面向大规模用户的多层广播和多播传输策略研究

Towards digital television terrestrial broadcasting (DTTB) and broadband mobile communications, this research project plans to investigate broadcast and multicast strategy for large amount of users within the coverage area. Improved transmission model of broadcasting and multicasting will be established, based on which the broadcast and multicast strategy with bit division multiplexing (BDM) is proposed to overcome the drawbacks of low overall spectrum efficiency and constrained resource allocation in conventional strategies. Criterion for evaluating the performance of the broadcast and multicast system will be modified to be more realistic, based on which the optimal channel resource allocation can be found. Different application scenarios will also be considered in this project, including different reception complexity and different antenna numbers. Software and hardware simulation platforms will also be established to verify the availability of the proposed theory and techniques, followed by field test of transmission prototype and planning of single-frequency-network using multi-layer broadcasting or multicasting strategy. We believe the research results can be employed in the existing or coming typical broadcasting and multicasting system, such as eMBMS system in LTE-A, multiple-service support in ATSC 3.0 and the second generation Chinese DTTB standard, and provides guidance for potential applications.

本项目针对地面数字广播和宽带移动通信中的广播和多播需求，面向大规模用户群，基于网络信息论研究多层（多类型业务）广播和多播策略。本项目将建立完善的多层广播和多播系统的传输模型，据此提出基于比特分割复用（BDM）技术的多层广播和多播策略,弥补了传统策略频谱效率较低或者资源分配灵活度较低的不足，并在传输模型和改进的评价指标指导下，找到最佳信道资源分配策略。本项目还将研究基于BDM技术的多层广播和多播方案在实际传输条件下的扩展应用，如不同接收复杂度和不同天线技术对于最佳信道资源分配策略的影响。本项目将构建软件、硬件仿真平台，并进行实际多层广播和多播的场地测试和单频网组网规划，验证研究成果的有效性和实用性。研究成果有望扩展应用到现有的典型广播和多播系统（例如LTE-A的eMBMS、ATSC3.0）及即将启动的中国第二代数字电视广播传输标准中，为其多层广播或多播提供理论指导和技术方案。

面对急剧增长的多媒体业务需求，中国迫切需要制定适应大规模用户、覆盖广泛并且传输快速的新一代无线多媒体广播多播标准。针对地面数字广播和宽带移动通信中的广播和多播需求，本项目在网络信息论的理论体系下，研究面向大规模用户的多层广播和多播策略。第一，本项目在网络信息论的指导下，建立面向大规模用户的广播和多播系统的传输模型建模，并结合实际网络和传输信道条件，改进广播多播系统的性能评价指标。第二，本项目根据改进的性能评价指标，评估现有的广播多播技术，并结合比特分割复用技术（一种新型叠加编码技术）提出一种分配更加灵活、性能更加优异的广播多播技术。为了支持更为广泛的应用场景，本项目还研究了该多层广播多播技术应用在多天线系统和单频网规划中的应用。第三，为了实现提出的广播多播技术的理论性能，本项目研究了基于该技术的多层广播和多播传输的实际方案。通过对星座映射方式、信道编码、比特交织以及解码算法等进行优化，该方案可以在与已有系统相近复杂度的条件下，支持不同的码长、码率，具有更强的鲁棒性，并获得更高的系统频谱效率。第四，本项目构建了相应的软件、硬件仿真平台和测试系统，对研究成果进行了性能仿真和验证。本项目还将研究成果扩展应用到现有的面向大规模用户的典型广播和多播系统，提出了分别基于宽带移动通信系统LTE-A 的eMBMS 系统的多播传输方案；ATSC 3.0 的多业务传输方案；中国第二代地面数字电视广播传输标准的多业务传输方案。本项目的研究成果可以为中国下一代地面数字电视广播传输标准在多层广播和多播技术方面超越现有最先进的技术标准提供理论基础和技术储备，也可以进一步为5G 及未来的移动通信系统的广播和多播应用提供理论指导和技术方案。