Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сети наземного телевизионного вещания стандарта DVB-T2. Учебное пособие
.pdf
Для формирования логических потоков, размещаемых в каналах
физического уровня PLP0,PLP1, PLP2,…PLPN, на входе системы DVB-T2
производится предварительная обработка входных данных (рисунок 2.5).
Рисунок 2.5 - Обобщенная схема обработки сигналов в стандарте DVB-T2
На входы процессора предварительной обработки, который не входит в
состав системы DVB-T2, из цифровых сетей передачи или от мультиплексоров
могут одновременно поступать один или более транспортных потоков MPEG-2
TS и/или один или более обобщенных потоков GS, переносящих сигналы ТВ и
РВ программ и других вещательных служб. Процессор предварительной
обработки распределяет входные данные (мультиплексы ТВ и РВ программ и
другие информационные сигналы) между отдельными логическими потоками
для их подачи на вход системы DVB-T2. Для этого входные транспортные
потоки TS и GS разделяются (демультиплексируются) на отдельные логические
потоки данных, которые поступают на входы физических каналов PLP0, PLP1,
PLP2,…PLPN системы DVB-T2. Каждый из логических потоков, включающий,
например, одну или несколько ТВ или РВ программ, передается в
индивидуальном канале физического уровня (PLP) и может иметь свою
скорость передачи данных и параметры защиты от ошибок. Например, в
составе одного кадра по индивидуальным PLP могут передаваться ТВ
программы стандартной и повышенной четкости (ТВЧ), программы
радиовещания и другие сообщения. Всего в стандарте DVB-T2 может быть
сформировано до 255 каналов физического уровня (PLP) [3; 4].
2.3. Модуль входной обработки
Сформированные логические потоки поступают на входы физических
каналов (PLP0, PLP1,… PLPN) модуля входной обработки стандарта DVB-T2
(риcунки 2.4 и 2.5), в которых производится их адаптация и инкапсуляция
(вложение) в последовательность низкочастотных немодулированных
ВВ-кадров основной полосы частот (Base band frame) отдельно для каждого
логического потока (риcунок 2.6).
22
Рисунок 2.6 - Структура ВВ-кадра
Каждый ВВ кадр выполняет роль контейнера, в котором
инкапсулированный в его поле данных логический поток транспортируется на
приемную сторону в своем индивидуальном физическом канале (PLP). Пакеты
входных потоков упаковываются в поле данных потоковых базовых кадров
(ВВ-кадров) — отдельно для каждого потока. В заголовке содержится
информация о типе транспортного потока, размере пользовательского пакета и
всего поля данных, наличии режимов удаления пустых пакетов и т.д. Размер
полей данных и выравнивания определяется параметрами каскадного кода (см.
таблицу 2.3).
Работа системы возможна при передаче входных данных в одном
(режим А) или в нескольких (режим В) каналах физического уровня стандарта
DVB-T2 (рисунок 2.7).
Рисунок 2.7 - Режимы передачи одного (1 PLP) или нескольких (n PLP) каналов
физического уровня в системе DVB-T2
23
Структурная схема модуля входной обработки для одного входного
логического потока (режим А — один PLP) представлена на риcунке 2.8.
Рисунок 2.8 - Структурная схема модуля входной обработки для одного
канала физического уровня (один PLP)
Модуль входной обработки одиночного входного потока включает в
себя устройства для адаптации входных данных (адаптации режима) и
последующей адаптации потока. Задачей входного интерфейса является
преобразование физического формата представления входного транспортного
потока (например, в виде пакетов MPEG-2 на риcунке 1.2) в формат ВВ-кадра
(см. риcунок 2.4). Операция кодирования циклическим избыточным кодом
CRC-8 применяется для обнаружения ошибок в приемнике на уровне
пользовательских пакетов UP (User Packet). Процедура адаптации режима
завершается вставкой 10-байтового заголовка ВВ-кадра (рисунок 2.9).
Рисунок 2.9 - Структура заголовка ВВ-кадра
В заголовке ВВ-кадра содержится информация о типе и формате
входного транспортного потока, режиме адаптации, размере входного
пользовательского пакета и поля данных ВВ-кадра в битах, копия синхробайта
пользовательского пакета и расстояние до него в поле данных, наличии
режимов удаления пустых пакетов и другие сведения [3-5]. Длина поля данных
(DFL) ВВ-кадра (см. рисунок 2.6) зависит от выбранной кодовой скорости в
24
канале физического уровня (PLP) и может меняться от 32208 до 53840 битов
(см. таблицу 2.3). Подсистема адаптации потока (см. риcунок 2.8) обеспечивает
получение постоянной длины ВВ-кадра, равной K
(K
- DFL - 80) пустых битов в поле выравнивания. Для вещательных служб в
BCH
, путем вставки
BCH
поле данных укладывается целое число пакетов транспортного потока MPEG-2,
поэтому в этом случае нет необходимости применять процедуру заполнения.
Адаптация потока завершается операцией скремблирования (рандомизации).
При передаче через систему нескольких логических потоков
(риcунок 2.10) процедура их адаптации усложняется за счет выполнения в
каждом из физических каналов (PLP0…PLPN) дополнительных операций
синхронизации, удаления нулевых пакетов и компенсации задержек.
Рисунок 2.10 - Структурная схема модуля адаптации для нескольких
логических входных потоков
Необходимость в синхронизации обусловлена тем, что обработка
данных в модуляторе может вызвать различную задержку передачи
информации. Применение синхронизации гарантирует постоянную скорость
передачи битов и постоянную задержку времени передачи во всем тракте для
любого формата входных данных.
Некоторые логические входные потоки могут содержать значительное
количество нулевых пакетов, которые вводятся в потоки с целью
выравнивания их скоростей до номинального значения. Эти пакеты
устраняются из цифрового потока на передающей стороне и вновь вводятся в
поток в приемнике с использованием информации об удаленных пакетах,
которая передается на приемную сторону вместе с исходным сигналом. После
адаптации режима входные потоки (PLP0, …PLPN) поступают на вход
диспетчера (планировщика) модуля адаптации потоков (риcунок 2.11).
25
Рисунок 2.11 - Структурная схема модуля адаптации для нескольких каналов
физического уровня (нескольких PLP)
Задача диспетчера состоит в распределении пропускной способности
системы (например, несущих и символов OFDM, образующих частотновременной ресурс радиокадра) между входными логическими потоками (PLP).
Информация о местоположении потоков внутри итогового кадра стандарта
DVB-T2 отображается в данных динамической диспетчерской сигнализации L1,
в которых указывается, на каких поднесущих OFDM-символов радиокадра
размещаются конкретные входные потоки. Для этого в процессе адаптации
диспетчер компонует ячейки каждого входного потока физического уровня
PLP и данные сигнализации в массивы, соответствующие OFDM-символам.
Для каждого выходного кадра системы и каждого входного PLP диспетчер
готовит данные для динамической сигнализации L1, которые обеспечивают
декодирование и доступ к отдельным физическим каналам (PLP) на приемной
стороне.
2.4. Модуль кодирования и модуляции
С выхода предыдущего модуля адаптации логических потоков данные по
своим индивидуальным каналам физического уровня (PLP0,… PLPN)
поступают на вход модуля кодирования, перемежения и модуляции,
структурная схема которого показана на риcунке 2.12.
26
Рисунок 2.12 - Структурная схема модуля кодирования, перемежения и
модуляции
В каждом канале физического уровня этого модуля (в каждом PLP)
последовательно производятся операции внешнего (BCH) и внутреннего
(LDPC) кодирования, перемежения битов, формирования модуляционных
символов (ячеек) и их перемежение, временное перемежение (интерливинг)
блоков ячеек. В состав модуля входят блоки сигнализации, обеспечивающие
27
прием, декодирование и доступ к магистральным физическим каналам
LDPC-код
Блок ВСН-кода
K
bch
некоди-
рованный
Блок ВСН-
кода Nbch
кодированный
Коррктирующая
способность
кода ВСН
Число
проверочных
битов кода
ВСН
Блок LDPC-
кода N
Idpc
кодированный
12
32208
32400
12
192
64 800
3/5
38688
38880
12
192
64 800
2/3
43040
43200
10
160
64 800
3/4
48408
48600
12
192
64 800
4/5
51648
51840
12
192
64 800
5/6
53840
34000
10
160
64 800
(отдельным PLP). Каждый из входных потоков (PLP0,…PLPN) модуля состоит
из немодулированных базовых ВВ-кадров (см. риcунок 2.6), которые после
каскадного кодирования преобразуются в кодированные кадры (риcунок 2.13).
Рисунок 2.13 - Структура кодированного ВВ-кадра
В качестве внешнего кода применяется короткий циклический код BCH,
а в качестве внутреннего — код с низкой плотностью проверки на четность
(Low Density Parity Code — LDPC). Параметры кодирования для стандартных
ВВ-кадров приведены в таблице 2.3.
Таблица 2.3 - Параметры помехоустойчивого кодирования
для кодового слова размером 64 800 битов
Полная длина кодового слова ВВ-кадра с наложенным помехозащитным
кодированием составляет 64800 битов. Доля контрольных битов
помехозащитных кодов БЧХ+LDPC может меняться от 15 до 50 % при
изменении кодовой скорости от 1/2 до 5/6. В качестве опции допускается более
короткий вариант базового кадра длиной в 16 200 битов.
28
Выходной поток кодера LDPC подвергается блочному побитовому
перемежению в рамках кодированного ВВ-кадра c размером 64 800 битов,
после чего формируются модуляционные символы. Принцип построения
побитового перемежителя кодированных ВВ-кадров с последующим
демультиплексированием его выходных данных показан на риcунке 2.14.
Рисунок 2.14 - Схема побитового перемежения и демультиплексирования
кодированных ВВ-кадров
Цель побитового перемежения — переставить биты так, чтобы соседние
биты входной последовательности попали на достаточно удаленные друг от
друга поднесущие OFDM-символа. Для этого поток битов, поступающий на
вход перемежителя с выхода кодера LDPC, последовательно записывается в
ячейки памяти по столбцами, а затем последовательно считывается по строкам.
Количество столбцов и строк перемежителя зависит от вида модуляции [3; 4].
Например, при выборе модуляции 16-QAM перемежитель на рисунке 2.14
содержит восемь столбцов и 64800/8 = 8100 строк. При считывании каждой
строки на его выходе появляется последовательность из 8 битов, включающая
две ячейки данных по 4 бита каждая. Интервал перемежения элементов в
выходной последовательности в этом случае равен 8100 битов. Например, при
считывании первой строки на выходе появляются биты с номерами
0, 8100, 16 200, 24 300,.. 56 700, 64 800.
Выходной поток перемежителя подается на вход демультиплексора,
который преобразует последовательный код на входе в параллельный код на
своем выходе. Всего при модуляции 16-QAM для каждого кодированного
ВВ-кадра на выходе демультиплексора формируется кодовый блок,
включающий 16 200 четырехбитовых ячеек данных, которые используются для
модуляции поднесущих OFDМ-символов.
При выборе модуляций QPSK, 64-QAM или 256-QAM битовый
перемежитель содержит соответственно два, 12 или 16 столбцов, при
29
считывании которых на выходе формируются кодовые блоки длиной 32 000,
10 800 или 8 100 ячеек данных с числом битов в каждой ячейке 2, 6 или 8 [3; 4].
Количество ячеек выходных данных и количество битов на ячейку n даны в
таблице 2.4.
Таблица 2.4 - Количество ячеек и битов в ячейке на выходе
битового перемежителя
Для формирования модуляционных символов ячейки данных,
формируемые на выходе демультиплексора, представляются в коде Грея и
отображаются на точки соответствующих созвездий для модуляций QPSK,
16-QAM, 64-QAM или 256-QAM.
Следующей операцией в стандарте DVB-T2 является поворот
сигнального созвездия на определенный круговой угол с последующим
циклическим сдвигом во времени Q-координат точек созвездия, что повышает
устойчивость системы к воздействию помех в канале передачи. Пример
поворота сигнального созвездия на угол 29 градусов для модуляции QPSK
показан на риcунке 2.15.
Рисунок 2.15 - Повернутое сигнальное созвездие для модуляции QPSK
Как видно из рисунка, в результате поворота каждая из точек созвездия
приобретает свою индивидуальную пару I- и Q-координат, не повторяемую
другими точками, что позволяет, в случае полной утраты одной из координат
30
сигнальной точки в результате действия помех, восстановить ее
местоположение в созвездии по принятому значению другой координаты.
Оптимальные по критерию помехоустойчивости углы поворота созвездий для
модуляций QPSK, 16-QAM, 64-QAM и 256-QAM соответственно равны
29; 16,8; 8,6 и 3,6 градусов [3; 4]. После поворота созвездия осуществляется
циклический сдвиг Q-координат в соседние модуляционные ячейки данных
(риcунок 2.16), что уменьшает вероятность совместной потери обеих
координат из-за воздействия импульсных помех и частотно-селективных
замираний.
Рисунок 2.16 - Принцип циклического сдвига Q-координат
В результате этой операции парные координаты I и Q каждой из
сигнальных точек созвездия (например, I4 и Q4) попадают в разные ячейки
данных и передаются в канале передачи с разносом по частоте и по времени.
Энергетический выигрыш, даваемый поворотом сигнального созвездия в
сочетании с циклическим сдвигом Q-координат, достигает 6 дБ для модуляции
QPSK [3; 4]. С повышением кратности QAM модуляции он уменьшается.
Следующей операцией, предназначенной для защиты от пакетных
канальных ошибок, является перемежение ячеек модуляционных символов в
пределах кодового блока, сформированного на выходе демультиплексора
(см. риcунок 2.14). На вход символьного перемежителя поступают кодовые
блоки размером 32 400, 16 200, 10 800 или 8 100 ячеек данных, каждая из
которых содержит соответственно 2, 4, 6 или 8 битов. Перемежитель меняет
местами (перемешивает) эти ячейки по определенному псевдослучайному
закону [3; 4] в пределах длины кодового блока на риcунке 2.17, что дает
возможность преобразовать длинные пакеты ошибок в ошибки меньшей
кратности (в идеале в одиночные) в результате обратной операции
деперемежения в приемнике.
Рисунок 2.17 - Принцип перемежения ячеек данных внутри кодового блока
31
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]