Исследование путей построения приемников цифрового ТВ-вещания (стр. 8 )

Известен способ передачи информации с использованием перемежения, в соответствии с которым сначала осуществляют оценку качества канала связи (например, по уровням шумов и помех, длительности замираний и т. д.) и выбирают значение глубины перемежения символов, слов помехоустойчивого кода. Далее осуществляют перемежение символов слов помехоустойчивого кода и получают информационный пакет, составленный из символов нескольких слов помехоустойчивого кода, который передают в канал связи. На приемной стороне сначала осуществляют деперемежение символов в информационном пакете и получают слова помехоустойчивого кода, входящие в информационный пакет. Затем слова помехоустойчивого кода декодируют с обнаружением и исправлением ошибок [1].

Эффективный метод работы в каналах с пачками ошибок заключается в перемежении кодовых посылок таким путём, что канал с пачками ошибок трансформируется в канал, имеющий независимые ошибки. Затем используется код, рассчитанный на независимые ошибки в канале (короткие пакеты).

6.2  Временное перемежение в DVB-T2

Пропускная способность системы стандарта DVB-T2 зависит от следующих параметров: количества поднесущих, типа модуляции, параметров кодов LDPC и BCH, длительности защитного интервала, выбранной схемы пилот-сигналов, использования режима PLP или multi PLP и некоторых других. Правильный подбор комбинации всех описанных параметров позволит оптимизировать пропускную способность и помехоустойчивость системы.

Сигнал, излучаемый передатчиками вещания, кадр Т2, имеет определенную структуру и состоит из посылок OFDM сигнала (рисунок 4.3). Кадр Т2 состоит из посылки P1, 1-2 посылок сигнализации P2 и информационных посылок OFDM, содержащих данные ТВ сигнала. Посылка Р1 – имеет специальную структуру и предназначена для первоначального обнаружения кадра Т2 и первоначальной синхронизации. В посылках Р2 содержится служебная информация. Количество поднесущих в этих посылках и последующих информационных выбирается равным 8К, 16 К, 32К. Максимальная длительность кадра Т2 составляет 250 мс.

Рисунок 6.3 Структура OFDM кадров физического сигнала Т2 [2]

В системе Т2 применяется блочный временной перемежитель. Для каждого PLP применяется отдельный перемежитель со своими параметрами.

Временной перемежитель должен разнести данные соответствующего PLP на максимально большой интервал (до сотен миллисекунд). Это увеличивает защищенность против группирующихся ошибок.

На вход перемежителя подаются кодовые слова кода LDPC. Определенное число кодовых слов объединяются в блок перемежения (interleaving block). Целое число кодовых слов FEC образуют кадр перемежения (interleaving frame).

Рисунок 6.4 Структура перемежения и формирование Т2 кадра [2]

После перемежения кадры перемежения распределяются по Т2 –кадрам.

В зависимости от скорости в PLP, количество данных в одном кадре Т2 может превышать размеры памяти деперемежителя в приемнике. Тогда кадр перемежения делится на несколько Блоков перемежения. Фактически перемежение происходит в пределах Блока перемежения. Это снижает максимальную длительность перемежения но позволяет повысить скорость передачи в PLP.

Параметрами временного перемежения являются

TIME_IL_TYPE (1бит) 0 или 1

TIME_IL_LENGTH (8 бит)

FRAME_INTERVAL (8 бит)

PLP_NUM_BLOCKS_MAX (10 бит)

Выбор конкретных значений параметров может выполняться в широком диапазоне. Параметры конфигурации каждого PLP передаются в сигнализации L1 в часть пост-сигнализации P2.

TIME_IL_TYPE значение данного параметра указывает тип временного перемежителя. Если значение = 1, то каждый кадр перемежения передается по нескольким OFDM кадрам Т2 и состоит только из одного блока перемежения. Если значение = 0, то кадр перемежения соответствует одному кадру Т2 и содержит один или несколько блоков перемежения ( blocks).

TIME_IL_LENGTH зависит от значения TIME_IL_TYPE. Если TIME_IL_TYPE =1, то TIME_IL_LENGTH показывает - количество кадров Т2, по которым передается текущий кадр перемежения. При этом =1. Если TIME_IL_TYPE=0,то TIME_IL_LENGTH показывает количество блоков перемежения в кадре перемежения и .

FRAME_INTERVAL показывает интервал между Т2 кадрами в пределах суперфрейма, в которых передаются перемеженные данные этого PLP. Этим можно увеличивать величину интервала перемежения. Если данные PLP передаются в каждом фрейме FRAME_INTERVAL =1.

PLP_NUM_BLOCKS_MAX показывает максимальное значение FEC блоков в кадрах перемежения для данного PLP.

После перемежения ячеек FEC-блоки для каждого PLP группируются в кадры перемежения, которые отображаются на один или более Т2-кадров. Каждый кадр перемежения содержит динамически изменяющееся целое число FEC-блоков. Количество FEC-блоков в кадре перемежения с номером n обозначается как NBLOCKS_IF(n) и определяется значением поля PLP_NUM_BLOCKS в динамической L1-сигнализации.

Количество FEC-блоков, NBLOCKS,может быть различным: минимальное значение – 0, максимальное – NBLOCKS_IF_MAX, равное 1023. Значение NBLOCKS_IF_MAX определяется значением поля PLP_NUM_BLOCKS_MAX в конфигурируемой L1-сигнализации.

Каждый кадр перемежения отображается на один или более Т2-кадров. Каждый кадр перемежения состоит из одного или нескольких TI-блоков (NTI), соответствующих одному обращению к памяти временного перемежителя.
TI-блоки в пределах кадра перемежения могут содержать различное количество FEC-блоков. Если кадр перемежения состоит из нескольких TI-блоков, то он отображается только на один Т2-кадр.

Существует три варианта временного перемежения для каждого PLP:

а) каждый кадр перемежения состоит из одного TI-блока и отображается только на один Т2-кадр, как показано на Рисунке 4.5. Такой вариант соответствует значениям полей TIME_IL_TYPE=0 и TIME_IL_LENGTH=1 в L1-сигнализации;

Рисунок 6.5 – Временное перемежение для PI =1, IJUMP=1, NTI=1 [3]

б) каждый кадр перемежения состоит из одного TI-блока и отображается на несколько Т2-кадров. На Рисунке 5.6 показан пример отображения одного кадра перемежения на два Т2-кадра, тогда значение поля FRAME_INTERVAL(IJUMP)=2. Это способствует увеличению временного разнесения для услуг с низкой скоростью передачи данных. Такой вариант соответствует значению поля TIME_IL_TYPE=1 в
L1-сигнализации;

Рисунок 6.6 Временное перемежение для PI=2, IJUMP=2, NTI=1 [3]

в) каждый кадр перемежения отображается только на один Т2-кадр и состоит из нескольких TI-блоков, как показано на Рисунке 6.7 . Каждый TI-блок может использовать всю память временного перемежителя, тем самым увеличивается максимальная скорость передачи данных для PLP. Такой вариант соответствует значению поля TIME_IL_TYPE=0 в L1-сигнализации.

Рисунок 6.7 Временное перемежение для PI=1, IJUMP=1, NTI=3 [3]

7  Разработка модели системы приема-передачи данных на основе сверхширокополосных сигналов

7.1  Структура сверхширокополосной системы на основе OFDM сигналов

Системы с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов использует большое число ортогональных поднесущих, для каждой из которых возможно независимое применение различных схем модуляции и кодирования информационной последовательности.

При разработке модели системы с ортогональным частотным разделением каналов использовался низкочастотный эквивалент OFDM сигнала [1]:

,

Где k – индекс поднесущей, sk(t) – сигнал на k-поднесущей, Ak – амплитудная составляющая последовательности информационных символов, N – количество поднесущих, T – длительность информационного символа.

При разработке OFDM систем передачи данных следует учитывать, что сигналы на k-поднесущих являются ортогональными на тактовом интервале T, но ортогональность каждой из поднесущих напрямую связана со скоростью передачи данных, и в некоторых случаях спектры сигналов на каждой из поднесущих могут частично перекрываться. Многие OFDM сигналы изначально допускают частичное перекрытие спектров (например, QAM-4, QAM-16 и т. д.).

Эффективное использование спектра частот зависит от вида реализации детектирования данных: когерентное, некогерентное. В представленной модели реализовано некогерентное детектирование.

Передатчик. Процесс формирования OFDM сигналов можно разделить на несколько стадий, которые хорошо реализуются независимо друг от друга как в аппаратной части, так и в плане использования алгоритмов.

Условно можно выделить пять основных этапов: преобразователь потока (“Serial o parallel unit”), цифровая модуляция (“Digital modulator”), вычисление обратного быстрого преобразования Фурье (“IFFT”), цифро-аналоговое преобразование (“DAC”), квадратурная модуляция (“Quadrature modulator”).

Рисунок 7.1. Структурная схема OFDM передатчика [8]

На рис. 7.1 представлена структурная схема модели OFDM передатчика, реализованная в пакете "Matlab". Рассмотрим назначение основных элементов системы на примере передачи графического изображения.

Входными данными являются файлы графических изображений в формате *.bmp с глубиной цветопередачи 8 бит в оттенках серого цвета. При таком представлении получается 256 оттенков серого цвета.