STiMi

目錄
·CMMB系統(tǒng)框圖
·STiMi系統(tǒng)框圖
·STiMi幀結構
·STiMi關鍵技術






   　　STiMi技術是面向移動多媒體廣播設計的無線信道傳輸技術，中國自主研發(fā)的CMMB體系架構中的核心部分。STiMi技術充分考慮到移動多媒體廣播業(yè)務的特點，針對手持設備接收靈敏度要求高，移動性和電池供電的特點，采用最先進的信道糾錯編碼和OFDM調制技術，提高了抗干擾能力和對移動性的支持，采用時隙節(jié)電技術來降低終端功耗，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編碼和高度結構化低密度奇偶校驗碼(LDPC)技術。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)秀的信道糾錯編碼方法，因其卓越的性能使它成為高速寬帶系統(tǒng)應用中理想的編碼方式。STiMi技術采用了創(chuàng)新的LDPC構造方法和低復雜度的譯碼方法，不僅提高了接收靈敏度，而且極大地降低了整個編譯碼器硬件執(zhí)行的復雜性，利于芯片實現。

STiMi系統(tǒng)框圖
STiMi可以用BPSK、QPSK和16QAM的星座映射模式，適合傳輸不同服務質量要求的業(yè)務。
　　b)OFDM調制
　　OFDM的基本原理是將高速串行數據變換成多路相對低速的并行數據并對不同的載波進行調制。這種并行傳輸體制大大擴展了符號的脈沖寬度，提高了抗多徑衰落的性能。同時使各子載波上的頻譜相互重疊，但這些頻譜在整個符號周期內滿足正交性，從而不僅保證接收端能夠不失真地復原信號的，而且大大提高了頻譜利用率。
　　在OFDM系統(tǒng)中，接收機需要進行幀同步捕獲和OFDM符號同步捕獲，然后才能進行正確解調。STiMi技術創(chuàng)造性地使用了時間域擴頻信標用于同步捕獲，具有同步捕獲時間短、抗載波頻偏能力強、抗信道多徑時延擴展能力強的特點。這種方式大大減小用戶開機到正常接收所需要的同步時間。尤其在緊急廣播環(huán)境下，可以保證用戶的快速、可靠接收。
　　無線信道的時域和頻域響應是時變的，多徑引起的頻域選擇性衰落在不同的子載波上也表現出衰落的不一致性，因此OFDM符號各個子載波上會出現畸變的不均勻性。因此，必須采用信道估計的辦法來估計出信道的時域和頻域響應，對接收到的數據進行校正和恢復。STiMi采用導頻技術，不僅保證了復雜無線傳輸條件下可靠的信道估計和均衡，而且降低解調模塊硬件復雜度，利于芯片實現。
　　c)時隙技術
　　STiMi物理層信號每1秒為1幀，劃分為40個時隙。每個時隙的長度為25ms，包括1個信標和53個OFDM調制數據塊。時隙劃分和幀結構如圖3所示。每個廣播業(yè)務可以占用一個或幾個時隙,表1是幾種比較典型的配置方式。

STiMi幀結構

　　在同時傳送的多路多媒體信號中，接收機根據用戶收看的頻道，利用時隙開關天線、調諧器等大功耗的器件，只接收相關時隙，而在其他時隙這些大功耗器件都處于關閉狀態(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)務為例，需要占用兩個時隙，接收機只需要在這兩個時隙處于工作狀態(tài)，而在其他時隙都處于關閉狀態(tài)，節(jié)電效率為95%。

                                                                 時隙節(jié)電示意圖

STiMi關鍵技術
　　STiMi技術是面向移動多媒體廣播的業(yè)務需求而專門設計的無線信道傳輸技術，構成了中國自主研發(fā)的CMMB體系架構中的核心技術。STiMi技術充分考慮到移動多媒體廣播業(yè)務的特點，針對手持設備接收靈敏度要求高，移動性和電池供電的特點，采用了最先進的信道糾錯編碼（LDPC碼）技術和OFDM調制技術，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，支持高移動性，并且采用了時隙（time slot）節(jié)能技術來降低終端功耗，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，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)的物理層信號處理流程。來自上層的多條數據流獨立地分別進行RS編碼和字節(jié)交織、LDPC編碼、比特交織和星座映射等操作，然后和離散導頻以及承載傳輸指示信息的連續(xù)導頻組合起來，形成OFDM頻域符號，再對頻域符號數據進行加擾，進行OFDM調制、成幀、上變頻等操作，最后將信號發(fā)向空中。下面對物理層一些關鍵的處理技術進行介紹。

圖2 STiMi物理層信號處理流程
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)交織根據列輸入列輸出、行編碼的方式進行處理。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)碼通過截短產生，其中M=K+15。K為一個碼字中信息序列的字節(jié)數，校驗字節(jié)數為（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。輸入數據以字節(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，按行進行RS編碼；待對所有行的RS編碼完成后，再按列從圖示矩陣中讀出數據，作為輸出。其中，參數 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限的糾錯編碼方法，擁有較低的譯碼復雜度。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，不存在錯誤地板，硬件實現復雜度低。表1給出了LDPC碼的配置參數。
表1 STiMi LDPC碼的配置參數
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交織。LDPC編碼后的比特輸入到比特交織器進行交織。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


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調制
STiMi系統(tǒng)采用OFDM調制。頻域OFDM符號由數據子載波、離散導頻子載波和連續(xù)導頻子載波組成。離散導頻不承載任何信息，主要用來輔助接收機進行信道估計，進行相干檢測和解調。部分連連續(xù)導頻上承載了系統(tǒng)傳輸指示信息。OFDM符號中的有效子載波數目具體取值如下：

幀結構
圖6給出了STiMi系統(tǒng)的基于時隙的幀結構。1秒共包含40個時隙（編號0~39），每個時隙為25毫秒，由1個信標和53個OFDM符號（編號0~52）組成。OFDM符號形成分別采用4096點（8 MHz帶寬模式）和1024點（2 MHz帶寬模式）的FFT操作實現，循環(huán)前綴長度分別為512點（8 MHz帶寬模式）和128點（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）。
為了實現系統(tǒng)的快速捕獲，STiMi系統(tǒng)采用了信標技術。信標結構見圖7，包括發(fā)射機標識信號（TxID）以及2個相同的同步信號。其中，發(fā)射機標識信號專為系統(tǒng)測量設備而設計，不用于普通的接收終端。

圖6 STiMi系統(tǒng)的基于時隙的幀結構

圖7 信標結構
STiMi系統(tǒng)效率
STiMi系統(tǒng)的系統(tǒng)凈荷數據率支持從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