. Символьное (частотное) перемежение при ofdm

Из таблицы и рисунка видно, что, например, первый символ передается на первой несущей частоте, второй символ - на тринадцатой, третий символ - на двадцать пятой и т.д. Глубина перемежения соседних символов равна двенадцати.

. Модуль генерации ofdm сигнала

В функции модуля генерации OFDM сигнала (рис. 3.29) входит реализация режима MISO (Multiple Input, Single Output), формирование и вставка пилот-сигналов, позволяющих приемнику компенсировать искажения, вносимые каналом передачи, обеспечить синхронизацию приемника, а также передачу необходимых канальных параметров. Затем вставляются защитные интервалы и, если необходимо, применяются специальные методы уменьшения отношения пиковой к средней мощности передаваемого сигнала (PAPR).

Структурная схема модуля генерации ofdm сигнала

Пилотные поднесущие в системе DVB-T2, как и в системе DVB-T, применяются для синхронизации кадров, частоты, времени, для оценки АЧХ канала передачи, идентификации режима передачи, а также могут быть использованы для контроля фазового шума. Пилотные поднесущие передаются на повышенном уровне мощности. В отличие от системы DVB-T, в системе DVB-T2 возможен выбор из 8 различных шаблонов (РР1…РР8) размещения рассеянных пилотных поднесущих в кадре, что дает возможность системе адаптироваться к конкретным условиям передачи сигналов в канале. Представленные в таблице и на рис. шаблоны размещения пилотных поднесущих, отличаются величинами сдвига поднесущих по частоте Δf_р (номерам поднесущих) и по времени Δt_р (номерам OFDM -символов).

Параметры, определяющие размещение

рассеянных пилотных несущих

Наиболее устойчивой к действию помех является модель PP1 (рис. 3.30), имеющая наиболее плотное размещение рассеянных (распределенных) пилотных сигналов со сравнительно небольшими расстояниями между ними по координатам частоты и времени.

Шаблон рр1 размещения пилотных сигналов

В соответствии с таблицей, пилотные сигналы в этой модели сдвигаются вперед по оси частот на три ячейки (Δf_р=3) в каждом следующем ОFDM-символе. Полный цикл сдвигов по времени охватывает четыре ОFDM-символа (Δt_р=4) в кадре. Доля пилот-сигналов в шаблоне РР1 составляет 8% всех несущих. Шаблон РР1 можно использовать для снижения требуемого отношения сигнал-шум на входе при­емника или для улучшения точности синхронизации в условиях приема с помощью мобильных устройств.

Другие варианты шаблонов в таблице отличаются увеличенным сдвигом несущих пилот-сигналов либо по частоте (РР6, РР7), либо по времени (РР8). Например, в модели РР7 на рис. пилотные сигналы в каждом новом символе сдвигаются по оси частот на 24 ячейки (Δf_р=24), а по времени - на четыре ОFDM-символа (Δt_р=4).

. Шаблон РР7 размещения пилотных сигналов

Вследствие увеличения расстояния между пилотными сигналами и уменьшения их количества, модель РР7 более чувствительна к помехам, но обеспечивает более высокую пропускную способность системы за счет сокращения затрат на передачу служебных данных. Ее можно использовать при приеме в стационарных условиях на наружную антенну.

Выбор определенного шаблона для размещения пилот-сигналов в кадре зависит от числа несущих и величины защитного интервала, исходя из компромисса между качеством передаваемой информации (вероятностью ошибок) и производительностью работы системы (скоростью передачи данных). Рекомендуемые варианты использования различных шаблонов в зависимости от размера БПФ и защитных интервалов представлены в таблице

Рекомендуемые варианты использования шаблонов

в зависимости от размера БПФ и защитных интервалов

В результате, если в DVB-T рассеянные пилот-сигналы занимают 8% всех несущих (фиксированная модель), то в DVB-T2 этот показатель в зависимости от выбранного в соответствии с табл. набора параметров системы может составлять 1%, 2%, 4% и 8%.

К недостаткам модуляции OFDM относится повышенный пик-фактор cигнала (отношение его пиковой к средней мощности). Опционно в модуле генерации OFDM сигнала предусмотрена возможность путем специальной обработки уменьшить его пик-фактор примерно на 20%, что повышает КПД передатчика.

Применение кода Грея для минимизации ошибок

Влияние шумов на положение сигнальных точек на векторной диаграмме при модуляции 4 - КАМ

Влияние шумов на положение сигнальных точек на векторной диаграмме при модуляции 16 - КАМ

Минимизация битовых ошибок при использовании кода Грея вместо двоичного кода в сигнальном созвездии.

Десятичный	0	1	2	3	4	5	6	7
Двоичный	000	001	010	011	100	101	110	111
Код Грея	000	001	011	010	110	111	101	100

Модуляция с вращением сигнального созвездия при модуляции QPSK

Операции временного и частотного разнесения координат сигнальных точек (I и Q)

Рис. Энергетический выигрыш при модуляции QPSK

с вращением сигнального созвездия

Организация одночастотной синхронной сети - ОЧС(SFN)

стандарта DVB-T2. Интерфейс T2MI.

В стандарте DVB-Т2 применение Т2-шлюза обязательно при 1)организации одночастотных сетей (SFN), 2)использовании технологии MISO, 3)использовании режима передачи нескольких PLP.

Т2 шлюз принимает один или несколько ЦП от мультиплексора(ов) и упаковывает(инкапсулирует) их в немодулированные базовые кадры(ВВ-кадры), которые, с помощью протокола интерфейса модулятора Т2-МI инкапсулируются в Т2-МI пакеты и через распределительную спутниковую или кабельную сеть поступают на входы модуляторов удаленных передатчиков.

На выходе Т2-шлюза формируются T2-MI пакеты, формат которых представлен на рисунке. Эти пакеты предназначены для связи между Т2-шлюзом и модуляторами передатчиков и в эфир не излучаются. Каждый пакет содержит заголовок (48 бит), поле полезной нагрузки переменного размера, поле заполнения переменной длины и поле кода обнаружения канальных ошибок при передаче пакета (32 бита).

Содержимое поля полезной нагрузки (payload) зависит от типаТ2-MI пакета, определяемого полем packet_type заголовка.

В этом поле (payload) может передаваться полезная (BB-кадр) или служебная информация. Например, если поле packet_type содержит значение 00₁₆, то в поле полезной нагрузки передается BB-кадр

Управляющая и синхронизирующая информация для передатчиков синхронной сети рассредоточена по нескольким T2-MI —пакетам интерфейса модулятора системы DVB-T2. Если поле packet_type содержит код 10₁₆, то в поле полезной нагрузки передаются данные сигнализации L1. Если в поле packet_type содержится код 20₁₆, то в поле полезной нагрузки передается метка времени (DVB-T2 timestamp), необходимая для обеспечения синхронизации всех радиопередатчиков одночастотной сети стандарта DVB-T2. Эти метки времени определяют момент излучения сигнала самым удаленным передатчиком синхронной сети с учетом всех задержек сигнала в преобразователях, усилителях мощности и т.п. элементах передатчика. Метки времени передаются в T2-MI — пакетах с packet_type 20₁₆ в составе каждого Т2- кадра. Другие значения поля packet_type отражают наличие служебной информации, нужной для формирования физической структуры кадра сигнала DVB-T2 в модуляторе. Посредством передаваемой служебной информации также осуществляется конфигурация модуляторов DVB-T2. Сформированные Т2-MI пакеты посредством интерфейса ASI (Asynchronous Serial Interface – асинхронный последовательный интерфейс) или IP (Internet Protocol) передаются через распределительную сеть (спутниковую или ВОЛС) к модуляторам. Данные индивидуальной адресации передаются в T2-MI — пакетах с packet_type 21₁₆ , cодержат тот же состав индивидуальной информации и в том же формате, что и MIP-пакеты стандарта DVB-T. В системе DVB-T2 тоже применяются пакеты с аббревиатурой MIP, но ее расшифровка и содержание отличаются от DVB-T. В DVB-T2 они называются «информационные пакеты модулятора T2» (T2-Modulator Information Packet,T2-MIP) Они применяются для синхронизации передатчиков ретрансляторов, действующих в составе двухуровневых синхронных сетей, на которые полезные данные, информация о синхронизации и индивидуальная информация передаются не по линиям привязки, а по эфиру от ближайшей станции синхронной сети(см.рис.)

Передача синхроинформации на ретрансляторы по эфиру с помощью пакетов T2-MIP принят в связи с тем, что пакеты T2-MI предназначены исключительно для связи между T2-шлюзом и собственно модулятором и в эфир не излучаются. Формирование и вставка пакетов T2-MIP производятся в Т2-шлюзе, так как именно там происходит построение Т2-кадра и суперкадра, а следовательно и назначается время модуляции ВЧ-сигнала пакетами транспортного потока приемник ретранслятора должен выделить пакеты T2-MIP и переконструировать входящий DVB-T2 сигнал так, чтобы подать эквивалент T2-MI сигнала, включая метки времени, на модулятор ретранслятора, что обеспечивает формирование одинаковых сигналов в один и тот же момент времени на каждой станции синхронной сети второго уровня.

Время излучения передатчиков ретрансляторов, работающих в сети второго уровня синхронной сети устанавливается в общем Т2-шлюзе и прописывается в поле t2_timestamp_mip (88 bits) формируемого там же пакета T2-MIP. Пакет, который имеет формат пакета TS MPEG-2, через интерфейс T2-MI поступает на передатчики синхронной сети первого уровня, излучается в эфир и принимается приемниками ретрансляторов сети второго уровня. На основе этой информации о назначенном времени излучения, зная время прихода текущего суперкадра, каждый ретранслятор определяет необходимое время задержки для излучения текущего суперкадра. Значение Т2-метки, которое несет T2- MIP, может отличаться от содержащегося в пакете типа 20₁₆ интерфейса Т2–MI, которое используется для синхронизации передатчиков в сети первого уровня. Передатчики ретрансляторов сети второго уровня излучают на частоте, отличной от принятой в сети первого уровня. Таким образом, синхронные сети первого и второго уровней, передавая одну и ту же полезную информацию, представляют из себя разные синхронные сети, развязанные друг от друга по частоте и времени. Запаздывание момента излучения ретрансляторов по времени незначительно относительно момента излучения передатчиков сети первого уровня.

T2 шлюз инкапсулирует данные одного или нескольких транспортных потоков (TS) в немодулированные (BaseBand) кадры, которые в свою очередь с помощью специального протокола упаковываются в пакеты интерфейса модулятора DVB-T2 MI вместе с сигнальной (L1) и синхронизирующей информацией (временная метка), образуя Т2 кадр (см.рисунок). Сформированный Т2 кадр инкапсулируется в последовательность стандартных транспортных пакетов (TS) и через распределительную сеть поступает на модуляторы передатчиков сети.

Последовательность передачи данных на модуляторы передатчиков

Т2-MI пакеты имеют переменную длину, указанную в их заголовке, и их начало не обязательно совпадает с началом пакетов транспортного потока (TS). Один Т2-MI пакет может размещаться в нескольких пакетах транспортного потока (TS), а его начало (позиция его 1-го бита ) отображается внутри пакета (TS) с помощью 8 разрядного счетчика байт (см.рис. ).

Зависимость требуемого отношения сигнал/шум для первого (DVD-T) и второго (DVD-T2) поколений стандарта от скорости движения мобильного терминала для режима работы 8К

Технология MISO

Для одночастотных SFN сетей введен режим MISO (несколько входов- один выход), благодаря которому удается уменьшить интерференционные искажения сигналов в областях перекрытия зон обслуживания передатчиков.

Общая конфигурация сети MISO показана на рисунке.

Рис. Общая схема режима MISO

Из схемы видно, что одно из основных отличий режима MISO и стандартного сетевого вещания в том, что в MISO сети передается две различных версии полезного сигнала одновременно (С₀,С₁ и –С₁*,С₀*).

Обычно передатчики географически отделены друг от друга. Передача нескольких версий полезного сигнала в режиме MISO позволяет повысить отношение сигнал/шум на входе приемника или увеличить скорость передачи данных.

Стандарт DVB-T2 основан на модифицированном виде схемы Alamouti, которая реализуется относительно простым способом. При использовании одной приемной антенны в приемном устройстве схема Alamouti позволяет получить значительное улучшение сигнал/шум.

Каждый из нескольких передатчиков в сети входит в одну из двух групп..

Пердатчики первой группы передают немодифицированную версию символов каждого созвездия, такой, какой они были бы в "стандартных" SFN. Первая пара символов сигнала показана, как C₀ и C₁ на схеме. Источники сигнала во второй группе передают измененную версию пары каждого созвездия в обратном порядке, т.е. -C₁* и С₀*, где * означает операцию сопряжения.

Приемник выделяет компоненты C₀ и C₁ из принимаемых комбинированных сигналов относительно простым способом, который не требует больших усложнений схемы обработки по сравнению со стандартным приемником по алгоритму SISO.На схеме также показаны две части оборудования, которые необходимы для того, чтобы сеть работала правильно: T2 шлюз и DVB-T2 модуляторы.

T2 шлюз (интерфейс T2 модуляторов) производит T2-MISO поток, который содержит всю информацию, необходимую для описания содержания и меток времени Т2 кадров. T2-MISO поток подается на Т2 модуляторы, которые обеспечивают требуемые задержки и Alamouti кодирование.

Все передатчики в MISO сети привязаны к базовой частоте. Таким образом, сигналы синхронизированы по частоте и времени так же, как в «стандартной» сети SFN. Обычно для этой цели используется приемник GPS.. При построении DVB-T2 MISO сети на каждую группу приходится два или три передатчика.

Максимальный теоретический выигрыш при приеме на стационарные антенны (в канале с белым гауссовским шумом) равен 3дБ при синфазном сложении амплитуд принимаемых по двум каналам сигналов. В канале с замираниями (канал Рэлея), который характерен для условий приема на мобильные терминалы, выигрыш может достигать величины 14 дБ.

Схема пространственно-временного кодирования по алгоритму

Аламоути на передающей стороне в режиме MISO

Увеличение зоны обслуживания в синхронной сети (синий) и при режиме MISO (красный).

Известно, что в синхронной сети сигналы от разных передатчиков на входе приемника суммируются. Этот эффект называется сетевым усилением. Результаты расчетов показывают, что учет эффекта сетевого усиления позволяет уменьшить высоты антенн передатчиков сети и их мощности в среднем примерно на 30%. Применение режима MISO обеспечивает дополнительный выигрыш в увеличении величины принимаемого сигнала, показанное на рисунке.

Увеличение уровней напряженности поля в зоне действия 2-х передатчиков синхронной сети (ПД расположены в центрах синих зон) при использовании технологии MISO

Зависимость требуемой мощности передатчиков от разности их расстояний до приемника при использовании технологий SISO и MISO