無線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、延時和多普勒頻移。該模型中假定各路徑的hl、τl、fl互不相關。

2.4信道估計

由于無線廣播傳輸中，存在大量的多徑效應，尤其是單頻網情況下，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序列長度為K，根據m序列的自相關性，其歸一化循環自相關函數為

因此，用本地產生的PN序列與接收樣點進行滑動相關運算，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是信道狀態信息，y是經過均衡之后的信號y=r/C。對于64QAM，其中各優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個優先級的數據，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單，而且能夠取得良好的性能。

解映射得到的軟輸出數據進入多級譯碼器進行譯碼，多級譯碼器能夠對各優先級的數據分別進行獨立的解碼，因此接收機可以在獲得需要的數據之后隨時終止譯碼過程。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，只需對高優先級數據進行解碼就能滿足要求，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，可以對所有優先級的數據進行解碼，提供最高質量的服務，當信道條件較差時，低優先級數據會產生嚴重的誤碼，而高優先級數據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質量。另外，當各優先級碼流傳輸不同的節目時，解碼器能夠只對某一優先級碼流進行譯碼，得到相應的數據，而不需要對其他優先級碼流進行解碼，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足不同類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個優先級，各優先級數據分別經過碼長為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，信號點間距d1:d2:d3=1:1:1，映射后得到的數據經過符號交織、頻域交織和3780載波的OFDM調制后進入信道傳輸。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序列做相關進行信道估計，然后使用上文所述的解映射和多級譯碼的方法對高、中、低優先級數據獨立進行譯碼，并分別計算各個優先級數據的誤碼率。

表1AWGN信道下各優先級數據的解碼性能

表1為AWGN信道下各個優先級數據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計算。從仿真結果可以看出，不同優先級數據和不同碼率的相互組合能夠得到多個解碼門限，在應用時可以根據不同的情況靈活選擇各優先級數據的門限，滿足不同種類的需求。此外，即使各優先級數據使用相同碼率的LDPC編碼時所得到的門限也是不同的，從而驗證了星座點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。其中分級傳輸的高、中、低優先級數據分別采用碼率為0.4、0.6、0.8的LDPC碼進行編碼，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碼對所有數據統一進行編碼，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、低優先級數據間的門限差距是8.4dB和5.4dB，實現了分級傳輸所要求的各優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先級數據性能都優于不分級模式，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。同時分級傳輸模式使低優先級數據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先級數據的一般是固定接收機，可以通過使用高增益的定向天線來彌補性能的損失，另外也可以采用減小低優先級數據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碼時的性能，其中信道模型使用巴西多徑模型，具體信道參數見文獻[10]。