MediaFLO的特征及与其它移动电视标准的比较

2007-01-19 18:31:06 来源:数字电视
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FLO   OFDM

        为了以更经济有效的方式,同时向数百万计的移动用户发送无线多媒体信息,高通公司结合市场分析和商业模型分析,运用系统设计原则,创新推出了一种全新的多播技术——FLO(forward link only)技术。FLO技术将向全球标准化组织开放,以便形成合作规范和提请标准化组织采纳。高通公司致力于推动FLO技术的全球标准化,并已经与一些全球主要的厂商和公司合作,共同创建一个多方组织来引领这一进程。

        FLO技术是为了能够实现高效、低成本地向数百万计无线用户同时提供多媒体内容而特别优化设计的。它能够大大降低同时向大批量用户发送相同多媒体内容的成本;并确保良好的用户体验,即手机用户不仅能够享受传统的语音和数据业务,而且能够通过同一手机在许多节目频道内容间“冲浪”。通过FLO技术,高通公司有效解决了以无线方式向大众用户提供多媒体内容所面临的关键性挑战。摆脱了传统的地面或卫星传输格式的束缚,FLO技术可以最低的功耗,支持更优越的移动性能和更高效的频谱利用率。

用户体验简介

        这里先向大家描述一下FLO将带给用户的体验。运营商将向客户提供基于FLO技术、由MediaFLO系统支撑的“后台”业务 。

        下面举例说明(6MHz频点内)采用FLO技术所能支持的节目内容。所有的节目频道为:30帧/秒(fps),QVGA(240×320像素,它是VGA——480×640像素的四分之一)品质的视频加立体声伴音。节目频道包括:14个广域内容(如全国性节目频道)的实时视频流媒体频道,5个地方节目内容的实时视频流媒体频道;此外,还可以同时支持 50个全国范围的“非实时”频道(用户订购后下载回放的节目)和15个地方的“非实时”频道,其中每个“非实时”频道每天可提供20分钟的节目内容。“非实时”的节目内容可在用户不感知的情况下通过“后台”操作自动传送,用户可根据所提供的节目指南随时收看。本地和广域节目内容的分配比例是比较灵活的,并可在节目编排过程中进行调整。“非实时”的节目使用户可以随时获取音乐、天气或新闻概要等内容,而实时的节目则能够更好地支持体育赛事等的直播。除广域和本地节目内容之外,节目内容还可包括大量IP(互联网协议)数据频道。这些频道可包括(但不局限于)交通信息、金融信息或当地的最新天气情况等。

        “频道的快速切换”是影响用户体验的一项关键指标。同等重要的指标还有“支持的收看时间”,设计目标为至少与通话时间相当,甚至比它更长。从而不会因为手机耗电原因,成为该业务发展的瓶颈。

        MediaFLO的设计准则就是向手机用户提供如同看电视一样的收视体验,提供一个用户熟悉的节目指南界面。用户就像选择电视频道一样订购一个手机多媒体“业务包”。选定并订购以后,用户便可随时收看所选频道上提供的节目了。

FLO系统介绍

        FLO系统由四个子系统组成,即网络运营中心(由一个国家级运营中心和多个地方运营中心组成)、FLO发射机、3G蜂窝移动通信网络和支持FLO的终端(又称作MediaFLO手机)。

        网络运营中心:网络运营中心由FLO网络中心设备组成,包括国家运营中心(NOC)和多个地方运营中心(LOC)。NOC可包括网络计费、内容分发以及内容管理基础设备。NOC负责管理各类网络单元,同时又是全国性和地方内容提供商向移动终端发送广域内容(全国性节目)和节目指南信息的接入点。它还负责管理用户业务订购、提供接入和加密密钥,以及向蜂窝运营商提供计费信息。网络运营中心可包括一个或多个LOC以作为本地内容提供商向相关市场区域中的移动终端发送地方性节目内容的接入点。

        FLO发射机:每个发射机通过发射FLO波形信号向移动终端发送节目内容。

        3G蜂窝移动网络:基于广播技术的FLO网络和移动运营商的3G网络结合,可以支持丰富的互动性业务,允许移动终端与NOC通信,从而支持用户在手机上进行业务订购和接入密钥的分发。

        支持FLO的终端:支持FLO的终端可以接收包含所订购的内容业务和节目指南信息的FLO波形信号。支持FLO的终端以手机为主:既是电话又是地址簿、互联网端口、游戏机的多功能手机。

FLO系统的主要特点

★1.低功耗优化设计

        FLO技术同时优化了功耗、频率分集和时间分集。其它类似的且效率较低的系统则只能优化其中的一个或两个指标,最终牺牲了其它指标。FLO具备独特的能力允许其只接收全部发射信号中的一小部分,而且既不牺牲频率分集又不影响时间分集。正因为具有上述的设计,支持FLO的移动终端的电池寿命有望与传统的手机相媲美,即电池每充电一次,可以支持若干小时的视频节目浏览和话音通话以及若干天的待机时间。

        FLO空中接口采用时分复用方式在FLO波形中特定的时间间隔内传输各个频道的节目内容数据。移动终端读取OSI(Overhead Information Symbols——描述了每个节目频道的数据在超帧中所处的位置),以确定哪些时间间隔中传输的内容数据是它所希望获得的。只有在这些时间段移动终端的接收机电路才打开接收,其它时间则处于关闭状态。

        同时,FLO技术将节目频道的获取和切换时间降至最少。一般频道获取和切换时间不超过两秒。用户使用移动终端进行频道切换就如同他们在家里收看基于卫星或有限网络的电视一样方便。

★2.广域和局域内容

        FLO系统支持在同一射频信道内局域和广域节目内容共存。

        使用单频网(SFN)时,系统无需再进行覆盖区域之间的复杂切换。广域网内所有用户都感兴趣的内容将通过所有发射机进行同步传输。而只有某个区域或城市感兴趣的内容只在特定区域内传输。这种针对特定区域的控制是在合同义务及相关节目编排的规定下提供节目中断和重调能力的核心。

★3.分层调制

        为了提供尽可能高质量的业务,FLO技术支持分层调制。使用分层调制,FLO数据流在信源编码时被分为基础层和增强层。对于基础层,所有用户均可进行解码;而对于增强层,只有信噪比(SNR)较高的区域才能进行解码。大多数的目标用户终端可同时接收到两层信号,从而收看30fps品质的视频节目。与有相似总容量但没有分层的模式相比,基础层的覆盖更大,提供的视频质量可达到 15fps。综合使用分层调制和信源编码可以适度地实现业务降级并获得使用其它技术方式在某些地点或某些速度下不可能达到的接收能力。对于终端用户来说,这样的效率意味着FLO网络可以在更广的覆盖下提供高质量的业务,特别适合支持需要更多带宽的视频业务 。

★4.采用4K模式OFDM调制

        FLO技术采用正交频分复用(OFDM)调制技术,该技术也被应用于数字音频广播(DAB)、地面数字视频广播(DVB-T)以及地面综合业务数字广播(ISDB-T)。FLO的特点是采用了4K模式的傅里叶变换。

        OFDM系统设计中的一个关键因素是傅里叶变换的大小——每个符号内分别调制的子载波数目。FLO物理层使用4K模式,与8K模式相比,4K模式支持更好的移动性能,同时又能保证足够长的保护期,而这对于较大的SFN网络是相当重要的。即便在高于200公里/小时的快速移动速度下系统仍然能够保持稳定的性能,速度更高也只带来适度的性能降级。这是由FLO导频结构(用来进行信道估计)支持的,它使得接收机能够处理长于循环前缀的时延扩展。FLO空中接口支持使用QPSK、16-QAM和分层调制技术。

★5.接口物理层特性

        通过优化的导频和交织器结构设计可实现快速频道切换。FLO空中接口采用的交织方案同时确保了时间分集和频率分集。导频结构和交织器设计既优化了信道利用率,又避免因为频道切换时间长而带给用户不良的收视体验。

        FLO的复用方式使终端接收器可以仅对其感兴趣的单个逻辑信道进行解调,从而降低了功耗。移动终端也可以同时解调多个逻辑信道,使得视频和相关的音频可以同时传播。

FLO的带宽要求

        FLO空中接口支持5、6、7和8MHz的频率带宽,用一个单一射频信道就可获得非常理想的业务提供能力。在一些地区,分配给时分双工(TDD)应用的5MHz频谱也可以支持移动媒体分发。

        FLO空中接口支持范围很广的数据速率,从每赫兹0.47bps到1.87bps。在一个6兆赫带宽的信道里,FLO物理层可达到最高11.2Mbps的速率(相应的在8MHz频点内,FLO物理层可支持高达约15Mbps的速率)。支持不同的数据速率意味着可以在覆盖和吞吐量之间进行权衡折衷考虑。

FLO的可用频段

        FLO可部署在多个频段上,分别使用不同的带宽和发射功率级别。一个特定的调制模式的相对性能由所选择的调制方式、Turbo码和RS编码速率决定。

        适合于多播发送(包括FLO技术)的频段和用于单播无线IP和语音的频段相似,范围从450MHz到3GHz。大家都了解在这些频段向手机终端传输信号的特点。但视频接收有一个显著的不同,即手机是握在手中而不是放在耳边,这就使PCS频段(1,900MHz)的性能提高了1~2dB,蜂窝频段(800MHz)提高了3~4dB。

        例如,在美国,根据联邦通信委员会(FCC)的规定,允许发射机的功率电平的范围因频段不同而不同。为了扩大每个小区的覆盖面积并降低发送给用户的每字节成本,支持多媒体业务的网络设计将受益于比一般许可语音应用所使用的更高功率电平。在美国,FCC将698~746MHz频段按6MHz一个频点分别分配 (拍卖方式)给各种广播、移动和固定业务,最大发射功率是50kW ERP(等效辐射功率)。FLO部署在700MHz频段低端的一个6MHz频点中,根据FCC的规定,该频谱在每单个发射机的覆盖面积方面有极大的优势,也就是可以大幅节约网络成本。如果把发射站的平均高度降为100米,则覆盖面积平均缩小3倍。

FLO与其它相关技术的比较

        现有的多种技术可解决或是部分地解决无线多媒体节目分发的需求。这些技术大都是基于现有的数字电视广播标准的变体或衍生物。本节中,将对这些制式与FLO技术所提供的专用无线多媒体多播解决方案进行比较。表1列出了这些制式。

        所有的制式都采用OFDM调制技术,除了S-DMB,它使用的是CDM(码分调制)调制技术。其它所有的制式都采用了卷积编码和Viterbi译码,而FLO使用的是一种更现代更高效的Turbo码。所有制式都使用了一个级连的Reed Solomon码。

        很多因素都会影响广播式无线多媒体技术的性能。FLO已经有效地考虑了所有这些关键因素,在移动手持环境中其性能比其它制式有明显优势,而且还有节省功耗的关键特点。FLO的性能比任何其它类似技术好3~5 dB。 这是因为FLO技术是为移动终端更有效地传送无线多媒体内容而专门优化设计的,而不是作为现有广播标准的子集或对已有标准所进行的修改。

★1 用户体验优势

        表2列出了不同制式标准的一些重要特点及其对用户的意义。

        对技术性能参数的正确评价反映在用户体验中。 能够快速切换节目频道对用户而言总是很重要的。观看时间应至少与通话时间相当,甚至更长,从而不会牺牲用户的其它业务功能。当一个网络具备基于不同节目频道提供不同QOS的机制,系统容量就可以得到优化。实时和非实时节目内容的组合将提供给用户最佳的整体收视体验。“非实时”内容的传送能实现节目内容的即刻获取,例如天气信息或新闻摘要,而实时流媒体服务则支持对例如体育赛事的现场转播。 在一个单频网内同时支持广域和局域内容的特性使得运营商通过灵活分配频道以实现频谱资源价值的最大化。

        另外,如前所述,使用分层调制是FLO技术的独特属性。它可以提供更好的覆盖范围(高达3dB的增量收益)并保证很好的服务质量,特别适用于比其它多媒体业务需要更多带宽的视频业务。

★2 设备成本优势

        选择多播技术对所提供服务的成本将产生重大影响。影响成本有许多因素:

* 所需基站设备的数目;

* 支持特定的节目频道数所需的频谱资源;

* 支持一定的节目频道所需的发射机总数。

        表3 给出了采用表1中所列各种技术的相对成本。该比较假设每个系统具有相同的链路余量,这强加了容量限制。此表试图分析基于20个实时业务频道,每个频道的速率为300kb/秒。然而,由于结构限制,某些制式在特定比特速率下无法达到所期望的链路余量。此时,平均比特速率与节目频道数的乘积定为常量。

        此分析表明,由于FLO空中接口在分组差错率(PER)、协议效率以及分层业务和调制应用方面的出色功效,FLO技术能够用大约一半的频率乃至不到一半的网络设备提供相当的或更为出众的业务。至于所提供业务的成本和范围,这对于用户和运营商不言而喻——意义重大。

结论

        采用FLO技术,可以更经济、更高效、更轻松地提供面向大众市场的无线多媒体业务。FLO技术的设计初衷在于满足全球市场对无线多媒体业务的需求。通过FLO技术,移动用户能够真正享受到更好的无线多媒体服务。高通公司开发的FLO技术,通过FLO单频网,架构起跨越技术可行性与经济可实施性之间至关重要的桥梁,为运营商向其客户提供无线多媒体节目内容建立起一套完整的解决方案。此外,FLO技术与现有蜂窝移动通信网络相结合,通过创新业务(互动性业务等)推动需求的增长,从而带来更大的收益。

本文由高通公司提供

 
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