ГОСТ Р 55694-2013 Телевидение вещательное цифровое. Наземное цифровое телевизионное вещание. Структура цикловой синхронизации, методы кодирования для канала и модуляции

ГОСТ Р 55694-2013

Группа Э07

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТЕЛЕВИДЕНИЕ ВЕЩАТЕЛЬНОЕ ЦИФРОВОЕ. НАЗЕМНОЕ ЦИФРОВОЕ ТЕЛЕВИЗИОННОЕ ВЕЩАНИЕ

Структура цикловой синхронизации, методы кодирования для канала и модуляции

Digital video broadcasting. Digital terrestrial television broadcasting. Framing structure, channel coding and modulation

ОКС 33.170

Дата введения 2014-09-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием "Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт радио" (ФГУП НИИР)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 480 "Связь"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 8 ноября 2013 г. N 1335-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost.ru)

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на систему цифрового наземного (эфирного) телевизионного вещания DVB-T и устанавливает:

- общее описание и структуру системы цифрового наземного (эфирного) телевизионного вещания;

- методы канального кодирования и модуляции в системе цифрового наземного телевизионного вещания;

- основные параметры системы цифрового наземного телевизионного вещания;

- дополнительные требования к тракту системы цифрового наземного телевизионного вещания, позволяющие осуществить вещание сигналов мобильного телевидения DVB-H.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 17657-79 Передача данных. Термины и определения

ГОСТ 21879-88 Телевидение вещательное. Термины и определения

ГОСТ 24375-80 Радиосвязь. Термины и определения

ГОСТ 24402-88 Телеобработка данных и вычислительные сети. Термины и определения

ГОСТ Р 52210-2004 Телевидение вещательное цифровое. Термины и определения

ГОСТ Р 52591-2006 Система передачи данных пользователя в цифровом телевизионном формате. Основные параметры

ГОСТ Р 52593-2006 Система кабельного цифрового телевизионного вещания. Методы канального кодирования, мультиплексирования и модуляции

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 52210, ГОСТ Р 52591, ГОСТ Р 52593, ГОСТ 17657, ГОСТ 21879, ГОСТ 24375, ГОСТ 24402, а также следующие термины с соответствующими определениями, заимствованными из документов международных организаций [1-5]:

3.1 байт синхронизации (sync-word byte): Последовательность из 8 битов, значение которой в шестнадцатеричном коде равно 0х47, служащая для цикловой синхронизации транспортного пакета.

3.2 блок выкалывания кода: Блок, в котором происходит повышение кодовой скорости за счет устранения части битов в соответствии с заданным законом.

3.3 выколотый сверточный код (punctured convolutional code): Поток символов сверточного кода, в котором удалена часть кодированных символов, за счет чего происходит повышение кодовой скорости относительно исходной.

3.4 гауссовский канал (Gaussian channel): Канал, не вносящий линейных или нелинейных искажений в передаваемый сигнал за исключением добавления белого шума, имеющего нормальную плотность распределения вероятностей.

Примечание - Используется в качестве лабораторной модели при проверке характеристик системы и соответствует случаю, когда передающая и приемная антенны находятся на линии прямой видимости, а отраженные сигналы и излучения в совмещенном канале отсутствуют.

3.5 глубина перемежения (interleaving depth): Максимальное расстояние, на которое разносятся соседние символы по длине последовательности, подвергаемой перемежению.

3.6 деперемежение: Метод перестановки символов в принимаемой последовательности с целью восстановления исходной структуры цифрового сигнала, подвергнутого перемежению (операция, обратная перемежению).

3.7 защитный интервал (guard interval): Временной разнос между соседними символами OFDM, который заполнен сигналом, повторяющим оконечную часть полезного символа OFDM и создающим тем самым циклическое продолжение символа во временной области.

3.8 иерархическая передача (hierarchical transmission): метод мультиплексирования нескольких потоков данных в единый поток символов с таким отображением битов данных в сигнальном созвездии в процессе модуляции, которое позволяет установить для каждого из составляющих потоков различные приоритеты их обслуживания на приеме.

3.9 кадр OFDM (OFDM frame): Частотно-временная структура данных в системе DVB-T, состоящая из 68 последовательных символов с модуляцией OFDM.

3.10 квантование времени (time slicing): передача блоков данных с высокой скоростью в кратковременных интервалах, что позволяет экономить электроэнергию в мобильном терминале путем его отключения в периоды неактивности.

3.11 код БЧХ (ВСН code): Код Боуза-Чоудхури-Хоквенгема - класс циклических кодов, исправляющих кратные ошибки.

Примечание - В системе DVB-T используется для исправления ошибок в канале сигнализации о параметрах передачи.

3.12 модуляция первичная: модуляция каждой отдельной несущей, входящих в состав ортогонального частотного распределения несущих OFDM.

3.13 код Рида-Соломона (Reed-Solomon code): Недвоичный циклический код, относящийся к подклассу кодов БЧХ, позволяющий исправлять ошибки в байтах транспортных пакетов.

3.14 кодовая скорость (code rate): Отношение длины информационной последовательности на входе кодера к длине кодированной последовательности на его выходе.

3.15 маппер (mapper): Формирователь набора модулирующих сигналов.

3.16 многопротокольная инкапсуляция (Multiprotocol Encapsulation, МРЕ): Протокол звена данных, обеспечивающий средства переноса пакетно-ориентированных протоколов (например, IP-протоколов) внутри транспортного пакета MPEG-2.

3.17 непрерывные пилот-сигналы (continual pilot carriers): Служебные несущие, размещаемые в пределах ячеек с фиксированными позициями внутри символов и кадров OFDM.

3.18 несущая активная (active carrier): Модулированная несущая из числа полного множества несущих размерностью 2, 4 или 8.

3.19 одночастотная сеть (Single Frequency Network, SFN): Сеть эфирного цифрового вещания, в которой несколько передатчиков одновременно излучают один и тот же сигнал по одному частотному каналу.

3.20 пакет (packet): Последовательность информационных и служебных символов цифрового вещательного телевидения, передаваемая, обрабатываемая и коммутируемая как единое целое.

3.21 перемежение (interleaving): Метод безызбыточной перестановки символов передаваемого сигнала с целью их декоррелирования для преобразования на приеме возможных пакетов ошибок в группы независимых случайных ошибок.

3.22 перемежение побитовое (bit-wise interleaving): Метод перемежения, осуществляемый путем перестановки битов в передаваемой последовательности до модуляции сигнала.

3.23 перемежение посимвольное (symbol interleaving): Метод перемежения, осуществляемый путем перестановки символов в виде слов данных в передаваемой последовательности до модуляции сигнала.

3.24 пилот-сигналы (pilots): Служебные несущие в составе кадра OFDM, предназначенные для кадровой синхронизации, частотной синхронизации, временной синхронизации, оценивания канала, идентификации режима передачи и компенсации фазового шума.

3.25 поляризационная селекция (polarization discrimination): Метод выделения сигнала, основанный на разделении полезного и мешающего сигнала с помощью приемной антенны, имеющей поляризацию, аналогичную поляризации передающей антенны.

3.26 порождающий многочлен (generator polynomial): Многочлен, максимальная степень и коэффициенты которого определяют множество кодовых слов кода, исправляющего ошибки.

Примечание - При представлении информационной последовательности на входе кодера в виде степенного ряда символы выходной последовательности будут определяться как результат умножения входной последовательности на порождающий многочлен.

3.27 портативный прием (portable reception): Прием на переносное оборудование, при котором переносной приемник с присоединенной или встроенной антенной используется на высоте не менее 1,5 м над уровнем земли вне помещения или над уровнем пола внутри помещений.

3.28 поток с высоким приоритетом (high-priority stream): Поток, для которого задана первичная очередность его обслуживания, что выражается большей помехоустойчивостью его приема при вещании с использованием иерархической модуляции.

3.29 поток с низким приоритетом (low-priority stream): Поток, для которого задана вторичная очередность его обслуживания, что выражается меньшей помехоустойчивостью его приема при вещании с использованием иерархической модуляции.

3.30 псевдослучайная двоичная последовательность (pseudo random binary sequence, PRBS): Периодическая последовательность двоичных символов, которая генерируется детерминированным образом, однако обладает всеми статистическими свойствами, присущими случайному процессу.

3.31 райсовский канал (Ricean channel): Канал с замираниями, обусловленными многолучевым распространением радиоволн, в случае когда помимо прямого сигнала принимаются несколько отраженных сигналов, а также сигналы сторонних передатчиков, работающих в совмещенном канале.

3.32 рандомизация (randomization): Внесение элемента случайности в передаваемую последовательность данных.

3.33 рассредоточенные пилот-сигналы (scattered pilots): Служебные несущие, размещаемые в пределах ячеек с изменяющимися позициями от символа к символу внутри кадра OFDM.

3.34 рэлеевский канал (Rayleigh channel): Канал с замираниями, обусловленными многолучевым распространением радиоволн, в случае когда отсутствует прямая видимость передатчика и на вход приемника поступают только отраженные сигналы своего передатчика, уровни которых изменяются случайным образом, а также сигналы сторонних передатчиков, работающих в совмещенном канале.

3.35 сигнальное созвездие (signal constellation): Геометрическое представление ансамбля сигналов с цифровой многопозиционной модуляцией в отсчетные моменты времени на двумерной комплексной плоскости.

3.36 символ OFDM (OFDM symbol): Передаваемый сигнал, включающий в частотной области полный набор активных несущих OFDM и состоящий во временной области из полезной части и защитного интервала.

3.37 система эфирного цифрового телевизионного вещания (digital terrestrial television broadcasting system): Система цифрового телевизионного вещания, предназначенная для доставки телевизионных программ потребителю по радиоканалам с использованием наземных передающих центров и предусматривающая кодирование видеосигналов, звуковых сигналов и дополнительных данных, а также мультиплексирование и формирование пакетов в транспортный поток в соответствии с требованиями стандартов MPEG-2 и MPEG-4.

3.38 скремблер (scrambler): Устройство безызбыточного преобразования двоичных данных в кодовую последовательность, символы которой распределены по псевдослучайному закону.

3.39 суперкадр OFDM (OFDM super-frame): Частотно-временная структура из 4 кадров системы DVB-T.

3.40 транспортный пакет (transport packet): Пакет данных фиксированной длины 188 байтов, содержащий заголовок длиной 4 байта и поля адаптации и полезной нагрузки общей длиной до 184 байтов.

3.41 транспортный поток (transport stream): Метод мультиплексирования в один поток и пакетной передачи последовательности транспортных пакетов.

3.42 фиксированный прием (fixed reception): Прием с использованием направленной приемной антенны, установленной на уровне крыши.

3.43 ячейка (cell): Структурная единица символа OFDM, соответствующая одной модулированной несущей и определяемая номером модулированной несущей в кадре, номером кадра и номером суперкадра.

4 Сокращения и обозначения

В настоящем стандарте применены следующие сокращения и обозначения:

4.1 2, 4, 8 - режимы вещания в системе DVB-T, отличающиеся полным числом несущих при модуляции OFDM (1024);

4.2 - коэффициент неравномерности сигнального созвездия;

4.3 (Carrier-to-Noise ratio) - отношение средних мощностей сигналов модулированной несущей и шума на выходе приемного фильтра;

4.4 CRC (Cyclic Redundancy Check) - проверка по четности циклическим избыточным кодом (избыточная циклическая проверка на четность);

4.5 DBPSK (Differential Binary Phase Shift Keying) - двоичная относительная фазовая манипуляция;

4.6 - свободное кодовое расстояние;

4.7 DVB (Digital Video Broadcasting) - группа европейских стандартов цифрового ТВ вещания;

4.8 DVB-H (Digital Video Broadcasting - Handheld) - европейский стандарт (система) эфирного цифрового телевизионного вещания на мобильные терминалы;

4.9 DVB-T (Digital Video Broadcasting - Terrestrial) - европейский стандарт (система) эфирного цифрового телевизионного вещания;

4.10 DVB-T/H (Digital Video Broadcasting - Terrestrial/Handheld) - система эфирного цифрового телевизионного вещания стандарта DVB-T с дополнительными функциональными блоками и нормами параметров, позволяющими осуществить вещание сигналов мобильного телевидения по стандарту DVB-H;

4.11 ES (Elementary Stream) - элементарный поток данных MPEG-2;

4.12 F1 - фиксированный прием;

4.13 FEC (Forward Error Correction) - прямое (упреждающее) исправление ошибок - метод кодирования, заключающийся в посылке блоков данных вместе с проверочными битами.

4.14 - порождающий многочлен кода Рида-Соломона;

4.15 , - порождающие многочлены сверточного кода;

4.16 - функция перемежения по символам;

4.17 - порождающий многочлен кода БЧХ;

4.18 - функция внутреннего перемежения бит;

4.19 (hexadecimal) - индекс шестнадцатиричной системы счисления;

4.20 HP (High Priority) - поток битов с высоким приоритетом;

4.21 I1, I2, I3, I4, I5, I6 - внутренние перемежители;

4.22 LP (Low Priority) - поток битов с низким приоритетом;

4.23 MPE-FEC (Multi-Protocol Encapsulation - Forward Error Correction), упреждающая коррекция ошибок для многопротокольно-инкапсулированных данных;

4.24 MPEG-2 (Moving Picture Experts Group) - обобщенное название группы стандартов ИСО/МЭК 13818 в области кодирования, обработки и транспортирования сигналов изображения и звука;

4.25 (octal) - индекс восьмеричной системы счисления;

4.26 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) - многочастотная схема модуляции с ортогональным частотным распределением несущих в полосе канала вещания;

4.27 - порождающий многочлен кода Рида-Соломона;

4.28 Р1-портативный прием;

4.29 QAM (Quadrature amplitude modulation) - квадратурно-амплитудная модуляция;

4.30 QEF (Quasi Error Free) - квазибезошибочный прием;

4.31 QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) - квадратурная четырехпозиционная фазовая модуляция;

4.32 RS-packet - транспортный пакет, кодированный кодом Рида-Соломона (RS-пакет), имеющий длину 204 байта, из которых первые 188 байтов - данные исходного транспортного пакета, за которыми следуют 16 байтов проверочных символов;

4.33 s, ..., s - обозначения битов сигнализации о параметрах передачи в системе DVB-T;

4.34 TPS (Transport Parameter Signalling) - сигнализация о параметрах передачи;

4.35 - число битов, передаваемых в одном модулированном символе;

4.36 - обозначение сопряженного комплексного числа;

4.37 БПФ (FFT) - быстрое преобразование Фурье;

4.38 ДПФ (DCT) - дискретное преобразование Фурье;

4.39 ЕТСИ (ETSI) - Европейский институт стандартов связи;

4.40 ИСО (ISO) - Международная организация по стандартизации;

4.41 МЭК (IEC) - Международная электротехническая комиссия;

4.42 ОБПФ (IFFT) - обратное быстрое преобразование Фурье;

4.43 ОЧС (SFN) - одночастотная сеть;

4.44 ПСП - псевдослучайная последовательность;

4.45 ТВ - телевизионный(ая);

4.46 ТП (TS) - транспортный поток;

4.47 ЦАП (DAC) - цифро-аналоговый преобразователь;

4.48 ЦТВ (DVB) - цифровое телевизионное вещание.

5 Структура системы цифрового наземного телевизионного вещания

5.1 Определение системы

Система цифрового наземного (эфирного) телевизионного (ТВ) вещания (далее - система) определяется как функциональный блок оборудования, обеспечивающий адаптацию цифрового транспортного потока, представленного в основной полосе частот на выходе транспортного мультиплексора MPEG-2 [1], с характеристиками стандартного наземного радиоканала ТВ вещания, имеющего ширину полосы частот 8 МГц [2].

Характеристики системы, полученные аналитически и путем моделирования, приведены в приложениях А-Г.

5.2 Структура системы на передающей стороне

5.2.1 Структурная схема передающей части системы в виде устройства адаптации к каналу наземного ТВ вещания показана на рисунке 1, где упрощенно показана также система кодирования источников информации и их мультиплексирования в транспортный поток. Выход транспортного мультиплексора является точкой стыка системы формирования транспортных пакетов с системой адаптации к каналу ТВ вещания.

5.2.2 Для защиты от ошибок в системе должно использоваться каскадное кодирование для канала. Во внешнем кодеке применяется код Рида-Соломона, во внутреннем - набор сверточных кодов. Система имеет два идентичных по структуре тракта рандомизации и помехоустойчивого кодирования. Такое построение позволяет использовать иерархические методы независимого кодирования двух транспортных потоков данных для организации их приоритетного приема в зонах вещания с различной площадью покрытия. При использовании иерархической передачи с двумя уровнями приоритетов допускается для каждого из двух потоков устанавливать свое собственное значение кодовой скорости.

5.2.3 Общая часть тракта системы служит для преобразования транспортных потоков данных в комбинации битов, соответствующие модулированным посылкам, ввода сигналов цикловой синхронизации и управления, формирования защитных временных интервалов, преобразования сигналов данных в модулированный сигнал COFDM, переноса его в полосу канала ТВ вещания, усиления и излучения в эфир.

Рисунок 1

5.2.4 В передающем оборудовании системы для согласования (адаптации) транспортных потоков с ТВ радиоканалом должны выполняться следующие операции:

- сопряжение с подсистемой кодирования источников и мультиплексирование на уровне транспортных потоков в основной полосе;

- цикловая синхронизация группы транспортных пакетов и рандомизация данных;

- внешнее кодирование с помощью кода Рида-Соломона;

- внешнее сверточное перемежение;

- внутреннее кодирование с помощью сверточного кода;

- внутреннее перемежение;

- формирование набора модулирующих сигналов, отображающих возможные амплитудно-фазовые состояния многопозиционного модулированного символа;

- формирование кадра символов с модуляцией OFDM и ввод защитных интервалов;

- цифро-аналоговое преобразование, перенос спектра модулированного сигнала в полосу требуемого ТВ радиоканала с последующим усилением его по мощности и подачей в передающую антенну.

В системе DVB-T используется передача сигналов по многочастотной схеме модуляции с частотным распределением ортогональных несущих (OFDM). Каждая из несущих модулируется низкоскоростным цифровым потоком, являющимся частью общего транспортного потока системы, причем в качестве первичных видов модуляции для различных условий регламентируются QPSK, 16-QAM и 64-QAM.

5.3 Интерфейсы системы

Система должна быть разграничена следующими интерфейсами, приведенными в таблице 1.

Таблица 1

6 Основные параметры подсистемы кодирования для канала и модуляции

6.1 Цикловая синхронизация и рандомизация транспортных пакетов

6.1.1 Входными сигналами системы являются многопрограммные транспортные потоки с высоким и низким приоритетами. Если в системе не используется режим иерархической передачи, то единственный транспортный поток должен быть подан на вход с высоким приоритетом.

6.1.2 Входящие потоки битов данных должны быть организованы в виде транспортных пакетов фиксированной длины 188 байтов. Каждый транспортный пакет должен содержать 1 байт слова синхронизации (синхробайт) и 187 байтов мультиплексированных данных. Первый байт каждого транспортного пакета служит для цикловой синхронизации на уровне транспортных пакетов и должен иметь значение "01000111", или 47 [2].

6.1.3 Входящие транспортные потоки с разными приоритетами с соответствующих входов системы должны поступать в блоки цикловой синхронизации и рандомизации. Байты данных должны следовать старшим разрядом вперед (первым битом первого байта транспортного пакета является "0").

6.1.4 Для более равномерного распределения (дисперсии) энергии радиосигнала в полосе канала и для обеспечения близкой к случайной статистики переходов между битами потока входной поток системы должен быть рандомизирован (скремблирован). Для рандомизации должен применяться 15-разрядный скремблер аддитивного типа, структурная схема которого показана на рисунке 2. Аналогичное устройство должно использоваться в приемнике системы для выполнения функции дескремблера.

6.1.5 В генераторе двоичной псевдослучайной последовательности (ПСП) скремблера/дескремблера должен использоваться 15-разрядный примитивный многочлен

. (1)

6.1.6 Запуск генератора ПСП скремблера должен производиться после сброса регистра сдвига скремблера в нулевое состояние и загрузки в него строго определенной последовательности инициализации вида "100101010000000". Сброс и инициализация регистров сдвига скремблера в передатчике и дескремблера в приемнике должны производиться регулярно перед стартом группы из восьми транспортных пакетов.

6.1.7 При обработке транспортных пакетов байты синхронизации не должны скремблироваться - в эти моменты выход генератора ПСП должен блокироваться.

6.1.8 В целях получения сигнала для синхронизации дескремблера в приемнике со скремблером в передатчике значение байта синхронизации первого пакета в группе из восьми последовательных транспортных пакетов должно быть инвертировано, т.е. вместо байта SYNC со значением "01000111" (47) должен быть передан байт со значением "10111000" (В8). Значение байта синхронизации В8 в каждом восьмом пакете служит отметкой сверхцикла из восьми пакетов и используется для инициализации дескремблера в приемнике.

6.1.9 После инициализации первый бит с выхода генератора ПСП должен быть сложен по модулю 2 с первым битом (старшим значащим разрядом) первого байта, следующего за инвертированным синхробайтом (В8). В течение времени передачи последующих семи транспортных пакетов генератор ПСП должен продолжать работать, но в моменты прохождения синхробайтов этих пакетов выход генератора ПСП должен блокироваться, оставляя синхробайты неизменными. Таким образом, отрезок непрерывно генерируемой ПСП должен быть равен 1503 байтам (187+188х7=1503). Структура исходного и рандомизированных транспортных пакетов в последовательности цикла из восьми пакетов показана на рисунках 3, а, 3, б соответственно.

Рисунок 2

- нескремблированный инвертированный синхробайт;

- нескремблированный синхробайт, 2, 3, ...8.

Рисунок 3

6.1.10 Процесс рандомизации должен быть активным также в том случае, если на входе блока адаптации системы отсутствует поток данных, или если структура этого потока не соответствует формату транспортного потока MPEG-2 (1 синхробайт + 187 байтов данных) [1].

6.2 Внешнее кодирование

6.2.1 Для внешнего кодирования должен использоваться укороченный код Рида-Соломона RS(204,188, 8), полученный из первоначального систематического кода Рида-Соломона RS(255,239, 8). Код RS(204,188, 8) позволяет исправлять до 8 ошибочных байтов в кодовом слове длиной 204 байта. Укорочение кода должно обеспечиваться добавлением 51 байта (все со значением "0") перед информационными байтами на входе кодера RS(255,239, 8). После кодирования все эти нулевые байты должны быть исключены.

6.2.2 Внешнее кодирование должно быть применено к каждому входящему рандомизированному транспортному пакету [см. рисунок 3, б] с получением в результате пакета с введенными байтами защиты от ошибок, как показано на рисунке 3, в.

6.2.3 Кодирование Рида-Соломона необходимо применять ко всему транспортному пакету, включая байт синхронизации как неинвертированный (значение 47), так и инвертированный (значение В8).

6.2.4 Для задания кода Рида-Соломона должны использоваться порождающий многочлен кода

(2)*

и порождающий многочлен конечного поля Галуа

_______________
* Формула соответствует оригиналу. - .

, (3)

где 02 - примитивный элемент поля Галуа, являющийся корнем порождающего многочлена;

- формальная переменная, используемая для указания положения элементов поля в последовательности кодируемых данных.

6.3 Внешнее перемежение

6.3.1 Операцию внешнего перемежения следует проводить после внешнего кодирования в сверточном побайтовом перемежителе структуры Форни с глубиной перемежения 12. Структурная схема тракта внешнего перемежения, включающего перемежитель в передатчике и деперемежитель в приемнике системы, показана на рисунке 4. Входными данными для перемежителя являются кодированные транспортные пакеты, показанные на рисунке 3, в.

Рисунок 4

6.3.2 Перемежитель должен быть составлен из 12 ветвей, циклически подключаемых коммутатором в цепь прохождения входного потока байтов. Каждая из ветвей с индексом образована регистрами сдвига типа FIFO с глубиной () ячеек, где 17, 204 - длина кадра с защитой от ошибок, 12 - глубина перемежения. Ячейки регистра сдвига имеют емкость 1 байт, а входные и выходные переключатели - синхронизированы. Ветвь с индексом 0 должна иметь нулевую задержку. Задержка в старшей ветви с индексом 11 равна 17x11=187 байтов. Байты синхронизации пакетов не должны перемежаться, в начале каждого цикла перемежения они все время должны проходить через перемежитель по ветви с нулевой задержкой, как показано на структурной схеме рисунка 4.

6.3.3 Результатом перемежения должны быть сформированные перемеженные пакеты, структура которых показана на рисунке 3, г.

Для разграничения байтов перемеженных пакетов используются инвертированные или неинвертированные синхронизирующие байты кодированных пакетов (это сохраняет периодичность в 204 байта). Полный период перемежения кодированного пакета должен быть равен 17 оборотам коммутатора ветвей. При этом будет соблюдаться условие регулярного прохождения синхробайтов по ветви перемежителя с индексом 0.

6.3.4 Для деперемежения данных в приемнике должна использоваться схема, отличающаяся от схемы перемежителя обратным порядком индексацией ветвей (ветвь с индексом 0 должна иметь максимальную задержку 187 байтов). Задержки в ветвях деперемежителя выбраны таким образом, чтобы во всех положениях 12-позиционного коммутатора суммарная задержка в перемежителе/деперемежителе была равна 187 байтам. В режиме установленной синхронизации деперемежителя с перемежителем байты синхронизации кодированных пакетов должны проходить по ветви деперемежителя с индексом 0.

6.4 Внутреннее кодирование и выкалывание

6.4.1 Для внутреннего кодирования в системе DVB-T должны использоваться выколотые сверточные коды со следующим рядом кодовых скоростей: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8, основанные на исходном сверточном коде, имеющем кодовую скорость 1/2 и длину кодового ограничения 7, что соответствует 64 состояниям решетчатой диаграммы.

6.4.2 Структурная схема внутреннего сверточного кодера показана на рисунке 5.

D - оператор задержки на 1 такт в регистре сдвига кодера; М2 - логическая схема суммирования по модулю 2; X - выход кодированных символов ветви 1; Y - выход кодированных символов ветви 2

Рисунок 5

Кодированные символы с выходов ветвей Х и Y сверточного кодера должны поступать на соответствующие входы блока выкалывания (см. рисунок 6).

6.4.3 Порождающие многочлены ветвей Х и Y сверточного кодера должны определяться следующими выражениями:

, (4)

. (5)

Допускается равноценная запись порождающих многочленов и в восьмеричном коде: 171, 133 соответственно.

6.4.4 Порядок выкалывания битов из кодированной последовательности должен соответствовать структурам битов, показанным в таблице 2. Биты, которые остаются в кодированной последовательности, обозначены как "1", а выколотые биты как "0". При параллельно-последовательном преобразовании на выходе блока выкалывания в передаваемой последовательности должны отсутствовать биты, позиции которых обозначены как "0". Биты, обозначенные как "", в выколотой последовательности должны передаваться первыми.

Таблица 2

6.4.5 В момент старта суперкадра OFDM старший значащий разряд байта синхронизации SYNC или должен присутствовать на входе сверточного кодера (обозначен как "вход данных" на рисунке 5).

6.5 Внутреннее перемежение

6.5.1 Описываемый в данном подразделе блок внутреннего перемежения должен применяться при работе системы DVB-T в режимах с числом несущих 2 или 8. Блоки внутреннего перемежения, специально предназначенные для работы системы DVB-T в режиме системы мобильного телевидения DVB-H [3] с числом несущих 4, описаны в приложении Д.

6.5.2 Структурная схема устройства внутреннего кодирования - перемежения показана на рисунке 6. Внутренний перемежитель является общим блоком для трактов рандомизации и помехоустойчивого кодирования транспортных потоков с высоким (HP) и низким (LP) приоритетами и расположен в начале единого тракта обработки данных системы. Внутреннее перемежение должно включать в себя перемежение по битам и символьное перемежение.

Рисунок 6

6.5.2.1 Перемежение по битам

Данные, поступающие на вход внутреннего перемежителя, могут содержать один или два потока битов, которые подлежат разделению на подпотоков (2 для модуляции QPSK, 4 для модуляции 16-QAM и 6 для модуляции 64-QAM). Каждый из подпотоков должен обрабатываться своим блоковым перемежителем битов.

Если используется неиерархический режим передачи, то должен работать только один канал кодирования (HP), и на вход перемежителя с выхода внутреннего кодера поступает один поток данных, разделенный на подпотоков.

В иерархическом режиме поток высокого приоритета разделяется на 2 подпотока, а поток низкого приоритета - на подпотока. Этот принцип сохраняется как для равномерных, так и для неравномерных сигнальных созвездий с модуляцией QAM.

Структура внутреннего перемежителя зависит от выбранных иерархического режима и схемы модуляции.

Под разделением потоков следует понимать преобразование битов , поступающих на вход перемежителя, в биты на его выходе.

В неиерархическом режиме:

, (6)

в иерархическом режиме:

,

, (7)

- биты на входе демультиплексора в неиерархическом режиме;

- биты на входе демультиплексора для потока с высоким приоритетом в иерархическом режиме;

- биты на входе демультиплексора для потока с низким приоритетом в иерархическом режиме;

- номер поступающего на вход бита;

- биты на выходе демультиплексора;

- номер демультиплексированного потока битов ();

- номер бита в конкретном потоке на выходе демультиплексора;

- оператор взятия значения по модулю;

- оператор целочисленного деления.

В результате внутреннего перемежения по битам должно выполняться следующее соответствие битов на входе демультиплексора и битов на его выходе для различных видов модуляции:

Структурные схемы внутреннего перемежителя для неиерархических и иерархических режимов передачи с различными видами модуляции показаны на рисунках 7 и 8 соответственно.

Рисунок 7

Рисунок 8

В схеме перемежения по битам в зависимости от числа подпотоков может быть задействовано до 6 перемежителей, обозначаемых индексами от I0 до I5. Перемежители с индексами I0 и I1 применяются при модуляции QPSK, с индексами от I0 до I3 - при модуляции 16-QAM, с индексами от I0 до I5 - при модуляции 64-QAM.

Перемежению должны подвергаться только полезные данные. Длина блока каждого из перемежителей постоянна и равна 126 битам, но последовательности перемежения у всех - разные. Процесс перемежения блоков должен повторяться ровно 12 раз за время одного символа OFDM в режиме 2 (126х12=1512) или 48 раз в режиме 8 (126х48=6048), где 1512 и 6048 - точные числа несущих полезных данных в одном символе OFDM для режимов 2 и 8 соответственно. Параметры перемежения для модуляции 4 приведены в приложении Д.

Для каждого перемежителя по битам биты на его входе, представленные в векторной форме, должны иметь вид:

,

где .

Биты на выходе перемежителя по битам, представленные в векторной форме, должны иметь вид:

,

где , 0, 1, 2, ..., 125.

Каждый из блоковых перемежителей осуществляет циклический сдвиг записанного входного блока данных. Начальное значение сдвига по всем перемежителям должно определяться функцией перемежения :

перемежитель I0: ,

перемежитель I1: ,

перемежитель I2: ,

перемежитель I3: ,

перемежитель I4: ,

перемежитель I5: .

Выходы перемежителей в каждом такте должны группироваться в один цифровой символ данных (кодовую комбинацию), при этом каждый символ длиной битов должен включать в себя по одному биту от каждого из перемежителей. Бит с выхода перемежителя с индексом I0 является самым старшим битом в комбинации цифрового символа, имеющей вид

.

6.5.2.2 Перемежение по символам

Задачей посимвольного перемежителя является отображение символов в виде слов длиной битов на множество активных несущих с модуляцией OFDM (1512 несущих в режиме 2 или 6048 несущих в режиме 8). Посимвольный перемежитель должен выполнять обработку 1512 блоков из символов данных в режиме 2 или 6048 блоков в режиме 8.

При работе в режиме 2 с выхода побитового перемежителя последовательно считываются 12 групп из 126 слов данных и преобразуются затем в вектор . При работе в режиме 8 таким же образом из 48 групп, составленных из 126 слов данных, формируется вектор .

Вектор , полученный после символьного перемежения, определяется следующими выражениями:

для четных символов при ,

для нечетных символов при ,

где 1512 в режиме 2 и 6048 в режиме 8.

Индекс символа, задающий положение текущего символа в кадре OFDM, определяется в разделе 7.

Функция посимвольного перемежения определена далее следующим образом.

Пусть двоичное слово состоит из () элементов и определяется значением , где 2048 в режиме 2 и 8192 в режиме 8.

Тогда принимает следующие значение:

в режиме 2: ,

в режиме 8: .

Вектор получается из вектора при помощи перестановок, приведенных в таблицах 3 и 4 для режимов 2 и 8 соответственно.

Таблица 3

Таблица 4

Функция посимвольного перемежения должна вычисляться в соответствии со следующим алгоритмом:

для (; ; );

;
если (),

.

Структурная схема для генерирования адресов в соответствии с алгоритмом вычисления функции посимвольного перемежения в режиме 2 показана на рисунке 9. Аналогичная схема для режима 8 показана на рисунке 10.

Функцию у следует вычислять аналогично функции согласно выражению

, (8)

где - номер символа на выходе посимвольного перемежителя.

Значения функции следует использовать при отображении данных на сигнальное созвездие (см. 6.6).

Рисунок 9

Рисунок 10

6.6 Первичная модуляция и отображение символов

6.6.1 При первичной модуляции несущих, составляющих частотную группу OFDM, допускается выбор одного из трех типов сигнальных созвездий: равномерных для неиерархической передачи (используются при первичной модуляции каждой несущей вида QPSK, 16-QAM, 64-QAM) и неравномерных с двумя возможными коэффициентами неравномерности 2 и 4 (используются при первичной модуляции вида 16-QAM и 64-QAM). При отображении символов в виде битовых комбинаций в точки сигнального созвездия для двух старших разрядов должно использоваться преобразование натурального кода в код Грея.

6.6.2 Значение параметра определяет минимальное расстояние между двумя позициями сигнального созвездия первичной модуляции, относящимися к потоку с высоким приоритетом. Неиерархический режим использует тот же самый вид сигнального созвездия, что и при 1.

Точные значения проекций точек сигнальных созвездий на действительную ось () и мнимую ось (), определяемые комплексным вектором , представлены ниже для сигнальных созвездий в различных режимах работы:

модуляция QPSK:

; ;

модуляция 16-QAM (неиерархический и иерархический (1) режимы):

; ;

модуляция 16-QAM с неравномерным созвездием при 2:

; ;

модуляция 16-QAM с неравномерным созвездием при 4:

; ;

модуляция 64-QAM (неиерархический и иерархический (1) режимы):

; ;

модуляция 64-QAM с неравномерным созвездием при 2:

, ;

модуляция 64-QAM с неравномерным созвездием при 4:

, .

Формы сигнальных созвездий с указанием значений символьных комбинаций для каждой точки созвездия показаны на рисунках 11-13.

На рисунке 11 показано соответствие битов точкам сигнальных созвездий при модуляции: 11, а - QPSK, 11, б - 16-QAM и 11, в - 64-QAM в неиерархическом и иерархическом 1 режимах.

На рисунке 12 показано соответствие битов точкам сигнальных созвездий при модуляции: 12, а - 16-QAM и 12, б - 64-QAM в иерархическом режиме 2.

На рисунке 13 показано соответствие битов точкам сигнальных созвездий при модуляции: 13, а - 16-QAM и 13, б - 64-QAM в иерархическом режиме 4.

На рисунках 11-13 логической переменной обозначены биты, из которых образован комплексный модулированный символ .

6.6.2.1 Неиерархический режим работы

Поток данных на выходе внутреннего перемежителя состоит из слов данных длиной . Эти слова данных представляются в виде комплексного числа , как это показано на рисунке 11.

6.6.2.2 Иерархический режим работы

В случае иерархического режима работы поток данных должен форматироваться схемой, показанной на рисунке 7, а затем должен быть представлен в виде вектора сигнального созвездия в соответствии с рисунками 11, 12 и 13.

К битам потока с высоким приоритетом относятся биты слова на выходе внутреннего перемежителя и , а к битам потока с низким приоритетом относятся биты слов , или , , , для модуляции 16-QAM и 64-QAM соответственно. Выбор одного из вариантов формирования сигнального созвездия, представленных на рисунках 11-13, должен осуществляться в соответствии с установленным режимом вещания.

Рисунок 11

Рисунок 12

Рисунок 13

7 Структура кадра OFDM

7.1 Параметры символов OFDM

7.1.1 В данном подразделе приведены требования к структуре кадра OFDM при работе системы в режимах вещания 2 с общим числом 1705 ортогональных несущих или режима 8 с общим числом 6817 ортогональных несущих в одном символе OFDM. Требования для режима 4, применяемого в системе мобильного телевидения DVB-H, приведены в приложении Д.

7.1.2 Передаваемый сигнал OFDM должен быть организован в виде кадров. Продолжительность кадра обозначается . Четыре кадра образуют суперкадр. Каждый кадр содержит 68 символов. Каждый символ OFDM содержит полное множество несущих OFDM, которые образуют ячейки с частотно-временной структурой. Символы в кадре пронумерованы от 0 до 67. В составе символа OFDM должны передаваться полезные данные, а также служебные и опорные (эталонные) сигналы, к которым относятся:

- несущие рассредоточенных пилот-сигналов,

- несущие непрерывных пилот-сигналов,

- несущие TPS.

Пилот-сигналы служат для кадровой синхронизации, частотной синхронизации, временной синхронизации, оценки параметров канала, определения режима вещания, а также для оценки фазовых шумов.

7.1.3 Каждой несущей в символе OFDM присвоен индекс , где 0, а 1704 в режиме 2 либо 6817 в режиме 8. Разнос между соседними несущими должен быть равен , а расстояние между и равно .

Численные значения параметров модулированного символа OFDM в режимах 2 и 8 для канала с шириной полосы частот 8 МГц должны соответствовать данным, приведенным в таблице 5.

Таблица 5

Излучаемый сигнал OFDM должен отвечать следующему выражению

,

где

В выражении для введены следующие обозначения:

- номер несущей;

- номер OFDM символа;

- номер передаваемого кадра;

- общее число используемых несущих;

- длительность символа;

- величина, обратная расстоянию между несущими в частотной области;

- длительность защитного интервала;

- центральная частота радиосигнала OFDM;

- индекс центральной несущей в спектре OFDM.

7.1.4 Поскольку сигнал OFDM содержит много раздельно модулированных несущих, то каждый символ OFDM структурно разделен на ячейки, соответствующие отдельно взятой модулированной несущей в пределах одного символа. Каждая ячейка помечается своим номером , где - номер кадра в суперкадре, - номер символа в кадре, - номер ячейки в символе.

Примеры обозначения ячеек, соответствующих значениям комплексного модулирующего символа для каждой из несущих:

- полное обозначение ячейки для несущей N в символе данных N 1, в кадре N ;

- полное обозначение ячейки для несущей N в символе данных N 2, в кадре N ;

…;

- полное обозначение ячейки для несущей N в символе данных N 68, в кадре N .

Значения являются нормированными значениями для точки сигнального созвездия модулированной несущей (см. рисунки 11-13). Нормирование должно производиться исходя из условия: 1. Значения коэффициентов нормирования для различных режимов вещания представлены в таблице 6.

Таблица 6

7.1.5 Каждый символ OFDM имеет длительность и состоит из двух частей: полезной части с длительностью и защитного интервала с длительностью . Защитный интервал предшествует полезной части символа и является повторением последней части символа, частью которого он является. В каждом из трех возможных режимов вещания (2 и 8 для системы DVB-T, 4 для системы DVB-H) могут быть использованы четыре значения защитного интервала. Значения длительности составляющих символа OFDM в системе DVB-T для канала с шириной полосы частот 8 МГц при различных значениях относительного защитного интервала представлены в таблице 7.

Таблица 7

7.1.6 Для определения максимального возможного разноса между основным и мешающим передатчиками сети, зависящего от длительности защитного интервала, следует руководствоваться численными значениями, приведенными в таблице 8.

Таблица 8

7.2 Опорные сигналы

7.2.1 В части ячеек кадра OFDM должны размещаться служебные несущие, переносящие опорную информацию, параметры которой априорно известны в приемнике и используются при демодуляции и декодировании. Эти несущие называются рассредоточенными и непрерывными пилот-сигналами, в символе OFDM они передаются с добавочной мощностью в соотношении 16/9 относительно мощности несущих полезных данных. Условие нормирования мощности пилот-сигналов: 16/9.

Число несущих с полезными данными в символе OFDM должно быть равно 1512 для режима 2 и 6048 для режима 8, остальные несущие используются для передачи служебных данных.

7.2.2 Значения рассредоточенных и непрерывных пилот-сигналов следует устанавливать в соответствии со значениями опорной псевдослучайной двоичной последовательности , где - индекс служебной несущей в символе. Для генерирования ПСП должен использоваться примитивный многочлен . Структурная схема генератора опорной ПСП показана на рисунке 14. Инициализация генератора ПСП путем установки всех разрядов регистра в состояние "1" должна осуществляться так, чтобы первый бит на выходе генератора совпадал по времени с первой активной несущей в символе OFDM. Каждый последующий бит в ПСП должен соответствовать очередной используемой несущей, независимо от того, является ли она пилот-сигналом или нет. Эта ПСП также должна определять начальную фазу сигнала, передаваемого на несущих TPS в символе OFDM.

Рисунок 14

7.2.3 Опорная информация, производимая опорной ПСП, передается в рассредоточенных пилот-сигналах в каждом символе. Поскольку рассредоточенные пилот-сигналы всегда должны передаваться с повышенным уровнем несущих, то соответствующие параметры комплексного модулированного символа должны быть определены следующим образом

,

, (9)

где - номер передаваемого кадра,

- номер несущей в символе;

- номер OFDM символа во времени.

Несущие с номером ячейки в составе символа (где 0; ... 67) являются рассредоточенными пилот-сигналами, если выполняется следующее равенство:

, (10)

где 0 - целое число, .

В каждом следующем символе рассредоточенные пилот-сигналы сдвигаются вперед на 3 ячейки. Тем самым полный цикл сдвигов захватывает 4 символа в кадре OFDM, затем процесс повторяется. В ходе этих сдвигов каждая третья ячейка символа может быть занята либо полезной несущей, либо рассредоточенным пилот-сигналом. Следовательно, каждый рассредоточенный пилот-сигнал совпадает с непрерывным пилот-сигналом в каждом четвертом символе OFDM. Расположение ячеек с рассредоточенными пилот-сигналами в кадре OFDM показано на рисунке 15.

Рисунок 15

7.2.4 В дополнение к рассредоточенным пилот-сигналам в каждом символе передаются также 177 (в режиме 8) или 45 (в режиме 2) непрерывных пилот-сигналов. Непрерывные пилот-сигналы передаются во всех символах OFDM на фиксированных позициях ячеек в соответствии с таблицей 9.

Таблица 9

7.3 Сигнализация о параметрах передачи (TPS)

7.3.1 Служебные несущие для сигнализации о параметрах передачи системы (несущие TPS) предназначены для сообщения приемнику конкретных данных о выбранном режиме вещания и установленном в передатчике наборе параметров сигнала OFDM.

При помощи несущих TPS должна передаваться информация о:

- виде модуляции, включая значения коэффициента неравномерности для сигнального созвездия QAM;

- применении иерархической передачи и приоритетах передаваемых потоков;

- значении защитного интервала (для случая изменения параметров вещания и реконфигурирования приемника);

- скоростях внутреннего кодирования;

- режиме вещания 2 или 8 (для случая изменения параметров вещания и реконфигурирования приемника);

- номере кадра в суперкадре;

- идентификации зоны обслуживания.

7.3.2 Данные сигнализации о параметрах передачи должны передаваться в каждом символе OFDM параллельно блоками из 17 несущих TPS в режиме 2 и блоками из 68 несущих TPS в режиме 8. В каждом символе OFDM передается один бит информации TPS в формате относительного кодирования. Все несущие TPS в конкретном символе OFDM должны передаваться на фиксированных позициях и переносить одну и ту же информацию, т.е. для повышения надежности приема используется передача с избыточностью (повтором).

Индексы ячеек с несущими TPS приведены в таблице 10.

Таблица 10

7.3.3 В каждом кадре OFDM следует передавать 68 битов TPS, которые образуют один блок TPS. Биты TPS в каждом блоке TPS должны быть распределены следующим образом:

- 1 бит инициализации;

- 16 бит синхронизации;

- 37 бит информации;

- 14 бит кодовой защиты.

Из 37 битов, доступных для передачи информации, в системе DVB-T используется только 31 бит, оставшиеся 6 битов должны быть установлены в значение "0", а в системе DVB-H используются только 33 бита, оставшиеся 4 бита должны быть установлены в значение "0" (см. Д.4.1). Формат передачи данных TPS в системе DVB-T должен соответствовать требованиям, приведенным в таблице 11.

Таблица 11

7.3.4 Идентификатор зоны вещания служит для определения передатчика, излучающего принимаемый сигнал. Полный размер поля идентификатора зоны cell_id равен двум байтам, которые должны передаваться по байтам на позициях битов блока данных TPS. При этом наиболее значимый байт (биты ) должен передаваться в первом и третьем кадрах суперкадра, а наименее значимый байт (биты ) должен передаваться во втором и четвертом кадрах суперкадра. Допускается не предоставлять информацию о зоне вещания; в этом случае все значения битов должны быть установлены в "0".

Распределение значений битов поля cell_id по битам данных TPS должно соответствовать таблице 12.

Таблица 12

7.3.5 Для защиты от ошибок 53 бита TPS с по , переносящие данные синхронизации и информации, должны быть кодированы кодом, исправляющим ошибки. Для этой цели следует применять укороченный код БЧХ(63,57, 2), полученный из исходного систематического кода БЧХ(127,113, 2). В результате кодирования должны быть сформированы 14 поверочных битов, которые должны размещаться на позициях битов блока данных TPS.

Структура кодера кода БЧХ должна отвечать следующему порождающему многочлену

. (11)

Для получения укороченного кода БЧХ следует перед кодированием блока данных TPS кодером БЧХ(127,113, 2) добавить в начало блока 60 битов, значения которых установлены в "0". После кодирования добавленные биты с нулевыми значениями должны быть удалены, что будет эквивалентно укорочению кода БЧХ до кодового слова с длиной в 67 бит.

7.3.6 Передача несущих, содержащих информацию TPS, должна осуществляться с тем же уровнем мощности, что и передача информационных несущих, т.е. со средним уровнем всех ячеек данных, для которых должно удовлетворяться равенство 1.

Каждая несущая TPS должна быть модулирована с помощью модуляции DBPSK. Инициализация значений символов с модуляцией DBPSK должна производиться в начале передачи каждого блока TPS.

Для получения относительной фазовой модуляции несущей TPS с номером в составе символа в кадре должны соблюдаться следующие правила:

- если

0, то ; 0; (12)

- если

1, то ; 0. (13)

Абсолютное значение фазы при модуляции несущих TPS в первом символе кадра должно определяться значением эталонной ПСП согласно выражениям:

,

. (14)

7.4 Число кодированных пакетов в суперкадре OFDM

7.4.1 Структура суперкадра OFDM такова, что в нем укладывается целое число пакетов, кодированных кодом Рида-Соломона и имеющих длину 204 байта. При передаче это позволяет избежать вставки в поток каких-либо балластных битов (стаффинга) независимо от выбранной комбинации параметров, включающей в себя вид модуляции, длину защитного интервала и кодовую скорость. Сведения о числе кодированных RS-пакетов, передаваемых в суперкадре системы в режимах 2 и 8 независимо от выбираемых параметров, представлены в таблице 13.

Таблица 13

7.4.2 Достижимые в системе в режимах вещания 2 и 8 скорости передачи полезной информации при различных комбинациях выбираемых параметров, включающих вид модуляции, длину защитного интервала и кодовую скорость для неиерархических режимов, представлены в таблице 14.

Таблица 14

8 Свойства спектра и спектральные маски

8.1 Свойства спектра

8.1.1 Символы OFDM являются совокупностью равномерно-распределенных ортогональных несущих, амплитуды и фазы которых изменяются от символа к символу, в зависимости от передаваемой с их помощью информации.

Спектральная плотность мощности каждой из модулированных несущих определяется следующим математическим выражением

, (15)

где номинальное значение частоты каждой несущей

при . (16)

8.1.2 Полная спектральная плотность мощности всех модулированных несущих OFDM является суммой спектральных плотностей мощности каждой из несущих символа OFDM. Теоретический спектр сигнала OFDM с относительным защитным интервалом, равным 1/4, для канала с полосой 8 МГц показан на рисунке 16. Поскольку длительность символа OFDM превышает значение величины, обратной разносу соседних несущих, то основной лепесток спектральной плотности мощности каждой несущей является более узким, чем удвоенное значение разноса несущих. Это приводит к тому, что спектральная плотность не остается постоянной в пределах своей номинальной полосы частот, равной 7608259 МГц для режима 8 и 7611607 МГц для режима 2.

Рисунок 16

8.2 Спектральные маски

8.2.1 Уровень спектральных составляющих сигнала, выходящих за пределы номинальной полосы частот рабочего канала и создающих помеху в соседних смежных каналах, может быть ослаблен за счет дополнительной фильтрации. Спектральные маски, характеризующие уровень спектральной плотности мощности внеполосных составляющих спектра выходного сигнала передатчика, рассчитаны исходя из следующих условий [2]:

- цифровой и аналоговый передатчики территориально совмещены;

- отсутствует поляризационная селекция между цифровым и аналоговым сигналом;

- одинаковая излучаемая мощность от обоих передатчиков (мощность аналогового ТВ передатчика в пике синхроимпульса равна полной мощности цифрового ТВ передатчика);

- если излучаемые мощности двух передатчиков разные, то уровни спектральной маски следует скорректировать по формуле: коэффициент коррекции равен минимальной излучаемой мощности аналогового передатчика (дБ) минус максимальная излучаемая мощность цифрового передатчика (дБ).

8.2.2 При работе цифровых передатчиков в переходный период совместно с аналоговыми ТВ передатчиками, работающими в соседних верхнем и/или нижнем каналах, относительный уровень спектральной плотности мощности внеполосных составляющих спектра выходного сигнала цифрового передатчика в области отстроек ±(3,9..., 12) МГц от центральной частоты не должен превышать границ спектральной маски, показанной на рисунке 17, с численными значениями контрольных точек, приведенными в таблице 15 [4].

Рисунок 17

Таблица 15

8.2.3 При работе цифровых передатчиков совместно с другими цифровыми передатчиками в соседних верхнем и/или нижнем каналах относительный уровень спектральной плотности мощности внеполосных составляющих спектра выходного сигнала цифрового передатчика в области отстроек ±(3,9..., 12) МГц от центральной частоты не должен превышать границ спектральной маски, показанной на рисунке 18, с численными значениями контрольных точек, приведенными в таблице 16 [4, 5].

Рисунок 18

Таблица 16

8.2.4 Для критических случаев повышенной чувствительности, таких как присутствие в соседних ТВ каналах маломощных передатчиков или только приемников, следует применять спектральную маску с более высокими коэффициентами внеполосного затухания. Относительный уровень спектральной плотности мощности внеполосных составляющих спектра выходного сигнала передатчика в области отстроек ±(3,9...12) МГц от центральной частоты не должен превышать границ спектральной маски, показанной на рисунке 19, с численными значениями контрольных точек, приведенными в таблице 17 [4, 5].

8.2.5 Номинальное значение центральной частоты спектра радиочастотного сигнала OFDM для каналов с шириной полосы частот 8 МГц в диапазоне УВЧ должно рассчитываться по формуле

, где 1, 2, 3... (17)

Реальное значение центральной частоты спектра допускается смещать относительно номинального значения для улучшения электромагнитной совместимости.

Рисунок 19

Таблица 17

Приложение А
(справочное)

Характеристики системы, полученные путем моделирования

В таблице А.1 представлены расчетные значения отношения сигнал/шум () на выходе гауссовского, райсовского и рэлеевского каналов (характеристики этих каналов приведены в приложении Б) при неиерархической передаче [2]. При указанных значениях отношения на выходе внешнего декодера (на входе демультиплексора MPEG-2) частота ошибок (BER) не должна превышать величины 10, что соответствует практически безошибочной работе тракта передачи (квазибезошибочный режим QEF).

Таблица А.1

Требуемые отношения несущая/шум при различных параметрах модуляции 16-QAM при иерархических режимах работы с коэффициентами неравномерности 2 и 4 приведены в таблице А.2.

Таблица А.2

Требуемые отношения несущая/шум при различных параметрах модуляции 64-QAM при иерархическом режиме с модуляционным параметром 1, 2 представлены в таблице А.3.

Таблица А.3

Приложение Б
(справочное)

Описание райсовской (F1) и рэлеевской (P1) моделей приема

Гауссовская модель канала предлагает канал без отражений с равномерным белым шумом. Райсовская модель - канал с отражениями, но с преобладанием прямого распространения сигнала. Рэлеевская модель - канал исключительно с отраженными сигналами [2].

Оценка эффективности работы системы была реализована при помощи двух моделей приема: фиксированный прием F1 и портативный прием P1.

Модели каналов были получены из следующих соотношений, в которых и соответствуют входному и выходному сигналу соответственно:

а) фиксированный прием (F1):

, (Б.1)

где первое слагаемое перед суммой является сигналом луча прямой видимости;

- - число отраженных сигналов (равно 20);

- - затухание -го отраженного луча при приеме;

- - относительная задержка -го отраженного луча при приеме;

- - фазовый сдвиг -го отраженного луча при приеме.

Коэффициент Райса (отношение мощности прямого луча к мощности отраженных лучей) определяется следующим образом

. (Б.2)

При моделировании коэффициент Райса был установлен равным 10 дБ. В этом случае

; (Б.3)

б) портативный прием, рэлеевский канал (P1):

, где . (Б.4)

Значения для задержек, затуханий и фазовых сдвигов отраженных лучей представлены в таблице Б.1.

Таблица Б.1

Приложение В
(справочное)

Пример перемежения

В таблице В.1 приведено распределение передаваемых данных в символе OFDM после их побитового и посимвольного перемежения. Режим вещания - 2, первичная модуляция - неиерархическая передача с модуляцией 64-QAM [2].

Таблица В.1

Приложение Г
(справочное)

Описание излучаемого сигнала

Излучаемый сигнал может быть однозначно описан выражением для каждого символа OFDM каждого передаваемого кадра. Каждый символ может рассматриваться отдельно, так для символа, излучаемого в период от 0 до , применимо следующее выражение [2]:

, (Г.1)

где .

Выражение (Г.1) имеет форму выражения для обратного дискретного преобразования Фурье.

. (Г.2)

Существует большое количество различных алгоритмов ДПФ, удобной же формой реализации обратного ДПФ в системе DVB-T является генерация отсчетов , соответствующих полезной части символа длительностью для каждого символа. Защитный интервал вводится перед полезной частью символа и является копией его последних отсчетов. Этот процесс повторяется в каждом символе. В результате получается непрерывный поток отсчетов, который представляет собой комплексное представление сигнала DVB-T в основной полосе. Далее сигнал подвергается дополнительной обработке для получения непрерывного сигнала и осуществляется перенос его реальной части на центральную частоту . На приемной стороне может быть использовано прямое ДПФ.

Значение базовой функции для центральной несущей (0) неизменно на протяжении всего символа

. (Г.3)

Эта несущая передается на центральной частоте и не имеет разрыва фазы, так как моделируется одним и тем же значением в каждом символе.

Из написанного выше следует, что данные для центральной несущей должны передаваться при помощи коэффициента ОБПФ, индекс которого соответствует базовой функции обратного ДПФ . Эта функция имеет целое число циклов внутри защитного интервала независимо от его длины. Индекс , выбранный для центральной несущей, должен быть кратен 32.

Рекомендуется любой из следующих вариантов, если он удовлетворяет перечисленным требованиям и позволяет сделать реализацию простой:

а) присвоить центральной несущей индекс ; или

б) присвоить центральной несущей индекс .

Процесс, в результате которого сигнал основной полосы, полученный при ОБПФ, переносится на желаемую частоту, требует особого внимания и уверенности, что результат соответствует стандарту.

В частности:

а) спектр передаваемого сигнала не должен быть инвертирован по отношению к приведенному в стандарте. Т.е. самая высокочастотная несущая должна быть модулирована значением ;

б) передаваемый сигнал не должен иметь "инвертированной мнимой оси" по сравнению со стандартом. Для этого следует осуществлять проверку, позволяющую избежать подмены значений величины ее комплексно сопряженными значениями .

Некоторые возможные причины таких ошибок:

а) неправильное преобразование комплексного значения в реальное может привести к инверсии спектра и к инверсии относительно мнимой оси;

б) использование БПФ вместо ОБПФ вызовет инверсию относительно мнимой оси;

в) сдвиг сигнала по частоте при некорректной работе преобразователя частоты, приводящей к инверсии спектра, также может вызвать инверсию относительно мнимой оси.

Приложение Д
(обязательное)

Дополнительные функции для использования в системе DVB-H

Д.1 Общие сведения

В настоящем приложении приведены функции, применяемые только при вещании по стандарту DVB-H [3], они не могут быть использованы при построении сетей вещания DVB-T. Однако при вещании по стандарту DVB-H допускается использовать режимы вещания системы DVB-T с числом несущих 2 и 8 [2].

Хотя система DVB-T предоставляет возможность вещания на фиксированные, портативные и мобильные терминалы, портативные наладонные устройства требуют дополнительных функций, таких как:

- обеспечение циклического отключения терминала на определенных этапах приема и обработки информации для увеличения длительности использования батареи;

- обеспечение доступа к услугам в момент пересечения терминалом границ зон вещания;

- обеспечение гибкого/масштабируемого доступа к услугам при различных условиях приема (прием внутри и вне помещений, прием в автомобиле при движении);

- обеспечение приема в условиях высокого уровня антропогенных шумов.

Д.2 Дополнительные функции и блоки в тракте системы DVB-T

К числу дополнительных функций, позволяющих использовать систему DVB-T как основу для передачи информации по стандарту системы DVB-H, относятся:

- дополнительный режим вещания при модуляции OFDM с числом несущих 4 совместно с соответствующим распределением пилот-сигналов;

- более глубокое внутреннее перемежение для режимов модуляции 2 и 4;

- расширенные функции сигнализации при передаче информации TPS.

Дополнительный режим вещания 4К является компромиссом между режимами 2 и 8. Он может использоваться для обеспечения большей гибкости выбора параметров при планировании сети вещания. При выборе одного из возможных режимов вещания следует руководствоваться следующими соображениями:

- режим 8 может быть использован как для передачи сигнала при помощи одного передатчика, так и для малых, средних и больших ОЧС. Он обеспечивает защиту от эффекта Доплера на высоких скоростях;

- режим 4 может быть использован как для передачи сигнала при помощи одного передатчика, так и для малых и средних ОЧС. Он обеспечивает защиту от эффекта Доплера на очень высоких скоростях;

- режим 2 применяется для передачи сигнала при помощи одного передатчика, а также в малых ОЧС с ограниченными зонами вещания. Он обеспечивает защиту от эффекта Доплера на чрезвычайно высоких скоростях.

Структурная схема тракта системы с дополнительными функциональными блоками, которые следует применять для реализации режима вещания по стандарту DVB-T/H, показана на рисунке Д.1; блоки, специфические для системы DVB-H, выделены жирной линией.

Рисунок Д.1

Д.3 Внутреннее перемежение

Д.3.1 Варианты перемежения

Полный набор вариантов внутреннего перемежения, которые могут быть применены в системе DVB-H в зависимости от используемого режима вещания, показан на рисунке Д.2. Внутреннее перемежение включает в себя побитовое и посимвольное перемежения. Оба типа перемежения имеют блочную структуру.

Рисунок Д.2

Для всех режимов вещания (2, 4 и 8) допускается использовать базовое (в пределах одного символа OFDM) внутреннее перемежение системы DVB-T (см. 6.5), приспособленное также для варианта 4.

Для более эффективного внутреннего перемежения в режимах 2 и 4 следует использовать глубокое перемежение (в пределах нескольких символов OFDM), которое распространяется на четыре символа OFDM в режиме 2 и на два символа OFDM в режиме 4 соответственно. Сигнализация об использовании глубокого перемежения должна производиться с помощью несущих TPS.

Д.3.2 Побитовое перемежение

В режиме вещания 4 процедура перемежения, описанная в 6.5.2.1 для базового перемежения, должна быть повторена 24 раза.

При глубоком перемежении в режимах 2 или 4 (как при иерархической, так и при неиерархической передаче) процедура блокового перемежения должна быть повторена 48 раз. Это позволяет подавать на вход посимвольного перемежителя блоки данных, пригодные для формирования четырех последовательных "2 OFDM-символов" или двух последовательных "4 OFDM-символов".

Д.3.3 Посимвольное перемежение

Д.3.3.1 В режиме вещания 4 задачей посимвольного перемежения является отображение слов длиной бит на 3024 активные несущие в пределах символов OFDM.

При использовании в системе DVB-T/H базового перемежения для режима 4, посимвольный перемежитель обрабатывает блоки данных для 3024 активных несущих. Для этого в режиме 4 24 группы из 126 слов данных с выхода побитового перемежителя должны быть последовательно считаны в вектор .

Вектор , полученный после посимвольного перемежения, должен быть определен следующим образом:

для четных символов при ; (Д.1)

для нечетных символов при , (Д.2)

где 3024 для базового перемежителя в режиме 4.

Д.3.3.2 При использовании глубокого перемежения перемежитель символов использует длину блока, равную 6048 битам, независимо от выбранного режима работы системы (2 или 4). В этом случае вектор должен включать в себя 48 групп, составленных из 126 слов данных.

Вектор , полученный после посимвольного перемежения, должен быть определен следующим образом:

для четных символов при ; (Д.3)

для нечетных символов при , (Д.4)

где 6048 для глубокого перемежителя независимо от использования режима 2 или 4.

При использовании режима 2 перемеженные векторы данных должны быть отображены на четыре последовательных символа OFDM. В каждом суперкадре четные векторы, подвергнутые перемежению, должны передаваться, начиная с символов, которые имеют номера 0, 8, 16, 24 и т.д., а нечетные векторы должны передаваться, начиная с символов, которые имеют номера 4, 12, 20, 28 и т.д.

При использовании режима 4 перемеженные векторы данных должны быть отображены на два последовательных символа OFDM. В каждом суперкадре четные векторы, подвергнутые перемежению, должны передаваться, начиная с символов, которые имеют номера 0, 4, 8, 12 и т.д., а нечетные векторы должны передаваться, начиная с символов, которые имеют номера 2, 6, 10, 14 и т.д.

Д.3.3.3 Посимвольная функция перемежения для режима 4 должна быть определена следующим образом: двоичное слово состоит из () элементов и определяется значением , где 4096, тогда принимает следующие значения:

в режиме 4:

В режиме 4 вектор должен быть получен из вектора при помощи перестановок, приведенных в таблице Д.1.

Таблица Д.1

Функциональная схема алгоритма, используемого для генерации адресов в посимвольном перемежителе в режиме 4, показана на рисунке Д.3.

Рисунок Д.3

В случае выбора глубокого перемежения для режимов 2 и 4 должна использоваться базовая функция перемежения, регламентированная для режима 8 (см. таблицу 4, рисунок 10).

Д.4 Структура кадра OFDM

Д.4.1 Основные параметры

Численные значения основных параметров системы DVB-T/H в канале с шириной полосы 8 МГц для режима модуляции 4 должны соответствовать представленным в таблице Д.2 [2].

Таблица Д.2

Д.4.2 Служебные несущие

Д.4.2.1 В режиме 4 в символе OFDM должны передаваться 89 непрерывных пилот-сигналов, номера ячеек которых должны соответствовать индексам, приведенным в таблице Д.3.

Таблица Д.3

Д.4.2.2 В режиме 4 в символе OFDM должны передаваться 34 несущих сигнализации TPS, номера ячеек которых должны соответствовать индексам, приведенным в таблице Д.4.

Таблица Д.4

Д.4.2.3 Формат передачи данных TPS в системе DVB-T/H должен соответствовать требованиям, приведенным в таблице Д.5.

Таблица Д.5

При вещании мобильного телевидения по системе DVB-H необходимо использовать 33 из 37 несущих TPS, остальные 4 должны быть установлены в ноль. Расширенные требования к информации TPS для системы DVB-H по сравнению с системой DVB-T приведены в таблице Д.6.

Таблица Д.6

Д.4.2.4 При вещании программ мобильного телевидения по системе DVB-H сигнализация приемникам о выбранных специфических режимах должна производиться установкой битов TPS в состояния согласно таблице Д.6.

В случае выбора иерархической передачи потоков данных значения битов должны быть соотнесены с номерами кадров в суперкадре OFDM:

- при приеме битов в нечетных кадрах 1 и 3 каждого суперкадра сигнализируемые ими параметры должны быть отнесены к потоку данных с высоким приоритетом (HP);

- при приеме битов в четных кадрах 2 и 4 каждого суперкадра сигнализируемые ими параметры должны быть отнесены к потоку данных с низким приоритетом (LP).

В случае неиерархической передачи одного потока данных биты не должны быть связаны с номерами кадров в суперкадре и должны интерпретироваться в соответствии с таблицей Д.6.

Д.4.3 Число кодированных пакетов в суперкадре

Д.4.3.1 Число кодированных RS-пакетов длиной 204 байта, передаваемых в одном суперкадре в режиме вещания 4 при разных скоростях передачи данных и видах модуляции, должно соответствовать приведенным в таблице Д.7.

Таблица Д.7

Д.4.3.2 Достижимые в системе DVB-H в режиме вещания 4 скорости передачи полезной информации при различных комбинациях выбираемых параметров, включающих вид модуляции, длину защитного интервала и кодовую скорость для неиерархических режимов, совпадают с таковыми для режимов 2 и 8, приведенными в таблице 14 (7.4.2).

Д.4.4 Свойства спектра

Теоретический спектр сигнала OFDM в режиме 4 с относительным защитным интервалом, равным 1/4, для канала с полосой 8 МГц показан на рисунке Д.4. В пределах номинальной полосы частот, равной 7609,375 МГц, спектральная плотность мощности не остается постоянной.

Рисунок Д.4

Библиография

____________________________________________________________________________

УДК 621.397:006.354 ОКС 33.170 Э07

Ключевые слова: цифровое телевизионное вещание, система цифрового эфирного телевизионного вещания, DVB-T, DVB-H, сигнализация о параметрах передачи, кодирование, перемежение, кадр, модуляция

____________________________________________________________________________

Электронный текст документа
и сверен по:

, 2015