[发明专利]数字卫星通信的有效帧结构

说明书

相关申请

本申请涉及于####提交的题目为“数字卫星传输系统中支持VCM/ACM的有效帧结构”的序列号为的申请。

技术领域

本发明涉及数字卫星通信，并且更具体的，涉及所发射信号的帧结构设计，以增加传输效率和FEC性能，并简化卫星接收机的诸如同步控制和FEC编码的实现。

背景技术

在诸如数字卫星系统的现代数字通信系统中，一个目标是以预先定义的最大传输误码率或比特误码率(BER)将表示如视频、音频和其它数据类型的用户信息的数字化数据比特从源(或者发射机)传输到目的地(或接收机或甚至多个接收机)。为控制传输错误，一般的发射机通常将冗余比特加到原始数据比特流中用于传输。添加冗余比特的处理过程被称为前向差错控制(FEC)编码。在编码的比特流中，即使发送的比特被外来信号(如，噪声和/或干扰)损坏以及由于不理想的信道特性而失真，接收机也能够通过运行FEC解码算法以小于所定义门限的误码率来恢复原始信息。对于某些应用，如话音通信而言，最大10^-2的BER是可接受的。而对于其他应用，诸如文件传送以及大多数的因特网业务，则要求零BER。当要求零BER时，如果接收机检测到任何不可修正的错误，那么常常要重发数据。对于诸如视频会议和广播的应用，则希望能够以小于10^-9的BER来提供在视频监视器上流畅显示视频信号。这样的BER常常被称为准无误码(Quasi-Error-Free，QEF)条件。

即使利用LDPC码字达到了QEF，这种编码的信号格式对于传输也仍是不可接受的，因为接收机在不知道每一编码的部分(如LDPC码字)从何处开始或终止的情况下，不能解码所接收的信号。时间基准(或标记)在整个传输中都是必须的，以帮助识别这种码字的位置。类似的，一般的通信系统要求接收机的时间和频率被锁定到发射机的基准，这被称为同步。

而且，通常周期性地传送特定开销信息，以使得接收机能够正确地解调发送的信号、解码信号和提取用户信息。至少出于这些原因，一般的发射机周期性地将同步码型(pattern)和报头插入到编码的消息中，这是一种被称为帧格式化(frame formatting)的处理。典型地，接收机首先试图锁定到同步码型上，然后再解码该报头和消息信号。帧格式化设计对总体系统性能是很关键的，并能够直接影响建立和运作通信系统的成本。帧格式化设计常常取决于许多因素，如信道特性、调制类型和FEC方案等。设计得较好的帧格式可以造就高性能的接收机，能够以低成本和最低开销实现快速帧捕捉、可靠跟踪(时间和频率锁定)以及改进的FEC解码性能(如满足所要求的BER)。

发明内容

根据本发明的各种实施例，展示了一种能够以简单的接收机实现方案获得极佳通信性能的独特的卫星传输消息组帧方法。通常在卫星通信中，编码后以比特表示的消息被分组成称为帧的多个连续的信号块。典型的，每一帧包括帧报头和同步波形以使得接收机能够同步所接收到的信号帧、处理报头并根据报头信息指示解码该消息。在现有的系统如DVB-S和DVB-S2中，一帧通常携带固定数目的信息比特，其被依次编码进一个码字中。如果系统仅采用具有固定维数的调制，如其中一个调制码元传送2比特的2维QPSK和pi/4QPSK，那么这是可以接受的。但是，对于现代数字卫星应用，在单一系统中可能采用具有不同维数的调制，以利用LDPC码和其他先进的FEC技术的强大的纠错能力，并动态地调节系统的调制和FEC以适应时变的信道。在这些情况中，即使一帧中比特的数目固定，当以码元数目表征帧长度时，对于不同调制维度其帧长度也将是不同的。就实现方面而言，码元长度上的这一差别造成在跟踪不以规则的时间间隔(对于较小调制维数间隔较长)出现的同步波形时的困难。就性能方面而言，对于所有调制维数其同步性能并不一致，对于较小维数同步性能劣化更多。

因此，本发明的各种实施例通过确保一帧中码元的数目保持恒定而消除了上述问题。根据本发明的各种实施例，出于高效传输的目的，帧格式被设计为在一帧中允许包含多个LDPC(或其它FEC)码字。在这些实施例中，每一码字可以具有不同调制维数和/或编码效率。根据本发明的各种实施例，被称为唯一字(unique word，UW)的同步波形之后接着辅助控制码(ACC)和帧报头。该UW、ACC和帧报头被附加到每一帧的开始。根据本发明的这些实施例，接收机知道到何处找寻该UW、ACC和报头，使得同步控制极其简单。