CMMB物理層關(guān)鍵技術(shù)研究與改進(jìn)

王逸冰

（杭州師范大學(xué)錢江學(xué)院電氣與機(jī)械工程系信息與計(jì)算科學(xué)061，浙江 杭州310012）

1 前言

CMMB是英文China Mobile Multimedia Broadcasting(中國(guó)移動(dòng)多媒體廣播)的簡(jiǎn)稱。它是國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的第一套面向手機(jī)、PDA,MP3,MP4、數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦多種移動(dòng)終端的系統(tǒng)，利用S波段衛(wèi)星信號(hào)實(shí)現(xiàn)“天地”一體覆蓋、全國(guó)漫游，支持25套電視節(jié)目和30套廣播節(jié)目[l]。2006年10月24日，國(guó)家廣電總局正式頒布了中國(guó)移動(dòng)多媒體廣播(俗稱手機(jī)電視)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

該標(biāo)準(zhǔn)的傳輸方式使用了廣科院開(kāi)發(fā)的STiMi技術(shù)，其主要實(shí)現(xiàn)方式是節(jié)目供應(yīng)商將數(shù)字多媒體內(nèi)容傳輸給衛(wèi)星DMB廣播中心，然后廣播中心通過(guò)枷波段將內(nèi)容上傳至DMB衛(wèi)星，DMB衛(wèi)星將Ku波段轉(zhuǎn)換成S波段并放大，再將內(nèi)容通過(guò)S波段和枷波段在全國(guó)范圍內(nèi)廣播。手機(jī)或車載終端等可以直接接收到S波段的內(nèi)容，而在有屏蔽的區(qū)域，由直放站接收衛(wèi)星Ku波段廣播并轉(zhuǎn)換成S波段，轉(zhuǎn)播給在屏蔽區(qū)的終端。

基于STiMi技術(shù)的CMMB實(shí)現(xiàn)方式如圖l。

圖1 CMMB的手機(jī)電視實(shí)現(xiàn)方式

STiMi技術(shù)可良好應(yīng)用于30MHz^}3000MHz之間的頻率范圍，同時(shí)，在知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面，STiMi在信道編碼和解調(diào)方面有明顯改善性能的自主專利，信源方面也采用了AVS和我國(guó)自行開(kāi)發(fā)的DRA音頻標(biāo)準(zhǔn)。這使得該標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)內(nèi)推行相比其他類似標(biāo)準(zhǔn)有很大優(yōu)勢(shì)。對(duì)比國(guó)外的類似標(biāo)準(zhǔn)，如韓國(guó)的DMB-S和歐洲的DVB-SH，采用國(guó)內(nèi)的該標(biāo)準(zhǔn)，不但將大規(guī)模提升我國(guó)在數(shù)字多媒體通信廣播方面的技術(shù)實(shí)力，還將有助于中國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)趨于合理化。在自主創(chuàng)新的大背景下，提倡鼓勵(lì)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中國(guó)本土標(biāo)準(zhǔn)，從這點(diǎn)來(lái)說(shuō)，CMMB是有著先天優(yōu)勢(shì)的。

2 CMMB物理層概述

廣播信道物理層通過(guò)物理層邏輯信道(PLCH)為上層業(yè)務(wù)提供廣播通道。物理層邏輯信道分為控制邏輯信道(CLCH)和業(yè)務(wù)邏輯信道(SLCH)。控制邏輯信道用于承載廣播系統(tǒng)控制信息，業(yè)務(wù)邏輯信道用于承載廣播業(yè)務(wù)。

物理層對(duì)每個(gè)物理層邏輯信道進(jìn)行單獨(dú)的編碼和調(diào)制，其中控制邏輯信道采用固定的信道編碼和調(diào)制模式:RS編碼采用RS(240,240)}LDPC編碼采用1/2碼率，星座映射采用BPSK映射，擾碼初始值為選項(xiàng)0。業(yè)務(wù)邏輯信道的編碼和調(diào)制模式根據(jù)系統(tǒng)需求可靈活配置，配置模式通過(guò)系統(tǒng)控制信息向終端廣播。根據(jù)編碼和調(diào)制參數(shù)不同，物理層可提供不同的傳輸凈荷。

圖2給出了STiMi系統(tǒng)的物理層信號(hào)處理流程。來(lái)自上層的多條數(shù)據(jù)流獨(dú)立地分別進(jìn)行RS編碼和字節(jié)交織、LDPC編碼、比特交織和星座映射等操作，然后和離散導(dǎo)頻以及承載傳輸指示信息的連續(xù)導(dǎo)頻組合起來(lái)，形成OFDM頻域符號(hào)，再對(duì)頻域符號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行加擾，進(jìn)行OFDM調(diào)制、成幀、上變頻等操作，最后將信號(hào)發(fā)向空中。

圖2 CMMB物理層功能框圖

3 CMMB物理層關(guān)鍵技術(shù)研究及平臺(tái)仿真

根據(jù)CMMB系統(tǒng)框圖，本文建立的CMMB視頻仿真模型系統(tǒng)框圖如圖3，本文采用了國(guó)際電信聯(lián)盟VA信道模型，參考IMT-2000無(wú)線電廣播技術(shù)評(píng)估指南，來(lái)設(shè)計(jì)信道，設(shè)定信道時(shí)延、衰減等參數(shù)。國(guó)際移動(dòng)電信2000 (IMT-2000)服務(wù)應(yīng)用范圍廣泛，因此其特點(diǎn)完全適用于CMMB系統(tǒng)，并且具有廣闊的發(fā)展前景和極大的市場(chǎng)價(jià)值，所以選用它作為信道模型研究也具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

圖3 CMMB視頻仿真模型系統(tǒng)框圖

4 仿真結(jié)果及分析

仿真結(jié)果及分析如圖4中，最大多普勒頻移是l0hz，噪音為加性高斯噪聲。SNR是加性高斯白噪聲中的信噪比值，BER為系統(tǒng)誤碼率。圖3-13是原始視頻截屏，圖4為信噪比分別是8,10,15,30時(shí)的截圖。

圖4 CMMB物理層視頻傳輸仿真圖

可以看出，隨著信噪比的增加，系統(tǒng)誤碼率緩慢下降，但當(dāng)信噪比達(dá)到時(shí)，誤碼率急劇下降;從接收到的視頻看，信噪比為8db時(shí)，接收效果為l0db時(shí)還可直觀看到有噪聲干擾，但當(dāng)信噪比為15db時(shí)噪比即使到了30db的視頻已看不出什么區(qū)別，這樣只要信噪比達(dá)到上就可以實(shí)現(xiàn)較好的視頻傳輸。

上述仿真中，信道編碼均采用RS(240,196)，LDPC采取1/2碼率，星座映射均采用16QAM。從圖中可以看出，室內(nèi)環(huán)境比室外環(huán)境的系統(tǒng)性能要好，同時(shí)，車速越快，則系統(tǒng)性能越差。進(jìn)一步地，室內(nèi)環(huán)境相對(duì)室外環(huán)境在誤碼率為1 Oe-2,1 Oe-3時(shí)分別有0.7db和0.2db性能增益，性能區(qū)別并不顯著。在車速小于200kmTh性能改善小于ldb，而在車速大于400km/h時(shí)性能改善比較明顯，誤碼率為1 Oe-2時(shí)，400km/h相對(duì)600kmlh有2db改善。同時(shí)，在信噪比小于13db時(shí)，不同的傳輸速率對(duì)誤碼率的影響并不明顯。而信噪比大于13db時(shí)，則速率越高，性能越差，且速率相差越大，性能變化也更快。

[1]國(guó)家廣播電影電視總局.GY/T 220.x-2006，移動(dòng)多媒體廣播第一部分:廣播信道幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制[S].2006.

[2]30MHz-3000MHz地面數(shù)字音頻系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范，國(guó)家廣播電影電視總局.