（通信与信息系统专业论文）移动多媒体广播cmmb复用器pms码率检测仪研究与实现.pdf

霉 ， 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所 知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证j 传而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。 申请学位论文与资料茬有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：j 尧冬奄。缦l 日期：亟丝擘上三生三l 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被 查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、 缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此 规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本 学位论文不属 本人签名 导师签名 执日期：聊，三，雩7日期：笙旦：! 兰：乏! 日期：面 至：丕f j 匕京邮电人学硕十学位论文 移动多媒体广播( c m m b ) 复用器p m s 码率检测仪 的研究与实现 摘要 随着信息技术与通信产业的发展，移动多媒体广播将成为我国广 播电视的重要组成部分，成为广播电视的补充和延伸。移动多媒体广 播信号通过卫星和地面无线广播方式发送，在信号覆盖范围内，能够 满足人们在小屏幕、小尺寸、便携的手持类终端如手机、p d a 、m p 3 、 m p 4 、数码相机、笔记本电脑以及车载、船载便携移动终端设备上随 时随地接收新闻、资讯、娱乐等电视节目的需求。 中国移动多媒体广播( c m m b ) 是我国自主研发的、具有完全自主 知识产权的移动多媒体广播标准。c m m b 在发展过程中需要不断地提 高服务质量，不仅仅是提高网络覆盖率、丰富业务，设备的性能优化 也是一个很重要的因素。而设备性能优化的前提是需要有精确的测量。 在移动多媒体广播发端系统中，c m m b 复用器的功能是完成音 频、视频、数据、电子业务指南、紧急广播等信息封装，使其能够在 移动多媒体广播信道上传送。为了指导产业发展，国家发布了g y t 2 2 0 8 - 2 0 0 8 移动多媒体广播第8 部分：复用器技术要求和测量方法， 用于c m m b 复用器的开发、生产、应用、测量和运行维护。 本文设计和实现了一款c m m b 复用器p m s 码率检测仪；探讨了 使用p c i 、a s i 等通信接口，使个人计算机与测试设备进行通信的方 法；并分析了与c m m b 复用器输出的p m s 码率有关的测量算法和技 术要求；同时采用测量结果比对的方式，验证了p m s 码率检测仪测量 结果的准确性和可信性。本文中所介绍的p m s 码率检测仪在测试 c m m b 复用器时已经得到了应用。 关键词：中国移动多媒体广播c m m b 复用器p m s 码率测量 北京邮电人学硕： ：学位论文 t h er e s e a r c h i n ga n d 姗l e n 烈t i a t l o l no f t h ep m sr a r em o n i t o ro f c 口m bn n t i p l e x e r a b s t a c t w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n t o fi n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y a n d t e l e c o m m u n i c a t i o n si n d u s t r 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 gw i l lb ea n i m p o r t a n tc o m p o n e n to fb r o a d c a s ta n dt e l e v i s i o n a n di ta l s ow o u l db ea c o m p l e m e n ta n de x t e n s i o no fb r o a d c a s ta n dt e l e v i s i o n 砀em o b i l e m u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g sr a d i os i g n a li ss e n tv i as a t e l l i t ea n dt e r r e s t r i a l b r o a d c a s t i n g i nt h es i g n a l sc o v e r a g ea r e a ，u s e r sc a nr e c e i v en e w s ， i n f o r m a t i o n ，a n de n t e r t a i n m e n tt vp r o g r a m so nm o b i l et e r m i n a l s s u c ha s m o b i l ep h o n e ，p d a ，m p 3 ，m p 4 ，n o t e b o o kc o m p u t e r s ，a n dt e r m i n a l so n s h i p so rc a r s 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 ( c m m b ) i sam o b i l e m 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 dw h i c hi s i n d e p e n d e n t l yd e v e l o p e db y c h i n a ，a n dc h i n ah a st h ef u l li n d e p e n d e n ti n t e l l e c t u a lp r o p e r t yr i g h t so f c m m b c m m bn e e d st oi m p r o v et h es e r v i c eq u a l i t yc o n t i n u a l l yi ni t s p r o g r e s s ，n o tj u s t t o i m p r o v en e t w o r kc o v e r a g e ，r i c hs e r v i c e s ，t h e p e r f o r m a n c eo p t i m i z a t i o no fe q u i p m e n ti sa l s oav e r yi m p o r t a n tf a c t o r b u t t h ea c c u r a t em e a s u r e m e n ti st h e p r e m i s e o f o p t i m i z i n g d e v i c e p e r f o r m a n c e i nt h em o b i l em u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n go r i g i n a t o rs y s t e m ， c m m bm u l t i p l e x e rf u n c t i o ni st op a c ka u d i o ，v i d e o ，d a t a ，e b u s i n e s s g u i d e ，e m e r g e n c yb r o a d c a s t sa n do t h e ri n f o r m a t i o n ，a n dt h e nt h ep a c k a g e s o ft h e mc a nb es e n ti nt h em o b i l em u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n gc h a n n e l i n o r d e rt o g u i d ei n d u s t r i a ld e v e l o p m e n t t h es t a t er e l e a s e dt h eg y t 2 2 0 8 - 2 0 0 8 m o b i l e m u l t i m e d i a b r o a d c a s t i n g p a r t 8 ：m u l t i p l e x e r t e c h n i c a l r e q u i r e m e n t s a n dm e a s u r e m e n tm e t h o d s f o rc m m b i i 北京邮电人! 学硕十学位论文 m u l t i p l e x e r d e v e l o p m e n t ，p r o d u c t i o n ，a p p l i c a t i o n ，m e a s u r e m e n t a n d o p e r a t i o nm a i n t e n a n c e t h i sp a p e rw i l li n t r o d u c et h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h ep m s r a t em o n t o ro fc m m bm u l t i p l e x e r i tw i l lb ed i s c u s s e di nt h i sp a p e rt h a t t h ew a yo ft r a n s f e r r i n gd a t ab e t w e e np e r s o n a lc o m p u t e r sa n dm e a s u r e m e n t d e v i c e su s i n gp c i ，a s i ，o rs e r i a lp o r ta n dt h ea n a l y s i so ft h em e a s u r e m e n t a l g o r i t h m sa n dt e c h n i c a lr e q u i r e m e n t sw i t ht h ep m so u t p u tr a t e o f c m m bm u l t i p l e x e r a n di tw i l la l s ov e r i f yt h ea c c u r a c ya n dc r e d i b i l i t yo f p m sr a t em o n t i o ru s i n gt h ew a yo fc o m p a r i n gm e a s u r e m e n tr e s u l t s t h e p m sr a t em o n i t o rw h i c hw i l lb ed e s c r i b e di nt h i sp a p e rh a sb e e na p p l i e d k e yw o r d s ：c m m bc m m bm u l t i p l e x e r p m s r a t em e a s u r e m e n t i i i 北京邮电人学硕十学位论文 目录 第一章绪论l 1 1 课题的背景1 1 1 1国外移动多媒体广播发展现状1 1 1 2国内移动多媒体广播发展现状2 1 2论文的内容及意义3 1 3论文的结构与安排4 第二章移动多媒体广播复用器p m s 码率相关知识5 2 1移动多媒体广播简介5 2 2移动多媒体广播信道介绍8 2 2 1移动多媒体广播信道编码和调制方式分析8 2 2 2移动多媒体广播信道时隙技术分析1 l 2 3移动多媒体广播复用介绍1 3 2 3 1移动多媒体复用系统构成1 3 2 3 2复用处理流程。1 4 2 3 3设备要求1 4 2 4复用器输出p m s 码流15 2 4 1p m s 包头l5 2 4 2 t o d 消息1 6 2 4 3 复用帧描述消息1 7 2 4 4复用帧数据18 2 4 5 p m s 填充18 2 5a s i 接口的简介1 9 2 5 1 a s i 传输系统1 9 2 5 2a s i 配置2 0 2 5 3a s i 协议结构一2 0 第三章p m s 码率检测系统的硬件实现2 3 3 1p m s 码流测试系统硬件整体结构2 3 3 2测试系统硬件的f p g a 设计2 3 3 2 1f p g a 设计技术。2 3 3 2 2 v e r i l o gh d l 2 5 3 2 3 c y c l o n e 器件2 6 3 3测试系统硬件的p c i 总线设计2 7 3 3 1p c i 9 0 5 4 芯片2 7 3 3 2芯片功能2 8 3 4测试系统硬件的a s i 接口设计3 0 3 4 18 b 1 0 b 编码3 1 3 4 2 a s i 接口接收部分的设计一3 4 3 4 3a s i 接口发送部分的设计一3 6 第四章p m s 码率检测仪软件设计和实现4 0 i v 北京邮电人学硕十学位论文 4 1测量算法与测量配置4 0 4 1 1测量算法4 0 4 1 2测量配置4 1 4 2测量的技术要求4 l 4 2 1p m s 码率4 2 4 2 2a s i 接口有效码率和最大支持码率4 3 4 2 3a s i 接口动态变化范围一4 3 4 3测量方法4 4 4 4p m s 码率检测仪界面风格与测量指标4 4 4 4 1界面图形的显示4 5 4 4 2测量指标4 5 4 5检测仪软件实现4 6 第五章测试实践4 7 5 1 测量环境4 7 5 2测量对比及分析4 7 5 2 1d v b 复用器设置不同码率的测量分析4 7 5 2 2d v b 复用器输出码率测量对比及分析4 8 5 2 3c m m b 复用器输出码率测量对比及分析4 9 第六章总结和展望5 2 6 1总结5 2 6 2 展望5 3 参考文献5 4 致谢5 6 攻读硕士学位期间发表的学术论文5 7 v 北京邮电人学硕十学位论文 1 1 课题的背景 第一章绪论 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。随着 数字广播电视技术的发展，互联网技术和多媒体技术应用的不断创新，通过广播 电视覆盖网开展移动多媒体广播业务，已经成为占领新的宣传阵地，丰富人民群 众文化生活，保护民族文化产业的必要手段。 移动多媒体广播是通过采用数字编码，经过无线发射、移动接收的方法进行 电视节目的传播。它的最大优势就是支持移动接收，在信号覆盖范围内，支持多 种类型的移动终端，诸如手机、p d a 、p m p 、m p 3 、m p 4 、数码相机等七寸以下 的小尺寸、小屏幕、移动便携手持式终端随时随地接收新闻、资讯、娱乐等电视 节目，以满足现代信息社会“信息无处不在 的需求。 移动多媒体广播是我国广播电视的重要组成部分，是广播电视的补充和延伸。 移动多媒体广播可以通过无线广播电视覆盖网，向各种小屏幕便携终端提供数字 广播电视节目和信息服务，满足人们随时随地听广播看电视的需求。作为信息传 播的一种新媒体形式，移动广播电视正在世界范围内成为广播电视节目传播的一 项重要业务。 1 1 1国外移动多媒体广播发展现状 目前全球各大移动运营商已基于自己的2 5 g 3 g 网络并结合流媒体技术推出 了各种手机电视服务。国际上主流的手机电视的三大技术标准有：欧洲主导的 d v b h 、美国高通主导的m e d i a f l o 、韩国热推的t - d m b 。 ( 一) d v b h ( 手持数字视频广播) d v b h 是欧洲地面视频广播技术，d v b h 标准支持g s m 、g p r s 和w c d m a 网络，它采用m p e g 4 编码，能够提供比t - d m b 更快的数据传输速率( 数据速率 约为3 0 0 k b p s ) 和更好的信号稳定性。它能够灵活利用频率带宽，从而承载更多频 道( 能播出多达5 0 套节目) 。但是，d v b h 在移动性能和画质方面略逊色于t - d m b 。 此外，功耗较高以及结构复杂也是d v b h 有待改进之处。 ( - ) m e d i a f l o ( 媒体前向链路) 由芯片厂商高通开发的m e d i a f l o 标准则是专门为手机环境而设计的，它采 用 f 甚高频和u h f 超高频信道将内容传送给手机。利用f l o 技术，手机就可 北京邮电人学硕 ：学位论文 以像家庭电视一样随意切换，1 5 秒的平均频道切换时间根本不会出现缓存时间或 等待进度条。而它的最大优势在于支持最少2 0 个流媒体播放频道，支持q v g a 分辨率显示每秒3 0 帧画面，1 0 个立体声频道。此外，它对手机电力需求更低。 ( - - - ) d m b ( 数字多媒体广播) 2 0 0 4 年9 月，l g 在全球率先开发出t - d m b ( 地面数字多媒体广播) 接收片上 系统；同年5 月，l g 又开发出全球第一部s d m b 手机s b l 0 0 ；同时持有数字电 视广播的标准一高科技系统委员会( a t s c ) 的原创技术。l g 的d m b 手机是d m b 技术发展的里程碑，在全球率先实现手机以3 0 帧秒的速率播放h 2 6 4 视频，该 手机使用一系列尖端技术，以高分辨率l c d 、庞大的内存空间以及更加持久的电 池支持数字电视广播。 s d m b ( 卫星数字多媒体广播) 服务自2 0 0 5 年5 月在韩国市场上推出以来，倍 受年轻消费者的推崇，市场表现极为成功。它使消费者提前体验未来的电视技术 标准。l g 还在2 0 0 5 年1 2 月推出了t - d m b 服务，并在2 0 0 6 年初将t - d m b 手机 大规模推向市场。 1 1 2国内移动多媒体广播发展现状 中国移动数字多媒体广播( 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 ，即c m m b ) 是国家广电总局于2 0 0 6 年1 0 月颁布的中国移动多媒体广播行业标准。c m m b 确 定采用我国自主研发的移动电视接收标准s t i m i ，该标准从2 0 0 6 年1 1 月1 日起 实施。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 记本电脑多种移动终端的数字多媒体广播系统。c m m b 规定了在广播业务频率范 围内，移动多媒体广播系统广播信道传输信号的帧结构、信道编码和调制，该标 准适用于3 0 m h z 到3 0 0 0 m h z 频率范围内的广播业务频率，通过卫星和或地面无 线发射电视、广播、数据信息等多媒体信号的广播系统，可以实现全国漫游。表 1 1 是国内外技术标准的比较： 移动多媒体广播( c m m b ) 采用卫星与地面相结合的方式，以期实现“天地一 体、星网结合、统一标准、全国漫游”，建立起一个全国覆盖性网络。截至2 0 0 9 年1 2 月1 4 日，全国开通c m m b 的城市已达2 1 9 个【l j 。 在移动多媒体广播系统发端，编码器，复用器，调制器等设备都已经进入生 产阶段，如u b s ，中兴，数码视讯等厂商生产的产品都在系统前端得到了很多的 使用。终端方面，包括诺基亚、摩托罗拉、联想、中兴等1 4 5 家企业已加入到c m m b 阵营，同时联想、中兴等企业已开发出包括手机、m p 4 、p m p 、s d 卡接收器等多 种产品。但是生产的设备是否符合c m m b 标准要求，需要精确的测量和大量的 2 北京邮电人学硕士学位论文 验证，生产初期，由于传统的测试设备的功能不能满足c m m b 标准的某些测量 方法，所以研究标准中特定的测量技术并实现相应的软件对测量设备指导生产有 很大的现实意义。 表1 - 1d v b - h 、m e d i a f l o 、t - d m b 、s - d m b 、s t i m i 技术比较 篓雾 。v b hm 础虹l 。t - d m bs o m bs t i m i 带宽 调制 技术 信道 编码 最大传 输速率 交织 深度 物理层 频道切 换时间 系统理 6 - - 8 ：m h z6 m h z2 m h z2 5 m h z8 m h z2 m h z 4 ko f d m4 ko f d m o f l d k m c d m a o f 4 d k mo f l d k m 骼喾积r s 。骼喾积 r s 学积 r s + l d p c 码 一一 1 。 12 m b p sllm b p s 1 5 m b p s7 m b p s 16 m b p s 3 m b p s o 2 5 s 5 s 0 7 5 s 1 2 s 0 2 5 s 1 5 s 3 5 s 5 s 1 s l 2 s 论性能4 5 d b2 0 d b 4 5 d b4 5 d b2 0 d b ( e b n o ) 1 2 论文的内容及意义 中国移动多媒体广播标准公布之后，必然要将其产业化，形成真正可用于移 动发送和接收的产品。在移动多媒体广播发端系统中，包括编码器，复用器，调 制器等设备。其中复用器的功能是完成音频、视频、数据、电子业务指南、紧急 广播等信息封装，使其能够在移动多媒体广播信道上传送。为了兼容现有的网络 传输设备，复用器的码流输出采用a s i ( a s y n c h r o n o u ss e r i a li n t e r f a c e ) 接口，a s i 的净荷为p m s ( p a c k a g e dm u l t i p l e x i n gs t r e a m ) 。中华人民共和国广播电影电视行 业标准g y t2 2 0 8 2 0 0 8 标准移动多媒体广播第8 部分：复用器技术要求 和测量方法中规定了p m s 输出接口的技术指标以及p m s 码率相应的测量方法。 然而传统的测量工具对c m m b 复用器输出码率的测量已经不能很好的反映标准 g y t2 2 0 8 2 0 0 8 的技术要求，为此开发了p m s 码率检测仪。p m s 码率检测仪分 析了p m s 码率的统计特性包括：码率均值，均方差，最大值，最小值，最大值最 小值差，动态变化范围等。检测仪还实时动态显示p m s 码率，给人直观的效果。 通过比较p m s 码率检测仪和t e k t r o n i x 码流分析仪的测量数据，来验证自主研发 3 北京邮电人学硕十学位论文 的p m s 检测仪的准确性，可信性。 在c m m b 产业化推进的当前阶段，复用器生产厂商为了抢占市场，使企业 更大程度的得到利润，有可能对标准理解不到位，这就体现在产品性能指标上满 足不了要求，p m s 码率检测仪的实现补充了传统测量仪器的不足，方便了p m s 码率的测量，更好的验证复用器是否符合中国移动多媒体广播标准要求。 1 3 论文的结构与安排 本文首先对国内外相关标准发展进行综述，然后分析了标准中与移动多媒体 广播复用器p m s 码率相关知识，随后提出了p m s 码率检测仪整体设计及软硬件 实现，最后采用测量对比的方式验证p m s 码率检测仪的准确性和可信性，以用于 指导生产实践。 本文的各章节内容安排如下： 第一章：绪论。对本文研究的背景、意义以及主要研究内容和成果进行阐述。 第二章：移动多媒体广播复用器p m s 码率相关知识。主要介绍了移动多媒体 广播复用知识，复用器输出接口以及标准对复用器输出接口的测量要求的理解。 第三章：p m s 码率检测系统的硬件构成。根据需要分析需求，介绍符和需求 的硬件系统平台。简要介绍硬件实现方案。 第四章：p m s 码率检测仪软件设计和实现。根据移动多媒体广播标准要求， 结合d v b 中测量算法与测量配覆，分析移动多媒体广播p m s 码率测量要求，并 结合测量方法，设计出p m s 码率检测仪。 第五章：测量实践。测量d v b 复用器和c m m b 复用器，利用测量结果对比 的方式验证p m s 码率检测的准确性、可信性。 第六章：总结和展望。对本论文进行总结，并展望软件的后续发展和扩展。 4 北京邮电人学硕+ 学位论文 第二章移动多媒体广播复用器p m s 码率相关知识 2 1 移动多媒体广播简介 c m m b 是英文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 的缩略语简称，意为中国 移动多媒体广播电视。c m m b 主要面向手机、p d a 等小屏幕便携手持终端以及车 载电视等终端提供广播电视服务。c m m b 的主要特点是： 1 ) 可提供数字广播电视节目、综合信息和紧急广播服务，实现卫星传输与地 面网络相结合的无缝协同覆盖，支持公共服务。 2 ) 支持手机、p d a 、m p 3 、m p 4 、数码相机、笔记本电脑以及在汽车、火车、 轮船、飞机上的小型接收终端，接收视频、音频、数据等多媒体业务。 3 1 采用具有自主知识产权的移动多媒体广播电视技术，系统可运营、可维护、 可管理，具备广播式、双向式服务功能，可根据运营要求逐步扩展。 4 1 支持中央和地方相结合的运营体系，具备加密授权控制管理体系，支持统 一标准和统一运营，支持用户全国漫游。 5 ) 系统安全可靠，具有安全防范能力，具有良好的可扩展性，能够适应移动 多媒体广播电视技术和业务的发展要求。 针对我国幅员辽阔及东部地区城市密集、用户众多、业务需求多样化的国情， c m m b 充分吸收国内外成熟技术和先进经验，移动多媒体广播系统采用“天地一体 的技术体系，即：利用大功率s 波段卫星覆盖全国1 0 0 国土、利用地面覆盖网络 进行城市人口密集区域有效覆盖、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。 卫星方面，采用s 波段卫星通过广播信道和分发信道实现全国范围的移动多媒 体广播信号覆盖；地面覆盖方面，采用s 波段地面增补网进行s 波段卫星覆盖阴影 区信号转发覆盖，采用u 波段地面覆盖网在城市人口密集区实现移动多媒体广播信 号覆盖。同时，在实现广播方式开展移动多媒体业务的基础上，利用地面双向网络 逐步开展双向交互业务。移动多媒体广播系统总体架构如图2 - 1 所示。 5 北京邮电人! 学硕十学位论文 图2 1 移动多媒体广播总体架构示意图 根据图2 - 1 所示移动多媒体广播系统总体架构，移动多媒体广播系统主要由s 波段卫星覆盖网络和u 波段地面覆盖网络实现移动多媒体广播信号覆盖。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 移动终端。为实现城市人口密集区域移动多媒体广播信号的有效覆盖，采用u 波段 地面无线发射构建城市u 波段地面覆盖网络。 移动终端在信号接收中，根据所处位置的信号情况及用户操作情况，可实现如 下四种信号接收，一是直接接收s 波段卫星信号；二是接收s 波段地面增补信号； 三是接收u 波段地面覆盖信号；四是接收u 波段地面覆盖同频转发信号。 移动多媒体广播系统主要由节目集成与播出、卫星传输、地面覆盖网络、加密授权、 运营支撑、双向交互网络及移动多媒体终端等部分组成。 根据移动广播电视技术体制、总体架构及体系结构，移动多媒体广播系统发端 到收端广播通道信号流程如图2 2 所示。从图中可以看出复用的位置。 6 北京邮电人学硕士学位论文 图2 2 移动多媒体广播信号流程 发端： 1 ) 业务制作单元对视音频、数据、e s g 、紧急广播等业务数据进行压缩和封 装，输出给复用单元； 2 ) 复用单元将多路业务数据合成一路数据，输出给调制单元： 3 ) 调制单元对复用数据进行信道编码和调制，输出给发射单元； 4 ) 发射单元对调制器输出的信号进行频率变换和功率放大，经馈线、发射天 线将信号以电磁波的形式发射出去。 收端： 1 ) 调谐单元对接收到的射频信号进行调谐，并下变频到中频信号，输出给解 调单元； 2 ) 解调单元对调制的中频信号进行信道解码，得到复用数据，输出给解复用 单元； 3 ) 解复用单元对数据进行分离，得到多路业务数据，并将用户选择的业务数 据输出给相应的业务展示单元； 4 ) 业务展示单元实现对业务数据的解析，呈现给用户。 在移动多媒体广播的前端系统中，复用的功能是完成音频、视频、数据、电子 业务指南等信息封装和排列，使其能够在移动多媒体广播信道上传送，见图2 3 。 同一业务的音频基本流、视频基本流和数据流封装在同一复用子帧中。电子业务指 南、用户管理等辅助信息分别封装在不同的复用子帧中，控制信息封装在专用的复 用帧中f 2 】。 7 北京邮电人学硕+ 学位论文 视频编码 二一e s 斗 音频编码- e s j 数据l 一 “ ： 复用 电子业务指南 卜- 一一 一j 图2 - 3 复用在移动多媒体广播前端系统中的位置【2 l 2 2 移动多媒体广播信道介绍 信道 处理 移动多媒体广播信道帧结构、信道编码和调制规定了在3 0 m h z 一3 0 0 0 m h z 的 频率范围内，移动多媒体广播系统广播信道传输信号的帧结构、信道编码和调制适 用于在3 0 m h z m 3 0 0 0 m h z 的频率范围内，通过卫星和或地面无线发射电视、广播、 数据信息等多媒体信号的广播系统。 广播信道物理层以物理层逻辑信道的形式向上层业务提供传输速率可配置的 传输通道，同时提供一路或多路独立的广播信道。物理层逻辑信道支持多种编码和 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。移动多媒体广 播信道物理层支持单频网和多频网两种组网模式，可根据应用业务的特性和组网环 境选择不同的传输模式和参数。物理层支持多业务的混合模式，达到业务特性与传 输模式的匹配，实现业务运营的灵活性和经济性。 2 2 1移动多媒体广播信道编码和调制方式分析 移动多媒体广播信道编码与调制采用s t i m i 技术，s t i m i ( 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 ) 是一种基于卫星和地面信道的编码与调制技 术的统称。 8 一i一 一一一 北京邮电人学硕+ 学位论文 s t i m i 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 c m m b 体系架构中的核心部分。s t i m i 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o f d m 调制技术，提高了抗干扰能力和对移动性的支持，采用时隙 节能技术来降低终端功耗，提高终端续航能力。图2 4 是s t i m i 的系统框图。 0 删 基带 频域 o 删 到射 符号 +扰码+成帧+ 调制频的 形成变换 图2 - 4 s t i m i 系统框图 a ) 信道编码和星座映射 s t i m i 采用了r s 编码和高度结构化低密度奇偶校验码( l d p c ) 技术。在目前 已有的编码方法中，l d p c 是一种能够逼近s h a n n o n 极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。s t i m i 技 术采用了创新的l d p c 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。 s t i m i 可以用b p s k 、q p s k 和1 6 q a m 的星座映射模式，适合传输不同服务质 量要求的业务。 b 1o f d m 调制 o f d m 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o f d m 系统中，接收机需要进行帧同步捕获和o f d m 符号同步捕获，然后 才能进行正确解调。s t i m i 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j 下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。 一 9 北京邮电人学硕十学位论文 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o f d m 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。s t i m i 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 s t i m i 物理层信号每1 秒为l 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 调制数据块【3 】。时隙划分和帧结构如图2 5 所示。每 个广播业务可以占用一个或几个时隙，表2 1 是几种比较典型的配置方式。 图2 - 5s t i m i 帧结构【3 】 表2 - 1 不同业务占用时隙表 圄 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 1 0 北京邮电人学硕十学位论文 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3 8 4 k b p s 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9 5 。节电示意图 如图2 - 6 。 3 8 4 k b p s t t s o 一t sl 卜一t s 加一t s 3 卜t s 3 争- t s 3 7 卜t s 3 8 - t s 3 争 图2 - 6 时隙节电示意图 s t i m i 的主要特点为： ( 一) 采用r s 编码和高度结构化低密度奇偶校验码( l d p c ) 技术，提高接收灵敏 度，降低编译码器硬件实现的复杂度，利于芯片实现； ( 二) 采用b p s k 、q p s k 和1 6 q a m 的星座映射模式，适合传输不同服务质量要 求的业务； ( - - ) 采用o f d m 调制技术，提高抗多径衰落的性能； ( 四) 采用时隙技术，节省接收终端的电量消耗，实现省电的功能； ( 五) 采用时间域扩频信标技术，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； ( 六) 采用导频技术，降低解调模块硬件复杂度，保证复杂无线传输条件下的信 道估计和均衡。 2 2 2移动多媒体广播信道时隙技术分析 广播信道物理层通过物理层逻辑信道( p l c h ) 为上层业务提供广播通道。物 理层逻辑信道分为控制逻辑信道( c l c h ) 和业务逻辑信道( s l c h ) 。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 北京邮l 也人学硕十学位论文 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，共4 0 个时隙【4 1 ，如图2 7 。 i ，一一一上一二一、上。一 i j 图2 7 移动多媒体广播系统广播信道物理层逻辑信道【4 】 移动多媒体广播信道时隙技术特点： _ c m m b 传输帧长度为1 秒，划分为4 0 个时隙； 每个时隙结构相同，包括信标和5 3 个o f d m 符号； _ 每个广播业务占用一个或若干个时隙； 利于时隙开关支持终端节电设计。 物理层对每个物理层逻辑信道进行单独的编码和调制，其中控制逻辑信道采用 固定的信道编码和调制模式：r s 编码采用r s ( 2 4 0 ，2 4 0 ) ，l d p c 编码采用l 2 码率， 星座映射采用b p s k 映射，扰码初始值为选项o 。业务逻辑信道的编码和调制模式 根据系统需求可灵活配置，配置模式通过系统控制信息向终端广播。根据编码和调 制参数不同，物理层可提供不同的传输净荷。本文中配置复用器，将各业务信道参 数设置为1 6 q a m 调制方式、r s ( 2 4 0 、2 4 0 ) 编码、l d p c3 4 编码速率，使复用 器输出有效码率最大。 1 2 北京邮电人学硕： = 学位论文 2 3 移动多媒体广播复用介绍 c m m b 复用作为数据链路层协议，与下层的物理层紧密结合，同时对其之上的 高层协议具有良好的支持特性。它完全匹配广播信道传输技术的时隙结构，可实现 对终端省电的支持，并且具有很好的应用灵活性和可扩展性，可以承载多种音视频 码流，支持灵活的数据业务，通过关键的业务辅助信息和信道调度控制信息放置在 专用的高保护率信道中传输，能够很好适应无线传输恶劣环境，具有很强的容错特 性。 2 - 3 1移动多媒体复用系统构成 复用系统是移动多媒体广播视频、音频、数据与控制信息的核心关键系统。移 动多媒体广播复用系统构成如图2 8 所示。 图2 8 复用系统构成 根据图2 8 所示复用系统构成，移动多媒体广播复用系统输入主要由业务接口、 配置管理接口、再复用接口、时钟输入接口和g p s 天线输入构成，输出采用复用流 输出。 ( 一)业务接口 电视广播数据输入、声音广播数据输入、数据广播输入、e s g 数据输入、紧急 广播数据输入、c a 信息输入均采用u d p 方式，业务接口采用r j 4 5 接口，1 0 0 m b p s 快速以太网口，符合i e e e8 0 2 3 u 规范。 ( 二)配置管理接口 1 3 北京邮电人学硕+ 学何论文 复用器与配置管理平台网管系统的通讯接1 ：3 ，1 l 1 4 5 接1 2 1 ，1 0 0 m b p s 快速以太网 口