百科解释
目录·CMMB系统框图·STiMi系统框图·STiMi帧结构·STiMi关键技术 STiMi技术是面向移动多媒体广播设计的无线信道传输技术，中国自主研发的CMMB体系架构中的核心部分。STiMi技术充分考虑到移动多媒体广播业务的特点，针对手持设备接收灵敏度要求高，移动性和电池供电的特点，采用最先进的信道纠错编码和OFDM调制技术，提高了抗干扰能力和对移动性的支持，采用时隙节电技术来降低终端功耗，提高终端续航能力。 CMMB系统框图 a)信道编码和星座映射 STiMi采用了RS编码和高度结构化低密度奇偶校验码(LDPC)技术。在目前已有的编码方法中，LDPC是一种能够逼近Shannon限的性能优秀的信道纠错编码方法，因其卓越的性能使它成为高速宽带系统应用中理想的编码方式。STiMi技术采用了创新的LDPC构造方法和低复杂度的译码方法，不仅提高了接收灵敏度，而且极大地降低了整个编译码器硬件执行的复杂性，利于芯片实现。 STiMi系统框图STiMi可以用BPSK、QPSK和16QAM的星座映射模式，适合传输不同服务质量要求的业务。 b)OFDM调制 OFDM的基本原理是将高速串行数据变换成多路相对低速的并行数据并对不同的载波进行调制。这种并行传输体制大大扩展了符号的脉冲宽度，提高了抗多径衰落的性能。同时使各子载波上的频谱相互重叠，但这些频谱在整个符号周期内满足正交性，从而不仅保证接收端能够不失真地复原信号的，而且大大提高了频谱利用率。 在OFDM系统中，接收机需要进行帧同步捕获和OFDM符号同步捕获，然后才能进行正确解调。STiMi技术创造性地使用了时间域扩频信标用于同步捕获，具有同步捕获时间短、抗载波频偏能力强、抗信道多径时延扩展能力强的特点。这种方式大大减小用户开机到正常接收所需要的同步时间。尤其在紧急广播环境下，可以保证用户的快速、可靠接收。 无线信道的时域和频域响应是时变的，多径引起的频域选择性衰落在不同的子载波上也表现出衰落的不一致性，因此OFDM符号各个子载波上会出现畸变的不均匀性。因此，必须采用信道估计的办法来估计出信道的时域和频域响应，对接收到的数据进行校正和恢复。STiMi采用导频技术，不仅保证了复杂无线传输条件下可靠的信道估计和均衡，而且降低解调模块硬件复杂度，利于芯片实现。 c)时隙技术 STiMi物理层信号每1秒为1帧，划分为40个时隙。每个时隙的长度为25ms，包括1个信标和53个OFDM调制数据块。时隙划分和帧结构如图3所示。每个广播业务可以占用一个或几个时隙,表1是几种比较典型的配置方式。 STiMi帧结构 在同时传送的多路多媒体信号中，接收机根据用户收看的频道，利用时隙开关天线、调谐器等大功耗的器件，只接收相关时隙，而在其他时隙这些大功耗器件都处于关闭状态，从而大大降低终端功耗，有效的提高了终端续航能力。 以一般384kbps的视频业务为例，需要占用两个时隙，接收机只需要在这两个时隙处于工作状态，而在其他时隙都处于关闭状态，节电效率为95%。 时隙节电示意图 STiMi关键技术 STiMi技术是面向移动多媒体广播的业务需求而专门设计的无线信道传输技术，构成了中国自主研发的CMMB体系架构中的核心技术。STiMi技术充分考虑到移动多媒体广播业务的特点，针对手持设备接收灵敏度要求高，移动性和电池供电的特点，采用了最先进的信道纠错编码（LDPC码）技术和OFDM调制技术，提高了系统的抗干扰能力，支持高移动性，并且采用了时隙（time slot）节能技术来降低终端功耗，提高终端续航能力。 STiMi系统可工作于30 MHz ~ 3000 MHz的频率范围内，物理带宽支持8 MHz和2 MHz两种工作模式。 图2给出了STiMi系统的物理层信号处理流程。来自上层的多条数据流独立地分别进行RS编码和字节交织、LDPC编码、比特交织和星座映射等操作，然后和离散导频以及承载传输指示信息的连续导频组合起来，形成OFDM频域符号，再对频域符号数据进行加扰，进行OFDM调制、成帧、上变频等操作，最后将信号发向空中。下面对物理层一些关键的处理技术进行介绍。 图2 STiMi物理层信号处理流程 RS编码和字节交织 STiMi系统采用了Reed-Solomon码作为外码，字节交织器作为外交织器。RS编码和字节交织根据列输入列输出、行编码的方式进行处理。RS码采用了码长为240字节的RS （240，K）截短码。该RS码由原始的RS（255，M）系统码通过截短产生，其中M=K+15。K为一个码字中信息序列的字节数，校验字节数为（240-K）。RS （240，K）码提供了4种工作模式，分别为K=240，K=224，K=192，K=176。 图3示出了RS编码和字节交织的工作原理。输入数据以字节的形式按列写入图3所示矩阵中，待填充满图示阴影部分后，按行进行RS编码；待对所有行的RS编码完成后，再按列从图示矩阵中读出数据，作为输出。其中，参数 表示字节交织器的深度。 图3 RS编码和字节交织工作原理 LDPC编码 LDPC码是一类可以逼近Shannon限的纠错编码方法，拥有较低的译码复杂度。STiMi系统采用了自主研发的LDPC码，支持1/2和3/4两种编码速率。STiMi LDPC码是一类规则码，不存在错误地板，硬件实现复杂度低。表1给出了LDPC码的配置参数。 表1 STiMi LDPC码的配置参数 码率 信息比特长度 码字比特长度 1/2 4608 比特 9216 比特 3/4 6912 比特 9216 比特 比特交织 STiMi系统采用了比特交织作为内交织。LDPC编码后的比特输入到比特交织器进行交织。比特交织器采用 的块交织器， 和 的取值见表2。LDPC编码后的二进制序列按照从上到下的顺序依次写入块交织器的每一行，直至填满整个交织器，再从左到右按列依次读出，见图4。 表2 比特交织器参数 图4 比特交织 星座映射 STiMi系统支持BPSK、QPSK和16-QAM三种星座映射方案，可灵活地适应不同的传输速率需求。图5给出了BPSK星座映射方案。 图5 BPSK星座映射方案 OFDM调制 STiMi系统采用OFDM调制。频域OFDM符号由数据子载波、离散导频子载波和连续导频子载波组成。离散导频不承载任何信息，主要用来辅助接收机进行信道估计，进行相干检测和解调。部分连连续导频上承载了系统传输指示信息。OFDM符号中的有效子载波数目具体取值如下： 帧结构 图6给出了STiMi系统的基于时隙的帧结构。1秒共包含40个时隙（编号0~39），每个时隙为25毫秒，由1个信标和53个OFDM符号（编号0~52）组成。OFDM符号形成分别采用4096点（8 MHz带宽模式）和1024点（2 MHz带宽模式）的FFT操作实现，循环前缀长度分别为512点（8 MHz带宽模式）和128点（2 MHz带宽模式）。系统采样速率分别是10 MSPS（8 MHz带宽模式）和2.5 MSPS（2 MHz带宽模式）。 为了实现系统的快速捕获，STiMi系统采用了信标技术。信标结构见图7，包括发射机标识信号（TxID）以及2个相同的同步信号。其中，发射机标识信号专为系统测量设备而设计，不用于普通的接收终端。 图6 STiMi系统的基于时隙的帧结构 图7 信标结构 STiMi系统效率 STiMi系统的系统净荷数据率支持从2.046 Mbps到16.243 Mbps的不同速率（8 MHz带宽模式），以及从0.409 Mbps到3.248 Mbps的不同速率（2 MHz带宽模式），相应地，系统的频谱效率可支持从0.255 bps/Hz到2.03 bps/Hz（8 MHz带宽模式），以及从0.205 bps/Hz到1.624 bps/Hz（2 MHz带宽模式）。
