu)先級數據的解碼性能

表1為AWGN信道下各個(gè)優(yōu)先級數據分別采用各種碼率的LDPC碼時(shí)的性能，在仿真時(shí)解碼門(mén)限按誤比特率小于3×10−6計算。從仿真結果可以看出，不同優(yōu)先級數據和不同碼率的相互組合能夠得到多個(gè)解碼門(mén)限，在應用時(shí)可以根據不同的情況靈活選擇各優(yōu)先級數據的門(mén)限，滿(mǎn)足不同種類(lèi)的需求。此外，即使各優(yōu)先級數據使用相同碼率的LDPC編碼時(shí)所得到的門(mén)限也是不同的，從而驗證了星座點(diǎn)的不同比特位具有不同的保護特性。

圖4是AWGN信道下分級傳輸方案與傳統的不分級傳輸方案的性能比較曲線(xiàn)。其中分級傳輸的高、中、低優(yōu)先級數據分別采用碼率為0.4、0.6、0.8的LDPC碼進(jìn)行編碼，形成3個(gè)碼流和3個(gè)解碼門(mén)限。不分級傳輸時(shí)采用碼率為0.6的LDPC碼對所有數據統一進(jìn)行編碼，形成單一碼流和一個(gè)解碼門(mén)限。2種方案的總傳輸速率是相等的。從曲線(xiàn)可以看出，分級傳輸模式下，高、中、低優(yōu)先級數據間的門(mén)限差距是8.4dB和5.4dB，實(shí)現了分級傳輸所要求的各優(yōu)先級數據具有明顯的性能區分的目標。

圖4AWGN信道下分級與不分級傳輸的性能比較

分級模式的高和中優(yōu)先級數據性能都優(yōu)于不分級模式，使得在低信噪比下仍然能夠保證部分數據的正確傳輸，不會(huì )像不分級模式那樣解碼完全失敗，從而提高了系統的平均傳輸速率。同時(shí)分級傳輸模式使低優(yōu)先級數據的解碼門(mén)限相對不分級模式有所升高，但是考慮到需要接收低優(yōu)先級數據的一般是固定接收機，可以通過(guò)使用高增益的定向天線(xiàn)來(lái)彌補性能的損失，另外也可以采用減小低優(yōu)先級數據碼率的方法提高性能，代價(jià)是損失了一定的傳輸速率。

表2多徑信道下各優(yōu)先級數據的解碼性能

表2為多徑信道下分級模式的高、中、低優(yōu)先級數據分別采用0.4、0.6、0.8的LDPC碼以及不分級模式使用單一0.6的LDPC碼時(shí)的性能，其中信道模型使用巴西多徑模型，具體信道參數見(jiàn)文獻[10]。