標簽：ISDB-T技術   MBMS

1、引言

在美國、歐洲、韓國、日本，手機電視服務已經(jīng)逐漸成為移動增值業(yè)務的一個重要組成部分，并被業(yè)內(nèi)視為下一個最有潛質(zhì)的電信增值業(yè)務增長點，甚至認為將是3G的“殺手級”應用之一。手機電視市場蘊含著巨大商機，業(yè)內(nèi)專家預計，未來10年內(nèi)手機電視的年用戶訂閱總額將達到270億美元，到2010年全球總用戶數(shù)將達到2.5億。事實也有所證明，美國SPRINT公司在半年內(nèi)就以月租費10美元發(fā)展了30萬月租用戶。在中國，到2008年北京奧運會到來之時，手機電視也許將真正步入百姓生活，使用手機收看電視節(jié)目將變得稀松平常。

目前，與手機電視業(yè)務相關的各種承載技術發(fā)展迅速，美國、歐洲、韓國、日本都有其自己的標準，中國也有了自主知識產(chǎn)權的技術，形成了多種承載技術并存的局面。

2、手機電視承載技術介紹

手機電視承載技術主要有三類：利用移動網(wǎng)絡實現(xiàn)的方式(3GPP MBMS技術和流媒體技術)，利用衛(wèi)星網(wǎng)絡實現(xiàn)的方式(韓國S-DMB和歐洲S-DMB技術)，利用數(shù)字地面廣播實現(xiàn)的方式(歐洲D(zhuǎn)VB-H技術、日本ISDB-T技術、韓國T-DMB技術、高通MediaFlo技術和國內(nèi)手機電視技術，如清華數(shù)字地面電視技術DMB-T和上海交大數(shù)字地面電視技術ADTB-T等)。

2.1　利用移動網(wǎng)絡實現(xiàn)的方式

目前，國內(nèi)有運營商基于GPRS和CDMA 1x網(wǎng)絡提供了手機電視業(yè)務，這種手機電視業(yè)務實際上是利用流媒體技術，把手機電視作為一種數(shù)據(jù)業(yè)務推出來，采用點對點的方式而非廣播的方式傳送數(shù)據(jù)。不管是GPRS手機還是CDMA 1x手機，都需要在手機終端上安裝相應的播放軟件，而相應的電視節(jié)目則由運營商或者通過相應的SP來組織和提供。

流媒體采用客戶端/服務器模式將連續(xù)的影像和聲音信息存儲于網(wǎng)絡服務器上，服務器根據(jù)手機發(fā)出的請求發(fā)送數(shù)據(jù)流，手機通過GPRS或3G網(wǎng)絡一邊下載一邊播放，可支持點播與直播業(yè)務。其網(wǎng)絡結構如圖1所示。

圖1　利用流媒體技術實現(xiàn)的手機電視業(yè)務網(wǎng)絡結構

流媒體采用的這種點對點方式的傳送，在大量用戶都需要下載高速數(shù)據(jù)時，信源與每個接收用戶都有各自的鏈路，這樣對移動網(wǎng)絡資源消耗較大，并容易導致網(wǎng)絡擁塞。對于實時電視或視頻直播類業(yè)務，其承載成本并無優(yōu)勢。但是流媒體方式可適合個性化要求強的業(yè)務，如視頻點播類業(yè)務。

隨著移動用戶高速寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務的應用，當大量用戶同時接收同樣的高速數(shù)據(jù)時，由于待發(fā)送內(nèi)容是每個用戶都需要接收的數(shù)據(jù)，如果信源與每個接收用戶建立鏈路，每條鏈路上又都重復發(fā)送相同數(shù)據(jù)，這樣會造成資源使用的重復和浪費。因此，需要一種支持移動的廣播多播技術可以有效利用信源和無線網(wǎng)絡空口資源，以減少網(wǎng)絡中傳送的數(shù)據(jù)量，克服網(wǎng)絡擁塞。3GPP R6標準于2002年啟動，規(guī)定了利用UMTS網(wǎng)絡實現(xiàn)手機電視功能的移動廣播組播業(yè)務MBMS標準。只要在現(xiàn)有UMTS網(wǎng)絡中進行最小改動，絕大部分功能實體和空口協(xié)議無需改變，即可實現(xiàn)MBMS。

MBMS網(wǎng)絡(見圖2)基于原來的UMTS網(wǎng)絡結構，添加了網(wǎng)元BM-SC，它是內(nèi)容提供者的入口，用于授權和在移動網(wǎng)中發(fā)起MBMS承載業(yè)務，并按照預定時間計劃傳送MBMS內(nèi)容。其功能包括：授權第三方內(nèi)容提供商對用戶進行鑒權和計費;向GGSN提供MBMS傳輸相關參數(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，運用錯誤恢復機制進行重傳;調(diào)度MBMS會話傳輸，重新獲得外部數(shù)據(jù)內(nèi)容，給每一個MBMS會話用“MBMS會話標識符”做標記，使用戶能夠區(qū)分MBMS重傳會話;業(yè)務聲明，包括媒體描述、會話描述等的功能。

圖2　MBMS網(wǎng)絡結構

對已有的UMTS/GSM分組網(wǎng)功能實體GGSN，SGSN，RNC/BSC和UE，也需要增加MBMS相關功能和過程，如在預定的組播或廣播業(yè)務區(qū)域的資源管理，支持業(yè)務發(fā)起和中止;MBMS接收者的移動性管理，與普通的語音數(shù)據(jù)功能的并發(fā)考慮等。

MBMS技術中新增了新的物理信道MICH(MBMS Indicator Channel)，用來傳送MBMS的通知指示，尋呼訂閱了某業(yè)務的MBMS用戶。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)務數(shù)據(jù)和相關控制信息。當定制業(yè)務用戶多的時候用廣播的方式使用FACH信道傳輸，當定制業(yè)務的用戶很少情況下仍然可采用專用信道，因為FACH信道的發(fā)射功率比DCH大，定制業(yè)務的用戶很少會浪費功率，此時可從廣播傳輸?shù)姆绞角袚Q到專用傳輸?shù)姆绞剑怨?jié)省功率資源。

當終端用戶移動到不同基站下的小區(qū)分界處時候，采用宏分集技術同時接收來自兩個基站的電視數(shù)據(jù)(見圖3)。在實現(xiàn)宏分集技術時，要求網(wǎng)絡側(cè)針對同一MBMS業(yè)務在兩小區(qū)間進行內(nèi)容同步和一定程度上的時間同步。

圖3　MBMS宏分集技術

MBMS可應用組播模式和廣播模式兩種業(yè)務模式。廣播模式接近于數(shù)字電視業(yè)務，而組播模式專注和定位于群業(yè)務。組播模式提供了更好的計費特性，包括服務訂閱、接入和推出功能，需要用戶簽約相應組播組，進行業(yè)務激活，并產(chǎn)生相應的計費信息，而廣播業(yè)務不需要小區(qū)中所有用戶都制定該業(yè)務便可以獲得。由于組播和廣播模式在業(yè)務需求上存在不同，導致其業(yè)務流程也不同(見圖4a、圖4b)。

簽約即向運營商制定組播服務，運營商授予用戶使用該業(yè)務的權利，并對用戶進行計費登記;MBMS業(yè)務聲明機制使用戶得到MBMS業(yè)務的相關信息;廣播組播業(yè)務中心BM-SC發(fā)起會話開始，觸發(fā)由MBMS數(shù)據(jù)傳送建立相應的網(wǎng)絡資源;網(wǎng)絡側(cè)利用MBMS通知使UE確認正在或即將傳送的MBMS數(shù)據(jù)。最后由廣播組播業(yè)務中心BM-SC發(fā)起的會話結束，觸發(fā)由MBMS數(shù)據(jù)傳送釋放相應的網(wǎng)絡資源。

在組播模式的業(yè)務正在進行中，當有新的用戶想加入某個組播組即告訴網(wǎng)絡他想接收組播信息，通過已建立的UE與GGSN間的承載通道，UE向GGSN發(fā)送加入請求。用戶可以隨時加入組播組，但是需要進行鑒權，以作為計費依據(jù);當某用戶不再想接收組播信息，可以隨時退出組播組。

2.2　利用衛(wèi)星網(wǎng)絡實現(xiàn)的方式

利用蜂窩網(wǎng)絡的資源傳送廣播電視視頻確實是一個可靠的承載方式。但是當數(shù)據(jù)量大時也會帶來傳送網(wǎng)絡的時延和擁塞的風險，影響網(wǎng)絡中其他業(yè)務的通信可靠性。如果采用一種方式將電視節(jié)目的巨量傳送和管理計費數(shù)據(jù)的交互分開，既能保證實現(xiàn)高質(zhì)量電視節(jié)目的傳送和用戶信息的收集和資費統(tǒng)計，同時又不過多占用蜂窩網(wǎng)絡的資源，應該可以在某種程度為手機電視業(yè)務的規(guī)模開展掃除一定的障礙。

目前，韓國、歐洲力推一種利用手機來接收衛(wèi)星播發(fā)的電視節(jié)目信號的手機電視廣播方式(S-DMB)。S-DMB主要是研究在現(xiàn)有3G移動網(wǎng)絡上結合衛(wèi)星以及地面直放站來提供移動廣播、多播業(yè)務，改進3G網(wǎng)絡的多媒體業(yè)務提供能力。它將廣播電視網(wǎng)絡和移動通信網(wǎng)絡各自的優(yōu)勢互補，下行廣播信道由衛(wèi)星提供，廣播數(shù)據(jù)通過高帶寬的數(shù)字廣播電視網(wǎng)絡進行電視節(jié)目廣播。上行鏈路采用移動網(wǎng)絡傳送交互性業(yè)務，移動網(wǎng)絡提供交互通道，完成業(yè)務導航，定購及激活，鑒權計費等功能。具備S-DMB能力的手機終端在連接到GSM或者UMTS網(wǎng)絡的時候也能同時接收S-DMB信號。

(1)S-DMB技術

S-DMB可看作在專用頻段MSS(2170～2200MHz)上提供廣播能力的MBMS技術。由于MSS頻段緊靠IMT2000下行核心頻段(2110～2170MHz)，這對終端的成本及地面直放站的部署都極為有利。因此，S-DMB可以看作為MBMS的擴展(也可以稱為S-MBMS)，它與MBMS同屬于一個規(guī)范體系。S-DMB最大程度地重用UMTS的技術包括擴頻通信，調(diào)制方式等，同時增加IMR(Intermediate Module Repeater)滿足室內(nèi)覆蓋的要求，并且可以依靠UMTS終端強大的宏分集能力，支持從衛(wèi)星的覆蓋范圍到地面直放站覆蓋范圍的切換，以及在兩個不同地面直放站覆蓋范圍的切換。

(2)S-DMB組網(wǎng)結構

S-DMB的組網(wǎng)結構如圖5所示，在3GPP MBMS已有的網(wǎng)絡架構和功能接口基礎上增加了衛(wèi)星相關的功能模塊，同時對BM-SC和UE也有少量的功能增加，是一個基于混合的衛(wèi)星和地面直放站構成的網(wǎng)絡。

圖5　S-DMB網(wǎng)絡結構

圖5中，高功率衛(wèi)星將對從S-DMB Hub上接收到的上行鏈路Ku波段調(diào)制的S-DMB信號進行中繼和放大，并將該信號下變頻為IMT2000衛(wèi)星頻段的信號，發(fā)送給手機用戶。此外，衛(wèi)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(wèi)星是透明的，僅僅扮演一個頻段轉(zhuǎn)換直放站的角色。

(3)地面直放站的類型

●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)星上接收下來的Ku波段調(diào)制的S-DMB信號進行中繼和放大，下變頻為下行IMT2000衛(wèi)星頻段載頻，發(fā)送給終端用戶。該類型的直放站和衛(wèi)星工作在同樣的IMT2000頻段，使用戶能夠接收到一路S-DMB信號調(diào)制到由同樣的IMT2000載頻所反射的多個回波信號。這種類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)制過的S-DMB信號，將信號從衛(wèi)星上接收下來，發(fā)送給終端用戶。這種類型的直放站用來拓展特定室內(nèi)環(huán)境下的覆蓋范圍。

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

2.3　利用數(shù)字地面廣播實現(xiàn)的方式

手機電視技術方式通過整合數(shù)字電視和移動電話而實現(xiàn)，所以也促成了數(shù)字電視廣播網(wǎng)和移動蜂窩通信網(wǎng)的兩網(wǎng)融合的趨勢。目前，一種在手機終端上安裝數(shù)字電視接收模塊，通過接收地面廣播直放站直接獲得數(shù)字電視信號的方式成為手機電視實現(xiàn)方式之一。這種利用數(shù)字地面廣播方式實現(xiàn)的手機數(shù)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。

(1)DVB-H技術

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(shù)字電視廣播的標準。目前，全球很多國家和地區(qū)已使用或采用DVB-T標準，雖然國內(nèi)現(xiàn)在還沒有DVB-H的網(wǎng)絡，但是DVB-T系統(tǒng)已經(jīng)開始在中國實施，北京、上海已通過該系統(tǒng)將電視新聞、體育、股票報告及商業(yè)廣告支持的電視節(jié)目傳送到成千上萬的城市汽車。

DVB-H(Digital Video Broadcasting-Handheld)完全基于DVB-T，是一項通過地面數(shù)字廣播網(wǎng)絡向手持終端提供多媒體業(yè)務所開發(fā)的技術，使用該技術可以向手機終端用戶傳送多個視頻頻道和音頻頻道。該技術主要是為了解決向移動手持終端提供數(shù)字電視廣播業(yè)務時，所存在的功率消耗問題、移動環(huán)境中的性能問題以及網(wǎng)絡設計的靈活性等問題。

DVB-H系統(tǒng)依托DVB-T傳輸系統(tǒng)，通過增加一定的附加功能和改進技術使手持終端能夠穩(wěn)定地接收廣播電視信號。DVB-H可以保證移動終端在移動環(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)絡的應用。3G網(wǎng)絡除完成它自身的功能外，還充當DVB-H網(wǎng)絡的反向控制信道，傳輸諸如視頻點播、電視投票、電視瀏覽、交互式游戲等業(yè)務信令，提供多種個性化的多媒體業(yè)務，從而實現(xiàn)兩種網(wǎng)絡的融合。

DVB-H運營系統(tǒng)組網(wǎng)時(見圖6)，組網(wǎng)設備包括調(diào)制器、發(fā)射器、IPE、IPDC核心應用系統(tǒng)，以及連接這些設備所必須的IP網(wǎng)絡設備(如以太網(wǎng)交換機、路由器、防火墻)和數(shù)據(jù)傳輸設備。數(shù)據(jù)傳輸可以基于SDH，PDH或者微波等方式來實現(xiàn)。

圖6　DVB-H網(wǎng)絡結構

IPDC應用系統(tǒng)與GSM/GPRS/UMTS相連實現(xiàn)對用戶的計費，鑒權并完成用戶對業(yè)務的預覽和定購，所以也需要移動運營商對用戶的認證、計費、客戶服務、客戶管理等的配合。IPE(IP封裝器)接收到從編碼器傳輸過來的IP數(shù)據(jù)流時，根據(jù)每個頻道(或節(jié)目)對應的IP組播地址(源地址和目標地址)，為每個頻道(或節(jié)目)設置其對應的頻道(或節(jié)目)編號。支持DVB-H的手機需要增加額外的DVB-H天線和射頻處理模塊。

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正交子載波進行調(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。對每個子載波而言，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、保護間隔和編碼速率有關，傳輸速率范圍為4.98～31.67Mbit/s。

DVB-H單頻網(wǎng)的一個小區(qū)的覆蓋半徑范圍大概為40～60km。在一個單頻網(wǎng)中包含多個同步無線發(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)時必須考慮額外的室內(nèi)覆蓋以及小區(qū)之間的無縫切換。在一個單頻網(wǎng)小區(qū)內(nèi)，可支持的用戶數(shù)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(nèi)接收的覆蓋范圍會有所降低。因此，在信號強度較弱的地方，需要進行專門的室內(nèi)覆蓋，以保證在室內(nèi)的正常接收。

DVB-H引入了時間分片和MPE-FEC技術。

●時間分片采用突發(fā)方式傳送數(shù)據(jù)，每個突發(fā)時間片傳送一個業(yè)務。時間片內(nèi)該業(yè)務將單獨占有全部數(shù)據(jù)帶寬，并指出下一個相同業(yè)務時間片產(chǎn)生的時刻。時間分片帶來的好處是在業(yè)務空閑時間接收機可以做節(jié)能處理實現(xiàn)低功耗。另一好處是在業(yè)務空閑時間(off-time)里監(jiān)測相鄰小區(qū)，通過單一接收器(天線)就可以完成單頻網(wǎng)之間的切換，保證確保業(yè)務的連續(xù)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(shù)據(jù)包中增加了RS(Reed-Solomon)糾錯編碼的一種糾錯技術。DVB-H使用MPE-FEC來提高移動信道中的C/N，多普勒性能，抗脈沖干擾能力和糾錯能力。實驗證明，即使在非常糟糕的接收環(huán)境中，適當?shù)厥褂肕PE-FEC仍可以準確無誤地恢復出IP數(shù)據(jù)。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，支持移動性高速數(shù)據(jù)傳送。

由于基于IP數(shù)據(jù)包的傳輸，手機終端接收器一般只在整個傳送時間中打開10%，其余時間完全關閉，大大降低了手機終端耗電。在一個8M帶寬內(nèi)可提供高達15 Mbit/s的傳輸速度，如果一個頻道占用200～300kbit/s，則容量大到可傳送多于40～50個廣播質(zhì)量的電視頻道。

(2)ISDB-T技術

ISDB-T是日本于1996年開始啟動的自主數(shù)字電視標準研發(fā)項目，引入分段OFDM技術。1998年日本將這一稱為BTS-OFDM的技術體制定為日本地面數(shù)字電視廣播傳輸標準ISDB-T。2001年，該標準正式被ITU接受為世界第3個數(shù)字電視傳輸國際標準。

ISDB-T使用具有13個OFDM子波段的分段波段，將整個6MHz頻帶劃分為13個子帶，每個子帶432kHz，進行分段傳輸(Bandwidth Segemented Transmission-BST)，對不同的BST采用不同編碼類型和調(diào)制映射方式(QPSK或QAM等)，以滿足不同業(yè)務的需求，如對傳輸多媒體文本文件對信道編碼的技術要求較低，而對移動視頻接收等要求則較高。由于ISDB-T采用載波分割的技術，因此終端可以進行窄帶接收，從而有效地降低了終端功耗。

ISDB-T對不同的BST段采用不同的載波調(diào)制方案和內(nèi)碼編碼碼率，依次提供了分層傳輸特性。通過分層傳播方式，可以在1 ch(如6MHz)內(nèi)同時傳輸傳播特性(調(diào)制方式、編碼率等)不同的多種類廣播。

如圖7所示，根據(jù)傳輸業(yè)務的不同，多個段可以靈活地組合到一起。如9段可以組合在一起傳輸HDTV，3段可以組合在一起傳輸車載TV，通過傳輸不同參數(shù)的OFDM段群，達到分級傳輸。在一個地面頻道中可提供三個業(yè)務層(三種不同的段群)。通過使用只有一個OFDM段的窄帶接收機，可以接收傳輸信道中的部分節(jié)目。

圖7　ISDB-T分層傳播方式

3、結束語

比較以上介紹的各種手機業(yè)務承載技術，相同頻率帶寬中地面數(shù)字電視承載技術支持的業(yè)務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)務開展，而衛(wèi)星方式適合廣域或全國性業(yè)務開展，但是其建網(wǎng)需要衛(wèi)星支持，初期成本高。而MBMS利用移動網(wǎng)絡承載，雖占用寶貴的移動網(wǎng)絡資源，但是因為MBMS基于小區(qū)覆蓋，能夠提供基于較小區(qū)域和與用戶位置相關業(yè)務，并完全由移動運營商運營和控制的特點，使得移動運營商擁有更大的靈活性和可控性。對于實時電視或視頻直播類業(yè)務，地面數(shù)字電視承載方式、衛(wèi)星承載方式、MBMS技術在容量和承載成本方面均明顯優(yōu)于點對點的流媒體方式。

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