696_Formirovanie_radiosignalov_CHast'_1._UMO_

способность, хотя и предъявляет большие требования к линейности транспондера.

Рис. 19 - Констелляции 16 АPSK и 32 АPSK оптимизированы для работы по нелинейному транспондеру размещением точек на окружностях.

3.5.2. Системные исполнения DVB - S2.

Система DVB - S2 может использоваться в конфигурациях “одна несущая в транспондере” или “много несущих в транспондере” (используется FDM – частотное мультиплексирование). Очевидно, что при одной несущей символьная скорость передачи Rs будет соответствовать полосе пропускания транспондера (BW = Rs). При наличии же нескольких несущих, Rs будет соответствовать выделенному частотному диапазону данной услуги. Максимальное же число предоставляемых услуг будет ограничено как полосой транспондера и требуемой скоростью каждой из предоставляемых услуг, так и допустимым уровнем взаимных помех между смежными несущими.

При одной несущей, в зависимости от выбранной скорости кодирования и модуляционной констелляции, система может работать при C/N от -2,4 dB (используя QPSK 1/4) до 16 dB (используя 32 АPSK 9/10). Результаты расчетов смодулированых на компьютере (рис.20) для вероятности ошибки пакета 10-7 как для DVB - S2. так и для DVB - S/DVB - DSNG, и соответствуют примерно одному ошибочному пакету TS информации за час передачи TV услуги на скорости 5 Мбит/с. При традиционном канале с гауссовым шумом увеличение пропускной способности составляет 20-35% в сравнении с DVB - S и DVB - DSNG при тех же условиях передачи или улучшение на 2…2,5 dB условия приема при той же эффективности спектра Ru.

41

Рис. 20 - Результаты расчетов смодулированых на компьютере.

На рис. 21 представлена спектральная эффективность DVB - S2 для постоянной SAT полосы пропускания BW = Rs·(1 + α) c гауссовым шумовым каналом при идеальной демодуляции. Кривые рис. 21 не учитывают ухудшение характеристик, ожидаемое на спутниковом канале из-за изменения формы спектра сигнала, обязанное уменьшению фактора roll - off (α). Для DVB - DSNG принято α = 0,35, как наихудший случай (возможно и α = 0,25).

Для режимов APSK (т.е. с амплитудной и фазовой модуляциями) возможно введение предыскажений на приемной стороне, что позволяет использовать каскад SAT усилителей в режиме, близкому к насыщению, тем самым увеличивая выходную мощность, что особенно важно для режима 32 APSK. Для таких случаев используют специальные профессиональные малошумящие конвертеры (LNC), цена на которые выше, чем на бытовые конвертеры.

При множестве несущих в конфигурации ретранслятора введение схемы предыскажений не приносит должного результата ни для одной из схем модуляции. Исходя из этого, приходится снижать выходную мощность передатчика (т.е. работать в квазилинейном режиме), в результате чего снижается и реализуемое значение C/N.

42

Рис. 21 - Спектральная эффективность DVB - S2 для постоянной SAT полосы пропускания BW = Rs·(1 + α) c гауссовым шумовым каналом при идеальной демодуляции.

Режимы, совместимые с обратным направлением, определены стандартом DVB - S2 в одном спутниковом канале связи для двух информационных TS. Первый поток (с высоким приоритетом - НР) совместим как с DVB - S, так и с DVB - S2 приемниками. Второй же поток (с низким приоритетом - LP) совместим только с DVB - S2 приемниками. Наличие двух потоков вызвано неизбежностью наличия довольно длительного переходного периода от DVB - S к DVB -S2 ввиду большого количества уже используемых DVB - S приемников. Только в конце миграционного периода, когда будет наблюдаться полная модуляция DVB - S2 приемников, излучаемый сигнал может быть изменен к несовместимому с реверсным направлением режиму, используя таким образом полный потенциал пропускной способности DVB - S2. Совместимость реверсных направлений может быть осуществлена по двум технологиям:

•С многоуровневой модуляцией в асинхронном режиме. Такой рабочий режим является традиционным для любого ВЧ канала, в силу чего он и не нашел отражения в спецификации DVB - S2. При этом DVB - S сигнал передается на значительно более высоком уровне мощности в сравнении с DVB - S2. Так как результирующий комбинированный сигнал подвергается значительным амплитудным изменениям огибающей, то он должен передаваться на квазилинейном транспондере, т.е. в режиме, далеком от режима насыщения. Как вариант, с целью наилучшего использования SAT источников энергии, НР и LP сигналы могут усиливаться независимыми спутниковыми усилителями (НРА), работающими вблизи режима насыщения.

43

Результирующие сигналы затем суммируются на канале нисходящего потока. Однако, такой подход требует разработки и запуска спутников нового поколения.

•Иерархическая модуляция, при которой два НР и LP информационных TS синхронно комбинируются на символьном уровне модуляции на неравномерной 8 PSK констелляции. Так как результирующий сигнал в этом случае будет иметь квазипостоянную огибающую (отсутствие амплитудной модуляции), то он может быть передан на единственном транспондере, работающем вблизи режима насыщения. Такое решение включено в стандарт DVB - S2 как опция.

Рис. 22 - Иерархическая модуляция.

Иерархическая модуляция, предусматривает использование двух параллельных каналов (рис. 22): DVB - S и DVB - S2. По второму каналу (LP – низкий приоритет) увеличивается размерность констелляции до неравномерной 8 PSK (рис. 23). Из всех возможных конфигураций DVB - S2 потока разрешается только нормальная конфигурация FEC фрейма с 64 800 битами (720 слотов × 90 бит). Угол девиации q (рис. 23) может изменяться по требованию пользователя: большие углы θ улучшают C/N по отношению к LP и понижают C/N для НР.

Рис. 23 - Размерность констелляции неравномерной 8 PSK.

Для справочной информации, в табл.17 приведено отношение скоростей

где: C/NQPSK заимствуется (табл. 18) для пакетной вероятности ошибки в

10-7 (канал AWGN);

М – конструктивный коэффициент запаса (минимальное значение М = 0,8

На рис. 24 представлены требуемые C/N для НР и LP потоков в зависимости от угла θ для неуниформной 8 PSK констелляции при различных скоростях кодирования. Короткими точками на рис. 24 указаны границы реализации режима реверсного канала. Фактически, с увеличением угла θ, констелляция становится более похожей на стандартную 8 PSK (рис. 21).

45

Приведенные расчеты выполнены для наихудшего случая (α = 0,2) при символьной скорости в 20 Мбод.

Рис. 24 - требуемые C/N для НР и LP потоков в зависимости от угла θ для

неуниформной 8 PSK.

Адаптивное кодирование и модуляция (АСМ) является “изюминкой” DVB - S2. Такой режим работы применим для приложений класса “точка-точка” (двухточечные приложения, например, IP вещание в один адрес или DSNG). Суть режима АСМ сводится к тому, что в зависимости от приема сигнала (например, наличия дождя), меняется режим работы модулятора DVB - S2, т.е. изменяются скорость кодирования (SR) и формат модуляции, вследствие чего меняется и требуемое C/Nтреб у абонента. Проще говоря, режим АСМ позволяет достигать максимальной скорости цифрового потока для любых погодных условий. Порог C/N устанавливается на приемной стороне потребителем данной услуги (рис. 25) за счет непрерывного измерения C/N + I (отношение несущая/шум + помеха) и посылки измеренного значения на вещательную наземную передающую станцию посредством реверсного канала. При этом параметры кодирования и модуляции могут изменяться от кадра к кадру.

Чтобы избежать переполнения принимаемой информации во время плохих условий приема (SR понижается), устанавливается механизм управления скоростями информационных потоков. Иными словами, осуществляется автоматическая адаптация полезного трафика к физическим возможностям канала. Критической проблемой в системах АСМ является временная задержка в петле адаптации физического уровня, поскольку это непосредственно связано с системной возможностью отслеживания изменений состояния канала. Так, значительные временные задержки могут приводить или к потере некоторых кадров при резком ухудшении прохождения сигнала (плохие погодные условия, обычно это не более 1 dB в секунду) или к потере

46

потенциальной пропускной способности канала. Сознательное же увеличение защитного порога срабатывания системы АСМ (по аналогии с АРУ) приведет к экономической нецелесообразности ее использования.

Рис. 25 - Адаптивное кодирование и модуляция (АСМ).

Чтобы избежать переполнения принимаемой информации во время плохих условий приема (SR понижается), устанавливается механизм управления скоростями информационных потоков. Иными словами, осуществляется автоматическая адаптация полезного трафика к физическим возможностям канала. Критической проблемой в системах АСМ является временная задержка в петле адаптации физического уровня, поскольку это непосредственно связано с системной возможностью отслеживания изменений состояния канала. Так, значительные временные задержки могут приводить или к потере некоторых кадров при резком ухудшении прохождения сигнала (плохие погодные условия, обычно это не более 1 dB в секунду) или к потере потенциальной пропускной способности канала. Сознательное же увеличение защитного порога срабатывания системы АСМ (по аналогии с АРУ) приведет к экономической нецелесообразности ее использования.

Отметим, что механизм работы системы АСМ довольно сложен, особенно на уровне подсистемы для поддержки АСМ с MPEG - TS (например, мультиплексирование аудио, видео, мультимедиа и IP потоков с CBR и VBR), где осуществляется добавление и удаление нулевых пакетов с формированием CBR (TS с постоянной скоростью). Но, не смотря на всю сложность системы АСМ, в зависимости от параметров линии связи и ее конфигурации, она позволяет увеличить пропускную способность до 200% в сравнении с ССМ (постоянство кодирования и модуляции).

47

ГЛАВА 4

ОСНОВЫ ЦИФРОВОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ В СТАНДАРТЕ DVB -

T/H

4.1. Входной сигнал передатчика DVB.

Транспортный поток состоит из TS пакетов длиной 188 или 204 байт. Каждый из TS пакетов состоит из заголовка и поля данных, например, аудио, видео, телетекст. Заголовок каждого пакета содержит информацию о содержании этого пакета и используется демультиплексером или декодером для выделения требуемого потока данных. Заголовок начинается с символа синхронизации (0x47 в шестнадцатеричном формате), используемого для распознавания начала пакета (рис. 26). Далее идут три однобитовых флага (ошибки передачи, начало пакета ПЭП (пакетированный элементарный поток), приоритетной передачи) и 13-ти битовый идентификатор типа пакета PID (Program IDentifier) указывающий на принадлежность пакета тому или иному потоку данных. PID служит основным признаком, по которому демультиплексер сортирует приходящие пакеты на приемной стороне. Из общего числа 8192 возможных значений PID 16 выделены на общесистемные цели, номер 8191 (О*1FFF) закреплен за байтами стаффинга, остальные могут назначаться пользователем произвольно (рис. 27).

Рис. 26 - Структура транспортного потока.

Рис. 27 - Представление таблицы соединения программ (PID пакета с NIT равен 16, а PID пакета с информацией PMT о программе 1 равен 21).

48

Например, транспортный поток может содержать пакетизированные элементарные видео - потоки (PES) в пакетах с PID 100, аудио - PES в пакетах с PID 101 и данные синхронизации, принадлежащие к этим потокам в пакетах с PID 102. Но для вторых видео - PES данные синхронизации могут быть в пакетах с PID 200. Итак, в одном транспортном потоке может передаваться много элементарных потоков PES. Но как декодер узнает, какие пакеты (PID - коды) принадлежат определенной программе? Именно для этой цели транспортный поток содержит сервисную информацию (Service Information, SI). Сервисная информация содержится в нескольких специальных таблицах. Эти таблицы передаются как отдельные потоки, подобно видео - и аудио - потокам. Большинство потоков таблиц сервисной информации имеют фиксированный известный ID, так что декодер всегда может найти их. Ниже приведены наиболее важные SI таблицы с их PID - кодами.

Таблица 19. SI таблицы с PID – кодами.

Наиболее важными являются PAT и PMT таблицы. Таблица PAT содержит названия всех программ в данном потоке и пакетные идентификаторы (PID - коды) для PMT этих программ (таблиц структуры программ). Если ресивером принимается неизвестный транспортный поток, то он вначале дожидается TS пакетов с PID = 0, содержащих таблицу PAT, затем, в свою очередь, PAT таблица сообщает ресиверу коды PID таблицы структуры программ PMT в этом потоке.

Таблицы PAT и PMT используются для привязки определенными пакетных идентификаторов PID к конкретным программам и к компонентам программ, т.е. к видео, аудио и данным. PMT таблицы включаются в поток для каждой телепрограммы и содержат пакетные идентификаторы компонентов телепрограммы – видео, звука, данных синхронизации. Каждая программа имеет собственную таблицу PMT. Если мы желаем, к примеру, принимать 3-ю программу в транспортном потоке, приемник будет использовать информацию 3-ей PMT таблицы, которая, в свою очередь, сообщает ресиверу о типе программы и PID - кодах аудио-, видеоданных, телетекста, информации условного доступа и подобной информации, принадлежащей этой программе.

Другие таблицы сервисной информации SI дают дополнительную информацию о вещателе, транспортном потоке, программах и о событиях в программах.

Дополнительно с PID = 0010 hex передается NIT (Network Information Table) – таблица сетевой информации, которая содержит параметры системы

49

передачи данных - Идентификатор сети, частоту транспондера, орбитальную позицию и т.п.

С PID = 0010 hex в поток включается BAT (Bouquet Association Table) -

таблица групп программ с информацией о группировке программ по определенной тематике - спорт, фильмы, музыка, новости.

Существует также EIT (Event Information Table) - таблица Событий ТВ с PID = 0012 hex, которая содержит информацию о событиях в программе - начале фильма, продолжительности и TDT - Таблица Дата/Время с PID = 0014 hex позволяют компьютеру ресивера построить EPG (Electronic Programmed Guides) - электронное расписание программ.

Анализаторы транспортного потока, которые позволяют оператору в процессе настройки мультиплексоров фильтровать ненужные сервисы. Для инжекции в транспортный поток необходимой оператору сервисной информации используются PSI/SI генераторы. Поскольку сервисная информация передается в TS как последовательная серия иерархических таблиц, PSI/SI генераторы называют ещё «карусельными» генераторами.

Передача информации пакетами фиксированной длины и система идентификаторов имеют свои преимущества. Пропускная способность в этом случае используется в максимальной степени и может динамически перераспределяться между программами.

Можно добавить новые PEP или удалить ненужные, не меняя в целом структуры потока. Для извлечения необходимой информации приемнику декодеру не нужно знать детальную структуру потока. Достаточно указать только PID, который находится в заголовке на одном и том же месте.

После PID идут последовательно 8 битов –

•2-битовый указатель скремблирования TS;

•2-битовый индикатор наличия полей адаптации в пакете. Поле адаптации занимает часть области полезных данных и служит для ввода управляющих, синхронизирующих и вспомогательных символов, передаваемых не в каждом пакете.

•4-битовый счетчик непрерывности – позволяет декодеру

обнаруживать потерю пакетов последовательных данных и принимать меры по его замене.

Область полезных данных транспортного пакета значительно меньше, чем обычная длина пакета ПЭП. Поэтому, последний для укладки в пакеты TS, должен определенным образом разрезаться.

Если в пакете присутствует поле адаптации, оно имеет структуру, показанную на рис. 28.

Первый байт указывает длину поля, затем следуют три однобитовых указателя – непрерывности, случайного доступа и приоритета случайного потока. Первый указатель свидетельствует о непрерывности счета времени во временных метках и необходим на приеме для мониторинга TS.

PCR – Program Clock Reference - ссылка на программные часы.

50