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DVB-H關(guān)鍵新技術(shù)
2007/2/1 11:52:55    產(chǎn)通學(xué)院,365PR NET

DVB-H標(biāo)準(zhǔn)的全稱為Digital Video Broadcasting Handheld,是DVB組織為通過(guò)地面數(shù)字廣播網(wǎng)絡(luò)向便攜/手持終端提供多媒體業(yè)務(wù)所制定的傳輸標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)被公認(rèn)為是DVB-T標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展應(yīng)用,但是和DVB-T相比,DVB-H終端具有更低的功耗,移動(dòng)接收和抗干擾性能更為優(yōu)越。因此,該標(biāo)準(zhǔn)適用于移動(dòng)電話、手持計(jì)算機(jī)等小型便攜設(shè)備,支持廠家包括Crown Castle Mobile Media、DiBcom、Freescale、Intel、Microtune、三星、Nokia、西門(mén)子、O2、S-Communications、Silicon & Software Systems、TI、TTPCom和UDcast等公司。

DVB-H雖然是DVB數(shù)據(jù)廣播和DVB-T兩種技術(shù)的融合,但是如果僅僅依靠上述兩種技術(shù)是不能完全解決DVB-H所面臨的問(wèn)題。例如,雖然DVB-T已經(jīng)被證明在固定、移動(dòng)、便攜接收等方面具有非常出眾的性能,但是對(duì)于手持設(shè)備而言還需要進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn),這是因?yàn)椋?BR>(1)DVB-H終端采用電池進(jìn)行供電,因此要求射頻接收和信道解調(diào)、解碼部分的功耗小于100mW,而DVB-T計(jì)劃2007年才能將該指標(biāo)降到600mW,顯然二者要求相距甚遠(yuǎn)。
(2)由于蜂窩環(huán)境下的信道狀況多變,因此DVB-T要在以下3個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn):移動(dòng)信道的C/N、移動(dòng)信道的多普勒效應(yīng)和抗脈沖干擾能力。
(3)由于DVB-H終端在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)移動(dòng)時(shí)接收天線小巧且單一,因此對(duì)于大、中型單頻網(wǎng)要有優(yōu)化設(shè)計(jì)考慮。

為了解決上述問(wèn)題此,DVB-H增加了一些新的技術(shù)模塊,它們主要包括:時(shí)間分片——基于時(shí)分復(fù)用技術(shù),用于節(jié)省接收終端功耗和便于網(wǎng)絡(luò)交換;MPE-FEC——基于RS糾錯(cuò)編碼技術(shù),為MPE增加額外的前向糾錯(cuò)編碼,用于提高系統(tǒng)的移動(dòng)和抗脈沖干擾能力;4K模式——在DVB-T的2K、8K傳輸模式基礎(chǔ)上增加4K模式,用于提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的靈活性;DVB-H TPS(傳輸參數(shù)信令)——為DVB-H設(shè)計(jì)專用的傳輸參數(shù)信令,用于提高系統(tǒng)同步和業(yè)務(wù)訪問(wèn)速度。


1、時(shí)間分片

時(shí)間分片技術(shù)是DVB-H中最為重要的新技術(shù)模塊,它不但能夠有效降低手持終端的平均功耗,并且還是不同網(wǎng)絡(luò)間實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、無(wú)縫業(yè)務(wù)交換的基礎(chǔ)。

時(shí)間分片技術(shù)采用突發(fā)方式傳送數(shù)據(jù),每個(gè)突發(fā)時(shí)間片傳送一個(gè)業(yè)務(wù),在業(yè)務(wù)傳送時(shí)間片內(nèi)該業(yè)務(wù)將單獨(dú)占有全部數(shù)據(jù)帶寬,并指出下一個(gè)相同業(yè)務(wù)時(shí)間片產(chǎn)生的時(shí)刻,這樣手持終端能夠在指定的時(shí)刻接收選定的業(yè)務(wù),在業(yè)務(wù)空閑時(shí)間做節(jié)能處理,從而降低總的平均功耗。當(dāng)然,這期間前端放射機(jī)是一直工作的,在相同業(yè)務(wù)的兩個(gè)時(shí)間片之間將會(huì)傳送其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),DVB-H信號(hào)就是由這樣許多的時(shí)間片組成的。從接收機(jī)的角度而言,接收到的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)并非是如傳統(tǒng)恒定速率的連續(xù)輸入方式,數(shù)據(jù)以離散的方式間隔到達(dá),因此稱之為突發(fā)傳送,如果解碼終端要求數(shù)據(jù)速率較低但必須是恒定碼率,接收機(jī)可以對(duì)接收到的突發(fā)數(shù)據(jù)首先進(jìn)行緩沖,然后生成速率不變的數(shù)據(jù)流。

(1)時(shí)間分片與功耗

時(shí)間分片技術(shù)采用突發(fā)方式傳送數(shù)據(jù),與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)流業(yè)務(wù)相比具有更高的瞬時(shí)速率。為了達(dá)到節(jié)省功耗的要求,突發(fā)帶寬一般為固定帶寬的10倍左右。例如一個(gè)恒定速率為350kbit/s的業(yè)務(wù)流,它意味著要求一個(gè)4Mbit/s左右的突發(fā)帶寬。注意,突發(fā)帶寬在固定帶寬兩倍的情況下功耗就可以節(jié)省50%,因此如果帶寬為10倍,可以節(jié)省90%。

(2)時(shí)間分片與PSI/SI

DVB-H標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定PSI/SI信息不進(jìn)行時(shí)間分片處理,它們將被分配一個(gè)固定帶寬進(jìn)行傳送,這主要是因?yàn)槟壳笆褂玫腜SI/SI信息并不支持時(shí)間分片傳送,如果進(jìn)行改動(dòng)將難以和目前數(shù)據(jù)表兼容,此外移動(dòng)手持終端不也要求PSI/SI被時(shí)間分片。

手持終端在DVB-H系統(tǒng)中需訪問(wèn)SI中的NIT和INT表。NIT表的內(nèi)容是固定的,當(dāng)手持終端加入到一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)中時(shí)首先要接收該表,確定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。當(dāng)在不同的傳輸流之間切換時(shí),手持終端需讀取INT表,除非以后INT表發(fā)生了變更,否則終端將不再接收INT表,INT表變更信息在PSI的PMT表中進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

由于DVB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定PSI信息必須每隔100ms重傳一次,如果突發(fā)脈沖的業(yè)務(wù)傳送時(shí)間比100ms時(shí)間長(zhǎng),則手持終端能夠在接收業(yè)務(wù)的同時(shí)訪問(wèn)所有PSI信息;如果業(yè)務(wù)傳送時(shí)間小于100ms,手持終端需在業(yè)務(wù)接收完畢后繼續(xù)保持一段工作時(shí)間,以確保完成所請(qǐng)求PSI表的接收。

(3)時(shí)間分片與業(yè)務(wù)交換

采用時(shí)間分片技術(shù)使手持終端能夠在業(yè)務(wù)傳送空閑周期對(duì)相鄰蜂窩進(jìn)行監(jiān)視,掃描其他頻率信號(hào)、測(cè)試信號(hào)強(qiáng)度,但并不中斷本業(yè)務(wù)的接收。那幺當(dāng)用戶進(jìn)入新的網(wǎng)絡(luò)時(shí),手持終端根據(jù)監(jiān)視結(jié)果在空閑周期切換到具有相同業(yè)務(wù)的不同傳輸流上,從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)最優(yōu)、無(wú)縫業(yè)務(wù)交換。如果我們?cè)谇岸藢?duì)業(yè)務(wù)同步精確編排,完全能夠使相同業(yè)務(wù)及時(shí)出現(xiàn)在相鄰峰窩的不同時(shí)隙上,而用戶不會(huì)察覺(jué)這種變化。注意在單頻網(wǎng)情況下,只有終端處于不同網(wǎng)絡(luò)時(shí)才進(jìn)行業(yè)務(wù)交換,對(duì)于單頻網(wǎng)內(nèi)所有發(fā)射機(jī)而言被認(rèn)為是同一峰窩。

此時(shí),需要考慮的問(wèn)題是這種監(jiān)視工作必定會(huì)影響降低功耗要求,實(shí)際上如果將這種影響限制在一個(gè)可接受的量級(jí),例如監(jiān)測(cè)某個(gè)單一頻率信號(hào)強(qiáng)度的時(shí)間不超過(guò)20ms,并且用智能預(yù)測(cè)等方式降低需監(jiān)測(cè)信號(hào)的數(shù)量,就可以滿足DVB-H系統(tǒng)的要求。

(4)時(shí)間片和條件接收

DVB-H可采用兩種方式實(shí)現(xiàn)條件接收,一種是基于IP的條件接收系統(tǒng)(IP-CAS)。所有的CAS相關(guān)信息都在IP數(shù)據(jù)中,并可以支持時(shí)間分片技術(shù),確保節(jié)省功耗。注意,DVB-H標(biāo)準(zhǔn)不須支持CAS和接收機(jī)間的雙向傳送,IP-CAS的只須支持廣播環(huán)境即可。

另一種方式是采用DVB通用加擾算法的條件接受系統(tǒng)(DVB-CAS),此時(shí)在DVB-H系統(tǒng)通中傳送CAS信息將面臨一些問(wèn)題。由于DVB-CAS使用ECM傳送解擾密鑰,因此ECM不能進(jìn)行時(shí)間分片,另外DVB-CAS還使用EMM,用于傳送授權(quán)管理信息,由于EMM的時(shí)間間隔是隨機(jī)的,終端必須一直工作以確保不會(huì)丟失EMM,并且直接使用DVB-CAS將影響網(wǎng)絡(luò)漫游業(yè)務(wù)。

為確保解擾工作的進(jìn)行,接收機(jī)必須完成ECM接收,系統(tǒng)通過(guò)ECM重復(fù)率描述符(ECM repetition rate descriptor)標(biāo)識(shí)ECM最小重復(fù)周期。如果手持終端在開(kāi)始接收業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)前至少完成了一個(gè)ECM最小周期接收,則至少能收到一個(gè)ECM,從而獲取解擾密鑰。通常解擾密鑰的有效時(shí)間為10s,為此接收機(jī)必須確保在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)到達(dá)前10s完成解擾密鑰接收。

EMM將采用時(shí)間片方式傳送。首先將EMM封裝為IP數(shù)據(jù)報(bào)形式,封裝后EMM-IP 數(shù)據(jù)的時(shí)間分片方式與其他的IP數(shù)據(jù)相同,并采用MPE-FEC以減少數(shù)據(jù)丟失。從接收終端的角度來(lái)看,載有EMM的IP數(shù)據(jù)是一個(gè)附加業(yè)務(wù),它是必須被接收的,恢復(fù)出的EMM-IP數(shù)據(jù)將被傳送到DVB-CAS特定的模塊對(duì)EMM信息處理。

通過(guò)上述方式處理后,DVB-CAS不會(huì)對(duì)用戶漫游造成任何影響。


2、MPE-FEC

DVB-H標(biāo)準(zhǔn)在數(shù)據(jù)鏈路層為IP數(shù)據(jù)報(bào)增加了RS(Reed-Solomon)糾錯(cuò)編碼,作為MPE的前向糾錯(cuò)編碼,校驗(yàn)信息將在指定的FEC段中傳送,我們稱之為MPE-FEC。MPE-FEC的目標(biāo)是提高移動(dòng)信道中的C/N、多普勒性能以及抗脈沖干擾能力。注意,該部分內(nèi)容在標(biāo)準(zhǔn)中不是強(qiáng)制的,因此沒(méi)有MPE-FEC功能的接收終端可以簡(jiǎn)單地略過(guò)FEC段完成業(yè)務(wù)接收。
實(shí)驗(yàn)證明即使在非常糟糕的接收環(huán)境中,適當(dāng)?shù)氖褂肕PE-FEC仍可以準(zhǔn)確無(wú)誤恢復(fù)出IP數(shù)據(jù)。MPE-FEC的數(shù)據(jù)開(kāi)銷分配非常靈活,在其它傳輸參數(shù)不變的情況下,如果校驗(yàn)開(kāi)銷提高到25%,則MPE-FEC能夠使手持終端達(dá)到和使用天線分集接收時(shí)相同的C/N。實(shí)際上,我們可以通過(guò)選定一個(gè)高配置的傳輸參數(shù)提高傳輸碼率來(lái)補(bǔ)償MPE-FEC的開(kāi)銷,而它將提供比DVB-T(沒(méi)有MPE-FEC)好得多的性能,例如在高速、單一天線的情況下,采用MPE-FEC的手持終端能夠在DVB-T環(huán)境下接收8K/16-QAM甚至是8K/64-QAM信號(hào),此外MPE-FEC提供非常好的抗脈沖干擾能力。

MPE-FEC幀被安排在一個(gè)255列的矩陣中,行的數(shù)量是可變化的,行數(shù)可以從1變化到一個(gè)定值,該值在time slice fec identifier descriptor描述符中標(biāo)識(shí),最大為1024,因此最大的MPE-FEC幀占用2M比特。

矩陣中的每個(gè)位置控制一個(gè)信息字節(jié),MPEF-FEC靠左邊的191個(gè)列用于IP數(shù)據(jù)報(bào)和內(nèi)容填充,稱為應(yīng)用數(shù)據(jù)表;靠右邊的64個(gè)列用于描述FEC碼的校驗(yàn)信息,稱為RS數(shù)據(jù)表;我們將這種RS編碼稱為RS(255,191)。

功耗也是我們需要考查的目標(biāo),MPE-FEC在0.13µm工藝下消耗2mW功率,在0.18µm工藝下消耗1mW,事實(shí)上由于該模塊工作的時(shí)間很短,其平均功耗甚至可以忽略不計(jì)。


3、4K模式和深度符號(hào)交織

DVB-H標(biāo)準(zhǔn)在DVB-T原有的2K(2048)和8K(8192)模式下增加了4K(4096)模式,通過(guò)協(xié)調(diào)移動(dòng)接收性能和單頻網(wǎng)規(guī)模進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的靈活性。同時(shí),為進(jìn)一步提高移動(dòng)時(shí)2K和4K模式的抗脈沖干性能,DVB-H標(biāo)準(zhǔn)特為二者引入了深度符號(hào)交織(in-depth interleaving)技術(shù)。

在DVB-T系統(tǒng)中,2K模式比8K模式提供更好的移動(dòng)接收性能,但是2K模式的符號(hào)周期和保護(hù)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(hào)具有較長(zhǎng)的周期和保護(hù)間隔,能夠建造中型單頻網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者能夠更好地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化,提高頻譜效率,雖然這種優(yōu)化不如8K模式的效率高,但是4K模式比8K模式的符號(hào)周期短,能夠更頻繁的進(jìn)行信道估計(jì),提供一個(gè)比8K更好的移動(dòng)性能?傊,4K模式的性能介于2K和8K之間,為覆蓋范圍、頻譜效率和移動(dòng)接收性能的權(quán)衡提供了一個(gè)額外的選項(xiàng)。

DVB-H中3種模式關(guān)于單頻網(wǎng)峰窩規(guī)模和移動(dòng)接收性能的特點(diǎn)可總結(jié)如下:
(1)8K模式適用于單個(gè)發(fā)射機(jī)和大、中、小型單頻網(wǎng),它的多普勒性能允許進(jìn)行高速的移動(dòng)接收。
(2)4K模式適用于單個(gè)放射機(jī)和中、小型單頻網(wǎng),它的多普勒性能允許進(jìn)行更高速的移動(dòng)接收。
(3)2K模式適用于單個(gè)放射機(jī)和小型單頻網(wǎng),它的多普勒性能允許進(jìn)行超高速的移動(dòng)接收。
在脈沖噪聲干擾條件下,由于8K模式的符號(hào)周期較長(zhǎng),噪聲功率被平均分配到8192個(gè)子載波上,因此比2K和4K具有更好的抗干擾性能。DVB-H標(biāo)準(zhǔn)為克服這一缺點(diǎn),利用8K符號(hào)的交織器對(duì)2K和4K進(jìn)行深度符號(hào)交織,使二者能夠具有接近8K模式的抗脈沖干擾性能。

雖然4K模式和深度符號(hào)交織器處在物理層,但這并不意味著要對(duì)DVB-T設(shè)備過(guò)多改造,事實(shí)上一個(gè)典型的DVB-T移動(dòng)解調(diào)器(8K)已經(jīng)具有足夠的RAM和邏輯控制單元。此外,4K模式的發(fā)射頻譜與2K和8K模式非常相似,預(yù)計(jì)不需要對(duì)發(fā)射機(jī)的濾波器進(jìn)行改造。


4、DVB-H TPS

DVB-H TPS(傳輸參數(shù)信令)能夠?yàn)橄到y(tǒng)供一個(gè)魯棒、易訪問(wèn)的信令機(jī)制,能使接收機(jī)更快地發(fā)現(xiàn)DVB-H業(yè)務(wù)。TPS是一個(gè)具有良好魯棒性的信號(hào),即使在低C/N地條件下,解調(diào)器仍能快速將其鎖定。DVB-H系統(tǒng)使用兩個(gè)新TPS比特標(biāo)識(shí)時(shí)間片和可選的MPE-FEC是否存在,另外用DVB-T中已存在的一些共享比特表示4K模式、符號(hào)交織深度和蜂窩標(biāo)識(shí)。


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