手機電視承載技術(shù)介紹與分析

2008/05/19

圖1　利用流媒體技術(shù)實(shí)現的手機電視業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò )結構

　　流媒體采用的這種點(diǎn)對點(diǎn)方式的傳送，在大量用戶(hù)都需要下載高速數據時(shí)，信源與每個(gè)接收用戶(hù)都有各自的鏈路，這樣對移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )資源消耗較大，并容易導致網(wǎng)絡(luò )擁塞。對于實(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。但是流媒體方式可適合個(gè)性化要求強的業(yè)務(wù)，如視頻點(diǎn)播類(lèi)業(yè)務(wù)。

　　隨著(zhù)移動(dòng)用戶(hù)高速寬帶數據業(yè)務(wù)的應用，當大量用戶(hù)同時(shí)接收同樣的高速數據時(shí)，由于待發(fā)送內容是每個(gè)用戶(hù)都需要接收的數據，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發(fā)送相同數據，這樣會(huì )造成資源使用的重復和浪費。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 )中傳送的數據量，克服網(wǎng)絡(luò )擁塞。3GPP R6標準于2002年啟動(dòng)，規定了利用UMTS網(wǎng)絡(luò )實(shí)現手機電視功能的移動(dòng)廣播組播業(yè)務(wù)MBMS標準。只要在現有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MBMS。

　　MBMS網(wǎng)絡(luò )（見(jiàn)圖2）基于原來(lái)的UMTS網(wǎng)絡(luò )結構，添加了網(wǎng)元BM-SC，它是內容提供者的入口，用于授權和在移動(dòng)網(wǎng)中發(fā)起MBMS承載業(yè)務(wù)，并按照預定時(shí)間計劃傳送MBMS內容。其功能包括：授權第三方內容提供商對用戶(hù)進(jìn)行鑒權和計費；向GGSN提供MBMS傳輸相關(guān)參數；發(fā)起和終止MBMS傳輸資源；從外部數據源接收內容，運用錯誤恢復機制進(jìn)行重傳；調度MBMS會(huì )話(huà)傳輸，重新獲得外部數據內容，給每一個(gè)MBMS會(huì )話(huà)用“MBMS會(huì )話(huà)標識符”做標記，使用戶(hù)能夠區分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 )結構

　　對已有的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，如在預定的組播或廣播業(yè)務(wù)區域的資源管理，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)音數據功能的并發(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)數據和相關(guān)控制信息。當定制業(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，因為FACH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 )浪費功率，此時(shí)可從廣播傳輸的方式切換到專(zhuān)用傳輸的方式，以節省功率資源。

　　當終端用戶(hù)移動(dòng)到不同基站下的小區分界處時(shí)候，采用宏分集技術(shù)同時(shí)接收來(lái)自?xún)蓚�(gè)基站的電視數據（見(jiàn)圖3）。在實(shí)現宏分集技術(shù)時(shí)，要求網(wǎng)絡(luò )側針對同一MBMS業(yè)務(wù)在兩小區間進(jìn)行內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費特性，包括服務(wù)訂閱、接入和推出功能，需要用戶(hù)簽約相應組播組，進(jìn)行業(yè)務(wù)激活，并產(chǎn)生相應的計費信息，而廣播業(yè)務(wù)不需要小區中所有用戶(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 )結構

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

（3）地面直放站的類(lèi)型

頻率轉換（Frequency Conversion）功能的直放站

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

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衛星頻段調制過(guò)的S-DMB信號，將信號從衛星上接收下來(lái)，發(fā)送給終端用戶(hù)。這種類(lèi)型的直放站用來(lái)拓展特定室內環(huán)境下的覆蓋范圍。

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

2.3　利用數字地面廣播實(shí)現的方式

　　手機電視技術(shù)方式通過(guò)整合數字電視和移動(dòng)電話(huà)而實(shí)現，所以也促成了數字電視廣播網(wǎng)和移動(dòng)蜂窩通信網(wǎng)的兩網(wǎng)融合的趨勢。目前，一種在手機終端上安裝數字電視接收模塊，通過(guò)接收地面廣播直放站直接獲得數字電視信號的方式成為手機電視實(shí)現方式之一。這種利用數字地面廣播方式實(shí)現的手機數字電視標準較多，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系列標準最早由DVB項目組在20世紀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）的認可，成為歐洲地面數字電視廣播的標準。目前，全球很多國家和地區已使用或采用DVB-T標準，雖然國內現在還沒(méi)有DVB-H的網(wǎng)絡(luò )，但是DVB-T系統已經(jīng)開(kāi)始在中國實(shí)施，北京、上海已通過(guò)該系統將電視新聞、體育、股票報告及商業(yè)廣告支持的電視節目傳送到成千上萬(wàn)的城市汽車(chē)。

　　DVB-H（Digital Video Broadcasting-Handheld）完全基于DVB-T，是一項通過(guò)地面數字廣播網(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 )設計的靈活性等問(wèn)題。

　　DVB-H系統依托DVB-T傳輸系統，通過(guò)增加一定的附加功能和改進(jìn)技術(shù)使手持終端能夠穩定地接收廣播電視信號。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字電視節目，從而很好地配合3G網(wǎng)絡(luò )的應用。3G網(wǎng)絡(luò )除完成它自身的功能外，還充當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)現兩種網(wǎng)絡(luò )的融合。

　　DVB-H運營(yíng)系統組網(wǎng)時(shí)（見(jiàn)圖6），組網(wǎng)設備包括調制器、發(fā)射器、IPE、IPDC核心應用系統，以及連接這些設備所必須的IP網(wǎng)絡(luò )設備（如以太網(wǎng)交換機、路由器、防火墻）和數據傳輸設備。數據傳輸可以基于SDH，PDH或者微波等方式來(lái)實(shí)現。

圖6　DVB-H網(wǎng)絡(luò )結構

　　IPDC應用系統與GSM/GPRS/UMTS相連實(shí)現對用戶(hù)的計費，鑒權并完成用戶(hù)對業(yè)務(wù)的預覽和定購，所以也需要移動(dòng)運營(yíng)商對用戶(hù)的認證、計費、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數據流時(shí)，根據每個(gè)頻道（或節目）對應的IP組播地址（源地址和目標地址），為每個(gè)頻道（或節目）設置其對應的頻道（或節目）編號。支持DVB-H的手機需要增加額外的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調制方式，使用頻率上等間隔的多個(gè)正交子載波進(jìn)行調制。根據子載波數量的不同，可分為2k，4k和8k三種方式。對每個(gè)子載波而言，其調制方式又可分為QPSK，16QAM，64QAM三種。其傳輸速率與載波數量、子載波調制方式、保護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覆蓋以及小區之間的無(wú)縫切換。在一個(gè)單頻網(wǎng)小區內，可支持的用戶(hù)數不限。但相對室外接收而言，由于要受到穿透損耗（約為11 dB）的影響，室內接收的覆蓋范圍會(huì )有所降低。因此，在信號強度較弱的地方，需要進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的室內覆蓋，以保證在室內的正常接收。

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)方式傳送數據，每個(gè)突發(fā)時(shí)間片傳送一個(gè)業(yè)務(wù)。時(shí)間片內該業(yè)務(wù)將單獨占有全部數據帶寬，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)間接收機可以做節能處理實(shí)現低功耗。另一好處是在業(yè)務(wù)空閑時(shí)間（off-time）里監測相鄰小區，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)的連續性。



• MPE-FEC（MultiProtocol Encapsulation-Forwarding Error Correction，多協(xié)議封裝-前向糾錯）是為了提高接收性能，在IP數據包中增加了RS（Reed-Solomon）糾錯編碼的一種糾錯技術(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能力。實(shí)驗證明，即使在非常糟糕的接收環(huán)境中，適當地使用MPE-FEC仍可以準確無(wú)誤地恢復出IP數據。這種額外的錯誤保護層（MPE-FEC）提高了信號弱情況下的接收，增加了抗干擾能力，支持移動(dòng)性高速數據傳送。

圖7　ISDB-T分層傳播方式

3、結束語(yǔ)

　　比較以上介紹的各種手機業(yè)務(wù)承載技術(shù)，相同頻率帶寬中地面數字電視承載技術(shù)支持的業(yè)務(wù)容量比其他方式更具備優(yōu)勢。地面方式更適合城市或地域性業(yè)務(wù)開(kāi)展，而衛星方式適合廣域或全國性業(yè)務(wù)開(kāi)展，但是其建網(wǎng)需要衛星支持，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，但是因為MBMS基于小區覆蓋，能夠提供基于較小區域和與用戶(hù)位置相關(guān)業(yè)務(wù)，并完全由移動(dòng)運營(yíng)商運營(yíng)和控制的特點(diǎn)，使得移動(dòng)運營(yíng)商擁有更大的靈活性和可控性。對于實(shí)時(shí)電視或視頻直播類(lèi)業(yè)務(wù)，地面數字電視承載方式、衛星承載方式、MBMS技術(shù)在容量和承載成本方面均明顯優(yōu)于點(diǎn)對點(diǎn)的流媒體方式。

　　諸多手機電視承載技術(shù)各有特點(diǎn)和優(yōu)劣勢，對技術(shù)標準的探討和爭論也不斷深入，中國未來(lái)商用中將采用哪種標準，目前還無(wú)定論。但隨著(zhù)手機電視承載技術(shù)的不斷完善成熟，手機電視業(yè)務(wù)的前景也一路看好。

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