安捷倫CMMB信號分析解決方案

芮艷華  安捷倫公司數(shù)字電視測量中心產(chǎn)品應(yīng)用工程師

錢宇    安捷倫公司數(shù)字電視測量中心產(chǎn)品市場工程師

摘要：本文介紹了CMMB(China Mobile Multimedia Broadcasting，中國移動(dòng)多媒體廣播)的技術(shù)特點(diǎn)，詳細(xì)闡述了安捷倫CMMB信號分析解決方案，該方案有助于CMMB發(fā)射系統(tǒng)中調(diào)制器、發(fā)射機(jī)、放大器、混頻器及轉(zhuǎn)發(fā)器的設(shè)計(jì)、評估與制造。

關(guān)鍵詞：CMMB，安捷倫，測試方案

1.        引言

CMMB是中國移動(dòng)多媒體廣播標(biāo)準(zhǔn)，頒布于2006年。作為我國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的移動(dòng)數(shù)字廣播電視技術(shù)，CMMB能夠隨時(shí)隨地的將各類移動(dòng)業(yè)務(wù)，包括電視節(jié)目、交通導(dǎo)航、股票行情、娛樂信息等，傳送到手機(jī)、PDA、MP3、MP4、數(shù)碼相機(jī)、導(dǎo)航儀、筆記本電腦等便攜式移動(dòng)終端上。在成功為2008年北京奧運(yùn)會(huì)提供移動(dòng)多媒體廣播服務(wù)之后，CMMB正在飛速的發(fā)展。

2.        CMMB數(shù)字電視系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

CMMB數(shù)字電視系統(tǒng)采用衛(wèi)星覆蓋和地面增補(bǔ)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的布網(wǎng)方式，利用大功率S波段衛(wèi)星通過廣播信道和分發(fā)信道實(shí)現(xiàn)全國范圍的有效覆蓋，利用地面增補(bǔ)轉(zhuǎn)發(fā)器同時(shí)同頻率同內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星信號，覆蓋衛(wèi)星的遮擋區(qū)域，在人口密集區(qū)域使用U波段進(jìn)行增補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)全國范圍內(nèi)無縫隙覆蓋。CMMB地面覆蓋所占用的頻帶如下表所示：

表1 地面覆蓋頻率

針對數(shù)字廣播電視業(yè)務(wù)的多樣性以及移動(dòng)接收終端的要求，CMMB采用了一系列重要技術(shù)，其中包括:

·       采用物理層邏輯信道技術(shù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的靈活組合

·       采用時(shí)隙技術(shù)來滿足移動(dòng)終端的節(jié)電要求

·       采用信道編碼與交織來保證接收質(zhì)量以及采用OFDM調(diào)制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)接收等。

2.1    物理層邏輯信道

CMMB系統(tǒng)中，上層業(yè)務(wù)通過物理層邏輯信道(PLCH)進(jìn)行傳輸。物理層邏輯信道包括一個(gè)控制邏輯信道(CLCH)和1~39個(gè)業(yè)務(wù)邏輯信道(SLCH)，如圖1所示^[1]。

CLCH承載廣播系統(tǒng)的控制信息，采用固定的信道編碼和調(diào)制方式，占用時(shí)隙0發(fā)送，其信道編碼和調(diào)制方式為：

RS編碼：RS(240, 240)

LDPC編碼碼率：1/2

映射方式：BPSK

SLCH傳輸各類廣播業(yè)務(wù)，其信道編碼、調(diào)制方式以及占用的時(shí)隙個(gè)數(shù)可根據(jù)所傳輸業(yè)務(wù)需要靈活配置來滿足不同質(zhì)量廣播業(yè)務(wù)的傳輸需求，這意味著CMMB信道較多可同時(shí)傳輸39種不同質(zhì)量要求的廣播業(yè)務(wù)。SLCH中可供配置的參數(shù)包括：

時(shí)隙個(gè)數(shù)：1~39

RS編碼：RS(240, 240), RS(240, 224), RS(240, 192), RS(240, 176)

LDPC編碼碼率：1/2, 3/4

映射方式：BPSK, QPSK, 16QAM

圖1 物理層邏輯信道(N Є[1~39])

2.2    幀結(jié)構(gòu)

CMMB的幀結(jié)構(gòu)中采用了時(shí)隙技術(shù)，每幀長為1秒，包含40個(gè)時(shí)隙。每時(shí)隙長度為25毫秒，包含1個(gè)信標(biāo)和53個(gè)OFDM符號，如圖2所示^[1]。信標(biāo)包含一個(gè)發(fā)射機(jī)標(biāo)識(shí)信號和兩個(gè)同步信號。同步信號用于接收機(jī)的快速同步。

圖2 CMMB幀結(jié)構(gòu)

在CMMB業(yè)務(wù)流中，接收機(jī)可以根據(jù)用戶所觀看的頻道，選擇接收相應(yīng)時(shí)隙，在其他時(shí)隙不進(jìn)行接收，從而大大降低接收機(jī)的電池?fù)p耗，提高巡航能力。

2.3    OFDM調(diào)制

CMMB系統(tǒng)采用OFDM調(diào)制方式。

頻域OFDM符號由數(shù)據(jù)子載波、離散導(dǎo)頻和連續(xù)導(dǎo)頻構(gòu)成。部分連續(xù)導(dǎo)頻用于傳輸指示信息，離散導(dǎo)頻發(fā)送已知信號1+0j。在廣播信號的傳輸過程中，信號會(huì)遭到來自無線信道的多徑、多普勒頻移以及各種噪聲帶來的影響，利用導(dǎo)頻信息對信道進(jìn)行估計(jì)，計(jì)算無線傳播信道時(shí)頻域的響應(yīng)，從而對接收信號進(jìn)行校正。

圖4 循環(huán)前綴和保護(hù)間隔的插入

為了消除信號傳播過程中多徑分量所帶來的符號間干擾，在時(shí)域?qū)�OFDM數(shù)據(jù)添加了循環(huán)前綴(CP)和保護(hù)間隔(GI)。為使加快帶外頻譜的滾降速度，減少對鄰頻道的干擾，使OFDM符號通過一個(gè)升余弦函數(shù)的時(shí)間窗。CP、GI以及時(shí)間窗的添加方法如圖4所示。

3.        安捷倫CMMB信號分析解決方案

隨著CMMB產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，CMMB網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模鋪設(shè)，對CMMB發(fā)射機(jī)/激勵(lì)器的測試需求日益增多。基于在無線信號分析領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn)，安捷倫推出了針對CMMB標(biāo)準(zhǔn)，基于X-系列信號分析儀(圖5)MXA(N9020A) 或者EXA(N9010A)的測量解決方案N6158A CMMB測量應(yīng)用，其主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 技術(shù)指標(biāo)(以MXA為例)

N6158A CMMB測量應(yīng)用提供符合CMMB標(biāo)準(zhǔn)、針對數(shù)字電視發(fā)射機(jī)、激勵(lì)器的功率特性和調(diào)制質(zhì)量特性的一鍵式分析和測量，有助于在數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)中，調(diào)制器、發(fā)射器、放大器以及轉(zhuǎn)發(fā)器的設(shè)計(jì)、評估與制造^[4]。N6158A測量應(yīng)用基于Windows系統(tǒng)，具有簡單直觀的用戶界面和靈活的測量結(jié)果，支持遠(yuǎn)程控制命令SCPI以及多種現(xiàn)代連接方式LXI /LAN /USB /GPIB, 支持對基帶模擬IQ信號輸入的測量，可提供高速可靠的測量結(jié)果，加速CMMB產(chǎn)品的研發(fā)及驗(yàn)證。下面介紹N6158A測量應(yīng)用中所涵蓋的主要測試項(xiàng)目。

圖5 安捷倫X系列信號分析儀

3.1    調(diào)制準(zhǔn)確度測量

調(diào)制準(zhǔn)確度(Mod Accuracy)測量對于驗(yàn)證CMMB發(fā)送信號是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求和保證發(fā)射機(jī)、激勵(lì)器的正常工作至關(guān)重要。該測量根據(jù)信號的配置參數(shù)(包括映射方式、編解碼方式以及時(shí)隙的分配等)，將輸入信號經(jīng)過下變頻、載波頻偏恢復(fù)、OFDM解調(diào)(FFT)、以及均衡后，得到IQ基帶信號。信號的配置參數(shù)根據(jù)控制邏輯信道(CLCH)中傳輸?shù)南到y(tǒng)控制信息獲取并自動(dòng)設(shè)置。在衡量基帶信號的調(diào)制質(zhì)量時(shí)，通常通過比較接收的IQ數(shù)據(jù)與理