С хема побитового перемежения и демультиплексирования кодированных вв-кадров

Цель побитового перемежения – переставить биты так, чтобы соседние биты входной последовательности попали на достаточно удаленные друг от друга поднесущие OFDM-символа. Для этого поток битов, поступающий на вход перемежителя с выхода кодера LDPC, последовательно записывается в ячейки памяти по столбцам и затем последовательно считывается по строкам. Количество столбцов и строк перемежителя зависит от вида модуляции [6,8]. Например, при выборе модуляции 16-QAM перемежитель на рис. 3.21 для кодированного ВВ-кадра размером 64000 битов содержит 8 столбцов и 64800/8=8100 строк. При считывании каждой строки на его выходе появляется последовательность из 8 битов, включающая две ячейки данных по 4 битов каждая. Интервал перемежения элементов в выходной последовательности равен 8100 битов. Например, при считывании первой строки на выходе появляются биты с номерами 0,8100, 16200, 24300….56700, 64800. Выходной поток перемежителя подается на вход демультиплексора, который преобразует последовательный код на входе в параллельный код на своем выходе. Всего при модуляции 16-QAM для каждого кодированного ВВ-кадра на выходе демультиплексора формируется кодовый блок, включающий 16200 4-х битовых ячеек данных, которые используются для модуляции поднесущих OFDМ–символов системы DVB-T2. При выборе модуляций QPSK, 64-QAM или 256-QAM битовый перемежитель содержит соответственно 2,12 или 16 столбцов, при считывании которых на выходе формируются кодовые блоки длиной 32000,10800 или 8100 ячеек данных с числом битов в каждой ячейке 2, 6 или 8 [6, 8]. Для формирования модуляционных символов ячейки данных, формируемые на выходе демультиплексора, представляются в коде Грея и отображаются на точки соответствующих созвездий для модуляций QPSK, 16-QAM, 64-QAM или 256-QAM.

Следующей операцией в стандарте DVB-T2 является поворот сигнального созвездия на определенный угол с последующим циклическим сдвигом во времени Q-координат точек созвездия, что повышает устойчивость системы к воздействию помех в канале передачи.

Схема перемежения бит в кодированном ВВ-кадре

Следующей операцией, предназначенной для защиты от пакетных канальных ошибок, является перемежение ячеек модуляционных символов (символьный интерливинг) в пределах кодового блока, сформированного на выходе перемежителя бит. На вход символьного перемежителя поступают кодовые блоки размером 32400,16200,10800 или 8100 ячеек данных, каждая из которых содержит соответственно 2,4,6 или 8 битов. Перемежитель меняет местами (перемешивает) эти ячейки по определенному псевдослучайному закону в пределах кодового блока (см.рис.), что дает возможность декоррелировать пакеты ошибок в приемнике.

Принцип перемежения ячеек данных внутри кодового блока

Для увеличения устойчивости передачи к длительным импульсным помехами и временным замираниям сигнала в дополнение к перемежению ячеек осуществляется дополнительное более глубокое перемежение во времени. Если в системе первого поколения DVB-T данные перемежаются только в пределах длительности одного OFDM-символа (т.е. в пределах примерно 1мсек при работе в режиме 8К), то в системе DVB-T2 перемежение может осуществляться в пределах одного или нескольких кадров с интервалом перемежения порядка 60…140мсек. Для этого несколько кодовых блоков (слов) с выхода перемежителя ячеек объединяются в блоки временного перемежения – так называемые интерливинговые блоки, показанные на рис.

Временное перемежение осуществляется не только внутри одного модуляционного символа, но и внутри кадра и суперкадра, что позволяет увеличить устойчивость сигнала к импульсным помехам и изменению характеристик тракта передачи. В пределах одного интерливингового блока осуществляется перемешивание кодовых слов с помощью строчно-столбцевого перемежителя, аналогичного по принципу действия рассмотренному битовому перемежителю. Один или несколько интерливинговых блоков временного перемежения образуют интерливинговый кадр перемежения . Кадр перемежения состоит из целого числа интерливинговых блоков перемежения, которые в свою очередь включают несколько кодовых блоков. Число кодовых блоков(слов) в кадре перемежения может изменятся от 0 до 1023. Каждый кадр перемежения может отображаться на один или несколько выходных кадров физического уровня DVB-T2. Кадр перемежения определяет расположение отдельных PLP в суперкадре.

Каждый интерливинговый кадр перемежения либо полностью отображается на один кадр системы DVB-T2 (случаи а или в), либо распределяется на несколько кадров (случай б). Длительность периода временного перемежения не превышает длительности одного суперкадра. Рекомендуется использовать комбинацию «один интерливинговый блок в одном интерливинговым кадре перемежения». В этом случае перемежение будет выполняться в течение более длительного промежутка времени..

Модуль формирования кадров

С выходов модуля BICM обработанные потоки данных поступают на входы формирователя кадров. В его функции входит создание исходных массивов ячеек PLP и L1 для OFDM символов, которые составляют общую структуру кадра. Формирователь кадров работает в соответствии с динамической информации, подготовленной диспетчером и конфигурацией кадровой конструкции.

Структурная схема формирователя кадров

Структура кадра DVB-T2 показана на рис.8. На верхнем уровне структура кадра состоит из суперкадров, которые делятся на DVB-Т2 кадры, состоящие из символов OFDM. Максимальная длительность Т2 кадра -250мсек.

Т2 кадры могут объединятся в суперкадр вместе с резервными кадрами расширения (FEF), предназначенными для дальнейшего использования. Содержание F кадров пока не определено.

Максимальное количество как Т2-кадров, так и FE –кадров в суперкадре-255. Они могут чередоваться в произвольном порядке. Максимальная длительность суперкадра – 255*2*250=127,5сек. При отсутствии FEF максимальная длительность – 63,75сек (255 Т2-кадров по 250мсек).

Кадр физического уровня T2 начинается с преамбулы Р1, являющейся OFDM символом с дифференциальной фазовой модуляцией DBPSK (Differential phase shift keying). Символ P1 служит для синхронизации, идентификации потока DVB-T2, а также содержит информацию о Т2 кадре, а именно, число номинальных несущих в OFDM (1k–32k) и формат передачи следующей за Р1 преамбулы Р2 (режимы MISO или SISO).

Вся остальная информация о Т2 кадре (длина, модуляция, скорость кодирования и т.п.) передается в преамбуле Р2, которая может занимать несколько OFDM-символов.

Далее следует поле данных (информационные OFDM символы). Замыкает Т2 кадр специальный завершающий OFDM-символ . В Т2-кадре может быть от 60 до 2098 OFDM –символов (см.табл.2). Максимальная длительность Т2-кадра-250мсек.

Стандарт DVB-T2 предусматривает возможность обеспечения различных уровней помехоустойчивости для разных услуг. Это реализуется применением разных схем модуляции и степени помехоустойчивого кодирования. В DVB-T2 это достигается путем группировки OFDM символов внутри кадра, так, что каждая услуга передается цельным блоком, занимающим в кадре определенный слот (рис.9).

Общий PLP – это информация, общая для группы из нескольких PLP (например, таблицы программ и сервисов PSI/SI для нескольких транспортных потоков).

Потоки PLP типа 1 в Т2-кадре не подразделяются на фрагменты – иными словами, в каждом Т2-кадре может быть только один фрагмент каждого PLP типа 1.

Наконец, потоки типа 2 могут в пределах Т2-кадра разделяться на несколько фрагментов (от 2 до 6480), следующих в кадре попеременно.

Пример1: Для каждого PLP 1-го типа выделено по одному временному интервалу в кадре T2. При этом от приемника требуется меньшая производительность.

Пример2: для каждого PLP второго типа выделено по два и более временных интервала в кадре T2. При этом увеличивается временное разнесение. Если не ставится целью экономия затрат производительности приемника, то количество временных интервалов должно быть как можно больше, т.к. это улучшает защиту от импульсных помех и замираний.

При необходимости можно определить тип (1 или 2) для каждого PLP, а затем соединить в T2 кадре PLP разных типов.

После формирования кадров выполняется операция частотного перемежения для защиты от частотно-селективных замираний. С этой целью выполняется операция перестановки модулирующих цифровых символов по поднесущим в пределах блока из 1512 (режим 2К) или 6048 (режим 8К) символов, с целью ослабления влияния частотно-селективных замираний (ЧСЗ) сигнала в канале связи. Требуемая величина разноса (Δf_РАЗН ) соседних модуляционных символов по поднесущим символа OFDM зависит от частотной корреляции селективных замираний в канале распространения радиоволн. Например,если ширина полосы частот, подверженных селективному замиранию, составляет В_СЕЛ =50 кГц, то в режиме 2К одновременно будут замирать В_СЕЛ/Δf_РАЗН =50кГц/4,464кГц=12 информационных поднесущих частот при величине их разноса Δf_РАЗН =4,464 кГц. При модуляции 16-QAM пропадание одной поднесущей приведет к появлению на выходе демодулятора пакета из v=4 ошибок, а пропадание 12 поднесущих породит пакет из 12·4=48 Чтобы преобразовать возникший после радиоканала пакет из 48 ошибок в ошибки одиночные необходимо установить глубину перемежения (разноса соседних символов пакета по поднесущим) равной символам. При этом условии два соседних модуляционных символа входного цифрового потока не попадут в полосу частот селективных замираний канала, так как их поднесущие будут разнесены по частоте с интервалом не менее 50 кГц. Пример посимвольного (частотного) перемежения для рассмотренного случая представлен в таблице и иллюстрируется на рис.

Частотное перемежение символов Таблица