STiMi

目錄
·CMMB系統(tǒng)框圖
·STiMi系統(tǒng)框圖
·STiMi幀結(jié)構(gòu)
·STiMi關(guān)鍵技術(shù)






   　　STiMi技術(shù)是面向移動(dòng)多媒體廣播設(shè)計(jì)的無線信道傳輸技術(shù)，中國自主研發(fā)的CMMB體系架構(gòu)中的核心部分。STiMi技術(shù)充分考慮到移動(dòng)多媒體廣播業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，針對(duì)手持設(shè)備接收靈敏度要求高，移動(dòng)性和電池供電的特點(diǎn)，采用最先進(jìn)的信道糾錯(cuò)編碼和OFDM調(diào)制技術(shù)，提高了抗干擾能力和對(duì)移動(dòng)性的支持，采用時(shí)隙節(jié)電技術(shù)來降低終端功耗，提高終端續(xù)航能力。

CMMB系統(tǒng)框圖
　　a)信道編碼和星座映射
　　STiMi采用了RS編碼和高度結(jié)構(gòu)化低密度奇偶校驗(yàn)碼(LDPC)技術(shù)。在目前已有的編碼方法中，LDPC是一種能夠逼近Shannon限的性能優(yōu)秀的信道糾錯(cuò)編碼方法，因其卓越的性能使它成為高速寬帶系統(tǒng)應(yīng)用中理想的編碼方式。STiMi技術(shù)采用了創(chuàng)新的LDPC構(gòu)造方法和低復(fù)雜度的譯碼方法，不僅提高了接收靈敏度，而且極大地降低了整個(gè)編譯碼器硬件執(zhí)行的復(fù)雜性，利于芯片實(shí)現(xiàn)。

STiMi系統(tǒng)框圖
STiMi可以用BPSK、QPSK和16QAM的星座映射模式，適合傳輸不同服務(wù)質(zhì)量要求的業(yè)務(wù)。
　　b)OFDM調(diào)制
　　OFDM的基本原理是將高速串行數(shù)據(jù)變換成多路相對(duì)低速的并行數(shù)據(jù)并對(duì)不同的載波進(jìn)行調(diào)制。這種并行傳輸體制大大擴(kuò)展了符號(hào)的脈沖寬度，提高了抗多徑衰落的性能。同時(shí)使各子載波上的頻譜相互重疊，但這些頻譜在整個(gè)符號(hào)周期內(nèi)滿足正交性，從而不僅保證接收端能夠不失真地復(fù)原信號(hào)的，而且大大提高了頻譜利用率。
　　在OFDM系統(tǒng)中，接收機(jī)需要進(jìn)行幀同步捕獲和OFDM符號(hào)同步捕獲，然后才能進(jìn)行正確解調(diào)。STiMi技術(shù)創(chuàng)造性地使用了時(shí)間域擴(kuò)頻信標(biāo)用于同步捕獲，具有同步捕獲時(shí)間短、抗載波頻偏能力強(qiáng)、抗信道多徑時(shí)延擴(kuò)展能力強(qiáng)的特點(diǎn)。這種方式大大減小用戶開機(jī)到正常接收所需要的同步時(shí)間。尤其在緊急廣播環(huán)境下，可以保證用戶的快速、可靠接收。
　　無線信道的時(shí)域和頻域響應(yīng)是時(shí)變的，多徑引起的頻域選擇性衰落在不同的子載波上也表現(xiàn)出衰落的不一致性，因此OFDM符號(hào)各個(gè)子載波上會(huì)出現(xiàn)畸變的不均勻性。因此，必須采用信道估計(jì)的辦法來估計(jì)出信道的時(shí)域和頻域響應(yīng)，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正和恢復(fù)。STiMi采用導(dǎo)頻技術(shù)，不僅保證了復(fù)雜無線傳輸條件下可靠的信道估計(jì)和均衡，而且降低解調(diào)模塊硬件復(fù)雜度，利于芯片實(shí)現(xiàn)。
　　c)時(shí)隙技術(shù)
　　STiMi物理層信號(hào)每1秒為1幀，劃分為40個(gè)時(shí)隙。每個(gè)時(shí)隙的長度為25ms，包括1個(gè)信標(biāo)和53個(gè)OFDM調(diào)制數(shù)據(jù)塊。時(shí)隙劃分和幀結(jié)構(gòu)如圖3所示。每個(gè)廣播業(yè)務(wù)可以占用一個(gè)或幾個(gè)時(shí)隙,表1是幾種比較典型的配置方式。

STiMi幀結(jié)構(gòu)

　　在同時(shí)傳送的多路多媒體信號(hào)中，接收機(jī)根據(jù)用戶收看的頻道，利用時(shí)隙開關(guān)天線、調(diào)諧器等大功耗的器件，只接收相關(guān)時(shí)隙，而在其他時(shí)隙這些大功耗器件都處于關(guān)閉狀態(tài)，從而大大降低終端功耗，有效的提高了終端續(xù)航能力。
　　以一般384kbps的視頻業(yè)務(wù)為例，需要占用兩個(gè)時(shí)隙，接收機(jī)只需要在這兩個(gè)時(shí)隙處于工作狀態(tài)，而在其他時(shí)隙都處于關(guān)閉狀態(tài)，節(jié)電效率為95%。

                                                                 時(shí)隙節(jié)電示意圖

STiMi關(guān)鍵技術(shù)
　　STiMi技術(shù)是面向移動(dòng)多媒體廣播的業(yè)務(wù)需求而專門設(shè)計(jì)的無線信道傳輸技術(shù)，構(gòu)成了中國自主研發(fā)的CMMB體系架構(gòu)中的核心技術(shù)。STiMi技術(shù)充分考慮到移動(dòng)多媒體廣播業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，針對(duì)手持設(shè)備接收靈敏度要求高，移動(dòng)性和電池供電的特點(diǎn)，采用了最先進(jìn)的信道糾錯(cuò)編碼（LDPC碼）技術(shù)和OFDM調(diào)制技術(shù)，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，支持高移動(dòng)性，并且采用了時(shí)隙（time slot）節(jié)能技術(shù)來降低終端功耗，提高終端續(xù)航能力。
　　STiMi系統(tǒng)可工作于30 MHz ~ 3000 MHz的頻率范圍內(nèi)，物理帶寬支持8 MHz和2 MHz兩種工作模式。
　　圖2給出了STiMi系統(tǒng)的物理層信號(hào)處理流程。來自上層的多條數(shù)據(jù)流獨(dú)立地分別進(jìn)行RS編碼和字節(jié)交織、LDPC編碼、比特交織和星座映射等操作，然后和離散導(dǎo)頻以及承載傳輸指示信息的連續(xù)導(dǎo)頻組合起來，形成OFDM頻域符號(hào)，再對(duì)頻域符號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行加擾，進(jìn)行OFDM調(diào)制、成幀、上變頻等操作，最后將信號(hào)發(fā)向空中。下面對(duì)物理層一些關(guān)鍵的處理技術(shù)進(jìn)行介紹。

圖2 STiMi物理層信號(hào)處理流程
RS編碼和字節(jié)交織
　　STiMi系統(tǒng)采用了Reed-Solomon碼作為外碼，字節(jié)交織器作為外交織器。RS編碼和字節(jié)交織根據(jù)列輸入列輸出、行編碼的方式進(jìn)行處理。RS碼采用了碼長為240字節(jié)的RS （240，K）截短碼。該RS碼由原始的RS（255，M）系統(tǒng)碼通過截短產(chǎn)生，其中M=K+15。K為一個(gè)碼字中信息序列的字節(jié)數(shù)，校驗(yàn)字節(jié)數(shù)為（240-K）。RS （240，K）碼提供了4種工作模式，分別為K=240，K=224，K=192，K=176。
　　圖3示出了RS編碼和字節(jié)交織的工作原理。輸入數(shù)據(jù)以字節(jié)的形式按列寫入圖3所示矩陣中，待填充滿圖示陰影部分后，按行進(jìn)行RS編碼；待對(duì)所有行的RS編碼完成后，再按列從圖示矩陣中讀出數(shù)據(jù)，作為輸出。其中，參數(shù) 表示字節(jié)交織器的深度。

圖3 RS編碼和字節(jié)交織工作原理
LDPC編碼
LDPC碼是一類可以逼近Shannon限的糾錯(cuò)編碼方法，擁有較低的譯碼復(fù)雜度。STiMi系統(tǒng)采用了自主研發(fā)的LDPC碼，支持1/2和3/4兩種編碼速率。STiMi LDPC碼是一類規(guī)則碼，不存在錯(cuò)誤地板，硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低。表1給出了LDPC碼的配置參數(shù)。
表1 STiMi LDPC碼的配置參數(shù)
碼率
信息比特長度
碼字比特長度

1/2
4608 比特
9216 比特

3/4
6912 比特
9216 比特


比特交織
STiMi系統(tǒng)采用了比特交織作為內(nèi)交織。LDPC編碼后的比特輸入到比特交織器進(jìn)行交織。比特交織器采用 的塊交織器， 和 的取值見表2。LDPC編碼后的二進(jìn)制序列按照從上到下的順序依次寫入塊交織器的每一行，直至填滿整個(gè)交織器，再從左到右按列依次讀出，見圖4。
表2 比特交織器參數(shù)


圖4 比特交織
星座映射
STiMi系統(tǒng)支持BPSK、QPSK和16-QAM三種星座映射方案，可靈活地適應(yīng)不同的傳輸速率需求。圖5給出了BPSK星座映射方案。

圖5 BPSK星座映射方案
OFDM調(diào)制
STiMi系統(tǒng)采用OFDM調(diào)制。頻域OFDM符號(hào)由數(shù)據(jù)子載波、離散導(dǎo)頻子載波和連續(xù)導(dǎo)頻子載波組成。離散導(dǎo)頻不承載任何信息，主要用來輔助接收機(jī)進(jìn)行信道估計(jì)，進(jìn)行相干檢測和解調(diào)。部分連連續(xù)導(dǎo)頻上承載了系統(tǒng)傳輸指示信息。OFDM符號(hào)中的有效子載波數(shù)目具體取值如下：

幀結(jié)構(gòu)
圖6給出了STiMi系統(tǒng)的基于時(shí)隙的幀結(jié)構(gòu)。1秒共包含40個(gè)時(shí)隙（編號(hào)0~39），每個(gè)時(shí)隙為25毫秒，由1個(gè)信標(biāo)和53個(gè)OFDM符號(hào)（編號(hào)0~52）組成。OFDM符號(hào)形成分別采用4096點(diǎn)（8 MHz帶寬模式）和1024點(diǎn)（2 MHz帶寬模式）的FFT操作實(shí)現(xiàn)，循環(huán)前綴長度分別為512點(diǎn)（8 MHz帶寬模式）和128點(diǎn)（2 MHz帶寬模式）。系統(tǒng)采樣速率分別是10 MSPS（8 MHz帶寬模式）和2.5 MSPS（2 MHz帶寬模式）。
為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速捕獲，STiMi系統(tǒng)采用了信標(biāo)技術(shù)。信標(biāo)結(jié)構(gòu)見圖7，包括發(fā)射機(jī)標(biāo)識(shí)信號(hào)（TxID）以及2個(gè)相同的同步信號(hào)。其中，發(fā)射機(jī)標(biāo)識(shí)信號(hào)專為系統(tǒng)測量設(shè)備而設(shè)計(jì)，不用于普通的接收終端。

圖6 STiMi系統(tǒng)的基于時(shí)隙的幀結(jié)構(gòu)

圖7 信標(biāo)結(jié)構(gòu)
STiMi系統(tǒng)效率
STiMi系統(tǒng)的系統(tǒng)凈荷數(shù)據(jù)率支持從2.046 Mbps到16.243 Mbps的不同速率（8 MHz帶寬模式），以及從0.409 Mbps到3.248 Mbps的不同速率（2 MHz帶寬模式），相應(yīng)地，系統(tǒng)的頻譜效率可支持從0.255 bps/Hz到2.03 bps/Hz（8 MHz帶寬模式），以及從0.205 bps/Hz到1.624 bps/Hz（2 MHz帶寬模式）。


   

• 通信詞典解釋