地面数字电视广播和移动通信的汇聚

摘要：介绍了地面数字电视广播和移动通信汇聚的方式和趋势，讨论IP数据广播技术和体系架构，分析了欧洲的陆地数字视频广播标准DVB—T和的适用于手持移动终端的DVB—H的优点和存在的问题并概要介绍了中国目前的地面数字电视广播标准，指出在移动设备中发展视频广播尚需解决的问题。
关键词：地面数字电视广播IP数据广播DVB—T DVB—H

移动通信迅猛发展，其业务从话音逐步向数据和多媒体业务转变，其视频业务的非对称性体现的越来越明显。目前在现有2．5G上和将要部署的3G上开展视频业务均存在着网络带宽、功耗、资费和合适的商业模式等问题。而地面数字电视广播具有高传输码率和巨大带宽的广播信道．其广播特性使其资费相对低廉，特别是基于IP的数据广播技术应用为电视广播技术和移动网络的自然结合做好了铺垫，而两者的融合可以为解决上述存在的问题提供新的思路，可以给消费者带来新的、引人注目的服务业务如手机电视等。

1 地面数字电视广播和移动通信的融合
地面数字电视广播(DTTB)信息传输容量大，在一个8MHz信道中可传输20Mbps以上数据，频率资源丰富，质量好，适于移动接收，满足多媒体需求的非对称性。但作为单向广播网，它没有回传信道，缺乏完善的运营支撑和用户服务系统。目前地面数字电视广播DTTB协议有：DVB—T、DVB—H、DAB、ISDB—T和国内提出的DMB—T／ADTB—T/TiMi。

移动通信同络是健全的双向通信网络，支持点对点通信，拥有庞大的用户群，完善的运营支撑和用户管理系统。目前，高端手机的视频显示功能趋于成熟，但移动通信网开展视频业务受到频率资源的限制，并且其网络结构不适用于非对称业务，服务质量(QoS)和用户数有关，对用户数量敏感，不易保持恒定，视频业务运营成本相对高。目前移动通信网络uMTS／GPRS的广播协议有：MBMS(Multimedia Broadcast Multicast Service，多媒体广播多播业务)。特点是在MBMS服务区内，多媒体数据的单向点对多点传输；能有教地利用移动网络的无线，网络资源；但2007年没有希望实现。

对视频业务而言，广播电视和移动通信之间的优势和局限互补。从服务需求和技术发展出发，实现两个平台的融合，可为用户移动手持设备提供无缝隙的多媒体业务。另外地面数字电视广播和移动通信技术融合可以限度地优化和利用频率资源。全国仅用一个8M电视频道就可实现向SWTV、PDA和手机用户广播25～100套数字电视节目。两种技术汇聚的目标是为手持移动设备提供接收视频广播的能力，满足用户在任何时间、任何地点观看任何电视视频节目的愿望。

汇聚可以有三种方式。
(1)将两个系统在终端中单独集成，如同GSM手机中集成FM收音机。终端设备聚集了地面数字电视广播和手持移动通信设备的特性：移动、小天线、小屏幕、室内覆盖和电池供电，移动运营商能从电视节目带来的流量中获益。

(2)集成移动通信的数据通道。利用UMTS、GSM、CDMA等移动网络为交互业务提供回传信道，这些信道具有高带宽、移动和永远在线等特性。基于回传信道，移动运营商可以为广播运营商提供用户鉴权、计费和管理等服务。

(3)也可通过UMTS传输DTV电视服务。在UMTS网络中用DTTB频谱进行内容广播，但广播内容必须转码处理，成为低码率和低分辨率，以便通过UMTS传输给单独的UMTS终端。

汇聚的通用结构图如所示。

2 IP数据广播（IP datacasting，IPDC）0
地面数字电视广播和和移动通信汇聚的是IP数据广播，在IPDC网络中所有的内容都将以IP数据包的形式发送。换言之，除了传统的电视节目，所有基于IP的数字内容都可以作为广播的内容。

IPDC通常用广播方式来发送数据，因此数据可以被覆盖范围内的任何一个用户接收到，所以就有必要采取措施以控制服务的使用。可以用有条件接收CA(Conditional Access)或数字资格管理DRM(Digital Rishts Management)来加密数据，识别用户使用特定数据、应用和流的权利。

IPDC体系结构可以分成“3C”商务体系层：内容(content)、连接(Connection)和消费(Consumption)。个体系层：内容层，包括了内容和服务的传送。通常与这个体系层有关的是内容提供者或汇聚者。第二个体系层：连接层，包括了网和接入网，由网络经营者运作。第三体系层：消费层，包括了用户设备，即由硬件和软件商所提供的用户平台和应用程序。

如所示，每一个体系层都可以看作是一个单一的组成部分，但它可以包含多个物理或逻辑组成部分。逻辑接口包括内容接口、服务接口和接口。内容接口负责内容及其描述的发送。服务接口提供流成型、文件和应用程序发送、可靠性、计费、DRM、内容保护、服务发现和服务请求等功能。接口提供服务质量(QoS)保证和分配IP地址等功能。

(1)内容层
内容层通常提供文件的数据存储、存储转发、高速缓存和内容管理系统(CMS)等功能。所有的内容源(外部的和内部的)都被包含在这层里。必要的数据被收集起来以用于计费。可以采用DRM来加密内容，确保使用权。在中可以看到：内容层和服务发送层通常通过基于IP的网络来交互。注意：服务网络接口为内容层和服务发送层的交互提供接口，同时也为服务发送层之间的交互提供接口。

(2)服务发送层
服务发送层为服务提供滤波、汇聚、采集、声明和内容转发等功能。内容和服务可以从不同的内容和服务提供者处获得。服务发送层为用户定义了广泛的包括会话管理、有效性和服务保证等服务支持。有时候需要有某种服务管理系统来管理这层。在服务发送层里，定义了所使用的会话、协议和其他方式。在这层里，通过使用协议，例如会话描述协议(SDP)产生了服务声明信息。有时候需要将内容用另一种码来表示，所以就要使用合适的协议和编码方案。假如内容被变换编码了，那么在这层里可能还需要一个内容存储系统。可以在这层里使用DRM来加密和保护服务。当然也可以使用其它的加密方法，如IP安全性(IP Sec)。

(3)层
层是一个能实现IP路由的多播网络。它添加了IPDC所需要的传输层功能和网络功能。层按照所使用的容量，为服务经营者提供必要的计费信息。网可以和其他网络经营者的网互通。在IP网上，网必须提供到服务发送层和接入网络层的接口。这些接口提供了关于网络拓扑结构的所有必需信息。

(4)广播接入网络层和反向信道接入网络层
广播接入网络层提供到客户端以及发送数据的基础设施的连接。在基于DVB—T的IPDC网中，广播接入网是基于IP的、单向的、无线的、宽带的、通常是点对多点的。反向信道接入网络层也使用IP协议。它与广播接入网络层的主要区别在于：连接是双向的，并且数据的传输速率要低得多。在广播接入网络层中，QoS保证是需要的。地面传输系统有可能发生错误，因此需要采用纠错功能，例如前向纠错(FEC)来纠正错误。接入网也收集必要的计费信息(例如终端用户使用反向信道的信息)。接入网络层必须提供连接到层(基于IP网)和用户平台的接口。

(5)用户平台层
用户应用程序层通过应用程序接口(API)存取或处理由用户平台层提供的数据。用户平台层是一个多层的系统，通常包括网络层和应用层。用户平台可以包括数据流、电源管理、浏览、服务发现、DRM、服务接入和付费功能等的物理接入。

(6)用户应用程序层
应用程序在用户应用程序层里运行。一般和低级的功能由用户平台API来提供。与内容层连接的逻辑接口保证应用程序工作在端到端的方式下。

3 DVB—T、DVB—H
欧洲电信组织(ETSI)早在1998年制定了DVB—T(Digital Video Broadcasting—Terrestrial，陆地数字视频广播标准)。DVB—T支持1PDC，其网络可以用来向固定或移动终端广播TP(Internet Pmtoco1)数据。在DVB—T中，数据可用多协议封装(MPE)，然后输出传送流(TS)，传送流采用。DVB—ASI(用于异步串行接口的数字视频广播标准)所定义的数据格式。多个传送流通过复用器形成一个传送流，经编码正交频分复用(COFDM)调制之后，由地面发送系统发送出去。需要说明DVB—T虽然是为传输MPEG2码流研发的，但基本上可以传输任何数据。但是对于手持移动设备，DVB—T有以下问题需要改进：(1)需减少功耗，这是实现手持移动设备接收广播信号的关键；(2)在蜂窝移动环境下，需提高移动信道中的C/N和Dopplex性能，以及抗脉冲噪声的能力；(3)因为是定位于移动用户，当他们离开一个蜂窝区，而进入一个新的蜂窝区时，传输系统应该很方便的进入对应服务区，实现无缝切换；(4)提高移动环境下的网络设计灵活性，实现从中规模到大规模SFN中的单天线移动接收。

DVB—H (Digital Video Broadcasting—Transmission Svstem for Handheld Terminals，用于手持移动终端的数字视频广播)就是基于DVB—T标准开发的适用于手持移动设备传输标准，只支持基于IP的业务，它对现有的DVB—T系统有良好的兼容性。如果在现有的DVB—T网络中引入DVB—H业务时，使用复用技术或分级调制均可以为IP业务保留带宽。采用复用技术时，DVB—H IP业务在复用器层与MPEG一2业务一起并行插入一个传送码流中。采用分级调制，DVB—H lP业务被插入到DVB—T调制器的高优先级码流中。当然也可以建设全新的DVB—H系统。是一种通过复接器与MPEG2DTV共享网络的DVB—H实现系统示意图。

DVB—H系统主要在数据链路层和物理层采用以下三种技术实现上述支持移动接收的特性。

(1)提出时间片(Tline—slieing)技术降低终端的平均功耗和增强平稳和无缝的切换

时间片的概念是以突发形式传送数据，突发的传输码率高于传统带宽管理模式下传输同样数据量所需要的码率，为2Mbps。在突发中，标识了下一个突发开始的时间。在两个突发之间，不传输基本流数据，并允许其他基本流去使用这个带宽。这使得接收机只在接收所请求的业务突发时才保持激活状态，可大幅降低功耗，对于视频流，可降低90%功耗。如果手持终端需要恒定的低比特率，那么可以通过缓冲接收到的突发数据实现，一般为2Mbit缓存。

时间片技术提供了另一个好处，使用同一个RF(高频)部分就可在off-time期间(两个突发之间)监视相邻蜂窝的情况。从而得到准的切换判决，实现平滑无缝的软切换，保持业务正常。而原来的DVB—T系统中，单个终端要实现平滑切换需要两个高频头。

(2)采用MPE-FEC增强鲁棒性和移动接收性能
DVB-H标准在数据链路层为IP数据包增加了RS(255，191)纠错编码，作为MPE的前向纠错编码，校验信息将在特定的FEC段中传送，称之为MPE-FEC。采用MPE-FEC的目标是提高移动信道中的C／N、多普勒性能以及抗脉冲干扰能力。

(3)网络设计的灵活性和新的信令机制
DVB-H标准在DVB-T原有的2K(21048)和8K(8192)模式下增加了4K(4096)模式，通过协调移动接收性能和单频网规模进一步提高网络设计的灵活性。同时，为进一步提高移动时2K和4K模式的抗脉冲干扰性能，DVB-H标准在物理层特为二者引入了深度符号交织(in-depth interleaving)技术。

DVB-H采用新的传输参数信令(TPS)能够为系统供一个鲁棒性强、易访问的信令机制，能使接收机更快地发现DVB—H业务。TPS是一个具有良好鲁棒性的信号，即使在低C／N地条件下，解调器仍能快速将其锁定。DVB-H系统使用两个新TPS比特标识时间片和可选的MPE-FEC是否存在，另外用DVB-T中已存在的一些共享比特表示4K模式、符号交织深度和峰窝标识。

DVB-H的终端可以是手机、PDA设备、便携式电脑、计算机等，不同的终端对应的DVB-H码速率不同，如表1所示。

4 中国的DTTB标准
在对数字电视技术发展趋势和我国应用与产业需求进行认真分析的基础上，由清华大学、上海交大、广科院三家单位分别提出了中国地面数字电视传输标准建议，方案主要涉及信道编码、调制和信号帧结构。目前在中国工程院领导下的联合技术组主要针对数字电视的基本传输需求，即标准清晰度和高清晰度数字电视在城乡环境中的传输要求对以上三个方案进行融合，不久的将来正式国家标准就会出台。

在移动设备中进行数字广播有着良好的发展前景，但也面临着一些问题：(1)如何找到一个合适的商业模式，协调好内容提供者、内容传播者、IP数据广播服务经营者(BSP/BCP)、广播网经营者、电信网络经营者、电信服务经营者、手机制造商和消费者之间关系；(2)技术方面进一步解决网络覆盖和手机终端的同题；(3)相关的政策。

如果能较好的解决这些问题，地面数字电视广播和移动通信的汇聚将会给我们的生活带来许多新的体验和尝试。