STiMi技術是面向移動多媒體廣播設計的無線信道傳輸技術，充分考慮到移動多媒體廣播業務的特點，針對手持設備接收靈敏度要求高，移動性和電池供電的特點，是中國自主研發的CMMB體系架構中的核心部分。
基本介紹
- 外文名：stimi
- 技術：OFDM調製技術
- 核心部分：CMMB體系架構
- 技術：無線信道傳輸技術
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CMMB
a)信道編碼和星座映射
STiMi採用了RS編碼和高度結構化低密度奇偶校驗碼(LDPC)技術。在目前已有的編碼方法中，LDPC是一種能夠逼近Shannon限的性能優秀的信道糾錯編碼方法，因其卓越的性能使它成為高速寬頻系統套用中理想的編碼方式。STiMi技術採用了創新的LDPC構造方法和低複雜度的解碼方法，不僅提高了接收靈敏度，而且極大地降低了整個編解碼器硬體執行的複雜性，利於晶片實現。
如圖1所示，在CMMB的系統構成中，CMMB信號主要由S波段衛星覆蓋網路和U波段地面覆蓋網路實現信號覆蓋。S波段衛星網路廣播信道用於直接接收，Ku波段上行，S波段下行；分發信道用於地面增補轉發接收，Ku波段上行，Ku波段下行，由地面增補網路轉發器轉為S波段傳送到CMMB終端。為實現城市人口密集區域移動多媒體廣播電視信號的有效覆蓋，採用U波段地面無線發射構建城市U波段地面覆蓋網路。地面增補網與衛星系統同步的關鍵是確保S波段衛星信號到達接收終端的時間與S波段地面增補設備轉發信號到達接收終端的時間一致。CMMB直播衛星已完工，明年信號將實現天地一體覆蓋。業內人士指出，此前CMMB採用的是地面U波段對全國360城市的密集區域進行網路覆蓋，CMMB直播衛星將採用S波段衛星網路對農村，公路，鐵路，海域等區域進行覆蓋。屆時CMMB信號將可以覆蓋到全國城鄉各地區。
STiMi
介紹
STiMi可以用BPSK、QPSK和16QAM的星座映射模式，適合傳輸不同服務質量要求的業務。
b)OFDM調製
OFDM的基本原理是將高速串列數據變換成多路相對低速的並行數據並對不同的載波進行調製。這種並行傳輸體制大大擴展了符號的脈衝寬度，提高了抗多徑衰落的性能。同時使各子載波上的頻譜相互重疊，但這些頻譜在整個符號周期內滿足正交性，從而不僅保證接收端能夠不失真地復原信號的，而且大大提高了頻譜利用率。
在OFDM系統中，接收機需要進行幀同步捕獲和OFDM符號同步捕獲，然後才能進行正確解調。STiMi技術創造性地使用了時間域擴頻信標用於同步捕獲，具有同步捕獲時間短、抗載波頻偏能力強、抗信道多徑時延擴展能力強的特點。這種方式大大減小用戶開機到正常接收所需要的同步時間。尤其在緊急廣播環境下，可以保證用戶的快速、可靠接收。
無線信道的時域和頻域回響是時變的，多徑引起的頻域選擇性衰落在不同的子載波上也表現出衰落的不一致性，因此OFDM符號各個子載波上會出現畸變的不均勻性。因此，必須採用信道估計的辦法來估計出信道的時域和頻域回響，對接收到的數據進行校正和恢復。STiMi採用導頻技術，不僅保證了複雜無線傳輸條件下可靠的信道估計和均衡，而且降低解調模組硬體複雜度，利於晶片實現。
c)時隙技術
STiMi物理層信號每1秒為1幀，劃分為40個時隙。每個時隙的長度為25ms，包括1個信標和53個OFDM調製數據塊。時隙劃分和幀結構如圖3所示。每個廣播業務可以占用一個或幾個時隙,表1是幾種比較典型的配置方式。
幀結構
在同時傳送的多路多媒體信號中，接收機根據用戶收看的頻道，利用時隙開關天線、調諧器等大功耗的器件，只接收相關時隙，而在其他時隙這些大功耗器件都處於關閉狀態，從而大大降低終端功耗，有效的提高了終端續航能力。
以一般384kbps的視頻業務為例，需要占用兩個時隙，接收機只需要在這兩個時隙處於工作狀態，而在其他時隙都處於關閉狀態，節電效率為95%。
時隙節電示意圖
關鍵技術
STiMi技術是面向移動多媒體廣播的業務需求而專門設計的無線信道傳輸技術，構成了中國自主研發的CMMB體系架構中的核心技術。STiMi技術充分考慮到移動多媒體廣播業務的特點，針對手持設備接收靈敏度要求高，移動性和電池供電的特點，採用了最先進的信道糾錯編碼（LDPC碼）技術和OFDM調製技術，提高了系統的抗干擾能力，支持高移動性，並且採用了時隙（time slot）節能技術來降低終端功耗，提高終端續航能力。
STiMi系統可工作於30 MHz ~ 3000 MHz的頻率範圍內，物理頻寬支持8 MHz和2 MHz兩種工作模式。
給出了STiMi系統的物理層信號處理流程。來自上層的多條數據流獨立地分別進行RS編碼和位元組交織、LDPC編碼、比特交織和星座映射等操作，然後和離散導頻以及承載傳輸指示信息的連續導頻組合起來，形成OFDM頻域符號，再對頻域符號數據進行加擾，進行OFDM調製、成幀、上變頻等操作，最後將信號發向空中。下面對物理層一些關鍵的處理技術進行介紹。
STiMi物理層信號處理流程
RS編碼和位元組交織
STiMi系統採用了Reed-Solomon碼作為外碼，位元組交織器作為外交織器。RS編碼和位元組交織根據列輸入列輸出、行編碼的方式進行處理。RS碼採用了碼長為240位元組的RS （240，K）截短碼。該RS碼由原始的RS（255，M）系統碼通過截短產生，其中M=K+15。K為一個碼字中信息序列的位元組數，校驗位元組數為（240-K）。RS （240，K）碼提供了4種工作模式，分別為K=240，K=224，K=192，K=176。
圖3示出了RS編碼和位元組交織的工作原理。輸入數據以位元組的形式按列寫入圖3所示矩陣中，待填充滿圖示陰影部分後，按行進行RS編碼；待對所有行的RS編碼完成後，再按列從圖示矩陣中讀出數據，作為輸出。其中，參數 表示位元組交織器的深度。
RS編碼和位元組交織工作原理
LDPC編碼
LDPC碼是一類可以逼近Shannon限的糾錯編碼方法，擁有較低的解碼複雜度。STiMi系統採用了自主研發的LDPC碼，支持1/2和3/4兩種編碼速率。STiMi LDPC碼是一類規則碼，不存在錯誤地板，硬體實現複雜度低。表1給出了LDPC碼的配置參數。
STiMi LDPC碼的配置參數
信息比特長度
碼字比特長度
1/2
4608 比特
9216 比特
3/4
6912 比特
9216 比特
比特交織
STiMi系統採用了比特交織作為內交織。LDPC編碼後的比特輸入到比特交織器進行交織。比特交織器採用 的塊交織器， 和 的取值見表2。LDPC編碼後的二進制序列按照從上到下的順序依次寫入塊交織器的每一行，直至填滿整個交織器，再從左到右按列依次讀出。
星座映射
STiMi系統支持BPSK、QPSK和16-QAM三種星座映射方案，可靈活地適應不同的傳輸速率需求。圖5給出了BPSK星座映射方案。
BPSK星座映射方案
OFDM調製
STiMi系統採用OFDM調製。頻域OFDM符號由數據子載波、離散導頻子載波和連續導頻子載波組成。離散導頻不承載任何信息，主要用來輔助接收機進行信道估計，進行相干檢測和解調。部分連連續導頻上承載了系統傳輸指示信息。OFDM符號中的有效子載波數目具體取值如下：
幀結構
給出了STiMi系統的基於時隙的幀結構。1秒共包含40個時隙（編號0~39），每個時隙為25毫秒，由1個信標和53個OFDM符號（編號0~52）組成。OFDM符號形成分別採用4096點（8 MHz頻寬模式）和1024點（2 MHz頻寬模式）的FFT操作實現，循環前綴長度分別為512點（8 MHz頻寬模式）和128點（2 MHz頻寬模式）。系統採樣速率分別是10 MSPS（8 MHz頻寬模式）和2.5 MSPS（2 MHz頻寬模式）。
為了實現系統的快速捕獲，STiMi系統採用了信標技術。信標結構見圖7，包括發射機標識信號（TxID）以及2個相同的同步信號。其中，發射機標識信號專為系統測量設備而設計，不用於普通的接收終端。
STiMi系統的基於時隙的幀結構
信標結構
STiMi系統效率
STiMi系統的系統淨荷數據率支持從2.046 Mbps到16.243 Mbps的不同速率（8 MHz頻寬模式），以及從0.409 Mbps到3.248 Mbps的不同速率（2 MHz頻寬模式），相應地，系統的頻譜效率可支持從0.255 bps/Hz到2.03 bps/Hz（8 MHz頻寬模式），以及從0.205 bps/Hz到1.624 bps/Hz（2 MHz頻寬模式）。
