移动多媒体广播原理介绍与技术标准

移动多媒体广播原理介绍与技术标准解读广电总局广播科学研究院杨杰2010年7月19日北京中国移动多媒体广播中国移动多媒体广播系统,ChinaMobileMultimediaBroadcasting-CMMB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广电总局于2003开始研究新一代移动多媒体广播技术，并在2006年正式提出了基于自主知识产权的中国移动多媒体广播由广电部门、科研机构、技术研发和生产制造企业等组建了CMMB工作组，目前成员单位已达到220余家。历史脚印第一次酝酿（2002年）第一套原型机（2006年初）第一次亮相（2006年8月）第一个标准（2006年10月）第一款芯片（2007年3月）第一个发射点（2007年5月）第一次较量（2008年4月）第一次大考（2008年8月）第一个商业运营（2009年2月）中国移动多媒体广播面向七寸以下小屏幕、小尺寸、移动便携终端诸如手机、PDA、MP3、MP4、数码相机、笔记本电脑等以及车载、船载、机载接收机等接收设备。采用地面无线（或卫星）广播的方式，提供数字广播电视节目和信息服务移动电视广播可能的应用？动机和目的？接收终端形式？商务用户和旅行者在空闲时间观看电视节目商务用户和旅行者查看股票、天气预报、新闻等PMP、游戏机接收电视节目片断或卡通广播科学研究院动机与目的需要向手持移动（手持/便携/车载）终端提供新闻、视频流等公共服务和商业服务移动视频设备种类多、普及率高，如手机、笔记本计算机、PMP、GPS、PDA等可以使用移动通信2.5G或者3G，经济上不可行，技术上有难度广播科学研究院接收方式与标准采用手持接收移动多媒体广播手机、PDA、笔记本电脑、游戏机等固定接收地面电视广播电视机、台式计算机等车载接收移动多媒体广播/地面电视广播车载，可能包括手持设备（按接收设备的大小和方便性分）•地面数字电视广播系统在一定条件下能满足车载接收的要求广播科学研究院地面数字广播系统不能保证耗电低于100mW较高的数据率，达到15Mbit/s在高速下的接收只用一个天线接收单头端（Front-end）的漫游移动多媒体广播系统是一种适合移动接收需要的数字电视系统广播科学研究院移动电视技术的发展情况1、DVB系列（欧洲、亚洲、大洋洲）2、ISDB-T（日本、南美洲）3、T-DMB（韩国）4、S-DMB（日韩）5、MediaFLO（北美洲）6、CMMB（中国）发射站发射站发射站发射站发射站节目传输分配中心地面覆盖频段：470-798MHz相邻发射台距离：≤15.36km地面单频网组网示意图节目源传输分配网络CMMB复用器GPS发射机1发射机N发射机21pps10MHz接收终端CMMB调制器GPS1pps10MHzCMMB调制器GPS1pps10MHzCMMB调制器GPS1pps10MHz黄金准则：•频率相同•时间相同•数据相同节目源信源编码视频压缩音频压缩电子业务指南ESG编辑器ESG数据生成器紧急广播紧急广播信息编辑紧急广播数据生成器紧急广播信息数据广播XPE封装机数据广播业务数据广播业务服务器复用复用器信道广播信道调制器上变频终端信道解码解调制业务解复用音视频解码ESG展现紧急广播展现数据广播展现天线信息安全条件接收安全广播电视广播业务声音广播业务电子业务指南紧急广播数据广播条件接收电视广播业务参数视频压缩标准：AVS，H.264音频压缩标准：MPEG-4AAC帧率：25帧/秒图像分辨率：QVGA（320x240）、QCIF(176x144)采样格式：4:2:0声音广播业务参数音频压缩标准：DRA音频声道：单声道、立体声采样率：48kHz、44.1kHz、32kHz第1部分：信道编码与调制信道通常需要解决的一般问题适用的频率范围信道编码技术调制技术基带成帧技术CMMB的信道设计需求对接收的要求恶劣环境下的高质量接收（室内、室外、高速移动节电，低功耗接收单一、小尺寸天线满足接收要求对业务的要求多种业务灵活组合针对业务有效划分无线资源对网络的要求支持单频组网支持网络漫游和切换主要技术特点采用基于时隙的帧结构支持终端省电采用OFDM调制技术支持移动接收和单频组网采用LDPC编码和深度交织提高接收性能信道编码与调制框图RS编码字节交织LDPC编码比特交织星座映射上层数据流1RS编码字节交织LDPC编码比特交织星座映射上层数据流2OFDM频域符号形成扰码OFDM调制成帧连续导频离散导频传输指示信息RS编码字节交织LDPC编码比特交织星座映射上层数据流N......纠错编码级联码外码：RS编码外交织：基于字节的块交织内码：LDPC编码内交织：基于比特的块交织RS编码字节交织LDPC编码比特交织字节交织列入/列出的方式输入数据由第1列开始，由左向右逐次写满字节交织器的前K列RS编码器由上向下逐行进行RS编码所有行的RS编码完成后，由左向右从字节交织器中逐列读出240列编码后的数据字节交织深度字节交织提供跨时隙深度交织字节交织深度由星座点数和交织模式决定，可以跨1～8个时隙结合时隙分配，可以提供秒级交织深度TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS8TS9TS10TS11TS35TS36TS37TS38TS39TS0TS1TS2TS3TS4内交织块LDPC编码高度结构化的LDPC编码，码长9216比特包括两种码率：1/2和3/4码字结构经过优化设计，使解码器可以低复杂度实现提供接近香农限的纠错性能LDPC编码11.21.41.61.8210-710-610-510-410-310-210-1AWGNEb/No(dB)BER(3,6)ThresholdLDPCCodeinSTiMiN=9216,R=1/2Gap≈0.5dB比特交织器输入填充顺序输出填充顺序360384BPSK25msQPSK12.5ms16QAM6.25ms交织深度帧结构CMMB传输帧长度为1秒，划分为40个时隙每个时隙具有相同的结构，包括信标和53个OFDM符号每个广播业务占用一个或几个时隙利于时隙开关支持终端节电设计TS0TS1TS38TS391S25msBeaconOFDMSymbol0OFDMSymbol1OFDMSymbol52时隙TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS8TS9TS10TS11TS35TS36TS37TS38TS39:控制逻辑信道Service1-Service2Service3Service4ServiceK-1ServiceK通过时隙分组支持不同业务速率时隙的最小单位速率为64kbpsONOFF终端通过时隙开关实现省电时隙同步信号1个发射机标识信号：用于鉴别信号来源发射机标识同步信号OFDM符号OFDM符号OFDM符号53OFDM符号信标2个同步信号：快速同步和辅助信道估计53个OFDM符号：承载数据时间分片原理示意时间分片－功耗降低burstbitrateMbps2468101214powersaving%80604020Servicebitrate350kbpsBurstsize2MbServicebitrate1MbpsServicebitrate100kbpsSynchronizationtime250ms100Delta-tJitter10msOFDM符号符号体CPGDGDTGDT1T0TGD拷贝拷贝子载波............1153820474095255820484096子载波（10MHz）03077子载波（7.51MHz）...离散导频数据子载波/连续导频虚拟子载波图例：离散导频：交错排列，用于时频域信道估计连续导频：左右对称排列，频率跟踪、相位校正，以及承载16比特传输指示信息时隙号（5比特）、字节交织器同步标识（1比特）、配置变更指示（1比特）、保留（8比特）系统数据率星座映射LDPCCodeRateDataRateperTS(Kbps)TotalDataRate(Mbps)BPSK1/264.5/13.82.6/0.55BPSK3/496.8/20.73.8/0.82QPSK1/2129.0/27.65.1/1.09QPSK3/4193.5/41.57.6/1.6316QAM1/2258.0/55.310.1/2.1716QAM3/4387.1/82.915.2/3.25与其它系统对比DVB-HMediaFLOT-DMBS-DMBCMMB带宽6～8MHz6MHz2MHz25MHz8MHz2MHz调制技术4KOFDM4KOFDM1KOFDMCDMA4KOFDM1KOFDM信道编码RS＋卷积码RS＋TurboRS＋卷积码RS＋卷积码RS+LDPC最大传输速率12Mbps(8MHz)11Mbps1.5Mbps7M16Mbps3Mbps交织深度0.25s0.75s0.25s3.5s1s物理层频道切换时间5s1～2s1.5s5s1～2s系统理论性能（Eb/No）4.5dB2.0dB4.5dB4.5dB2.0dB第2部分：复用复用基本功能视频编码数据复用电子业务指南用户管理控制信息ES音频编码ES信道处理技术对比制式CMMBDVB-HT-DMBFLOISDB-T全称ChinaMobileMultimediaBroadcasting，中国移动多媒体广播DigitalVideoBroadcasting-Handheld,手持数字视频广播系统Terrestrial-DigitalMultimediaBroadcasting,地面数字多媒体广播系统ForwardLinkOnly前向链路ServiceDigitalBroadcasting-Terrestrial,地面综合业务数字广播国家中国欧洲韩国美国日本复用技术高效的复用帧结构（MFS）技术IPoverTSTSMediaFLOLogicChannel（MLC））技术TS复用效率无线通信的频率资源宝贵，CMMB重要的特点是窄带传输、低码率特性，因此数据链路层的协议设计应具有高效的结构，确保传输效率MPEG2TS为例说明由于每个TS包固定长度为188个字节，每1个图像帧是一个PES，而2个PES不能在同一个TS包内，也就是说每个PES必须占用整数个TS包，因此需要信息填充码率越低，PES长度越小，由此效应而导致的损耗则越显著复用效率用于描述业务的PSI信息PSI由PAT、PMT、NIT和CAT构成，其中PAT和PMT的发送频率非常高业务更新发现实时性差。由于每个TS流分配具有的不同的PSI信息，当PAT、PMT等PSI信息改变时，须对每个TS流进行遍历，为确保更新发现及时，每次切换TS流时须重新搜索PSI信息PCR等其它信息开销也形成冗余经分析及测试，当多媒体业务码率为500kbps以下时，MPEG2TS传输效率为80%～85％左右复用器原理框图主要特点与信道技术紧密耦合逻辑信道分为控制逻辑信道和业务逻辑信道控制逻辑信道传输系统控制信息，固定在时隙0业务逻辑信道占用其他时隙，适配业务对QoS要求帧结构信道时隙信道时隙信道时隙广播信道帧k复用帧1复用帧2复用帧L复用子帧1复用子帧2复用子帧nKNM控制信息表网络信息表提供网络相关信息，例如中心频率、带宽复用配置表（短时间＋持续）提供了一个载频上的每个复用帧的配置情况，例如时隙位置、信道参数、承载业务数量等等业务配置表（短时间＋持续）提供了各载频上业务分配情况视音频/数据复用帧头复用帧净荷填充视频段长度音频段长度数据段长度视频流总数音频流总数复用子帧子帧头视频段音频段数据段起始播放时间8322132132113头长度视频段指示音频段指示数据段指示起始播放时间指示扩展区指示保留保留扩展区CRC3111132复用子帧第3部分：电子业务指南基本概念定义：ESG)(ElectronicServiceGuide)，是一种多媒体广播信息导航业务作用：终端通过解析ESG，能够获得多媒体广播业务的相关信息，如业务名称、播放时间、内容梗概等，便于终端用户快速检索和访问相关概念：业务、节目、内容、编排……（Service、Event、Content、Schedule……）9:00-10:00体操