DVB-RCT系统在用户与业务提供者之间提供了一个双向、非对称、宽带、无线的回传通道,解决了交互式数字地面电视业务的交互通道的标准问题,是对DVB-T下行规范的重要补充。下面详细分析DVB-RCT系统的基本原理及性能特点。
DVB-T为静止和移动用户传输无线宽带数据业务提供了一种强大的手段,但其本身是一个单向系统,无法满足人们对交互式地面数字电视业务的需求。对数字电视期望的调查表明:具有新颖和刺激性内容的交互式节目是最大的市场需求。因此,基于“交互业务”的商业模式将为广播业提供额外的收入。
某些交互业务,它们与电视节目本身密切相关,且实时性很强,需要一个低时延的回传信道以实现交互式地面数字电视业务,此即DVB-RCT的任务。DVB-RCT标准已于2001年4月获得DVB委员会的批准,2002年3月被欧洲电信标准协会(ETSI)采纳和发布。ITU-R推荐DVB-RCT标准为DVB-T数字地面电视的首选回传信道。DVB-RCT使DVB-T在用户与业务提供者之间提供了一个双向、非对称、宽带、无线的回传通道,从而可以开辟新的业务和新的商业模式。它具有以下一些特点:
1)频谱利用率高、成本低、功能强大,提供一种灵活的无线多址OFDM系统。
2)蜂窝小区覆盖范围大,半径达 65km。为每个电视观众提供的典型比特码率容量达几kb/s。
3)能够处理巨大的流量峰值,每个蜂窝小区的每个扇区每秒能处理多达2万个短交互。
4)也适用于较小的蜂窝区,以便构建半径为3.5km的密集蜂窝网络,为用户提供几Mb/s 的高码率。
5)可利用Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ波段中任何未用的频谱间隙或已被使用的频谱,但不能对原来的模拟电视和数字电视广播产生干扰。
6)适用于便携设备,它把交互性带到能够接收地面数字电视广播的任何地方。
7)可用于全世界不同的DVB-T系统:6,7或8MHz频道。
8)从用户终端或机顶盒到基站的发射功率不超过1WRMS。
DVB-RCT交互系统是由正向交互(下行)通道和反向交互(上行)通道构成:
●正向交互通道:从基站到用户的下行数据流,用来为所有用户终端(RCTTs)传输同步信息和数据,使终端用户能同步地接入网络并向基站传输同步的上行信息。
●反向交互通道:从用户到基站的信道,用于向业务提供商发出请求、应答或上载数据。
DVB-RCT系统的工作原理如下:
上行数据流和下行数据流的调制方案均为OFDM,上行数据流提供一些并行的载波,在不同的时间分配给不同的用户,用于将数据和命令传回基站。
每个经授权的RCTT将一个或几个低比特率的调制载波传回基站。
载波的频率锁定、功率可测,调制的时隙由基站同步。
上行信号在基站被解调,处理过程象DVB-T接收机一样采取FFT处理器。
DVB-RCT系统的特性:
1、信道划分
为允许多个用户接入,VHF/UHF回传信道在频域和时域进行划分,形成时间-频谱槽网格。在基站的控制下,每个时间-频谱槽被分配给某个特定的用户,为RCTTs共享射频信道提供了强大的手段,便于处理对带宽的峰值接入请求。
为避免载波间和符号间的干扰,该系统提供了两种子载波成形函数。
1)奈奎斯特成形:子载波频谱彼此分开,频率漂移对用户间的干扰影响较小,适用于蜂房尺寸较大的网络;
2)矩形成形:子载波频谱彼此重叠但相互正交,在调制符号间插入保护间隔,对频率漂移比较敏感,适用于蜂房尺寸较小的网络。
DVB-RCT标准提供了6种传输模式,它们是载波数量和载波间隔的特定组合。DVB-RCT标准定义了三种载波间隔CS1、CS2和CS3,数值分别约为1kHz、2kHz和4kHz,对应的符号持续期约为1ms、0.5ms和0.25ms。载波数量有两种:1K或2K。信道带宽为1MHz,2MHz,4MHz或8MHz。
2、传输帧结构
DVB-RCT提供了两种传输帧:TF1和TF2。
TF1利用每个完整的OFDM符号来完成特定的任务,它携带三种类型的符号。第一个符号为空符号(基站用来监测干扰),接下来6个符号为测距符号,最后176个符号供RCTT传输数据。
TF2不含空符号,由通用的OFDM符号组成,每个OFDM符号被划分为子信道(由4个、29个或145个载波组成),每个子信道被赋予特定的任务。它包括48个符号,分为8组,每组由6个相连续的符号组成,既可传输测距符号,又可传输RCTTs的突发数据。
由此可知,TF1在时域组织信道,而TF2是在频域进行的。
3、突发数据结构
DVB-RCT定义了三种突发数据结构BS1,BS2和BS3。它们提供了各种将用户数据映射至时间-频谱槽的方法。它们占用的载波数量和突发数据持续期均不相同,BS1利用1个载波传输数据信息,BS2和BS3各利用4个和29个载波。突发数据持续期越短,抗干扰能力越强,但用户需使用几个并行载波,并将功率扩散至这些载波上。另外,每个突发数据结构覆盖的蜂房半径不同。
无论采用哪种结构,突发数据都是由144个调制符号组成,并在其中插入了30或36个导频载波(用于基站的相干解调)。
4、比特率容量
在基站的控制下,RCTT可采取4QAM,16QAM或64QAM调制,卷积编码率为1/2或3/4。DVB-RCT的比特率容量与采取的传输模式(即载波间隔)和调制编码方式(即调制星座图和卷积编码率)有关。DVB-RCT采用4种保护间隔(GI),分别是1/4,1/8,1/16,1/32,保护间隔对比特率容量也有影响。
DVB-RCT系统每个载波的净比特率容量典型值为0.6kb/s至15kb/s,当使用所有载波时,DVB-RCT系统回传信道用户数据从1Mb/s至30Mb/s。
显然,鲁棒性最强的模式提供的比特率最小,但覆盖半径最大;鲁棒性最差的模式提供的比特率最大,但覆盖半径最小。
此外,DVB-RCT还具有以下特性:
1)动态分配自适应调制:DVB-RCT 支持在相同的蜂窝小区内同时使用不同的调制方式,从4QAM (1/2编码率)到64QAM(3/4编码率),此特性称为动态分配自适应调制,它既能控制相邻的同频道蜂房之间的干扰电平,又可为每个用户提供最大比特率,从而提高频谱利用率。
比如,对于蜂房边缘附近的用户,可以分配最可靠的调制方式(例如4QAM调制 1/2 编码率),允许这些用户使用尽可能小功率把信号传回基站。相反,靠近基站的用户可以分配可靠性低、码率高的调制方式把信号传回基站,但需要较大功率,不过由于它们远离其它蜂窝小区,所以对其它同频道蜂窝小区的干扰较小。
2)Turbo码或级联码:DVB-RCT系统使用Turbo码或级联码(RS码+卷积码),前者在误比特率一定时,可将C/N门限降低2dB,甚至更多。
3)时间交织:对于脉冲干扰,时间交织至少有额外5dB的改进(实际数值依赖于脉冲干扰重复速率)。
4)频带分割:频带分割极大地减轻了频谱拥挤的问题:频谱中任何1MHz频段都能够被利用。这样,不同的交互电视业务提供商可以分配各自的 1MHz频谱,从而保持相互间的独立性。
5)功率测距:DVB-RCT采用类似于移动电话系统中使用的功率测距系统,以确保交互终端在所有的时间内使用最低功率。这样既降低了干扰,又提高了频谱利用率。