分集技術(shù)在CMMB中的應用

摘要：文章首先介紹了CMMB系統的架構，接著(zhù)總結了移動(dòng)通信中無(wú)線(xiàn)信道的特征，通過(guò)對衰落信道與AWGN信道的對比引出了分集的概念。然后從時(shí)間，頻率，空間的角度分析了分集的實(shí)現方法。最后闡述了CMMB系統是如何利用這些分集技術(shù)的。
關(guān)鍵詞：CMMB分集

0 引言
本文主要研究了CMMB的傳輸技術(shù)以及分集思想在CMMB傳輸中的應用。在參考了CMMB傳輸標準的基礎上，結合數字通信的理論，研究了多徑衰落信道對CMMB傳輸的影響，進(jìn)而將分集的理論與CMMB的傳輸標準結合，分析了其實(shí)現分集的原理，從時(shí)間分集、頻率分集、空間分集的角度對分集在CMMB中的應用進(jìn)行了歸納和總結。

1 CMMB系統簡(jiǎn)介
CMMB是英文China Mobile Multimedia Broadcasting(中國移動(dòng)數字多媒體廣播)的簡(jiǎn)稱(chēng)。國家廣電總局于2006年10月頒布了中國移動(dòng)多媒體廣播行業(yè)標準，確定采用我國自主研發(fā)的移動(dòng)電視接收標準STiMi，該標準從同年11月1日起實(shí)施。CMMB是國內自主研發(fā)的第一套面向手機、PDA、MP3、MP4、數碼相機、筆記本電腦等多種移動(dòng)終端的系統，利用大功率S波段衛星信號覆蓋全國，利用地面增補轉發(fā)器同頻同時(shí)同內容轉發(fā)衛星信號補點(diǎn)覆蓋衛星信號盲區，利用無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )構建回傳通道，從而組成單向廣播和雙向交互相結合的移動(dòng)多媒體廣播網(wǎng)絡(luò )。
CMMB系統的物理層邏輯信道的編碼和調制功能框圖如圖1所示。來(lái)自上層的輸入數據流經(jīng)過(guò)前向糾錯編碼、交織和星座映射后，與離散導頻和連續導頻復接在一起進(jìn)行OFDM(正交頻分多路復用)調制。調制后的信號插入幀頭后形成物理層信號幀，再經(jīng)過(guò)基帶至射頻變換后發(fā)射。

CMMB物理層通過(guò)物理層邏輯信道(PLCH)為上層業(yè)務(wù)提供廣播通道。PLCH分為控制邏輯信道(CLCH)和業(yè)務(wù)邏輯信道(SLCH)。CLCH用于承載廣播系統控制信息，SLCH用于承載廣播業(yè)務(wù)，如圖2所示。
物理層對每個(gè)PLCH進(jìn)行單獨的編碼和調制，其中CLCH采用固定的信道編碼和調制模式。SLCH的編碼和調制模式根據系統需求可靈活配置，配置模式通過(guò)系統控制信息向終端廣播。根據編碼和調制參數不同，物理層可提供不同的傳輸凈荷。

2 無(wú)線(xiàn)信道與分集技術(shù)
2．1 無(wú)線(xiàn)信道的特征
無(wú)線(xiàn)信道的主要特征是信道隨著(zhù)時(shí)間和頻率的變化，大致可以分為兩種類(lèi)型：大尺度衰落和小尺度衰落。大尺度信號衰落由發(fā)射機和接收機之間的主要地形(如山丘、樹(shù)林、建筑等)引起，表示了平均信號強度的衰減；而小尺度信號衰落主要是信號的時(shí)間擴展及信道時(shí)變，前者由多徑效應引起，表現為頻率選擇性衰落或平坦衰落，后者由多普勒效應引起，表現為快衰落或慢衰落。對于通信系統的研究主要針對于小尺度衰落，大尺度衰落針對通信基站規劃這樣的問(wèn)題更為密切一些。
多徑效應：多徑指無(wú)線(xiàn)電信號從發(fā)射天線(xiàn)經(jīng)過(guò)多個(gè)路徑抵達接收天線(xiàn)的傳播現象。大氣層對電波的散射、電離層對電波的反射和折射，以及山巒、建筑等地表物體對電波的反射都會(huì )造成多徑傳播。多徑效應會(huì )導致信號的衰落和相移。
移動(dòng)通信系統中與多徑效應相關(guān)的一個(gè)重要參數是多徑時(shí)延擴展，常把多徑衰落信道的多徑強度分布基本為零的時(shí)間范圍稱(chēng)為信道的多徑擴展。從多徑擴展可以引出相干帶寬的概念。相干帶寬與多徑擴展之間存在反比關(guān)系。當輸入帶寬遠小于相干帶寬時(shí)，我們通常把這樣的信道稱(chēng)為平坦衰落(flat fading)信道，在這種情況下，多徑時(shí)延擴展遠小于碼元時(shí)間l／W，信號在平坦衰落信道上傳輸擁有近似的傳播特性，沒(méi)有明顯的畸變，不會(huì )導致時(shí)域波形上的劇烈變化。而當輸入帶寬遠大于相干帶寬時(shí)，通常把這樣的信道稱(chēng)為頻率選擇性衰落(frequen cy-selective fading)信道，在這樣的信道中傳輸，對不同頻率的電磁波的傳播特性是不一樣的，所以隨著(zhù)在其中傳送的電磁波的頻率的變化，其信道響應也不停地變化，這也就是稱(chēng)作頻率選擇性的本質(zhì)原因。
多普勒效應：信道時(shí)變效應是由發(fā)射端和接收端的相對運動(dòng)或信道中的物體運動(dòng)引起的，這些相對運動(dòng)都會(huì )導致接收端接收到的電磁波信號的頻率有所變化，在頻域表現為多普勒頻移。多普勒效應會(huì )引起信道的響應隨時(shí)間變化。
移動(dòng)通信系統中與多普勒效應相關(guān)的一個(gè)重要參數是多普勒擴展。我們常常把多徑衰落信道的多普勒功率譜基本為零的帶寬范圍稱(chēng)為信道的多普勒擴展。從多普勒擴展可以引出相干時(shí)間的概念。相干時(shí)間與多普勒擴展之間存在反比關(guān)系。如果相干時(shí)間大于時(shí)延要求，那么信道為慢衰落(slow fading)信道，在這種情況下，信道的沖擊響應在符號傳播期間能夠保持較為“一致”，不會(huì )發(fā)生巨大的畸變。慢衰落一般來(lái)說(shuō)所傳信號頻譜中的各個(gè)頻率分量幾乎產(chǎn)生同樣影響，因而對信號損害不大，一般可通過(guò)均衡補償；相反，如果相干時(shí)間遠小于應用的時(shí)延要求，那么信道為快衰落(fast fading)信道，在這種情況下，符號傳輸期間信道的沖擊響應隨時(shí)間變化劇烈，通信系統設計中必須用特殊手段對抗快衰落。
2．2 無(wú)線(xiàn)通信中的分集技術(shù)
無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域權威David Tse博士在文獻中，分析了窄帶衰落信道中未編碼傳輸的相干檢測與非相干檢測，通過(guò)與AWGN信道傳輸的對比，指出前兩者傳輸的差錯概率比AWGN信道的高得多的根本原因并不是因為接收機缺乏關(guān)于信道的知識，而是因為信道增益是隨機的，并且信道處于深度衰落的概率很大這樣的事實(shí)。當可靠通信取決于一條路徑的信號強度，而該路徑處于深度衰落的概率又很大時(shí)，任何通信方案都有可能出現差錯。
提高性能的解決方法是要確保信息碼元通過(guò)多條信號路徑，并且各路徑的衰落是相互獨立的，從而只要有一條路徑的信號足夠強就可以保證可靠的通信。這種技術(shù)在通信中就叫做“分集”，它可以極大地改善衰落信道中的性能。分集的實(shí)現方法有很多，比如時(shí)間分集、頻率分集、空間分集，等等。
(1)時(shí)間分集。時(shí)間分集是指以超過(guò)信道相干時(shí)間的時(shí)間間隔重復發(fā)送信號，以便讓再次收到的信號具有獨立的衰落環(huán)境，從而產(chǎn)生分集效果。一般可以對信息進(jìn)行編碼，并將編碼后的碼元交織分散到不同的相干周期，從而使得碼字的不同部分經(jīng)歷相互獨立的衰落，實(shí)現時(shí)間分集。
(2)頻率分集。如果信道是頻率選擇性的，可以將信號在不同頻率的通道下發(fā)送，只要頻率間隔大于信道相干帶寬，那么它們就會(huì )經(jīng)歷相互獨立的衰落，從而達到分集的效果。
(3)空間分集。也叫天線(xiàn)分集，是一種在發(fā)射端或(和)接收端安裝多根不同位置的天線(xiàn)的分集技術(shù)。若這些天線(xiàn)的距離足夠大，則電磁波受到衰落的影響就相互獨立，達到分集的作用