便携式移动电视接收系统浅析(上)

2、协议层次划分
　　
　　DVB-H标准将实现数据链路层和物理层。
　　
　　(1)数据链路层--采用时间分片技术，用于降低平均功耗，便于进行平稳、无缝的业务交换；采用MPE（多协议封装）前向纠错技术，提高移动使用中的C/N门限和多普勒性能，增强抗脉冲干扰能力。
　　
　　(2)物理层--与DVB-T相比，增加了4k传输模式和深度符号交织等内容。
　　
　　其它技术特点包括：在传输参数信令(Transmission Parameter Signaling，TPS)比特中增加DVB-H信令，用于提高业务发展速度；蜂窝标识(在TPS中)用于支持移动接收时快速信号扫描和频率交换；增加4k模式以适应移动接收和单频蜂窝网，提高网络设计、规划的灵活性；2k和4k模式进行深度符号交织，进一步提高移动环境和冲击噪声环境下的鲁棒性。
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　　3、关键新技术
　
　　(1)功耗：DVB-H要求射频接收和信道解调、解码部分的功耗小于100mW。

　　(2)网络设计
　　
　　由于DVB-H终端在网络内移动时接收天线小巧且单一，必须优化设计单频网。为此，DVB-H增加了新的技术模块，主要包括：

　　①时间分片--基于时分复用的技术，节省接收终端功耗和便于网络交换；
　　②MPE-FEC--基于RS纠错编码技术，增加额外的前向纠错编码，提高系统的移动和抗脉冲干扰能力；
　　③4k模式--用于提高网络设计的灵活性；
　　④DVB-H TPS--为DVB-H专用的传输参数信令，用于提高系统同步和业务访问速度。
　　下面对时间分片、MPE-FEC、4k模式及DVB-H TPS进行详细的介绍：

　　① 时间分片
　　时间分片技术是DVB-H中最为重要的新技术模块，采用突发方式传送数据，每个突发时间片传送一个业务，在业务传送时间片内该业务将单独占有全部数据带宽，并指出下一个相同业务时间片产生的时刻，这样手持终端能够在指定的时刻接收选定的业务，在业务空闲时间做节能处理，从而降低总的平均功耗。这期间前端放射机是一直工作的，在相同业务的两个时间片之间将会传送其他业务数据，DVB-H信号就是由许多这样的时间片组成的。从接收机的角度而言，接收到的业务数据并非如传统恒定速率的连续输入方式，数据以离散的方式间隔到达，称之为突发传送，如果解码终端要求数据速率较低但必须是恒定码率，接收机可以对接收到的突发数据先进行缓冲，然后生成速率不变的数据流。它不但能够有效降低手持终端的平均功耗，并且还是实现不同网络间平稳、无缝的业务交换基础。

　　a、 时间分片与功耗

　　时间分片技术采用突发式传送数据，与传统数据流业务相比具有更高的瞬时速率。为了达到节省功耗的要求，突发带宽一般为固定带宽的10倍左右。例如一个恒定速率为350kbit/s的业务流，它意味着要求一个4Mbit/s左右的突发带宽。突发带宽在固定带宽两倍的情况下功耗就可以节省50%，因此如果带宽为10倍，可以节省90%。

　　b、时间分片与PSI/SI
　　
　　DVB-H标准规定PSI/SI(节目特定信息Program Specific Information， PSI /业务信息Service Information， SI)信息不进行时间分片处理，它们将被分配一个固定带宽进行传送，这主要是因为目前使用的PSI/SI信息并不支持时间分片传送，如果进行改动将难以和目前数据表兼容。PSI信息使用4个表来定义码流的结构：节目关联表(Program Association Table，PAT)、节目映射表(Program Map Table，PMT)、网络信息表(Network Information Table ，NIT)、条件访问表(Conditional Access Table，CAT)。
　　
　　手持终端在DVB-H系统中需访问SI中的NIT(Network Information Table，NIT网络信息表)、和中间代码INT表。NIT表的目的是提供有关物理网络的信息，其内容是固定的，当手持终端加入到一个新网络中时首先要接收该表，确定网络参数。当在不同的传输流之间切换时，手持终端需读取INT表，除非以后INT表发生了变更，则终端将不再接收INT表，INT表变更信息在PSI的PMT (Program Map Table，PMT节目映射表)表中进行标识。PMT表指出了组成节目业务(Service)的各个码流的PID号，并对各路码流进行描述
　　
　　由于DVB标准规定PSI信息必须每隔100ms重传一次，如果突发脉冲的业务传送时间比100ms时间长，则手持终端能在接收业务的同时访问所有PSI信息；如果业务传送时间小于100ms，手持终端需在业务接收完毕后继续保持一段工作时间，以确保完成所请求PSI表的接收。

　　c、时间分片与业务交换
　　
　　采用时间分片技术使手持终端能在业务传送的空闲周期对相邻的蜂窝进行监视，扫描其他的频率信号、测试信号的强度，但并不中断本业务的接收。当用户进入新的网络时，根据监视结果在空闲周期切换到具有相同业务的不同传输流上，以实现较好的无缝隙业务交换。如果在前端对业务同步精确编排，能够使相同业务及时出现在相邻峰窝的不同时隙上，而用户不会察觉这种变化。
　　
　　d、时间片和条件接收
　　
　　DVB-H可采用两种方式实现条件接收，一种是基于IP的条件接收系统（IP-CAS ，IP数据广播加密）。所有的CAS（条件接收系统）相关信息都在IP数据中，并可以支持时间分片技术，确保节省功耗。但DVB-H标准不须支持CAS和接收机间的双向传送，IP-CAS的只须支持广播环境。

　　另一种方式是采用DVB通用加扰算法的条件接受系统（DVB-CAS，电视加密系统），此时在DVB-H系统通中传送CAS信息将面临一些问题。由于DVB-CAS使用电子干扰ECM(Electronic Counter Measure）传送解扰密钥，因此ECM不能进行时间分片，另外DVB-CAS还使用管理信息EMM （EMM-Entitlement Management Message），用于传送授权管理信息，由于EMM的时间间隔是随机的，终端必须一直工作以确保不会丢失EMM，并且直接使用DVB-CAS将影响网络漫游业务。
　　
　　为确保解扰工作的进行，接收机必须完成ECM接收，系统通过ECM重复率描述符标识ECM最小重复周期。如果手持终端在开始接收业务数据前至少完成了一个ECM最小周期接收，则至少能收到一个ECM，从而获取解扰密钥。通常解扰密钥的有效时间为10s，为此接收机必须确保在业务数据到达前10s完成解扰密钥接收。
　　
　　EMM将采用时间片方式传送。首先将EMM封装为IP数据报形式，封装后EMM-IP 数据的时间分片方式与其他的IP数据相同，并采用MPE-FEC以减少数据丢失。从接收终端的角度来看，载有EMM的IP数据是一个附加业务，它是必须被接收的，恢复出的EMM-IP数据将被传送到DVB-CAS特定的模块对EMM信息处理。
　　
　　通过上述方式处理后，DVB-CAS不会对用户漫游造成任何影响。
　
　　②MPE-FEC
　　
　　DVB-H标准在数据链路层为IP数据报增加了RS（Reed-Solomon）纠错编码，作为MPE的前向纠错编码，校验信息将在指定的FEC段中传送，我们称之为MPE-FEC。MPE-FEC的目标是提高移动信道中的C/N、多普勒性能以及抗脉冲干扰能力。
　　
　　实验证明即使在非常糟糕的接收环境中，适当的使用MPE-FEC仍可以准确无误恢复出IP数据。MPE-FEC的数据开销分配非常灵活，在其它传输参数不变的情况下，如果校验开销提高到25%，则MPE-FEC能够使手持终端达到和使用天线分集接收时相同的C/N。实际上，我们可以通过选定一个高配置的传输参数提高传输码率来补偿MPE-FEC的开销，而它将提供比DVB-T（没有MPE-FEC）好得多的性能，例如在高速、单一天线的情况下，采用MPE-FEC的手持终端能够在DVB-T环境下接收8K/16-QAM甚至是8K/64-QAM信号，此外MPE-FEC提供非常好的抗脉冲干扰能力。　
　
　　③4k模式和深度符号交织
　　
　　DVB-H标准在DVB-T原有的2K（2048）和8K（8192）模式下增加了4K（4096）模式，通过协调移动接收性能和单频网规模进一步提高网络设计的灵活性。同时，为进一步提高移动时2K和4K模式的抗脉冲干性能，DVB-H标准特别引入了深度符号交织（in-depth interleaving）技术。
　　
　　在DVB-T系统中，2K模式比8K模式提供更好的移动接收性能，但是2K模式的符号周期和保护间隔非常短，使得2K模式仅仅适用于小型单频网。新增加的4K模式符号具有较长的周期和保护间隔，能够建造中型单频网，网络设计者能够更好地进行网络优化，提高频谱效率，虽然这种优化不如8K模式的效率高，但是4K模式比8K模式的符号周期短，能够更频繁的进行信道估计，提供一个比8K更好的移动性能。总之，4K模式的性能介于2K和8K之间，为覆盖范围、频谱效率和移动接收性能的权衡提供了一个额外的选项。
　　
　　DVB-H中3种模式关于单频网峰窝规模和移动接收性能的特点可总结如下：
　
　　a、8K模式适用于单个发射机和大、中、小型单频网，它的多普勒性能允许进行高速的移动接收。
　　b、4K模式适用于单个放射机和中、小型单频网，它的多普勒性能允许进行更高速的移动接收。
　　c、2K模式适用于单个放射机和小型单频网，它的多普勒性能允许进行超高速的移动接收。
　　
　　在脉冲噪声干扰条件下，由于8K模式的符号周期较长，噪声功率被平均分配到8192个子载波上，因此比2K和4K具有更好的抗干扰性能。DVB-H标准为克服这一缺点，利用8K符号的交织器对2K和4K进行深度符号交织，使二者能够具有接近8K模式的抗脉冲干扰性能。
　　
　　④DVB-H的传输参数信令TPS
　　
　　DVB-H的TPS能够为系统提供一个鲁棒、易访问的信令机制，能使接收机更快地发现DVB-H业务。TPS是一个具有良好鲁棒性的信号，即使在低C/N的条件下，解调器仍能快速将其锁定。DVB-H系统使用两个新TPS比特标识时间片和可选的MPE-FEC是否存在，另外用DVB-T中已存在的一些共享比特表示4K模式、符号交织深度和峰窝标识。

　　DVB-H标准适用于移动通信和多媒体业务，为电视广播做准备，因此视频压缩技术至关重要。传统的视频压缩标准如MPEG-2显然不能满足DVB-H的要求，为此针对DVB-H考查了多种视频压缩格式，其中最为令人瞩目的是。