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STiMi技术详解

 摘自:新浪科技   发表日期: 2006-11-14 8:59:35
 
     移动多媒体广播(俗称“手持电视”),已经成为目前炙手可热的发展热点。移动多媒体广播业务是指通过卫星和地面无线广播方式,在手机、PDA、MP3、MP4、数码相机、笔记本电脑等七寸以下的小屏幕、移动便携手持式终端上,实现随时随地接收广播电视节目收视与信息服务。根据权威机构的预测,到2008年全球的手持移动娱乐和多媒体业务的收入将达到820亿美元,如此巨大的市场刺激了移动多媒体广播技术的快速发展。

  2006年10月24日,国家广电总局正式颁布了中国移动多媒体广播系统(简称“CMMB”)广播信道行业标准《GY/T 220.1-2006 移动多媒体广播 第1部分:广播信道帧结构、信道编码和调制》,确定了采用我国自主研发的移动多媒体广播传输技术(该技术简称“STiMi”)。目前国际上还没有形成统一的移动多媒体广播标准,正处于大规模应用的前期,因此该标准的及时出台,对我国移动多媒体广播和民族工业的发展具有重要意义。

  1.CMMB体系架构

   CMMB系统是利用大功率S波段卫星信号覆盖全国范围、利用地面增补转发器同频同时同内容转发卫星信号,补点覆盖卫星信号盲区、利用无线移动通信网络构建回传通道,组成单向广播和双向交互相结合的移动多媒体广播网络。系统架构和组成如图1所示。  


图1:CMMB系统框图

  CMMB系统针对我国幅员辽阔、传输环境复杂、东部地区城市密集西部稀疏、用户众多和业务需求多样化的特点,立足我国国情,吸纳成熟先进技术而设计的“天地一体”系统。这一系统可以低成本、快速地实现移动多媒体广播信号在全国的覆盖,促进东西部“数字鸿沟”的弥合。CMMB系统采用的STiMi传输技术充分考虑了在我国开展移动多媒体广播的需求和特点,是一项具有先进性、实用性和经济性的自主技术。

  2.STiMi信道传输技术

  STiMi技术是面向移动多媒体广播设计的无线信道传输技术,中国自主研发的CMMB体系架构中的核心部分。STiMi技术充分考虑到移动多媒体广播业务的特点,针对手持设备接收灵敏度要求高,移动性和电池供电的特点,采用最先进的信道纠错编码和OFDM调制技术,提高了抗干扰能力和对移动性的支持,采用时隙节电技术来降低终端功耗,提高终端续航能力。


图2: STiMi系统框图

  a)信道编码和星座映射

  STiMi采用了RS编码和高度结构化低密度奇偶校验码(LDPC)技术。在目前已有的编码方法中,LDPC是一种能够逼近Shannon限的性能优秀的信道纠错编码方法,因其卓越的性能使它成为高速宽带系统应用中理想的编码方式。STiMi技术采用了创新的LDPC构造方法和低复杂度的译码方法,不仅提高了接收灵敏度,而且极大地降低了整个编译码器硬件执行的复杂性,利于芯片实现。


2: STiMi系统框图

  STiMi可以用BPSK、QPSK和16QAM的星座映射模式,适合传输不同服务质量要求的业务。

  b)OFDM调制

  OFDM的基本原理是将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据并对不同的载波进行调制。这种并行传输体制大大扩展了符号的脉冲宽度,提高了抗多径衰落的性能。同时使各子载波上的频谱相互重叠,但这些频谱在整个符号周期内满足正交性,从而不仅保证接收端能够不失真地复原信号的,而且大大提高了频谱利用率。

  在OFDM系统中,接收机需要进行帧同步捕获和OFDM符号同步捕获,然后才能进行正确解调。STiMi技术创造性地使用了时间域扩频信标用于同步捕获,具有同步捕获时间短、抗载波频偏能力强、抗信道多径时延扩展能力强的特点。这种方式大大减小用户开机到正常接收所需要的同步时间。尤其在紧急广播环境下,可以保证用户的快速、可靠接收。

  无线信道的时域和频域响应是时变的,多径引起的频域选择性衰落在不同的子载波上也表现出衰落的不一致性,因此OFDM符号各个子载波上会出现畸变的不均匀性。因此,必须采用信道估计的办法来估计出信道的时域和频域响应,对接收到的数据进行校正和恢复。STiMi采用导频技术,不仅保证了复杂无线传输条件下可靠的信道估计和均衡,而且降低解调模块硬件复杂度,利于芯片实现。

  c)时隙技术

  STiMi物理层信号每1秒为1帧,划分为40个时隙。每个时隙的长度为25ms,包括1个信标和53个OFDM调制数据块。时隙划分和帧结构如图3所示。每个广播业务可以占用一个或几个时隙,表1是几种比较典型的配置方式。


图3: STiMi帧结构


  在同时传送的多路多媒体信号中,接收机根据用户收看的频道,利用时隙开关天线、调谐器等大功耗的器件,只接收相关时隙,而在其他时隙这些大功耗器件都处于关闭状态,从而大大降低终端功耗,有效的提高了终端续航能力。

  以一般384kbps的视频业务为例,需要占用两个时隙,接收机只需要在这两个时隙处于工作状态,而在其他时隙都处于关闭状态,节电效率为95%。


图4:时隙节电示意图

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