литература / Лекция 8 СиТЦТРВ

Поворот сигнального созвездия

Для улучшения работы системы стандарта DVB-T2 при наличии селективных замираний сигнала в радиоканале применяется новый способ поворота на определенный угол сигнального созвездия QAM-модуляции на векторной диаграмме (рис.3.22). Эта процедура означает, что сформированный модуляционный символ поворачивается в комплексной плоскости на определенный угол, зависящий от числа уровней модуляции (29° для QPSK или QAM-4, 16,8º-для QAM-16, 8,6° для QAM-64 и arctg(1/16) для OAM-256). Более того, перед началом вращения квадратурная (Q) координата каждого модуляционного символа циклически сдвигается в рамках одного кодового слова, то есть берется из предыдущего символа этого слова (Q координата первого символа становится равной Q координате последнего).

В чем суть поворота сигнального созвездия? В квадратурных каналах передаются значения проекций точки сигнала на соответствующие оси (синфазную и квадратурную). При обычном сигнальном созвездии несколько точек расположены на общих ортогональных линиях, и их проекции совпадают. За счет поворота сигнального созвездия на точно подобранный угол каждая его точка приобретает уникальные координаты Q и J, неповторяемые остальными точками. А механизм сдвига Q координаты приводит к тому, что исходные координаты сигнальной точки оказываются в разных модуляционных символах (заведомо на разных несущих), что существенно снижает вероятность их одновременной деградации как из-за случайных импульсных помех, так и по причине селективных затуханий сигнала в радиоканале. Следовательно, каждая координата сигнальной точки обрабатывается в модуляторе отдельно, замешиваясь с координатами других сигнальных точек. Причем координаты Q и J отдельных сигнальных точек могут передаваться на разных OFDM-несущих и в разных OFDM-символах. В приемнике координаты Q и J вновь объединяются, формируя исходное сигнальное созвездие, сдвинутое на некоторый угол.

Таким образом, если одна несущая или OFDM-символ будут потеряны в результате интерференции, сохранится информация о другой координате, что позволяет восстановить символ данных, хотя и с более низким отношением сигнал/шум. При использовании неповернутого сигнального созвездия разнесение координат Q и J не имеет смысла потому, что символ данных может быть распознан только по сочетанию двух координат. Каждая из них в отдельности имеет двойников, и уникально только их сочетание.

Опытная эксплуатация системы стандарта DVB-T2 показала, что выигрыш в отношении сигнал/шум за счет применения способа поворота сигнального созвездия QAM-модуляции на определенный угол в совокупности со сдвигом Q координаты может доходить до 7,6 дБ.

Рис. 9.39. Вариант РР6 размещения пилот-сигналов

Распределенные пилот-сигналы, применяемые в системе стандарта DVB-T2 для оценки качества радиоканала, должны располагаться достаточно плотно в структуре кадров для слежения за временными изменениями в каждой из ячеек символов OFDM, поэтому стандартом предусмотрено 8 вариантов их размещения PP1... PP8 (PP - Pilot Pattern type). Причем каждому возможному значению относительной длительности защитного интервала соответствует несколько возможных опций размещения пилот-сигналов. Они динамически выбираются в зависимости от текущего состояния радиоканала, что позволяет их полностью оптимизировать. Более плотное размещение пилот-сигналов может использоваться для снижения требуемого уровня сигнал/шум на входе телевизионного приемника или для улучшения синхронизации. В последнем случае пилот-сигналы модулируются псевдослучайной последовательностью.

Примеры некоторых вариантов размещения пилот-сигналов в структуре кадров приведены на рис. 3.31, 3.32. Наиболее устойчивым к интерференции является вариант размещения опорных сигналов PP1 (рис. 3.31), обеспечивающий относительно небольшое расстояние между пилот-сигналами. В тоже время благодаря увеличению этого расстояния вариант РР6 (рис. 3.32) является наиболее уязвимым к интерференции, но обеспечивает более высокую производительность передачи информации.

Выбор определенного варианта распределения пилот-сигналов должен осуществляться исходя из компромисса между надежностью передачи информации (вероятностью ошибок на бит) и производительностью системы цифрового телевидения (скоростью передачи данных).

В результате, если в DVB-T распределенные пилот-сигналы составляют 8% от общего объема передаваемых данных в течение одного кадра, то в DVB-T2 этот показатель варьируется в пределах от 1% до 8% (1, 2, 4, 8%). Доля непрерывных пилот-сигналов к общему количеству ячеек кадра OFDM составляет 0,35%.

В ряде случаев в системе стандарта DVB-T2 допускается использование режима «резервирование ложного тона», при котором часть несущих не модулируется, а резервируется, чтобы уменьшить динамический диапазон выходного сигнала (это снижает уровень нелинейных искажений в усилителе мощности выходного каскада радиопередатчики во время передачи). Обратное быстрое преобразование Фурье используется для перехода из частотной во временную область, смещая положение несущих относительно среднего значения. Возможно формирования от 1к (1024) до 32k (32768) несущих. Использование в системе стандарта DVB-T2 режимов 16к и 32k, частично и 8к позволяет реализовать расширенный режим модуляции COFDM. Дело в том, что сигнал COFDM имеет «плечи», которые залезают на соседние частотные участки и являются помехой для располагающихся там сигналов (рис. 3.33). Эти «плечи» - следствие особенностей формирования сигнала COFDM и избавиться от них полностью невозможно. Однако в режимах 16k и 32к спектр излучаемого радиосигнала спадает более быстро на границах полосы пропускания. Это позволяет передавать дополнительные данные в доступной полосе частот радиоканала, используя больше активных несущих, не выходя за границы разрешенной спектральной маски и сокращая тем самым количество нулевых несущих в области расфильтровки частотных каналов. Такой режим допустимо использовать при формировании 8k 16k и 32к несущих Эффект от расширенного режима (увеличение пропускной способности) составляет от 1,4% (режим 8k) до 2,1% (32k)

Уменьшение отношения пиковой к средней мощности передачи к широко известным недостаткам телекоммуникационных систем, использующих OFDM-модуляцию, относится высокое отношение пиковой к средней мощности передаваемого радиосигнала. Например, для определенных символов OFDM фазы несущих могут сложиться, что дает кратковременный пик излучаемой мощности.

Высокое значение пик-фактора OFDM-модулированного сигнала, с одной стороны, снижает КПД передатчика по мощности, тем самым увеличивает долю расходов на передачу радиосигналов из-за достаточно высокой стоимости электроэнергии. С другой стороны, значительный уровень пик-фактора требует использования усилителей мощности (УМ) радиопередатчиков с широким линейным динамическим диапазоном. Увеличение динамического диапазона линейного УМ для передачи OFDM-сигналов с высоким значением пик-факора влечет за собой уменьшение эффективности радиопередатчиков. Кроме того, если произвольные всплески отдельных несущих возникают достаточно часто, это приводит к амплитудному ограничению сигнала в усилителе, и, как следствие возникновению комбинационных частот, провоцирующих паразитные внутриполосные и внеполосные излучения. Кроме того, возникают нелинейные искажения передаваемого сигнала, что ухудшает, а в некоторых случаях, делает невозможным демодуляцию сигнала на приемной стороне.

Для снижения отношения пиковой и средней мощности OFDM- модулированного сигнала в среднем на 20%, что существенно уменьшает расходы на электропитание, в системе стандарта DVB-T2 предусмотрено использование двух технологий:

- резервирование тона TR (Tone Reservation).

- активное расширение сигнального созвездия АCE (Active Con- stellation Extension).

Сервисные возможности системы стандарта DVB-T2

DVB-T2 позволяет предоставлять абонентам различные цифровые сервисы и услуги:

- Многоканальное мультиплексирование, то есть одновременная передача большого числа цифровых сигналов методом временного уплотнения

- Телевидение стандартной четкости SDTV в форматах соотношения сторон экрана 4:3 и 16:9.

- Телевидение высокой четкости HDTV.

- 3D-телевидение в стандарте DVB 3D-TV

- Видео по запросу.

- Телегид.

- Телетекс.

- Субтитры

- Стереозвук.

- Звук Dolby Digital.

- Мультизвук (выбор языка вещания).

- Цифровое радио.

- Широкополосный доступ в Интернет.

- Система оповещения о чрезвычайных ситуациях

- Доступ граждан к госуслугам.

Сравнительная оценка стандартов DVB-T и DVB-T2

Из анализа приведенных в табл. 9.6 параметров следует, что система стандарта DVB-T2 по сравнению с системой стандарта DVB-T B большей степени адаптивна к задачам, решаемым операторами эфирного вещания, а именно: покрытие определенной территории максимальным количеством телепрограмм, цифровое вещание на территории со сложным рельефом местности, вещание на движущиеся объекты, где скорость передачи информации не является основным требованием.

Сочетание новой технологии канального кодирования, используемой в DVB-T2, и стандарта видеокомпрессии Н.264 существенно повышает привлекательность цифрового телевидения для операторов многопрограммного эфирного телевизионного вещания, так как это позволяет значительно увеличить количество передаваемых программ в одном частотном канале шириной 8 МГц. Причем характеристики системы стандарта DVB-T2 отвечают требованиям наземного цифрового вещания в формате телевидения высокой четкости.

В сочетании с улучшенной коррекцией ошибок кодирования стандарт DVB-T2 позволяет увеличить производительность одночастотных сетей SFN до 30%.

Для повышения гибкости и надежности в критических условиях приема стандарт DVB-T2 предоставляет также ряд новых возможностей:

-вращение созвездия, которое обеспечивается в различных видах модуляции, чтобы обеспечивать получение наивысшей кодовой скорости сигналов в сложных каналах передачи данных;

- специальные методы уменьшения отношения пиковой к средней мощности (PAPR) передаваемого сигнала, которые приводят к повышению эффективности высокочастотных усилителей мощности;

- режим передачи MISO с использованием модифицированной формы кодирования Alamouri, позволяющий улучшить качество цифрового телерадиовещания в областях перекрытия зон обслуживания передатчиков.

6