無線廣播系統(tǒng)的多級傳輸方案詳細(xì)

根據(jù)以上描述的信道特性，仿真中的信道模型采用相位調(diào)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(jì)

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

假設(shè)PN序列長度為K，根據(jù)m序列的自相關(guān)性，其歸一化循環(huán)自相關(guān)函數(shù)為

因此，用本地產(chǎn)生的PN序列與接收樣點(diǎn)進(jìn)行滑動相關(guān)運(yùn)算，即可得到信道響應(yīng)函數(shù)：

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星座圖解映射時的軟輸出為各比特?cái)?shù)據(jù)的對數(shù)似然比，根據(jù)文獻(xiàn)[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(shù)似然比可以近似為[9]

其中，b2、b1和b0分別代表高中低3個優(yōu)先級的數(shù)據(jù)，各級數(shù)據(jù)的軟判決輸出可以單獨(dú)得到。這種軟判決的方法不僅運(yùn)算簡單，而且能夠取得良好的性能。

解映射得到的軟輸出數(shù)據(jù)進(jìn)入多級譯碼器進(jìn)行譯碼，多級譯碼器能夠?qū)Ω鲀?yōu)先級的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行獨(dú)立的解碼，因此接收機(jī)可以在獲得需要的數(shù)據(jù)之后隨時終止譯碼過程。對于小型的便攜接收機(jī)，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(shù)據(jù)進(jìn)行解碼就能滿足要求，這樣就降低了譯碼電路的運(yùn)算量和復(fù)雜度、減小了設(shè)備功耗，更好地適應(yīng)了便攜設(shè)備的需求。對于較大的固定接收機(jī)，屏幕很大、處理能力強(qiáng)，當(dāng)信道條件較好時，可以對所有優(yōu)先級的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，提供最高質(zhì)量的服務(wù)，當(dāng)信道條件較差時，低優(yōu)先級數(shù)據(jù)會產(chǎn)生嚴(yán)重的誤碼，而高優(yōu)先級數(shù)據(jù)由于解碼所需信噪比門限較低，仍然能夠正確解碼，保證了最基本的服務(wù)質(zhì)量。另外，當(dāng)各優(yōu)先級碼流傳輸不同的節(jié)目時，解碼器能夠只對某一優(yōu)先級碼流進(jìn)行譯碼，得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，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(jī)的功耗。因此，使用多級譯碼的方法能夠較好地滿足不同類型設(shè)備和不同信道條件下的需求，具有很強(qiáng)的靈活性。

仿真結(jié)果與分析

在仿真系統(tǒng)中，待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被分成3個優(yōu)先級，各優(yōu)先級數(shù)據(jù)分別經(jīng)過碼長為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(shù)據(jù)經(jīng)過符號交織、頻域交織和3780載波的OFDM調(diào)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。在接收端首先用長度為255的PN序列做相關(guān)進(jìn)行信道估計(jì)，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(shù)據(jù)獨(dú)立進(jìn)行譯碼，并分別計(jì)算各個優(yōu)先級數(shù)據(jù)的誤碼率。

表1AWGN信道下各優(yōu)先級數(shù)據(jù)的解碼性能

表1為AWGN信道下各個優(yōu)先級數(shù)據(jù)分別采用各種碼率的LDPC碼時的性能，在仿真時解碼門限按誤比特率小于3×10−6計(jì)算。從仿真結(jié)果可以看出，不同優(yōu)先級數(shù)據(jù)和不同碼率的相互組合能夠得到多個解碼門限，在應(yīng)用時可以根據(jù)不同的情況靈活選擇各優(yōu)先級數(shù)據(jù)的門限，滿足不同種類的需求。此外，即使各優(yōu)先級數(shù)據(jù)使用相同碼率的LDPC編碼時所得到的門限也是不同的，從而驗(yàn)證了星座點(diǎn)的不同比特位具有不同的保護(hù)特性。

圖4是AWGN信道下分級傳輸方案與傳統(tǒng)的不分級傳輸方案的性能比較曲線。其中分級傳輸?shù)母?、中、低?yōu)先級數(shù)據(jù)分別采用碼率為0.4、0.6、0.8的LDPC碼進(jìn)行編碼，形成3個碼流和3個解碼門限。不分級傳輸時采用碼率為0.6的LDPC碼對所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行編碼，形成單一碼流和一個解碼門限。2種方案的總傳輸速率是相等的。從曲線可以看出，分級傳輸模式下，高、中、低優(yōu)先級數(shù)據(jù)間的門限差距是8.4dB和5.4dB，實(shí)現(xiàn)了分級傳輸所要求的各優(yōu)先級數(shù)據(jù)具有明顯的性能區(qū)分的目標(biāo)。

圖4AWGN信道下分級與不分級傳輸?shù)男阅鼙容^

分級模式的高和中優(yōu)先級數(shù)據(jù)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?jǐn)?shù)據(jù)的正確傳輸，不會像不分級模式那樣解碼完全失敗，從而提高了系統(tǒng)的平均傳輸速率。同時分級傳輸模式使低優(yōu)先級數(shù)據(jù)的解碼門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(shù)據(jù)的一般是固定接收機(jī)，可以通過使用高增益的定向天線來彌補(bǔ)性能的損失，另外也可以采用減小低優(yōu)先級數(shù)據(jù)碼率的方法提高性能，代價是損失了一定的傳輸速率。

表2多徑信道下各優(yōu)先級數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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碼時的性能，其中信道模型使用巴西多徑模型，具體信道參數(shù)見文獻(xiàn)[10]。