(по цифровому вещанию) Dvorkovich_V_Cifrovye_videoinformacionnye_sistemy

Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания

Таблица 21.28. Нормирующие множители для ячеек данных

Рис. 21.29. Принцип поворота звездной диаграммы OFDM сигнала для системы 16-QAM

Выходные ячейки G = (g0, g1, . . . , gNcells−1) заданы следующими выражениями:

где q = 1, 2, . . . , Ncells − 1, Φ — угол поворота, зависящий от типа модуляции (табл. 21.30).

Поворот созвездий должен использоваться только для передаваемых данных и не должен использоваться для ячеек сигнализации. Если поворот созвездия не применяется, ячейки передаются на перемежитель ячеек неизмененными, т. е. gqfq .

Таблица 21.29. Параметры временного перемежителя

Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания

каждой входной информации группируются в кадры перемежения (которые отображаются на один или несколько кадров). Каждый кадр перемежения содержит динамически изменяющееся целое число FEC-блоков. Число FEC-блоков в кадре перемежения с индексом n обозначается как NBLOCKS_IF(n), может изменяться от минимального значения 0 до наибольшей величины 1023 и сигнализируется в динамической сигнализации.

Каждый кадр перемежения либо отображается непосредственно на один кадр, либо распространяется на несколько кадров. Каждый кадр перемежения также делится на один или несколько (NT I ) блоков, где TI — блок временного перемежения, соответствующий однократному использованию памяти временного перемежителя. Число FEC-блоков, содержащихся в блоках кадра перемежения, может отличаться. При этом временное перемежение каждой исходной информации может быть выполнено с помощью трех опций (при активации путем соответствующей сигнализации):

–каждый кадр перемежения содержит один блок и отображается в точности на один кадр, как показано на рис. 21.31а;

–каждый кадр перемежения содержит один блок и отображается на несколько кадров (на рис. 21.31б показан пример, в котором один кадр перемежения отображается на два кадра);

–каждый кадр перемежения отображается в точности на один кадр, и кадр перемежения делится на несколько блоков, как показано на рис. 21.31в.

Каждый кадр перемежения либо отображается в точности на один кадр OFDM, либо распространяется на несколько кадров. Длина периода временного перемежения TP не должна быть больше одного суперкадра.

Временной перемежитель перемежает ячейки на протяжении одного TI-блока, содержащего динамически изменяющееся целое число FEC-блоков.

Максимальное число ячеек памяти временного перемежителя на один источник информации равно MT I = 219 + 215.

Временной перемежитель TI представляет собой строчно-столбцовый блоковый перемежитель: число строк Nr в перемежителе равно числу ячеек в FECблоке (Ncells), деленному на 5, и число столбцов Nc = 5 · NF EC (n, s). Отсюда число заполненных столбцов изменяется от TI-блока к TI-блоку в зависимости от скорости ячеек.

В целях достижения максимальной гибкости в выборе характеристик временного перемежителя кадры перемежения на выходе временного перемежителя могут быть разбиты на несколько субслайсов. Разбиение на субслайсы может использоваться в сочетании с опцией временного перемежения, при этом кадр перемежения делится на несколько TI-блоков.

Передаваемая информация может мультиплексироваться различным образом, например, как показано на рис. 21.32.

Генерация, кодирование и модуляция сигнализации уровня 1 (L1) обеспечивает приемник средствами доступа к магистралям физического уровня (PLP) в пределах T2-кадров. На рис. 21.33 показана структура сигнализации L1, разделенная на три основных сектора: сигнализация P1, сигнализация предобработки L1 и сигнализация постобработки L1. Сигнализация P1 предназначена для определения типа передачи и основных параметров передачи. Остальная сигнализация

21.3. Усовершенствованная система цифрового наземного ТВ-вещания DVB-T2

Рис. 21.31. Примеры временного перемежения информации

Рис. 21.32. Мультиплексная передача с временным разделением каналов (PLP) с различными периодами перемежения

передается в символе P2, где также могут передаваться данные. Сигнализация предобработки L1 позволяет принимать и декодировать сигнализацию постобработки L1, которая, в свою очередь, передает параметры, необходимые приемнику для доступа к магистралям физического уровня. В дальнейшем сигнализация постобработки L1 разбивается на две основные части: конфигурируемую и динамическую, после которых могут следовать опциональные поля расширения. Сигнализация постобработки L1 заканчивается кодом CRC и заполнением (если требуется).

Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания

Рис. 21.33. Структура сигнализации L1

Передаваемая в поле P1 информация (7 битов) относится к двум типам: первый тип (биты S1) используется для различения формата начального поля (тип кадра — SISO или MISO, т. е. одна или несколько передающих, но одна приемная антенна); второй тип (биты двух полей S2) помогает приемнику быстро охарактеризовать базовые параметры передачи — длину БПФ и типы начального поля. Символ начального поля P1 предназначен для выполнения четырех задач. Во-первых, он используется при сканировании исходного сигнала для быстрого распознавания сигнала T2. Второе назначение символа P1 — идентификация собственно начального поля системы T2. Символ P1 устроен так, что он может быть использован для того, чтобы отличать его от других форматов, используемых в частях последующего расширения (FEF), существующих в том же суперкадре. Третья задача — сигнализация базовых параметров передатчиков, необходимых для декодирования остальной части начального поля во время процесса инициализации. Четвертая задача символа P1 — дать возможность приемнику детектировать и корректировать частотную и временную синхронизацию.

Сигнализация предобработки L1 состоит из следующих полей:

–8-битовое поле, определяющее типы передаваемых входных потоков в текущем суперкадре (TS, GSE и др);

–3-битовое поле, характеризующее, сколько раз сигнал DVB-T2 был регенерирован;

–1-битовый флаг, указывающий, осуществляется ли динамическая сигнализация постобработки L1 также для следующего кадра;

–4-битовое поле, определяющее тип применяемого уменьшения отношения пиковой и средней мощностей (PAPR), если оно применяется;

–2-битовое поле, обозначающее тип кодирования блока данных сигнализации постобработки L1 (исходно указывается только скорость кода, равная 1/2);

21.3. Усовершенствованная система цифрового наземного ТВ-вещания DVB-T2

–4-битовое поле, характеризующее созвездие блока данных сигнализации постобработки L1;

–2-битовое поле, определяющее тип FEC-кода сигнализации L1 (исходно — LDPC 16 200);

–18-битовое поле, определяющее размер кодированного и модулированного блока данных сигнализации постобработки L1 в ячейках OFDM;

–18-битовое поле, задающее размер информационной части блока данных сигнализации постобработки L1, в битах, включая поле расширения, если оно присутствует, но не включая CRC-код;

–1-битовое поле, обозначющее наличие поля расширения сигнализации постобработки L1;

–1-битовое поле, определяющее, применяется ли расширенный режим несущих в случаях, когда длина БПФ составляет 8K, 16K и 32K;

–8-битовое поле, используемое для сигнализации присутствия сигналов идентификации передатчика в текущей географической соте;

–16-битовое поле, однозначно определяющее географическую соту в сети DVB-T2;

–16-битовое поле, однозначно определяющее текущую сеть DVB-T2;

–16-битовое поле, однозначно определяющее систему T2 в сети DVB-T2;

–3-битовое поле, определяющее число частот (NRF ) в системе T2; частоты перечисляются в конфигурируемых параметрах сигнализации постобработки L1;

–4-битовое поле, характеризующее расположение рассеянных пилотных несущих, используемых для символов данных OFDM;

–12-битовое поле, определяющее, число символов данных OFDM в T2-кадре, исключая символы P1 и P2;

–8-битовое поле, указывающее на число T2-кадров (NT 2) в суперкадре;

–3-битовое поле, имеющее такое же значение, что S1 в сигнализации P1;

–4-битовое поле, имеющее такое же значение, что S2 в сигнализации P1;

–3-битовое поле, определяющее защитный интервал в текущем суперкадре (1/32, 1/16, 1/8, 1/4, 1/128, 19/128 или 19/256);

–10-битовое поле, зарезервированное для последующего использования.

Для обнаружения ошибок сигнализации предобработки L1 применяется 32-би- товая кодовая последовательность CRC-32. При этом используется 32-разрядный сдвиговый регистр, инициализируемый единицами. Код CRC-32 основан на следующем полиноме:

G32(x) = x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x11 +

+ x10 + x8 + x7 + x12 + x5 + x4 + x2 + x + 1. (21.20)

Сигнализация постобработки L1 содержит параметры, обеспечивающие приемник достаточной информацией для декодирования нужных магистралей физического уровня. Эта сигнализация содержит два типов параметров, конфигурируемых и динамических, а также опциональное поле расширения. Конфигурируемые параметры должны всегда оставаться одинаковыми на протяжении одного суперкадра, в то время как динамические параметры предоставляют информацию,

Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания

относящуюся к текущему T2-кадру. Значения динамических параметров могут изменяться на протяжении одного суперкадра, в то время как размер каждого поля должен оставаться неизменным.

Поля сигнализации конфигурируемой сигнализации постобработки L1 содержат:

–15-битовое поле, определяющее суммарное число субслайсов (Nsubslices_total) для PLP данных во всех РЧ-каналах в одном T2-кадре;

–8-битовое поле, определяющее число PLP, передаваемых в текущем суперкадре;

–4-битовое поле, определяющее число вспомогательных потоков;

–8-битовое поле, зарезервированное для последующего использования;

–3-битовое поле, определяющее индекс каждой частоты, перечисленной в цикле;

–32-битовое поле, определяющее центральные частоты РЧ-каналов в Гц, перечисленные в цикле.

Следующие поля появляются только в том случае, если младший бит поля S2 равен «1»:

–4-битовое поле, которое должно определять тип кадра последующего расширения стандарта (FEF — Future Extension Frame);

–22-битовое поле, определяющее длину соответствующей части FEF как число элементарных периодов T от начала символа P1 части FEF до начала символа P1 следующего T2-кадра;

–8-битовое поле, определяющее число T2-кадров между двумя частями FEF.

Следующие поля появляются в цикле PLP:

–8-битовое поле, однозначно определяющее PLP в системе T2;

–3-битовое поле, определяющее тип соответствующей PLP;

–5-битовое поле, определяющее тип полезных данных, передаваемых в соответствующей PLP;

–флаг, устанавливаемый в «1», если PLP типа 1 в системе TFS встречается в каждом T2-кадре одного и того же РЧ-канала;

–3-битовое поле, указывающее, в каком РЧ-канале PLP данных типа 1 встречается в первом кадре суперкадра в системе TFS;

–8-битовое поле, содержащее значение идентификатора первого кадра суперкадра, в котором встречается текущая PLP;

–8-битовое поле, определяющее, к какой группе PLP в системе T2 относится текущая PLP;

–3-битовое поле, определяющее скорость кода, используемую связанной PLP (1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5 или 5/6);

–3-битовое поле, определяющее модуляцию, используемую связанной PLP (QPSK, 16-QAM, 64-QAM или 256-QAM);

–1-битовый флаг, определяющий, использует ли связанная PLP поворот созвездия;

–2-битовое поле, определяющее тип FEC, используемого связанной PLP (LDPC 16 200 или LDPC 64 800);

–10-битовое поле, определяющее максимальный размер полей PLP;

21.3. Усовершенствованная система цифрового наземного ТВ-вещания DVB-T2

–8-битовое поле, определяющее интервал T2-кадров (IJUMP ) в суперкадре для соответствующей PLP;

–8-битовое поле, определяющее тип и порядок перемежения блоков в соответствующих кадрах;

–1-битовое поле, определяющее тип временного перемежения;

–1-битовое поле, определяющее, содержит ли текущая PLP информацию внутриполосной сигнализации;

–16-битовое поле, зарезервированное для последующего использования;

–32-битовое поле, зарезервированное для последующего использования.

Следующее 32-битовое поле зарезервировано в цикле вспомогательных потоков. Динамическая сигнализация постобработки L1 содержит:

–8-битовое поле, определяющее индекс текущего T2-кадра в суперкадре;

–22-битовое поле, определяющее число ячеек OFDM от начала одного субслайса одной PLP до начала следующего субслайса той же самой PLP, передаваемой по тому же РЧ-каналу для следующего T2-кадра (или следующего через один T2-кадр);

–22-битовое поле, характеризующее стартовую позицию первой из PLP типа 2, использующих схему адресации ячеек;

–8-битовое поле, определяющее число стоящих перед ним суперкадров, конфигурация которых (т. е. содержимое полей в сигнализации предобработки или постобработки L1) должна измениться;

–3-битовое поле, содержащее идентификатор (ID) стартовой частоты кадра TFS по расписанию, для следующего T2-кадра;

–8-битовое поле, зарезервированное для последующего использования.

Следующие поля появляются в цикле PLP:

–8-битовое поле, однозначно определяющее PLP в системе T2;

–22-битовое поле, определяющее стартовую позицию соответствующей PLP в текущем T2-кадре (следующий T2-кадр в случае TFS);

–10-битовое поле, определяющее число блоков FEC, содержащихся в текущем кадре перемежения для текущей PLP (в случае TFS это относится к кадру перемежения, который отображается на следующий T2-кадр);

–8-битовое поле, зарезервированное для последующего использования.

Следующее 32-битовое поле зарезервировано для последующего использования при вспомогательной сигнализации.

Для повышения надежности динамической части сигнализации постобработки L1 информация может быть повторена в начальных полях двух следующих друг за другом T2-кадрах.

Поле расширения сигнализации постобработки L1 обеспечивает возможность дальнейшего развития сигнализации L1. На его присутствие указывает поле сигнализации предобработки L1.

32-битовый код (поле CRC) обнаружения ошибок применяется ко всей сигнализации постобработки L1, включая конфигурируемую сигнализацию, динамическую сигнализацию для текущего T2-кадра, динамическую сигнализацию для

Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания

следующего T2-кадра, если она присутствует, и поле расширения сигнализации постобработки L1, если оно присутствует.

Поле заполнения L1 вставляется после поля CRC сигнализации постобработки L1, обеспечивая одинаковый информационный размер для нескольких блоков кода LDPC сигнализации постобработки L1, когда сигнализация постобработки L1 сегментируется на несколько блоков, и эти блоки кодируются по отдельности.

Сигнализация предобработки L1 защищается с помощью последовательного соединения внешнего кода БЧХ и внутреннего кода LDPC. Биты сигнализации предобработки L1 имеют фиксированную длину и сначала закодированы с помощью кода БЧХ, при этом проверочные биты кода БЧХ сигнализации предобработки присоединяются в конец сигнализации предобработки. Последовательно соединенные сигнализация предобработки L1 и проверочные биты кода БЧХ подвергаются дальнейшей защите с помощью сокращенного и прореженного кода LDPC со скоростью 1/4 (Nldpc = 16 200). Следует обратить внимание на то, что код LDPC 16 200 со скоростью 1/4 имеет эффективную скорость кода 1/5, определяемую отношением информационной длины к длине блока на выходе кодера. Для определения операции сокращения используется входной параметр Ksig = 200, равный информационной длине сигнализации предобработки Kpre. Параметр Npunc, используемый для определения операции прореживания,

где Kbch = 3072 определяет число информационных бит кода БЧХ, а Reff = 1/5 — эффективная скорость кода LDPC для сигнализация предобработки L1.

После сокращения и прореживания кодированные биты сигнализации предо-

Nbch_parity = 168 — число проверочных битов кода БЧХ для кодов LDPC 16 200. Число битов сигнализации постобработки L1 является переменной величиной, и биты передаются с помощью одного или нескольких блоков кода LDPC 16 200

в зависимости от длины сигнализации постобработки L1. Число N

блоков кода LDPC для сигнализации постобработки L1 определяется следующей формулой:

где x означает целое число большее или равное x, Kbch = 7032 для кода LDPC 16 200 со скоростью кода 1/2 (эффективная скорость кода 4/9), и Kpost_ex_pad определяет число информационных битов для сигнализации постобработки L1.

Число информационных битов Ksig в каждом из блоков Npost_FEC_Block определяется по формуле

где Kpost — полная длина всей сигнализации постобработки L1, включая поле заполнения.

Каждый блок с информационным размером Ksig защищается с помощью последовательного соединения внешних кодов БЧХ и внутренних кодов LDPC.

21.3. Усовершенствованная система цифрового наземного ТВ-вещания DVB-T2

Каждый блок должен быть сначала закодирован кодом БЧХ, где его проверочные биты кода БЧХ Nbch_parity = 168 присоединяются в конец информационных битов каждого блока. Последовательно соединенные информационные биты каждого блока и проверочные биты кода БЧХ подвергаются дальнейшей защите с помощью сокращенного и прореженного кода LDPC 16 200 со скоростью 1/2 (эффективная скорость кода LDPC 16 200 со скоростью кода 1/2,

Reff_16K_LDPC_1_2, составляет 4/9).

Для заданного Ksig и порядка модуляции (BPSK, QPSK, 16-QAM или 64-QAM используются для сигнализации постобработки L1), вычисляется число проверочных битов кода LDPC, которые должны быть исключены при прореживании.

Если используются 16-QAM или 64-QAM, побитовое перемежение должно применяться к каждому блоку кода LDPC. При использовании BPSK или QPSK, побитовое перемежение не применяется.

Число Ksig битов должно быть закодировано в кодовое слово LDPC 16 200 после кодирования БЧХ. Если Ksig меньше, чем число информационных битов БЧХ-кода (Kbch) для заданной скорости кода, код БЧХ должен быть сокращен. Часть информационных битов кода LDPC 16 200 при этом заполняется нулями до заполнения Kbch информационных битов. Биты заполнения не должны передаваться. Все Kbch информационных битов кода БЧХ, обозначенные как (m0, m1, . . . , mKbch−1), делятся на NgroupKldpc/360 групп в соответствии со сле-

где Xj обозначает j-ю группу битов. Параметры кодов сигнализации предобработки и постобработки L1 (Kbch, Kldpc) приведены в табл. 21.31.

Таблица 21.31. Параметры кодов сигнализации предобработки и постобработки L1

Kbch Kldpc

Сигнализация предобработки L1 3072 3240

Сигнализация постобработки L1 7032 7200

Для 0 j Ngroup − 2 каждая группа битов Xj содержит 360 битов, и последняя группа битов XNgroup−1 содержит 360 − (Kldpc − Kbch) = 192 бита, как показано на рис. 21.34а.

Для заданного Ksig, число битов заполнения нулями вычисляется как (Kbch − − Ksig). На рис. 21.34б в качестве примера показано сокращение информационных битов кода БЧХ — заполнение позиций информационных битов кода БЧХ Ksig информационными битами с ненулевым заполнением.

Информационные биты Kbch (включая Kbch–Ksig биты, заполненные нулями) сначала кодируются кодом БЧХ для генерирования Nbch = Kldpc выходных битов

(i0 . . . iNbch−1).

NbchKldpc выходные биты (i0 . . . iNbch−1) BCH кодера, включая (Kbch − Ksig) биты, заполненные нулями, и (Kldpc − Kbch) проверочные биты кода БЧХ формируют Kldpc информационные биты I = (i0, i1, . . . iKldpc−1) для LDPC-кодера. Кодер LDPC систематически кодирует Kldpc информационные биты в кодовое

слово Λ размером Nldpc:

Λ = (i0, i1, . . . , iKldpc−1, p0, p1, . . . , pNldpc−Kldpc−1).