(по цифровому вещанию) Dvorkovich_V_Cifrovye_videoinformacionnye_sistemy

Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания

Рис. 21.34. Формат данных после LDPC кодирования сигнализации L1(а); пример сокращения информационной части кода БЧХ (б); группы проверочных бит в блоке FEC (в)

После кодирования LDPC некоторое количество проверочных битов LDPCкода исключается при прореживании.

Все Nldpc − Kldpc проверочные биты LDPC-кода (p0, p1, . . . , pNldpc−Kldpc−1) делятся на Qldpc проверочных групп, где каждая проверочная группа образуется из

подмножества Nldpc - Kldpc проверочных битов LDPC-кода следующим образом:

Pj = {pk |k mod q = j, 0 k < Nldpc− Kldpc} для 0 j < q,

где Pj обозначает j-ю проверочную группу. Каждая группа содержит (Nldpc − − Kldpc)/Qldpc = 360 битов, как показано на рис. 21.34в.

Далее производится операция перестановки данных, различная для сигнализации предобработки и постобработки L1 и зависящая от скорости кода и вида модуляции.

Биты (Kbch − Ksig), заполненные нулями, удаляются и не передаются. При этом в составе слова остается Ksig информационных битов, за которыми следуют 168 проверочных бит кода БЧХ и (Nldpc − Kldpc − Npunc) проверочных битов LDPC-кода.

Если для сигнализации постобработки L1 применяется модуляция 16-QAM или 64-QAM, кодовое слово кода LDPC длиной Npost, состоящее из Ksig информационных битов, 168 проверочных битов кода БЧХ и (9000 − Npunc) прове-

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

рочных битов LDPC-кода, подвергаются побитовому перемежению с помощью перемежителя (табл. 21.32).

Таблица 21.32. Структура побитового перемежителя

Каждый бит сигнализации предобработки L1 отображается непосредственно на созвездие BPSK, в то время как сигнализация постобработки L1 сначала демультиплексируется на кодовые слова несущих, а затем кодовые слова несущих отображаются на созвездия.

Каждое кодовое слово кода LDPC после побитового перемежения, прореживания и сокращения, представляющее собой последовательность из Npost битов,

V = (ν0 . . . νNpost−1), где NpostKsig +168+9000−Npunc, отображается на созвездия. Для этого сначала входные биты демультиплексируются в параллельные кодо-

вые слова ячеек, а затем эти кодовые слова ячеек отображаются на значения созвездий. Число выходных ячеек данных и эффективное число битов на ячейку ηmod определены в табл. 21.33.

Входной битовый поток vdi демультиплексируется на Nsubstreams (см. табл. 21.33) подпотоков be,do.

Биты сигнализации предобработки y0,q и кодовые слова несущих сигнализации постобработки L1 [y0,q . . . yη mod −1,q] отображаются на созвездия f_preq и f_postq соответственно, где q — индекс несущих в каждом кодовом слове LDPC-ко- да после побитового перемежения. Для сигнализации предобработки 0 q < 1840, а для сигнализации постобработки L1 0 q < NMOD_per_Block. После этого кодированные и модулированные несущие сигнализации постобработки L1, соответствующие каждому кодовому слову T2-кадра номера m, объединяются для формирования единичного блока несущих f_postm,i, где i — индекс несущих в единичном блоке 0 i < NMOD_Total. Кодированные и модулированные несущие сигнализации предобработки L1 для T2-кадра номера m формируют единичный блок несущих f_prem,i, где i — индекс несущих в единичном блоке 0 i<1840. Затем кодированные и модулированные несущие сигнализации предобработки и постобработки L1 отображаются на символы P2.

Таблица 21.33. Параметры для побитового отображения на созвездия

Функция модуля формирования кадров заключается в компоновке ячеек, генерируемых временнымми перемежителями для каждой PLP, и ячеек модулированных данных сигнализации L1 в массивы активных ячеек OFDM, соответствующие каждому из символов OFDM, составляющему общую кадровую структуру.

Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания

Рис. 21.35. Кадровая структура (а); суперкадр, включающий T2-кадры и части FEF (б)

Структура T2-кадра показана на рис. 21.35а и состоит из суперкадров, которые делятся на T2-кадры, которые, в свою очередь, делятся на символы OFDM. Суперкадр состоит из NT 2 T2-кадров. T2-кадр начинается с одного символа P1 и NP 2 символов P2, за которыми следуют Ldata символов данных. Кроме того, суперкадр может содержать несколько частей FEF (Future Extension Frame) — кадров для последующего расширения, использование которых является опциональным. Эти кадры могут передавать данные способом, не известным приемнику DVB-T2, имея в виду текущую версию стандарта (рис. 21.35б).

Длительность суперкадра TSF определяется следующим образом:

где NFEF — число частей FEF в суперкадре, TFEF — длительность части FEF. Максимальное значение размера суперкадра TSF равно 64 с, если кадры FEF

не используются (что эквивалентно 256 кадрам размером 250 мс), и 128 с в случае использования кадров FEF.

T2-кадр содержит один символ начального поля P1 (идентификации базового режима передачи символов DVB-T2), за которым следует один или несколько символов начального поля P2 (передает информацию о кодировании и модуляции, включая базовую информацию о системе T2 и данные, необходимые для декодирования сигнализации постобработки L1), за которыми следует конфигурируемое количество символов данных.

Длительность T2-кадра определяется как:

где Ts — общая длительность символа OFDM, и TP 1 — длительность символа P1.

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

Максимальное значение длительности кадра TF равно 250 мс. Таким образом, максимальное значение LF для ширины полосы канала 8 МГц приведено в табл. 21.34.

Таблица 21.34. Максимальная длина кадра LF в символах OFDM

н/п — не предусмотрено

Модуль формирования кадров должен отображать ячейки, поступающие как от временного перемежителя (для PLP), так и от модуля отображения созвездий (для сигнализации предобработки и постобработки L1) на ячейки данных xm,l,p каждого символа OFDM в каждом кадре, где m — число T2-кадров; l — индекс символа в кадре, начинающийся с 0 для первого символа P2, 0 l < LF ; p — индекс ячейки данных в символе до частотного перемежения и вставки пилотной несущей.

Число активных несущих CP 2, не используемых в качестве пилотных или резервируемых, в одном символе P2 определено в табл. 21.35, т. е. общее число активных несущих во всех символах P2 равно NP 2 · CP 2.

Таблица 21.35. Число ячеек данных CP 2 в одном символе P2

Число активных несущих Cdata, также не используемых в качестве пилотных, в одном нормальном символе при обычном и расширенном режиме несущих для 8K, 16K и 32K приведены в табл. 21.36 (PP: 4-битовое поле, определяющее расположение рассеянных пилотных несущих используемых для символов данных OFDM).

В некоторых сочетаниях длины БПФ, защитного интервала и расположения пилотных несущих, последний символ T2-кадра является специальным последним символом кадра FC. Пилотные несущие расположены в нем с большей плотностью, чем в других символах данных, и некоторые из ячеек с целью поддержания одинаковой общей энергии символа не модулируются. Если последний символ кадра присутствует, число содержащихся в нем ячеек данных обозначается как NF C , а меньшее число активных ячеек обозначается как CF C .

Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания

Таблица 21.36. Число ячеек данных Cdata в одном символе данных

Примечание: Незаполненные ячейки таблицы указывают на то, что соответствующее сочетание длины БПФ и расположения пилотных несущих никогда не используется.

Таким образом, число активных ячеек OFDM в одном T2-кадре (Ctot) зависит от параметров кадровой структуры, включая присутствие или отсутствие

последнего символа кадра, и задано следующим выражением:

(21.27) Число NP 2 символов P2 зависит от используемой длины БПФ и определено

в табл. 21.37.

Таблица 21.37. Число символов P2 (NP 2) для различных режимов БПФ

Число ячеек OFDM, предназначенное для передачи PLP в одном T2-кадре, задается формулой:

где DL1 — число ячеек OFDM, требуемое для передачи всей сигнализации L1. Значения DL1 и DP LP не изменяются от T2-кадра к T2-кадру, но могут из-

меняться от суперкадра к суперкадру.

PLP данные передаются в субслайсах, число которых может быть от 1 до 6480. Структура T2-кадра изображена на рис. 21.36а.

Конфигурация структуры T2-кадров передается с помощью сигнализации предобработки и постобработки L1. Местоположение самих PLP в T2-кадре может динамически изменяться от T2-кадра к T2-кадру, и это сигнализируется как в динамической части сигнализации постобработки L1, в символах P2, так и во внутриполосной сигнализации (рис. 21.36б).

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

Рис. 21.36. Структура T2-кадра (а); сигнализация L1 в системе с одним РЧ-каналом (б); отображение PLP-данных на символы (в)

Слайсы и субслайсы PLP вспомогательных потоков и пустых ячеек отображаются на символы T2-кадра, как показано на рис. 21.36в. T2-кадр начинается с символа P1, за которым следуют NP 2 символов P2. Сигнализация предобработки и постобработки L1 сначала отображается на символы P2. После этого общие PLP отображаются сразу после сигнализации L1. PLP-данные передаются после общих PLP, начиная с PLP1 типа 1. PLP типа 2 передаются после PLP типа 1. Вспомогательный поток или потоки, если они присутствуют, передаются после PLP типа 2, и после них могут следовать пустые ячейки. Вместе PLP, вспомогательные потоки и пустые ячейки должны в точности заполнять оставшиеся ячейки в кадре.

Кодированные и модулированные ячейки сигнализации предобработки и постобработки L1 для T2-кадра m(f_prem,i и f_postm,i) отображаются на символы P2 следующим образом: ячейки сигнализации предобработки L1 построчно зигзагообразно отображаются на активные ячейки символов P2 в соответствии с соотношением:

где: DL1pre = 1840 — число ячеек сигнализации предобработки L1 на T2-кадр, NP 2 — число символов P2, приведенное в табл. 21.37, xm,l,p — активные несущие каждого символа OFDM; ячейки сигнализации постобработки L1 построчно зигзагообразно отображаются на активные ячейки символов P2 после ячеек сигнализации предобработки L1 и описываются следующим уравнением:

Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания

где DL1post — число ячеек сигнализации постобработки L1 в T2-кадре, DL1post

DMOD_Total.

После отображения данных L1 на символы P2 оставшиеся активные ячейки данных xm,l,p в символах P2 и символы данных могут быть использованы в PLP.

PLP подразделяются на 3 типа, которые сигнализируются в поле сигнализации постобработки: общие PLP, PLP типа 1 и типа 2. Общие PLP и PLP типа 1 содержат в точности один субслайс на T2-кадр, тогда как PLP типа 2 содержат от 2 до 6480 субслайсов на T2-кадр.

Вкадре передаются Mcommon общих PLP, M1 PLP типа 1 и M2 PLP типа 2,

ипланировщик выбирает количество блоков для каждого кадра перемежения

каждой PLP, такие, чтобы общее число ячеек всех PLP плюс любые вспомогательные потоки не превышало число ячеек, зарезервированных для данных.

Результирующие значения Di должны удовлетворять следующему выражению:

где Di,common — число ячеек OFDM Di, требуемое для передачи общей PLP с индексом i, Di,,j — число ячеек OFDM Di, требуемое для передачи PLP данных i типа j, Maux — число вспомогательных потоков и Di,aux — число ячеек, занятых вспомогательным потоком i.

Одномерная схема адресации (0. . . DP LP −1) определена для активных ячеек данных, которые не используются для сигнализации L1. Схема адресации определяет порядок, в котором ячейки из субслайсов PLP назначаются активным ячейкам данных, а также используются для сигнализации местоположений субслайсов всех PLP в динамической части сигнализации постобработки L1.

В качестве примера на рис. 21.37 приведена адресация ячеек OFDM общих PLP и PLP 1-го и 2-го типа.

Ячейки общей PLP для конкретного T2-кадра отображаются последовательно одна за другой на отдельный непрерывный диапазон адресов ячеек кадра, в порядке повышения адресов. Общие PLP, если они присутствуют, отображаются, начиная с адреса 0. Если используется несколько общих PLP, ячейки следующей общей PLP начинаются с адреса, следующего сразу после последней ячейки предыдущей общей PLP, и всегда с данных, записанных в порядке увеличения адресов.

Ячейки PLP типа 1, если они присутствуют, начинаются с адреса, следующего сразу после последней ячейки последней общей PLP, или с адреса 0 в случае отсутствия общих PLP. Ячейки первого субслайса первой PLP типа 2 начинаются с адреса, следующего сразу после последней ячейки последней PLP типа 1.

После PLP типа 2 могут быть добавлены один или несколько вспомогательных потоков. Стартовая позиция и число ячеек для каждого вспомогательного потока могут изменяться от T2-кадра к T2-кадру, а для сигнализации этих параметров в динамической сигнализации L1 резервируются биты.

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

Рис. 21.37. Адресация ячеек OFDM для общих PLP и PLP данных

Если PLP данные и вспомогательные потоки в точности не заполняют ячейки, назначенные для данных, то в оставшиеся ячейки T2-кадра вставляются пустые ячейки.

Вставка кадров для последующего расширения (FEF) позволяет передавать кадры, определенные в последующих расширениях стандарта DVB-T2, в том же самом мультиплексированном потоке, что и обычные T2-кадры. Использование кадров для последующего расширения является опциональным.

Отображение ячеек данных от устройства формирования кадров на несущие осуществляется частотным перемежителем.

При режимах 1K, 2K, 4K, 8K, 16K используются основанные на последовательностях Ri две функции перестановки: H0(p) — для четных символов кадра и H1(p) — для четных символов кадра. В режиме 32K применяется функция перестановки H(p) только для нечетных символов кадра.

Вектор Ri вычисляется из вектора Ri с помощью битовых перестановок, приведенных в табл. 21.38.

Режим MISO, при котором используется несколько передающих антенн, может применяться ко всем символам сигнала DVB-T2 на уровне ячеек. При этом используется преобразованное кодирование Аламути [8.23] для получения двух наборов ячеек данных, за исключением того, что кодирование никогда не применяется к символу P1 начального поля.

Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания

Рис. 21.38. Кодирование ячеек полезных данных OFDM в режиме MISO

Процесс кодирования выполняется над парами ячеек полезных данных OFDM (am,l,p, am,l,p+1) с выхода частотного перемежителя. Кодированные ячейки полезных данных OFDM em,l,p для 1-го передатчика (Tx1) и em,l,p для 2-го передатчика (T × 2) генерируются из входных ячеек следующим образом:

em,l,p(T x1) = am,l,p, em,l,p+1(T x1) = am,l,p+1, em,l,p(T x2) = −am,l,p+1, em,l,p+1(T x2) = am,l,p+1,

где p {0,2,4,6,. . . ,Ndata – 2}; знак обозначает действие комплексного сопряжения, Ndata — число ячеек на выходе частотного перемежителя для текущего символа l (рис.21.38).

Пилотные несущие применяются для синхронизации кадров, частоты, времени, для оценки канала, идентификации режима передачи и могут также быть использованы для контроля фазового шума. Ячейки, содержащие опорную информацию, передаются на «усиленном» уровне мощности, а информация, передаваемая в этих ячейках, представляет собой рассеянные, непрерывные, граничные

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

Рис. 21.39. Формирование опорной последовательности из последовательностей PN и PRBS

пилотные ячейки, пилотные ячейки P2 или пилотные ячейки последнего символа кадра. Местоположение и амплитуды пилотных несущих определяются для передачи в режиме SISO и преобразуются для передачи в режиме MISO.

Пилотные несущие модулируются в соответствии с опорной последовательностью, которая вычисляется с помощью псевдослучайной двоичной последовательности (PRBS) на уровне символа (rk , где k — индекс несущей) с порождающим полиномом x11 + x2 + 1 (cдвиговый регистр инициализируется единицами) и последовательностью пилотных несущих (PN) на уровне кадра (pnl, где l — индекс символа) (рис. 21.39).

Каждое значение PN-последовательности на уровне кадра применяется к одному символу OFDM T2-кадра. Следовательно, длина PN-последовательности на уровне кадра NP N равна числу символов в T2-кадре, за исключением P1 (табл. 21.39 для каналов с полосой пропускания 8 МГц).

Таблица 21.39. Максимальные длины PN-последовательностей для различных режимов БПФ

Опорная информация, взятая из опорной последовательности, передается в рассеянных пилотных ячейках в каждом символе, за исключением P1, P2 и последнего символа кадра (если он применяется).

Используется несколько видов рассеянных пилотных несущих (PPi), расположение которых определяется параметрами разноса DX и DY (табл. 21.40).

Сочетания расположения рассеянных пилотных несущих, длины БПФ и защитного интервала, допустимые для использования, определены табл. 21.41 для режимов SISO и MISO.

Амплитуды рассеянных пилотных несущих, ASP , зависят от их расположения (табл. 21.42).