Принцип ієрархічної передачі

 

Особливість системи DVB-T-можливість ієрархічної передачі і прийому. Дані на виході мультиплексора транспортного потоку розщеплюються на два незалежних транспортних потоку MPEG-2 (див. Малюнок 8), яким присвоюються різні ступені пріоритету. Потік з вищим пріоритетом кодується з метою забезпечення високої перешкодозахищеності, потік з нижчим пріоритетом (позначений на малюнку 8 пунктиром) - з метою забезпечення високої швидкості переданих даних. Потім обидва кодованих потоку об'єднуються і передаються разом. Таким чином з'являється можливість передачі по одному каналу двох різних програм або однієї ТВ програми у двох версіях. Перша версія характеризується високою помехозащищенностью, але обмеженою чіткістю, друга - високою чіткістю, але обмеженою помехозащищенностью. Це дає нові можливості. На стаціонарну антену за допомогою висококласного приймача може бути прийнята версія з високою чіткістю. Але ця ж програма буде прийнята простим і дешевим приймачем у варіанті з обмеженою чіткістю. Перешкодозахищеність версія буде також прийматися у важких умовах прийому, наприклад, в русі, на кімнатну антену. При мінливих умовах прийому можливо переключення приймача з однієї версії на іншу.

Система DVB-T була створена не просто для цифрового наземного телебачення, а для задоволення найрізноманітніших вимог, які висуваються в країнах, що переходять до цифрового наземного мовлення. Це змушує передбачити роботу системи в різних режимах, але для збереження складності приймачів на прийнятному рівні - забезпечити максимальну спільність різних режимів.

Для роботи одиночних передавачів і мереж можуть використовуватися режими роботи з різною кількістю несучих.

Система DVB-T для досягнення гнучкості повинна допускати обмін між швидкістю передачі даних і помехозащищенностью. Введення захисного інтервалу дозволяє ефективно боротися з несприятливими наслідками багатопроменевого прийому. Однак платою за великий захисний інтервал є зменшення швидкості передачі корисних даних. Для того, щоб зберегти більшу швидкість передачі даних в ситуаціях, де не потрібні великі одночастотні мережі або не виявляється багатопроменеве поширення, передбачено цілий набір можливих значень захисного інтервалу (1/4, 1/8, 1/16 і 1/32 від довжини корисного інтервалу). Швидкість внутрішнього коду, виявляти і виправляти помилки, може бути встановлена ​​рівної однієї з величин наступного ряду: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8. В системі DVB-T передбачена також можливість зміни числа позицій модулюючого сигналу від 4 до 64.

Вибором комбінації параметрів, що відносяться до способу модуляції і числу несучих коливань, швидкості внутрішнього коду і величиною захисного інтервалу, можна створити систему наземного мовлення, що працює в самих різних умовах передачі і прийому і забезпечує задану область охоплення.

Важливим чинником є ​​високий ступінь спільності системи наземного ТВ мовлення DVB-T з іншими системами цифрового телебачення: кабельного (DVB-C) і супутникового (DVB-S).

 

Рандомізація

Рандомізація даних є першою операцією, що виконується в системі DVB-T (Малюнок 8). Її мета - перетворити цифровий сигнал в квазіслучайном і тим самим вирішити дві важливі завдання. По-перше, це дозволяє створити в цифровому сигналі досить велике число перепадів рівня і забезпечити можливість виділення з нього тактових імпульсів (така властивість сигналу називається самосинхронізацією). По-друге, рандомізація призводить до більш рівномірного енергетичному спектру випромінюваного радіосигналу (як відомо, спектральна щільність потужності випадкового шуму постійна на всіх частотах, тому перетворення сигналу в квазізвичайному сприяє вирівнюванню його спектру). Завдяки рівномірному спектру підвищується ефективність роботи передавача і мінімізується заважає дію радіосигналу цифрового телебачення по відношенню до аналогового ТБ сигналу, що випромінюється іншим передавачем в тому ж каналі.

Зовнішнє кодування і проміжне

У системі зовнішнього кодування для захисту всіх 188 байтів транспортного пакета (включаючи байт синхронізації) використовується код Ріда-Соломона. У процесі кодування до цих 188 байтам додається 16 перевірочних байтів. При декодуванні на приймальній стороні це дозволяє виправляти до восьми помилкових байтів в межах кожного кодового слова довжиною 204 байти.

Перемеження є тимчасовим перемішуванням байтів даних, в приймачі вихідний порядок проходження байтів даних відновлюється. Корисним у перемеженням є те, що довгі пакетні помилки, обумовлені шумами і перешкодами в каналі зв'язку і спотворюють послідовно йдуть байти даних, в результаті зворотного перемеження в приймачі розбиваються на невеликі фрагменти і розподіляються за різними кодовою словами коду Ріда-Соломона. У кожне кодове слово потрапляє лише мала частина пакетної помилки, з якою легко справляється система виявлення та виправлення помилок при порівняно невеликому обсязі перевірочних даних.

Пряме і зворотне перемеження можуть виконуватися за допомогою практично однакових схем, нo тільки порядок зміни затримки в гілках схеми зворотного перемеження в приймальному пристрої повинен бути змінений на протилежний.

Внутрішнє кодування

 

Внутрішнє кодування в системі мовлення DVB-T засноване на згортуючому коді. Воно принципово відрізняється від зовнішнього, яке є представником блокових кодів. При блоковому кодуванні потік інформаційних символів ділиться на блоки фіксованої довжини, до яких в процесі кодування додається деяка кількість перевірочних символів, причому кожен блок кодується незалежно від інших. При згортуюче кодування потік даних також розбивається на блоки, але набагато меншої довжини, їх називають «кадрами інформаційних символів». Зазвичай кадр включає в себе лише кілька бітів. До кожного інформаційного кадру також додаються перевірочні символи, в результаті чого утворюються кадри кодового слова, але кодування кожного кадру проводиться з урахуванням попередніх інформаційних кадрів. Для цього в кодері завжди зберігається деяка кількість кадрів інформаційних символів, доступних для кодування чергового кадру кодового слова (кількість інформаційних символів, що використовуються в процесі згорткового кодування, часто називають «довжиною кодового обмеження»). Формування кадру кодового слова супроводжується введенням наступного кадру інформаційних символів. Таким чином, процес кодування пов'язує між собою послідовні кадри.

 

Як було вже сказано, швидкість внутрішнього коду, або відношення числа символів в інформаційному кадрі до загального числа символів, переданих в одному кодовому кадрі, може змінюватися відповідно до умов передачі даних в каналі зв'язку і вимогами до швидкості передачі даних. Чим вище швидкість коду, тим менше його надмірність і тим менше його здатність виправляти помилки в каналі зв'язку.

 

 

Внутрішнє переміщення і формування модуляційних символів

 

Внутрішнє перемежовування в системі DVB-T тісно пов'язане з модуляцією несучих коливань. Воно фактично є частотним перемеженням, визначальним перемішування даних, які модулюють різні несучі коливання. Це досить складний процес, але саме він є основою принципів модуляції OFDM у системі DVB-T. Внутрішнє перемежовування складається з перемеження бітів і перемеження цифрових символів даних. Його першим етапом є демультиплексирование вхідного потоку даних. Безпосередньо за перемеженням слід формування модуляційних символів.

 

Демультиплексування

 

Окремі несучі можуть модулюватися з використанням квадратурної фазової маніпуляції (QPSK - Quadrature Phase Shift Keying) або квадратурної амплітудної модуляції (QAM-Quadrature Amplitude Modulation). Сигнали, модулируючі несучу (точніше, синфазне і квадратурна коливання), при таких способах модуляції, є багаторівневими, вони описуються послідовностями багатопозиційних символів, які називаються «модуляційними». У способі QPSK модулюючий сигнал являє собою послідовність чотирьохпозиційний символів, обираних з алфавіту з чотирма дворозрядними двійковими словами (00, 01, 10, 11), які визначають фазу модульованого коливання. Для формування таких символів вхідний послідовний потік бітів треба розподілити, або демультиплексувати на два субпотоку, в кожному з яких тактова частота буде в два рази менше, ніж на вході. Для 16-позиційної квадратурної амплітудної модуляції 16-QAM треба формувати модуляційні символи у вигляді 4-розрядних двійкових слів, що визначають фазу і амплітуду модульованого коливання. У цьому випадку вхідний потік треба демультиплексувати відповідно на чотири субпотоки. При використанні модуляції 64-QAM модуляційні символи представляють собою 6-розрядні слова, тому вхідний потік демультиплексуються на шість субпотоків.

Спектр радіосигналу OFDM

Загальна спектральна щільність потужності сигналу OFDM може бути знайдена як сума спектральної щільності потужності що окремих несуть. Вона могла б бути дуже близькою до постійної в смузі частот, яку займають ті, що несуть, але тривалість передаючого OFDM символу більша, ніж величина, зворотна відстані між тими, що несуть, на величину захисного інтервалу. У зв'язку з цим основна пелюстка спектральної щільності потужності що однієї несе дещо менше подвоєної відстані між тими, що несуть, тому спектральна щільність потужності сигналу OFDM в номінальній смузі частот (7,608258 Мгц в режимі 2k і 7,611607 Мгц в режимі 8k) не є постійною.

Багатопроменевий прийом

Багатопроменевий прийом - явище, типове для наземного ТБ мовлення. Якщо, разом з основним радіосигналом, приймається, наприклад, сигнал, що відбитий від якої-небудь перешкоди і прийшов до приймальної антени із затримкою, на екрані з'являється повтор, тобто копія зображення, зрушена по горизонталі. Якщо інтенсивність повтору велика (відбитий сигнал порівнянний з основним), то зображення стає неприйнятним. Боротися з повторами можна, наприклад, шляхом використання вузьконаправлених приймальних антен.

Можливий і частотний підхід до оцінки багатопроменевого прийому. В результаті інтерференції радіосигналів, що прийшли в точку прийому з різними затримками, деякі частотні компоненти радіосигналу ослабляються, а деякі - посилюються, що призводить до нерівномірності частотної характеристики каналу. Частотну характеристику за допомогою перебудовуваних фільтрів можна спробувати зробити постійною в частотному діапазоні, займаному спектром радіосигналу, якщо заздалегідь оцінити нерівномірність. Але такий шлях не завжди можливий. Уявимо, що повторний радіосигнал приходить в точку прийому з такою ж інтенсивністю, що і основний (такий повтор називають ехо-сигналом 0 дБ). Інтерференційна взаємодія основного сигналу і повтору приведе до того, що окремі компоненти сумарного сигналу виявляться повністю знищеними. Ехо-сигнал, затриманий на чверть тривалості символу, призводить до пригнічення кожній що четвертою несе сигналу OFDM. Такі пригнічені компоненти не можуть бути скоректовані за рахунок смугової фільтрації, прийнятий сигнал зазнає безповоротні спотворення. Проте в системі СОFDМ пригнічені компоненти можуть бути повністю відновлені завдяки використанню частотного ущільнення у поєднанні з кодуванням, що виявляє і виправляє помилки. Це є слідством того, що дані, переносимі такою, що кожною несе, доступні для обробки в системі канального кодування. Кожна несна пакету ОFDM несе лише невелику частину даних, помилки в яких можуть бути виявлені і виправлені за допомогою системи канального кодування.