一種將數字地面多媒體廣播系統雙向化的方法

2023-06-28 21:15:31

專利名稱：一種將數字地面多媒體廣播系統雙向化的方法
技術領域：
本發明涉及地面數字廣播(電視或多媒體廣播)和地面無線寬帶技術領域，特別針對地面電視/多媒體廣播網雙向化與無線寬帶接入融合技術，即本發明提供一種將數字地面多媒體廣播系統雙向化的方法。
背景技術：
數字多媒體/電視廣播主要通過衛星、有線電纜及地面無線等三種傳輸方式實現。地面無線廣播以其獨具的接收方便和移動接收的能力，能夠滿足現代信息化社會人們隨時隨地對於信息的需求。本發明所述的數字地面廣播系統包含固定接收和便攜移動接收的地面電視廣播系統和多媒體廣播。在中國，主要包括以地面無線方式實現的中國移動多媒體廣播系統CMMB、數字多媒體廣播T-DMB和數字地面電視系統DTTB。目前，國外形成了三大地面數位電視廣播傳輸標準，即美國的ATSC標準、歐洲的DVB-T標準、日本的ISDB-T標準，美國採用單載波模式，歐洲和日本為正交頻分副用OFDM多載波傳輸模式。中國內地自1996年中國正式開展地面數位電視的研究，並於2006年8月制定了國家數字地面電視廣播標準DTTB，該標準融合了多載波和單載波兩種傳輸模式。國內針對廣播制式的便攜手持電視主要有廣電總局推出的移動多媒體廣播標準CMMB。中國移動多媒體廣播標準CMMB是基於OFDM技術的地面傳輸解決方案，在傳輸層參考了 DVB-T和DAB/T-DMB，規定了工作信道帶寬為8MHz和2MHz兩種模式，分別採用4K子載波和IK子載波0FDM+BPSK/QPSK/16QAM調製方式，循環保護前綴統一為1/80FDM符號長，信道編碼採用RS和LDPC聯合方案，8MHz模式下可提供最高達16Mbps的信道傳輸容量。隨著業務融合不斷地深入，傳統單向電視廣播已難以滿足用戶的需求，廣播用戶希望使用交互業務，更進一步，希望得到交互多媒體廣播與寬帶通信融合服務。通過有線數位電視廣播方式提供互動電視業務已經隨著三網融合的實施而鋪開，以地面無線廣播方式提供互動電視業務尚不多見，目前只有歐洲制定了雙向交互地面數位電視標準DVB-RCT。行業內大都採用藉助移動通信網絡的方式提供回傳信道，這種方式跨越不同網絡系統和不同運營商，需要很長的連接時間，運行和維護成本高。全國信息技術標準化技術委員會2006年9月正式立項制定基於「廣播」、「通信」和「無線寬帶接入」三網融合的寬帶無線多媒體(Broadband Wireless Multimedia, BWM)標準。BWM網絡是一個融合移動電視網絡和寬帶無線接入網絡技術特徵的新型寬帶無線行動網路。在無線接入網絡架構方面，BWM考慮了移動電視網絡和寬帶無線接入網絡的組網特徵，既支持傳統廣播電視網絡的大基站+小基站覆蓋的大區模式，又支持以蜂窩組網為特徵的全小基站覆蓋的小區模式。相對模擬電視而言，地面數位電視具有更高的頻譜利用率。隨著模擬電視廣播向數位電視轉換，原來廣播電視頻段如果全部用來提供電視廣播業務，將使節目數量成倍增力口，或只需使用原來所佔頻段的一半以下即可提供同樣多的電視廣播節目，那麼就會空閒出一些頻段資源。而與此同時，各種無線寬帶通信技術發展使得可用頻段越來越難以安排，繼續往高頻如3GHz/5GHz發展並不適合地面傳輸覆蓋，而適合地面傳播覆蓋的頻段如VHF/UHF頻段大部分用於廣播電視業務和2G通信。WiMAX —直尋求分享3G的TDD頻段資源。世界上第一個利用感知無線電的無線通信系統標準IEEE 802.22，通過感知動態利用54MHz 862MHz VHF/UHF頻段中空閒廣播電視頻段來實現固定無線區域網絡。對於傳統地面電視的優質空閒頻段，無線寬帶通信行業迫切的希望得到並且使用，但電視行業模擬/數字轉換各國進度不平衡，模擬和數字廣播電視還將要持續並存多年。電視系統基本均以6/7/8MHZ為帶寬劃分頻道，對於寬帶通信行業的高達20MHz甚至更高的工作頻段寬度則需要使用多個空閒的連續電視頻段，降低了可用機會。另外，將傳統電視頻帶重新劃分為寬帶無線通信頻段所用的做法，無助於低成本滿足對交互廣播與寬帶通信融合服務的需求。交互寬帶業務逐漸與數字廣播業務一樣，需要提供普及性公眾服務，消除「數字鴻溝」，以低成本保障公眾的信息知情權、選擇權和表達權，是信息化社會持續均衡發展的必然需求。為響應此類需求呼聲，無線寬帶行業的4G概念中，如LTE/MT-ADVANCED計劃在無線寬帶通信系統融合支持廣播功能，但成本效率低下。通用分組無線業務及其增強版本(GPRS/EDGE)基於全球流行的數字蜂窩通信系統GSM發展而來，通過將全球移動通信系統(GSM)針對持續話音或數據通信所用的電路交換方式改為分組交換方式，按需動態佔用無線信道，只有在實際傳送和接收時才使用無線信道資源，一個用戶可以佔用多個無線信道，多個用戶也可共享一條無線信道。在常規GSM系統中，每200kHz帶寬信道按時分多址TDMA劃分為8個時隙，8個時隙組成一個TDMA幀，每時隙傳輸一路話音或數據業務，提供8個話音或9.6kbps 14.4kbps數據信道。GPRS可組合使用多個時隙，數據傳輸速率可高達160kb/s。GPRS的增強版EDGE在支持GPRS沿用GSM的GMSK調製基礎上，增加支持8PSK調製方式，速率提高到500kbps，GPRS/EDGE後續演進版本將支持更高階調製如16QAM、32QAM和多天線技術，最高速率提高到約1Mbps。數字廣播與寬帶通信系統的融合是未來廣播與無線寬帶系統的發展方向。單向傳輸的廣播系統和雙向傳輸的寬帶通信系統存在各自的優缺點。廣播系統的單向傳輸特性使得廣播系統只能支持點對多點的單向業務。基於蜂窩的通信系統雖然能提供雙向業務，但是其微蜂窩結構和單播發送方式存在分發效率低的缺點。用戶希望獲得融合的多媒體廣播、交互廣播和寬帶接入服務。但單獨利用現有的數字廣播技術或無線寬帶通信技術都無法有效提供多媒體廣播、交互廣播和寬帶接入融合服務，聯合使用現有的數字廣播和無線寬帶通信涉及兩大行業的不同技術系統與運營系統接口協調，效率低下，成本高。

發明內容
本發明的目的在於，為克服現有地面廣播系統和無線寬帶通信系統無法有效提供交互多媒體廣播和寬帶通信融合服務的缺點，從而提供一種將數字地面廣播系統雙向化的方法。為實現上述目的本發明提供一種將數字地面廣播系統雙向化的方法，該方法實現廣播與無線寬帶通信在傳輸層上融合，所述雙向化方法為:將數字地面廣播下行傳輸和GPRS/EDGE上行傳輸相結合，在信道物理層下行沿用地面數字廣播傳輸方式，並增加無線回傳上行信道，所述無線上行回傳信道為可用的200KHZ帶寬空閒頻道，所述上、下行採用非對稱頻分雙工FDD方式。雙向業務和信令的上行媒體接入控制MAC採用GPRS兼容方式，雙向業務的下行MAC層封包採用對應的數字地面廣播系統數據廣播業務打包復用處理方式，信令交互的下行MAC處理採用GPRS兼容的封包方式，再封裝成相應的數字多媒體廣播系統的數據業務信息包，這些包含下行信令消息的信息包通過廣播業務時隙和雙向業務下行時隙及時發送，以提高信令交互的實時性。上述技術方案中，當所述下行通道傳輸廣播下行業務、雙向業務下行數據和信令交互下行數據時採用時分復用方式，廣播業務和雙向業務的下行數據佔用不同下行時隙，信令交互下行數據隨廣播時隙和雙向業務時隙發送。可選的，所述無線上行回傳信道利用數字廣播基站覆蓋範圍內空閒地面無線頻段中的一個或多個200KHZ帶寬頻道進行，通過在數字廣播接收終端側增加無線回傳發送模塊和在數字廣播基站側增加無線回傳接收模塊實現。所述200KHZ無線回傳信道的上行回傳方式兼容GRPS/EDGE上行的回傳方式。可選的，所述無線回傳信道採用按需分配的時分多址TDMA結合頻分多址FDMA實現無線上行回傳接入，無線回傳物理層與GPRS/EDGE上行傳輸協議兼容。所述廣播業務與雙向業務的下行數據基於時分復用進行分時隙融合傳輸處理，融合傳輸後的媒體接入控制層/復用層具有數據成幀、網絡接入及帶寬分配功能。此外，本發明還提供一種將CMMB系統雙向化的方法，所述CMMB系統為權利要求1中所述的數字地面廣播系統，且該雙向化方法基於權利要求1的數字地面廣播系統雙向化策略，所述將CMMB系統雙向化的方法包含:通過在CMMB系統的頭端系統和終端設備增加GPRS/EDGE上行兼容的無線回傳和支持雙向寬帶交互業務的子系統；下行兼容移動多媒體廣播系統的物理層，同時將雙向無線通信的下行MAC層與CMMB廣播復用層進行融合，以支持廣播和雙向業務；所述廣播和數據業務由相同基站提供，廣播和數據業務下行數據的功率等級一致，支持最大小區半徑為60KM。基於上述雙向化方法本發明提供一種CMMB雙向化系統,該系統基於權利要求7的雙向化方法將系統CMMB擴展為雙向化系統，所述系統包含:基站、連網伺服器、寬帶接入網關、媒體伺服器、資源調度中心以及用戶資料庫；所述基站包含數字廣播和無線回傳空中接口物理層、MAC層功能，完成廣播數據下發和交互雙向數據收發、業務映射、會聚、功率控制、網絡接入和初始化；所述連網伺服器負責鑑權認證和網絡地址配置；所述寬帶接入網關負責寬帶接入、資源控制管理；所述媒體伺服器負責提供廣播、點播或推播/推送業務內容進行本地化存儲和播送；所述資源調度中心負責廣播和數據業務的資源調度和內容分發；所述用戶資料庫包含用戶入網數據以及業務定製信息，用於管理用戶業務；其中，所述CMMB雙向化系統還包含物理層和MAC層。所述CMMB雙向化系統的物理層在下行方向上沿用CMMB地面廣播傳輸方式，上行方向採用GPRS/EDGE物理層兼容方式。所述CMMB雙向化系統的MAC層處理如下:雙向業務和信令交互的上行方向MAC採用GPRS/EDGE兼容處理方式，雙向業務下行方向MAC層採用CMMB數據廣播處理方式，雙向業務上層協議數據封包成CMMB數據廣播協議包下發；信令交互的下行MAC採用GPRS兼容封包方式，再封裝成CMMB數據廣播兼容信息包，這些信息包通過廣播時隙和交互時隙及時發送，以提高信令的實時性。上述技術方案中，當所述下行通道傳輸廣播業務、雙向業務和信令交互下行數據時採用時分復用方式，廣播業務和雙向業務下行數據佔用不同下行時隙，信令交互下行數據隨廣播業務和雙向業務下行時隙發送。所述無線上行回傳信道利用數字廣播基站覆蓋範圍內空閒地面無線頻段中的一個或多個200KHZ帶寬頻道進行，通過在數字廣播接收終端側增加無線回傳發送模塊和在數字廣播基站側增加無線回傳接收模塊實現。可選的回傳方式之一如下，所述200KHZ無線回傳信道的回傳方式兼容GRPS/EDGE上行的回傳方式。所述無線回傳信道採用按需分配的時分多址TDMA結合頻分多址FDMA實現無線上行回傳接入，無線回傳物理層與GPRS/EDGE上行傳輸協議兼容。所述廣播業務與雙向業務的下行數據基於時分復用進行分時隙物理層融合傳輸，媒體接入控制層和廣播復用層進行融合，完成數據成幀、網絡接入及帶寬分配功能。MAC和廣播復用層融合包括:雙向業務和信令的上行MAC採用GPRS兼容方式；雙向業務的下行MAC封包採用相應數字地面廣播系統的數據廣播打包復用方式；信令交互的下行MAC處理採用GPRS兼容的封包方式，再封裝成相應的數字多媒體廣播系統的數據業務信息包，這些信息包通過廣播業務時隙和雙向業務下行時隙及時發送，以提高信令交互的實時性。本發明優點:可以對現有數位電視(或多媒體)廣播系統雙向化升級的同時保護現有數字廣播終端投資，現有終端不用升級依然可以接收數字廣播電視業務，上行回傳方面，利用GSM/GRPS/EDGE成熟技術基礎，採用兼容GPRS/EDGE無線上行回傳技術，進行適配性修改簡化，經過低成本的雙向化升級可支持交互廣播和無線寬帶業務，同時雙向化系統可實現單向廣播、交互廣播和雙向寬帶業務的融合傳輸，利用廣播基站大塔大區高效覆蓋優點和中小城市、郊區鄉村及島嶼地區無高樓幹擾阻擋信道傳輸條件較好特點，通過構建單一廣播寬帶融合系統，面向中小城市、郊區鄉村和島嶼提供低成本交互廣播和無線寬帶服務。總之，本發明利用廣播和通信兩大行業成熟的產業資源和技術，實現廣播與無線寬帶通信在傳輸層上融合，既能發揮現代數字廣播系統頻譜資源豐富和信息傳輸效率高的特點，又能結合利用現在寬帶通信系統的成熟上行回傳技術優勢，為廣播系統提供靈活可靠的交互回傳路徑，以較低成本提供無線寬帶接入功能，支持上下行帶寬需求差別較大的非對稱寬帶通信和交互廣播混合業務。總之，本發明可以將單向地面廣播系統升級改造為支持單向廣播、交互廣播和寬帶接入的廣播寬帶融合系統，不僅能夠提供無線回傳信道以實現寬帶雙向業務，同時也能增強地面廣播頻段利用靈活性和效率。


圖1是本發明的移動多媒體/電視廣播無線寬帶融合網絡體系架構；圖2本發明的雙向化系統的下行超幀結構(以CMMB為例);圖3本發明的雙向化系統上下行幀結構(下行兼容CMMB，上行兼容GRPS，幀延長為 4.808ms)；圖4本發明的雙向化系統寬帶交互下行時隙幀結構(以兼容CMMB廣播下行為例)；圖5本發明的移動多媒體廣播雙向化系統復用與MAC融合協議棧架構(CMMB廣播下行，GPRS上行)。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的內容作進一步詳細描述。本發明將無線寬帶通信技術與地面電視/多媒體廣播技術融合，既發揮廣播系統頻譜資源豐富和多媒體數據內容下行分發效率高的特點，又利用成熟寬帶通信技術的支持雙向傳輸的優勢，為廣播系統提供靈活可靠的回傳路徑，以便低成本支持非對稱業務的寬帶無線接入，並使現有廣播終端在雙向化系統中能不用升級即可使用原有廣播業務，簡單低成本升級即可支持交互廣播與無線寬帶融合業務。為了上述目的，本發明設計了地面電視/多媒體廣播雙向化系統架構，基站側採用軟體無線電技術完成無線回傳接收處理，設計了兼容GPRS/EDGE上行的無線回傳方式和物理信道結構，包括以200KHz帶寬劃分無線回傳信道、兼容GPRS/EDGE上行的時分多址復用TDMA幀與雙向化系統下行物理傳輸幀時隙對應和適配方法、兼容GRPS/EDGE上行回傳物理層及其無線鏈路RLC/媒介訪問MAC分層協議結構。設計了廣播與寬帶融合的下行MAC/MUX層融合結構。本發明主要內容包括:系統架構設計,物理層融合傳輸設計和MAC/MUX融合設計。詳細設計思想和方法結合具體實施示例加以說明。為實現上述目的，本發明提供一種將數字地面廣播系統雙向化的方法，該方法實現廣播與無線寬帶通信在傳輸層上融合，所述雙向化方法為:將數字地面廣播下行傳輸和GPRS上行傳輸相結合，在信道物理層下行沿用地面數字廣播傳輸方式，並增加無線回傳上行信道，所述無線上行回傳信道為可用的200KHZ帶寬空閒頻道，所述上、下行採用非對稱頻分雙工FDD方式。以現有的CMMB系統的雙向化為實施例只是本發明雙向化方法的一種具體實施方式
，採用本發明的發明構思也可用於其它的數字地面電視或數字多媒體廣播系統與無線寬帶通信融合的雙向化，這樣的等同替換同樣屬於本發明專利保護範圍。雙向化系統架構中國移動多媒體廣播CMMB無線寬帶融合系統(或雙向化系統)在已有的移動多媒體廣播單向系統CMMB的基礎上，通過在頭端系統和終端設備增加GPRS/EDGE上行兼容的無線回傳和支持雙向寬帶交互業務的子系統而構建。雙向化融合系統設計遵循下行兼容移動多媒體廣播系統的物理層的原則，同時由於移動多媒體廣播單向系統的復用層MUX(相當於雙向通信的下行MAC層)只有簡單的多業務廣播復用功能，因此參照雙向寬帶無線通信系統的MAC層進行擴展，實現下行MAC與廣播復用MUX融合，以支持廣播和雙向業務。本發明的移動多媒體廣播雙向化網絡體系架構如圖1所示，其中廣播和數據業務由相同基站提供，廣播和業務下行數據的功率等級一致，支持最大小區半徑為60KM。雙向化網絡體系架構主要由基站、連網伺服器、寬帶接入網關、媒體伺服器、資源調度中心以及用戶資料庫組成。(I)基站包含數字廣播和無線回傳空中接口物理層、MAC層功能，完成廣播數據下發和交互數據收發、業務映射、會聚、功率控制、網絡接入和初始化等功能。(2)連網伺服器負責鑑權認證和網絡地址配置。(3)寬帶接入網關負責寬帶接入、資源控制管理等。(4)媒體伺服器負責提供廣播、點播、推播/推送業務等媒體內容本地化存儲和播送。(5)資源調度中心負責廣播和數據業務的資源調度、內容分發。(6)用戶資料庫包含用戶入網數據以及業務定製信息，用於管理用戶業務。物理層設計移動多媒體廣播雙向化系統中廣播和寬帶交互下行採用時分復用的方式，這種復用結構有利於廣播業務和寬帶無線接入業務的獨立運營，也能夠最大程度上兼容現有的移動多媒體廣播系統。為了能夠靈活配置廣播和寬帶交互時分復用關係，以CMMB系統雙向化為例,設計雙向化系統的超幀結構如圖2所示。超幀時長為ls，分成40個時隙，每個時隙25ms。廣播和寬帶交互劃分以25ms時隙為單位，為了保證寬帶雙向業務具有較好的實時性，限定連續配置的廣播時隙不超過3個。每個下行超幀的第一個25ms時隙限定為廣播時隙，該廣播時隙廣播發送雙向化廣播寬帶融合系統的配置信息，包含當前超幀內廣播業務和寬帶雙向業務的時隙配置信息和上行系統配置信息。某一廣播節目安排到超幀的指定時隙位置後，其在每個超幀中將保持相同的位置直到下一次廣播和寬帶雙向業務資源調度重新劃分。由於只在超幀的第一個時隙下發超幀內廣播和寬帶雙向業務時隙劃分信息，對於傳統的移動多媒體廣播接收終端而言，需要等到下一個超幀的第一個時隙，方能開始接收系統配置信息和根據配置信息選擇接收多媒體廣播。對於雙向化系統終端而言，為了避免等待下一幀超幀到來而造成網絡接入延遲，本發明設計每個寬帶雙向業務時隙包含下一個寬帶雙向業務時隙的指示信息，雙向化系統終端在搜索超幀開始廣播時隙失敗時，將嘗試搜索寬帶交互時隙，當其成功搜索到一個寬帶交互時隙後，可以通過下一寬帶交互時隙信息逐步獲知隨後的寬帶交互時隙，使得終端不需要等到下一超幀到來，便可進行寬帶交互接入，從而加速網絡接入過程，避免長時間持續網絡搜索操作，降低了終端功耗。這種超幀結構具有兩個優點:(I)廣播和數據業務時隙可以靈活配置，並可動態變更，變更的時間粒度為Is ; (2)這種超幀設計使得已有的移動多媒體廣播接收終端可繼續接收雙向化系統中的廣播，具有後向兼容能力。在廣播和交互寬帶下行時隙，物理層下行方向沿用現有地面數位電視廣播(如CMMB)的下行信道傳輸物理層。在廣播時隙中，基站發送廣播業務數據，但在每秒超幀頭25ms時隙的系統配置信息中增加廣播和寬帶交互數據業務時隙劃分信息及需要通知所有終端的系統級的上行回傳信道配置信息(如上行頻道頻率、上行隨機接入時隙及延遲)。在寬帶交互下行時隙，除傳輸寬帶交互下行數據外，與特定終端和業務相關的寬帶交互信道配置控制信息也在此時隙傳輸，該類信息與GPRS/EDGE上行回傳的配置控制信息相互配合完成上下行信道資源在不同終端和業務間的分配管理。物理層上行回傳方向在基站側採用軟體無線電技術，以便系統能夠擴展支持多種回傳方式。為兼容現有多種廣播電視和通信體制的頻道劃分方式，採用200KHZ帶寬為單位劃分回傳信道，上行回傳採用兼容GPRS/EDGE的上行方式，從無線鏈路RLC/MAC到信道編碼調製物理層協議，採用與GPRS/EDGE兼容協議。200KHZ劃分便於兼容FM和二代通信系統GSM的頻道劃分，同時利用PC和現有智能終端CPU的處理能力即可實現回傳信號發送基帶處理。200KHZ帶寬回傳方式下，可利用廣大中小城鎮地區大量空閒調頻廣播FM頻段和免授權頻段，以FDD雙工方式與現有地面廣播系統構成雙向化系統。200KHz回傳方式採用兼容GPRS/EDGE基帶的上行技術，按需分配時分多址TDMA結合頻分多址FDMA接入方式，便於利用行業成熟技術。 終端建立GPRS/EDGE兼容上行信道所需的信令和業務傳輸配置控制信息(如可用回傳信道頻率、用於控制管理與用於業務數據的上行時隙分配、隨機接入和接入允許確認、尋呼信息等)在原來標準的GPRS/EDGE系統中是通過下行的GPRS信道發送的，在本融合系統中，只採用GPRS/EDGE兼容的上行部分，終端建立初始上行信道所需的系統級上行信道配置控制基本信息通過CMMB的Is超幀的頭25ms幀中的系統配置信息沿用數字廣播電視傳輸信道下行發送，根據系統級上行信道配置控制信息，通過隨機接入請求/接納過程建立GPRS/EDGE兼容的上行通道後，系統基站和終端利用交互寬帶下行通道和GPRS上行通道交換業務數據信息和進行必要的信令交互以維護管理所建立的業務通道。關於上下行傳輸時間同步處理如下。對於CMMB系統的雙向化升級，下行物理層傳輸劃分成按25ms/巾貞發送,在每個25ms巾貞頭部有傳輸巾貞同步信息。終端開始接入時首先獲得CMMB每超幀秒的首個25ms幀的同步信息，接收解析首個25ms幀中配置信息，得到廣播下行時隙、寬帶交互下行時隙、上行頻道參數、上行隨機接入時隙等系統公共配置信息，建立與下行傳輸25ms幀頭同步，以每秒的首個下行25ms幀頭同步信息為基準，向後偏移一給定時間(如30ms，通過首個25ms廣播下發傳輸幀中的系統配置信息通知發送)，作為上行GPRS/EDGE傳輸基本單位52個TDMA多幀時間起點，4組連續的52個上行TDMA多幀對應I秒。上行幀結構與兼容GPRS/EDGE兼容方法如下:每52個TDMA多幀構成GPRS/EDGE上行邏輯信道到物理信道映射分配基本單元，時長由原來標準GPRS/EDGE的52個TMDA幀*4.615ms/幀=240ms延長為250ms，該時長與10個25ms下行幀對應，相當於每個上行TDMA幀時長由原來的4.615ms增加到4.808ms，增加部分分配給TDMA幀的時隙O (即Time-slot0，TS0)，在TSO被配置用於傳輸上行隨機接入序列時，TSO所增加的時長用於擴大隨機接入時延保護，TSO用於傳輸業務或交互信令時，則推遲(4.808-4.615)ms = 193us發送，相當於在TSO時隙頭部增加了的空閒保護時段。由於融合系統所有上行隨機接入突發序列通過時隙TSO發送，原來標準GPRS/EDGE系統單個基站最大覆蓋半徑為35KM，該半徑由GPRS系統的隨機接入時隙TSO和隨機接入突發序列保護時長決定，擴大TSO時隙後，增加的延時保護允許更大的隨機接入(用於測距)往返傳輸延遲，基站覆蓋半徑相應地擴大到35km+(4.808-4.615)ms*300M/ms (即光速)/2 = 64km,考慮容納不同設備實現的隨機接入處理延遲，取最大覆蓋半徑為60km，適合大範圍高效覆蓋中小城市和鄉村郊區。上述GPRS/EDGE兼容上行方式用於構建CMMB的回傳信道的時間同步方法，也同樣適用於構建地面電視國標DTTB/DAB和DVB-TH/T2系統的回傳通道，只是GPRS/EDGE上行與下行時隙對應關係做少量調整。例如，與DAB廣播結合時，DAB廣播下行以24ms、48ms或96ms劃分傳輸幀時隙，GPRS上行傳輸基本單位52個TDMA多幀時間長度240ms與DAB廣播下行幀時隙可完全對應，不調整上行TDMA幀時長，相應地，GPRS上行結合DAB廣播下行實現的廣播寬帶融合系統支持的覆蓋半徑與GSM/GPRS系統相同，即35KM。與國標DTTB結合時，由於DTTB傳輸層具有125ms超幀結構，兩個超幀即為250ms，GPRS/EDGE兼容上行與其結合時的上下行傳輸時隙對應調整方式與上述結合CMMB的實施方式相同。結合現有的地面數位電視廣播和兼容GPRS/EDGE的上行回傳，可實現數字地面電視廣播與GPRS/EDGE上行成熟技術的融合，適合大帶寬下行和較小帶寬交互上行的非對稱寬帶雙向業務。地面數字多媒體/電視廣播系統採用上述非對稱頻分雙工FDD方式升級為雙向系統，只需在現有數位電視/多媒體廣播系統頭端增加相應回傳支持設備和對現有地面電視/多媒體廣播系統多業務復用器協議軟體進行升級改造為支持廣播業務復用MUX和寬帶交互數據媒介接入控制MAC的融合協議即可支持雙向業務。頭端數字多媒體/電視廣播調製器和發射機等設備保持不變，已有數位電視/多媒體廣播終端繼續接收廣播業務不受雙向化升級影響，新型雙向交互終端增加支持兼容GPRS/EDGE上行的無線回傳方式。FDD雙工方式中，一個下行8MH頻道可以只配置使用一個200KHz帶寬頻道用於無線回傳即可建立寬帶交互廣播系統的上行通道，在下行頻道位於廣播時隙時，用戶在上行頻段仍可進行上行數據發送，如圖3所示。本方法用於CMMB系統雙向化時，交互寬帶下行物理層兼容CMMB下行廣播物理層，米用25ms時隙分巾貞。交互時隙巾貞用於傳送交互巾貞控制頭(FCH),上下行配置信息(DL-MAP,UL-MAP)，以及其他的MAC層控制信息和交互寬帶業務下行數據，在寬帶交互下行時隙的配置信息中下發其後若干個上行交互時隙的帶寬分配信息。交互時隙的下行信息以CMMB數據廣播打包復用下發。如圖4所示。為了降低寬帶雙向業務和信令延遲，除了限定連續配置的廣播時隙不超過3個夕卜，交互寬帶廣播融合系統的下行廣播時隙和交互寬帶下行時隙的信道傳輸選用低時延交織方式。當下行廣播業務帶寬大，需佔用時隙超過3個或上述交互時隙配置無法滿足交互實時要求時，對於要求時延小的即時業務交互命令和系統管理交互信令，可以作為即時交互命令和信令數據插入在廣播業務時隙中作為附加的交互下行數據下發。以上FDD雙工方式雙向化升級對已有廣播系統修改不大，有利於雙向化系統部署。廣播系統雙向化初始階段，一個8MHz頻道下行只需要配對分配一個200KHz上行頻道即可構建雙向寬帶交互系統。隨雙向交互寬帶業務增多，採用配置多個8MHz頻道組合為下行頻道組和多個200KHZ頻道組合為上行回傳頻道組，以增加雙向化系統上下行帶寬容量。廣播與交互寬帶融合MUX/MAC層設計單向傳輸的移動多媒體廣播系統的復用MUX層具有簡單高效的復用結構來控制數據成幀，結構簡單，系統開銷小，而為了提供全網廣播業務和寬帶無線接入業務，移動多媒體廣播雙向化系統的媒體接入控制層(MAC)需要具有完備數據成幀、網絡接入以及帶寬分配等功能。如圖5所示為移動多媒體廣播雙向化系統MUX與MAC融合協議棧架構。MAC_B為基站側，MAC_T為終端側。MUX系統配置信息和廣播業務直接映射到物理層傳輸幀的時隙O和廣播業務時隙。雙向業務如IP數據和信令交互的下行數據經MAC封包、CMMB復用編碼映射到物理層交互傳輸時隙。雙向業務和信令交互的上行數據採用GPRS/EDGE上行兼容的MAC封包方式處理。下行業務數據的MAC封包處理採用移動多媒體廣播CMMB的數據廣播封包方式與廣播業務復用下發，信令交互的下行MAC層採用GPRS兼容的MAC層封包處理後通過CMMB數據廣播封包復用下發。應用層包括兩大部分，第一部分為廣播業務，包括音視頻廣播、數據廣播和電子業務指南；第二部分包括internet數據和交互廣播等業務。MAC/MUX融合層將基於IP的業務數據在分配的信道時隙上通過物理層和射頻電路傳送到移動終端。為了兼容已有的移動多媒體廣播終端，在基站端對於廣播業務，將廣播業務包以傳統廣播復用MUX幀結構組裝成廣播復用碼流，然後按照廣播配置信息指定的調製和編碼方式在對應的廣播時隙進行發送；在用戶端接收廣播業務時，其在相應廣播時隙接收到的廣播碼流進行解復用，將獲得的音視頻以及數據內容直接提交到應用層呈現給用戶。需要說明的是，以上介紹的本發明的實施方案而並非限制。本領域的技術人員應當理解，任何對本發明技術方案的修改或者等同替代都不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍內。
權利要求
1.一種將數字地面廣播系統雙向化的方法，該方法實現廣播與無線寬帶通信在傳輸層上融合，所述雙向化方法為:將數字地面廣播下行傳輸和GPRS/EDGE上行傳輸相結合，在信道物理層下行沿用地面數字廣播傳輸方式，並增加無線回傳上行信道，所述無線上行回傳信道為可用的200KHZ帶寬空閒頻道，所述上、下行採用非對稱頻分雙工FDD方式。
2.根據權利要求1所述的將數字地面廣播系統雙向化的方法，其特徵在於，所述方法還包含如下步驟: 雙向業務和信令的上行媒體接入控制MAC採用GPRS兼容方式，雙向業務的下行MAC層封包採用對應的數字地面廣播系統數據廣播業務封包復用處理方式，信令交互的下行MAC處理採用GPRS兼容的封包方式，再封裝成相應的數字多媒體廣播系統的數據業務信息包，包含下行信令消息的信息包通過廣播業務時隙和雙向業務下行時隙及時發送，以提高信令交互的實時性。
3.根據權利要求1所述的將數字地面廣播系統雙向化的方法，其特徵在於，當所述下行通道傳輸廣播下行業務、雙向業務下行數據和信令交互下行數據時採用時分復用方式，廣播業務和雙向業務的下行數據佔用不同下行時隙，信令交互下行數據隨廣播時隙和雙向業務時隙發送。
4.根據權利要求1所述的將數字地面廣播系統雙向化的方法，其特徵在於，所述無線上行回傳信道利用數字廣播基站覆蓋範圍內空閒地面無線頻段中的一個或多個200KHZ帶寬頻道進行，通過在數字廣播接收終端側增加無線回傳發送模塊和在數字廣播基站側增加無線回傳接收模塊實現。
5.根據權利要求1所述的將數字地面廣播系統雙向化的方法，其特徵在於，所述200KHz無線回傳信道的上行回傳方式兼容GRPS/EDGE上行的回傳方式。
6.根據權利要求5所述的將數字地面廣播系統雙向化的方法，其特徵在於，所述無線回傳信道採用按需分配的時分多址TDMA結合頻分多址FDMA實現無線上行回傳接入，無線回傳物理層與GPRS/EDGE上行傳輸協議兼容。
7.根據權利要求3所述的將數字地面廣播系統雙向化的方法，其特徵在於，所述廣播業務與雙向業務的下行數據基於時分復用進行分時隙融合傳輸處理，融合傳輸後的媒體接入控制層/復用層具有數據成幀、網絡接入及帶寬分配功能。
8.根據權利要求1所述的將數字地面廣播系統雙向化的方法，其特徵在於，所述數字地面廣播系統為CMMB系統。
9.根據權利要求8所述的將數字地面廣播系統雙向化的方法，其特徵在於，所述將CMMB系統雙向化的方法具體包含: 物理層在下行方向上沿用CMMB地面廣播傳輸方式，上行方向採用GPRS/EDGE物理層兼容方式； MAC層處理如下:雙向業務和信令交互的上行方向MAC採用GPRS/EDGE兼容處理方式，雙向業務下行方向MAC層採用CMMB數據廣播處理方式，雙向業務上層協議數據封包成CMMB數據廣播協議包下發； 信令交互的下行MAC採用GPRS兼容封包方式，再封裝成CMMB數據廣播兼容信息包，包含下行信令消息的信息包通過廣播時隙和交互時隙及時發送，以提高信令的實時性。
全文摘要
本發明提出一種將數字地面多媒體廣播系統雙向化的方法及系統，該方法將數字地面廣播下行和GPRS兼容的上行相結合。在信道物理層，下行沿用地面數字廣播傳輸方式，增加無線上行，上行利用空閒地面無線傳輸頻段的一或多個200KHz帶寬頻道，使用兼容GPRS上行傳輸方式，上下行屬於非對稱頻分雙工方式。在物理層之上，廣播復用與雙向寬帶的媒體接入控制進行融合設計，下行的廣播、寬帶業務與信令數據時分復用下行傳輸通道。該方法使用200KHz頻道即可將單向數字廣播系統升級為交互廣播與寬帶接入融合系統，支持大帶寬下行和中小帶寬上行的非對稱雙向業務，適合面向鄉村郊區和中小城市低成本提供交互廣播與無線寬帶融合服務。
文檔編號H04N21/238GK103108213SQ201110360178
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者曾學文, 倪宏, 王勁林, 劉馬飛 申請人:中國科學院聲學研究所