Синхронизация в системах с оfdм Формирование данных и структура сигналов Структура кадра в стандарте dvb-т
Формат и структура кадра стандарта DVB-Т должны обеспечивать быстрое вхождение в синхронизм демодулятора цифрового телевизора и согласование с форматом транспортного пакета МРЕG-2, чтобы взаимные преобразования этих форматов в модеме могли быть выполнены простыми техническими средствами.
В результате учета этих требований в стандарте DVB-Т была принята двухступенчатая структура передачи данных в виде суперкадра, состоящего из 4 кадров ОFDM. При этом в одном суперкадре содержится целое число транспортных пакетов МРЕG-2 по 204 байта каждый (рандомизированных транспортных пакетов МРЕG-2, снабженных для защиты от ошибок проверочными байтами кода Рида-Соломона), что позволяет производить взаимные преобразования форматов транспортных пакетов и суперкадра ОFDM. В то же время наличие в суперкадре 4 кадров повышает в 4 раза скорость передачи сигналов синхронизации, за счет чего обеспечивается приемлемое время вхождения в синхронизм демодулятора телевизора.
Структура кадра ОFDМ
Для режимов модуляций 8К и 2К в кадре содержится соответственно n=6817 и n=1705 несущих частот, которые пронумерованы от nmin=0 до nmax=6816 (режим 8К) и nmax=1794 (режим 2К). Кадр включает 68 символов ОFDМ, которым присвоены номера от 0 до 67. Длительность кадра Ткадр = 68ТS.
В дополнение к передаваемым полезным данным кадр ОFDМ содержит специальную служебную информацию в виде непрерывных и распределенных пилотных поднесущих и поднесущих сигнализации о параметрах передачи.
Поднесущие сигнализации содержат заранее известные на приемной стороне частоты, фазы и амплитуды несущих частот и используются для кадровой, частотной, временной синхронизации, оценки параметров канала, идентификации режима передачи, а также для отслеживания фазового шума. Для этих целей в каждом символе ОFDМ для режимов модуляции 8К и 2К выделено соответственно 769 и 193 опорных поднесущих.
Опорные поднесущие
Опорные поднесущие представляют собой два класса специальных сигналов: опорные поднесущие (пилот-сигналы - ПС), которые переносят информацию, параметры которой априорно известны в приемнике, и служебные поднесущие ТРS, ответственные за передачу системной информации для демодулятора. Все опорные поднесущие модулируются по фазе, значения которой устанавливаются в соответствии со опорной псевдослучайной двоичной последовательностью (ПСП).
Опорные пилот-сигналы передаются с повышенной мощностью на 2,5 дБ относительно уровня мощности информационных поднесущих. Применяются два типа пилот-сигналов: фиксированные (непрерывные ПС) и рассредоточенные по частоте (рассеянные ПС).
Непрерывные (фиксированные) пилот-сигналы передаются на одних и тех же поднесущих в каждом ОFDМ–символе, используются для синхронизации приемника и оценки фазовых шумов канала. Непрерывные пилот-сигналы, частотные позиции которых в каждом символе ОFDМ постоянны, обеспечивают фазовую автоподстройку опорной сетки когерентных частот демодулятора (стнхронизацию). Всего для этой цели в режимах 8К и 2К используются соответственно 177 и 45 фиксированных поднесущих частот.
Местоположение (частотные позиции) непрерывных ПС в символе OFDM
Распределенные (рассредоточенные) пилот-сигналы рассеяны равномерно во времени и по частотам поднесущих, служат для оценки характеристик канала.
Когерентная демодуляция требует оперативного использования характеристик канала передачи. Рассредоточенные опорные поднесущие, изменяющие свои частотные позиции при переходе от одного символа к другому, благодаря двумерной структуре OFDM-сигнала, создают двумерную сетку рассеянных ПС, применяемую для канального измерения и оценки текущего состояния АЧХ сквозного радиоканала модема.
Для этой цели используются в режимах 8К/2К соответственно 524 и 131 рассредоточенных опорных поднесущих, которые размещаются по диагонали прямоугольной сетки.
Диагональная сетка рассеянных пилот-сигналов стандарта DVВ-Т
Плотность пилотных поднесущих частот должна быть достаточной для заданной точности определения параметров канала и синхронизации приемника. Частота сетки должна соответствовать временным и частотным флуктуациям в канале, в том числе в условиях доплеровского смещения частоты. В то же время увеличение числа ПС возможно только за счет уменьшения числа передаваемых информационных символов, что влечет за собой снижение скорости передачи полезной информации в системе и, таким образом, происходит снижение ее спектральной эффективности.
Изменения номеров распределенных (рассредоточенных) поднесущих производятся с периодом 4 символа ОFDМ, т.е., например, частотные позиции рассредоточенных поднесущих в символе ОFDМ с номером 0 и номером 4 совпадают.
Размещение рассеянных ПС по диагонали уменьшает негативный эффект от завышенного — по сравнению с символами данных — уровня мощности, с которым передаются эти опорные сигналы. При таком решении мощные поднесущие размещаются равномерно во времени и по частоте, что способствует формированию равномерного спектра и обеспечивает более эффективный режим работы усилителя мощности передатчика. Так же в результате периодического сдвига частот рассредоточенных опорных поднесущих происходит более точное частотное сканирование сквозной АЧХ радиотракта модема.
Таким образом, для канальной оценки используется 1/12 всей емкости системы, так как рассеянные пилот-сигналы расположены с шагом по частоте ΔF=3Δf, где Δf= 1/ТU - частотный разнос между ортогональными поднесущими OFDM-сигнала, и с шагом по времени ΔT=4TS, т.е. в каждом четвертом тайм-слоте.
Пока задержка эхосигналов не превышает длины защитного интервала, импульсный отклик канала может быть измерен сравнением между собой переданных и получаемых на приеме опорных символов. Данные, получаемые в результате демодуляции ПС, должны позволить восстановить принятый сигнал по отчетам.