基于地面廣播的手機電視

摘要：手機電視業務可以利用蜂窩移動網絡和地面/衛星數字廣播來實現，其相關技術有4種：基于移動網實現技術、基于地面數字廣播網實現技術、基于衛星實現技術和基于應用層實現技術。DVB-H和T-DMB是2種典型的地面數字廣播電視標準，前者是DVB組織為通過地面數字廣播網絡向手持終端提供多媒體業務所制訂的傳輸標準，后者是韓國推出的基于歐洲廠商開發的尤里卡147數字音頻廣播(Eureka-147 DAB)的地面數字多媒體廣播標準。目前開展手機電視業務面臨著標準、頻率資源、管制和終端等方面的問題，其運營模式存在移動運營商單獨運營、廣電單獨運營和兩者合作運營模式3種。手機電視是廣電和通信產業融合的重要嘗試，主管部門的協調和技術標準的制訂將直接影響未來三網融合的進程。

關鍵詞：手機電視；手持數字視頻廣播；地面-數字多媒體廣播電視；運營模式

Abstract:Mobile TV services could be implemented through cellular communication networks and terrestrial/satellite digital broadcasting networks. There are four related technologies that are respectively based on the mobile network， terrestrial digital broadcasting network， satellite， and application layer. Digital Video Broadcasting-Handheld (DVB-H) and Terrestrial-Digital Multimedia Broadcasting (T-DMB) are two typical terrestrial digital TV broadcasting standards. The former is designed by the DVB Project Office for providing multimedia services to handheld terminals through terrestrial digital broadcasting networks. Korea launched T-DMB based on the Eureka-147 Digital Audio Broadcasting (DAB). Nowadays， the development of mobile TV service faces several problems about standards， frequency resources， regulation and terminals. The operation modes of mobile TV could be operation by the mobile operator only， by the broadcasting and TV operator only， or by the two together. Mobile TV is an important attempt of the integration of these two industries. The coordination of the offices in charge and the establishment of technology standards will directly affect the progress of the network integration in the future.

Key words: mobile TV; DVB-T; T-DMB; operation mode

手機電視業務是指移動終端用戶在具有操作系統和視頻功能的智能移動終端上以頻道或信道的形式接收廣播形式的數字音視頻內容的業務。

手機電視業務的實現方式主要有兩種：第一種是利用蜂窩移動網絡，中國移動和中國聯通已推出此種手機電視業務；第二種是利用地面或衛星數字廣播，裝有數字電視接收模塊的手機直接接收數字電視信號，這是目前最被看好的實現方式。

手機電視業務作為一種新興的多媒體業務引起了業界的廣泛關注，目前國際上對這項業務的研究十分熱烈，與之相關的技術已有10余種，概括起來可以分為以下4種類型：

基于移動網實現技術：此類技術是通過改進的移動通信網向用戶提供下行廣播信道，使用移動通信系統所在頻段。典型技術包括多媒體廣播和組播業務(MBMS)、廣播和組播業務(BCMCS)等。

基于地面數字廣播網實現技術：此類實現技術主要針對地面數字廣播電視，使用廣播電視頻段。有些在地面數字廣播電視技術的基礎上改進成為手機電視技術，例如DVB-H、MediaFLO等；而另一些目前還只是針對地面數字廣播電視系統，包括韓國T-DMB、日本的ISDB-T、清華DMB-T和上海交大的ADTB-T等。

基于衛星實現技術：這一類技術主要通過衛星提供下行傳輸，典型技術包括歐洲的S-DMB和日本、韓國的S-DMB等。

基于應用層實現技術：以開放移動聯盟廣播業務組OMA BCAST為代表，主要從應用層來定義手機電視業務的實現。

本文介紹DVB-H和韓國T-DMB兩種典型的地面數字廣播電視技術，并討論開展手機電視業務面臨的主要問題。

1 DVB-H標準

1.1 DVB-H網絡架構

DVB-H主要是利用數字地面網絡進行手機電視內容的下行，利用移動蜂窩網絡進行點播、用戶授權，計費，客服以及互動回傳，其網絡架構(如圖1所示)包括數字地面網絡和移動蜂窩網絡。

1.2 DVB-H關鍵技術

DVB系列標準最早由DVB項目組在20世紀90年代初提出，數字電視地面廣播DVB-T是在20世紀90年代中期開發的，并在1997年2月獲得歐洲電信標準協會(ETSI)的認可，成為歐洲數字電視地面廣播的標準。目前全球已有59個國家和地區采用DVB-T標準，除了歐洲國家外，還有澳大利亞、新西蘭、巴西、新加坡等國。從整體應用情況來看，DVB-T技術已經非常成熟。

DVB-H基于DVB-T，完全后向兼容，并能和MPEG-2業務共享DVB-T復用器，其技術規范工作主要由DVB項目組實施。DVB-H標準已經在2004年經ETSI批準成為歐洲的移動電視標準，目前在全球20多個地方已經建立DVB-H網絡，并已開展商業運營測試。使用DVB-H技術可以向移動手持設備(包括手機)同時傳送多個電視頻道、無線頻道和視頻頻道。DVB-H通過時間分片來降低接收設備的功率消耗，通過增加小區標識來支持信號的快速掃描和頻率切換，并提高了移動環境中接收信號的強度，能實現對室內、室外、步行和移動等多種環境的支持。

相對DVB-T而言，DVB-H增加了以下技術：

(1)引入時間分片，降低功耗

為了降低接收端的功率消耗，DVB-H采用突發的方式發送數據：即一種業務在一個時間段(如200 ms)內，單獨占用系統的全部帶寬來傳送數據，接著傳送下一種業務，在所有業務發送完后(如4 s以后)，再重新傳送第一種業務。接收機只需要在指定的時間段里接收信號，其他時間則可以關閉。每一個時間段上的數據傳輸速率很高，因此每一個時間段的持續時間可很短，接收端大部分時間可處于睡眠或關閉狀態，這樣可以降低接收端的耗電量，最大可節省90%的功率消耗。

(2)引入4K模式，在提高對移動性能支持的同時實現較大的覆蓋

4K模式下載波數量為3 409個，每個子載波的調制方式有QPSK、16QAM、64QAM 3種。

(3)引入多重協定封裝-前向糾錯(MPE-FEC)，為基于IP的業務提供服務，增強抗干擾能力

MPE-FEC技術在IP數據包中增加了RS糾錯編碼。MPE-FEC幀被安排在一個255列的矩陣中，行數可以從1變化到一個定值，最大為1 024，因此最大的MPE-FEC幀占用2兆比特。

DVB-H標準具有以下優點：

降低終端耗電：基于IP數據包，接收器一般只在整個傳送時間中打開10%。

無縫切換：使用一個接收器就能完成，保證服務的連續性。

提高了對移動和便攜接收的支持：MPE-FEC增強了弱信號的接收，增加了抗干擾能力，支持移動性高速數據傳送。

高容量：在8兆帶寬內可傳送多于40～50個電視頻道。

高靈活性：在中到大的單頻網內通過單個天線的移動接收，可以實現很多靈活的容量選擇和蜂窩尺寸。

與DVB-T系統的兼容性：DVB-H基于與DVB-T相同的物理層，可以使用同樣的調制器和同樣的發射器。

DVB-H標準的技術應用解決方案主要是IP數據廣播(IPDC)，通過移動網絡完成對用戶的鑒權。此外，手機電視業務的計費、帳單處理、客戶服務、客戶管理，以及視頻點播、下載、網頁瀏覽等業務，也通過移動網絡來實現。IPDC解決方案也提供標準的簡單網絡管理協議(SNMP)網管接口，可以和運營商現有的網管系統實現互聯。

IPDC實現對用戶鑒權的過程是：移動終端用戶以短信息的形式向IPDC核心應用系統發送收看節目的請求，核心應用系統接收到請求后對用戶進行鑒權；鑒權通過后，核心應用系統就會向移動終端發送版權對象(OMA DRM RO)；移動終端收到OMA DRM RO后，就可以打開相應的安全關聯文件，并通過文件中的密鑰對加密視頻進行解密，收看視頻內容。

IPDC方案利用移動運營商現有的計費系統來實現對手機電視業務的計費。在IPDC核心應用系統生成收費記錄(CDR)，并傳送給計費系統，計費系統根據CDR完成計費和收費。

IPDC方案中提供專用于對IP封裝器(IPE)的配置和監控的管理系統。運營商也可以使用已有的網絡管理系統，對來自IPDC核心應用系統以及IPE的告警進行集中監控，故障管理接口基于標準的SNMP接口。

2 韓國T-DMB標準

2.1 T-DMB網絡架構

T-DMB網絡架構如圖2所示。

基于歐洲廠商開發的尤里卡147數字音頻廣播(Eureka-147 DAB)系統的基礎上的T-DMB數字無線電廣播傳送結構如圖3所示。

T-DMB的傳送幀由同步信道(SC)、快速信息信道(FIC)、主業務信道(MSC)3個信道構成如圖4所示。

FIC由快速信息塊(FIB)構成，其主要功能是傳送解釋MSC配置所必要的控制信息，該控制信息的核心部分是復用器配置信息(MCI)，上述復用器配置信息包含復用器結構信息以及所需要的復用器重配信息。包含于FIC之內的其他信息表示業務信息(SI)、條件接入(CA)管理信息、以及快速信息數據信道(FIDC)。為了允許快速及安全地響應MCI，FIC不進行時間交錯以及采用高級別的防止發送錯誤保護地發送。

MSC由一序列的公共交錯幀(CIF)構成，每個CIF為一個55 296比特的數據字段，在每24 ms之內進行傳送。CIF的最小可尋址單位是容量單元(CU)，其大小為64比特。整數個CU分組來構成MSC的基本傳送單位，此處稱作子信道。MSC據此構成子信道的復用。

MSC的業務定義了兩種不同傳送模式：流模式和分組模式。流模式在指定的子信道內按照固定比特率傳送；分組模式是在單一子信道內傳送幾個數據業務，其每個子信道能夠傳送一個或多個業務成分。

T-DMB基于Eureka-147 DAB，支持朝鮮語，增加了通過流模式數據信道來傳輸視頻、音頻及數據業務的能力，相關內容可以參照ETSI EN 300 401標準。

T-DMB通過流模式數據信道來傳輸視頻、音頻及數據業務時添加了視頻復用器，其結構如圖5所示。

圖5中相關功能模塊如下所述：

初始對象描述器(IOD)生成器以ISO/IEC 14496-1為標準生成IOD。

對象描述器(OD)/場景描述二進制格式(BIFS)生成器以ISO/IEC 14496-1為標準生成OD/BIFS流。

AVC視頻符號編碼器會把輸入的視頻信號進行符號化，并遵循標準H.264/AVC。

BSAC音頻編碼器會把輸入的音頻信號進行符號化，并遵循ISO/IEC 14496-3比特片算術編碼(BSAC)標準要求。

同步層(SL)數據包化器會從輸入的各種多媒體流中生成同步SL數據包，并遵循ISO/IEC14496-1系統標準。

節(Section)生成器會生成包含IOD/OD/BIFS的節，并遵循ISO/IEC 13818-1標準。

分組基本流(PES)數據包化器會把輸入的SL數據包PES數據包化，并遵循ISO/IEC 13818-1標準。

傳輸流(TS)復用器會把輸入的節及PES數據包復用成MPEG-2 TS。

復用的MPEG-2 TS的數據流經由外編碼器RS(204，188)添加錯誤保護信息。

通過外編碼器RS(204，188)添加錯誤保護的數據流在卷積交織器中交織成為視頻服務流。

2.2 T-DMB關鍵技術

T-DMB采用如下的關鍵技術：正交頻分復用(OFDM)調制、頻率/時間交織、卷積編碼、RS編碼、卷積交織、單頻網絡等。

(1)OFDM調制

OFDM技術是一種無線環境下的高速傳輸技術。無線信道的頻率響應曲線大多是非平坦的，而OFDM技術的主要思想就是在頻域內將給定信道分成許多正交子信道，在每個子信道上使用1個子載波進行調制，并且各子載波并行傳輸。這樣，盡管總的信道是非平坦的，具有頻率選擇性，但是每個子信道是相對平坦的，在每個子信道上進行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相應帶寬，因此就可以大大消除信號波形間的干擾。由于在OFDM系統中各個子信道的載波相互正交，它們的頻譜是相互重疊的，這樣不但減小了子載波間的相互干擾，同時又提高了頻譜利用率。T-DMB所采用的OFDM調制的主要參數見表1。

(2)頻率/時間交織

交織是在時間/頻率域重新安置數據以便抵抗信號衰落和傳輸錯誤。T-DMB采用了時間及頻率交織器，并且對不同的發送模式設計了不同的參數，此外，時間交織適用于各卷積編碼器的輸出端，其適用于MSC的子信道信號，但并不適用于FIC，可參見ETSI EN 300 401標準。

(3)卷積編碼

信道編碼基于打孔卷積編碼，允許根據比特錯誤的敏感特性實施均等和非均等的保護，可參見ETSI EN 300 401標準。

卷積編碼參數根據所傳輸的業務形式、凈比特率以及錯誤保護級別而不同，錯誤保護方法包括非均等錯誤保護(UEP)和均等錯誤保護(EEP)。UEP在根本上是為了音頻而設計，但是也適用于數據，EEP既適用于數據也適用于音頻。

對卷積碼的4個符號向量的生成多項式的8進制形式為133、171、145、133，圖6表示了卷積編碼器結構。

(4)RS編碼器

RS外編碼器的規格遵循ETSI EN 300 744標準所述的由RS(255，239，t =8)衍生的縮短RS(204，188，t =8)編碼器。

(5)卷積交織

卷積交織規格遵循ETSI EN 300 744標準中的卷積交織規格。圖7是卷積交織的示意圖，該卷積交織是基于Forney方式，交織深度為12。

(6)單頻網絡

單頻網絡是由多個不同地點的處于同步狀態的無線電發射臺，在同一時間、以同一頻率發射同一信號，以實現對一定服務區的可靠覆蓋。

單頻網的第一個優點就是有利于頻率規劃，可以大大節約寶貴的頻率資源，提高頻譜利用率。第二點是由于無線電信號本身的特性，在高樓林立的城市中，無論單個數字電視發射站點的發射功率多大都會有很多信號覆蓋不到的區域，這些覆蓋不到的區域被稱作覆蓋盲區或盲點，單頻網可通過多點同頻發射的辦法來解決覆蓋盲區問題，獲得較好的覆蓋率。第三點是單頻網技術還可降低發射機設備的成本；通過優化和調整單頻網發射網絡(基站數量、分布、發射天線高度、發射功率等)，可以使用多個較小功率發射機代替一個大功率發射機，以降低信號輻射、減少電磁波污染、增強覆蓋均勻度，也可以根據需要隨時改變覆蓋意圖。

T-DMB采用單頻網絡技術來對服務區實施有效可靠的覆蓋。

3 開展手機電視業務的可行性分析

3.1 面臨的問題

目前開展手機電視業務面臨以下問題：

標準問題：中國正在制訂自己的數字電視地面傳輸標準，在數字電視地面傳輸標準之后很可能會推出相應的移動電視標準；

頻率資源問題：模擬電視完全關閉后，空余出的數百兆頻率資源(VHF、UHF)將有效緩解現有的頻率緊張。但在過渡期間，模擬與數字廣播并存將會使原已緊張的頻率資源更加缺乏；

管制問題：各國在廣播和通信領域一般都有不同的要求，也由不同的政府部門來管理，并對相應領域的企業有著嚴格的限制；

終端不成熟問題：終端需要解決網絡傳輸速率低、電池壽命短、小型化等問題。

3.2 運營模式

手機電視業務的運營模式可以有多種，按照中國的情況可能存在以下3種運營模式：移動運營商單獨運營、廣電單獨運營和兩者合作運營模式。以下針對這3種模式進行簡單分析：

移動運營商單獨運營：移動運營商投資建設移動數字廣播電視網絡，但是可能會占用現有模擬電視的部分頻段，這需要得到廣電總局的批準，其難度較大。另外要獲得廣播電視業務的運營許可也會比較困難。

廣電單獨運營：受國家政策的影響，廣電運營商在運營手機電視業務方面具備先天優勢，廣電系統可以構建面向移動設備的數字廣播網絡，向移動用戶提供手機電視業務，能夠進行廣播內容的制作、采編和頻道的集成等；但由于目前廣電網絡只能夠提供下行通道，不能進行用戶認證和計費支撐、無法提供節目定制和互動等個性化服務。

合作運營：廣電運營商作為手機電視業務的下行網絡提供商以及大部分節目的提供商；移動運營商則為該業務提供上行網絡，同時可以負責用戶的認證、計費、業務定制、節目互動等操作，另外，可以通過BCMCS/MBMS等技術通過移動網向用戶提供點播業務，作為對廣播業務提供商的補充。

4 結束語

技術的發展使得廣播電視行業和通信行業在技術上的界限越來越模糊。

移動運營商與廣電部門一方是終端和電信通道的控制者，另一方是音視頻內容的提供者，二者都是手機電視業務所必須的。

事實上，無論是基于移動網絡的流媒體手機電視，還是基于無線數字電視技術的廣播手機電視，都需要廣電與電信的合作。從政策層面講，廣電部門握有手機電視運營牌照和手機電視節目版權，而移動運營商掌握著承載手機電視業務的移動網絡，目前惟有二者合作，手機電視才能開展起來。從業務層面講，移動運營商開展流媒體手機電視業務，需要廣電部門內容的支持；廣電部門推出的廣播手機電視需要借助運營商提供手機用戶管理系統，來完善業務計費、客服維護服務等功能。

從用戶需求講，用戶既需要廉價的、高質的廣播式服務，也需要個性化的交互式服務，這兩種服務應該是通過一種途徑來提供。因此，兩大部門在手機電視業務上既有合作的基礎，也有合作的必要。相關部門應加強溝通，共同合作，制訂切實可行的合作方案。

手機電視是對廣電和通信產業融合的重要嘗試，主管部門的協調和技術標準的制訂將直接影響未來三網融合的進程。

收稿日期：2006-05-29

嚴斌峰，清華大學博士研究生畢業。現工作于中國聯合通信有限公司技術部，專注于3G業務和核心網的研究工作。

張智江，中國聯合通信有限公司技術部總經理，教授級高工、博士后，中國“863”計劃信息安全專家組成員。主要研究方向為計算機與通信網絡、網絡安全。