Приложение е Системы цифрового телевизионного вещания

В настоящее время в мире разработаны и находятся в эксплуатации три системы цифрового телевизионного вещания. Система ATSC (Advanced Television Systems Commitettee) разработана американскими специалистами с целью передачи высококачественного изображения (ТВЧ), звука и дополнительных данных в полосе частот соответствующей ширине канала аналогового телевидения. DVB (Digital Video Brodcasting) разработана специалистами ведущих европейских фирм производителей профессионального видео оборудования. ISDB( ) разработана специалистами японской фирмы NHK.

У всех трех систем есть много общего. Каждая из них использует транспортные пакеты данных MPEG-2, т.е. цель каждой из систем – согласование цифровых данных с параметрами канала связи. Сигналы этих систем должны некоторое время сосуществовать с сигналами аналоговых передатчиков, работающих на тех же частотах (необходимо абонентам дать некоторое время для обновления парка телевизионных приемников). Полосы частот, занимаемые цифровыми сигналами, должны соответствовать полосам частот, занимаемыми аналоговыми, а этот параметр зависит от стандарта вещания, принятого в стране (в противном случае надо перекраивать сетку частот, а это приведет к невозможности выполнения предыдущего условия).

Выполнение условия одновременного сосуществования аналоговых и цифровых сигналов возможно при минимизации взаимных помех между ними. Минимизация влияния цифровых сигналов на аналоговые решается за счет предания их спектрам шумоподобной формы (спектр равномерен во всей полосе частот). При этом наиболее эффективно используется вся полоса частот, отводимая цифровому сигналу, и мощность передатчика. Для этого данные транспортных пакетов MPEG-2 проходят операцию рандомизация (сложение цифровых данных с квазислучайной последовательностью). У этой операции есть еще одно достоинство – цифровой сигнал после нее имеет частые перепады уровней, что при приеме может обеспечить самосинхронизацию (возможность выделения из цифровых данных тактовой частоты).

Условие одинаковых полос занимаемых частот аналоговыми и цифровыми сигналами выполняется выбором параметров системы. Так, система ATSC разрабатывалась для каналов шириной 6 МГц и может быть использована только в странах в которых принята соответствующая сетка частот. Система DVB разрабатывалась специалистами Европы, на территории которой в разных странах действуют различные сетки частот 6,7,8 МГц. Кроме того, на территории одной страны в метровом и дециметровом диапазонах могут использоваться разные сетки. По этому в этом отношении система DVB более гибкая и может быть использована в любой стране мира. Изменение режима работы происходит за счет изменения системной тактовой частоты. Система ISDB появилась самой последней и впитала в себя все самое лучшее из системы DVB. Можно сказать, она является логическим продолжением системы DVB.

Все три системы имеют похожие алгоритмы помехоустойчивого кодирования, которые должны обеспечить борьбу, как с одиночными, так и с пакетными ошибками (см. коды произведения).

Система ATSC

Модуляция

Система ATSC координально отличается от остальных используемой модуляцией. Применяется амплитудная модуляция с частично подавленной боковой полосой VSB (Vestigial Sideband). Возможно использование как двухуровневых модулирующих сигналов так и многоуровневых. Сравним двухуровневый сигнал с восьмиуровневым (рис.44)

Рисунок 44 Двухуровневые и восьмиуровневые модулирующие сигналы

При двухуровневом модулирующем сигнале, он полностью повторяет сигнал передаваемых данных. При высоком уровне - +1, при низком - -1. Таким образом один уровень может переносить информацию только одного бита. При восьмиуровневом, модулирующий сигнал на интервале одного символа может принимать один из восьми уровней, а значит переносить информацию сразу о трех битах. Ясно, что при одинаковой скорости передачи символов (что соответствует одинаковой полосе занимаемых частот) пропускная способность восьмиуровневой модуляции в три раза больше. Модуляция VSB может работать с разными модулирующими сигналами: 2-VSB, 4-VSB, 8-VSB, 16-VSB,…N-VSB. Число показывает количество уровней модулирующего сигнала N=2ⁿ, где n – количество бит, влияющих на выбор уровня модуляции. Итак, использование многоуровневой модуляции приводит к увеличению скорости передаваемых данных при той же полосе частот, или к уменьшению полосы частот при той же скорости данных.

Но нельзя бесконечно увеличивать количество позиций модулирующего сигнала. Ведь на приемном конце демодулятор должен сделать выбор между этими разрешенными уровнями. Сигнал будет искажен и насыщен шумами, а детектировать сигнал необходимо точно. Ясно, что чем больше позиций у модулирующего сигнала, тем труднее приемнику будет сделать правильный выбор. По этому необходимо согласовывать выбор модуляции с характеристиками канала связи. В системе ATSC для кабельных сетей, где ниже уровни шума и отраженных сигналов используется модуляция 16-VSB, а для наземного вещания – 8T-VSB. Буква Т означает использование внутреннего сверточного (трилисного) кодирования со скоростью 2/3. К двум информационным битам добавляется один проверочный, и именно эти три бита влияют на уровень модуляции.

И так в кабельных сетях (16-VSB) передается 4 бита информации на интервале одного символа, а в наземном вещании (8T-VSB) передается 2=3-1 бита. Таким образом, при одинаковой скорости передачи символов в той же полосе частот, в кабельных сетях система ATSC позволяет передавать в два раза больше информации 2*19,39 Мбит/с, чем в наземном вещании 19,39 Мбит/с.

Частота следования символов в обоих случаях равна F_S=10,76 МГц, что обеспечивает высокую эффективность использования полосы частот канала и мощности передатчика (рисунок 45).

Рисунок 45 Спектр сигнала ATSC

Пределу Найквиста для такой скорости передачи символов соответствует полоса частот 10,76/2=5.38 МГц. Полоса частот, занимаемая сигналом ATSC, всего на 0,62 МГц больше теоретического предела.

Как отмечалось выше, входные данные подвергаются рандомизации, благодаря чему спектр сигнала ATSC имеет шумоподобную форму. Но появляется проблема: в цифровых данных после этой операции будет отсутствовать постоянная составляющая, что превратит амплитудную модуляцию в балансную (амплитудную модуляцию без несущей). Балансная модуляция намного сложнее для приема, поэтому в спектр сигнала ATSC вводят пилот сигнал (Р). Он добавляет к мощности передатчика всего 0,3 дБ. Формируется пилот сигнал введением в модулирующие сигналы постоянной составляющей уровнем 1.25 единицы. Пилот сигнал позволяет восстановить несущую на приемном конце даже при отношении сигнал/шум 0дБ.

Структурирование данных в системе ATSC

Входные транспортные пакеты MPEG-2 состоят из 188 байт, один из которых – байт синхронизации. Он исключается и к оставшемся 187 байтам добавляется 20 байт кода Рида-Соломона (внешнее кодирование). Такая операция позволит на приемном конце исправить до 10 ошибочных байт в получившихся кодовых словах (207,187). Каждые два бита в процессе решетчатого (внутреннего) кодирования преобразуются в три (3,2) и именно эти три бита будут влиять на выбор уровня модулирующего сигнала (символа). Таким образом, двум битам кодового слова внешнего кода соответствует один символ данных, одному байту – четыре, а 207 байтам – 828 символа. Эти 828 восьмиуровневых символа (8Т-VSB) в месте с синхросигналом образуют сегмент данных (рисунок 46).

Рисунок 46 Сегмент данных

Синхросигнал сегмента данных занимает четыре символа, что соответствует исключенному байту синхронизации пакета MPEG-2, поэтому он не приводит к увеличению избыточности. Синхросигнал сегмента представляет собой периодически повторяющуюся структуру (импульс от +5 до -5), поэтому может быть выделен даже при отношении сигнал/шум 0дБ.

Группа из 312 сегментов данных, дополненная синхросегментом поля (рисунок 47) образуют поле данных.

Рисунок 47 Синхросегмент поля данных

Синхросегмент поля данных предназначен для правильного структурирования данных в приемнике и для настройки корректоров в приемнике. Периодически повторяющаяся структура синхросегмента позволяет выделить его из потока данных при отношении сигнал/шум 0дБ. На большей своей продолжительности синхросегмент принимает значения +5 и -5.

Рисунок 48 Кадр данных системы ATSC

Первая последовательность из 511 символов предназначена для настройки корректоров сигнала большого времени. Три последовательности по 63 символа для настройки корректоров малого времени. Средняя из них инвертируется от поля к полю для идентификации полей (четное, нечетное). Последовательность из 24 символов необходима для определения режима модуляции (8T-VSB, 16-VSB). Эта информация очень важна для приемника, поэтому мощно кодируется от ошибок. После 92 резервных идут 12 символов, повторяющие последние 12 символов предыдущего сегмента.

Кадр данных состоит из двух полей данных (рисунок 48). Все временные интервалы, показанные на рисунке можно получить, используя частоту следования символов F_S. Длительность сегмента 832/10,76=77,3 мкс. Длительность поля 832*313/10,76=24,2 мс.

Преобразование данных и сигналов в передатчике ATSC

Структурная схема передающей части системы ATSC показана на рисунке 49. Из входных транспортных пакетов MPEG-2 исключаются синхробайты и оставшиеся данные рандомизируются. К оставшимся 187 байтам добавляются 20 байт кода Рида-Соломона. К полученным кодовым словам применяется межсекторное перемежение. Перемежение происходит в области из 52 секторов. Таким образом в одном секторе будут находится байты из 52 разных кодовых слов кода Рида-Соломона. Т.к. в каждом кодовом слове возможно исправление 10 ошибочных байт, межсекторное перемежение позволит при приеме исправить максимальную пакетную ошибку в 520 байт. Межсекторное перемежение, по сути, является временным: 52 сегмента данных – это 1/6 часть поля, что соответствует приблизительно 4мс. Перемежение это мощное средство борьбы с пакетными ошибками, не уменьшающее скорость кода (см коды произведения).

Рисунок 49 Обработка данных и сигналов в системе АТSC

Решетчатое кодирование (внутреннее) со скоростью 2/3, к двум входным битам добавляется один проверочный (этот блок используется только при модуляции 8T-VSB). Эти три бита определят уровень модулирующего сигнала в блоке формирователя модуляционных символов. Далее уже к многоуровневым сигналам добавляются синхросигналы сегментов и синхросегменты полей данных (образуются сегменты и поля данных). Для формирования в радиосигнале пилот сигнала в получившиеся сигналы добавляется постоянная составляющая уровнем 1,25 единицы. И уже этот сигнал модулирует промежуточную частоту в блоке VSB-модуляции.

Пропускная способность системы ATSC

Ясно, что необходимо жестко согласовывать скорость входных данных S1 с пропускной способностью системы. По выше изложенному, можно сосчитать необходимую скорость данных на входе системы (рис.49)

Ясно, что отправной точкой при расчетах необходимо взять частоту следования символов и что скорость передаваемых данных зависит от используемой модуляции.

С использованием модуляции 8T-VSB:

S1=10,76*828/832*312/313*3*2/3*187/207*188/187=19,39 Мбит/с

Дробь 828/832 учитывает введение синхросигналов сегментов данных, 312/313 – введение синхросегментов полей данных. Восьмиуровневая модуляция на интервале одного символа переносит информацию о трех битах - 3, но только два из них информационные – 2/3, один – проверочный бит сверточного кода. Дробь 187/207 учитывает внутреннее кодирование Рида-Соломона, а 188/187 исключение синхробайта из транспортных пакетов MPEG-2.

При модуляции 16-VSB в расчетах изменится только одна позиция (3 на 4), а 2/3 не будет, т.к. каждый символ несет информацию о 4 битах, а сверточного кодирования нет.

S1=10,76*828/832*312/313*4*187/207*188/187=38,78 Мбит/с

Пропускная способность системы при использовании модуляции 16-VSB в два раза больше за счет меньшей помехоустойчивости.

Режекторная фильтрация сигнала NTSC в приемнике ATSC

Как отмечалось выше, сигналы аналоговых и цифровых передатчиков будут сосуществовать в среде распространения радиоволн довольно продолжительное время. Для минимизации влияния цифрового сигнала на аналоговый, его спектру придается шумоподобная форма (за счет рандомизации). Но что делать с обратным влиянием? Система NTSC – устоявшаяся, находится в эксплуатации много лет, и изменять ее характеристики перед самым закрытием нецелесообразно. Для минимизации помех аналогового сигнала на цифровой, в цифровых приемниках устанавливаются режекторные фильтры NTSC.

В спектре сигнала NTSC присутствуют три ярко выраженных составляющих, которые будут вносить в цифровой сигнал наибольшие искажения: f_ни – несущая изображения, f_нз – несущая звукового сопровождения и f_ц – поднесущая цветности. Именно на эти частоты расходуется большая часть мощности аналогового передатчика. Исключив эти три частоты можно добиться заметного уменьшения влияния аналогового сигнала на цифровой.

Гребенчатый фильтр выполняется на линии задержки (рисунок 50а)

Рисунок 50 Гребенчатый фильтр (а), частотная характеристика (б), отзыв на импульсный сигнал (в)

Его частотная характеристика (рисунок 50б) имеет нули на частотах, кратных частоте 1/τ. Входной сигнал задерживается на целое количество периодов и складывается в противофазе. Необходимо подобрать длительность задержки так, что бы в ноли частотной характеристики попадали несущие аналогового сигнала. Оптимальное время задержки 12Т, где Т – интервал передачи одного символа: Т=1/F_S. В этом случае несущая изображения попадет в первый, поднесущая цветности в пятый и несущая сигнала звукового сопровождения в шестой ноли частотной характеристики (рисунок 51).

Основной параметр системы ATSC – частота следования символов также выбрана из условия наибольшей совместимости между аналоговым и цифровым сигналами. Она равна 684 гармонике строчной частоты. Отсюда расстояние между соседними нолями составляет 57*F_H.

В связи с тем, что составляющие шума некоррелированы, использование гребенчатого фильтра приведет к удвоению мощности шума (см. рис 50в). Одному импульсу на входе фильтра соответствует два на его выходе. Поэтому в цифровых приемниках устанавливаются детекторы сигнала NTSC, которые определяют наличие в принимаемом спектре аналогового сигнала и производят включение или выключение режекторного фильтра.

Рисунок 51 Спектр сигнала NTSC (а), частотная характеристика гребенчатого фильтра (б), спектр сигнала ATSC

Параметры системы ATSC

Как было сказано выше система ATSC существует в двух вариантах: ATSC-T (для наземного вещания, с использованием модуляции 8T-VSB) и ATSC-C (для кабельных сетей с использованием модуляции 16-VSB). Пропускная способность этих двух систем отличается в два раза за счет отличия в помехоустойчивости (порогового отношения несущая/шум). Параметры обеих систем приведены в таблице 9.

Надо отметить, что при испытаниях системы АTSC, она показала свою нежизнеспособность в условиях многолучевого приема (в городах с разноэтажной застройкой). Это согласуется с концепцией телевизионного вещания, принятой в США. Прием цифровых сигналов планируется вести с помощью систем СКПТВ (системы коллективного приема сигналов телевизионных программ). Приемная антенна с хорошей направленностью, обслуживающая некоторый район города, устанавливается в удобном месте.

Таблица 9- Параметры систем VSB для наземного и кабельного телевидения

Параметр	Наземное телевидение 8Т- VSB	Кабельное телевидение 16- VSB
Ширина полосы частот канала, МГц	6	6
Превышение предельной ширины полосы частот, %	11,5	11,5
Частота следования символов, МГц	10,76	10,76
Количество битов на символ	3	4
Скорость решетчатого кодирования	2/3	-
Кодирование Рида-Соломона	(207,187)	(207,187)
Длина сегмента, количество символов	832	832
Синхросигнал сегмента, количество символов на один сегмент	4	4
Синхросегмент поля	1 на 313 сегментов	1 на 313 сегментов
Скорость передачи данных, Мбит/с	19,39	38,78
Режекторная фильтрация сигнала NTSC в приёмнике	Режекторный фильтр	-
Относительная мощность пилот-сигнала, дБ	0,3	0,3
Пороговое отношение сигнал/шум С/N, дБ	14,9	28,3

На комнатные антенны, а так же на приемники, расположенные на подвижных объектах прием невозможен.

Система DVB

Как было сказано выше, система ATSC с модуляцией VSB не может работать в условиях многолучевого приема. В цифровых вещательных системах непригодны модуляции с одной несущей. Положение можно исправить, используя защитный интервал, во время которого сигналы не передаются. Он необходим чтобы успело закончиться действие предыдущего интервала передачи, вызванного отраженными волнами, к началу следующего. Но это невозможно с использованием одной несущей. Известно, для наземного вещания максимальная длительность требуемого защитного интервала должна быть 125мкс. Даже если длительность полезного интервала передачи приблизить к нулю, будет возможна передача символов только с частотой 8кГц (1/125мкс). Для передачи сигнала ТВЧ (телевидения высокой четкости) необходимо обеспечить скорость данных около 20Мбит/с. При этом каждый символ должен переносить информацию о 2500 бит (20*10⁶/8*10³). Для этого у несущей должно быть 2²⁵⁰⁰ позиций. Ясно, что у такой модуляции будет крайне низкая помехоустойчивость.

Выход наблюдается в использовании новых видов модуляции с большим количеством несущих. В системе DVB используется модуляция, разработанная специально для цифровых систем передач OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex – частотное уплотнение с ортогональными несущими).

Выбор параметров

За исходные данные возьмем длительность защитного интервала Т_g=125мкс. Целесообразно его значение брать не более 1/4 от длительности полезного интервала Тu.

Тu= 250мкс*4= 1мс

Шаг несущих связан с шириной основного лепестка спектра одного модулированного колебания и равен величине обратной длительности полезного интервала (рисунок 52):

1/1мс = 1КГц

Рисунок 52 Спектр одного модулируемого колебания

Для канала шириной 8МГц количество несущих N= 8*10⁶/1*10³=8000. Для передачи сигнала ТВЧ (20 Мбит/с) количество бит, переносимых одной несущей на одном интервалепередачи составляет:

= 3,125 бит

Это число показывает, что можно использовать малопозиционную модуляцию, а это обеспечивает высокую помехозащищённость.

Встаёт вопрос о реализации такой модуляции. Ведь с традиционным подходом необходимо на передающем конце иметь 8000 модуляторов, а на приёмном 8000 демодуляторов, что, конечно, невозможно.

Традиционный подход- это модуляция аналоговой несущей модулирующим сигналом. Но ведь модуляцию можно производить и с цифровым сигналом, а на выходе такого модулятора поставить ЦАП (рисунок 53).

Рисунок 53 OFDM модулятор и демодулятор

В таком случае на выходе ЦАП будет действовать сигнал неопределённой формы, состоящий из модулированных несущих, которые находятся в полосе частот 8МГц (7МГц, 6МГц).

Для модуляции отдельных несущих используется квадратурная модуляция (по амплитуде и фазе). Сложение гармоник с разными амплитудами не что иное, как обратное преобразование Фурье. Промышленностью разработаны и выпускаются процессоры, работающие на алгоритмах быстрого прямого и обратного преобразований Фурье с величиной массива (количеством несущих) равным целой степени числа 2 (256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192,…).

В системе DVB-T используется 2 режима работы 2К и 8К, где К= 2¹⁰=1024. Соответственно в режиме 2К 1024, а в режиме 8К 8192 несущих. Не все несущие будут использованы, так как необходимо, чтобы они все находились в заданной полосе частот при заданной длительности интервала передачи.

На приёмном конце после преобразования сигнал проходит через АЦП, где формируется цифровой аналог принятого сигнала, а далее через процессор БПФ, где и происходит демодуляция несущих.

Модуляция отдельных несущих

Отдельные несущие с использованием модуляции OFDM модулируются согласно QPSK (Quaternary Phase Shift Keying – квадратурная фазовая манипуляция) или QAM (Quadrature Amplitude Modulation).

QPSC – четырех позиционный подвид модуляции QAM (Рисунок 54).

Рисунок 54 Модуляция QPSK

Сигналы, модулирующие синфазную и квадратурную компоненты представлены в коде БВН (Без Возвращения к Нулю). Величина вектора, соединяющего точку начала координат с любой из позиций несущей, определяет размах несущей, а его угол – фазу несущей. При QPSK меняется только фаза несущей (четырех позиционная фазовая манипуляция). На интервале одного символа передачи каждая несущая сможет передать информацию о двух битах.

Модуляция QAM в системе VSB может быть использована в нескольких вариантах. На рисунке 55 показана однородная модуляция 16-QAM.

Здесь меняется не только фаза поднесущей, но и ее амплитуда. Модуляционные символы – четырехпозиционные. При их формировании используется код Грея (см.рисунок 55). Если во время приема вместо переданной позиции будет принята соседняя (а такие ошибки наиболее вероятны), то это приведет к ошибке величиной в один бит. Однородная означает, что расстояния между соседними позициями одинаковое по всему позиционному полю.

На рисунке 56 показана неоднородная модуляция 16-QAM. Она используется при иерархической передаче, когда по одному каналу можно передать одну программу в двух вариантах. На передающем конце входные данные разделяются на два потока: высшего и низшего приоритета (рисунок 58 пунктир). Поток низшего приоритета может нести информацию о телевидении обычного качества, а поток высшего приоритета – дополнять низший до ТВЧ.

Рисунок 55 Однородная модуляция 16-QAM

Как видно все позиционное поле разделено на квадранты (четверти). Два бита потока высшего приоритета определяют используемый квадрант пунктирные позиции на рисунке 56 (модуляция QPSK). А два бита потока низшего приоритета – позицию в квадранте (позиции высшего приоритета задают начало координат для данных низшего приоритета). Таким образом, данные потока низшего приоритета так же модулируются согласно QPSK. В хороших условиях приема возможно определение любой из позиции, декодируем оба потока (качество ТВЧ). При неблагоприятных условиях (с большим уровнем шума или приемник находится на подвижном объекте) будет возможно определение того, к какой из групп принадлежит принятый символ. При этом будут декодированы данные только высшего приоритета (телевидение обычной четкости).

Рисунок 56 Неоднородная модуляция 16-QAM

Модуляция QAM характеризуется параметром α. Он равен отношению расстояния между соседними позициями в разных четвертях к расстоянию между позициями в одной четверти. На рисунке 56 показана модуляция 16-QAM с α=4/2=2. В системе DVB предусмотрено использование модуляции QAM с тремя значениями этого параметра: α=1 – однородная модуляция, α=2 и α=4 – неоднородная модуляция. Модуляция 16-QAM с α=4 показана на рисунке 57.

Рисунок 57 Неоднородная модуляция 16-QAM с α=4

При использовании неоднородной модуляции 64-QAM поток высшего приоритета модулируется согласно QPSK, а поток низшего приоритета согласно 16-QAM (в каждом квадранте будет по 16 позиций 16*4=64).

Обработка данных и сигналов

Структурная схема передающей части системы DVB представлена на рисунке 58. В качестве входных данных используются транспортные пакеты MPEG-2. Расщепление потока данных происходит только при иерархической передаче. Далее данные потоков высшего и низшего (пунктир) приоритетов обрабатываются одинаково, исключение составляет случай с использованием неоднородной модуляции 64-QAM. В этом случае данные низшего потока обрабатываются со скоростью в два раза большей, чем данные высшего потока.

Данные подвергаются рандомизации и внешнему кодированию. Здесь к 188 байтам транспортных пакетов добавляются по 16 проверочных байт кода Рида-Соломона, что позволит исправить до 8 ошибочных байт в каждом кодовом слове на приемном конце.

Рисунок 58 Преобразование данных и сигналов в передающей части

системы DVB-T

Внешнее перемежение циклическое, осуществляется в области из 12 кодовых слов внешнего кода. Это позволит исправить пакетную ошибку в 12*8=96 байт.

Система DVB предназначена для удовлетворения самых различных требований в странах, переходящих на цифровое вещание. Поэтому она обладает высокой гибкостью. Так, например скорость внутреннего кода может варьироваться и принимать следующие значения: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 и 7/8. Внутреннее кодирование осуществляется на базе сверточного кодирования со скоростью 1/2 (рисунок 59).

Рисунок 59- Внутреннее кодирование с вычёркиванием

Каждому входному биту сверточного кодера будут соответствовать два выходных (x и y), а преобразователь согласует выходные данные с выбранной скоростью внутреннего кодирования согласно таблице 10.

Таблица 10 Внутреннее кодирование

r	Передаваемая последовательность
1/2	X1 Y1
2/3	X1 Y1 Y2
3/4	X1 Y1 Y2 X3
5/6	X1 Y1 Y2 X2 Y4 X5
7/8	X1 Y1 Y2 X3 Y4 X5 Y6 X7

Внутреннее перемежение тесно связано с модуляцией несущих. Оно фактически является частотным перемежением, определяющим перемешивание данных, которые модулируют разные несущие. Процесс внутреннего перемежения для модуляции 16-QAM показан на рисунке 60.

Рисунок 60 Внутреннее перемежение

Сначала входные данные делятся на субпотоки, количество которых зависит от используемой модуляции: на 2 при QPSK, на 4 при 16-QAM и на 6 при 64-QAM. Ясно, что в каждом субпотоке скорость данных будет ниже входной в соответствующее количество раз. Данные каждого субпотока подвергаются блочному перемежению в области из 126 бит. Этот процесс повторяется 12 раз в режиме 2к и 48 раз в режиме 8к. Таким образом в каждом субпотоке формируется блок данных, по размеру равный количеству полезных несущих в обоих режимах работы (126*12=1512, 126*48=6048) Этот пакет данных называется символом OFDM. Именно эти цифровые символы данных из каждого субпотока будут модулировать несущие на интервале одного символа OFDM. В блоках перемежения битов I₀ и I₁ алгоритмы перемешивания различны.

В блоке перемежения символов происходит частотное перемежение (данные, находящиеся в цифровом потоке рядом, будут модулировать несущие, расположенные в разных областях спектра OFDM). Это необходимо для предотвращения возникновения пакетных ошибок при потере нескольких рядом находящихся несущих (это явление наблюдается при многолучевом приеме).

У формирователя модуляционных символов два выхода: вещественный и мнимый. Данные с первого выхода будут модулировать синфазную компоненту несущей, а со второго – квадратурную. При модуляции QPSK модуляционный символ на каждом из выходов будет состоять из одного бита (двухпозиционный), при 16-QAM из двух бит (четырехпозиционный) и при 64-QAM – из трех бит (восьмипозиционный).

Модуляция каждой несущей и их сложение осуществляется непосредственно в цифровой форме (см. выше). Для возможности работы системы в различных условиях длительность защитного интервала Т_g может принимать ряд значений: 1/4, 1/8, 1/16, и 1/32 от длительности полезного интервала T_u.

Структура передаваемых данных и сигналов

Сигнал с модуляцией OFDM состоит из большого числа промодулированных несущих, поэтому каждый символ OFDM можно рассматривать как разделенный на элементарные пакеты. Каждый элементарный пакет состоит из данных переносимых одной несущей. Его размер зависит от модуляции отдельных несущих. Это 2 бита при QPSK, 4 бита при 16-QAM и 6 бит при 64-QAM.

Передаваемый сигнал разбивается на кадры. Каждый кадр состоит из 68 символов OFDM, нумеруемых от 0 до 67. Четыре кадра составляют суперкадр. Данная структура передаваемых сигналов обеспечивает наличие в одном суперкадре целого числа слов внешнего кода по 204 байта (188, 204).

Каждый символ OFDM длительностью T_s состоит из полезного интервала T_u и защитного интервала T_g. Символ OFDM – это сумма 1705 промодулированных несущих в режиме 2k и 6817 несущих в режиме 8k. Только 1512 и 6048 несущих в соответствующих режимах переносят полезные данные. Остальные предназначены для передачи опорных сигналов и сведений о параметрах передачи.

Опорные сигналы называются пилот-сигналами. Они получаются в результате модуляции некоторых свободных несущих псевдослучайной последовательностью. В системе используются два вида пилот-сигналов: непрерывные и распределенные. Непрерывные пилот-сигналы всегда передаются на одних и тех же поднесущих и предназначены для синхронизации приемника. Распределенные пилот-сигналы модулируют разные несущие с псевдослучайной последовательностью. Они предназначены для непрерывного определения параметров тракта (это очень удобно, если приемник находится на подвижном объекте, когда характеристики тракта постоянно меняются).

Сигналы параметров передачи переносят следующую информацию: режим работы (2k, 8k), используемая модуляция (QPSK, 16-QAM, 64-QAM), способ передачи (иерархический, неиерархический), величина защитного интервала, скорость внутреннего кода, номер кадра в суперкадре. Эти сведения используются приемником для быстрой настройки.

Параметры системы DVB-T

Основные параметры системы DVB-T представлены в таблице 11. Как видно в обоих режимах работы (8k и 2k) отношение количества полезных несущих к длительности полезного интервала – число постоянное (1512/224мкс=6048/896мкс=6,75МГц=RS). Это число показывает максимально возможную частоту передачи символов. Максимально возможную потому что оно не учитывает наличие защитного интервала.

Используя возможную частоту передачи символов можно найти скорость передачи данных при различных сочетаниях параметров системы DVB-T (см. таблицу 12).

RSU=RS*b*CR1*CRRS*(T_u/T_s),

где RS – максимально возможная частота следования символов (6,75МГц), b – количество бит, переносимых одной несущей, CR1 – скорость внутреннего кода, CRRS – скорость внешнего кода Рида-Соломона (188/204), T_u – длительность полезного интервала, T_s – длительность интервала OFDM (T_s=T_u+T_g).

Таблица 11 - Основные параметры системы DVB-T

Основные параметры системы DVB-T
Параметр	Режим
	8к	2к
Число несущих	6817	1705
Длительность полезного интервала Tu, мкс	896	224
Длительность защитного интервала Tg, мкс	224, 112, 56, 28	56, 28, 14, 7
Интервал между несущими, Гц	1116	4464
Интервал между крайними несущими, МГц	7,61	7,61
Модуляция несущих	QPSK, 16-QAM, 64-QAM	QPSK, 16-QAM, 64-QAM
Скорость внутреннего кода	1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8	1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8

Таблица 12 показывает чрезвычайную гибкость системы DVB, скорость данных меняется в значительных пределах, что перекрывает весь диапазон потребностей, начиная от телевидения пониженной четкости до ТВЧ.

Таблица 12 Параметры системы DVB

Модуляция	CR1	C/N, дБ (гауссов канал)	Скорость передачи данных, Мбит/с
			Tg/Tu= 1/4	Tg/Tu= 1/8	Tg/Tu= 1/16	Tg/Tu= 1/32
QPSK	1/2	3.1	4.98	5.53	5.85	6.03
QPSK	2/3	4.9	6.64	7.37	7.81	8.04
QPSK	3/4	5.9	7.46	8.29	8.78	9.05
QPSK	5/6	6.9	8.29	9.22	9.76	10.05
QPSK	7/8	7.7	8.71	9.68	10.25	10.56
16-QAM	1/2	8.8	9.95	11.6	11.71	12.06
16-QAM	2/3	11.1	13.27	14.75	15.61	16.09
16-QAM	3/4	12.5	14.93	16.59	17.56	18.10
16-QAM	5/6	13.5	16.59	18.43	19.52	20.11
16-QAM	7/8	13.9	17.42	19.35	20.49	21.11
64-QAM	1/2	14.4	14.93	16.59	17.56	18.10
64-QAM	2/3	16.5	19.91	22.12	23.42	24.13
64-QAM	3/4	18.0	22.39	24.88	26.35	27.14
64-QAM	5/6	19.3	24.88	27.65	29.27	30.16
64-QAM	7/8	20.1	26.13	29.03	30.74	31.67

Помехозащищенность системы зависит от используемой модуляции и скорости внутреннего кода.