移动通信系统用DVB-H结构体系

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  在手持设备中部署数字TV信号接收的集成化支持方案已是不争的事实。迄今为止,各种支持方案的可行性还受到几个重要因数的制约,这就是功耗、尺寸和性能。某些尝试方案基于将已有的机顶盒解决方案来适应移动接收所要求的环境。实践表明,由于不断变化的接收环境,这一条道路是行不通的。接收信号的质量受到接收器性能的极大影响,尤其是它处理邻道干扰,低信噪此以及多普勒补偿的能力。移动DVB-T接收器采用天线多样性技术,但它是以增加功耗和尺寸为代价的。天线多样性要求两个天线之间的间隔存在最短的距离,因此实际上很难在手持设备上实现。

  为此,DVB组织又制定了DVB-H标准,全称为数字视频广播—手持,它是通过地面数字广播网络向手持设备提供多媒体业务所制定的传输标准。简言之,DVB-H标准就是依托目前的DVB-T传输系统,通过增加一定的附加功能和改进技术,使手持设备能稳定地接收广播电视信号。

  DVB-H标准是DVB-T标准的扩充,但为了支持手持设备的视频接收,它又增加了以下的功能:

时间分片,以减少功耗。
IP数据广播,供低分辨率视频流使用。
MPE-FEC,获得稳定的信号接收。
4K载波模式,对网络进行优化。

  DVB-H前端

  为了在手机等手持设备中集成DVB-H前端,解决功耗、性能和机械尺寸等关键性问题,采用了新一代硅调谐器和解调器。

  硅调谐器特性

  硅调器是由机顶顶盒和PC外设TV调谐器常见的盒式调谐器演变而来的最新形式。调谐器与解调器之间的接口从中频(DVB-T)改为基频(DVB-H)。这就有可能在基带中进行邻道滤波,并将滤波器集成在调谐器中,进而减少整个解决方案的占用面积。同时,这类调谐器的功耗亦降至300mW。DVB-H通常在 UHF频带中使用,但同样可以用于其它频带,如1.672GHz。

  DVB-H解调器特性

  对解调器的基本要求是在移动的环境中提供良好的接收性能。对DVB-H接收机而言,多普勒补偿至少需要100Hz,接收机应有能力应对信道的变化,同时能保持低多普勒频率时得到的相同信噪比,以获得相同的服务质量(QoS)。这一点对设计人员在规划广播网络时是至关重要的。当接收机的速度在变化时,网络的覆盖范围必须保持恒定。

  除了多普勒效应,接收机还要面对信道特征的变化。天线端接收到的各种回波是随时随地变化的,回波间的距离也是不固定的,为了避免失去对发射机的同步且保持良好的接收状态,接收机必须对这些变化进行补偿。

  同信道干扰是又一种重要的瞬间干扰,瞬间干扰来自各种源,是在工作环境下产生的,有时甚至来自相邻的网络。接收机应具有极强的抗干扰能力,甚至在干扰功率高于所需的信号时仍能保持良好的接收状态。例如,在GSM手机中,这类干扰通常来自上游的GSM信道。

  灵敏度是提供理想覆盖范围的重要参数。解调器设计应保证相对于理论值较低的退化度,一般能实现0.5~1dB的安全系数。

  图 1是DVB-H接收机的方框图,主要包括两大部分,解调器和MAC(媒体接入控制)处理。链路层或MAC也集成在解调器中。这一层用来处理时间分片、IP 数据提取、以及IP数据误差校正。由于DVB-H必须保持高位速率,RS(Reed-Solomon)译码器是用硬件实现的。


图1 DVB-H解调器的方框图

  时间分片

  时间分片采用突发方式传送数据,与传统数据流业务相比具有更高的瞬时速率。DVB-T移动图像专家组(MPEG-2)程序流的速率可达10Mb/s,远远高于手机可手持设备所能处理的和四分之一视频图像阵列(QVGA)显示屏所能显示的速率。一般说来,低于500Kb/s的数据流已能在小屏幕上提供良好的视频分辨率。时间分片就是用高速率突发低速率的数据流。接收机前端在突发时间内工作,其余时间是关闭的,这样就能进一步降低功耗。例如,对500Kb/s数据流,若突发频率为它的10倍,理论上可以节省90%的功耗。最新式DVB-H前端(调谐器加解调器)约消耗功率500mW,实际的功耗仅需50 mW。

  除了节省功耗,时间分片技术使手持设备能在业务传递空闲周期扫视相邻蜂窝,扫描其它频率信号,测试信号强度而不中断自身业务的接收。当移动用户进入新的网络时,可随时根据监测情况在空闲周期内切换到更佳的网络上,从而实现最优化无缝交换。

  IP数据广播

  在 DVB-H系统中,采用DVB-MPE(多协议封装)并作为视频流和数据传输规范的一部分。MPEG-2 IP数据分组的传输量基于数字媒体指令和控制(DSMCC)节完成的,它将整个IP分组有效载荷封装在DSMCC节的有效载荷内,并将MAC地址分别映射至DSMCC节中的报头和有效载荷。节格式允许数据报进入多个字节,如果数据报的长度小于或等于4096字节,则在一个节内发送完毕。在IP场合,最大传输单元(MTU)设定为4096字节,因而数据报不会形成碎片。MAC地址为6个字节,分为两组,5和6字节映射至DSMCC节的table裪d裡 xtension字段;而1、2、3和4字节映射至DSMCC节的有效载荷 区。这种映射是利用第一代解调器的有限能力完成的。这种送至小屏幕设备的IP视频流对低分辨率、低位率数据传输是十分理想的。

  MPE前向误差校正(MPE-FEC)

  DVB- T接收机对时变衰减信道与脉冲噪声效应的容忍力较差,为了提升接收性能,DVB裈系统在数据链接层上增加了一个前向纠错编码保护机制,对欲传送的IP数据以RS编码器编码,并配合时间交错,将编码后的数据在时域上交错送出。MPE-FEC技术将IP数据依序写入记忆装置中,其中每一格的单位为字节。其编码方式为对每一列分别执行RS(255、191、64)编码,再以“行”为顺序依次输出数据字节,并被封装成FEC节,让原本彼此形成代码字的各个字节在时间轴上被分散传输,达到时间交错的效果。

  信号衰落的频率与接收机产生的多普勒效应有关。多普勒频率越低,系统需要的时间交错越大。DVB-H提供的时间交错是灵活的且与服务相适应。典型的时间交错周期可高达500ms,低则可至50ms。

  经过上述处理,系统的载噪比(C/N)得以降低。且在多普勒频率范围保持平坦。

  4K模式

  DVB- T规范了2K模式和8K模式两种传输模式,其中8K模式处理多重路径反射效应的能力较强,因此可提供较广的电波覆盖范围,大大降低数字电视网络的构建成本,但其移动接收性能却较差;2K模式的特性则恰好与8K模式相反。在DVB-H中增加了4K模式,是兼顾了2K模式的高移动性和8K模式网络鲁棒性的折衷选择。

  应用处理器

  DVB-H解调器的输出是送至设备应用处理器的IP流。应用处理器主要负责译码和音、视频的恢复,并将这些服务整合在设备类型的内容中,诸如手机和个人数字助理。

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