论文部分内容阅读
摘 要:手机电视作为3G的补充，将会成为运营商一个非常重要的增值业务，技术瓶颈的解决将促进手机电视的普及,用户在这方面的需求有望匹敌铃音和短信等其他数据业务。
关键词：移动电视；CMMB功耗；频谱
中图分类号：TP393.03文献标识码：A
Mobile Television`s Changing Opportunity and Challenges
YAN Wan-cheng1，Feng Ai-guo2
(1.Puyang Municipal Burean of Radio and Television，Henan Puyang 457000；2．Puyang Municipal Station of Radio Monitoring, Henan Puyang 457000）
Key words: power consumption；mobile television；specturm
随着3G牌照的发放，移动用户有望获得更大的数据流，手机的功能得到更多的扩展。而运营商也一直在忙于计划、建立和扩展强大的高速移动数据网络，以使它们的投资产生更高的回报。其中移动电视就是一个重要的发展方向，用户在这方面的需求有望匹敌铃音和短讯等其它数据业务。目前实施移动电视的主要方式有三种：一是基于移动网的点对点单播，二是基于高速移动网的点对多点广播多播业务(MBMS)，第三个是基于广播的DVB-H模式。除以上三种模式，西门子的新兴移动电视流功能Media Delivery Solution，使用户能够在移动过程中搜索电视频道，就像在家中通过遥控器选台一样简单。这种新型解决方案为运营商提供了特殊的工具，使它们能为特定的目标群及其黄金收看时间包装节目。利用互动特点还可以实现调查、摸彩票、购物等功能，而且客户可以定制节目以满足自己的口味。移动电视要想得到更好的发展，就必须解决面临的以下问题：
1 恶劣的无线接收环境
无线接收环境带来了多径问题，接收信号是来自不同路径的发射信号的矢量叠加。不同的路径引入了不同的延迟和相位，如果信道的延迟扩展大于发送信号的符号周期，信号将产生频率选择性衰落并引起干扰，导致系统的性能下降。手机电视业务必须为以不同速率运动的移动用户提供高质量和可靠的视频传输，包括基本静止的室内用户，低速跑动的移动用户（小于30km/h）和处于高速运动的车辆中的用户（大于100km/h）。接收方相对于发送方的运动会产生多普勒频移。此频移与相对运动的速度成正比，它会导致相邻载波的干扰，影响载波之间的正交性。
2 手机的功耗问题
在手机系统设计中，功耗是设计者最为关心的因素之一。移动电视业务的引入不能以过多地牺牲待机时间为代价，用户希望一次充电能连续观看4个小时以上的电视节目。以往的地面数字广播标准，比如DVB-T，虽然在高速运动下有不错的接收性能，但并没有为移动接收的功耗作特别的设计和优化，目前较省电的DVB-T前端也要消耗约300-500mW的功耗，这对手机电池而言，还是不够经济。在移动电视业务给手机引入的功耗中，接收前端大约要占到80%的比例，因此，选择针对功耗专门设计的移动电视标准，设计低功耗的调谐器和解调器，是芯片设计者需要
面对和解决的问题。
3 多种标准、多个频段的问题
这是个较为复杂的问题，超越了纯粹的技术范畴，与数字电视演进的历史和各国的政策规划相关。在已经商用的地面数字电视广播标准方面，美国和韩国是ATSC标准，日本采用了ISDB-T标准，欧洲和澳洲采用了DVB-T，中国不久前也制定了DMB-TH地面电视标准。在制定移动电视标准时，基于经济利益和技术延续性方面的考虑，各国也采用了不同的路线，除了中国日前制定的CMMB本土移动电视行业标准。
多标准、多频段会带来全球漫游的问题，美国的用户到了日本就可能无法享受到手机电视的服务。要解决这个问题，移动接收的调谐器和解调器，乃至应用处理器必须具备灵活性，支持多种标准和多个频段，这为芯片厂商带来了技术上的挑战。在频谱方面，主要涉及到四个频段：VHF III（174-240MHz）、UHF（470-862MHz）和L1（1452-1492MHz）、L2（1660-1685MHz）。各国对手机电视的频谱规划也并不统一。
4 高级的音视频编码标准
为了充分利用宝贵的频谱资源，在有限的带宽下提供尽可能多的节目频道，服务提供商必须使用高级的音视频编码技术，比如最新的视频压缩标准H.264（MPEG-4 Part 10）和音频编码标准AAC，其中H.264的压缩率比MPEG-2高出2-3倍，1Mb/s的图像数据接近MPEG-2DVD的图像质量，因此，它是手机电视中最为理想的信源压缩编码标准。H.264在结构上还是基于DCT域的运动补偿架构，不过相比以往的视频编码标准，它采用了更先进的技术，比如具有方向性的帧内预测、基于可变块的运动分割、基于上下文的二进制算术编码、环内滤波、基于4×4块的整数变换、1/4象素精度的运动补偿、分层的编码语法等，这些技术使得H.264具有很高的压缩效率，在相同的重建图像质量下，能够比MPEG-4/H.263节约50%左右的码率。H.264的码流结构网络适应性强，增加了差错恢复能力，能够很好地适应IP和无线网络的应用。
编码效率极大提高的代价是计算复杂度大大增加，基于软件的解决方案，其CPU或DSP的主频将大幅上升，导致功耗增加，缩短了电池的使用时间。基于硬件H.264解码的SoC芯片，是一个低功耗、高集成度的解决。
5 频谱问题
目前，UHF频段主要由模拟电视和数字电视所使用。在很多国家，一些专家认为应该将模拟电视的频段拿出来用于发展数字电视。在大多数国家，L波段用于DAB和卫星传输。但是，DAB在很多国家并没有取得成功，发射装置通常被关掉了。因此，在L波段有多达24MHz的频率可以马上投入手机电视的使用。例如，在美国，Crown Castle公司用1670-1675MHz的频段来开展DVB-H的手机电视业务。一般会认为，L波段的频率较高，因此信号的衰减也较大。由此得出的结论是L波段的网络成本较高，因为发射器之间的距离需要更近，所以需要更多的发射器。然而，这并没有考虑到接收器的实现问题。UHF的主要问题是接收天线的尺寸。好的UHF天线需要10-20cm长，但是绝大多数的手机电视接收天线只有几厘米长，与最优尺寸的UHF天线相比，这会带来7-10dB的损失。一般来说，空中的信号衰减可以用20log（f）来表示，这意味着在给定距离的条件下，L波段相比UHF波段大概有8dB的损失，这跟由于UHF天线尺寸的限制而造成的损失基本相互抵消了。从这个意义上，用L波段来开展手机电视业务，与UHF波段相比，整个系统的信号传输性能并没有明显的下降。加之UHF V（598-862MHz）接近GSM 900频段，会对GSM的无线接收造成影响。因此，在手机电视的接收端，需要设计一个GSM滤波器，除去这方面的影响，这会对调谐器的设计带来一定的难度。根据以上的分析，用L波段来开展手机电视业务，无论从频率规划，还是从接收技术而言，都是可行性较高的方案。
总之，手机电视作为3G的补充，将会成为运营商一个非常重要的增值业务。技术瓶颈的解决将促进手机电视的普及。目前，已有众多芯片厂商推出支持DVB-H、T-DMB、ISDB-T和MediaFLO和中国DMB-TH、CMMB等标准的移动接收芯片，一些多媒体SoC厂商推出支持高级音视频格式的应用处理器，这将推动产业链的成熟，降低终端的成本，为手机电视的大规模商用创造有利条件。
参考文献:
[1]卢尔瑞.移动通信工程[M].北京：人民邮电出版社.
[2]王元坤.电波传播概论[M].北京：国防工业出版社.
关键词：移动电视；CMMB功耗；频谱
中图分类号：TP393.03文献标识码：A
Mobile Television`s Changing Opportunity and Challenges
YAN Wan-cheng1，Feng Ai-guo2
(1.Puyang Municipal Burean of Radio and Television，Henan Puyang 457000；2．Puyang Municipal Station of Radio Monitoring, Henan Puyang 457000）
Key words: power consumption；mobile television；specturm
随着3G牌照的发放，移动用户有望获得更大的数据流，手机的功能得到更多的扩展。而运营商也一直在忙于计划、建立和扩展强大的高速移动数据网络，以使它们的投资产生更高的回报。其中移动电视就是一个重要的发展方向，用户在这方面的需求有望匹敌铃音和短讯等其它数据业务。目前实施移动电视的主要方式有三种：一是基于移动网的点对点单播，二是基于高速移动网的点对多点广播多播业务(MBMS)，第三个是基于广播的DVB-H模式。除以上三种模式，西门子的新兴移动电视流功能Media Delivery Solution，使用户能够在移动过程中搜索电视频道，就像在家中通过遥控器选台一样简单。这种新型解决方案为运营商提供了特殊的工具，使它们能为特定的目标群及其黄金收看时间包装节目。利用互动特点还可以实现调查、摸彩票、购物等功能，而且客户可以定制节目以满足自己的口味。移动电视要想得到更好的发展，就必须解决面临的以下问题：
1 恶劣的无线接收环境
无线接收环境带来了多径问题，接收信号是来自不同路径的发射信号的矢量叠加。不同的路径引入了不同的延迟和相位，如果信道的延迟扩展大于发送信号的符号周期，信号将产生频率选择性衰落并引起干扰，导致系统的性能下降。手机电视业务必须为以不同速率运动的移动用户提供高质量和可靠的视频传输，包括基本静止的室内用户，低速跑动的移动用户（小于30km/h）和处于高速运动的车辆中的用户（大于100km/h）。接收方相对于发送方的运动会产生多普勒频移。此频移与相对运动的速度成正比，它会导致相邻载波的干扰，影响载波之间的正交性。
2 手机的功耗问题
在手机系统设计中，功耗是设计者最为关心的因素之一。移动电视业务的引入不能以过多地牺牲待机时间为代价，用户希望一次充电能连续观看4个小时以上的电视节目。以往的地面数字广播标准，比如DVB-T，虽然在高速运动下有不错的接收性能，但并没有为移动接收的功耗作特别的设计和优化，目前较省电的DVB-T前端也要消耗约300-500mW的功耗，这对手机电池而言，还是不够经济。在移动电视业务给手机引入的功耗中，接收前端大约要占到80%的比例，因此，选择针对功耗专门设计的移动电视标准，设计低功耗的调谐器和解调器，是芯片设计者需要
面对和解决的问题。
3 多种标准、多个频段的问题
这是个较为复杂的问题，超越了纯粹的技术范畴，与数字电视演进的历史和各国的政策规划相关。在已经商用的地面数字电视广播标准方面，美国和韩国是ATSC标准，日本采用了ISDB-T标准，欧洲和澳洲采用了DVB-T，中国不久前也制定了DMB-TH地面电视标准。在制定移动电视标准时，基于经济利益和技术延续性方面的考虑，各国也采用了不同的路线，除了中国日前制定的CMMB本土移动电视行业标准。
多标准、多频段会带来全球漫游的问题，美国的用户到了日本就可能无法享受到手机电视的服务。要解决这个问题，移动接收的调谐器和解调器，乃至应用处理器必须具备灵活性，支持多种标准和多个频段，这为芯片厂商带来了技术上的挑战。在频谱方面，主要涉及到四个频段：VHF III（174-240MHz）、UHF（470-862MHz）和L1（1452-1492MHz）、L2（1660-1685MHz）。各国对手机电视的频谱规划也并不统一。
4 高级的音视频编码标准
为了充分利用宝贵的频谱资源，在有限的带宽下提供尽可能多的节目频道，服务提供商必须使用高级的音视频编码技术，比如最新的视频压缩标准H.264（MPEG-4 Part 10）和音频编码标准AAC，其中H.264的压缩率比MPEG-2高出2-3倍，1Mb/s的图像数据接近MPEG-2DVD的图像质量，因此，它是手机电视中最为理想的信源压缩编码标准。H.264在结构上还是基于DCT域的运动补偿架构，不过相比以往的视频编码标准，它采用了更先进的技术，比如具有方向性的帧内预测、基于可变块的运动分割、基于上下文的二进制算术编码、环内滤波、基于4×4块的整数变换、1/4象素精度的运动补偿、分层的编码语法等，这些技术使得H.264具有很高的压缩效率，在相同的重建图像质量下，能够比MPEG-4/H.263节约50%左右的码率。H.264的码流结构网络适应性强，增加了差错恢复能力，能够很好地适应IP和无线网络的应用。
编码效率极大提高的代价是计算复杂度大大增加，基于软件的解决方案，其CPU或DSP的主频将大幅上升，导致功耗增加，缩短了电池的使用时间。基于硬件H.264解码的SoC芯片，是一个低功耗、高集成度的解决。
5 频谱问题
目前，UHF频段主要由模拟电视和数字电视所使用。在很多国家，一些专家认为应该将模拟电视的频段拿出来用于发展数字电视。在大多数国家，L波段用于DAB和卫星传输。但是，DAB在很多国家并没有取得成功，发射装置通常被关掉了。因此，在L波段有多达24MHz的频率可以马上投入手机电视的使用。例如，在美国，Crown Castle公司用1670-1675MHz的频段来开展DVB-H的手机电视业务。一般会认为，L波段的频率较高，因此信号的衰减也较大。由此得出的结论是L波段的网络成本较高，因为发射器之间的距离需要更近，所以需要更多的发射器。然而，这并没有考虑到接收器的实现问题。UHF的主要问题是接收天线的尺寸。好的UHF天线需要10-20cm长，但是绝大多数的手机电视接收天线只有几厘米长，与最优尺寸的UHF天线相比，这会带来7-10dB的损失。一般来说，空中的信号衰减可以用20log（f）来表示，这意味着在给定距离的条件下，L波段相比UHF波段大概有8dB的损失，这跟由于UHF天线尺寸的限制而造成的损失基本相互抵消了。从这个意义上，用L波段来开展手机电视业务，与UHF波段相比，整个系统的信号传输性能并没有明显的下降。加之UHF V（598-862MHz）接近GSM 900频段，会对GSM的无线接收造成影响。因此，在手机电视的接收端，需要设计一个GSM滤波器，除去这方面的影响，这会对调谐器的设计带来一定的难度。根据以上的分析，用L波段来开展手机电视业务，无论从频率规划，还是从接收技术而言，都是可行性较高的方案。
总之，手机电视作为3G的补充，将会成为运营商一个非常重要的增值业务。技术瓶颈的解决将促进手机电视的普及。目前，已有众多芯片厂商推出支持DVB-H、T-DMB、ISDB-T和MediaFLO和中国DMB-TH、CMMB等标准的移动接收芯片，一些多媒体SoC厂商推出支持高级音视频格式的应用处理器，这将推动产业链的成熟，降低终端的成本，为手机电视的大规模商用创造有利条件。
参考文献:
[1]卢尔瑞.移动通信工程[M].北京：人民邮电出版社.
[2]王元坤.电波传播概论[M].北京：国防工业出版社.