Технология экспдулатации систем и сетей цифрового телевидения стандарта dvb-t2
Download 150.61 Kb.
|
Boltayev Abdurauf Akbar o‘g‘li (birinchi ish)
|
1.Общие правила стандарта DVB
Цифровое видеовещание - Цифровое видеовещание (DVB) было запущено в октябре 1993 года, это один из крупнейших европейских проектов по организации международного цифрового телевизионного вещания. Штаб-квартира проекта DVB Rroject находится в Женеве, Швейцария. На основе проекта международной группы DVB приняты следующие стандарты цифрового телевидения: - DVB-S (S-кабель-кабель) цифровое кабельное телевизионное вещание; - DVB-S (Sattelrte - спутниковое) спутниковое телевизионное вещание; - DVB-T (Наземное) и наземное телевизионное вещание.
Таким образом, стандарты вещания DVB должны гарантировать, что цифровые телевизионные устройства и оборудование, элементные базы и программы удовлетворяют единым, обобщенным требованиям. Это единственные требования к внедрению цифрового телевидения в странах мира на основе единых, общих показателей. Следует отметить, что стандарт DVB принят в странах СНГ, в том числе и в Узбекистане. На сегодняшний день существует множество классов (групп) ДВБ в зависимости от их назначения, и они перечислены в таблице 6.1. 1.1 DVB-T система наземного цифрового телевизионного вещания Создание наземной системы цифрового телевизионного вещания является достаточно проблематичной задачей, поскольку сложные и разнообразные конструкции и строения города приводят к образованию волн, многократно возвращающих радиоволны, то есть к помехам. Таким образом, электромагнитное напряжение в зоне приема может постоянно меняться, даже при прямой видимости точки приема, то есть появление «мертвых» зон, в результате чего прием сигнала может не осуществляться. Кроме того, промышленные помехи в городах излучаются радиопередатчиками соседних районов, работающими на других частотах. помех достаточно, и с ними нужно бороться. Кроме того, цифровое наземное телевидение должно быть совместимо с существующими системами аналогового телевизионного вещания. Поэтому цифровое эфирное телевидение должно удовлетворять следующим требованиям: - обеспечение высокого уровня иммунитета; - не допускается качественная передача телевизионного сигнала в определенных стандартах, служебной информации, телетекстов и данных защита от проникновения; - создать универсальный стандарт, совместимый с цифровыми устройствами спутникового и кабельного телевидения, с целью максимально удешевить приемные устройства телевидения; - обеспечение приема сигнала в случае переносных приемных устройств и комнатных антенн; - обеспечение работы одночастотной сети и др. Поэтому одной из важных особенностей при создании DVB-T был выбор одночастотной или многочастотной модуляции. Испытания показали, что только OFDM более устойчив к помехам, чем передатчики в аналоговых системах PAL и SECAM, особенно в одночастотных условиях. При создании стандарта DVB-T было определено, что следует выбирать следующие основные параметры системы: - количество отдельных несущих, соответствующих символу; - ширина защитного интервала; - типы модуляции несущих; - метод синхронизации. Осмотр и анализ показали, что расстояния между передающими устройствами, расположенными в регионах в одной частотной сети, составляют не менее 60 км. для распределения требуется более 6000 несущих сигналов. При этом микросхемы, обеспечивающие COFDM, работают при числе несущих, равном 2n, поэтому близкое к нему число равно 8192 или (213). Этот режим условно называется «8k». В 1995 году возможности электронного оборудования не могли обеспечить такое большое количество несущих, поэтому для разработки стандарта DVB-T было предусмотрено 2048 или (211) несущих. Используется режим, и этот режим называется «2k». Таким образом, одиночный пользовательский режим по умолчанию установлен на «2k/8k». В настоящее время при создании недорогих высокочастотных процессоров используется и режим «8k». Кроме того, стандарт DVB-T предусматривает четыре относительных защитных интервала для каждого режима модуляции, а они составляют 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 длительности активного символа T. В таблице 6.2 приведены абсолютные значения некоторых основных параметров. Из приведенных данных видно, что при использовании COFDM при передаче цифрового телевизионного сигнала может использоваться полоса частот 8 МГц стандартного аналогового телевизионного вещательного радиоканала, и в этом случае защитная разность между двумя соседними радиоканалами может составлять 0,39 МГц, чтобы они не мешали друг друга. Таблица 6.3 позволяет модулировать несущие COFDM в радиоканале по-разному. приведены минимальное значение отношения сигнал/шум и скорость передачи двоичных символов, передающих полезную информацию. Основные параметры модуляции COFDM в стандарте DVB-T Таблица 6.2
Сравнивая цифры, представленные в таблице 6.3, выбирая интервалы защиты и методы модуляции несущей, обеспечивающие разные значения качества восстанавливаемого изображения, используя стандарт сжатия MPEG-2 с учетом битовой скорости передачи возможный При этом выборе необходимо учитывать требуемое качество изображения и количество транслируемых телепрограмм. Скорость передачи данных в различных состояниях модуляции Таблица 6.2
Как видно из таблицы, отношение сигнал/шум может быть достаточно низким при приеме цифрового телевидения, но для приема качественной картинки аналогового телевидения отношение сигнал/шум должно быть не менее 50 дБ. В ситуациях, когда не требуется большая одночастотная сеть и нет эффекта многолучевого распространения, высокоскоростная предусмотрен ряд возможных защитных интервалов, обеспечивающих передачу данных (длительность полезного интервала берется из 1/4, 1/8, 1/16 и 1/32). Скорость внутреннего кода обнаружения и исправления ошибок может принимать одно из следующих значений: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8. В системе DVB-T возможно изменение позиций модулирующего сигнала от 4 до 64. В разных странах выделение частот каналов телевидению различно и, например, это 8,7 или 6 МГц boMib, a переход от одной ширины частоты к другой должен быть легким. Это условие реализуется в системе DVB-T только за счет изменения тактовых частот при сохранении условий обработки сигнала. Следует еще раз отметить, что набор информационных символов, передаваемых в системе DVB в определенное время на всех несущих частотах, называется символом COFDM, и они объединяются в кадры. Каждый кадр состоит из 68 символов COFDM, а 4 кадра составляют суперкадр, который представляет собой целое число, равное транспортному пакету MPEG-2. В каждом символе COFDM 769 и 193 базовых несущих выделяются для модуляции 8k и 2k соответственно, которые передаются с мощностью на 2,5 дБ выше, чем другие несущие. Определенная часть базовых несущих зафиксирована на оси частот, положение остальных базовых несущих меняется от одного символа к другому в зависимости от COFDM. Базовые сигналы используются для синхронизации тактовой частоты модуляторов и демодуляторов, кадровой синхронизации, контроля состояния канала и других целей. В этом случае кадр содержит все сигналы, обеспечивающие синхронизацию демодулятора. Таким образом, продолжительность задержки приема, например для , при переходе с одного канала на другой один кадр не превышает по длительности длительности. 1.1.2 Обработка сигналов в передающей части системы DVB-T Стандарты параметров радиосигналов с цифровой модуляцией устанавливаются для обеспечения соответствия характеристик устройств различных производителей. Организационная схема обработки сигналов и данных в передающей части систем цифрового эфирного телевизионного вещания представлена на рисунке 6.1. Отличительной особенностью DVB-T является то, что он сочетает в себе систему кодирования каналов MPEG-2 и метод модуляции OFDM для передачи транспортных пакетов данных. используется. Передаваемая информация (сигналы изображения, звуковые сигналы, графические и другие служебные данные) сжимается и кодируется (каждое изображение отдельно) в стандартах кодера MPEG-2 MPEG-4. Затем создается программный поток методом мультиплексирования, включающий видеосигнал, аудиосигнал и, при необходимости, графическую информацию. вводится. Затем объединение нескольких программных потоков формирует транспортный поток MPEG-2, который, в свою очередь, далее разделяется на два составных транспортных потока. Обработка первого из них повышает помехоустойчивость, а второго служит увеличению скорости передачи. На выходе энкодера они снова объединяются. Полученные пакеты потока трафика разбиваются на пакеты по 188 байт каждый. Первый байт — это пакет синхронизации, и его значение в двоичном формате всегда равно 01000111 или 47 в шестнадцатеричном формате. Для упрощения идентификации пакетов они разделены на группы по восемь пакетов. Байт синхронизации первого пакета каждой группы инвертируется, т.е. - 10 111 000 (V8N). После этого обработка информации осуществляется в канальном кодере OFDM (ортогональный частотный мультиплексор). Сначала сигнал проходит через цикл рандомизации, где он является квазислучайным. преобразуется в сигнал. Для этого два бинарных квазислучайных цифровых сигнала, вырабатываемых специальным генератором, складываются по модулю 2 на основе программной последовательности. Такая операция удаляет последовательность единиц и нулей символов и обеспечивает сглаживание спектра сигнала. Рисунок 6.1. Организационная схема передающей части системы DVB-T. Рандомизация соответствует операции сопоставления цифровых потоков, которая обеспечивает последовательность транспортных пакетов MPEG-2.Пакеты длительностью 188 байт объединяются в 8 групп пакетов. Синкробайт первой группы пакетов инвертируется и генерируется 101110002=V816. Рандомизация осуществляется путем сложения по модулю 2, то есть к цифровому потоку данных добавляются логические операции «ИЛИ проигравших» (XOR) и двоичные псевдослучайные последовательности PRBS (Pseudo Random Binary Sequence). Рисунок 6.2. Информативный рандомизатор Генератор последовательностей PRBS построен на основе 15-разрядных регистров сдвига и подключен по цепи обратной связи (рис. 6.2). Генератор PRBS инициализируется (проверяется дополнительным кодом) в начале каждого 8-го пакета, чтобы сделать сгенерированную последовательность похожей на случайную и восстановить переданную информацию в приемнике, для этого в него загружается число 100101010000000. После инициализации к первому биту первого байта транспортного потока добавляется первый бит псевдослучайной последовательности PRBS.За первым битом транспортного потока следует инвертированный байт синхронизации.Байты синхронизации транспортного пакета не рандомизированы, так как генератор PRBS, чтобы не усложнять структурную схему, не останавливал все восемь пакетов. Однако между интервалами синхробайтов вставка псевдослучайной последовательности не производится, то есть для вставки используются разрешающие сигналы, и синхробайты не рандомизируются. Таким образом, длина псевдослучайной последовательности составляет 1503 байта (187+188x7=1503). На приемной стороне восстановление переданной информации осуществляется с помощью того же генератора PRBS, который инициализируется в начале группы, состоящей из каждых 8 пакетов адаптированного транспортного потока (начало группы обозначается перевернутым пакетным синхробайтом ). Внешнее кодирование и интерполяция. Во внешней системе кодирования код Рида-Соломона используется для защиты всего 188-байтового транспортного пакета (включая байт синхронизации). 16 контрольных байтов на 188 байтов в процессе кодирования, что позволяет исправить 8 ошибочных байтов в процессе декодирования на принимающей стороне, когда каждое кодовое слово имеет длину 204 байта. Внешнее посредничество. Это делается путем изменения порядка последовательности байтов в защищенных от ошибок пакетах. Интерполяция устраняет ошибки длинных пакетов, которые могут быть вызваны шумами и искажениями в канале связи. Из-за этого соседние пакеты, испорченные помехами, после обратной передачи данных распределяются по разным кодовым словам на приемнике. Поэтому в каждое кодовое слово попадает лишь малая часть ошибок пакета, и она легко обнаруживается системой обнаружения, а декодер Рида-Соломона исправляет ошибку. В стандарте DVB-T защищенные от помех 204-байтовые блоки во внешнем блоке перемежения разбиты на 12 последовательных блоков. К каждому информационному фрейму добавляются контрольные символы, в результате получается кадр кодового слова, но кодирование каждого фрейма производится с учетом предыдущих информационных фреймов. Для этого кодер всегда хранит несколько кадров с информативными символами. Они нужны для кодирования следующего слова кадра (количество информационных символов, используемых в процессе кодирования сборки, часто называют «длиной ограничения кода»). Формирование кодового слова кадра осуществляется путем ввода следующего кадра информационных символов. Таким образом обеспечивается последовательное соединение кадров в процессе кодирования. Как было сказано выше, внутренняя кодовая скорость или отношение количества символов в информационном внутреннем кадре к общему количеству символов в одном кодовом кадре может изменяться исходя из условий передачи данных по каналам связи и требований к скорости передачи данных. Чем выше кодовая скорость, тем меньше избыточность и коррекция ошибок в канале связи. будет низким. 1.3 Стандарт передачи спутникового цифрового телевидения DVB-S Системы спутникового телевизионного вещания являются самым быстрым, надежным и экономичным способом доставки телевизионного сигнала высокого качества в любую точку обширной территории. Способность спутника удерживать фиксированную точку земной орбиты, широкое использование солнечной энергии для снабжения и малое потребление энергии в устройствах, в дополнение к этим, тот факт, что передаваемые сигналы не зависят от атмосферы и географическое положение, давало возможность развиваться в широком диапазоне. В настоящее время спутники вещания обычно располагаются на геостационарной орбите (ГО) на широте экватора с высотой 35786 км. Спутник в GO вращается с той же скоростью, что и Земля, и поэтому считается, что он неподвижен в фиксированной точке на Земле. Зона охвата вещания геостационарного спутника соответствует одной трети земной поверхности. В то же время современные тепловизионные устройства дают возможность покрыть небольшую часть земной поверхности с помощью направленных малых электромагнитных лучей. Линии пересечения конического луча спутниковых антенн с земной поверхностью определяют границы зоны покрытия и проводятся при различных диаметрах приемных антенн на местности. Чем дальше антенна от центра зоны покрытия, тем больше должен быть ее диаметр. Каналы спутникового телевидения характеризуются низкими значениями промышленных помех и шумов от других передающих устройств, поскольку в таких каналах используются остронаправленные (малоточные) антенны. Основным фактором, вызывающим ошибки при приеме цифровых сигналов, является низкое отношение сигнал/шум на входе приемного устройства из-за большого расстояния между передатчиком и приемником. Частотный диапазон спутниковых каналов связи значительно шире, чем у эфирных и кабельных телеканалов. В таблице 6.5 приведены возможные скорости передачи данных и зависимость символов канала от ширины канала связи. В этом случае скорость передачи полезных данных зависит от параметров канального кодирования (последний столбец), так как с увеличением избыточности суммирующего кода помехоустойчивость увеличивается, а скорость передачи полезных данных уменьшается. Стандарт DVB предусматривает использование существующих каналов спутникового телевидения с шириной полосы частот 27 МГц в диапазоне частот 11...12 ГГц. В перспективе использование диапазона 20...21 ГГц в спутниковых системах и отдельно предполагается, что полосы частот каналов будут шире. Различные скорости передачи данных Таблица 6.5
Из-за относительно небольшой и ограниченной мощности сигналов, передаваемых в системах спутникового телевидения и радиовещания, чувствительность к воздействию помех и шумов высока. Таким образом, совместное использование энергоэффективной QPSK-квадрантной фазовой модуляции и редуцированного кода RS и каскадного кодирования на основе суммирующего кода с использованием алгоритма декодирования Уитбери обеспечивает высокую помехозащищенность системы. Шумовые и интерференционные помехи и нелинейные эффекты бортовых транспондеров спутника также должны учитываться при повышении устойчивости. Для внутреннего кодека возможен выбор одной из 5 скоростей дискретных кодовых значений в диапазоне 1/2-7/8 с учетом достижения эффективного соотношения между мощностью передачи и использованием спектра. Адаптивная фильтрация и точная коррекция ошибок обеспечивают высокое качество даже в сложных условиях приема. Высокое качество сохраняется даже тогда, когда отношения несущая/шум и несущая/помеха близки к предельному (пороговому) значению. Гарантируется, что ошибка не превышает одной в час, что составляет примерно 10-10...10-11 для эквивалентной вероятности ошибок на входе декодера приемника, демультиплексора MPEG-2. Система DVB-S представляет собой функциональный блок, который адаптирует программы цифрового сигнала вещания к характеристикам спутникового канала на выходе транспортного мультиплексора MPEG-2. Для адаптации потока данных к каналу во время передачи производятся следующие замены: • транспортное мультиплексирование и рандомизация для сглаживания энергетического спектра сигнала; • внешнее кодирование с использованием кода Рида-Соломона; • сбор средств массовой информации; • внутреннее кодирование с использованием извлеченного (разделенного) кода; • формирование сигнала на основе полосы частот; • модуляция. При передаче поток транспортных данных и его часы отправляются в систему через интерфейс. Генерация внешнего сигнала, управляющего тактовой частотой и кодовой скоростью, от интерфейса со всеми необходимыми тактовыми и синхронизирующими частотами. Используется для Передача тактовых сигналов и синхронизация передающего устройства осуществляются с помощью управляющих генераторов соответственно.Транспортные пакеты с выхода интерфейса генерируются устройством, формирующим синхроциклы (для этого согласно MPEG- 2 инвертируется каждый восьмой синхробайт транспортного пакета) и обрабатывается рандомизатором, который сглаживает энергетический спектр сигнала. Затем рандомизированные пакеты данных кодируются во внешнем кодере RS, проходят через внешний сумматор и отправляются во внутренний блок кодирования и модуляции. Внешний кодер RS и схема структуры внутреннего суммирующего кодера и параметры рандомизатора как раз подходят для таких устройств в системе DVB-T. Структурная схема блока внутреннего кодирования и модуляции. В этом случае, в случае, когда скорость базы кодирования R=1/2, после кодирования во внутреннем ассемблерном кодере пакеты данных отправляются на перфоратор, а при требуется увеличить скорость кода, убрать лишние проверочные символы. Внутренняя распорка будет недоступен, так как статистическая композиция ошибок канала не требует его использования. Затем формируется спектр сигнала в основной полосе частот и передается на QPSK-модулятор. После этого с помощью последнего интерфейса производится согласование интервала с высокочастотным передатчиком, обеспечивающим радиоканал земной спутниковой станции на частоте 70/140 МГц. Структурная схема модуляции и подсистемы кодирования в системе DVB-S Download 150.61 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: 
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||