Исследование путей построения приемников цифрового ТВ-вещания (стр. 1 )

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

(СибГУТИ)

Кафедра	РТУ
Допустить к защите
Зав. каф.: ____________//

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА МАГИСТРА

Исследование путей построения приемников цифрового

ТВ-вещания

Магистерская диссертация

по направлению 11.04.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»

Студент		/ /
Руководитель		/ /

Новосибирск, 2016 г.

Оглавление

1 Введение. 3

2 Обзор системы DVB-Т2. Сравнение с DVB-Т. 3

3 Преимущества DVB-T2 перед DVB-T. 3

3.1 Дифференцированная помехоустойчивость отдельных услуг и структура кадра T2 3

3.2 Многоканальный прием. 3

3.3 Уменьшение отношения пиковой и средней мощностей передачи. 3

3.4 Пропускная способность системы.. 3

3.5 Использование помехоустойчивого кодирования (FEC) и BaseBand (BB) кадры 3

4 LDPC коды в системе DVB-T2. 3

4.1 Методы кодирования LDPC кодов. 3

4.2 Алгоритмы декодирования LDPC-кодов. 3

4.3 Алгоритм ”Сумма произведений”. 3

5 FEC кодирование. 3

5.1 Внутреннее кодирование (LDPC) 3

5.2 Внутреннее кодирование для нормальногоFEC-кадра. 3

6 Перемежение. 3

6.1 Перемежение символов в каналах с пакетами ошибок в кодовых словах. 3

6.2 Временное перемежение в DVB-T2. 3

7 Разработка модели системы приема-передачи данных на основе сверхширокополосных сигналов. 3

7.1 Структура сверхширокополосной системы на основе OFDM сигналов. 3

7.2 Особенности моделирования канала связи. 3

7.3 Результаты моделирования системы и канала связи. 3

8 Моделирование системы.. 3

9 Заключение. 3

рограммная реализация без применения Релеевских замираний канала 3

рограммная реализация с применением Релеевских замираний канала 3

иблиография. 3

1  Введение

В настоящее время очень популярно цифровое телевидение. С каждым днём технологии улучшаются, качество передачи растёт. На сегодняшний день мир перешёл с системы DVB-T на систему DVB-T2. Одним из отличий систем является методы кодирования. В системы DVB-T2 применены коды с малой плотностью проверки на четность (LDPC), что делает ее, по заверениям разработчиков, устойчивой не только к узкополосным помехам, но и дает возможность принимать сигналы в условиях замираний в канале, т. е. время движения по городу. Однако далеко не всегда примененные методы кодирования способны исправить все ошибки в принятом сигнале. Обычно при построении устройств обработки на приемной стороне стоит проблема выбора компромисса между точностью обработки информации и быстродействием схемы. Поскольку LDPC коды являются наиболее сложными с точки зрения программно-аппаратного декодирования, то исследование их способности исправлять ошибки при различных канальных условиях является важной научной задачей, решение которой дает ответ об оптимальном подходе к построению процессорной части приемного устройства.

Целью данной работы является исследование функционирования схем LDPC декодера с целью определения оптимального направления построения радиоприемных устройств на базе одно - или многоядерных систем с относительно низки или очень высокими тактовыми частотами.

2  Обзор системы DVB-Т2. Сравнение с DVB-Т.

Стандарт DVB-T2 является улучшенным и функционально расширенным последователем стандарта DVB-T. В нем сохранены основные идеи обработки сигнала (скремблирование, перемежение данных, кодирование), но при этом каждый этап усовершенствован и дополнен. В целом изменения не коснулись только модуляции OFDM (ортогональное частотное мультиплексирование).

В системе DVB-T2 для инкапсуляции информации может применяться не только транспортный поток MPEG, но и транспортный поток общего назначения (GSE), что позволяет снизить объем передаваемой служебной информации и сделать адаптацию транспортного потока к сети более гибкой. По сравнению с системой DVB-T привязки к какой-либо структуре данных на уровне транспорта не существует.

В стандарте DVB-T вся полоса используется для передачи одного транспортного потока. В новом стандарте применяется так называемая концепция PLP (physicallayerpipes – каналы физического уровня): передача в одном физическом канале нескольких логических. Возможны два режима: с передачей одного PLP – режим «A», с передачей нескольких PLP (multiPLP) – режим «B». В режиме «B» несколько транспортных потоков передаются одновременно, причем каждый из них помещается в свой PLP. Это позволяет обеспечить сосуществование в одном радиочастотном канале услуг, передаваемых с разной степенью помехоустойчивости: режим модуляции и режим помехоустойчивого кодирования может выбираться для каждого PLP индивидуально, т. е. оператор может выбирать большую скорость передачи или лучшую помехоустойчивость для каждой программы в формируемом пакете. Приемник же декодирует только выбранный PLP и отключается на время передачи PLP, которые не интересуют абонента, что обеспечивает энергетическую экономию.

В стандарте DVB-T2 усложнена система перемежения. Используется битовое, частотное и дополнительно – временное перемежение. Оно осуществляется не только внутри одного модуляционного символа, но и внутри суперкадра, что позволяет увеличить устойчивость сигнала к импульсным помехам и изменению характеристик тракта передачи.

Дополнительно в одночастотных сетях может поддерживаться технология MISO (multipleinput – singleoutput), использующая кодирование Аламоути. В этом случае передатчики в одночастотной сети передают не в точности один и тот же сигнал, что позволяет избежать на приемной стороне так называемых «провалов». Следует отметить, что стандарт DVB-T2 предусматривает восемь вариантов размещения пилот-сигналов. Если в системе DVB-T количество пилот-сигналов составляло 8 % от общего числа несущих, то в системе DVB-T2 это значение может варьироваться: 1; 2; 4 и 8 %. Выбор схемы размещения зависит от величины защитного интервала.

Для увеличения пропускной способности дополнительно введен режим модуляции 256-QAM и размерности быстрого преобразования Фурье (FFT) 16k и 32k, а также добавлены новые значения защитных интервалов: 1/128, 19/128, 19/256.

Почему в стандарте DVB-T не использовалась модуляция 256-QAM? Ведь ее применение позволяет увеличить пропускную способность системы на 30–50 %. Сверточные коды (СК) и коды Рида – Соломона (РС) не обеспечили бы должной защиты от ошибок. Данная проблема решена в стандарте DVB-T2. Основными механизмами, позволяющими повысить помехоустойчивость системы, являются новые алгоритмы кодирования и вращение сигнального созвездия.

В стандарте DVB-T2 вместо сверточных кодов используются коды с низкоай плотностью проверки на четность (LDPC), а вместо кода Рида – Соломона – короткий код Боуза – Чоудхури – Хоквенгема (BCH). Поведение характеристик при использовании кодирования LDPC + BCH приближено к идеальному. Соответственно коды LDPC и BCH обеспечивают более высокую помехоустойчивость, чем коды РС и СК, что позволяет передавать большее количество информации в используемом канале. Дополнительно введены относительные скорости кодирования 3/5 и 4/5.

Выигрыш в отношении «сигнал/шум» за счет использования новых методов помехоустойчивого кодирования для стандарта DVB-T2 при идентичном BER составит 5 дБ.

Еще одним новшеством в стандарте DVB-T2 является вращение сигнального созвездия, позволяющее улучшить помехоустойчивость системы.

В таблице 2.1 приведены значения угла поворота созвездия в зависимости от типа модуляции.

Таблица 2.1 – Значения угла поворота созвездия для различных типов модуляции

DVB-T	DVB-T2
Относительная скорость кодирования	Отношение «сигнал/шум», дБ	Скорость передачи, Мбит/с	Относительная скорость кодирования	Отношение «сигнал/шум», дБ	Скорость передачи, Мбит/с
3/4	18,6	27,14	2/3	18,4	40,23
5/6	20	30,16	3/4	20,6	45,24
7/8	21,1	31,67	4/5	22	48,27

Очевидно, что при равных отношениях «сигнал/шум» скорость передачи в стандарте DVB-T2 по сравнению с предшественником увеличивается на 40–50 %. Это означает, что при том же радиусе зоны покрытия количество передаваемых программ можно увеличить на 50–60 %.

Важно отметить, что при идентичных параметрах передачи (64-QAM, относительная скорость кодирования 3/4, защитный интервал 1/4) отношение «сигнал/шум» в стандарте DVB-T составляет 18,6 дБ, а в стандарте DVB-T2 – 15,4 дБ. Соответственно зона уверенного приема при прочих равных параметрах будет значительно увеличена при построении сети стандарта DVB-T2.

Проведем сравнение отношения «сигнал/шум» при одинаковых скоростях передачи (таблица 2.3).

Таблица 2.3 – Сравнение отношения «сигнал/шум» при одинаковых скоростях передачи

DVB-T	DVB-T2
Относительная скорость кодирования	Отношение «сигнал/шум», дБ	Скорость передачи, Мбит/с	Относительная скорость кодирования	Отношение «сигнал/шум», дБ	Скорость передачи, Мбит/с
3/4	18,6	27,14	3/5	12,67	27,02
5/6	20	30,16	2/3	14,17	30,07
7/8	21,1	31,67	3/4	15,4	33,82

Отношение «сигнал/шум» при той же скорости передачи данных на 5–6 дБ меньше в стандарте DVB-T2. Соответственно при том же радиусе зоны обслуживания мощности передатчиков можно уменьшить в 3–4 раза.