一種新型的無線廣播網復用技術分析*

史勝西 ，蔡青春 ，劉洪武 ，楊國為 ，李明齊 ，李 騰

(1．南昌航空大學 信息工程學院，江西 南昌330063；2．中科院上海高等研究院 新媒體中心，上海201210)

三網融合是一種重要的產業融合現象，它是指通過網絡技術改造實現寬帶通信網、數字電視網、下一代互聯網的融合，能夠使終端用戶便捷地接收到語音、數據、圖像等綜合多媒體通信業務[1]。目前世界各國紛紛將三網融合作為提升信息產業發展的新的增長引擎，上升為重要的國家戰略，其中有許多成功經驗為全面推動我國的三網融合提供了重要啟示。2008年，我國廣電部和科技部聯合簽署了《國家高性能寬帶信息網即中國下一代廣播電視網自主創新合作協議書》，以有線電視網數字化整體轉換和中國移動多媒體廣播CMMB的成果為基礎，開發適合我國國情、有線無線技術相結合、全程全網的中國下一代廣播電視網技術體系，突破相關核心技術，開發成套設備，建設下一代廣播電視網（NGB）[2]。

1 復用技術的應用

數據通信系統的復用技術，簡單來說就是將多個信號組合起來在一條物理信道上進行傳輸，常用的復用方式有時分復用、頻分復用及波分復用等，在遠距離傳輸時可大大節省電纜的安裝和維護費用[3]。在三網融合的通信系統中，針對不同的數據來源應該考慮如何進行合理的復用及有效的資源分配，以達到在有限的帶寬下傳輸更多的節目以及得到更有效的資源利用率。因此，復用在整個信號處理過程中起到資源分配的核心作用，其方案設計直接影響整個系統的性能指標。

2 現有復用方案的不足與改進

現有的數字廣播電視中，多業務的傳輸主要采用傳輸流（TS）層次的復用，即在發端將不同業務以TS包為單位的傳送流經過復用器，復用為一個含有多個業務的傳送流，并通過TS包中的PID對來自不同業務的數據進行區分。對于復用后的傳送流進行編碼、調制并對射頻信號進行傳輸。這樣調制器就只針對復用后的一路數據采用完全相同的調制編碼方式對數據進行處理。

我國的CMMB系統復用方案，對視頻、音頻、數據等業務統一采用固定的封裝格式組成復用子幀，再由復用子幀形成復用幀。這種復用方式在封裝格式、信令信息、調制編碼方式都過于死板，所能承載的節目數量也很有限[4-5]。

本文通過對現有技術的分析比較，針對現有復用方案的不足[6-7]，以CMMB系統物理幀為基礎，提出一種適合我國無線廣播網的靈活兼容的復用方案。其主要優勢體現在以下幾個方面：(1)多業務流處理。采用邏輯管道LTP（Logical Transfer Pipe）映射機制，將不同類型的數據流映射入不同的邏輯管道中，在各自不同的邏輯管道中分別采用不同的調制編碼方式。(2)資源分配。將物理幀OFDM符號分為多個子片，將不同LTP上的數據靈活地映射到各個子片上，實現時分及頻分復用。(3)信令信息結構。通過動態傳遞來逐幀更新最新信令。(4)兼容性。以現有CMMB物理幀為基礎，仍以1 s為一個物理幀，可以與現有的CMMB信號兼容。最終復用器將為調制器提供數據塊及靈活的信令信息。

3 新型復用技術分析

新型復用技術支持更多的節目及更多不同類型的業務流，通過業務流處理單元及資源管理單元來滿足對多業務流的靈活復用及資源調度，實現更高質量的復用功能。其架構如圖1所示。

3.1 業務流處理

業務流處理單元分為A、B兩種工作模式。在模式A下，將輸入的數據流映射入一個LTP中，這主要是針對數據流較少的情況；在模式B下，系統支持小于等于255個LTP。本文重點討論模式B下的復用處理模塊。此時系統的輸入由多個邏輯數據流組成，每個邏輯數據流由一個LTP承載。如圖2所示，各個業務流處理單元包括邏輯管道映射、同步、時延補償、空包刪除、CRC校驗及數據頭插入幾個模塊。

3.1.1 邏輯管道映射

輸入的數據流是一個或多個業務流，為了便于針對不同類型的業務流進行不同的處理方式，通過解復用及業務分割的方法，將輸入的不同類型的業務流分別映射到不同的LTP中。可以將一個節目數據流的各個組成部分（如音頻流、字幕流、視頻基本層流、視頻增強層流等）映射為一個邏輯數據流，或分別映射為不同的邏輯數據流，以提高不同業務的魯棒性。一般幾個LTP組成一組，每組LTP由一個公共LTP和多個數據LTP組成。即是將一組數據流的公共信息(如PSI/SI信息等)映射入一個公共 LTP，而將數據信息分別映射入幾個數據LTP上，不同LTP上的數據可以采用不同調制編碼方式。

3.1.2 同步和時延補償

由于調制器的處理會在不同的LTP上產生不同的傳輸時延，為了保證恒定的速率及恒定的端到端延時，采用數據流攜帶同步信息的方式，在每個用戶包后加上一個固定長度字段的同步信息。同步信息可以分為時鐘同步和時延補償同步兩類。

時鐘同步信息為每個LTP上的數據流提供時鐘參考和用戶包的原始時序。時延補償信息為一組LTP提供統一的時延同步。由于不同的LTP上的數據可以采用不同的交織及映射參數，因而不同LTP上的數據流會產生不同的時延，通過加入相應的時延補償，使原本屬于一個數據流的信息時延達到一致。

3.1.3 空包刪除

加入同步信息的數據流中有很多空包，這些空包一方面是在數據流輸入端為保證恒定速率而加入的；另一方面是在數據流映射入LTP時，為保證各輸入的數據流信息速率的恒定，用于替代公共信息位置的空包填充。為了減少空包帶來的不必要開銷，進行空包刪除。同時在刪除空包后的用戶包中加上一個標簽，標明空包的個數及位置。這樣收端在接收到數據流后就能夠按照發端的順序重新恢復空包。

3.2 資源管理

復用器的資源管理單元主要完成資源調度及信令信息的生成。如圖3所示，資源調度主要完成各個LTP上的數據在時頻資源上的映射；信令信息主要將資源調度信息及調制參數以信令的方式傳遞給調制器。

3.2.1 資源調度

圖2 業務流處理模塊功能框圖

調度單元將精確確定廣播系統中物理幀信號的哪些單元將攜帶哪些LTP上的數據，并生成相應的L1動態信令。同時對調制編碼與組幀模塊進行控制，使其按照信令信息完成各個LTP上的數據的調制編碼與組幀。

新型復用方案的新型復用幀NMF(New Multiple Frame)由信令信息、數據信息兩大部分組成。為了便于進行靈活的資源映射，將每個NMF幀上的OFDM符號分為P1符號、P2符號和多個數據符號。OFDM符號的每個星座點定義為OFDM單元。一個OFDM符號的多個單元按一定的尋址方式順序排列。一個或多個OFDM單元組成一個子片。由P1、P2符號來承載信令信息，而由數據單元來承載數據信息。各個LTP上的數據可以分別映射在不同時頻資源子片上（時間連續或時間分片）實現時分及頻分復用。如圖4所示，公共LTP和類型1 LTP采用的是時間連續的資源分配方式；而類型2 LTP采用的是時間分片的方式。該方案可以支持任意數量信道（〈256）的并行傳輸。

如圖5所示，為了與現有的CMMB系統實現兼容，新型復用方案物理幀仍采用1 s為一個單位，一個物理幀既可以承載CMMB復用幀，也可以承載NMF幀及其他結構的信息幀，實現兼容性及可擴展性。

表1 信令描述表

3.2.2 傳輸信令

新型復用器在設計L1信令數據結構時，著重考慮L1信令的靈活性和高效性。靈活性主要是指L1信令數據結構能夠支持多種多樣的調制器參數設置，同時能夠支持各種靈活的時頻資源映射；高效性主要通過采用最優的L1數據結構，達到用最少的數據量來表示最全的信令信息。各信令詳細描述如表1所示。

通過以上信令結構設計，可以根據系統需要，通過L1前信令和L1配置信令選擇合適的系統參數。而通過L1動態信令和帶內信令，對各個邏輯管道的參數進行動態配置，并通過物理幀的信道將信息傳遞給接收機。接收機可以通過解調信令來獲得各個邏輯管道的參數信息，完成正確接收。

通過對現有通信標準的分析，可以看出三網融合是通信技術的發展趨勢，而復用技術在融合過程中起到了關鍵性的作用。本文在對現有復用技術分析的基礎上，設計出一種調制編碼方式靈活、信令結構自適應變化與現有CMMB兼容的實用復用方案，對未來三網融合的復用技術具有借鑒作用。

[1]胡瑜熙，鄭毅.三網融合發展現狀探討[J].電訊技術，2008，48(5)：12-16.

[2]溫建偉，王厚芹.國際三網融合進程評價與啟示[J].電視技術，2010，34(6)：113-115，119.

[3]姜秀華，張永輝.數字電視廣播原理與應用[M].北京：人民郵電大學出版社，2007.

[4]全國廣播電視標準化技術委員會.GY/Z 234-2008移動多媒體廣播復用實施指南[S].北京：國家廣播電影電視總局，2008.

[5]全國廣播電視標準化技術委員會.GY/T 220.2-2006移動多媒體廣播第2部分復用[S].北京：國家廣播電影電視總局，2006.

[6]ETSI.Digital Video Broadcasting(DVB)：DVB specification for data broadcasting(EN 301 192 vl.2.l)[S].1999.

[7]ETSI EN 302 755.Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system DVB-T2[S].2008.