(по цифровому вещанию) Dvorkovich_V_Cifrovye_videoinformacionnye_sistemy

Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания

Рис. 21.54. Структура кадра системы DVB-C2

(21.47) wi — PRBS регистра сдвига, определяемого соотношением x10 + x3 + 1, инициируемого

последовательностью единиц, т. е. w0, w1, w2, . . . = 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, . . .; wk — PRBS регистра сдвига, определяемого соотношением x11 + x2 + 1, инициируемого

последовательностью единиц, т. е. w0, w1, w2, . . . = 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, . . ..

Номера локальных рассеянных пилотных несущих определяются следующим соотношением:

где k — индекс несущей, l — индекс символа данных, DX, DY определены в табл. 21.62.

Таблица 21.62. Коэффициенты, определяющие положение рассеянных пилотных несущих

21.7. Система высокоскоростного цифрового кабельного ТВ-вещания DVB-С2

Кроме рассеяных пилотных несущих в каждый символ кадра, за исключением преамбулы, вводятся постоянные несущие. Индексы этих несущих локально в пределах блока из KL1 = 3408 приведены в табл. 21.63.

Таблица 21.63. Индексы постоянных пилотных несущих

В дополнение к рассеянным и постоянным пилотным несущим вводятся также граничные пилотные несущие, определяющие «края» в каждом символе. Такие пилотные несущие вводятся также на границах областей неиспользуемых частот.

Параметры рассеянных, постоянных и граничных пилотных несущих определяются соотношением, аналогичным (21.44), в котором вместо величины AP P должна быть введена амплитуда ASP = 7/3.

Некоторые OFDM-ячейки могут быть зарезервированы для подавления пиковых значений формируемого радиосигнала (PAPR).

Резервируемые ячейки OFDM-сигнала S0 определяются соотношением:

где k — абсолютный индекс несущей, LData — количество символов данных в кадре DVB-C2.

Формируемый на выходе ОБПФ-сигнал может быть записан в следующем виде:

k — номер поднесущей; l — номер символа OFDM от «0» до первого символа преамбулы кадра; m — номер кадра DVB-C2; Ktotal — количество используемых несущих, KtotalKmax − Kmin; LF — количество OFDM символов в кадре (исключая преамбулу); TU — длительность активной части символа; TG — длительность защитного интервала; TS TU + TG — полная длительность символа; cm,l,k — комплексное значение k-й несущей в l-м OFDM-символе m-го кадра DVB-C2; TF LF TS — длительность кадра; Kmin и Kmax — индексы первой нижней и последней верхней активных несущих, соответственно. Основные параметры OFDM-сигналов приведены в табл. 21.64.

Поскольку в системе DVB-C2 применены более эффективные методы помехоустойчивого кодирования по сравнению с системой DVB-C, возможно использование звездных диаграмм OFDM-сигналов более высокой размерности. Допустимые комбинации модуляций и параметров LDPC-кодирования приведены в табл. 21.65, в которой также указаны величины отношения сигнал/шум, требуемые для приема, квазисвободного от ошибок.

Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания

Таблица 21.64. Параметры OFDM-сигналов для каналов с полосой пропускания 6 МГц и 8 МГц

Для сравнения эффективностей использования систем кабельного цифрового телевизионного вещания DVB-C2 и DVB-C в табл. 21.66 приведены допустимые скорости передачи информации при эквивалентной ширине канала 8 МГц.

Таблица 21.66. Максимальные скорости передачи информации в системах DVB-C и DVB-C2 при эквивалентной ширине канала 8 МГц

В отличие от стандартов эфирного вещания, стандарт DVB-C2 может не подчиняться жесткой частотной сетке, поскольку кабельная сеть является закрытой экранированной средой и нет необходимости координировать использование ее спектра с эфирными присвоениями. Напротив, можно гибко адаптировать полосу канала под свои конкретные потребности, что позволяет расширить полосу

21.8. Система наземного цифрового телевизионного вещания ISDB-T

Рис. 21.55. Структура кадра DVB-C2 в частотно-временной области

передаваемого сигнала для размещения в нем большего количества услуг. Чтобы не усложнять и не удорожать абонентское оборудование, реализуется сегментированный прием таких каналов, аналогичный используемому в японской системе эфирного телевидения ISDB-T [8.40]. Приемник со стандартной полосой пропускания извлекает из широкого пакета только необходимую часть спектра, не превышающую, например, 8 МГц.

Структура кадра DVB-C2 показана на рис. 21.55. Каждый кадр C2 начинается с преамбулы, состоящей из одного или более OFDM-символов и выполняющей две основные функции. С одной стороны, она обеспечивает надежную временную и частотную синхронизацию OFDM-сигнала и самой структуры. С другой стороны, преамбула содержит сигнализацию уровня L1, необходимую для декодирования потоков данных и содержащейся в них полезной информации. Преамбула состоит из циклически передаваемых блоков сигнализации L1, повторяющихся в каждой полосе 7,61 МГц широкого канала. Фиксированное расположение блоков L1 и их повторение с шагом 7,61 МГц обеспечивают их прием при настройке тюнера на любые 8 МГц из занимаемого кадром диапазона.

Всистеме ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial), разработанной в Японии Ассоциацией радиовещательной индустрии и бизнеса — ARIB, используется принцип многочастотной модуляции с передачей цифрового потока на OFDM несущих в нескольких полосах частот (так называемая частотносегментированная передача — BST-OFDM) [8.12, 8.40–8.42].

Система ISDB-T может быть использована в каналах ТВ-вещания UHF-диа- пазона с полосами B = 6, 7 или 8 МГц. Оригинальным свойством системы является разделение каждого канала вещания на сегменты, в каждом из которых передаются BST-OFDM-кадры, содержащие заданное число транспортных пакетов стандарта MPEG-2, зависящее от вида модуляции несущих, скорости

Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания

сверточного кода и используемых трех режимов работы.

1-й, 2-й и 3-й режимы работы различаются частотным интервалом между соседними несущими и, следовательно, используемым количеством несущих в каждом сегменте. При этом в 1-м режиме используется наибольший интервал между несущими и система обеспечивает передачу наименьшего объема информации, но возможность ее мобильного приема средствами, установленными на движущихся объектах.

Сигналы системы состоят из 13 базовых сегментов OFDM, каждый из которых занимает полосу частот, равную B/14 (см. табл. 21.67).

На рис. 21.56 приведены расположения сегментов системы ISDB-T для каналов 6 МГц и возможностей их использования при трансляции либо одной программы ТВ высокой четкости, либо одной ТВ-программы повышенной четкости и одной ТВ-программы стандартной четкости, либо трех ТВ-программ стандартной четкости.

Таблица 21.67. Характеристики спектральных компонент системы ISDB-T для каналов 6, 7, и 8 МГц

В табл. 21.68 приведена информация о числе транспортных пакетов, передаваемых в одном кадре BST-OFDM-сегмента. Структурная схема формирования сигналов системы ISDB-T приведена на рис. 21.57.

Таблица 21.68. Число транспортных пакетов в каждом BST-OFDM кадре

Особенностью этой системы является три тракта кодирования и модуляции, обеспечивающие обработку данных для каждого из трех иерархических режимов передачи. Транспортные пакеты через мультиплексор и внешний кодер, реализующий укороченный код Рида–Соломона RS (204, 188, t = 8), коммутируются на вход того или иного тракта в зависимости от установленного приоритета.

21.8. Система наземного цифрового телевизионного вещания ISDB-T

Рис. 21.56. Принцип распределения сегментов системы ISDB-T для каналов 6 МГц

Статистические кодеры, установленные в каждом из этих трактов, обеспечивают рандомизацию данных, реализуя рассеивание энергии, близкое к случайной статистике переходов между битами потоков, аналогичны используемым в стандарте DVB-T и определяемым соотношением (21.3).

Блоки коррекции задержки используются для выравнивания задержек, обусловленных различными процессами обработки сигналов в трактах с разными приоритетами.

Структура байтового перемежителя аналогична приведенному на рис. 21.15 и используемому в системе DVB-T. Порождающий полином материнского сверточного кода аналогичен рис. 21.16, а используемые в системе ISDB-T сверточные коды переменной длины соответствуют табл. 21.5.

Структуры перемежителей битов и мапперов для разных видов модуляции — DQPSK, QPSK, 16-QAM и 64-QAM,— приведены на рис. 21.58.

Специфической особенностью расчета I- и Q-компонент при реализации дифференциальной QPSK-модуляции является использование вычислителя фазы (рис. 21.58а), алгоритм реализации которого определяется соотношением:

Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания

Рис. 21.57. Структурная схема кодирования и модуляции сигналов системы ISDB-T

где b2j и b2j+1 — четные и нечетные биты, поступающие на два входа вычисли-

Звездная диаграмма DPSK-модуляции приведена на рис. 21.58б.

Структурные схемы вычисления I- и Q-компонентов при QPSK-, 16-QAM- и 64-QAM-модуляции приведены на рис. 21.58в, г, д, соответственно.

Синхронизатор потоков данных различных приоритетов обеспечивает распределение 13 сегментов следующим образом:

–один из сегментов распределяется для передачи информации, рассчитанной на прием с использованием упрощенного узкополосного приемника;

–определенное количество сегментов предназначено для применения дифференциальной модуляции;

–оставшиеся сегменты предназначены для применения когерентной модуляции.

Далее в пределах каждого сегмента производится сначала временн´ое, а затем частотное перемежение данных. Блок адаптации кадра OFDM при воздействии сигналов датчика управления обеспечивает формирование кадра каждого сегмента, состоящего из 204 символов, включающих информативные данные и рассеянные и постоянные пилотные несущие.

Структура кадров OFDM в каждом сегменте содержит 108 несущих в 1-м режиме, 216 несущих во 2-м режиме и 432 несущих в 3-м режиме.

Преобразование сформированной цифровой последовательности данных в эффективную часть символов длительностью TU осуществляется ОБПФ-преобразо- вателем. Затем к этому сигналу добавляется защитный интервал, относительная

Глава 21. Стандарты цифрового телевизионного вещания

Таблица 21.69. Основные параметры системы ISDB-T

грамм, содержащих динамические изображения различной четкости, аудиоинформацию, текст, графику, другие виды данных. При этом используется широкий набор методов модуляции и помехоустойчивого кодирования [8.44–8.46].

Структурная схема передающей части системы ISDB-S приведена на рис. 21.59.

Всоставе этой схемы используются три группы формирования сигналов:

–канал формирования основного сигнала, обеспечивающий обработку нескольких (до восьми) транспортных потоков MPEG-2 и передачу, в частности, ТВ-программ различного качества вплоть до телевидения высокой четкости;

–канал формирования сигналов управления конфигурацией передачи и мультиплексирования (TMCC), которые несут информацию о примененном методе модуляции и помехоустойчивого кодирования, идентификации транспортных пакетов и т. д.;

–формирователь сигнала вспышки, обеспечивающего стабильное восстановление несущей в приемнике.

Транспортные потоки MPEG-2 после кодирования Рида–Соломона RS (204, 108, t = 8) поступают на формирователь транспортного кадра данных, в котором транспортные пакеты длиной 204 байта структурируются в так называемые слоты (рис. 21.60а). Количество слотов в каждом кадре равно 48, каждые 8 кадров структурируются в суперкадры, как показано на рис. 21.60б.