Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сети наземного телевизионного вещания стандарта DVB-T2. Учебное пособие
.pdf
Для увеличения устойчивости передачи к длительным импульсным
помехам и временным замираниям сигнала в дополнение к перемежению ячеек
осуществляется более глубокое перемежение блоков ячеек в рамках одного
или нескольких кадров (временное перемежение). С этой целью несколько
кодовых блоков с выхода перемежителя ячеек объединяются в блоки временного перемежения — так называемые Т1-блоки, показанные на риcунке 2.18.
Рисунок 2.18 - Варианты временного перемежения данных
В пределах одного Т1-блока осуществляется перемешивание кодовых
блоков с помощью строчно-столбцевого перемежителя, аналогичного по
принципу действия битовому перемежителю. Один или несколько блоков
временного перемежения (Т1-блоков) образуют кадр перемежения. Кадр
перемежения состоит из целого числа блоков перемежения (Т1-блоков),
которые, в свою очередь, включают несколько кодовых блоков. Число кодовых
блоков в кадре перемежения может изменяться от 0 до 1023. Каждый кадр
перемежения может отображаться на один или несколько выходных кадров
физического уровня DVB-T2. Кадр перемежения определяет расположение
отдельных PLP в суперкадре. На риcунке 2.18 показаны два варианта
временного перемежения для канала физического уровня (PLP):
- кадр перемежения содержит один блок временного перемежения
(Т1-блок) и отображается на два кадра (№ 0 и № 2) физического уровня системы, как показано на риcунке 2.18a;
- кадр перемежения включает три блока временного перемежения
(Т1-блоков с номерами 0, 1, 2) и отображается только на один кадр, как
показано на риcунке 2.18б.
Каждый кадр перемежения либо полностью отображается на один кадр
DVB-T2, либо распределяется на несколько кадров. Длительность периода
временного перемежения не превышает длительности одного суперкадра.
32
Рекомендуется использовать комбинацию «один TI-блок в одном кадре
перемежения», показанную на риcунке 2.18a. В этом случае перемежение будет
выполняться в течение более длительного промежутка времени [3; 4].
2.5. Модуль формирования кадров
После временного перемежения потоки каналов физического уровня
поступают на входы модуля формирования кадров (риcунок 2.19).
Рисунок 2.19 - Структурная схема модуля формирования кадров
Формирователь кадров должен отображать данные сигнализации L1 и
ячейки, поступающие от временных перемежителей потоков (PLP0…PLPN), на
информационные несущие каждого OFDM-символа, входящего в структуру
кадра DVB-T2. Формирователь кадров работает в соответствии с динамической
информацией L1, подготовленной диспетчером. Структура передаваемых
кадров (для сокращения Т2-кадров) в стандарте DVB-T2 показана на
риcунке 2.20.
Рисунок 2.20 - Структура кадров в стандарте DVB-T2:
TSF, TF, TS — длительности суперкадра, кадра и OFD M-символа
соответственно; FEF (Future Extension Frames) — кадр для будущего
расширения
33
На верхнем уровне структура состоит из суперкадров, которые
делятся на Т2-кадры, включающие символы OFDM. Помимо Т2-кадров в
суперкадр входят поля FEF (Future Extension Frames), зарезервированные для
будущего использования. Они могут чередоваться c Т2-кадрами в
произвольном порядке. Использование кадров для последующего расширения
(FEF-кадров) является опционным. Максимальная длительность Т2-кадра
TF = 250 мс, а суперкадра, включающего FEF и Т2-кадры, TSF = 128 с. Если в
суперкадре нет FEF, его максимальная длительность в два раза меньше и равна
TSF = 64 c, что соответствует 256 Т2-кадрам по 250 мс. Кадр начинается с
преамбулы Р1. Этот OFDM-символ служит для временной и частотной
синхронизации, идентификации потока DVB-T2, а также содержит начальную
информацию о Т2-кадре, а именно — число номинальных поднесущих в OFDM
(1K…32К) и формат передачи следующей за Р1 преамбулы Р2 (режимы MISO
или SISO). Вся остальная информация о Т2-кадре (его длина, модуляция,
скорость кодирования и другие параметры) передается в преамбуле 2 (Р2),
которая может занимать несколько OFDM-символов. Далее в кадре следуют
информационные OFDM-символы.
В одном кадре могут размещаться до 255 магистральных потоков (PLP) с
отличающимися режимами модуляции и помехоустойчивого кодирования.
Информация о текущих параметрах отдельных PLP содержится в данных
сигнализации L1, передаваемых в преамбуле Р2. 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 8 МГц (таблица 2.5).
Таблица 2.5 - Количество OFDM-символов в кадре
Формирование DVB-T2 кадров связано с распределением фрагментов
различных магистральных потоков как внутри Т2-кадра, так и в рамках
суперкадра. В стандарте различают три типа потоков: PLP — общий, а также
потоки данных типа PLP1 и PLP2 (риcунок 2.21).
34
Рисунок 2.21 - Общая структура Т2 –кадра и распределение фрагментов
потоков в Т2-кадре
Общий PLP содержит данные, общие для группы из нескольких PLP
(например, таблицы программ и сервисов PSI/SI для нескольких транспортных
потоков). Потоки PLP первого типа в Т2-кадре не подразделяются на
фрагменты — т.е. в каждом Т2-кадре выделяется только один временной
интервал для размещения в нем PLP первого типа. Фрагменты потоков второго
типа могут в пределах Т2-кадра занимать несколько разнесенных по времени
интервалов (от 2 до 6480), следующих в кадре попеременно. Это улучшает их
защиту от импульсных помех и временных замираний. Например, фрагменты
потока PLP М1+3 на риcунке 2.21 распределены по трем разнесенным по
времени OFDM-символам.
В широкополосных OFDM системах передачи со многими
поднесущими (рисунок 2.22а) многолучевое распространение радиоволн
приводит к появлению частотно-селективных замираний (ЧСЗ) спектра
принимаемого сигнала вследствие интерференции лучей на входе приемника.
Искажения спектра проявляются в том, что некоторые поднесущие
интерферирующих лучей складываются в фазе, увеличивая свою амплитуду,
тогда как другие поднесущие ослабляются вследствие сложения в противофазе
(рисунок 2.22б) [6; 7].
35
Рисунок 2.22 - Частотно-селективные замирания поднесущих OFDM сигнала
В результате поднесущие, попадающие в полосу частот селективных
замираний, имеют на входе приемника пониженное отношение сигнал-шум,
вследствие чего переносимые ими данные при демодуляции будут искажены
или совсем потеряны.
Для повышения устойчивости системы передачи к частотно-селективным
замираниям после формирования Т2-кадров (см. рисунок 2.19) выполняется
операция частотного перемежения (перестановки) ячеек модуляционных
символов путем их псевдослучайного распределения по поднесущим
OFDM-символа. Требуемая величина разноса Δf
соседних модуляционных
РАЗН
символов по поднесущим символа OFDM зависит от ширины полосы частот
селективных замираний в канале распространения радиоволн. Например, если
ширина полосы частот, подверженных селективному замиранию, составляет
В
Δfш = 4,464 кГц одновременно будут замирать В
= 50 кГц, то в режиме 2К с шагом сетки частот поднесущих
СЕЛ
/Δfш = 50 кГц/4,464 кГц = 12
СЕЛ
информационных поднесущих частот. При модуляции 16-QAM пропадание
одной поднесущей приведет к появлению на выходе демодулятора
пакета из v = 4 ошибок, а пропадание 12 поднесущих породит пакет из
12·v = 12·4 = 48ошибок Чтобы преобразовать возникший после радиоканала
пакет из 48 ошибок в ошибки одиночные, необходимо установить глубину
перемежения (разноса соседних символов пакета по поднесущим) равной
12 символам. При этом условии два соседних модуляционных символа
входного потока не попадут в полосу частот селективных замираний канала,
так как их поднесущие будут разнесены по частоте с интервалом не менее
50 кГц. Пример частотного перемежения для рассмотренного случая
представлен на рисунке 2.23.
36
Рисунок 2.23 - Частотное перемежение при OFDM
Из рисунка видно, что, например, первый символ передается на первой
поднесущей частоте, второй символ - на тринадцатой, третий символ - на
двадцать пятой и т.д. Разнос соседних цифровых символов равен двенадцати
поднесущим, что соответствует ширине полосы частот селективных замираний.
В результате селективное замирание исказит только один цифровой символ
входной последовательности длиной в 12 символов.
В функции модуля генерации OFDM-сигнала (риcунок 2.24) входит
реализация режима MISO (Multiple Input, Single Output), формирование и
вставка пилот-сигналов, позволяющих приемнику компенсировать искажения,
вносимые каналом передачи, обеспечить синхронизацию приемника, а также
передачу необходимых канальных параметров.
2.6. Модуль генерации OFDM-сигнала
Рисунок 2.24 - Структурная схема модуля генерации OFDM-сигнала
37
Затем вставляются защитные интервалы и, если необходимо, применяются
специальные методы уменьшения отношения пиковой к средней мощности
передаваемого сигнала (PAPR).
Режим MISO (риcунок 2.25) может применяться опционно для улучшения
работы одночастотных синхронных сетей. При работе в этом режиме
используется модифицированный алгоритм пространственно-временного
кодирования Аламоути [3-5]. При использовании одной приемной антенны в
приемном устройстве схема Аламоути позволяет получить значительное
улучшение входного отношения сигнал-шум при небольшом усложнении
алгоритма обработки сигнала.
Рисунок 2.25 - Кодирование ячеек данных по алгоритму Аламоути
С целью получения на входе приемника (ПР) двух различных версий
одного и того же полезного сигнала передатчики синхронной одночастотной
сети (ОЧС) подразделяются на две группы (РПД1 и РПД2) с таким расчетом,
чтобы в области перекрытия смежных зон обслуживания на входе приемников
присутствовали сигналы от двух разнесенных в пространстве передатчиков.
Первый передатчик (РПД1) в интервале времени Т1 транслирует входные
символы данных a0, a1 без изменений, а во втором передатчике (РПД2)
входные символы a0, a1 подвергаются операции комплексного сопряжения,
меняются местами и один из символов (например, a1) умножается на -1, после
чего они передаются во втором интервале времени Т2 в виде
последовательности -a1*, a0*, где (*) — знак комплексного сопряжения.
Если обозначить H1 и H2 коэффициенты передачи каналов между
антеннами, к которым подключены РПД1 и РПД2, и антенной приемника
(см. риcунок 2.23), то сигналы, поступающие на вход приемника в интервалах
времени T1 и T2, можно представить в виде:
38
На приеме путем измерения параметров пилотных сигналов
осуществляются оценки коэффициентов передачи каналов H1 и H2.
Приемник выделяет сигналы a0 и a1 из принимаемых комбинированных
сигналов относительно простым способом, который не требует больших
усложнений схемы обработки по сравнению со стандартным приемником по
алгоритму SISO. Выходные сигналы приемника формируются следующим
образом:
Как следует из последних соотношений, использование режима MISO
увеличивает уровень принимаемого сигнала за счет сложения сигналов,
последовательно поступающих по двум разным путям от передатчиков. Даже в
случае, если из-за замираний только один из коэффициентов передачи H1 или
H2 уменьшится до нуля, на выходе может быть обеспечен прием обоих
сигналов a0 и a1.
Максимальный теоретический выигрыш при приеме на стационарные
антенны (в канале с белым гауссовским шумом) равен 3дБ при синфазном
сложении амплитуд принимаемых по двум каналам сигналов. В канале с
замираниями (канал Рэлея), который характерен для условий приема на
мобильные терминалы, выигрыш может достигать величины 14 дБ [4]. В
одночастотных сетях режим MISO позволяет уменьшить интерференционные
искажения сигналов в области перекрытия зон обслуживания соседних
передатчиков и расширить зону покрытия одночастотной сети.
Пилотные поднесущие в стандарте DVB-T2 применяются для
синхронизации кадров, частоты, времени, для оценки АЧХ канала передачи,
идентификации режима передачи, а также могут быть использованы для
контроля фазового шума. Для улучшения условий приема пилотные
поднесущие передаются на повышенном уровне мощности. В стандарте
DVB-T2 возможен выбор из восьми различных шаблонов (РР1…РР8)
размещения рассеянных пилотных поднесущих в кадре, что дает возможность
системе адаптироваться к конкретным условиям передачи сигналов в канале.
Представленные в таблице 2.6 и на риcунках 2.26 и 2.27 шаблоны
размещения пилотных поднесущих отличаются сдвигами поднесущих по
частоте Δfр (номерам поднесущих) и по времени Δtр (номерам
OFDM-символов).
39
Таблица 2.6 - Параметры определяющие вариант размещения
пилотных поднесущих
Наиболее устойчивой к действию помех является модель PP1 (риcунок 2.26),
имеющая наиболее плотное размещение рассеянных (распределенных)
пилотных сигналов со сравнительно небольшим их разносом по координатам
частоты и времени.
Рисунок 2.26 - Шаблон РР1 размещения пилотных сигналов
В соответствии с таблицей 2.6 пилотные сигналы в этой модели
сдвигаются вперед по оси частот на три ячейки (Δfр = 3) в каждом следующем
ОFDM-символе. Полный цикл сдвигов по времени охватывает четыре
ОFDM-символа (Δtр = 4) в кадре. Доля пилот-сигналов в шаблоне РР1
составляет 8 % всех несущих. Шаблон РР1 можно использовать для снижения
требуемого отношения сигнал-шум на входе приемника или для улучшения
точности синхронизации в условиях приема с помощью мобильных устройств.
Другие варианты шаблонов в таблице 2.6 отличаются увеличенным
сдвигом несущих пилот-сигналов либо по частоте (РР6, РР7), либо по времени
(РР8). Например, в модели РР7 (риcунок 2.27) пилотные сигналы в каждом
новом ОFDM-символе сдвигаются по оси частот на 24 ячейки (Δfр = 24), а по
времени — на четыре ОFDM-символа (Δtр = 4).
40
Рисунок 2.27 - Шаблон РР7 размещения пилотных сигналов
Вследствие увеличения расстояния между пилотными сигналами и
уменьшения их количества модель, РР7 более чувствительна к помехам, но
обеспечивает более высокую пропускную способность системы за счет
сокращения затрат на передачу служебных данных. Ее можно использовать при
приеме в стационарных условиях на высоконаправленную наружную антенну.
Выбор определенного шаблона для размещения пилот-сигналов в кадре
зависит от числа несущих и защитного интервала, исходя из компромисса
между качеством передаваемой информации (вероятностью ошибок) и
производительностью работы системы (скоростью передачи данных).
Рекомендуемые варианты использования различных шаблонов в зависимости
от размера БПФ и защитных интервалов представлены в таблице 2.7 [3; 4].
Таблица 2.7 - Рекомендуемые варианты использования шаблонов
в зависимости от размера БПФ и защитных интервалов
В зависимости от выбранного в соответствии с таблицей режима работы
cистемы DVB-T2 рассеянные пилот-сигналы могут занимать 1, 2, 4 и 8 %
пропускной способности.
41
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]