導(dǎo)語：移動廣播新傳輸模式研討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1引言

正交頻分復(fù)用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)系統(tǒng)是當(dāng)前移動多媒體廣播領(lǐng)域研究的熱點傳輸體制，在歐洲D(zhuǎn)VB系列標(biāo)準(zhǔn)中已廣泛采用，中國移動多媒體廣播(ChinaMobileMultimediaBroadcasting，CMMB)也采用了這種系統(tǒng)，并設(shè)計將其應(yīng)用在未來天地一體化通信的衛(wèi)星／地面混合廣播網(wǎng)絡(luò)中l(wèi)_1]，故亦稱為SOFDM系統(tǒng)(S-Satellite)。隨著數(shù)字多媒體廣播通信需求的日益增長，傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計往往無法滿足傳輸速率多樣化選擇的要求，并且系統(tǒng)頻譜利用效率也不高。因此，對傳統(tǒng)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的完善研究就成為了移動多媒體廣播領(lǐng)域的新課題。本文首先針對近年來歐洲ETSI標(biāo)準(zhǔn)提出的一種新的移動視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)——DVB—H標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，分析其中新近加入的OFDM一4k傳輸模式相比傳統(tǒng)模式的特點；然后，以CMMB中的SOFDM系統(tǒng)為基礎(chǔ)，提出一種新的4M傳輸模式，并對該系統(tǒng)中的若干主要模塊進(jìn)行設(shè)計，同時，分析其相比傳統(tǒng)兩種傳輸模式在系統(tǒng)性能和效能方面的改進(jìn)與完善；最后，通過仿真研究分析4M傳輸模式自身的應(yīng)用性能并驗證其優(yōu)于歐洲同類標(biāo)準(zhǔn)4k傳輸模式的先進(jìn)性能。

2歐洲D(zhuǎn)VB—H標(biāo)準(zhǔn)中OFDM系統(tǒng)的4k傳輸模式

數(shù)字電視地面廣播標(biāo)準(zhǔn)DVB／DVB—T最早于1997年l_2]，標(biāo)準(zhǔn)的初衷并不是面向移動接收而設(shè)計的；然而，后來在新加坡和德國等地的環(huán)境接收試驗中證明DVB-T在高數(shù)據(jù)率傳輸?shù)囊苿迎h(huán)境中表現(xiàn)性能良好，但是，由于系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計等原因使得系統(tǒng)頻譜利用率不高，功率資源存在浪費，造成功耗比較大，不適合靠電池驅(qū)動的移動手持終端接收數(shù)字電視節(jié)目，于是ETSI又考慮在其中加入移動接收的功能并制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。為此，需要在DVB—T的基礎(chǔ)上引入新的技術(shù)，形成新的適合于移動終端接收地面廣播數(shù)字電視節(jié)目的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，這便是后來的DVB-H標(biāo)準(zhǔn)l_3]。DVB—H(DigitalVideoBroadcastingHandheldTerminals，DVB-H)是通過地面數(shù)字廣播網(wǎng)絡(luò)向便攜／手持終端提供移動多媒體業(yè)務(wù)的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，于2002年前后開始研究，2004年11月底完成標(biāo)準(zhǔn)的制定，2005年3月面世。2008年5月，歐洲ETSI標(biāo)準(zhǔn)化組織又了DVB-H的標(biāo)準(zhǔn)的一個子標(biāo)準(zhǔn)——DVB_SH(DigitalVideoBroadcastingSatelliteservicestoHandhelddevices，DVB—sH)，該標(biāo)準(zhǔn)是專門針對S頻段廣播而設(shè)計，通過衛(wèi)星／地面混合網(wǎng)絡(luò)來滿足便攜／手持終端用戶對移動電視、移動視頻點播等移動多媒體廣播業(yè)務(wù)的需求]。這是對傳統(tǒng)DVB-T標(biāo)準(zhǔn)的一種改進(jìn)和完善。在傳統(tǒng)的DVB／DVB-T系統(tǒng)中，只有2k和8k兩種傳輸模式，而在DVB-H系統(tǒng)中，物理層增加了一種新的4k傳輸模式，該模式在OFDM符號的組幀長度上相當(dāng)于8k模式符號長度的一半，2k模式符號長度的兩倍，這種關(guān)系如圖1所示。研究表明，DVB-H系統(tǒng)中的4k模式是對傳統(tǒng)兩種傳輸模式的繼承和發(fā)展，是對2k／8k傳輸模式進(jìn)行折中設(shè)計的結(jié)果。表1給出了DVB—H中3種OFDM傳輸模式的主要系統(tǒng)參數(shù)配置。平均基站間距是按照平均循環(huán)間隔持續(xù)時間來計算的[2。]，在OFDM系統(tǒng)中，只要基站間距小于循環(huán)間隔傳輸距離，就可以有效避免由多徑效應(yīng)產(chǎn)生的符號間干擾。設(shè)r為平均循環(huán)間隔持續(xù)時間，則平均發(fā)射臺／基站間距S的一種近似的計算方法為S≈C•r(1)式中C為光速。在傳統(tǒng)的DVB-T系統(tǒng)中，2k模式的符號周期和循環(huán)間隔非常短，使得2k模式僅僅適用于小型單頻網(wǎng)。新增加的4k模式符號具有較長的周期和循環(huán)間隔，能夠建造中型單頻網(wǎng)，使得發(fā)射臺或基站的距離可以成倍增加，令設(shè)計者能夠更好地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，提高數(shù)據(jù)傳輸速率。雖然這種優(yōu)化不如8k模式的高，但是4k模式比8k模式的符號周期短，子載波數(shù)量得到了精簡，因而能夠更頻繁地進(jìn)行信道估計，且子載波頻率間隔相對較大，因此相比8k模式能夠更加適應(yīng)移動多徑接收環(huán)境下較大多普勒擴(kuò)展的負(fù)面影響，提供一個比8k更好的移動接收性能?？傊?k模式的性能介于2k和8k模式之間，是一種折中優(yōu)化的產(chǎn)物。顯然，4k模式的提出使得DVB標(biāo)準(zhǔn)的OFDM傳輸體制得到了擴(kuò)充與完善。

3我國CMMB標(biāo)準(zhǔn)中SOFDM系統(tǒng)的8M和2M傳輸模式

我國的CMMB標(biāo)準(zhǔn)在傳輸體制以及廣播覆蓋方式等系統(tǒng)設(shè)計上與歐洲D(zhuǎn)VB系列標(biāo)準(zhǔn)具有很多共同點和相似之處。CMMB也是采用S波段衛(wèi)星與地面混合廣播覆蓋、衛(wèi)星覆蓋+地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的傳輸方式I1]；并且目前在OFDM系統(tǒng)中也只存在兩種傳輸模式，從物理層傳輸信道帶寬劃分，分別是8M模式(模式1，Mode—A)和2M模式(模式2，Mode—B)，這兩種模式被設(shè)計成能夠提供一路或多路獨立的廣播信道，分別支持多種編碼和調(diào)制方式用以滿足不同業(yè)務(wù)、不同傳輸環(huán)境對信號質(zhì)量的不同要求。CMMB的物理層幀結(jié)構(gòu)是以一個幀為單位定義的，每1S為1個幀，每1個幀被劃分為4O個時隙，因而每個時隙的持續(xù)時間為25ms。而在每一個時隙中，都包含有1個信標(biāo)符號和53個SOFDM符號。

4CMMB中SOFDM系統(tǒng)的4M新傳輸模式

歐洲D(zhuǎn)VB-H標(biāo)準(zhǔn)OFDM系統(tǒng)中的4k傳輸模式在設(shè)計之初就考慮了和傳統(tǒng)2k／Sk模式上下兼容的原則，本文提出和設(shè)計的CMMB標(biāo)準(zhǔn)SOFDM系統(tǒng)4M傳輸模式也將遵循這一原則。為方便討論，本文提出的4M傳輸模式定義為模式3(Mode—c)。下面首先給出4M模式的等效基帶傳輸模型，然后給出模型中的若干關(guān)鍵子系統(tǒng)模塊的詳細(xì)設(shè)計。

4．1基帶傳輸模型

為了保持三種傳輸模式的前后一致性，4M模式具有和8M／2M傳輸模式相同的基本架構(gòu)，即物理層等效基帶傳輸模型應(yīng)該基本相同，不同之處在于系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定。圖2給出了該模型的流程圖。該模型中，信道編碼／譯碼子系統(tǒng)模塊、映射／解映射子系統(tǒng)模塊、符號成型／解幀子系統(tǒng)模塊等都可以和8M／2M傳輸模式共同一個模型，當(dāng)然，4M模式的系統(tǒng)參數(shù)與表2不完全相同。另外兩個子系統(tǒng)模塊(即圖2中陰影部分模塊)則需要單獨為4M模式重新設(shè)計。

4．2導(dǎo)頻圖案設(shè)計

在SOFDM系統(tǒng)中，接收端的信道估計十分重要，這是通過在發(fā)送端數(shù)據(jù)子載波中插入導(dǎo)頻子載波來完成的，通常將數(shù)據(jù)子載波和導(dǎo)頻子載波交織在一起，構(gòu)成完整的SOFDM符號圖案，從而實現(xiàn)接收端有效進(jìn)行信道估計與補(bǔ)償均衡等操作。本文為4M傳輸模式設(shè)計了一種全新的導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)符號星型分布圖案的參考圖，如圖3所示。圖3中的導(dǎo)頻符號在頻率方向上每8個符號為一組，隔7個數(shù)據(jù)符號插入一個離散導(dǎo)頻符號；在時隙(Ts)方向上每4個符號為一組，隔3個數(shù)據(jù)符號插入一個離散導(dǎo)頻符號；排列方式是一種星型導(dǎo)頻排列方式。為了盡量使每一個SOFDM數(shù)據(jù)符號中的子載波頻率點上都有導(dǎo)頻信息，這里將不同SOFDM數(shù)據(jù)符號的導(dǎo)頻起始位置相互錯開，使得導(dǎo)頻符號和數(shù)據(jù)符號的分布密度更加均勻，而時隙方向?qū)ьl間隔與子載波頻率方向?qū)ьl間隔的取值成1：2比例設(shè)置也使得系統(tǒng)具有較好的信道估計的時頻均衡性與一致性。

SOFDM符號將數(shù)據(jù)子載波和導(dǎo)頻子載波交織在一起，組成SOFDM頻域符號，在4M傳輸模式中，每個SOFDM符號包含N、，個有效子載波，結(jié)合8M／2M模式的設(shè)計方案考慮，N、應(yīng)取為當(dāng)前模式FFT總子載波數(shù)量的75左右，考慮到4M模式參數(shù)設(shè)計的折中性原則，4M模式中FFT總子載波數(shù)量的取值應(yīng)介于2M模式和8M模式之間，并且是滿足要求的最小的基2冪整數(shù)，因此應(yīng)取為2048，則Nv應(yīng)取為1540。

5性能仿真

表3給出4M模式在幾種典型的星座映射+信道編碼方式下，對系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸率性能的提升；表4給出4M模式在4Mbit／s~8Mbit／s的中、高碼速率要求下，對系統(tǒng)頻譜利用率性能的改善；表5給出包含4M模式在內(nèi)的CMMB三種SOFDM傳輸模式的主要參數(shù)對比；表6給出DVB—H中4k傳輸模式和CMMB中4M傳輸模式的系統(tǒng)整體參數(shù)性能綜合對比。理論研究與仿真分析表明，2M模式具有更長的符號最小持續(xù)時間，可比8M模式提供更好的抗多徑延時性能，但是2M模式的有效子載波數(shù)量非常少，只適合中、低碼速率業(yè)務(wù)的需求。本文新提出的4M模式在同樣的星座映射+信道編碼方式下比2M模式具有更高的數(shù)據(jù)傳輸率，根據(jù)表3的數(shù)據(jù)，選擇2M模式的平均數(shù)據(jù)傳輸率約為1．2568Mbit／s，而選擇4M模式的平均數(shù)據(jù)傳輸率約為3．1410Mbit／s，性能提升150；新的4M模式在相同的中、高速(4Mbit／s~8Mbit／s)的移動多媒體廣播業(yè)務(wù)速率的需求下比8M模式具有更高的頻譜利用率，根據(jù)表4的數(shù)據(jù)，選擇8M模式的系統(tǒng)頻譜利用率平均約為8O，而選擇4M模式的頻譜利用率平均約為158，性能提升了近一倍，而且能夠適應(yīng)各種數(shù)據(jù)傳輸速率的要求，實現(xiàn)了業(yè)務(wù)運營方式的靈活性與多樣性。此外，4M模式比8M模式的符號最小持續(xù)周期要長一倍，這在相同的信道相干帶寬下，使得4M模式相比8M模式能夠容忍2倍的信道多徑延時沖擊，從而提供一個比8M模式更加可靠的抗多徑延時的接收性能。本文還把這種新型的4M傳輸模式與歐洲D(zhuǎn)VB—H近年來所提出的同類型4k傳輸模式進(jìn)行了比較，兩種傳輸模式以相同的FFT積分周期為基準(zhǔn)，并以相同量級的子載波間隔為類比。研究分析表明，本文所提出的4M傳輸模式精簡了系統(tǒng)子載波的數(shù)量，使得頻譜結(jié)構(gòu)更加緊湊，從而實現(xiàn)系統(tǒng)頻率／功率資源的優(yōu)化。注意到歐洲D(zhuǎn)VB-H設(shè)置4k模式的平均導(dǎo)頻間隔為12，而本文所提出的4M模式的平均導(dǎo)頻間隔為8，雖然這比4k模式損失了約109，6的子載波資源，然而卻換來了信道估計精度的提升，況且4M模式的子載波間隔比4k模式擴(kuò)大了近10，這使得4M模式相比4k模式更能夠適應(yīng)移動多徑衰落接收環(huán)境下較大移動多普勒頻偏的惡劣干擾，并最終使得系統(tǒng)誤比特率得到顯著降低，這一點在圖5和6中也得以體現(xiàn)，4M傳輸模式的系統(tǒng)平均誤碼率水平BER(譯碼前)在多種移動多徑衰落環(huán)境下都要優(yōu)于DVB-H標(biāo)準(zhǔn)的4k傳輸模式，平均將系統(tǒng)BER降低了約75％，表明4M模式的導(dǎo)頻和數(shù)據(jù)子載波分布更加合理。最后，與4k模式相比，4M模式的發(fā)射基站平均間距擴(kuò)大了約5O，一定程度上可以有效緩解基站建設(shè)與布站施工的難度和密度。

6結(jié)束語

在目前的CMMB系統(tǒng)SOFDM體制中，2M模式適用于較惡劣移動多徑接收環(huán)境，但僅適用于較低數(shù)據(jù)速率的業(yè)務(wù)場景；8M模式適用于高數(shù)據(jù)速率的業(yè)務(wù)場景，但頻譜利用率方面有待提高，而本文提出并設(shè)計的4M新傳輸模式，不僅可以適合各種中高數(shù)據(jù)速率的業(yè)務(wù)場景，還能較好地適應(yīng)移動多徑接收環(huán)境的影響。4M模式的提出在系統(tǒng)傳輸速率、頻譜利用率、系統(tǒng)業(yè)務(wù)選擇多樣性以及抗移動多徑接收性能等方面為CMMB標(biāo)準(zhǔn)提供了一種可權(quán)衡的額外的選擇方案，進(jìn)一步豐富了我國的移動多媒體廣播SOFDM信道傳輸體制的內(nèi)容，并且為SOFDM信道傳輸體制的拓展與完善問題探索出了一條通用的技術(shù)途徑，對我國移動多媒體廣播傳輸標(biāo)準(zhǔn)的日臻完善具有一定的指導(dǎo)意義。