（通信与信息系统专业论文）关联规则挖掘在cmmb无线单频网络分析中的实现与应用.pdf

摘要 摘要 随着广播电视的数字化及移动技术的相互融合，移动多媒体广播将成为广播 电视产业的一个重要应用。国内外各种移动多媒体广播的标准应运而生，中国移 动多媒体标准就是一个值得关注的标准。中国的手机电视业务发展迅速，以手机 电视为代表的中国移动多媒体广播( c 舳，c h i n am o b i l em u l t i m e d i a b r o a d c a s t i n g ) 在奥运会期间发挥了重大作用；截止到2 0 0 8 年底，c m m b 的网络 已经覆盖了全国4 0 多个重点城市，发展了超过1 0 0 万的用户。在我国，移动多媒 体广播发展非常迅猛，各地c m m b 地面无线覆盖网络正陆续建成，好的无线广播 网络是c m m b 成功的关键之一。在c m m b 无线网络的建设中，要进行网络的设 计、规划和优化等，必须进行c m m b 网络的路测和分析，因此c m m b 要广泛推 广使用，这就意味着必须加大力度分析、解决这一问题。当网络的建设初具规模 后，便进入一个较长时间的建设、路测、分析、优化、建设的循环建设过程。 只有通过不断分析网络，才能使网络最终在最好的资源利用率下达到一个较高的 客户满意度。网络分析是系统实际运营过程中一个必不可少的工作。 本文以简化c m m b 无线网络的测试和节约测试成本为目的，利用基于关联规 则数据挖掘的a p r i o r i 算法来获取c m m b 无线网络优化的关键指标的门限值，在 实际测试中进行了应用，并给出了c m m b 无线网络测试中的应用实例。主要工作 如下： 首先概述了c m m b 的发展历史和原理及其研究现状，通过研究c m m b 相关 标准，介绍了c m m b 的基本概念、系统结构和网络路测的物理层参数，阐述了 c m m b 网络测试仪器的功能，并对北京c m m b 网络进行了路测分析。 其次，介绍了数据挖掘技术、数据挖掘的体系结构与数据挖掘的步骤以及关 联规则的数据挖掘和a p r i o r i 算法。 再次，详细阐述北京c m m b 无线网络测试数据的预处理、数据挖掘的工作流 程和c m m b 网络分析系统实现，包括创建重要数据库表结构和类结构定义以及 c m m b 网络分析数据的导入与存储。 最后，通过数据库模块和关联算法模块，描述了改进的a p r i o r i 算法，并用v c + + 编程对算法进行了实现。通过创建实际路测数据的数据库，进行数据挖掘，分析 生成的支持度和可信度表，得到c m m b 网络重要参数的门限值表，并在实际的网 络优化中进行应用。 通过对a p r i o r 算法的改进和系统的实现结果分析，用a p r i o r i 关联规则算法对 c m m b 网络分析数据挖掘是可行和有意义的。 重庆邮电大学硕士论文 关键词：c m m b ，单频网，网络分析，关联规则，数据挖掘 i i a b s t r a c t a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ef u s i o no fd i g i t a l i z a t i o no fr a d i oa n dt va n dm o b i l et e c h n o l o g y , m o b i l em u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n gs e r v i c ei sb e c o m i n ga l li m p o r t a n ta p p l i c a t i o ni nt h e b r o a d c a s t i n ga n dt e l e v i s i o ni n d u s t r y v a r i o u sm o b i l em u l t i m e d i as t a n d a r d sh a v eb e e n a n n o u n c e d ，a m o n gw h i c hc h i n am o b i l em u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n gs t a n d a r di st h eo n e o fw o r t hp a y i n ga t t e n t i o nt o c h i n a sr a p i dd e v e l o p m e n to fm o b i l et vs e r v i c e st o m o b i l et va st h er e p r e s e n t a t i v eo fc h i n am o b i l em u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g ( c m m b ， c h i n am o b i l em u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g ) p l a y e dam a j o rr o l ed u r i n gt h eo l y m p i cg a m e s ； u pt oe n do f2 0 0 8 ，m o r et h a n4 0k e yn a t i o n a lc i t i e sh a v ea l r e a d yc o v e r e da n dm o r et h a n 1m i l l i o nu s e r sh a v ed e v e l o p e do ft h ec m m bn e t w o r k i nc h i n a ，t h em o b i l em u l t i m e d i a b r o a d c a s t i n gi sd e v e l o p i n ga tar a p i ds p e e d ，l o c a lc m m bt e r r e s t r i a lw i r e l e s so v e r l a y n e t w o r k sa r eb e i n gb u i l t ，ag o o dr a d i on e t w o r ki st h ek e yt ot h es u c c e s so fc m m b i n c m m bw i r e l e s sn e t w o r kc o n s t r u c t i o n ，t oc o n d u c tn e t w o r kd e s i g n ，p l a n n i n ga n d o p t i m i z a t i o nm u s tb ec a r r i e do u tc m m bn e t w o r kd r i v et e s ta n da n a l y s i s f o rt h es a k e o ft h ew i d eu s eo fc m m b ，w h i c hm e a n st h a tw em u s ti n c r e a s ee f f o r t st oa n a l y z ea n d s o l v et h i sp r o b l e m t h ec o n s t r u c t i o no fs h a p ew h e nt h en e t w o r ka f t e rt h e ye n t e ral o n g t i m eb u i l d i n g ，r o a dt e s t ，a n a l y s i s ，o p t i m i z a t i o n ，c o n s t r u c t i o no f t h ec y c l eo f b u i l d i n gp r o c e s s i t i so n l yt h r o u g hc o n t i n u e da n a l y s i so ft h en e t w o r k ，m a k e st h e n e t w o r ku l t i m a t e l yi nt h eb e s tr e s o u r c eu t i l i z a t i o na n dr e a c h e sah i g h e rc u s t o m e r s a t i s f a c t i o n n e t w o r ka n a l y s i si st h ee s s e n t i a lw o r ko fa na c t u a lo p e r a t i n gs y s t e m t os i m p l i f yt h ec m m bw i r e l e s sn e t w o r kt e s t i n ga n dn e t w o r kt e s t i n gc o s ts a v i n g s f o rt h ep u r p o s eo ft h i sp a p e rw h i c hp r e s e n t sad a t ai l l i i l i n gb a s e do na s s o c i a t i o nr u l e s a p r i o r ia l g o r i t h mt oo b t a i nt h ec m m bk e yi n d i c a t o r so f t h r e s h o l dv a l u eo ft h ew i r e l e s s n e t w o r ko p t i m i z a t i o n ，a n dc a r r i e do u ti na c t u a lt e s ta p p l i c a t i o na n dg i v eo u to fc m m b w i r e l e s sn e t w o r kt e s te x a m p l e s m a i nt a s k sa r ea sf o l l o w s ： f i r s to fa l l ，w eg i v eab r i e fs u r v e yo np r i n c i p l ea n dd e v e l o p m e n to fc m m b s y s t e m b ys t u d y i n gc m m bs t a n d a r d s ，c m m bb a s i cc o n c e p t s ，s y s t e ms t r u c t u r ea n dd r i v et e s t p h y s i c a ll a y e rp a r a m e t e r s a r e i n 仃o d u c e d c a p a b i l i t i e so fc m m bn e t w o r kt e s t i n s t r u m e n ta r ed e s c r i b e da n db e i j i n gc m m bn e t w o r kd r i v et e s ti sa n a l y z e d t h e n ，d a t am i n i n gt e c h n o l o g y , d a t am i l l i n ga r c h i t e c t u r ea n dd a t am i n i n gs t e p s ，a s w e l la sa s s o c i a t i o nr u l e so fd a t am i n i n ga n d a p r i o r ia l g o r i t h m sa r ei n 仃o d u c e d t h e n ，d a t ap r e - p r o c e s s i n go ft h eb e i j i n gc m m bw i r e l e s sn e t w o r kt e s t ，d a t am i n i n g i i i 重庆邮电大学硕士论文 w o r k f l o wa n di m p l e m e n t a t i o no fc m m bn e t w o r ka n a l y s i ss y s t e ma r ei n t r o d u c e di n d e t a i l ，i n c l u d i n gc r e a t i n ga ni m p o r t a n td a t a b a s et a b l es t r u c t u r ea n dd e f i n i t i o no fc l a s s s t m c t u r e ，a sw e l la sc m m bn e t w o r ka n a l y s i so fd a t ai m p o r ta n ds t o r a g e f i n a l l y , b yd a t a b a s em o d u l ea n da s s o c i a t i o na l g o r i t h mm o d u l e ，t h ei m p l e m e n t a t i o n o fi m p r o v e da p r i o r ia l g o r i t h mi sd e s c r i b e da n di sb y v c + + b yc r e a t i n gd a t a b a s eo ft h e a c t u a ld r i v et e s td a t at od a t am i n i n ga n da n a l y s es u p p o r tf o r ma n dc o n f i d e n c ef o r m ， c a r r i e do nt h et h r e s h o l dv a l u et h a tt h ed a t am i n i n gg e t st h ei m p o r t a n tp a r a m e t e ro ft h e c m m bn e t w o r kf o r m ，a n di sa p p l i e di nt h ea c t u a ln e t w o r ko p t i m i z a t i o n b yi m p r o v e m e n to fa l g o r i t h ma n da n a l y s i so fs y s t e m ，u s i n ga p r i o r ia s s o c i a t i o n r u l e sa l g o r i t h mt od a t am i n i n go fc m m bn e t w o r ka n a l y s i si sf l e a s i b l ea n d m e a n i n g f u l k e y w o r d s ：c m m b ，s i n g l ef r e q u e n c yn e t w o r k ，n e t w o r ka n a l y s i s ，a s s o c i a t i o nr u l e s ， d a t am i n i n g i v 第一章绪论 1 1 课题背景和意义 第一章绪论弟一早珀下匕 数字化是一场全世界范围的新技术革命，是广播电视发展的必然趋势。在广 播电视领域当前的一个重大趋势就是由模拟传输向数字传输转变。数字电视克服 了模拟电视噪声大、有重影等缺陷，可以传输宽屏幕高清晰度电视( h d t v ) 节目， 此外还可以传输多声道、增强的声音节目以及其它一些数据业务。广播电视行业 的数字化，也已经成为当前行业的重点。无论是有线传输方式还是无线传输方式， 数字电视均能给收视用户提供更加清晰稳定的电视节目，能采用互动形式给用户 带来更好的体验。因此，移动多媒体广播己经成为目前炙手可热的发展热点。广 播电视是我国目前最普及最便捷的文化娱乐信息工具，中国移动多媒体广播( c h i n a m o b i l em u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g ，c m m b ) 是广播电视数字化带来的新技术在新领 域中的应用，填补了广播电视对移动人群的服务空白。凭借快捷、普及、低成本 的特点，特别是点对面传播这一传统的方式，c m m b 在对大众的普遍服务上具有 先天的优势。 一 移动多媒体广播业务是指通过卫星和地面无线广播方式，在具有七英寸以下 的小屏幕移动便携式终端或其他移动终端上，实现随时随地接收广播电视节目收 视与信息服务。随着数字广播电视技术的发展，各种技术应用的不断创新，通过 广播电视传输覆盖网开展移动多媒体广播业务，已经满足了大众日益增长的精神 文化需求。中国移动多媒体广播标准在这样的背景下应运而生。作为我国在移动 多媒体广播行业具有自主知识产权的标准，中国移动多媒体广播能够扩展当前用 户的多媒体体验，实现移动终端的多媒体化，促进产业的巨大发展。目前，相关 协议标准已经颁布有十多个。它是国内自主研发的第一套面向手机、p d a 、m p 3 、 m p 4 、数码相机、笔记本电脑等多种移动终端的系统，利用s 波段卫星信号实现 “天地 一体覆盖、全国漫游，支持2 5 套电视节目和3 0 套广播节目，标志着我 国正式进入手机电视国家【l j 【2 】1 3 】。 c m m b 经过三年多的发展，目前，北京已成立c m m b 运营总公司，河南、山 东、天津、四川、云南、内蒙古、黑龙江、吉林、辽宁等1 6 省已成立c m m b 运营 省市公司，其它各地c m m b 省市运营公司正在陆续成立。运营公司的成立和用户 对业务需求量的剧增，推动了我国移动数字多媒体广播的快速发展【4 1 。地面数字电 视广播网络有两种组网方式，多频网和单频网。与多频网相比，单频网具有很多 优势。而c m m b 基本采用单频网，既能方便用户接收，又能提高频谱效率。所谓 重庆邮电大学硕士论文 单频网，即在一定的地理区域，若干部发射机同时在同一个频段上发射同样的信 号，以实现对该区域的可靠覆盖。由于接收机可以接收来自不同发射机的信号， 多点发射的单频网会在覆盖区产生多径。对于数字电视系统来说，由于它具有强 大的抗干扰能力和数字处理能力，单频网允许覆盖区的重叠，会大大改善覆盖边 缘的峭壁效应，提高覆盖质量，扩大覆盖范围。 在我国，移动多媒体广播发展非常迅猛，各地c m m b 地面覆盖网络正陆续建 成，好的无线广播网络是c m m b 成功的关键之一。c m m b 无线网络的建设中， 要进行网络的设计、规划和优化等，必须进行c m m b 网络的路测和分析，因此 c m m b 要广泛推广使用，这就意味着必须加大力度分析、解决这一问题。 c m m b 无线单频网络是数字广播系统，以下行无线覆盖为主要目的，所以对 c m m b 网络覆盖的测试是非常重要的。网络测试的主要参数包括信噪比s n ，信 号强度指示r s s i ，l d p c r s 的误块率l d p c r sb l e r ，l d p c 的迭代次数，频率 偏移，调制误差率m e r 和调制精度一误差矢量幅度e v m 以及星座图等。无线网络 的覆盖质量需要路测的数据和对网络性能的分析，从而为网络优化提供依据。 c m m b 网络覆盖质量与信号强度、信噪比、误块率等有关。利用这些参数的门限 值来判别网络的性能和覆盖质量可以使测量过程简化。 统计方法中使用的数据通过实验室的静态测量获取。然而在实际环境中，无 线广播信道中传播的信号往往会受到信道环境中各种物体引起的遮蔽、吸收、反 射、折射和衍射等影响，与有线传输介质相比，无线广播信道是会随着时间、外 部环境和各种外部因素的改变而发生变化的复杂传输环境，因此使用实验室统计 得到的数据来分析信号覆盖就不够准确，并且实验室测量需要昂贵的设备。高端 测试仪表可以测量的参数多，能测量从物理层到网络层的参数，但是价格太高； 低端仪表价格便宜，可以测量信噪比s n 和信号强度r s s i 。如果已知信噪比和信 号强度的门限值，就可以通过低端仪表测量的信号电平和信噪比值，根据门限值 就可以方便的判断当前的信号质量。利用低端仪表测量既简化了测试过程也节约 了网络测试成本，对正在建c m m b 网的城市也有重要的作用。 1 2 移动多媒体广播的发展和研究现状 1 2 1 移动多媒体广播的发展 由于移动多媒体广播采用了数字电视技术，交通工具在限定时速之内的运动 状态中，也可以稳定清晰地接收节目，实时性比较强，因而逐渐被人们所接受。 移动多媒体广播于2 0 0 1 年2 月首先于新加坡出现，全国共建设8 个发射台，在1 5 0 0 2 第一章绪论 辆公交车上安装了移动电视设备，为1 5 0 万人提供服务。韩国t u 传媒在世界范围 首先引入卫星移动多媒体广播的概念，采用卫星发送、掌上手机接收信号，成为 数字多媒体广播( d i g i t a lm u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g ，d m b ) ，实际可采用地面和卫星 两种传播方式。在日本，移动广播电视公司于2 0 0 4 年5 月2 0 日获得了日本总务 省的广播电视许可证，朝商业化迈出了第一步。2 0 0 4 年7 月开始免费在日韩两国 面向移动电视终端和车载导航仪开通卫星广播电视服务。欧洲方面主要进行了基 于d v b h 标准的移动多媒体广播试验和商用。在芬兰，d i g i t a 于2 0 0 6 年3 月开始 在全国布网，在摆脱了有关节目版权的相关纠纷后于2 0 0 7 年5 月开始运营。意大 利业务开通较多，2 0 0 6 年就有包括沃达丰在内的3 家公司开通了服务【5 】。法国于 2 0 0 8 年开通相关业务。 1 2 2c m m b 标准的出台 当前，国家广播电影电视总局已经明确自主知识产权的移动多媒体广播技术 体系，并为此成立移动多媒体广播技术研究工作组，联合相关企事业单位研究机 构的技术力量共同开展移动多媒体广播系统技术规范的研究编制、试验系统建立 和产业化准备等各项工作，建立我国移动多媒体广播系统标准体系，实现以自主 知识产权为核心的移动多媒体广播系统。2 0 0 6 年1 0 月2 4 日，广电总局正式颁布 了中国移动多媒体广播系统的广播信道行业标准，g y 厂r 2 2 0 1 2 0 0 6 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【6 】，确定了采用我国自主研发的 移动多媒体广播传输技术标准星地交互式多服务体系架构( s a t e l l i t e t e r r e s t r i a l i n t e r a c t i v em u l t i s e r v i c ei n f r a s t r u c t u r e ，s t i m i ) 。 1 2 3c m m b 的研究现状 广电行业手机电视标准c m m b ( 中国移动多媒体广播) 正在加紧部署一个大 规模的网络。 大范围布网：3 2 4 个城市的频率已经规划完成，目前c m m b 产业链的各个环 节可以为这一大规模建网提供支撑，唯一的问题是时间较紧。目前，c m m b 的重 要进展为：自2 0 0 7 年8 月以来，c m m b 已在北京、青岛、沈阳、上海、秦皇岛、 天津等6 个奥运城市，加上深圳、广州共8 个城市开通了c m m b 发射站，开展了 地面网络覆盖工作。北京地区到2 0 1 0 年6 月完成l o 个发射点的网络建设，基本 可以覆盖六环以内的范围，其他城市先建设一个发射点，覆盖主要城区。在国家 广电总局广播科学院和电视规划院联合举办的一次内部会议上，国家广电总局电 视规划院院长姜文波表示，2 0 0 7 年初，在全国3 5 个主要直辖市和省会级城市开始 3 重庆邮电大学硕士论文 建设地面覆盖网，开展设备招标工作，加上还等待规划的拉萨和贵阳，计划达到 3 7 个城市。3 5 城市的招标和建网本来计划在2 0 0 8 年前完成，但相关人士透露， 内部已经将这一时间稍稍放宽到2 0 0 8 年3 月2 1 日，因为相关主管部门希望3 5 个 城市的c m m b 网络建网标准是一开通就是可运营的网络。而于2 0 0 7 年年底启动 的针对3 5 城市网络覆盖的c m m b 的第二轮设备招标行动，包括发射机、测试仪 器、c m m b 便携终端，以及其他支撑系统设备等，已于2 0 0 8 年1 月份开始。竞标 厂家包括联想移动、中兴通讯、湖南国科广电以及北京欣网科科技等。 在地面建网方面，c m m b 将基本在各个城市现有的电视发射塔基础上进行改 造，这将节省大量的建网成本，而北京将建设1 0 个发射点。业内专家表示，虽然 广电总局相关部门规划了3 2 4 个城市，但大型发射机等设备的制造和运输受客观 条件制约，目前只能说完成2 0 0 个左右城市信号覆盖问题不大，由于时间紧迫， 可能来不及完成全部3 2 4 个城市的信号覆盖。但全国2 0 0 个主要城市以上的信号 覆盖，已经足以带动整个产业链进行量产。 终端和内容： 目前，c m m b 设备产业化进程已取得显著成效，c m m b 吸引了国内外2 0 0 多 家企业参与产业联盟，在短时间内，完成了从标准原型机向实用商用产品的跨越， 实现了终端产品的规模化，从发端到终端的整个设备产业链中，国内企业均占主 导地位。目前有6 家企业生产出了c m m b 核心芯片，上百家企业生产出了手机类、 p d a 、m p 4 、u s b 电视棒、车载电视等二百多款不同价位的c m m b 终端产品。2 0 0 8 年1 2 月中旬，广电总局无线局下属中广卫星移动广播有限公司组织进行了一百万 台c m m b 终端集中采购工作。有1 0 2 家企业的2 8 8 款终端参与了评选，最终确定 了7 9 家企业( 手机类企业5 3 家) 的2 3 0 款终端入围，其中，国内企业7 7 家、终 端2 2 8 款，绝大部分产品价格低于2 5 0 0 元，有的产品价格最低到了1 5 0 元。国内 企业包括联想、中兴、长虹、海尔、创维、海信、天宇朗通等大型手机制造企业 和消费电子制造企业。c m m b 终端采集结果表明，我国移动多媒体广播电视设备 产业链已经全面成熟，设备制造产业规模庞大。c m m b 是我国自主知识产权的技 术，通过全面推广应用这项技术，使得我国移动多媒体广播电视终端的研发制造 水平已经超过国外同类产品，民族工业占据主导地位，形成了运营商和设备产业 界和谐共赢的局面，实现了中央提出的“立足自主知识产权，立足民族工业”的 目标。 1 3 主要移动多媒体广播标准及比较 c m m b 与其他支持移动广播的标准主要技术对比如表1 1 所示： 4 第一章绪论 表1 1c m m b 及其他国际移动广播标准技术对比 星座 标准频率范围保护间隔信道编码带宽同步 映射 4 7 0 7 9 8b p s k c m m bm h z循环前缀 l d p c + r s 2 m h z 连续导频 8 m h z 信标 q p s k 2 6 g h z 1 6 q a m 2 6 3 2 6 5 5 b p s k s d m b c 十r s 2 5 m h z 导频信道 g h z q p s k 4 7 0 8 9 0 5 , 6 ，7 ，8 循环前缀 q p s k d v b h 循环前缀 c + r s m h zm h z 连续导频1 6 q a m 1 4 7 2 7 0 t - d m b 循环前缀 c + r s1 5 4 唧z 同步信道 q p s k m h z 4 7 0 7 7 0循环前缀d i s d b t循环前缀c 哪 4 2 9 k h z m h z 连续导频4 一q p s k 5 , 6 ，7 ，8 时域导频 q p s k m e d i a f l o7 1 9 m h z 循环前缀 t u r b o + r s m h z 信道1 6 q a m 1 4 本文工作 本文首先简要的分析c m m b 系统的传输方案和c m m b 无线单频网络的知识， 说明c m m b 网络的路测原理、物理层测量参数和网络分析方法。接着详细阐述数 据挖掘技术，c m m b 无线单频网络分析的主要步骤包括建立数据库，采集测量数 据和基于关联规则挖掘的数据分析。 针对实验室测试仪器和高端网络测试仪器昂贵的缺点，利用v i s u a l c + + 6 0 编 程，结合数据库，给出c m m b 网络分析系统实现的步骤和方法，采用关联规则数 据挖掘技术分析路测数据并且应用在c m m b 无线单频网络分析中，主要内容如下： 详细介绍关联规则数据挖掘的a p r i o r i 算法及应用。建立测试数据库，将测试 的连续的数据( 信噪比、信号强度等) 离散化，对数据进行数据挖掘得到网络分 析参数，然后通过基于关联规则的数据挖掘方法挖掘信噪比、信号强度和误块率 之间的关联关系，根据所得的关系确定测量参数门限值进行实际测试中网络优化 指导和应用。 1 5 章节安排 本文共分六章，具体内容安排如下： 第一章为绪论，综述课题的背景和意义以及中国移动多媒体广播( c m m b ) 重庆邮电大学硕士论文 研究的背景、发展和现状。 第二章介绍c m m b 系统的传输方案和无线单频网络的网络架构、地面覆盖网 络以及c m m b 网络测试仪器，通过测试数据给出了北京c m m b 网络的的分析。 第三章阐述数据挖掘技术，主要研究数据挖掘技术，重点研究关联规则的数 据挖掘技术和a p r i o r i 算法。 第四章是本篇论文的重点，研究北京c m m b 无线网络分析系统的工作流程和 系统实现，通过创建数据库、重要数据库表结构和类定义以及c m m b 网络分析数 据的导入与存储。最后实现了数据库生成以及给出了基于关联规则的数据挖掘 a p r i o r i 算法实现，利用v i s u a lc + + 6 0 编程实现该算法。通过对数据的分析得到画 音质量与信噪比及信号电平的可信度表。 第五章描述了实验环境和结果的分析。分析数据挖掘生成的支持度和可信度 表，得出挖掘的门限值。并且介绍了在实际测试环境中如何使用这些值，以及给 出在实际应用中的举例。 第六章总结了本文所做的工作并提出下一步工作，展望未来c m m b 网络性能 的分析与研究。 6 第二章中国移动多媒体广播( c m m b ) 概述 第二章中国移动多媒体广播( c m m b ) 概述 2 1c m m b 系统传输方案 2 1 1c m m b 体系架构 图2 1 是c m m b 系统的架构。它的主要的组成部分包括第一个是广播的前端， 包括广播电视节目和数据业务的内容，通过节目集成平台汇集在一起进行广播。 它的传输系统主要构成包括卫星系统和地面转换网。它是由一个以卫星覆盖为主， 以地面增补网为辅，覆盖全中国，实现随时随地接收广播信号的系统【l 】。 c m m b 系统物理信道传输采用了s t i m i 技术，该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 了最先进的信道纠错码( u ) p c 码) 技术和o f d m 调制技术，提高系统的抗干扰能 力，支持移动性、单频网结构，并采用了时间分片节能技术来降低终端功耗，提高 续航能力。我国在综合各方面因素的基础上，确定采用s 波段( 1 5 5 - 3 4 g h z ) 卫星 覆盖网络和u 波段( 4 7 0 7 9 8 m h z ) 地面覆盖网络，以及地面增补覆盖的技术。 c m m b 系统采用s 波段的频率。它的信号中有一路是直接上行到卫星，然后在 卫星上转播成s 波段的信号，再直接发送给终端。中国有大概5 的面积卫星信号无 法覆盖，这些地方用地面系统增补。也就是说接收终端既可以接收到卫星的信号 也可以接收到面的信号。这两个信号是同时、同频、同信号【l 】。 另外，这个系统还可以利用尤其像带有移动通信模块的终端( 如手机) ，可 以开展交互性的业务。这个c m m b 系统就是目前已经确定的c m m b 系统的架构。 在c m m b 系统构成中，利用大功率s 波段卫星覆盖全国绝大部分国土，利用 地面覆盖网络对城市人口密集区域进行有效覆盖、利用双向回传通道实现交互， 形成单向广播和双向互动相结合、中央和地方相结合的无缝覆盖的系统。c m m b 信号主要由s 波段卫星覆盖网络和u 波段地面覆盖网络实现信号覆盖。s 波段卫 星网络广播信道用于直接接收，k u 波段上行，s 波段下行；分发信道用于地面增 补转发接收，k u 波段上行，k u 波段下行，由地面增补网络转发器转为s 波段发 送到c m m b 终端。为实现城市人口密集区域移动多媒体广播电视信号的有效覆盖， 采用u 波段地面无线发射构建城市u 波段地面覆盖网络。 7 重庆邮电大学硕士论文 通信网 厂 蚴器 u 享酱j 、增补本地发，| 平引、增补本地发，j 、砖差兰 一，箩 。一 一五蔓 一 鏊赫 孽匆婚扮 甏胡嘛 零箩 l 接收终端 图2 1c m m b 系统结构 2 1 2c m m b 系统物理层结构 本节详细分析移动多媒体广播信道物理层结构。广播信道物理层通过物理层 逻辑信道( v t , c r ) 为上层业务提供广播通道。物理层逻辑信道分两种，一种是控制 信息的逻辑信道( c l c h ) ，另外一个是业务信息的逻辑信道( s l c h ) 2 1 。控制逻 辑信道用于承载广播系统控制信息，业务逻辑信道用于承载广播业务。物理层只 有一个固定的控制逻辑信道，占用系统的第0 时隙发送。业务逻辑信道由系统配 置，每个物理层带宽内业务逻辑信道的数目可以为1 3 9 个，每个业务逻辑信道占 用整数个时隙见图2 2 所示。 1r+1r r c l c hs l c h o s l c h ls l c h i (s l c h n p l c h 1r 1r1r 信道编码、调制、时隙分配 1 ， 上 、，jj 上r ， 1 时隙时隙时隙时隙时隙 f 时隙0时隙l时隙2时隙3时隙4时隙5 kk + lk + 23 83 9 i n 2 2 中国移动多媒体广播系统广播信道物理层逻辑信道2 1 物理层对每个逻辑信道进行单独编码和调制，其中控制逻辑信道采用固定的 第二章中国移动多媒体广播( c m m b ) 概述 信道编码和调制模式：i t s 编码采用r s ( 2 4 0 ，2 4 0 ) ，l d p c 编码采用1 2 码率， 星座映射采用b p s k 、q p s k 、1 6 q a m ，这样可以针对不同的网络采用不同的编码 方式，以便对不同的广播网络进行区分。 p l c h 采用这种等时隙方式配置具有显而易见的适于移动多媒体广播的特点。 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，只接收相关的时隙。而在其他时隙这些大功耗器件 都处于关闭状态，从而大大降低了终端的功耗，有效地提高了终端续航能力。例 如，一般的3 8 4 k b p s 的视频业务，在q p s k ，1 2 l d p c ，0 9 r s 码率的情况下仅需 要占用两个时隙，接收机仅需要在这两个时隙和控制时隙处于工作状态即可，节 电效率在9 0 以上i ，j 。 广播信道首先将来自上层的输入数据流经过前向纠错编码、交织和星座映射 后，与离散导频和连续导频复接在一起进行o f d m 调制。调制后的信号插入帧头 后形成物理层信号帧，再经过基带至射频变换后发射。物理层逻辑信道的编码和 o f d m o f d m 基带到 频域符-扰码- 调制 -成帧+射频的 号形成变换 图2 3 物理层功能框图 物理层信号每1 秒为1 帧，划分为4 0 个时隙。每个时隙的长度为2 5 m s ，包括 1 个信标和5 3 个o f d m 符号。基于时隙划分的帧结构如图2 4 所示。 k 卜一i s 一 卜一叫 卜一2 5 m s 叫 图2 4 基于时隙划分的帧结构 9 重庆邮电大学硕士论文 2 1 3 调制 调制是将需要传输的信息比特变换为适合物理信道传输的过程。移动多媒体 广播系统中采用o f d m 调制方式，将业务数据、控制信息、离散导频序列、连续导 频序列组合为o f d m 符号，并经过加扰、成帧等过程，最终变换为标准的s t i m i 基 带信号。 c m m b 系统基带信号包括8 m h z 带宽和2 m h z 带宽两种模式【8 】，其调制过程 完全相同，仅在适用调制参数上有所区别。整个调制包括星座映射、连续导频的 产生、离散导频的产生、o f d m 符号形成、数据加扰、i f f t 信号变换、时域信号 成帧等七个环节。 星座映射： 信息序列经过编码和比特交织后，产生连续的编码后比特流，每个时隙的比 特流记为b = 6 0 ，岛，6 2 ，一。 。o f d m 符号子载波可以采用b p s k 、q p s k 和1 6 q a m 调制，对于不同的带宽模式和调制方式，c 。的取值不同，如表2 1 所示。 表2 1 每时隙编码后比特数目 带宽模式 子载波调制 n 由 b p s k 1 3 8 ，2 4 0 8 m h z q p s k 2 7 6 ，4 8 0 1 6 q a m 5 5 2 ，9 6 0 b p s k 2 7 ，6 4 0 2 m h z q p s k 5 5 ，3 0 0 1 6 q a m 1 1 0 ，6 0 0 经比特交织后的比特流b i b 2 b 3 ，用b p s k ，q p s k 或1 6 q a m 调制到i q 平 面。 b p s k 映射：每次将1 个输入比特( 6 f ，i = 0 ，1 ，2 ) 映射为i q 值。 q p s k 映射：每次将2 个输入比特( b 2 i b 2 m ，i = 0 ，1 ，2 ) 映射为i q 值。 1 6 q a m 映射：每次将4 个输入比特( 6 彳西甜jb 4 i + 2 q ，i = 0 ，1 ，2 ) 映射为i q 值。 图2 5 是c m m b 的星座映射图，图中已包含了功率归一化因子。图2 5 ( a ) 是 b p s k 调制，图2 5 ( b ) 是q p s k 调制，图2 5 ( c ) 是1 6 q a m 调制。 1 0 第二章中国移动多媒体广播( c m ) 概述 一 、 1 0 一一 压 i i 1 l ， 压 万 i 一一上 l 压 ( a ) b p s k 调制 q 一、 1 01 0 0 一l 压 ii 1 l ， 压 万 i l 一一= 1 1 20 1 c o ) q p s k 调制 1 0 0 01 0 1 0 3 0 0 1 0 0 0 0 0 一而 1 0 0 l 1 0 i l 0 0 1 1 0 0 0 1 一： x 1 0 li 3 。l 而 而 1 一而一而 l 1 1 0 11 1 1 l l o o l l lo l o l 3 一一而 1 1 0 0 1 l l o0 1 1 00 1 0 0 ( c ) 1 6 q a m 调制 图2 5c m m b 的星座映射图 2 1 4c m m b 主要测量参数 为了更好的理解c m m b 网络性能、分析网络，必须对现有的网络进行测试。 无线网络进行规划时一般都采用适当的射频传播模型，天线类型及地形类型等， 然而影响射频传播的因素太多，规划者不可能将所有这些因素都考虑进去。因此 需要在整个网络覆盖范围内对r s s i ( r e c e i v e ds i g n a ls t r e n g t hi n d i c a t o r ，接收信号 的强度指示) 、s n r ( s i g n a l t on o i s er a t i o ，信噪比) 、m e r ( m o d u l a t i o ne r r o rr o t e ， 调制误差率) 、调制精度误差矢量幅度e v m 、l d p c ( 1 0 wd e n s i t yp a r i t yc h e c kc o d e ， 重庆邮电大学硕士论文 低密度校验码) 误块率等参数进行测量，也就是所说的路测。 ( 1 ) 射频测量【9 1 r s s i 是接收信号的强度指示，在广播网络中是网络覆盖的一个重要参数，可 以用m w 和d b m 来表示。有时候接收信号的强度用m w 来表示并不是很方便。这 是由于无线信号的衰减并不是线性的，而是与距离的平方成反比。这就意味着在 距离发射机距离a ，测量接收到的功率为p 。如果移动到距离2 a 位置时，这时候信 号功率为p x ( 1 4 a ) ( 2 ) 基带测量 基带测量主要包括c n r 、s n r 、m e r 和e v m 这四个参数。 载噪比( c a r d e rt on o i s er a t i o ) 通常被写成c n r 或者c n ，是被调制信号 的信噪比，它被定义为接收到的调制载波功率p 。和接收机滤波器后噪声功率p n 的 一 t ， 比。啡崇= ( 鲁= 避) 2 其中p 。是接收到的调制载波功率，p n 是接收到的平均噪 r nr 一r m $ 声功率；v c - - 嬲是载波信号电压的平均平方根( r m sr o o tm e a ns q u a r e ) 值，圪一膦