[转帖]DVB-RCT基于OFDMA技术的地铁双向高速数据传输方案

HT-BEYOND · 发表于 2006-10-10 09:35:02

一前言 数字地面电视(Digital Terrestrial TV，DTTV)国际标准目前有美国的ATSC、欧洲的 DVB-T 和日本的 ISDB-T。 
 
许多国家和地区在确定了自己的数字地面电视标准后，运营商正在积极寻找可行的商业模式，以确保DTTV广播的成功。在吸取发展 HDTV经验教训的基础上，人们逐渐了解到在向数字化过渡中HDTV虽然很重要，但它不是关键的市场驱动因素。 
 
对数字电视期望的调查表明: 交互性和新鲜的、刺激性的节目内容是最大的市场需求。因此，基于“交互业务”的商业模式将为广播业提供丰厚的收入，这一点是非常清楚的。但最初世界上数字地面电视国际标准都是单向的，现在DVB意识到了这种市场期望，因此，在DVB-T标准中为地面广播业者增加新的特性，为消费者提供了回传信道，以实现市场期望的交互业务，从而为地面传输平台开创了一个新时代，让观众拥有更大的决定权，自由决定在何时观看何种节目，实现双向交流，并且也可以在便携和移动接收中达到这种效果。 
为此，欧洲DVB-T最近制定了融入多址OFDM的地面数字电视交互信道协议，即EN300 XXX标准——DVB-RCT(Terrestrial Return Channel System)。 
 
二 DVB-RCT是什么 
人们预测到2008年从电视商务(T-commerce)中获得的收益将超过电子商务(E-commerce)。但电视商务需要在家庭和数字电视服务提供商之间提供回传信道。 
 
在一些国家，地面UHF/VHF频带已经非常拥挤，这对于引入新业务是一个问题，DVB-RCT就是对此问题的响应。在拥挤的UHF/VHF频段中，它为地面数字电视提供了无线交互信道。 
 
DVB-RCT对于在ETS 300 744标准规定的DVB-T地面数字电视广播系统中提供交互信道作出了基本规定: 
● 给出地面数字交互电视的一般描述。 
● 详细说明上行信道编码/调制。 
● 详细说明媒体访问控制(Medium Access Control，MAC)协议。 
● 提供无线频谱管理方面的指导。 
 
DVB-RCT标准只规定了数字地面电视广播中交互网络所依赖的协议，而没有考虑更高层的协议。它具有以下一些特点: 
 
(1)具有高频谱效率、低成本、功能强大和灵活的多址OFDM系统。 
(2)蜂窝小区覆盖范围大，半径达 65km。即使在覆盖区的边缘，对每个电视观众提供的典型比特码率也达几kb/s。这些巨大的蜂窝小区通常与数字电视广播的下行覆盖区紧密匹配。 
(3)能够处理巨大的流量峰值。在远程投票模式中，每个蜂窝小区的每个扇区每秒处理多达2万个短交互。 
(4)也适用于较小的蜂窝区，以便构建半径为3.5km的密集蜂窝网络，为用户提供几Mb/s 的高码率。 
(5)利用Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ频带中未用的频谱间隙，当然这些频谱间隙要对原来的模拟电视和数字电视广播没有干扰。 
(6)适用于便携设备，它把交互性带到能够接收地面数字电视广播的任何地方。 
(7)可用于全世界不同的DVB-T系统: 6、7或8MHz频道。 
(8)从用户终端或机顶盒到基站的发射功率不超过 0.5W RMS。 
 
三 DVB-RCT支持的交互数字电视 
 
对于广大的电视观众来讲，交互性是模拟和数字电视明显的分水岭，这个观点越来越得到人们的认同。 
● 交互电视节目将使观众经历更多激动人心的场景。实况“远程选举”将影响实况节 
目传播的流程，或者观众也能在家中参与智力竟猜或游戏节目等。 
● 和目前简单的电视广告相比，交互电视将为广告业提供更为强大的表现工具和元素。 
● 交互电视意味着可以点播节目以外的附加信息。 
 
从商业观点看，在家庭电视机到服务提供商之间保持永久的宽带链路不是最佳的赚钱模式。一般情况下，用户的每次交互只有几十个字节，这是典型的非对称信息交流，这将是交互电视业务提供商最大的利润源泉。在此情形下，电视观众的交互活动包括:“我购买它!”; “我投票赞成！”; “我希望得到更多的信息！”; “我想观看IPPV(Impulse Pay Per View)节目”; “给看过的电影做上标记，或特殊的事件标上记号‘A、B或C’”。 
而且，如果业务提供商要向家庭提供宽带业务(数据传输、E-mail、因特网等)，DVB-RCT 也能很好地支持。 
 
四 DVB-RCT系统模型 
 
DVB-RCT系统需要在业务提供商和用户之间建立两个信道: 
(1)广播信道: 业务提供商和用户之间建立一条单向的宽带广播信道，传输视频、音频和数据等; 
(2)交互信道: 业务提供商和用户之间建立一条双向交互信道，用于交互目的。它由下面两条通道组成: 
 
●反向交互通道: 从用户到业务提供商的信道，用于向业务提供商发出请 
求，应答或上载数据。 
●前向交互通道: 从业务提供商到用户的信道，用于为交互服务提供信息和任何其它的请求交流。 
 
在地面交互网络中，前向交互通道嵌入在如图1所示的广播信道中，因此，地面交互网络使用两个单向物理层来实现下行和上行码流。携带广播内容和前向交互数据的下行码流基于DVB-T(ETS 301 744)标准，而携带反向交互数据的上行码流基于DVB-RCT标准。 
构成前向信息通道的MPEG-2 TS 包具有特定的PID，并且携带着媒体访问控制管理数据。反向交互通道主要由ATM码元构成，映射为物理突发(Burst)码流。ATM 码元包括应用数据消息和媒体访问控制管理数据。 
DVB-RCT 系统的交互终端也称为反向信道地面终端(Return Channel Terrestrial Terminal，RCTT)。 
 
RCTT由网络接口单元NIU和机顶单元STU构成。网络接口单元NIU由广播接口模块BIM和交互接口模块IIM组成。 
 
从基站(INA)，到 RCTT(NIU)的下行码流传输为所有 RCTT提供同步和信息，因此，允许 RCTT同步访问网络并且传输上行同步信息到基站。RCTT可以和广播信道信号使用相同的接收天线。反向信道信号既可以直接发送给相关广播发射机所在的基站，也可以发送给所在基站蜂窝网中的基站。 
 
为了基站中上行解调器的正确工作，需要一个全局同步信号，它通过全局的DVB-T定时信号发送给所有的用户。依靠MPEG-2传递流或全局DVB-T 定时信号，时间同步信号通过广播信道传送给所有用户。更好的方法是DVB-RCT频率同步来自广播的DVB-T信号，同时时间同步使用通过广播信道传送的 MAC管理包。 
 
五 DVB-RCT上行码流物理层协议 
 
交互终端RCTT的接收部分严格遵循 DVB-T系统规范(ETS 300 744)。对于增加的机顶盒单元，DVB-T 解调 MPEG-TS送给MAC和同步块。 
 
DVB-RCT模块(NIU)同步的实现是采用MAC控制信息(完成时间同步)和DVB-T解调的频率信息(恢复的 DVB-T系统时钟)。从进来的MPEG-TS 中提取的MAC控制信息由MAC管理块处理后指导DVB-RCT解调，并调整对无线频率反向信道的访问，然后NIU调制把用户交互数据按DVB-RCT标准定义的嵌入到反向交互通道中。 
 
对于每个新的数据净荷，随机化器的移位寄存器将初始化为45200(八进制)。每一个要传输的数据字节顺序进入随机化器，最大有效比特(MSB)在前。伪随机二进制序列PRBS的生成多项式为 1+x14+x15。随机化后的比特将送给编码器。对于任何子信道传输的每个数据突发串，随机化器将复位。 
 
DVB-RCT标准中定义了两种信道编码方法: Turbo码、RS和卷积级联码。在给定的DVB-RCT RF信道中将只实现其中之一。无论使用何种方法，编码和调制后产生的数据串将有144调制符号的固定长度。 
 
对 Turbo码或级联码产生的每个数据突发串进行交织处理，输入比特的顺序得到置乱，产生交织数据比特突发串，送给符号映射器。随机交织器的多项式为 1+x3+x10 。 
每个RCTT载波采用的物理调制有QPSK、16QAM或64QAM方式。RCTT使用的调试方案由基站通过MAC 消息来决定。 
 
DVB-RCT标准定义了两种成形函数: 奈奎斯特(Nyquist)成形和矩形成形。在给定的DVB-RCT信道中，成形滤波器具有排他性。Nyquist成形函数将产生一个时限的平方根升余弦脉冲，其滚降系数a =0.25，Nyquist成形对每个载波使用Nyquist滤波器，以便能够抵抗载波间和符号间干扰，以及其它发射台干扰; 矩形成形的载波采用正交排列，并且调制符号之间使用保护间隔，以便能够抵抗载波间和符号间干扰，以及抵抗多径传播效应。 
 
在基站，RCTT发出的UHF/VHF信号被解调后(使用 FFT)送给MAC层管理块。 
 
从纯技术观点看，DVB-RCT是建立在最新的数字传输技术和信息理论基础上，它除了具有DVB-T标准中第一代OFDM技术无可争议的优点外，从上面的低级物理层构成看，DVB-RCT标准中采用的多址OFDM(称为第二代 OFDM技术)提供了新的性能优势: 
 
(1)Turbo码或级联码 
DVB-RCT 是非常可靠的系统，系统使用Turbo码或级联码所需的C/N值减少了1.5dB，结果是DVB-RCT 的一些调制模式的 C/N 只需要 4dB。 
 
(2)时间交织 
对于脉冲干扰，时间交织至少有额外5dB的改进(实际数值依赖于脉冲干扰重复速率)，这将确保多址OFDM信号的覆盖面积与数字地面电视广播的覆盖面积紧密匹配，减少了新增设备。 
 
(3)频带分割 
频带分割极大地减轻了频谱拥挤的问题: 频谱中任何1MHz频段都能够被利用。只要模拟地面电视还继续存在，这点就特别重要。 
视频载波附近的能量在模拟电视频谱信号中占据支配地位。因此，例如在覆盖区 A中使用第50频道，那么DVB-RCT在相邻覆盖区B中可以使用第50频道视频载波2MHz以上的频段，此处的干扰相对于视频载波低30dB。 
频带分割的重要商业好处是不同的交互电视服务提供商可以分配各自的 1MHz频谱，保持相互间的独立性。 
 
(4)动态分配自适应调制 
DVB-RCT 支持在相同的蜂窝小区内同时使用不同的调制方式，从4QAM (1/2 码率)到64QAM(3/4 码率)，此特性称为动态分配自适应调制，它使得服务提供商能够控制相邻蜂窝小区的干扰水平，最大限度地使用分配给的频谱。 
对于蜂窝小区边缘附近的用户，可以分配最可靠的调制方式(例如4QAM 调制 1/2 码率)，允许这些用户使用最小功率把信号传回基站。相反的，靠近蜂窝小区中心的用户可以分配低可靠、高码率的调制方式把信号传回基站，但要付出更多的功耗代价，因为它们远离其它蜂窝小区，因此，它们对其它同频道蜂窝小区的干扰较小。 
 
(5)功率测距(Power Ranging) 
DVB-RCT采用了类似于移动电话系统中使用的功率测距系统，以确保交互终端在所有的时间内使用最低功率。 
上述描述的新特性将确保DVB-RCT具有高频谱效率，在今后的5~10年内，这些特性将变得越来越重要。 
 
 
 
 
六 DVB-RCT的传输帧、突发数据结构和媒体访问方案 
 
为了给地面电视广播系统提供共享地面无线回传信道，DVB-RCT 标准使用了专门的无线频道，并且组织起来，以便允许众多单独的交互终端使用 TDMA/OFDM技术同时访问。 
用于组织DVB-RCT信道的方法借鉴了DVB-T标准: 整个无线回传信道的分割既在时域又在频域内实现，即为了多个用户访问，VHF/UHF反向信道既在频域使用频率划分(Frequency Division，FD)，也在时域使用时间划分(Time Division，TD)。因此，DVB-RCT 射频信道提供了时间—频谱槽(Slot)网格，它们被分配给各个用户终端。 
 
DVB-RCT 标准提供了 6 种传输模式，特征在于使用的载波的最大数目和载波间距离的特定组合。在给定的 RCT 无线频率信道中，将只实现一种传输模式，传输模式将不混用。依赖于所使用的传输模式，整个播送信号是由 1k或 2k个相邻的、RCTT同步调制的载波组成。MAC管理RCTT的载波分配。 
 
RCT标准定义了两类传输帧，命名为TF1和TF2，传输帧由一系列时间—频率槽组成，嵌入空符号、测距符号、数据符号和导频符号，以便提供用于同步和数据传输的资源。第一个传输帧类型由OFDM符号组成，包括几个数据子信道，空符号和同步/测距符号序列; 第二个传输帧类型由通用的OFDM符号组成，它包括数据或者同步/测距子信道。运行于基站的MAC管理这些传输帧提供的资源。 
 
DVB-RCT有3种载波间隔(Carrier Spacing，CS)，见表2。而且有3种突发数据结构(Burst Structure，BS)，如此设计是为了覆盖更广的范围，从稀疏的、非常巨大的广播类型蜂窝小区到非常密集的微蜂窝小区。 
 
突发数据结构提供了时间—频谱槽中用户数据映射的各种方法。在 BS1 中，所有的 RF 功率都用于单个载波; 在BS2中，4个载波共享功率; 在BS3中，29个载波共享功率。不管用户数据如何在频率载波中传播(例如，不管使用何种突发数据结构)，固定数目的字节必须在给定的传输槽中传输。这导致了突发数据结构传输的各种周期: BS1的长度是BS3的29倍，BS2是 BS3的4倍。 
 
突发结构到传输帧的映射是在基站 MAC处理控制下完成的，DVB-T标准定义了三种映射方法，称为媒体访问方案MAS。第一类传输帧适用于MAS1 和MAS2，它们分别描述了BS1和BS2的映射方法。第二类传输帧适用于MAS3，提供了BS2和BS3的映射方法。 
这些特性允许在传输时间周期和占用带宽之间折中。 
 
七 DVB-RCT的成本优势 
 
系统的全部成本由用户终端成本和基站成本组成。 
DVB-RCT低成本的原因是基站中单个成本平均低，接收系统每秒能够处理多达 2万个短交互。例如，在2k模式中，能够处理59个来自不同用户的交互，速度达600个/秒。 
DVB-RCT系统成本是竞争对手的一小部分，例如PSTN、xDSL、GSM或UMTS。 
DVB-T和DVB-RCT网络用于提供家庭中完整的“免费线路(Wire-free)”。这将大大节省服务提供商的成本，例如在服务启动之前，技术工程人员或天线安装工不需要到每个用户家中安装调试。

lzgdyw · 发表于 2008-8-27 17:08:13

:victory: :handshake

ansic · 发表于 2008-9-3 23:30:21

:handshake :handshake

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