手機(jī)電視承載技術(shù)介紹與分析

2008/05/19

圖1　利用流媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)的手機(jī)電視業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　流媒體采用的這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式的傳送，在大量用戶(hù)都需要下載高速數(shù)據(jù)時(shí)，信源與每個(gè)接收用戶(hù)都有各自的鏈路，這樣對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)資源消耗較大，并容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。對(duì)于實(shí)時(shí)電視或視頻直播類(lèi)業(yè)務(wù)，其承載成本并無(wú)優(yōu)勢(shì)。但是流媒體方式可適合個(gè)性化要求強(qiáng)的業(yè)務(wù)，如視頻點(diǎn)播類(lèi)業(yè)務(wù)。

　　隨著移動(dòng)用戶(hù)高速寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用，當(dāng)大量用戶(hù)同時(shí)接收同樣的高速數(shù)據(jù)時(shí)，由于待發(fā)送內(nèi)容是每個(gè)用戶(hù)都需要接收的數(shù)據(jù)，如果信源與每個(gè)接收用戶(hù)建立鏈路，每條鏈路上又都重復(fù)發(fā)送相同數(shù)據(jù)，這樣會(huì)造成資源使用的重復(fù)和浪費(fèi)。因此，需要一種支持移動(dòng)的廣播多播技術(shù)可以有效利用信源和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)空口資源，以減少網(wǎng)絡(luò)中傳送的數(shù)據(jù)量，克服網(wǎng)絡(luò)擁塞。3GPP R6標(biāo)準(zhǔn)于2002年啟動(dòng)，規(guī)定了利用UMTS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)手機(jī)電視功能的移動(dòng)廣播組播業(yè)務(wù)MBMS標(biāo)準(zhǔn)。只要在現(xiàn)有UMTS網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行最小改動(dòng)，絕大部分功能實(shí)體和空口協(xié)議無(wú)需改變，即可實(shí)現(xiàn)MBMS。

　　MBMS網(wǎng)絡(luò)（見(jiàn)圖2）基于原來(lái)的UMTS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，添加了網(wǎng)元BM-SC，它是內(nèi)容提供者的入口，用于授權(quán)和在移動(dòng)網(wǎng)中發(fā)起MBMS承載業(yè)務(wù)，并按照預(yù)定時(shí)間計(jì)劃傳送MBMS內(nèi)容。其功能包括：授權(quán)第三方內(nèi)容提供商對(duì)用戶(hù)進(jìn)行鑒權(quán)和計(jì)費(fèi)；向GGSN提供MBMS傳輸相關(guān)參數(shù)；發(fā)起和終止MBMS傳輸資源；從外部數(shù)據(jù)源接收內(nèi)容，運(yùn)用錯(cuò)誤恢復(fù)機(jī)制進(jìn)行重傳；調(diào)度MBMS會(huì)話(huà)傳輸，重新獲得外部數(shù)據(jù)內(nèi)容，給每一個(gè)MBMS會(huì)話(huà)用“MBMS會(huì)話(huà)標(biāo)識(shí)符”做標(biāo)記，使用戶(hù)能夠區(qū)分MBMS重傳會(huì)話(huà)；業(yè)務(wù)聲明，包括媒體描述、會(huì)話(huà)描述等的功能。

圖2　MBMS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　對(duì)已有的UMTS/GSM分組網(wǎng)功能實(shí)體GGSN，SGSN，RNC/BSC和UE，也需要增加MBMS相關(guān)功能和過(guò)程，如在預(yù)定的組播或廣播業(yè)務(wù)區(qū)域的資源管理，支持業(yè)務(wù)發(fā)起和中止；MBMS接收者的移動(dòng)性管理，與普通的語(yǔ)音數(shù)據(jù)功能的并發(fā)考慮等。

　　MBMS技術(shù)中新增了新的物理信道MICH（MBMS Indicator Channel），用來(lái)傳送MBMS的通知指示，尋呼訂閱了某業(yè)務(wù)的MBMS用戶(hù)。新增邏輯信道MTCH，MCCH，MSCH信道，它們映射到FACH傳輸信道，用于承載業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和相關(guān)控制信息。當(dāng)定制業(yè)務(wù)用戶(hù)多的時(shí)候用廣播的方式使用FACH信道傳輸，當(dāng)定制業(yè)務(wù)的用戶(hù)很少情況下仍然可采用專(zhuān)用信道，因?yàn)镕ACH信道的發(fā)射功率比DCH大，定制業(yè)務(wù)的用戶(hù)很少會(huì)浪費(fèi)功率，此時(shí)可從廣播傳輸?shù)姆绞角袚Q到專(zhuān)用傳輸?shù)姆绞剑怨?jié)省功率資源。

　　當(dāng)終端用戶(hù)移動(dòng)到不同基站下的小區(qū)分界處時(shí)候，采用宏分集技術(shù)同時(shí)接收來(lái)自?xún)蓚�(gè)基站的電視數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖3）。在實(shí)現(xiàn)宏分集技術(shù)時(shí)，要求網(wǎng)絡(luò)側(cè)針對(duì)同一MBMS業(yè)務(wù)在兩小區(qū)間進(jìn)行內(nèi)容同步和一定程度上的時(shí)間同步。

圖3　MBMS宏分集技術(shù)

　　MBMS可應(yīng)用組播模式和廣播模式兩種業(yè)務(wù)模式。廣播模式接近于數(shù)字電視業(yè)務(wù)，而組播模式專(zhuān)注和定位于群業(yè)務(wù)。組播模式提供了更好的計(jì)費(fèi)特性，包括服務(wù)訂閱、接入和推出功能，需要用戶(hù)簽約相應(yīng)組播組，進(jìn)行業(yè)務(wù)激活，并產(chǎn)生相應(yīng)的計(jì)費(fèi)信息，而廣播業(yè)務(wù)不需要小區(qū)中所有用戶(hù)都制定該業(yè)務(wù)便可以獲得。由于組播和廣播模式在業(yè)務(wù)需求上存在不同，導(dǎo)致其業(yè)務(wù)流程也不同（見(jiàn)圖4a、圖4b）。

圖5　S-DMB網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　圖5中，高功率衛(wèi)星將對(duì)從S-DMB Hub上接收到的上行鏈路Ku波段調(diào)制的S-DMB信號(hào)進(jìn)行中繼和放大，并將該信號(hào)下變頻為IMT2000衛(wèi)星頻段的信號(hào)，發(fā)送給手機(jī)用戶(hù)。此外，衛(wèi)星將這些信號(hào)下變頻到Ku波段載頻，為地面直放站提供信號(hào)。對(duì)S-DMB信號(hào)而言，衛(wèi)星是透明的，僅僅扮演一個(gè)頻段轉(zhuǎn)換直放站的角色。

（3）地面直放站的類(lèi)型

頻率轉(zhuǎn)換（Frequency Conversion）功能的直放站

　　頻率轉(zhuǎn)換功能的直放站將從衛(wèi)星上接收下來(lái)的Ku波段調(diào)制的S-DMB信號(hào)進(jìn)行中繼和放大，下變頻為下行IMT2000衛(wèi)星頻段載頻，發(fā)送給終端用戶(hù)。該類(lèi)型的直放站和衛(wèi)星工作在同樣的IMT2000頻段，使用戶(hù)能夠接收到一路S-DMB信號(hào)調(diào)制到由同樣的IMT2000載頻所反射的多個(gè)回波信號(hào)。這種類(lèi)型的直放站將是部署得最多的直放站產(chǎn)品，它能夠和現(xiàn)有的2G和3G基站共址，其用途是在城區(qū)完成衛(wèi)星的覆蓋。

On Channel功能的直放站

　　On Channel功能的直放站用于中繼和放大下行IMT2000衛(wèi)星頻段調(diào)制過(guò)的S-DMB信號(hào)，將信號(hào)從衛(wèi)星上接收下來(lái)，發(fā)送給終端用戶(hù)。這種類(lèi)型的直放站用來(lái)拓展特定室內(nèi)環(huán)境下的覆蓋范圍。

　　S-DMB Hub用于生成和傳輸S-DMB信號(hào)，將S-DMB信號(hào)調(diào)制到上行鏈路Ku波段載頻上，為衛(wèi)星提供信號(hào)。Hub包括一個(gè)Ku波段地面站，由NodeB的調(diào)制解調(diào)器提供信號(hào)，NodeB由RNC所控制。Hub還包括一個(gè)簡(jiǎn)化的3G核心網(wǎng)設(shè)備，通過(guò)Gmb接口，與一個(gè)或者幾個(gè)3GPP規(guī)范定義的BM-SC連接。

2.3　利用數(shù)字地面廣播實(shí)現(xiàn)的方式

　　手機(jī)電視技術(shù)方式通過(guò)整合數(shù)字電視和移動(dòng)電話(huà)而實(shí)現(xiàn)，所以也促成了數(shù)字電視廣播網(wǎng)和移動(dòng)蜂窩通信網(wǎng)的兩網(wǎng)融合的趨勢(shì)。目前，一種在手機(jī)終端上安裝數(shù)字電視接收模塊，通過(guò)接收地面廣播直放站直接獲得數(shù)字電視信號(hào)的方式成為手機(jī)電視實(shí)現(xiàn)方式之一。這種利用數(shù)字地面廣播方式實(shí)現(xiàn)的手機(jī)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)較多，本文主要介紹歐洲的DVB-H和日本的ISDB-T技術(shù)。

（1）DVB-H技術(shù)

　　DVB系列標(biāo)準(zhǔn)最早由DVB項(xiàng)目組在20世紀(jì)90年代初提出，其地面廣播版本DVB-T（Digital Video Broadcasting-Terrestrial）是在90年代中期開(kāi)發(fā)的，并于1997年2月獲得ETSI （European Telecommunications Standards Institute）的認(rèn)可，成為歐洲地面數(shù)字電視廣播的標(biāo)準(zhǔn)。目前，全球很多國(guó)家和地區(qū)已使用或采用DVB-T標(biāo)準(zhǔn)，雖然國(guó)內(nèi)現(xiàn)在還沒(méi)有DVB-H的網(wǎng)絡(luò)，但是DVB-T系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始在中國(guó)實(shí)施，北京、上海已通過(guò)該系統(tǒng)將電視新聞、體育、股票報(bào)告及商業(yè)廣告支持的電視節(jié)目傳送到成千上萬(wàn)的城市汽車(chē)。

　　DVB-H（Digital Video Broadcasting-Handheld）完全基于DVB-T，是一項(xiàng)通過(guò)地面數(shù)字廣播網(wǎng)絡(luò)向手持終端提供多媒體業(yè)務(wù)所開(kāi)發(fā)的技術(shù)，使用該技術(shù)可以向手機(jī)終端用戶(hù)傳送多個(gè)視頻頻道和音頻頻道。該技術(shù)主要是為了解決向移動(dòng)手持終端提供數(shù)字電視廣播業(yè)務(wù)時(shí)，所存在的功率消耗問(wèn)題、移動(dòng)環(huán)境中的性能問(wèn)題以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的靈活性等問(wèn)題。

　　DVB-H系統(tǒng)依托DVB-T傳輸系統(tǒng)，通過(guò)增加一定的附加功能和改進(jìn)技術(shù)使手持終端能夠穩(wěn)定地接收廣播電視信號(hào)。DVB-H可以保證移動(dòng)終端在移動(dòng)環(huán)境和微功耗條件下接收數(shù)字電視節(jié)目，從而很好地配合3G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。3G網(wǎng)絡(luò)除完成它自身的功能外，還充當(dāng)DVB-H網(wǎng)絡(luò)的反向控制信道，傳輸諸如視頻點(diǎn)播、電視投票、電視瀏覽、交互式游戲等業(yè)務(wù)信令，提供多種個(gè)性化的多媒體業(yè)務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)兩種網(wǎng)絡(luò)的融合。

　　DVB-H運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)組網(wǎng)時(shí)（見(jiàn)圖6），組網(wǎng)設(shè)備包括調(diào)制器、發(fā)射器、IPE、IPDC核心應(yīng)用系統(tǒng)，以及連接這些設(shè)備所必須的IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如以太網(wǎng)交換機(jī)、路由器、防火墻）和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸可以基于SDH，PDH或者微波等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖6　DVB-H網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　IPDC應(yīng)用系統(tǒng)與GSM/GPRS/UMTS相連實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)的計(jì)費(fèi)，鑒權(quán)并完成用戶(hù)對(duì)業(yè)務(wù)的預(yù)覽和定購(gòu)，所以也需要移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商對(duì)用戶(hù)的認(rèn)證、計(jì)費(fèi)、客戶(hù)服務(wù)、客戶(hù)管理等的配合。IPE（IP封裝器）接收到從編碼器傳輸過(guò)來(lái)的IP數(shù)據(jù)流時(shí)，根據(jù)每個(gè)頻道（或節(jié)目）對(duì)應(yīng)的IP組播地址（源地址和目標(biāo)地址），為每個(gè)頻道（或節(jié)目）設(shè)置其對(duì)應(yīng)的頻道（或節(jié)目）編號(hào)。支持DVB-H的手機(jī)需要增加額外的DVB-H天線(xiàn)和射頻處理模塊。

　　DVB-H工作頻段使用UHF頻段470～862MHz，頻率帶寬可以是5MHz，6MHz，7MHz或8MHz。

　　采用COFDM調(diào)制方式，使用頻率上等間隔的多個(gè)正交子載波進(jìn)行調(diào)制。根據(jù)子載波數(shù)量的不同，可分為2k，4k和8k三種方式。對(duì)每個(gè)子載波而言，其調(diào)制方式又可分為QPSK，16QAM，64QAM三種。其傳輸速率與載波數(shù)量、子載波調(diào)制方式、保護(hù)間隔和編碼速率有關(guān)，傳輸速率范圍為4.98～31.67Mbit/s。

　　DVB-H單頻網(wǎng)的一個(gè)小區(qū)的覆蓋半徑范圍大概為40～60km。在一個(gè)單頻網(wǎng)中包含多個(gè)同步無(wú)線(xiàn)發(fā)射器，這些發(fā)射器以完全相同的頻率發(fā)射完全相同的比特流。此外，組網(wǎng)時(shí)必須考慮額外的室內(nèi)覆蓋以及小區(qū)之間的無(wú)縫切換。在一個(gè)單頻網(wǎng)小區(qū)內(nèi)，可支持的用戶(hù)數(shù)不限。但相對(duì)室外接收而言，由于要受到穿透損耗（約為11 dB）的影響，室內(nèi)接收的覆蓋范圍會(huì)有所降低。因此，在信號(hào)強(qiáng)度較弱的地方，需要進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的室內(nèi)覆蓋，以保證在室內(nèi)的正常接收。

DVB-H引入了時(shí)間分片和MPE-FEC技術(shù)。

• 時(shí)間分片采用突發(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)。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。時(shí)間分片帶來(lái)的好處是在業(yè)務(wù)空閑時(shí)間接收機(jī)可以做節(jié)能處理實(shí)現(xiàn)低功耗。另一好處是在業(yè)務(wù)空閑時(shí)間（off-time）里監(jiān)測(cè)相鄰小區(qū)，通過(guò)單一接收器（天線(xiàn)）就可以完成單頻網(wǎng)之間的切換，保證確保業(yè)務(wù)的連續(xù)性。



• MPE-FEC（MultiProtocol Encapsulation-Forwarding Error Correction，多協(xié)議封裝-前向糾錯(cuò)）是為了提高接收性能，在IP數(shù)據(jù)包中增加了RS（Reed-Solomon）糾錯(cuò)編碼的一種糾錯(cuò)技術(shù)。DVB-H使用MPE-FEC來(lái)提高移動(dòng)信道中的C/N，多普勒性能，抗脈沖干擾能力和糾錯(cuò)能力。實(shí)驗(yàn)證明，即使在非常糟糕的接收環(huán)境中，適當(dāng)?shù)厥褂肕PE-FEC仍可以準(zhǔn)確無(wú)誤地恢復(fù)出IP數(shù)據(jù)。這種額外的錯(cuò)誤保護(hù)層（MPE-FEC）提高了信號(hào)弱情況下的接收，增加了抗干擾能力，支持移動(dòng)性高速數(shù)據(jù)傳送。

圖7　ISDB-T分層傳播方式

3、結(jié)束語(yǔ)

　　比較以上介紹的各種手機(jī)業(yè)務(wù)承載技術(shù)，相同頻率帶寬中地面數(shù)字電視承載技術(shù)支持的業(yè)務(wù)容量比其他方式更具備優(yōu)勢(shì)。地面方式更適合城市或地域性業(yè)務(wù)開(kāi)展，而衛(wèi)星方式適合廣域或全國(guó)性業(yè)務(wù)開(kāi)展，但是其建網(wǎng)需要衛(wèi)星支持，初期成本高。而MBMS利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)承載，雖占用寶貴的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)資源，但是因?yàn)镸BMS基于小區(qū)覆蓋，能夠提供基于較小區(qū)域和與用戶(hù)位置相關(guān)業(yè)務(wù)，并完全由移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商運(yùn)營(yíng)和控制的特點(diǎn)，使得移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商擁有更大的靈活性和可控性。對(duì)于實(shí)時(shí)電視或視頻直播類(lèi)業(yè)務(wù)，地面數(shù)字電視承載方式、衛(wèi)星承載方式、MBMS技術(shù)在容量和承載成本方面均明顯優(yōu)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的流媒體方式。

　　諸多手機(jī)電視承載技術(shù)各有特點(diǎn)和優(yōu)劣勢(shì)，對(duì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的探討和爭(zhēng)論也不斷深入，中國(guó)未來(lái)商用中將采用哪種標(biāo)準(zhǔn)，目前還無(wú)定論。但隨著手機(jī)電視承載技術(shù)的不斷完善成熟，手機(jī)電視業(yè)務(wù)的前景也一路看好。

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