(по цифровому вещанию) Dvorkovich_V_Cifrovye_videoinformacionnye_sistemy

Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания

Таблица 21.40. Параметры, определяющие расположение рассеянных пилотных несущих

Таблица 21.41. Расположение рассеянных пилотных несущих, используемое для каждого допустимого сочетания длины БПФ и защитного интервала

Уровень рассеянных пилотных несущих вычисляется следующим образом:

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

Таблица 21.42. Максимальные амплитуды рассеянных пилотных несущих

сущих, добавляемое с каждой стороны в расширенном режиме для несущих, m индекс T2-кадра.

Вдополнение к рассеянным пилотным несущим, описанным выше, некоторое количество непрерывных пилотных несущих вставляется в каждый символ кадра, за исключением символов P1, P2 и последнего символа кадра (если он присутствует).

Втабл. 21.43 приведены варианты групп непрерывных пилотных несущих CP при различных режимах БПФ.

Таблица 21.43. Группы непрерывных пилотных несущих, используемые для каждой длины БПФ и их максимальные амплитуды

Модуляция амплитуд непрерывных пилотных несущих осуществляется в соответствии с формулой (21.32), в которой вместо величины ASP используется значение ACP .

Пилотные ячейки в символах P2 передаются на повышенных уровнях мощ-

√

ности. Максимальная их амплитуда√AP 2 531 во всех режимах, за исключением

режима 32K SISO, при котором AP 2 537 . Модуляция амплитуд этих несущих осуществляется в соответствии с формулой (21.32), в которой вместо величины ASP используется значение AP 2.

Передаваемый ОБПФ сигнал организован в виде кадров. Каждый кадр имеет длительность TF и состоит из LF символов OFDM. NT 2 кадров составляют один суперкадр. Каждый символ составлен из множества несущих Ktotal и имеет длительность TS . Он состоит из двух частей: полезная часть с длительностью TU и защитный интервал с длительностью TG.

Символы в кадре OFDM (за исключением P1) пронумерованы от 0 до LF −1. Все символы содержат данные и опорную информацию.

Поскольку сигнал OFDM содержит много по отдельности промодулированных несущих, каждый символ, в свою очередь, можно рассматривать как разделенный на ячейки, каждая из которых соответствует информации, передаваемой одной модулируемой несущей на интервале одного символа.

Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания

Генерируемый сигнал, в случае если не применяется ни кадр последующего расширения стандарта (FEF), ни уменьшение сотношения пиковой и средней мощностей (PAPR — Peak to Average Power Ratio), определяется следующим выражением:

k [Kmin; Kmax] — номер несущей; l — число символов OFDM, начиная с 0, для первого символа P2 кадра; m — число T2-кадров; Ktotal — число переданных несущих; LF — число символов OFDM на кадр; TS — общая длительность символа для всех символов за исключением P1, и TS = TU + TG; TU — активная длительность символа; TG — длительность защитного интервала; fc — центральная частота РЧ-сигнала; k — индекс несущей относительно центральной частоты, k = k − (Kmax + Kmin)/2; cm,l,k — комплексное модулирующее значение для несущей k символа OFDM номер l в T2-кадре номер m; TP 1 — длительность символа P1, заданная выражением TP 1 = 2048 · T ; TF — длительность кадра, TF = LF · TS + TP 1, p1(t) — форма сигнала P1.

В табл. 21.44 приведена величина элементарного периода Т как функция ширины полосы используемого канала связи, а в табл. 21.45 приведены параметры OFDM сигнала в зависимости от используемых режимов ОБПФ.

Таблица 21.44. Элементарный период как функция полосы

Генерируемый сигнал включает в себя вставку защитных интервалов, абсолютная длительность которого, выраженная в числах, кратных элементарному периоду T , приведена в табл. 21.46.

Для уменьшения отношения пиковой и средней мощностей PAPR возможна реализация двух модификаций сигнала OFDM, использующих метод активного расширения созвездия и метод резервирования несущих. Метод активного расширения созвездий не применяется к пилотным или резервируемым несущим, а также в случае если используются повернутые созвездия.

Алгоритм активного расширения созвездий (ACE) реализуется путем формирования сигнала во временной области xACE , который замещает исходный сигнал во временной области x = [x0, x1, . . . , xNFFT−1], генерированный с помо-

щью ОБПФ из множества значений частотной области X = [X0,X1, . . . ,XNFFT−1] (рис. 21.40).

Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания

Рис. 21.40. Реализация алгоритма активного расширения созвездий

трации реализуется с помощью заполнения нулями до четырехкратной длины и последующего преобразования ОБПФ.

где порог ограничения Vclip — параметр алгоритма ACE. Отсчеты xc = [xc0, xc1,

. . . , xcNFFT−1 формируются из x путем четырехкратного прореживания. Сочетание низкочастотной фильтрации, передискретизации и БПФ реализуется с помощью заполнения нулями до четырехкратной длины и последующего преобразования БПФ. БПФ преобразует отсчеты xc в сигнал Xc.

Новый сигнал Xc создается с помощью суммирования Xc и X следующим

Коэффициент расширения G также является параметром алгоритма ACE.

X c получается из X c с помощью «оператора насыщения», который по отдельности обрабатывает реальные и мнимые компоненты с тем, чтобы модуль отдельных компонент не превышал заданное значение L:

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

Компонента определяется как расширяемая, если она принадлежит к модулированной ячейке данных и если ее абсолютное значение равно максимальному значению компоненты, связанной с модулирующим созвездием, используемым

для этой ячейки. Как пример, компонента, принадлежащая к 256-QAM модули-

√

рованной ячейке, является расширяемой, если ее значение равно ±15/ 170. Выбор значения коэффициента G осуществляется в пределах от 0 до 31 с ша-

гом 1. Выбор порога ограничения Vclip осуществляется в диапазоне от +0 дБ и +12,7 дБ с шагом 0,1 дБ выше среднеквадратичного отклонения исходного сигнала во временной области. Выбор максимального значения расширения L осуществляется в диапазоне от 0,7 дБ до 1,4 дБ с шагом 0,1 дБ.

Если L устанавливается в максимальное значение, то максимальное увеличение мощности на несущую после расширения получается при QPSK, и оно ограничивается +6 дБ.

При использовании алгоритма уменьшения PAPR с использованием зарезервированных несущих пиковые значения сигнала во временной области последовательно удаляются с помощью набора импульсноподобных ядер, образуемых с помощью зарезервированных несущих. Опорная функция ядра определяется как:

где NFFT и NTR обозначают длину БПФ и число зарезервированных несущих, соответственно. Вектор 1TR содержит NTR элементов, состоящих из единиц, в позициях, соответствующих индексам зарезервированных несущих, и (NFFT −NTR) элементов, состоящих из нулей, в остальных позициях.

Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания

Пусть вектор для уменьшения пикового значения сигнала обозначен как c, вектор сигнала данных во временной области — как x, тогда процедура алгоритма уменьшения PAPR заключается в следующем:

Инициализация.

Начальные значения для процедуры уменьшения пикового значения сигнала устанавливаются равными нулю:

c(0) = [0 . . . 0]T ,

где c(i) обозначает вектор для уменьшения пикового значения сигнала, вычисленный в i-й итерации.

Итерационный процесс.

1)i начинается с 1.

2)Определяется максимальная величина (x + c(i)), yi, и индекс соответствую-

ли yi меньше или равен уровню требуемой величины ограничения, то Vclip уменьшает i на 1 и переходит к шагу 5.

3) Обновление вектора для уменьшения пикового значения сигнала c(i):

сдвинутый на mi, k-й элемент которого имеет вид pk (mi) = p(k−mi) mod NFFT .

4)Если i меньше, чем максимально допустимое значение итераций, i увеличивается на 1 и выполняется возврат к шагу 2. В противном случае выполняется переход к шагу 5.

5)Завершение итераций. Переданный сигнал, x , получается с помощью прибавления сигнала уменьшения пикового значения к сигналу данных:

x = x + c(i).

Символы OFDM состоят из равноотстоящих друг от друга ортогональных несущих. Амплитуды и фазы несущих, соответствующих ячейкам данных, изменяются от символа к символу в соответствии с вышеописанным процессом отображения.

Спектральная плотность мощности Pk (f ) каждой несущей на частоте равна:

Теоретический спектр сигнала передачи в системе DVB-T2 показан на рис. 21.41а (для каналов с шириной полосы пропускания 8 МГц). Поскольку длительность символа OFDM больше, чем обратная величина интервала между несущими, основной лепесток спектральной плотности мощности каждой несущей уже, чем

Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания

Таблица 21.47. Максимальная скорость битового потока при ширине полосы телевизионного канала 8 МГц

ного ТВ/ТВЧ в полосах системы стационарной спутниковой связи (FSS — Fixed Satellite Service) и системы спутникового вещания (BSS — Broadcast Satellite Service). Система предназначена для обеспечения сервиса «непосредственно-на-дом» (Direct To Home — DTH) с использованием потребительского интегрированного приемника-декодера (IRD — Integrated Receiver Decoder), а также для систем коллективного приема (SMATV — Satellite Master Antenna Television) и головных станций кабельного телевидения с возможностью повторной модуляции.

В системе применена модуляция QPSK и защита от ошибок на основе сверточного кода и сокращенного кода Рида–Соломона. Система может быть использована в спутниковых ретрансляторах с различной шириной полосы.

На рис. 21.42 приведена функциональная структурная схема передающей части системы DVB-S. Система непосредственно совместима с телевизионными сигналами, закодированными по стандарту MPEG-2.

Техника помехоустойчивого кодирования, принятая в системе, разработана в целях достижения «квазибезошибочного» (QEF — Quasi-Error-Free) режима работы, при котором возможно возникновение менее одного случая неисправимой ошибки на час передачи, что соответствует уровню ошибки (BER — Bit Error

21.4. Система цифрового спутникового телевизионного вещания DVB-S

Рис. 21.42. Структурная схема передающей части системы DVB-S

Ratio) 10−10–10−11 на входе демультиплексора MPEG-2.

При адаптации сигнала к спутниковому каналу связи осуществляются следующие операции:

–адаптация транспортного мультиплексирования с использованием статистического кодирования, аналогичного используемому в системе DVB-T (см. рис. 21.13);

–внешнее кодирование с использованием кода Рида–Соломона (рис. 21.14) RS(204,188,t = 8);

–сверточное перемежение (рис. 21.15);

–внутреннее кодирование с использованием сверточного кода с выкалыванием (рис. 21.16); система предусматривает сверточное кодирование со скоростями кода 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 и 7/8;

–формирование сигнала в основной полосе частот;

–модуляция QPSK.

В системе применяется обычная модуляция типа QPSK с кодами Грея и абсолютным отображением (без дифференциального кодирования).

Прежде чем сигналы I и Q (математически представленные последовательностью дельта-функций Дирака, расположенных на расстоянии длительности символа TS = 1/RS , с соответствующим знаком) будут промодулированы, они должны быть обработаны фильтром с характеристикой, имеющей фактор спада α = 0,35:

(21.41)

где fN = 1 = RS — частота Котельникова–Найквиста; RS — скорость передачи

2TS 2

символов.

Для согласования передаваемого сигнала с полосой и энергетическими характеристиками конкретного транспондера устанавливается требуемое соотно-