移动广播新传输模式研讨

导语：移动广播新传输模式研讨一文来源于网友上传，不代表本站观点，若需要原创文章可咨询客服老师，欢迎参考。

1引言

正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)系统是当前移动多媒体广播领域研究的热点传输体制，在欧洲DVB系列标准中已广泛采用，中国移动多媒体广播(ChinaMobileMultimediaBroadcasting，CMMB)也采用了这种系统，并设计将其应用在未来天地一体化通信的卫星／地面混合广播网络中l_1]，故亦称为SOFDM系统(S-Satellite)。随着数字多媒体广播通信需求的日益增长，传统的系统设计往往无法满足传输速率多样化选择的要求，并且系统频谱利用效率也不高。因此，对传统系统标准的完善研究就成为了移动多媒体广播领域的新课题。本文首先针对近年来欧洲ETSI标准提出的一种新的移动视频广播标准——DVB—H标准进行研究，分析其中新近加入的OFDM一4k传输模式相比传统模式的特点；然后，以CMMB中的SOFDM系统为基础，提出一种新的4M传输模式，并对该系统中的若干主要模块进行设计，同时，分析其相比传统两种传输模式在系统性能和效能方面的改进与完善；最后，通过仿真研究分析4M传输模式自身的应用性能并验证其优于欧洲同类标准4k传输模式的先进性能。

2欧洲DVB—H标准中OFDM系统的4k传输模式

数字电视地面广播标准DVB／DVB—T最早于1997年l_2]，标准的初衷并不是面向移动接收而设计的；然而，后来在新加坡和德国等地的环境接收试验中证明DVB-T在高数据率传输的移动环境中表现性能良好，但是，由于系统参数设计等原因使得系统频谱利用率不高，功率资源存在浪费，造成功耗比较大，不适合靠电池驱动的移动手持终端接收数字电视节目，于是ETSI又考虑在其中加入移动接收的功能并制定相应的标准。为此，需要在DVB—T的基础上引入新的技术，形成新的适合于移动终端接收地面广播数字电视节目的传输标准，这便是后来的DVB-H标准l_3]。DVB—H(DigitalVideoBroadcastingHandheldTerminals，DVB-H)是通过地面数字广播网络向便携／手持终端提供移动多媒体业务的传输标准，于2002年前后开始研究，2004年11月底完成标准的制定，2005年3月面世。2008年5月，欧洲ETSI标准化组织又了DVB-H的标准的一个子标准——DVB_SH(DigitalVideoBroadcastingSatelliteservicestoHandhelddevices，DVB—sH)，该标准是专门针对S频段广播而设计，通过卫星／地面混合网络来满足便携／手持终端用户对移动电视、移动视频点播等移动多媒体广播业务的需求]。这是对传统DVB-T标准的一种改进和完善。在传统的DVB／DVB-T系统中，只有2k和8k两种传输模式，而在DVB-H系统中，物理层增加了一种新的4k传输模式，该模式在OFDM符号的组帧长度上相当于8k模式符号长度的一半，2k模式符号长度的两倍，这种关系如图1所示。研究表明，DVB-H系统中的4k模式是对传统两种传输模式的继承和发展，是对2k／8k传输模式进行折中设计的结果。表1给出了DVB—H中3种OFDM传输模式的主要系统参数配置。平均基站间距是按照平均循环间隔持续时间来计算的[2。]，在OFDM系统中，只要基站间距小于循环间隔传输距离，就可以有效避免由多径效应产生的符号间干扰。设r为平均循环间隔持续时间，则平均发射台／基站间距S的一种近似的计算方法为S≈C•r(1)式中C为光速。在传统的DVB-T系统中，2k模式的符号周期和循环间隔非常短，使得2k模式仅仅适用于小型单频网。新增加的4k模式符号具有较长的周期和循环间隔，能够建造中型单频网，使得发射台或基站的距离可以成倍增加，令设计者能够更好地进行网络优化，提高数据传输速率。虽然这种优化不如8k模式的高，但是4k模式比8k模式的符号周期短，子载波数量得到了精简，因而能够更频繁地进行信道估计，且子载波频率间隔相对较大，因此相比8k模式能够更加适应移动多径接收环境下较大多普勒扩展的负面影响，提供一个比8k更好的移动接收性能。总之，4k模式的性能介于2k和8k模式之间，是一种折中优化的产物。显然，4k模式的提出使得DVB标准的OFDM传输体制得到了扩充与完善。

3我国CMMB标准中SOFDM系统的8M和2M传输模式

我国的CMMB标准在传输体制以及广播覆盖方式等系统设计上与欧洲DVB系列标准具有很多共同点和相似之处。CMMB也是采用S波段卫星与地面混合广播覆盖、卫星覆盖+地面增补转发的传输方式I1]；并且目前在OFDM系统中也只存在两种传输模式，从物理层传输信道带宽划分，分别是8M模式(模式1，Mode—A)和2M模式(模式2，Mode—B)，这两种模式被设计成能够提供一路或多路独立的广播信道，分别支持多种编码和调制方式用以满足不同业务、不同传输环境对信号质量的不同要求。CMMB的物理层帧结构是以一个帧为单位定义的，每1S为1个帧，每1个帧被划分为4O个时隙，因而每个时隙的持续时间为25ms。而在每一个时隙中，都包含有1个信标符号和53个SOFDM符号。

4CMMB中SOFDM系统的4M新传输模式

欧洲DVB-H标准OFDM系统中的4k传输模式在设计之初就考虑了和传统2k／Sk模式上下兼容的原则，本文提出和设计的CMMB标准SOFDM系统4M传输模式也将遵循这一原则。为方便讨论，本文提出的4M传输模式定义为模式3(Mode—c)。下面首先给出4M模式的等效基带传输模型，然后给出模型中的若干关键子系统模块的详细设计。

4．1基带传输模型

为了保持三种传输模式的前后一致性，4M模式具有和8M／2M传输模式相同的基本架构，即物理层等效基带传输模型应该基本相同，不同之处在于系统参数的设定。图2给出了该模型的流程图。该模型中，信道编码／译码子系统模块、映射／解映射子系统模块、符号成型／解帧子系统模块等都可以和8M／2M传输模式共同一个模型，当然，4M模式的系统参数与表2不完全相同。另外两个子系统模块(即图2中阴影部分模块)则需要单独为4M模式重新设计。

4．2导频图案设计

在SOFDM系统中，接收端的信道估计十分重要，这是通过在发送端数据子载波中插入导频子载波来完成的，通常将数据子载波和导频子载波交织在一起，构成完整的SOFDM符号图案，从而实现接收端有效进行信道估计与补偿均衡等操作。本文为4M传输模式设计了一种全新的导频和数据符号星型分布图案的参考图，如图3所示。图3中的导频符号在频率方向上每8个符号为一组，隔7个数据符号插入一个离散导频符号；在时隙(Ts)方向上每4个符号为一组，隔3个数据符号插入一个离散导频符号；排列方式是一种星型导频排列方式。为了尽量使每一个SOFDM数据符号中的子载波频率点上都有导频信息，这里将不同SOFDM数据符号的导频起始位置相互错开，使得导频符号和数据符号的分布密度更加均匀，而时隙方向导频间隔与子载波频率方向导频间隔的取值成1：2比例设置也使得系统具有较好的信道估计的时频均衡性与一致性。

SOFDM符号将数据子载波和导频子载波交织在一起，组成SOFDM频域符号，在4M传输模式中，每个SOFDM符号包含N、，个有效子载波，结合8M／2M模式的设计方案考虑，N、应取为当前模式FFT总子载波数量的75左右，考虑到4M模式参数设计的折中性原则，4M模式中FFT总子载波数量的取值应介于2M模式和8M模式之间，并且是满足要求的最小的基2幂整数，因此应取为2048，则Nv应取为1540。

5性能仿真

表3给出4M模式在几种典型的星座映射+信道编码方式下，对系统数据传输率性能的提升；表4给出4M模式在4Mbit／s~8Mbit／s的中、高码速率要求下，对系统频谱利用率性能的改善；表5给出包含4M模式在内的CMMB三种SOFDM传输模式的主要参数对比；表6给出DVB—H中4k传输模式和CMMB中4M传输模式的系统整体参数性能综合对比。理论研究与仿真分析表明，2M模式具有更长的符号最小持续时间，可比8M模式提供更好的抗多径延时性能，但是2M模式的有效子载波数量非常少，只适合中、低码速率业务的需求。本文新提出的4M模式在同样的星座映射+信道编码方式下比2M模式具有更高的数据传输率，根据表3的数据，选择2M模式的平均数据传输率约为1．2568Mbit／s，而选择4M模式的平均数据传输率约为3．1410Mbit／s，性能提升150；新的4M模式在相同的中、高速(4Mbit／s~8Mbit／s)的移动多媒体广播业务速率的需求下比8M模式具有更高的频谱利用率，根据表4的数据，选择8M模式的系统频谱利用率平均约为8O，而选择4M模式的频谱利用率平均约为158，性能提升了近一倍，而且能够适应各种数据传输速率的要求，实现了业务运营方式的灵活性与多样性。此外，4M模式比8M模式的符号最小持续周期要长一倍，这在相同的信道相干带宽下，使得4M模式相比8M模式能够容忍2倍的信道多径延时冲击，从而提供一个比8M模式更加可靠的抗多径延时的接收性能。本文还把这种新型的4M传输模式与欧洲DVB—H近年来所提出的同类型4k传输模式进行了比较，两种传输模式以相同的FFT积分周期为基准，并以相同量级的子载波间隔为类比。研究分析表明，本文所提出的4M传输模式精简了系统子载波的数量，使得频谱结构更加紧凑，从而实现系统频率／功率资源的优化。注意到欧洲DVB-H设置4k模式的平均导频间隔为12，而本文所提出的4M模式的平均导频间隔为8，虽然这比4k模式损失了约109，6的子载波资源，然而却换来了信道估计精度的提升，况且4M模式的子载波间隔比4k模式扩大了近10，这使得4M模式相比4k模式更能够适应移动多径衰落接收环境下较大移动多普勒频偏的恶劣干扰，并最终使得系统误比特率得到显著降低，这一点在图5和6中也得以体现，4M传输模式的系统平均误码率水平BER(译码前)在多种移动多径衰落环境下都要优于DVB-H标准的4k传输模式，平均将系统BER降低了约75％，表明4M模式的导频和数据子载波分布更加合理。最后，与4k模式相比，4M模式的发射基站平均间距扩大了约5O，一定程度上可以有效缓解基站建设与布站施工的难度和密度。

6结束语

在目前的CMMB系统SOFDM体制中，2M模式适用于较恶劣移动多径接收环境，但仅适用于较低数据速率的业务场景；8M模式适用于高数据速率的业务场景，但频谱利用率方面有待提高，而本文提出并设计的4M新传输模式，不仅可以适合各种中高数据速率的业务场景，还能较好地适应移动多径接收环境的影响。4M模式的提出在系统传输速率、频谱利用率、系统业务选择多样性以及抗移动多径接收性能等方面为CMMB标准提供了一种可权衡的额外的选择方案，进一步丰富了我国的移动多媒体广播SOFDM信道传输体制的内容，并且为SOFDM信道传输体制的拓展与完善问题探索出了一条通用的技术途径，对我国移动多媒体广播传输标准的日臻完善具有一定的指导意义。