毕业设计论文移动多媒体广播(CMMB)技术

XXXX大学毕业设计（论文）任务书课题名称 移动多媒体广播技术研究 学 生 姓 名 所在院、系（队） 专 业 学 号 申请学位级别 指导教师单位 指导教师姓名 技 术 职 务 二一年五月二十日移动多媒体广播(CMMB)技术摘要随着广播电视的数字化及移动技术的相互融合,中国的手机电视业务发展迅速,以手机电视为代表的移动多媒体广播(CMMB)在奥运会期间发挥了重大作用,成为现在的热点话题。阐述了CMMB（中国移动多媒体广播）的基本简介、系统架构及主要特点，技术之一OFDM，CMMB芯片及其提供的服务，对CMMB标准、相比其他标准的优势、各种技术:信道传输技术、信源编码和解码等方面进行了阐述,并对CMMB技术标准体系中的信道、复用、电子业务指南、紧急广播、数据广播5个关键标准作了详细介绍，给出CMMB国家规划、当前的产业化发展与组网建设情况说明CMMB的发展前景和优势,在不久的将来,CMMB移动多媒体技术必将成为中国主流的技术。关键词：移动多媒体广播，OFDM，CMMB，标准，发展，产业化Technique and Development of Mobile Multimedia BroadcastingAbstractThe basic introduction, system structure and characteristics of CMMB (China Mobile Multimedia Broadcasting)are described, technology-OFDM , advantages compared with other standard , CMMB chip and the services it provided . And then，five key standards of CMMB technique standard system are introduced in detail，including the standards of channel，multiplexing，Electronic Service Guide (ESG), emergent broadcasting and data broadcasting Finally，there are national planning about CMMB, the current industrialization development the network construction situation of CMMB are explainedKey words ：CMMB； OFDM; standard；development；industrialization 目录第一章 移动多媒体主流标准11.1概述国外四种手机电视标准11.1.1欧洲DVB-H标准11.1.2美国MediaFLO标准21.1.3日本ISDB-T标准31.1.4 韩国T-DMB标准31.2 综述5第二章 CMMB技术标准、系统架构及优势82.1技术标准82.1.1 信道帧结构、信道编码和调制82.1.2 复用102.1.3 电子业务指南112.1.4 紧急广播122.1.5 数据广播132.2系统架构132.3 CMMB相比其他标准的优势15第三章 正交频分复用系统OFDM173.1 OFDM173.2发展历史173.3应用情况183.4 OFDM的基本原理193.5优势与不足21第四章 移动多媒体普及和展望234.1节约频谱资源234.2移动便携接收和低功耗234.3对多种标准的兼容性23参考文献25致谢26引言数字化是一场全世界范围的新技术革命，是广播电视发展的必然趋势，随着数字广播电视技术的发展，互联网技术和多媒体技术应用的不断创新，如何将电视广播和移动通信技术与两者的业务更加紧密的结合在一起，已经成为目前发展最快、最令人瞩目的领域，这意味着人们可以通过广播电视覆盖网开展移动多媒体广播业务。作为信息传播的一种新媒体形式，移动多媒体广播的最大优势就是支持移动接收。在信号覆盖范围内，针对多种类型的移动终端，国际各标准组织或公司都相继提出了系统方案，例如DVBH，Media FLO等。我国于2006年提出了具有自主知识产权的中国移动多媒体广播(China Mobile Multimedia Broadcasting，CMMB)系统，它是国内自主研发的第一套面向手机、PDA、MP3、MP4、数码相机、笔记本电脑多种移动终端的系统，利用S波段信号实现“天地”一体覆盖、全国漫游，支持25套电视节目和30套广播节目，2006年10月24日，国家广电总局正式颁布了中国移动多媒体广播(俗称手机电视)行业标准，确定采用我国自主研发的移动多媒体广播行业标准。CMMB规定了在广播业务频率范围内，移动多媒体广播系统广播信道传输信号的帧结构、信道编码和调制，该标准适用于30MHz到3000MHz频率范围内的广播业务频率，通过卫星和/或地面无线发射电视、广播、数据信息等多媒体信号的广播系统，可以实现全国漫游。实现随时随地提供广播影视节目和信息服务，满足当代社会“信息无处不在”的需求。CMMB 提供的服务根据移动多媒体广播电视的特点和业务发展需要，CMMB业务平台主要由公共服务平台、基本业务平台、扩展业务平台等三个平台构成。 （1）公共服务平台是向用户提供公益服务的移动多媒体广播电视业务平台，主要由公益类广播电视节目和政务信息、紧急广播信息构成。CMMB公共服务平台播出的内容和开展的业务，为向合法用户提供的无偿服务。 （2）基本业务平台是向用户提供基本数字音视频广播服务和数据服务的业务平台，包括卫星平台和地方平台传送的数字音视频广播服务和数据服务。CMMB基本业务平台向合法用户提供的服务，为有偿服务。 （3）扩展业务平台是根据用户不同消费需求向用户提供扩展广播电视节目服务和综合信息服务的业务平台。提供的服务主要由四方面构成，一是经营类的广播电视付费节目；二是经营类的音视频点播推送服务，利用系统闲置时间将用户订制的广播电视节目推送到用户终端；三是综合数据信息服务，主要有股票信息、交通导航、天气预报、医疗信息等；四是双向交互业务，主要有音视频点播、移动娱乐、商务服务等。目前，CMMB主要以音视频服务为主，扩展服务中综合信息、双向交互等服务将随着业务的发展逐渐推广应用。CMMB扩展业务平台向合法用户提供的服务，为有偿服务。CMMB发展状况为推动CMMB的技术和产业发展，2006年广电总局成立了CMMB技术研究工作组，它的主要工作内容包括：起草CMMB的各项技术规范、标准草案和有关技术文件；组织和推动关键技术、芯片、器件和设备的研发；进行各种技术测试、组网试验等工作，目前，工作组成员单位已超过160家，覆盖传输、终端、信源、协议、芯片等各个领域，具体分布情况如图所示。 CMMB技术工作组的成员分布随着产业化进程的不断推进，CMMB目前已经初步具备了较完整的产业链，包括制播设备、发射设备、运营维护系统、网络管理系统、测试仪器、芯片及器件等。第一章 移动多媒体主流标准目前，国际上流行的数字移动多媒体广播标准主要有4个：欧洲的DVBHt，美国的Media FLO，日本的ISDB-T标准和韩国的TDMB。欧洲DVB项目组于2002年秋开始制订手持终端标准，2004年2月完成，11月被E11SI接受并公布为DVBH标准。DVBH结合移动终端便携性的应用需求，在DVBT基础上改善了移动接收性能，在数据链路层采用时间分片技术，降低手持终端的平均功耗，便于进行平稳、无缝的业务交换。DVBH支持GSM，GPRS，WCDMA网络，兼容DVBT，实现了广电网和移动通信网的融合。2005年，美国高通公司正式推出了Media FLO标准。它源于该公司的分组数据技术，是一种全新的空中接口方案，专为手机终端接收广播式多媒体节目而设计，具有低功耗、高移动性能、快速频道切换、高频谱效率等优点。其固有的局限性是一个独立的系统，不具备向下兼容性：缺乏现成的实验网络和成熟产品，商用化进程困难。2003年1月，韩国开始了基于DAB的TDMB标准的制定。2004年8月完成并提交到worldDAB论坛，同年l1月被批准，在2005年4月成为ITUR建议，并于同年7月获E11SI批准。TDMB同是在DAB基础上将视频节目以流模式复用到传输帧中，加外编码和交织后可向手机、PDA和便携电视等手持设备传送数字音视频节目。此外，DABIP使用IP与DAB增强包模式的结合开展视频和多媒体业务，得到了微软公司等的全力支持。英国电信最近使用DABIP平台对移动接收机发送音视频和数据进行先导试验，将根据测试结果选择商用时间。韩国的TDMB则有很大不同，它继承了DAB简单实用的特点，对DAB主体未作太大修改。但由于DAB本身主要面向音频传输，TDMB套用其标准，频谱利用率低的缺点使其节目数过少，不能满足移动多媒体广播系统对丰富节目源的需求。1.1概述国外四种手机电视标准 1.1.1欧洲DVB-H标准 DVB系列标准最早由DVB项目组在上世纪90年代初提出，其地面广播版本DVB-T(Digital Video Broadcasting-Terrestrial) 是在90年代中期开发的，并于1997年2月获得ETSI (European Telecommunications Standards Institute 欧洲电信标准委员会)的认可，成为欧洲地面数字电视广播的标准。目前全球已有59个国家和地区已使用或采用DVB-T标准：除了欧洲国家外，还包括：澳大利亚、新西兰、巴西、新加坡等国。从整体应用情况来看，DVB-T技术已经非常成熟。DVB-H是完全基于DVB-T，并针对手持终端所开发的一项技术，使用该技术可以向使用电池的移动手持终端(包括手机)同时传送多个视频频道和音频频道。该技术主要是为了解决向移动手持终端提供数字电视广播业务时，所存在的功率消耗问题、移动环境中的性能问题以及网络设计的灵活性等问题。DVB-H的技术规范工作主要由DVB项目组实施。DVB-H技术组在2002年9月正式启动， 2004年1月技术标准在技术组内部接受，2004年11月经ETSI批准成为欧洲的移动电视标准。 DVB-H服务已经在欧洲运行了，同时DVB-H将在今年年末在北美投入使用。DVB-H结合移动电话便携性的应用需求，改良了功耗和移动接收效果，在数据链路层采用时间分片技术，降低手持终端的平均功耗，并且便于进行平稳、无缝的业务交换。DVB-H支持GSM、GPRS、WCDMA网络，兼容于DVB-T，实现了广电网和移动通信网的融合。来自欧洲的DVB-H技术虽然相比T-DMB数据传输速率更高、能承载更多频道、可支持双向，但移动性稍差些，而且功率较高，需要更多的发射站，部署成本昂贵，而且它所需较高频段在世界各地的授权问题还悬而未决(在中国更是如此)，故商用步伐缓慢。1.1.2美国MediaFLO标准 MediaFLO：源于高通分组数据技术，2005年才正式推出，是高通公司主导的手机电视标准。MediaFLO技术是一种全新的空中接口技术，专门为手机终端接收广播式多媒体节目而设计，具有低功耗、高移动性能、快速频道切换、高频谱效率等优点。该技术在给定的700MHz频率能传输高达50kW的功率，该公司计划在市内部署2或3部大功率发射机覆盖全市。高通的700MHz频谱会受到在55频道附近的大量模拟UHF电视台广播的妨碍，因为这么拥挤的条件会影响多达1.8亿名观众的收看质量。高通早已开始同部分广播公司进行接触，但也许直到2009年末，也就是美国设定的向数字电视转换的最后期限，高通才能够组建一个全国性的网络。美国高通的MediaFLO基本局限于本地区推广，因为MediaFLO为独立的系统没有兼容性，缺乏现成的实验网络和成熟的产品，商用化不成熟，700MHz频谱牌照只限于美国，50kW高功率发射不利于环保。1.1.3日本ISDB-T标准 日本提出的“综合业务数字广播”ISDB-T OFDM系统采用MPEG-2传送比特复用，ISDB-T调制方式，使用的编码方式、调制、传输与DVB-T COFDM基本相同，可以说是经修改的欧洲方式，不同之处在于接收方面增加了部分接收和分层传输，将整个6MHz频带划分为13个子带，每个子带432KHz，将中间一个用于传输音频信号，并大大加长了交织深度（最长达0.5秒），增加交织深度将引入长达几百毫秒的延迟影响频道转换和双向业务。ISDB-T概念覆盖了各种服务，因此系统不得不面对各种需求，而且一个业务可能和另一个业务是不同的。但是ISDB-T目前只有日本在使用。1.1.4 韩国T-DMB标准 韩国率先推出了商用移动电视服务，分别是T-DMB和S-DMB。T-DMB全称为数字多媒体广播（Digital Multimedia Broadcasting），是在数字音频广播DAB（Digital Audio Broadcasting）基础上发展起来的技术。这种技术建立在欧洲厂商开发的尤里卡147数字音频广播（DAB）系统的基础上，做了一定修改后可以向手机、PDA和便携电视等手持设备播送空中数字视音频节目。另一种是S-DMB（卫星数字多媒体广播）。这是将数字视频或音频信息通过DMB卫星进行广播，由移动电话或其他专门的终端实现移动接收。韩国的S-DMB有两种：S-DMB系统A，该系统也是基于欧洲的DAB系统,传输技术采用OFDM, 业务的主要推动者韩国电信；S-DMB 系统E，传输技术采用CDM(code-division multiplexing)，主要专利掌握在东芝手上, 业务的主要推动者是SKT公司。其中S-DMB系统A, 由于其地面转发器(Gapfiller)工作频点较高（频率范围为2.605-2.630GHz）, 需要组建密集型单频网(SFN), 其组网成本相当地高且OFDM抵抗多径干扰的优势并未得到体现，实际上并未得到使用。在韩国实际商业的卫星数字多媒体广播由SKT电信公司推动的S-DMB 系统E, 日本的卫星广播标准也采用此系统。 SKT电信公司于2004年3月史无前例地发射了专用卫星。该卫星是SKT和日本的移动广播公司共同拥有的，价值3.1亿美元。基于韩国的经验表明，为了更好接收到卫星信号，运营商不得不在每一个城市就构造数以百计的中继接收基站。虽然S-DMB赶在地面数字多媒体广播服务开始前，率先开播了卫星数字多媒体广播，但由于地面数字多媒体广播价格更为便宜，因此很快就吸引了更多用户。韩国T-DMB正式运行于，提供免费服务。根据ETRI（Electronics and Telecommunications Research Institute）的报道，T-DMB拥有40万左右的用户，而S-DMB只拥有21万左右的用户，且还有进一步增大的趋势。目前韩国已开始向全球推销T-DMB，而非S-DMB用以迎合欧美以地面为主体的模式，期望T-DMB成为全球标准。目前试验T-DMB的国家包括德国、法国、中国等。英国和墨西哥等将于今年启动T-DMB试验。另外，印度最近也对T-DMB表现出了浓厚的兴趣。T-DMB已于2005年7月年获得ETSI批准, 目前还未获得国际电联ITU批准, 因此尚未成为正式的国际标准。T-DMB是一个开放的标准。其专利费政策也是与Eureka-147系统是一致的并遵循ETSI IPR政策。这意味着与现有IPR如MPEG-4 AVC和BSAC相关的专利费需另外支付，因为这些专利费与Eureka-147 DAB系统和服务标准不相关。韩国的T-DMB技术相比于欧洲的DVB-H主要有以下六大优势： 1) 较低的频道转换时间，T-DMB为1.5秒，而DVB-H则需要大约5秒钟； 2) 没有反应时间上的限制； 3) 每秒钟更高的帧数，DVB-H为15fps，而T-DMB则可以高达30fps； 4) 即使不是以IP为基础，也仍然可以提供流媒体点播的服务； 5) 使用较低频带2MHz，对电源和电路的要求也就更低（DVB-H使用8MHz）； 6) 由数字音频广播DAB升级到T-DMB所需的资金投入更少。还有一个不容易注意的事实是DVB-H实际上笼罩在DVB-T的阴影下，数字电视运营商的注意力还主要在DVB-T上(技术的原因是两者不能完全兼容);而DAB运营商则把T-DMB视为新的推动力，心甘情愿地让T-DMB唱主角(技术的原因是两者能完全兼容)。这一贬一宠便使得二者的境遇有天壤之别。T-DMB存在一定的缺陷: (1) 相比DVB-H的16QAM而言，T-DMB采用了DQPSK调制, 其频带利用率较低。(2) 组网灵活性较差，T-DMB不支持IP包。(3) 尚未提供移动网与广播网融合的解决方案和交互服务。(4) 在Band III(170240 MHz ), 接收机天线设计较难.1.2 综述 从世界范围看，目前手机电视产业处于领先地位的是日韩，欧美国家的手机电视产业发展水平基本与中国处于同一水平线上。对IEEE等文献数据库的检索结果显示：国外对手机电视的研究主要集中在以下几个方面： 1、技术与标准国外关于手机电视技术的研究成果较多。如日本学者八木伸行、吉村俊郎、加井谦二郎2004年合著出版了数据广播技术，该书就流媒体实现的关键技术进行了研究；以Paul Rosser为代表的学者则对流式传输与流媒体的关系进行了梳理和对比；印度科学家Amitabh Kumar结合自己在通信、网络和广播领域30多年丰富的工作经历和对移动电视领域的独到见解编著而成移动电视：DVB-H.DMB.3G系统与富媒体应用，对手机电视行业发展产生广泛影响。在IEEE的文献检索中，有关手机电视技术的论文最多，如Schatz, R.在手机电视：DVB- H扩展服务与交互性P2P中描述了手机电视互动式点对点一体化服务技术；Hartung, F. 在基于3G网络的广播式服务中描述了 3G网络时代的多播技术；Gozalvez, J.在传播技术杂志上发表的HSDPA走向商用讨论了3G通信和HSDPA在各个方面的发展，包括异构无线通信、WiMAX、无线局域网、移动电视、基于位置查询的服务和电子商务服务等等；Bretillon, P.在手机电视的视频质量优化中用实验分析法描述了DVB-H的编码设置等。手机电视产业的一个突出的现象是技术标准繁多，因此，技术标准问题也引起了欧美研究者的广泛关注，如：美国市场研究调查机构Parks Associates的研究部主任约翰巴雷特2006年在欧洲手机电视：谁需要标准中详细列举了世界范围内的几大手机电视标准，并进行了对比分析。除了技术和标准的研究，学者们还在技术层面对手机电视的传播方式进行了大量研究。如：Schatz, R. 2007年在移动与无线通信会议中发表的娱乐-手机电视直播平台模型，提出了基于早期技术的交互式手机电视平台和服务模型，对广播/点播网络和互动式客户端的关键性技术给予了重点关注，并设想了该领域技术未来的发展方向。Marilly, E在手机电视：多媒体互动服务创新中分析了多媒体媒体中交互式传播的几个问题，提出了一种低成本、一体化的交互式服务技术体系。2、内容运营与商业模式美国印第安纳大学教授珊泰勒伊斯特曼2001年出版了Broadcast/Cable/Web Programming : Strategies and Practices，对电子媒介的节目设计进行了详细分析；任职于麻省Burlington Nokia研究中心的Sudhir Dixit博士2004年出版了Content Networking in the Mobile Internet，重点研究基于无线网络技术条件下的内容生产。从文献检索看，欧美对内容运营进行研究的文献不多。Carlsson, C. 2007年在系统科学杂志上发表的手机电视：内容决定生死认为，现在用户使用手机的方式，开始从单纯相互沟通向主动从手机寻找信息演进。手机电视内容设置不能完全模仿传统媒体，要根据手机用户寻找信息的习惯如：何时、何地接受什么样的信息来设置手机信息内容；Deuker, A.在手机电视的多点传播与个体服务中从广告经营的角度描述了手机电视的传播性质，他认为手机媒体的发展不但要考虑到多点传播，同时也要关注个体的私密性传播。对手机电视商业模式的探讨，多出自手机电视业界人士之手。曾任柏林广播式手机电视研究中心项目经理的Claus Sattler博士在手机电视最佳管理制度实务中从建立合理的手机电视管理的角度，探讨了手机电视的商业发展模式；2007年知名行业分析公司Screen Digest发表的手机电视：商业模式与机遇（Mobile TV: Business Models and Opportunties）提出以下几个问题：手机电视的基本商业模式是什么？适当的调控政策有必要吗？新规则如何影响市场？移动运营商和内容提供商的机会在那里？并对这些问题进行了探讨；高通公司MediaFLO业务开发副总裁OMAR JAVAID在国际广播工程（International Broadcast Engineer）上刊发的手机电视商业模式：通向成功的钥匙（Mobile TV business models: the key to success）从付费电视角度分析手机电视盈利模式；ASIAcom的编辑Tony Brown于2007年刊发的手机电视商业模式依然不明晰（Mobile TV business model remains elusive）就广告盈利模式进行了分析。3、发展、影响与战略目前虽未见到欧美出现关于手机电视发展、影响或者战略的大部分专著，但有两部著作对这一方向的研究具有极其重要的作用，一部是在1995年由美国学者尼葛洛庞帝所著的数字化生存，该书对新兴多媒体技术进行了展望和分析，成为人们跨入数字媒体时代的指南；另一部是美国媒介理论家、教育公司总裁保罗莱文森所著手机:挡不住的呼唤。在各个利益集团对手机电视标准展开争夺战的复杂背景下，运营商必须考虑如何在这种环境下生存。Ramos, S. 在欧洲手机电视频谱管理背景下的发展战略选择中论述了在欧洲通信管理委员会对欧洲手机电标准实施频段管理可能对欧洲手机电视产业链带来的变动，分析了运营商在此种背景下需采取的战略。Olivier Braet在欧洲手机电视合作模式中探讨了欧洲手机电视产业链中的各利益方在该领域的合作模式及在该合作模式下欧洲手机电视的商业化发展情况，他认为：单纯生存策略无法使企业在激烈的商业竞争中立足，要寻求发展，就必须整合手机电视产业链中的各方，以合作求共赢。除此以外，欧美的研究者还意识到：要保证手机电视快速发展，需要建立起有利于产业发展的监管体系。Hurmelinna-Laukkanen在手机电视保护服务创新与相互模仿发展的矛盾中通过对芬兰手机电视运营商的研究，提出如何解决保护服务创新与相互模仿发展之间的矛盾的问题，他认为：手机电视运营商必须通过创新服务如定价、营销的创 新来提高竞争力，但在保护服务创新中存在矛盾，一方面，企业应该保护他们的创新，以确保他们的立场，另一方面，企业也必须通过相互模仿促进手机电视的发 展；只有提出一种合理的保护措施才能有效克服这种矛盾。第二章 CMMB技术标准、系统架构及优势事实上，与先前的国家地面数字电视等标准不同，CMMB并不是简单地提供一个信道层面的传输标准。为了切实有效地支撑移动多媒体广播业务，CMMB依托的技术核心是一个非常完备的技术支撑体系，它包括技术标准、技术规范要求、实施指南、系统白皮书、设备技术规范、设备测试规范等。2.1技术标准目前已经正式颁布的5个CMMB国家行业标准涉及信道、复用、电子业务指南、紧急广播和数据广播。依托这5个基础标准协议，能够为用户提供音视频广播以及各类信息业务，其协议栈如图2.1所示。图2.1CMMB协议栈2.1.1 信道帧结构、信道编码和调制该标准于2006年颁布，主要定义了在303 000 MHz频率范围内，移动多媒体广播系统广播信道物理层各功能模块，给出了移动多媒体广播信道物理层传输信号的帧结构、信道编码、调制技术以及传输指示信息。广播信道物理层以物理层逻辑信道的形式，向上层业务提供传输速率可配置的传输通道，同时提供一路或多路独立的广播信道。物理层逻辑信道支持多种编码和调制方式，可满足不同业务、不同传输环境对信号质量的要求。标准定义的广播信道物理层支持单频网和多频网两种组网模式，可根据应用业务的特性和组网环境选择不同的传输模式和参数。物理层支持多业务的混合模式，达到业务特性与传输模式的匹配，实现业务运营的灵活性和经济性。物理层功能框图如图2.2所示。对于输入的数据流，系统的外编码和外交织分别采用RS编码和字节交织，内码采用12，34码率的LDPC编码，内交织采用比特交织。数据流经星座映射、符号成形后，采用复伪随机序列进行扰码，针对使用的不同系统带宽，OFDM可选取4KOFDM(8 MHz)，lKOFDM(2 MHz)两种方式进行调制。图2.2 物理层功能框图CMMB信道标准采用基于时隙的物理帧结构进行设计，每个CMMB传输帧长度为1 s，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。在开展业务时，每个广播业务可占用一个或多个时隙，终端可以只激活当前业务使用的时隙，从而实现节电设计。表2.1给出了CMMB物理层可使用的参数配置方式。与目前已有的手机电视标准相比，如DVBH，MediaFLO等，CMMB信道标准毫不逊色，见表2.2。并且，由于采用了先进的LDPC编码等技术，CMMB性能指标都达到或超过了其他同类标准，具有国际领先水平。表2.1 CMMB物理层参数配置说明表2.2 CMMB与其他手机电视标准性能对比2.1.2 复用该标准于2006年颁布，CMMB复用作为数据链路层协议，与下层的物理层紧密结合，同时对其之上的高层协议具有良好的支持特性。它完全匹配广播信道传输技术的时隙结构，可支持终端的省电模式，并且具有很好的应用灵活性和可扩展性，可以承载多种音视频码流，支持灵活的数据业务，通过将关键的业务辅助信息和信道调度控制信息放置在专用的高保护率信道中传输，很好地适应了无线传输恶劣环境，具有很强的容错特性。组成CMMB复用协议的单元包括复用帧、复用子帧、视频段、音频段和数据段，它们的层次关系如图2.3所示。每个物理传输的广播信道帧由复用帧构成，多个复用子帧或者控制信息表组成复用帧，复用子帧包括音频、视频和数据段。图2.3复用层次结构在一个CMMB广播信道帧中最多有40个复用帧，根据其承载的内容不同，可分为两种类型的复用帧。其中，第一个复用帧(帧标识为O)为控制帧，其他复用帧为业务帧。控制帧的净荷为各类控制信息表，包括网络信息表、持续业务复用配置表、持续业务配置表、短时间业务复用配置表、短时间业务配置表、ESG基本描述表和紧急广播，为终端提供各种相应的控制信息。业务帧的净荷为一个或多个复用子帧(最多15个)，每个复用子帧承载视音频或数据信息，即每个复用子帧是一种业务应用。同一业务的音频基本流、视频基本流和数据流封装在同一复用子帧中，业务复用帧就是多个业务的集合。2.1.3 电子业务指南电子业务指南(Electric Service Guide，ESG)是移动多媒体广播的业务导航系统，主要用来描述提供给用户的所有业务信息。用户可通过ESG获得移动多媒体广播业务的节目名称、播放时间和内容梗概等信息，实现节目的快速检索和访问。在移动多媒体广播系统中，ESG由基本描述信息、数据信息和节目提示信息构成(见图2.4)。图2.4ESG图2.4 ESG构成基本描述信息描述了数据信息在ESG业务的分配情况、更新状态等，在控制逻辑信道中传输，即在复用控制帧中进行传输。数据信息采用XML方式表示，主要描述了与移动多媒体广播业务相关的业务信息、业务扩展信息、编排信息、内容信息和业务参数信息，在CMMB系统中采用XML方式描述ESG数据信息，并将其作为一个特殊的移动多媒体广播业务进行传输。业务信息由若干业务元素构成，每个元素描述了业务的属性，如业务标识、名称、语种等。业务扩展信息由若干业务扩展元素构成，每个元素描述了业务详细的属性。编排信息由若干编排元素组成，每个元素描述了节目的起始时间、节目名称等信息。内容信息由若干内容元素构成，每个元素描述了节目的属性，如持续时间、节目介绍、关键词等。业务参数信息由若干业务参数元素构成，每个元素描述了访问业务所需的参数，如音视频码率和帧频等。节目提示信息描述了业务当前时间段和下一时间段播放节目的概要信息，随移动多媒体广播音视频业务一起传输。2.1.4 紧急广播紧急广播是一种利用广播通信系统迅速向公众通告紧急事件的业务。当发生自然灾害、事故灾难、公共卫生和社会安全等突发事件时，造成或者可能造成重大人员伤亡、财产损失、生态环境破坏和严重社会危害，危及公共安全时，紧急广播提供了一种迅速快捷的通告方式。该部分标准以国务院颁发的国家突发公共事件总体应急预案为指导，紧密结合CMMB的技术体系，规定了紧急广播消息的数据定义、封装和传输方式。CMMB紧急广播首先将发布的原始信息进行拆分，封装为紧急广播数据段，然后按照紧急广播表的格式进行打包，最终以紧急广播表的形式放置于复用控制帧中进行传输，如图2.5所示。图2.5紧急广播的发送和接收2.1.5 数据广播数据广播标准于2008年初颁布，能够有效地扩展并丰富移动多媒体广播的业务内容，应用该标准能够支持视频、音频、文本、图片、软件程序等多媒体信息传输，为、交通导航、气象服务、网站广播等各类信息服务。数据业务首先按照其业务特性分为流模式和文件模式两种类型进行处理，若数据业务以连续流的形式出现，通常有时序要求，传输时有时间标签指示或数据流内部，采用流模式进行处理。若数据业务以离散数据文件的形式出现，通常无时序要求，传输时无时间标签指示或同步要求，采用文件模式进行处理。流模式直接对数据流进行可扩展协议封装(eXtensible Protocol Encapsulation，XPE)。文件模式则先将文件分割成文件模式传输包，再进行可扩展协议封装。可扩展协议封装生成XPE包和前向纠错的XPEFEC包(FEC采用RS(255，207)，XPE和XPEFEC包分别适配在复用子帧的数据段中进行传输，如图2.6所示。图2.6 数据广播业务的封装传输2.2系统架构针对我国幅员辽阔及东部地区城市密集、用户众多、业务需求多样化的国情，CMMB充分吸收国内外成熟技术和先进经验，采用“天地一体、星网结合”的技术体系实现了全程全网的无缝覆盖。CMMB系统主要由CMMB卫星、S波段网络和地面协同覆盖网络实现移动多媒体广播信号覆盖。其中S波段广播信道用于多媒体信号的直接广播，上行采用Ku波段，下行采用S波段。增补分发信道采用S波段地面增补网，对卫星覆盖阴影区信号转发覆盖，上行、下行均采用Ku波段。为使城市人口密集区域有效覆盖移动多媒体广播信号，CMMB系统采用U波段地面无线发射点构建城市U波段地面覆盖网络。同时，在实现广播方式开展移动多媒体业务的基础上，利用地面双向网络逐步开展双向交互业务，如图2.7所示。 图2.7CMMB传输系统示意由图1可以看出，最终覆盖到终端的信号包括S波段和U波段两个网络，其中，S波段网络利用CMMB卫星和地面增补网络协同覆盖，主要用于中央节目的全国广播。具体过程为：（1）首先，中央节目播出平台将播出节目经CMMB复用后分别处理为Ku广播信号和Ku增补分发信号两种，前者采用OFDM方式调制，后者采用TDM方式调制，卫星上行站使用Ku波段频率将两者同时传送至CMMB卫星。（2）CMMB卫星对接收到的Ku广播信号转换为S波段广播信号进行放大广播。对Ku增补分发信号依然采用Ku波段频率放大广播，两者的调制方式不变。（3）城市中的高大建筑群、地铁、隧道都容易形成屏蔽区域，使用地面增补网络可对无法直接接收卫星S波段广播信号的屏蔽区域进行覆盖，保证业务信号接收的连续性。地面增补网络由S波段直放站和KuS转发站组成，其中S直放站接收从CMMB卫星的S波段信号直接放大后广播；KuS转发站接收CMMB卫星广播的增补分发信号，首先进行TDM解调，然后重新调制为OFDM信号，放大后使用S波段发射。图1中的U波段网络可对城市人口密集区域进行移动多媒体广播信号覆盖，主要用于中央节目和地方节目广播。具体过程为：（1）首先，中央节目播出平台将节目内容直接利用Ku波段内容分发信号向地方节目播出平台传送。（2）地方节目播出平台接收Ku内容分发信号，获取中央节目内容，同时整合本地节目内容。所有节目经CMMB复用后通过光纤传送给U波段发射机。在发射机端使用激励器进行信道编码和调制后，使用U波段广播。多个地面U波段发射点可组成单频网，从而形成U地面广播网络，从而对终端用户实现无缝覆盖。（3）本地其他相关信息业务，如电子业务指南、紧急广播、数据广播等均在地方节目平台中进行制作播出。图1中的回传通道利用移动通信网络、互联网等构成，终端通过回传通道向中央、地方两级节目播出平台发送信息，从而实现交互业务。因此，CMMB系统中既有卫星网络的大面积覆盖，又有地面网络的协同覆盖，适合在全国范围内实现多城市、跨地区的业务开展，特别是实现了对地面和空间区域的立体覆盖，能够非常方便地支持全国漫游，让用户真正体验到随时随地收看电视节目的乐趣。2.3 CMMB相比其他标准的优势（1）CMMB借助卫星通信,能极好地解决移动终端（手机电视）信号流畅的问题；（2）CMMB由国家广电总局管理，其负责的电影,电视,广播载体,具有丰富的电视内容资源,CMMB也是2008年奥运会新媒体的直播载体。（3）收费低廉，CMMB兼顾国家媒体信息发布功能5 CMMB芯片2007年三月，创毅视讯成功研发全球首枚CMMB标准信道解调芯片IF101，其灵敏度、功耗、体积、成本等各项性能指标都达到并优于商用要求，并实现大规模量产。基于CMMB芯片及其系统解决方案，创毅视讯加紧与手持消费电子设备企业开展手机、PMP、MP4、GPS等小屏幕手持电子设备上看电视的技术集成和设计工作，并配合广电总局手机电视的网络运营，联合CMMB产业链企业，成功的为2008北京奥运会提供了优质手机电视服务，开创了移动手持电视服务奥运的历史先河，并成为北京奥运的重要文化遗产!随后，创毅视讯结合市场的需求，不断创新研发，推出3个系列10余款CMMB芯片，可以涵盖各类终端、满足不同阶层人群的需要，大大拓展了终端市场，并带动相关的民族产业发展，而创毅视讯也因此成为CMMB产业链的核心。随着CMMB网络的覆盖日趋完善，运营公司的组建，CMMB在全国开展了商业运营。2009年，随着3G牌照的发放，中国移动同CMMB运营商中广移动签订了TD+CMMB推广协议，所有的TD终端都将加载CMMB芯片。顺应市场需求，创毅视讯率先在市场上推出了IF208/308系列芯片，集成了中移动UAM模块解决MBBMS CAS，为TD终端厂商抢夺TD市场提供了有力武器，并带动了TD/CMM这两大民族产业融合市场的蓬勃兴起!CMMB(STiMi)是中国完全自主开发的移动多媒体广播系统标准标准号为CMMB GY/T 220.1/2006 、 GY/T 220.2/2006。CMG2000 是一款集成的CMMB信号源测试系统，它完全遵循中国移动多媒体广播标准CMMB。其射频部分采用高性能的RF变频模块，支持的频段范围为：50MHz 870MHz（步进：1Hz）。 CMG2000是一套灵活的解决方案，可以为CMMB芯片公司、Tuner研发公司、便携式接收终端以及手机接收终端提供高质量的实时调制的测试信号。第三章 正交频分复用系统OFDM作为CMMB关键技术之一，下面将介绍正交频分复用系统。在上个世纪60年代已经提出了使用平行数据传输和频分复用(FDM)的概念。1970年，美国发明和申请了一个专利，其思想是采用平行的数据和子信道相互重叠的频分复用来消除对高速均衡的依赖，用于抵制冲激噪声和多径失真，而能充分利用带宽。这项技术最初主要用于军事通信系统。但在以后相当长的一段时间，OFDM理论迈向实践的脚步放缓了。由于OFDM各个子载波之间相互正交，采用FFT实现这种调制，但在实际应用中，实时傅立叶变换设备的复杂度、发射机和接收机振荡器的稳定性以及射频功率放大器的线性要求等因素部成为OFDM技术实现的制约条件。在二十世纪80年代，MCM获得了突破性进展，大规模集成电路让FFT技术的实现不再是难以逾越的障碍，一些其它难以实现的困难也部得到了解决，自此，OFDM走上了通信的舞台，逐步迈向高速数字移动通信的领域。3.1 OFDMOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多载波调制的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰 ICI 。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。在向B3G/4G演进的过程中，OFDM是关键的技术之一，可以结合分集，时空编码，干扰和信道间干扰抑制以及智能天线技术，最大限度的提高了系统性能。包括以下类型：V-OFDM,W-OFDM,F-OFDM,MIMO-OFDM,多带-OFDM。3.2发展历史 上个世纪70年代，韦斯坦（Weistein）和艾伯特（Ebert）等人应用离散傅里叶变换（DFT）和快速傅里叶方法（FFT）研制了一个完整的多载波传输系统，叫做正交频分复用（OFDM）系统。OFDM是正交频分复用的英文缩写。正交频分复用是一种特殊的多载波传输方案。OFDM应用离散傅里叶变换（DFT）和其逆变换（IDFT）方法解决了产生多个互相正交的子载波和从子载波中恢复原信号的问题。这就解决了多载波传输系统发送和传送的难题。应用快速傅里叶变换更使多载波传输系统的复杂度大大降低。从此OFDM技术开始走向实用。但是应用OFDM系统仍然需要大量繁杂的数字信号处理过程，而当时还缺乏数字处理功能强大的元器件，因此OFDM技术迟迟没有得到迅速发展。近些年来，集成数字电路和数字信号处理器件的迅猛发展，以及对无线通信高速率要求的日趋迫切，OFDM技术再次受到了重视。3.3应用情况由于技术的可实现性，在二十世纪90年代，OFDM广泛用干各种数字传输和通信中，如移动无线FM信道，高比特率数字用户线系统(HDSL)，不对称数字用户线系统(ADSL)，甚高比特率数字用户线系统娜HDSI，数字音频广播(DAB)系统，数字视频广播(DVB)和HDTV地面传播系统。1999年，IEEE802.lla通过了一个SGHz的无线局域网标准，其中OFDM调制技术被采用为物理层标准，使得传输速率可以达54MbPs。这样，可提供25MbPs的无线ATM接口和10MbPs的以太网无线帧结构接口，并支持语音、数据、图像业务。这样的速率完全能满足室内、室外的各种应用场合。欧洲电信组织(ETsl)的宽带射频接入网的局域网标准HiperiLAN2也把OFDM定为它的调制标准技术。2001年，IEEE802.16通过了无线城域网标准，该标准根据使用频段的不同，具体可分为视距和非视距两种。其中，使用2一11GHz许可和免许可频段，由于在该频段波长较长，适合非视距传播，此时系统会存在较强的多径效应，而在免许可频段还存在干扰问题，所以系统采用了抵抗多径效应、频率选择性衰落或窄带干扰上有明显优势的OFDM调制，多址方式为OFDMA。而后，IEEE802.16的标准每年都在发展，2006年2月，IEEE802.16e(移动宽带无线城域网接入空中接口标准)形成了最终的出版物。当然，采用的调制方式仍然是OFDM。2004年11月，根据众多移动通信运营商、制造商和研究机构的要求，3GPP通过被称为LongTermEvolution(LTE)即“3G长期演进”的立项工作。项目以制定3G演进型系统技术规范作为目标。3GPP经过激烈的讨论和艰苦的融合，终于在2005年12月选定了LTE的基本传输技术，即下行OFDM，上行SC(单载波关FDMA。OFDM由于技术的成熟性，被选用为下行标准很快就达成了共识。而上行技术的选择上，由于OFDM的高峰均比(PAPR)使得一些设备商认为会增加终端的功放成本和功率消耗，限制终端的使用时间，一些则认为可以通过滤波，削峰等方法限制峰均比。不过，经过讨论后，最后上行还是采用了SC一FDMA方式。拥有我国自主知识产权的3G标准一一TD-SCDMA在LTE演进计划中也提出了TD一CDM一OFDM的方案B3G/4G是ITU提出的目标，并希望在2010年予以实现。B3G/4G的目标是在高速移动环境下支持高达100Mb/S的下行数据传输速率，在室内和静止环境下支持高达IGb/S的下行数据传输速率。而OFDM技术也将扮演重要的角色。3.4 OFDM的基本原理设一个OFDM系统中有N个子信道，每个子信道采用的子载波为 （2-1）式中：为第k路子载波的振幅，它受基带码元的调制；为第k路子载波的频率；为第k路子载波的初始相位。则在此系统中的N路子信号可以表示为 （2-2）式（2-2）还可以改写成复数形式如下： （2-3）式中：是一个复数，为第k路子信道中的复输入数据。因此，式（2-3）右端是一个复函数，但是，物理信号是实函数。所以若希望用上式的形式表示一个实函数，式中的输入复数据应该使上式右端的虚部等于零。为了使这N路子信道信号在接收时能够完全分离，要求它们满足正交条件。在码元持续时间内任意两个子载波都正交的条件是： （2-4）令虚部等于0的条件是： 和 （2-5）其中，m和n均为整数，并且和可以取任何值。即要求子载频间隔 （2-6）故要求的最小子载频间隔为 （2-7）上面就求出了子载频正交的条件。下面具体分析一下OFDM体制的频带利用率。设一OFDM系统中共有N路子载波，子信道码元持续时间为，每路子载波均采用M进制 调制，则它占用的频带宽度等于 （2-8）频带利用率为单位带宽传输的比特率： （2-9）当N很大时，98 （2-10）若用单个载波的M进制码元传输，为得到相同的传输速率，则码元持续时间缩短为，而占用带宽等于2N/，故频带利用率为 （2-11）比较式和式可见，并行的OFDM体制和串行的单载波体制相比，频带利用率大约可以增至2倍。3.5优势与不足OFDM存在很多技术优点见如下，在3G、4G中被运用，作为通信方面其有很多优势： (1)在窄带带宽下也能够发出大量的数据。OFDM技术能同时分开至少1000个数字信号，而且在干扰的信号周围可以安全运行的能力将直接威胁到目前市场上已经开始流行的CDMA技术的进一步发展壮大的态势，正是由于具有了这种特殊的信号“穿透能力”使得OFDM技术深受欧洲通信营运商以及手机生产商的喜爱和欢迎。 (2) OFDM技术能够持续不断地监控传输介质上通信特性的突然变化，由于通信路径传送数据的能力会随时间发生变化，所以OFDM能动态地与之相适应，并且接通和切断相应的载波以保证持续地进行成功的通信； (3) 该技术可以自动地检测到传输介质下哪一个特定的载波存在高的信号衰减或干扰脉冲，然后采取合适的调制措施来使指定频率下的载波进行成功通信； (4) OFDM技术特别适合使用在高层建筑物、居民密集和地理上突出的地方以及将信号散播的地区。高速的数据传播及数字语音广播都希望降低多径效应对信号的影响。 (5) OFDM技术的最大优点是对抗频率选择性衰落或窄带干扰。在单载波系统中，单个衰落或干扰能够导致整个通信链路失败，但是在多载波系统中，仅仅有很小一部分载波会受到干扰。对这些子信道还可以采用纠错码来进行纠错。 (6) 可以有效地对抗信号波形间的干扰，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输。当信道中因为多径传输而出现频率选择性衰落时，只有落在频带凹陷处的子载波以及其携带的信息受影响，其他的子载波未受损害，因此系统总的误码率性能要好得多。 (7) 通过各个子载波的联合编码，具有很强的抗衰落能力。OFDM技术本身已经利用了信道的频率分集，如果衰落不是特别严重，就没有必要再加时域均衡器。通过将各个信道联合编码，则可以使系统性能得到提高。 (8) OFDM技术抗窄带干扰性很强，因为这些干扰仅仅影响到很小一部分的子信道。 (9) 可以选用基于IFFT/FFT的OFDM实现方法； (10) 信道利用率很高，这一点在频谱资源有限的无线环境中尤为重要；当子载波个数很大时，系统的频谱利用率趋于2Baud/Hz。 （baud 即 波特；1 Baud = log2M (bit/s) ，其中M是信号的编码级数。）存在的不足：虽然OFDM有上述优点，但是同样其信号调制机制也使得OFDM信号在传输过程中存在着一些劣势：(1)对相位噪声和载波频偏十分敏感这是OFDM技术一个非常致命的缺点，整个OFDM系统对各个子载波之间的正交性要求格外严格，任何一点小的载波频偏都会破坏子载波之间的正交性，引起ICI，同样，相位噪声也会导致码元星座点的旋转、扩散，从而形成ICI。而单载波系统就没有这个问题，相位噪声和载波频偏仅仅是降