Квадратурная фазовая манипуляция (qpsk)

QPSK – это дискретная фазовая манипуляция с основным дискретом 2 при постоянной амплитуде сигнала. В этом методе модуляции все импульсы входной информационной последовательности модулятора разбиваются на пары – на двухбитовые символы, и при переходе от символа к символу начальная фаза сигнала изменяется на величину , которая определяется битами символа в соответствии с алгоритмом, приведенном в табл. 4.1.

Векторная диаграмма возможных состояний сигнала в случае модуляции QPSKпредставлена на рис. 4.19.

Обобщенная функциональная схема модулятора QPSKприведена на рис. 4.20.

Цифровые потоки IиQподвергаются сглаживанию в формирующих фильтрах (ФФ), выходные сигналы которых непосредственно управляют работой четырехфазового модулятора, состоящего из двух балансных модуляторов и сумматора.

Таблица 4.1

Закон фазовой манипуляции метода qpsk

Биты входной последовательности модулятора		Изменение фазы 
Нечетные (первые биты символа) x	Четные (вторые биты символа) y
1 0 0 1	1 1 0 0	–34 34 4 –4

Рис. 4.19.Векторная диаграмма возможных состояний сигнала приQPSK

Рис. 4.20.Функциональная схема модулятораQPSK

4.5. Стандарт цифрового наземного телевидения dvb-t Концепция стандарта dvb-t

Переда­ваемые данные представляют собой информацию об изображении и звуко­вом сопровождении, а также любые дополнительные сведения, относящиеся к мультисервисным услугам. Условие передачи этой информации в системе DVB-T только одно – данные долж­ны быть закодированы в виде пакетов транспортного потока MPEG-2. В этом смысле стандарт описывает контейнер, приспособленный для достав­ки пакетированных данных в условиях наземного телевидения. Для систе­мы DVB-T ни содержание контейнера, ни происхождение данных не име­ют значения, она лишь приспосабливает выходные данные транспортного мультиплексора MPEG-2 к свойствам и характеристикам канала передачи наземного телевизионного вещания, стремясь наиболее эффективно донести их к приемнику. То есть, стандарт определяет структуру пере­даваемого потока данных, систему канального кодирования и модуля­ции для мультипрограммных служб наземного телевидения, работаю­щих в форматах ограниченной, стандартной, повышенной и высокой четкости [40].

Д

Рис. 4.21.Структурная схема устройства преобразования сигналов и данных в пере­дат­чике DVB-T

ля обеспечения совместимости устройств различных производите­лей, стандарт определяет параметры цифрового модулированного радио­сигнала и описывает преобразования данных и сигналов в передающей части системы цифрового наземного телевизионного вещания (рис. 4.21). Отличительной особенностью DVB-T как контейнера для пере­дачи транспортных пакетов MPEG-2 является гармоничное сочетание сис­темы канального кодирования и способа модуляции OFDM. Обработка сигналов в приемнике не регламентируется стандартом и остается открытой. Это не означает, что создатели стандарта не предвидели принципов построения приемникаDVB-T, но отсутствие жесткого стандарта на приемник обостряет конкуренцию между производителями телевизоров и стимулирует усилия по созданию высококачественных и дешевых аппаратов. Примерный вариант схемы приемника приведен на рис. 4.22.

Система DVB-Tразрабатывалась для цифрового вещания, но она должна встраиваться в существующее аналоговое окружение, поэтому в системе следует обеспечить защиту от интерференционных помех соседне­го и совмещенного каналов, обусловленных действующими передатчикамиPAL/SECAM.Поскольку речь идет о наземном вещании, то должна быть обеспечена максимальная эффективность использования частотного диапа­зона, реализуемая в результате оптимального сочетания одиночных пере­датчиков, многочастотных и одночастотных сетей. Следует учитывать высокий уровень промышленных шумов в канале наземного телевидения. Система DVB-Tдолжна успешно бороться с типичными для наземного телевидения эхо-сигналами, вызванными как статическими объектами, например, зданиями, так и динамическими объектами, например, самолетами, и обеспечивать устойчивый прием в условиях многолучевого распространения радиоволн, обусловленного рельефом местности. Является желательным создание условий для приема в движении и на комнатные антенны. Все эти требования были выполнены вDVB-Tблагодаря применению новой системы модуляцииOFDM.

За счет выбора способа модуляции OFDMс кодированием, которое включает в себя внешнее и внутреннее кодирование и перемежение с целью коррекции возникающих в канале ошибок, системеDVB-Tприсуще следующие важнейшие особенности:

Рис. 4.22. Структурная схема устройства преобразования сигналов и данных в при­емни­ке DVB-T

• потенциально обеспечивается воспроизведение телевизионных изображений в фор­матах низкого разрешения, стандартного, расширенного и высокого;

• звуковое сопровождение может быть стереофоническим, многоканальным; возможно оказание дополнительных услуг, например, для слабослышащих;

• обеспечивается максимум общности с основными стандартами спутникового и кабельного цифрового телевещания;

• способность системы переносить информацию соответствует концепции «контейнера», который может содержать различные данные и обеспечивать работу различных служб одновременно;

• гарантируется работа в условиях приема на стационарную антенну и на антенну портативных телевизионных приемников, то есть на комнатную антенну;

• система оптимизирована с целью использования существующей сети телевизионных передатчиков;

• обеспечивается возможность работы в одночастотных сетях;

• система может быть развернута как в региональных, так и в национальных масштабах при приемлемых экономических затратах;

• система малочувствительна к интерференционным помехам от других телевизионных радиопередатчиков и создает минимум помех службам наземного аналогового телевидения, что очень важно в переходный период;

• система допускает реконфигурацию, то есть возможность вещательным организациям устанавливать оптимальные параметры;

• обеспечивается возможность двухуровневой иерархической передачи информации.

OFDMотличается передачей сигнала с использованием большого количества несущих колебаний, частоты которых кратны некоторой основной частоте. Причем каждая несущая переносит поток данных, уменьшенный в число раз, равное количеству несущих. Несущие являются ортогональными, что делает возможной демодуляцию модулированных колебаний даже в условиях частичного перекрытия боковых полос отдельных модулированных несущих.

Применение какой-либо одной системы кодирования не дает желае­мого эффекта в условиях наземного телевидения, для которого типично проявление разнообразных шумов, помех и искажений, приводящих к воз­никновению ошибок с разными статистическими свойствами. В таких ус­ловиях необходим более сложный алгоритм исправления ошибок. В систе­ме DVB-Tиспользуется сочетание двух видов кодирования – внешнего и внут­реннего, рассчитанных на борьбу с ошибками различной структуры, частоты и статистических свойств и обеспечивающих при совместном применении практически безошибочную работу (такой подход типичен и для других сфер, например, для цифровой видеозаписи). Если благо­даря работе внутреннего кодирования частота ошибок на выходе внут­реннего декодера (см. рис. 4.22)не превышает величины 210^–4,то система внешнего кодирования доводит частоту ошибок на входе демульти­плек­сораMPEG-2 до значения 10^–11, что соответствует практиче­ски безошибочной работе (ошибка появляется примерно один раз в те­чение часа).

Кодирование обязательно связано с введением в поток данных не­которой избыточности и соответственно с уменьшением скорости пере­дачи полезных данных, поэтому наращивание мощности кодирования за счет увеличения объема проверочных данных не всегда соответствует требованиям практики. Для увеличения эффективности кодирования, без снижения скорости кода, применяется перемежение данных. Коди­рова­ние позволяет обнаруживать и исправлять ошибки, а перемежение увеличивает эффективность кодирования, поскольку пакеты ошибок дробятся на мелкие фрагменты, с которыми справляется система коди­рования.