一种新型的无线广播网复用技术分析*

史胜西 ，蔡青春 ，刘洪武 ，杨国为 ，李明齐 ，李 腾

(1．南昌航空大学 信息工程学院，江西 南昌330063；2．中科院上海高等研究院 新媒体中心，上海201210)

三网融合是一种重要的产业融合现象，它是指通过网络技术改造实现宽带通信网、数字电视网、下一代互联网的融合，能够使终端用户便捷地接收到语音、数据、图像等综合多媒体通信业务[1]。目前世界各国纷纷将三网融合作为提升信息产业发展的新的增长引擎，上升为重要的国家战略，其中有许多成功经验为全面推动我国的三网融合提供了重要启示。2008年，我国广电部和科技部联合签署了《国家高性能宽带信息网即中国下一代广播电视网自主创新合作协议书》，以有线电视网数字化整体转换和中国移动多媒体广播CMMB的成果为基础，开发适合我国国情、有线无线技术相结合、全程全网的中国下一代广播电视网技术体系，突破相关核心技术，开发成套设备，建设下一代广播电视网（NGB）[2]。

1 复用技术的应用

数据通信系统的复用技术，简单来说就是将多个信号组合起来在一条物理信道上进行传输，常用的复用方式有时分复用、频分复用及波分复用等，在远距离传输时可大大节省电缆的安装和维护费用[3]。在三网融合的通信系统中，针对不同的数据来源应该考虑如何进行合理的复用及有效的资源分配，以达到在有限的带宽下传输更多的节目以及得到更有效的资源利用率。因此，复用在整个信号处理过程中起到资源分配的核心作用，其方案设计直接影响整个系统的性能指标。

2 现有复用方案的不足与改进

现有的数字广播电视中，多业务的传输主要采用传输流（TS）层次的复用，即在发端将不同业务以TS包为单位的传送流经过复用器，复用为一个含有多个业务的传送流，并通过TS包中的PID对来自不同业务的数据进行区分。对于复用后的传送流进行编码、调制并对射频信号进行传输。这样调制器就只针对复用后的一路数据采用完全相同的调制编码方式对数据进行处理。

我国的CMMB系统复用方案，对视频、音频、数据等业务统一采用固定的封装格式组成复用子帧，再由复用子帧形成复用帧。这种复用方式在封装格式、信令信息、调制编码方式都过于死板，所能承载的节目数量也很有限[4-5]。

本文通过对现有技术的分析比较，针对现有复用方案的不足[6-7]，以CMMB系统物理帧为基础，提出一种适合我国无线广播网的灵活兼容的复用方案。其主要优势体现在以下几个方面：(1)多业务流处理。采用逻辑管道LTP（Logical Transfer Pipe）映射机制，将不同类型的数据流映射入不同的逻辑管道中，在各自不同的逻辑管道中分别采用不同的调制编码方式。(2)资源分配。将物理帧OFDM符号分为多个子片，将不同LTP上的数据灵活地映射到各个子片上，实现时分及频分复用。(3)信令信息结构。通过动态传递来逐帧更新最新信令。(4)兼容性。以现有CMMB物理帧为基础，仍以1 s为一个物理帧，可以与现有的CMMB信号兼容。最终复用器将为调制器提供数据块及灵活的信令信息。

3 新型复用技术分析

新型复用技术支持更多的节目及更多不同类型的业务流，通过业务流处理单元及资源管理单元来满足对多业务流的灵活复用及资源调度，实现更高质量的复用功能。其架构如图1所示。

3.1 业务流处理

业务流处理单元分为A、B两种工作模式。在模式A下，将输入的数据流映射入一个LTP中，这主要是针对数据流较少的情况；在模式B下，系统支持小于等于255个LTP。本文重点讨论模式B下的复用处理模块。此时系统的输入由多个逻辑数据流组成，每个逻辑数据流由一个LTP承载。如图2所示，各个业务流处理单元包括逻辑管道映射、同步、时延补偿、空包删除、CRC校验及数据头插入几个模块。

3.1.1 逻辑管道映射

输入的数据流是一个或多个业务流，为了便于针对不同类型的业务流进行不同的处理方式，通过解复用及业务分割的方法，将输入的不同类型的业务流分别映射到不同的LTP中。可以将一个节目数据流的各个组成部分（如音频流、字幕流、视频基本层流、视频增强层流等）映射为一个逻辑数据流，或分别映射为不同的逻辑数据流，以提高不同业务的鲁棒性。一般几个LTP组成一组，每组LTP由一个公共LTP和多个数据LTP组成。即是将一组数据流的公共信息(如PSI/SI信息等)映射入一个公共 LTP，而将数据信息分别映射入几个数据LTP上，不同LTP上的数据可以采用不同调制编码方式。

3.1.2 同步和时延补偿

由于调制器的处理会在不同的LTP上产生不同的传输时延，为了保证恒定的速率及恒定的端到端延时，采用数据流携带同步信息的方式，在每个用户包后加上一个固定长度字段的同步信息。同步信息可以分为时钟同步和时延补偿同步两类。

时钟同步信息为每个LTP上的数据流提供时钟参考和用户包的原始时序。时延补偿信息为一组LTP提供统一的时延同步。由于不同的LTP上的数据可以采用不同的交织及映射参数，因而不同LTP上的数据流会产生不同的时延，通过加入相应的时延补偿，使原本属于一个数据流的信息时延达到一致。

3.1.3 空包删除

加入同步信息的数据流中有很多空包，这些空包一方面是在数据流输入端为保证恒定速率而加入的；另一方面是在数据流映射入LTP时，为保证各输入的数据流信息速率的恒定，用于替代公共信息位置的空包填充。为了减少空包带来的不必要开销，进行空包删除。同时在删除空包后的用户包中加上一个标签，标明空包的个数及位置。这样收端在接收到数据流后就能够按照发端的顺序重新恢复空包。

3.2 资源管理

复用器的资源管理单元主要完成资源调度及信令信息的生成。如图3所示，资源调度主要完成各个LTP上的数据在时频资源上的映射；信令信息主要将资源调度信息及调制参数以信令的方式传递给调制器。

3.2.1 资源调度

图2 业务流处理模块功能框图

调度单元将精确确定广播系统中物理帧信号的哪些单元将携带哪些LTP上的数据，并生成相应的L1动态信令。同时对调制编码与组帧模块进行控制，使其按照信令信息完成各个LTP上的数据的调制编码与组帧。

新型复用方案的新型复用帧NMF(New Multiple Frame)由信令信息、数据信息两大部分组成。为了便于进行灵活的资源映射，将每个NMF帧上的OFDM符号分为P1符号、P2符号和多个数据符号。OFDM符号的每个星座点定义为OFDM单元。一个OFDM符号的多个单元按一定的寻址方式顺序排列。一个或多个OFDM单元组成一个子片。由P1、P2符号来承载信令信息，而由数据单元来承载数据信息。各个LTP上的数据可以分别映射在不同时频资源子片上（时间连续或时间分片）实现时分及频分复用。如图4所示，公共LTP和类型1 LTP采用的是时间连续的资源分配方式；而类型2 LTP采用的是时间分片的方式。该方案可以支持任意数量信道（〈256）的并行传输。

如图5所示，为了与现有的CMMB系统实现兼容，新型复用方案物理帧仍采用1 s为一个单位，一个物理帧既可以承载CMMB复用帧，也可以承载NMF帧及其他结构的信息帧，实现兼容性及可扩展性。

表1 信令描述表

3.2.2 传输信令

新型复用器在设计L1信令数据结构时，着重考虑L1信令的灵活性和高效性。灵活性主要是指L1信令数据结构能够支持多种多样的调制器参数设置，同时能够支持各种灵活的时频资源映射；高效性主要通过采用最优的L1数据结构，达到用最少的数据量来表示最全的信令信息。各信令详细描述如表1所示。

通过以上信令结构设计，可以根据系统需要，通过L1前信令和L1配置信令选择合适的系统参数。而通过L1动态信令和带内信令，对各个逻辑管道的参数进行动态配置，并通过物理帧的信道将信息传递给接收机。接收机可以通过解调信令来获得各个逻辑管道的参数信息，完成正确接收。

通过对现有通信标准的分析，可以看出三网融合是通信技术的发展趋势，而复用技术在融合过程中起到了关键性的作用。本文在对现有复用技术分析的基础上，设计出一种调制编码方式灵活、信令结构自适应变化与现有CMMB兼容的实用复用方案，对未来三网融合的复用技术具有借鉴作用。

[1]胡瑜熙，郑毅.三网融合发展现状探讨[J].电讯技术，2008，48(5)：12-16.

[2]温建伟，王厚芹.国际三网融合进程评价与启示[J].电视技术，2010，34(6)：113-115，119.

[3]姜秀华，张永辉.数字电视广播原理与应用[M].北京：人民邮电大学出版社，2007.

[4]全国广播电视标准化技术委员会.GY/Z 234-2008移动多媒体广播复用实施指南[S].北京：国家广播电影电视总局，2008.

[5]全国广播电视标准化技术委员会.GY/T 220.2-2006移动多媒体广播第2部分复用[S].北京：国家广播电影电视总局，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.