В рубрику "Приемники для цифрового телевидения" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Стандарт ATSC. Международная некоммерческая организация Advanced Television Systems Committee (ATSC) была образована в США в 1982 году. Ее стандарт распространен на территории США, Канады, Мексики, Аргентины и Тайваня. Максимальное качество изображения, которое может предложить ATSC, соответствует разрешению 1920x1080 при формате экрана 16:9 и сжатии видео с помощью MPEG-2. Сжатие звука - с помощью формата Dolby-DigitalAC-З. В ATSC используется фиксированная скорость передачи информации на единственной несущей, режим помехоустойчивого кодирования с пространственной избыточностью и метод амплитудной восьмиуровневой модуляции с частично подавленной несущей 8VSB[1-4].
Стандарт MediaFLO™. Стандарт разработан и принят американской компанией и используется для приема телевизионных сигналов на подвижные объекты с модуляцией несущих - QPSK и 16QAM. Полоса приема 5,5 МГц.
Стандарт DMB/DAB. Стандарт создан в Южной Корее и опирается на Европейский стандарт, применяется для мобильного приема.
Стандарт ISDB. Этот стандарт цифрового телевидения разработан в Японии. Он появился в октябре 1996 года. С помощью ISDB-S через один транспондер стало возможным передавать одновременно два HDTV-канала. Применяется канальная модуляция COFDMc2Kh8K и модуляция несущих: QPSK, 16QAM и 64 QAM.
Стандарт DMB-T. Это китайский стандарт. В нем производится обработка сигналов как во временной, так и в частотной области. Помехоустойчивый код FES состоит из внешнего кода ВСН и внутреннего кода LDPC Полоса пропускания канала - 8 МГц. Модуляция - 64QAM, 32QAM, 16QAM, 4QAM, NR. В стандарте применяется иерархическая структура кадров.
Стандарт DVB-T. Этот стандарт используется во многих станах Европы, и в России в частности. Он обеспечивает передачу до семи программ стандартного телевидения на одной несущей, обладает высокой помехозащищенностью.
Стандарт DVB-H. Стандарт DVB-H (мобильное вещание) базируется на стандарте DVB-T в части расширения некоторых устанавливаемых параметров, ориентированных на условии приема цифровых сигналов на мобильные приемные установки.
Стандарт DVB-T2. Он разработан в Великобритании в 2009 году.
В табл. 1 приведены основные характеристики четырех стандартов.
Главное отличие DVB-T2 от других стандартов заключается в том, что он может передавать три программы телевидения высокой четкости (ТВЧ) на одной несущей. Количество поднесущих COFDM увеличено до 27 841 (режим 32К). Пропускная способность каналов увеличена на 30%. Заменена классическая схема FEC-кодирования (сверточный код и код Рида - Соломона на LDPC (LowDensity-ParityCheck) и ВСН (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem) с дальнейшим мультиплексированием битов для образования QАМ-созвездия. Значения C/N характеризуют устойчивость системы передачи относительно белого шума AWGH [9-12].
Эти коды обеспечивают лучшую защиту от ошибок по сравнению с Т1 при том же отношении сигнал/шум. Добавлен режим модуляции - 256QАМ. При этой модуляции символ несет в себе 8 бит информации. Для уменьшения ошибок при формировании созвездия применяется код Грея, при котором один символ отличается от следующего только на один бит. Уменьшено количество пилот-сигналов, увеличены защитные интервалы. Введено распределение несущих COFDM между логическими потоками, так называемые PLP (PhysicalLakerPLPS) - каналы физического уровня. Возможны два режима PLP (А и В). В режиме А используется только один PLP. В режиме В - многократный.
Поворот констеляционного созвездия для получения наибольшего расстояния проекции точек на одной оси для QАМ256 принят в 3,6 град. Кроме того, принята задержка при передаче между I и Q. Все это повышает устойчивость к ошибкам несущих MER [9 10].
Главным недостатком стандарта Т2 является замена телевизоров.
Предложение. Учитывая большую протяженность нашей страны от Урала на Восток и отсутствие в некоторых районах многопрограммного телевидения, предложить временно использовать вместо трех программ телевидения высокой четкости восемь программ стандартной четкости на одной несущей. Общий поток, поступающий с MPEG-2 оставить 32 Мбит/с (по 4 Мбит/с на каждую программу). Вернуться к модуляции 640АМ при К = 16. Применить укороченный код ВСН-16200. Вместо MISO вернуться к SISO. При этом сохранится BER = 1041 для кода после ВСН и уменьшится C/N для релеевского канала при скорости 4/5 с 24,5 до 18,5 дБ. Все остальные преимущества стандарта DVB-T2 сохранятся.
В 1966 году Форни предложил метод комбинирования двух кодов, названный каскадным кодом, состоящим из внешнего и внутреннего кода. Кодовая скорость каскадного кода равна
Минимальное расстояние каскадного кода равно D = d1 d2 , где d1 d2 - минимальные расстояния составляющих кодов.
Для разбиения пакета ошибок, для того чтобы исправить отдельные ошибки кодом FEC, вводится перемежение - Intelevel. Оно также обеспечивает согласование внешнего кода ВСН с внутренним - LDPC. Матрица Intelevel преобразует код ВСН в размерность внутреннего кода LDP. Запись в матрицу идет по столбцам. Считывание по строкам. Если возникает пакет ошибок, то он искажает не более tl позиций в строке, которые могут быть исправлены кодом ВСН [5, 6].
Код ВСН (русское наименование БЧХ). Исправляющая способность кода составляет от 10 до 12 бит в зависимости от скорости LDPCBC, Hencoding имеет нумерацию от 0 до NT2-1.
Код ВСН [5 - 8] является циклическим кодом с кодовым расстоянием dmin≥2td+1.
Разница между двумя кодовыми последовательностями называется расстоянием Хэмминга. Эффективность кодирования зависит от отношения энергии, приходящейся на один бит, и удельной мощности шума Nq -к/nЕb. Корректирующий код ошибок ВСН (n, к) с кодовыми символами, принадлежащими полю GF(pm), является блочным кодом длиной пс корнями порождающего полинома g(x).a(x). Полином g(x) принадлежит полю GF(2m). Если β порождающий элемент β = αi a 0≤i≤2m-2 , то α является корнем неприводимого двоичного полинома р(х), длина кодовых слов равна n = pm -1. Исправление ошибок в блоковом кодере может быть осуществлено только путем добавления некоторого количества избыточных битов. Причем сначала идут информационные биты, а затем - избыточные.
Информационное слово u = (u0, u1,... uk-1), пройдя через кодер, превращается в кодовое слово V, связанное с информационным словом соотношением V=U.G, где G может быть представлено в виде образующей матрицы либо образующего полинома.
В коде ВСН каждое кодовое слово представлено полиномом, коэффициент которого является элементом кодового слова С.
C(x)=a(x).g(x),
где g(x) - порождающий полином степени n-k, а степень а(х) не превышает k-1/проверки - проверочную Н(х).
Для поиска синдрома ошибки используется синдромная матрица.
До настоящего времени коды ВСН длиной больше чем n = 1240 не использовали из-за сложности в проверке и в связи с тем, что с увеличением длины кода эффективность его резко уменьшается.
В стандартах DVB-T2 используют в качестве генератора образующий полином на поле Галуа GF(216) для потока 64 800 и GF(212) для потока 16 200 бит.
Примечание.
В стандарте DMT-1 применяют в качестве внешнего кода ВСЩ752, 762). Внутреннего LDPC со скоростью 0,4; 0,6; 0,8 (7493,3048; 7493,4572 и 7495,6912 соответственно).
В табл. 2 приведены параметры кодов ВСН и LDPC для FECFRAMENidpc = 64 800. В табл. 2 приведены образующие полинома кода ВСН для FECFRAMENidpc = 64 800.
Коды LDPC. Эти коды [5-8, 13] стали известны в 1962 году. Они имеют минимальное Хэммингово расстояние, растущее линейно с длиной кода. В [7, 8] показано, что LDPC-коды близки к пределу Шеннона. Линейный LDPC-код является линейным кодом, проверочная матрица которого Н имеет Хэмминговый вес. Столбцы и строки I и К - соответственно. Причем обе величины меньше длины кода N. Эти коды используют для проверки на четность (parity-check). Коды LDPC имеют следующую структуру при проверке на четность:
В случае передачи PLP, когда недостаточно информационных бит, их заменяют нулевыми, которые на приеме аннулируются.
Кодер для стандарта DVB-T2 (9,10). BBBaseBand - полоса модулированных частот. Кадр ВВ рассматривается как слово, к которому применяются коды ВСН и LDPC В результате их применения получается кадр FEC, который имеет длину 64 800 или 16 200.
Кодирование ВСН происходит в рамках FECFRAME:
Во избежание пакетных ошибок в стандартах цифрового телевидения применяется частотное временное разделение сигналов при помощи матриц (Frequency и Time Interleaving).
Примечание.
Приходящий поток должен быть скремблирован для того, чтобы через радиоканал проходило равное количество битов (0) и (1). Генератор скремблера создает поток псевдослучайной последовательности PRBS (RandomBinary Sequence). Стандарт выбрал полином Ps = 1+х14+х15 для формирования случайной последовательности PRBS. Количество бит равно 1503, синхрослов - 0-47.
Nbch = Kidpc внешних битов (i0...iNdch-1) из кодера ВСЙ превращаются (Kbch - Ksig) нулевых бит и (Кidpc - Kbch) битов четности ВСН, создавая информационные биты I=(i0, i1, ..., iikdpc-1, P0, P1, PNdch-1) Для кодера LDPC.
LDPC-кодер должен быть систематическим кодером и преобразовывать Kudpc во внешнее слово.
Номер Т2 фрейма в суперфрейме определяется параметрами Nt/2 - Сигнал передает их в сигнальной области L-lpresignallin.
Sub-System должна реформироваться внешним кодом ВСН и внутренним LDPC и интерливингом (Interleaving) бит. Внутренний поток должен быть компенсирован BBFRAME и превратиться во внешний поток FECFRAME.
Каждый BBFRAME (Kdch bit) должен быть выполнен как генератор FECFRAME. (Nidpc бит) и осуществлять проверку на четность (parity-check) внутреннего кода LDPC и добавлять после него BCHFEC
Суперфрейм может включать в себя и FEF - Future Extension Frame (будущий расширенный фрейм), который включается между Т2. Состоит из TSF = NT2 xTF xNFEF xTFEF , причем Nppp является номером FEF в суперфрейме. NFEF = NT2/FEF
Максимальная длительность суперфрейма - 64 с (255x250 = 63 с). С учетом FEF=128c.
Каждый Т2 делится внутри на символы OFDM. Каждый фрейм стартует с Р1 символа. Интервал между двумя Р символами максимально - 250 мс.
Пакетирование данных в В.В Base Band - полоса пропускания модулированных частот образует новую последовательность транспортных пакетов.
Внешний поток должен состоять из BBFRAME, а внутренний - из FECFRAME. Каждый BBFRAME, входя в FEC-систему, обеспечивает следующую структуру:
1. Структуру в информационном потоке (Sysle structure in information par).
2. Структуру в проверке на четность (structure in parity part): генерирует FECFRAME (Nidpc) бит и осуществляет проверку на четность внутреннего кода LDPC (LDPCFEC). Ошибка в корректирующем коде ВСН (Nbch, Kbch) входит в BBFRAME.
Вначале идут биты BBFRAME - Kbch. Затем избыточные биты - Nbch - Kbch. После них биты кода LDPC
Общее количество битов двух кодов Nidpc - 64 800 для нормального FECFRAME и 16 200 - для укороченного. Скорость фрейма определяется как г = kidpc/Nidpc
Величину исправляемых ошибок можно определить на основе защитного интервала и расстояния по Хэммингу.
Длительность нормального фрейма составляет 250 мс. Длительность суперфрейма, объединяющего 250 фреймов, составляют 64 с. После каждого фрейма в Т2 следует FEE Поэтому суммарная длительность суперфрейма будет: 256x2x250 = 128 с. Каждый суперфрейм Т2 делится на символы и стартует с P1. P1 и Р2 - это символы COFDM. Они служат для передачи различной служебной информации.
Параметры кодов ВСН и LDPC FECFRAME для скорости кода LDPC Nidps = 64 800 приведены в табл. 2. Для Nidps =16 200 в табл. 3.
Образующие полиномов кода ВСН приведены в табл. 4.
Биты ВВ Frame образуются из M = (mKbch-1, mKbch-2, ... m1, m0), причем счет начинается с mKbch-1 , a заканчивается - m0.
Кодовое слово образуется следующим образом из полинома т(х):
При делении на генераторный полином g(x) получим остаток:
Последовательность на кодер LDPC поступает с внешнего кодера ВСН I как Kbch = Kidpc c нулевыми битами. К;(1рС-Квсн равно числу информационных битов I
Примечание.
Эквивалент кодового слова полинома 
для кода LDPC. NMax - это максимальный номер цифровой ячейки символов в OFDM, используемых FFT-FAST Fourier Transform (быстрое преобразование Фурье) с N = 27 404 - число символов в К32 (максимальная скорость символов зависит от полосы пропускания канала).
Кодер LDPC должен быть систематическим кодером Kjdpc внешних информационных битов слова
Kidpc = Nbch в виде кодового слова формата Nidpc.
LDPC входит в BBFRAME (Nidpc bit) и осуществляет проверку на четность.
Задача кодера - определить битовую четность (parity bits) в вычитании Nidpc - Kidpc каждого блока от P0, P1, ..., PNidpc-Kidpc-1 до i0, i1, ... iKidpc-1 iинформационных битов, то необходимо, чтобы Р0 = P1 = Р2 = PNidpc - Kidpc-1 = 0
При отсутствии ошибок сумма битов для длинного кода нормального фрейма Qidpc приведена в табл. 5.
Причем,
Мы не будем здесь описывать работу телевизионного приемника. Дадим лишь его входные характеристики. [9, 10].
Главными узлами для приема сигналов являются демодулятор и декодер. Описание работы цифрового модулятора 4,16, 64QAM, демодуляторов САМ и схема трансверсального фильтра на приемной стороне передачи для демодуляции 64САМ описана в [13]. На работе декодера остановимся чуть подробнее.
При декодировании ВСН используются элементы конечного поля для нумерации позиций кодового слова. Позицию ошибок находят из решения системы уравнений в поле GF(2m).
Синдромы ошибок находят из решения системы уравнений принятого полинома г(х) в нулях кода.
При этом используют известные методы, например алгоритм Берлекелна - Мэсси.
Задачей декодера двоичной системы является принятие решения о том, какой из двух возможных символов (1, 0) был передан передающим устройством.
В настоящее время существуют два метода декодирования принятого сигнала: алгебраический и вероятностный.
Решение принимается в зависимости от отношения мощности сигнала на бит к мощности шума в полосе пропускания (S/N-Signal-to-Noisi) вида модуляции, вида канала Гаусса, Релея, Раиса.
Главной идеей в декодировании ВСН и LDPC-кодов является использование нумерации позиций кодового слова. Позицию ошибок находят из решения е(х) - многочлена ошибок системы уравнений в поле GF(2m).
Последовательность процесса декодирования начинается с определения номера декодирующего символа - LI EEC.
В литературе [5-8] чаще всего рассматривается сигнал, на который накладывается помеха в виде белого гауссова шума
где Un(t) полезный сигнал, Un(t) - помеха.
В литературе [1-4, 7-8] описаны декодеры цифровых сигналов типа Меггита, Витерби и т.д. При помощи синдрома ошибок находят место ошибок в потоке и исправляют их. Для исправления ошибок в ВСН необходимо соблюдать дистанцию по Хэммингу.
Мы же в этой статье даем только общий обзор демодуляции и декодирования телевизионного цифрового сигнала стандарта DVB-T2.
Декодирование сигнала происходит сначала декодером LDPC , а затем декодером ВСН. Скорость кода определяет порядок кода FEC, то есть длительность кода LDPC Номер и позиции коротких кодов ВСН информируют о положении кодера в сегментном блоке.
В стандарте приводится работа декодера физического уровня PLP (Physical Layer Pipi).
Исправление шибок в коде ВСН подробно изложено в [5, 6] в инструкции по эксплуатации Т2. Задачей этой статьи было познакомить читателя с применением помехоустойчивых кодов, применяемых для передачи цифрового сигнала высокой четкости - ВСН и LDPC
Литература
Опубликовано: -2012
Посещений: 30194
Статьи по теме
Автор
| |||
В рубрику "Приемники для цифрового телевидения" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
