литература / Лекция 7 СиТЦТРВ
.docxФормирование передаваемых пакетов данных
Если стандарт DVB-T был предназначен исключительно для передачи пакетов транспортного потока MPEG-2, то сеть DVB-T2 способна транслировать самые разные по природе и структуре информационные потоки. При этом система стандарта DVB-T2 способна одновременно передавать несколько независимых мультимедийных потоков, каждый со своей схемой модуляции, скоростью кодирования и временными интервалами. Каждый цифровой поток помещается в свой магистральный поток - так называемый канал физического уровня PLP (англ. Physical Layer Pipe).
Создаваемые магистральные PLP могут содержать один из следующих потоков, представляющих собой последовательность пользовательских пакетов UP (User Packet)
Транспортный поток TS (Transport Stream), то есть последовательность пакетов MPEG-2-TS фиксированный длины в 188 байт, первый из которых всегда синхробайт со значением 47 16 (01000111).
• Обобщенный инкапсулированный поток GES (Generic Encapsulated Stream), содержащий пакеты переменной или фиксированной длины, которая указана в заголовках этих пакетов.
• Обобщенный непрерывный поток GCS (Generic Continuous Stream), представляющий последовательность пакетов без указания их длины или пакеты максимально возможной длины 64 кбит/
• Обобщенный поток, объединенный в пакеты фиксированной длины GFPS (Generic Fixed Packet Stream), обеспечивающий совместимость с системой стандарта DVB-S2, который может быть заменен потоком GES.
Пакеты каждого магистрального потока объединяются в потоковые (Base Band) низкочастотные кадры (ВВ-кадры) - отдельно для каждого потока. Осуществляется инкапсуляция данных информационных потоков в низкочастотные BB-кадры. Непосредственное формирование потоковых низкочастотных кадров реализуется в модуле входной обработки данных.
Структура низкочастотного потокового BB-кадра: Кbch - это исходный блок данных перед ВСН
Стандарт DVB-T2 ориентирован на передачу телевизионных потоков, в которых иногда используются пустые пакеты (для выравнивания скорости потока, разного рода задержки для сохранения постоянной скорости потока). Поэтому в DVB-T2 предусмотрены средства удаления этой избыточной информации, но с возможностью ее восстановления на приемном конце В ВВ-заголовке, размер которого равен 80 бит, содержится информация о типе транспортного потока, размере поля данных, наличии режимов удаления пустых пакетов. Размер поля данных с заголовком и выравнивающего поля в сумме не должен превышать 53770 бит.
Сформированный ВВ-кадр скремблируется и подвергается корректирующему кодированию с помощью каскадного кода. В качестве внешнего кода применяется код БЧХ (Боуза — Чоудхури — Хоквингема), внутреннее кодирование осуществляется с помощью кода LDPC. Внешнее кодирование с помощью кода ВСН способно исправлять 10 или 12 ошибок. Таким образом, после обработки BB-кадра формируется кодовое слово (рис. 9.25) Выходной размер кодового слова после LDPC-кодирования всегда составляет 64 800 бит. В рамках стандарта DVB-T2 доля контрольных бит помехозащитных кодов (BCH, LDPC) может колебаться от 15 до 50% выходного размера кодового слова. Перед модуляцией (кроме BPSK и QPSK) кодовые слова подвергаются побитному перемежению и распределяются по модуляционным символам.
Кадр физического уровня DVB-T2 (Т2-кадр), состоящий из символов OFDM, начинается с преамбулы Р1 (рис. 9.26).
Преамбула Р1 представляет DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying - дифференциальная двоичная фазовая манипуляция) с двумя защитными интервалами с двух сторон «С» и «В» (в сумме половины длительности основного символа), которые являются повторами начала и конца символа «А» на соседних несущих, то есть со сдвигом по частоте (рис. 9.27)
Рис. 9.25. Структура кодового слова:
K1bpc-кодовое слово после ВСН-кодирования перед LDPC-кодированием; N1dpc-кодовое слово после LDPC-кодирования
Рис. 9.26. Общая структура Т2-кадра
Рис. 9.27. Упрощенная иллюстрация структуры преамбулы Р1 Т2-кадра
Для радиоканала шириной 8 МГц общая длительность преамбулы P1, включающая временной интервал полезной части, то есть символ «А», (112мкс) плюс два защитных интервала «С» и «В», временная протяженность которых составляет 59 мкс и 53 мкс соответственно, достигает 224 мкс. Подобная структура символа P1, с одной стороны, позволяет легко его выявить, а с другой, исключает возможность имитации символа каким-либо фрагментом основного кадра.
Символ Р1 решает несколько основных задач: в первую очередь он используется для инициализации работы системы стандарта DVB-T2, то есть для первоначального сканирования, принятого телевизионным приемником сигнала с целью быстрого определения наличия сигналов Т2-кадров, для которого достаточно только обнаружения Р1.Структура символа Р1 (рис. 9.27) позволяет принять его даже при наличии расстройки приемника относительно принимаемой частоты. Расстройка может доходить до 500 кГц.
Важнейшими задачами преамбулы Р1, содержащей 7 информационных бит с начальными данными о Т2-кадре являются:
- обеспечение работы системы синхронизации приемника по времени и по частоте,
- запуск приемным устройством процесса декодирования основных параметров радиопередатчика, несущих информацию о числе номинальных несущих в OFDM-сигнале (1k...32k)
- описание формата передачи следующей за Р1 преамбулы Р2, которая передает всю остальную информацию о Т2-кадре (способ модуляции, скорость кодирования, сигнал сигнализации уровня L1 и т.п.).
Кроме того, преамбула Р2, занимающая по длительности несколько OFDM- символов, указывает на режим функционирования синхронной сети телерадиовещания: MIMO или SISO.
Далее следует поле данных (информационные OFDM-символы). Замыкает Т2-кадр специальный завершающий OFDM-символ. В зависимости от параметров OFDM в Т2-кадре может быть от 60 до 2098 OFDM-символов при полосе передачи радиоканала 8 МГц. Максимальная длительность T2-кадра составляет 250 мс Т2-кадры объединяются в суперкадры (рис. 9.28). Допускается, что помимо Т2-кадров, в суперкадр входят поля, зарезервированные для дальнейшего использования (FEF - Future Extension Frames). Они могут чередоваться в произвольном порядке. Максимальная длительность суперкадра — 128с. Если в суперкадре нет FEF, его максимальная длительность Tst = 64с, что соответствует 256 T2- кадрам по 250 мс.
Рис. 9.28. Структура кадров в системе стандарта DVB-T2
Стандарт DVB-T2 чрезвычайно гибок с точки зрения мультиплексирования множества потоков в единый трансляционный сигнал. Коммерческие требования к DVB-T2 включают обеспечение различных уровней помехоустойчивости для разных услуг. Поэтому внутри кадра Т2 осуществляется группировка OFDM-символов, так что каждая услуга передается цельным блоком, занимающим в кадре определенный слот, то есть формируется выходной multi-PLP-поток.
Таким образом, в стандарте DVB-T2 группирование OFDM-символов неразрывно связано с распределением модулируемых несущих между логическими потоками информации, то есть PLP. Причем в DVB-T2 возможна одновременная передача нескольких транспортных потоков, каждый из которых помещается в индивидуальный PLP. Фактически допускается два режима работы: «Режим А» - с передачей одной PLP и «Режим В» с передачей нескольких. При этом фрагменты различных магистральных потоков могут быть сосредоточены как внутри одного Т2-кадра, так и в рамках суперкадра.
Архитектура системы стандарта DVB-T2
Общая схема обработки данных в DVB-T2 существенно усложняется по сравнению с телевизионной сетью стандарта DVB-T (рис. 3.12).
Система стандарта DVB-T2 способна передавать несколько независимых мультимедийных потоков, каждый со своей схемой модуляции, скоростью кодирования и временными интервалами. Возникает относительно сложная структура обработки сигналов как на логическом, так и на физическом уровнях. Соответственно, в DVB-T2 появляется новая функция предварительной обработки входных потоков, заключающаяся в размещении каждого входного цифрового потока в соответствующем магистральном потоке, то есть в канале физического уровня (PLP).
В состав устройства входной предобработки входит специализированный процессор, не входящий в структуру системы стандарта DVB-T2. Процессор обеспечивает выполнение функций сплиттера сервисов или демультиплексора как транспортных потоков (TS), так и общих потоков (GS - Generic Stream) для разделения сервисов на входы системы DVB-T2, которые являются одним или несколькими логическими потоками данных. После чего эти потоки переносятся в отдельных каналах физического уровня (PLP).
Выход системы цифрового телевидения - это, как правило, совокупность сигналов отдельных символов для передачи по одному радиоканалу. Опционально, стандарт DVB-T2 может создать второй набор выходных сигналов, которые подаются на радиопередатчики второй группы, функционирующие в режиме MISO.
Входные потоки данных подлежат ограничению так, чтобы за время одного кадра физического уровня (Т2-кадр) общий объем входных данных (в пересчете на количество формируемых ячеек после, если это необходимо, удаления нулевых пакетов, а также после кодирования и модуляции) не превысил доступную пропускную способность Т2-кадра (выраженную в ячейках данных и постоянную во времени) для текущих параметров. Как правило, это достигается организацией каналов PLP так, чтобы все каналы PLP внутри группы всегда использовали одинаковые модуляцию и кодирование (MODCOD) и глубину перемежения, а также чтобы одна или несколько групп PLP с одинаковыми MODCOD и глубиной перемежения исходили из одного статистически мультиплексированного источника с постоянной скоростью данных. Каждая группа может содержать один общий PLP, но группы PLP не должны содержать PLP, общие для нескольких групп. Когда сигнал системы DVB-T2 переносит данные только одного PLP, общего PLP нет. Предполагается, что телевизионный приемник всегда сможет принять один PLP данных, который будет ассоциироваться с общим PLP, если таковой имеется. В целом, группа статистически мультиплексированных сервисов может использовать переменные кодирования и модуляцию для различных сервисов при условии, что они формируют постоянный общий объем данных.