Описание структуры цифрового потока: Цикл обработки данных в системе канального кодирования DVB синхронен

Внешнее канальное кодирование

Описание структуры цифрового потока:  Цикл обработки данных в системе канального кодирования DVB синхронен

Цикл обработки данных в системе внешнего канального кодирования модема OFDM синхронен с частотой передачи транспортных пакетов MPEG-2 и включает в себя группу из 8 транспортных пакетов по 188 байтов каждый.

Для введения сигнала цикловой синхронизации в первом транспортном пакете цикла производится инверсия символов стартовой синхрогруппы пакета.

В остальных семи транспортных пакетах цикла стартовые синхрогруппы не инвертируются.

Скремблирование вводится для устранения длинных серий «0» или «1» в транспортных пакетах MPEG-2, за счет чего обеспечивается устойчивая работа системы тактовой синхронизации приемного устройства. При этом, чтобы не нарушить в демодуляторе цикловую синхронизацию, стартовые синхрогруппы транспортных пакетов скремблированию не подвергаются.

Помехоустойчивое кодирование транспортных пакетов MPEG-2 выполняется совместно со стартовыми синхрогруппами пакетов и производится кодом Рида-Соломона (204, 188, 8), что позволяет скорректировать 8 пакетов цифровых ошибок размером по 1 байту. После такого кодирования длительность транспортного пакета возрастает с 188 до 204 байтов.

Перемежение данных вводится для защиты от пакетов цифровых ошибок размером больше 1 байта. С этой целью производится перестановка двух соседних байтов транспортного пакета на глубину перемежения 12 байтов. При этом, чтобы не нарушить в демодуляторе цикловую синхронизацию, стартовые синхрогруппы в транспортных пакетах перемежению не подвергаются и остаются на своих временных позициях.

Внутреннее канальное кодирование модема OFDM вводится с целью защиты передаваемой информации, во-первых, от селективных замираний несущих в групповом сигнале OFDM при работе в синхронной одночастотной сети ТВ-вещания. Во-вторых, для защиты от помех при многолучевом приеме в переносных ТВ-приемниках, работающих с простыми домашними дипольными антеннами.

Кроме того, эта система помехоустойчивого кодирования должна снизить коэффициент цифровых ошибок на выходе демодулятора с 10-1 …10-2 до уровня 2 x 10-4, что необходимо для нормальной работы указанной выше унифицированной внешней системы кодозащиты модема OFDM. Для повышения помехоустойчивости цифровой поток с выхода внешней системы кодозащиты модулятора проходит сверточное кодирование.

Необходимо отметить, что заимствованный из системы цифрового спутникового вещания сверточный код не является полностью оптимальным для условий приема демодулятора OFDM. По этой причине при разработке стандарта предлагались и другие коды.

Однако сравнительные оценки корректирующих способностей различных кодов и такие же оценки стоимости создания новых технологий и специализированных интегральных схем для реализации новых методов кодирования показали целесообразность унификации и стандартизации сверточного кодирования для эфирного и спутникового вещания, что и было сделано в стандарте.

Дальнейшая обработка данных при внутреннем кодировании вводится для защиты от селективных замираний несущих группового спектра OFDM, для чего производится побитное и побайтовое перемежение данных с тем, чтобы соседние биты и байты не передавались на соседних несущих. Эти процедуры описаны в стандарте соответствующими алгоритмами, на основании которых аппаратно-программным способом они могут быть реализованы.

Page 3

DVB (англ. Digital Video Broadcasting) — семейство стандартов цифрового телевидения, разработанных консорциумом DVB и стандартизированных Европейским институтом телекоммуникационных стандартов.

Стандарты охватывают все уровни модели взаимодействия открытых систем OSI с разной степенью детализации для различных способов передачи цифрового сигнала: наземного (фиксированного и мобильного), спутникового, кабельного (как классического, так и IPTV). На более высоких уровнях OSI стандартизируются системы условного доступа, способы организации информации для передачи в среде IP, различные метаданные и др.

Некоторые стандарты DVB в высокой степени связаны со стандартами MPEG-1, MPEG-2 и ITU H.264, которые определяют тип используемого транспорта и способ компрессии изображений в цифровом телевидении. В то же время стандарты DVB предлагают расширения этих стандартов, особенно MPEG-2.

На сегодня семейство стандартов DVB достигло десятков членов.

Однако, основными, как и прежде и наиболее актуальными остаются DVB-T (Terrestrial) — стандарт наземного, эфирного телевещания, DVB-S (Satellite) — стандарт спутникового вещания, DVB-C (Cable) — кабельного и DVB-H(Handheld) — цифрового вещания для мобильных устройств. К слову, на очереди — уже второе поколение почти всех названных стандартов — DVB-S2, DVB-T2 и т. п.

Page 4

Перейти к загрузке файла
  • 1. ATSC: «ATSC Digital Television Standard», ATSC Doc. A/53, September 16, 1995 ( http://www.atsc.org);
  • 2. Л.Севальнев «Эфирное вещание цифровых ТВ-программ со сжатием данных» //ТЕЛЕ-Спутник, 1998, с.56-64 ;
  • 3. Л.Севальнев «Стандарт цифрового эфирного телевидения DVB-T. Проекты Philips.» // ТЕЛЕ-Спутник, №5,1999, с.43;
  • 4. Варгаузин.В Артамонов А. «Сравнительная характеристика европейского и американского стандартов цифрового наземного телевидения.»//ТЕЛЕ-Спутник №11(49) Ноябрь 1999;
  • 5. К.Гласман «Цифровое наземное телевизионное вещание: ATSC-DVB-ISDB»// 625, №4, 1999, c. 66-70;
  • 6. Дин Мермелл «Секреты HDTV» ZDNet-Обзоры 6 марта 2000г;
  • 7. Ф. Самойлов «HDTV- телевидение высокой четкости- великий антлантичесткий раздел?» Архив журнала «625»:1998:№1;
  • 8. «Технология высокоскоростной передачи потокового HDTV-видео в корпоративных сетях и Internet»// Источник infoart.ru;
  • 9. Л. Спектор «Телевидение высокой четкости на вашем ПК»// Еженедельник «Computerworld Россия», #07/2000;
  • 10. Словарь терминов «Телевидение и радиовещание», Авторы: В.А. Хлебородов, П.П. Олефиренко. Под редакцией проф. М.И. Кривошеева;
  • 11. Б. А. Локшин, «Цифровое вещание: от студии к телезрителю», М. 2000 г. ISBN 5-88230-049-5;
  • 12. В. А. Серов, «Эфирное цифровое телевидение DVB-T/H», БХВ-Петербург, 2010 г. ISBN 978-5-9775-0538-3.

  Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter

Источник: https://studwood.ru/1786314/tehnika/vneshnee_kanalnoe_kodirovanie

Канальное кодирование

Описание структуры цифрового потока:  Цикл обработки данных в системе канального кодирования DVB синхронен

Канальное кодирование имеет целью защиту передаваемой информации от селективных замираний несущих и от помех при многолучевом приеме, исключение идущих слишком много раз подряд символов «1» или «О», и т.д. [45, 46].

Канальное кодирование — это кодирование, выполняемое непосредственно перед передачей информации по каналу связи, часто совмещаемое с модуляцией. особенность модуляции несущей цифровыми сигналами заключается в том, что модулируемый параметр несущей может принимать в результате модуляции ряд дискретных значений. Такую модуляцию часто называют манипуляцией.

Используются внутреннее и внешнее кодирование и внутренние и внешнее перемежение данных. При внешнем кодировании поток информационных символов делится на блоки, к которым добавляются проверочные символы. При внутреннем кодировании поток информационных данных разбивается на кадры меньшей длины (несколько бит) и кодирование каждого кадра производится с учетом предыдущих информационных кадров.

Перемежение данных производится с целью борьбы с пакетными ошибками (ошибками в непрерывной последовательности символов). Внешнее перемежение осуществляется путем изменения порядка следования байтов в пакетах. Внутреннее перемежение осуществляется перемешиванием данных, которые модулируют разные несущие колебания.

В результате перемежения данных пакетные ошибки распадаются на участки, содержащие немного искаженных символов, которые могут быть исправлены при декодировании.

Сначала (стадия 1) транспортный поток МРЕв 2 ТБ подвергается так называемому энтропийному перемешиванию или «адаптации» Адаптация состоит в том, что последовательность битов двоичного цифрового потока перемешивается по строго определенному закону при помощи сдвигового регистра с обратной связью. При приеме абонентским устройством производится обратная «адаптации» операция и поток МРЕв ТБ восстанавливается в первоначальном виде.

Пакеты, имеющие общую длину 188 байтов (синхробайт и 187 байтов передаваемых данных) объединяются в группы по 8 пакетов. Синхробайт первого пакета группы инвертируется.

В результате адаптации получается последовательность битов, в которой снижена вероятность появления коротких периодических последовательностей нулей и единиц (появление таких последовательностей в потоке может вызывать появление внеполосных излучений на выходе модулятора из-за особенностей модуляции несущих COFDM).

Информация передается пакетами после синхробайтов. Для отличия четных строк от нечетных часть синхробайтов инвертируется (рис.7.14).

Рис.7.14. Поток MPEG TS после адаптации

Цель рандомизации — превратить цифровой сигнал в квазислучайный и тем самым решить две задачи. Во-первых, это позволяет создать в цифровом сигнале достаточно большое число перепадов уровня и обеспечить возможность выделения из него тактовых импульсов (такое свойство сигнала называется самосинхронизацией).

Во-вторых, рандомизация приводит к более равномерному энергетическому спектру излучаемого радиосигнала.

Благодаря равномерному спектру повышается эффективность работы передатчика и минимизируется мешающее действие радиосигнала цифрового ТВ по отношению к аналоговому телевизионному сигналу, излучаемому другим передатчиком в том же канале.

Рандомизация осуществляется путем сложения по модулю 2, т.е. посредством логической операции «исключающее ИЛИ» (XOR) цифрового потока данных и двоичной псевдослучайной последовательности PRBS (Pseudo Random Binary Sequence). Генератор последовательности PRBS построен на базе 15-разрядного регистра сдвига, охваченного цепью обратной связи. (рис.7.15).

Рис.7.15. Устройство рандомизации данных

Для того, чтобы формируемая последовательность лишь походила на случайную и в приемнике можно было бы восстановить передаваемые данные, в начале каждого восьмого пакета производится инициализация генератора PRBS путем загрузки в него числа 100101010000000.

Первый после инициализации бит псевдослучайной последовательности PRBS складывается с первым битом первого байта транспортного потока, следующего за инвертированным байтом синхронизации. Байты синхронизации транспортных пакетов не должны рандомизироваться.

После выполнения адаптации и рандомизации к цифровому потоку применяется каскадный код с перемежением (интерливингом). Код называется каскадным потому, что содержит комбинацию последовательно применяемых кодов разного типа. Операция применения каскадного кода с перемежением делится на четыре этапа:

  • • применение кодов Рида-Соломона (внешнее кодирование);
  • • внешнее перемежение (интерливинг);
  • • применение сверточного кода (внутреннее кодирование);
  • • внутреннее перемежение (интерливинг).

Применение кодов Рида-Соломона позволяет декодеру исправить долговременные ошибки, а применение сверточного кода — кратковременные.

Интерливинг необходим для того, чтобы «разбросать» подвергшиеся кодированию байты по цифровому потоку, что позволит повысить эффективность коррекции непрерывных серий ошибок.

Интерливинг в технической литературе также часто именуется перемежением или перемешиванием.

Сначала применяются блоковые коды Рида-Соломона. Эта операция называется внешним кодированием. В случае наличия помех в канале связи, часть байтов цифрового потока может быть утеряна. В этом случае, использование кодов Рида-Соломона позволит восстановить некоторую часть потерянной информации.

Суть метода состоит в том, что к цифровому потоку добавляется избыточная информация, предназначенная для коррекции ошибок. Общий объем информации при этом немного увеличивается, зато возрастает надежность передачи сигналов.

При блоковом кодировании поток информационных символов делится на блоки фиксированной длины, к которым в процессе кодирования добавляется некоторое количество проверочных символов, причем каждый блок кодируется независимо от других.

Коды Рида-Соломона относятся к разновидности недвоичных линейных циклических кодов. При применении кодов Рида-Соломона цифровой поток делится на группы по К байт в каждой. К каждой из таких групп добавляется избыточная информация, в результате чего длина слова увеличивается и становится равной N байтам.

Такая измененная группа байт, состоящая из N байтов, называется кодовым словом, а само кодирование для краткости записывается в виде (К, N). В DVB используются коды Рида- Соломона, которые можно записать в виде (188,204).

Таким образом, группы байтов исходного потока содержат 188 байт, и к каждой из них добавляется 16 байт, которые позволяют исправить возможные ошибки передачи исходного цифрового потока. Группы байт потока называются начальными групп- пами.

Код Рида-Соломона называется циклическим, поскольку, он применяя- ется к последовательным группам цифрового потока, состоящим из К байтов.

То, что код называется недвоичным, означает, что входящая битовая последовательность интерпретируется не как последовательность 0 и 1. т.е.

битов, а как последовательность байтов, которые алгоритмом кодирования представляются в виде чисел (таким образом, первый байт равен, допустим 15, второй — 255 и т.п.).

Каждую начальную группу можно представить в виде вектора, координатами вершины которого являются К величин, составляющих кодовое слово:

V = (1-й байт, 2-й байт, 3-й байт,…, 188-й байт).

Таким образом, пространство векторов начальных групп имеет 188 измерений.

Аналогично в виде вектора можно представить кодовое слово. Вершина вектора кодового слова будет определяться величинами, количество которых равно 204. Таким образом, пространство кодовых векторов имеет 204 измерения.

То, что код называется линейным, означает, что множество начальных групп представляет собой 188-мерное линейное подпространство 204-мерно- го пространства кодовых слов.

Теория говорит также о том, что для корректировки одного ошибочного байта необходимы два байта «избыточной» информации. Таким образом, применяемый в цифровом ТВ код Рида-Соломона способен помочь восстановить 8 байт информации:

(204 — 188)/2 = 8 байт.

Итак, в цифровом ТВ используется код Рида-Соломона, размер начальной группы равен 188 байт, размер кодового слова равен 204 байта, возможна коррекция до 8 последовательных ошибок включительно. Данное обстоятельство записывается следующим образом:

RS (204, 188,1 = 8).

Коды Рида-Соломона применяются ко всем байтам цифрового потока, включая синхробайты и инвертированные синхробайты.

После адаптации входного транспортного потока MPEG-2 и внешнего кодирования выполняется операция, которая называется внешним перемешиванием или внешним интерливингом. Синхробайты транспортного потока и инвертированные синхробайты транспортного потока интерливингу не подвергаются [48].

Внешнее перемежение выполняется путем последовательного циклического подключения источника и получателя данных к двенадцати ветвям, причем за одно подключение в ветвь направляется и из ветви снимается 1 байт данных. В одиннадцати ветвях включены регистры сдвига, содержащие разное количество ячеек (каждая ячейка хранит байт данных) и создающие увеличивающуюся от ветви к ветви задержку (рис.7Л 6).

Рис.7.16. Схема внешнего интерливинга

Перемежение является временным перемешиванием байтов данных, в приемнике исходный порядок следования байтов данных восстанавливается.

Полезным в перемежении является то, что длинные пакетные ошибки, обусловленные шумами и помехами в канале связи и искажающие последовательно идущие байты данных, в результате обратного перемежения в приемнике разбиваются на небольшие фрагменты и распределяются по разным кодовым словам кода Рида-Соломона.

В каждое кодовое слово попадает лишь малая часть пакетной ошибки, с которой легко справляется система обнаружения и исправления ошибок при сравнительно небольшом объеме проверочных данных.

Прямое и обратное перемежение производятся практически с помощью одинаковых схем. Отличие состоит в том, что в приемном устройстве порядок изменения задержки меняется на противоположный. Синхронизация устройств прямого и обратного перемежения осуществляется путем направления первого обнаруженного байта синхронизации через ветвь с номером 0.

После внешнего интерливинга выполняется внутреннее кодирование FEC (Forward Error Correction, упреждающая коррекция ошибок). Задача внутреннего кодирования — добавить дополнительную устойчивость к селективному затуханию сигнала (fading).

Для внутреннего кодирования используется пунктурный сверточный код (punctured convolutional code). Декодер этого кода, размещенный в абонентском устройстве, называется декодером Витерби.

В результате внутреннего кодирования объем информации увеличивается еще больше, добавляется дополнительная избыточность, которая поможет в дальнейшем еще более увеличить надежность передачи сигнала.

Внутреннее кодирование в стандарте вещания DVB-Т основано на сверточном коде. Оно принципиально отличается от внешнего, которое является представителем блоковых кодов. При сверточном кодировании поток данных также разбивается на блоки, но гораздо меньшей длины, их называют «кадрами информационных символов». Обычно кадр включает в себя лишь несколько битов.

К каждому информационному кадру также добавляются проверочные символы, в результате чего образуются кадры кодового слова, но кодирование каждого кадра производится с учетом предыдущих информации- онных кадров.

Для этого в кодере всегда хранится некоторое количество кадров информационных символов, доступных для кодирования очередного кадра кодового слова.

Количество информационных символов, используемых в процессе сверточного кодирования, называют длиной кодового ограничения.

Насколько увеличивается объем информации, определяется режимом внутреннего кодирования. Стандартом предусмотрены следующие пять режимов: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8. Суть этих цифр нетрудно понять.

Например, 2/3 означает, что из двух битов начальной информации получается 3 бита, а 7/8 означает, что из 7 битов начальной информации получается 8. В первом случае один дополнительный бит генерируется на 2 исходных, во втором — на 7. Дополнительный генерируемый бит строго говоря нельзя назвать проверочным.

Алгоритм внутреннего кодирования построен таким образом, что меняются все биты, т.е. «новый» бит не просто добавляется к начальным битам — начальные биты также преобразуются.

Наибольшую надежность обеспечивает тот режим внутреннего кодирования, который наиболее увеличивает объем информации, т.е. 1/2. Соответственно, наименьшую надежность обеспечивает тот режим, где увеличение информации наименьшее, т.е. 7/8.

Увеличение объема передаваемой информации — плата за увеличение надежности. Это процесс обратный компрессии видеоизображения и звука. Компрессия позволяет нам уменьшить объем передаваемой информации, а канальное кодирование его снова увеличивает.

К счастью, не намного.

Алгоритм внутреннего кодирования работает на очень малом масс- штабе, т.е. преобразует только «соседние» биты. Данный алгоритм нацелен на корректировку только очень коротких сбоев в канале передачи, только таких сбоев, которые приводят к ошибкам, затрагивающим единичные биты или очень небольшое количество последовательных битов.

Основу базового кодера (рис.7.17) представляют собой два цифровых фильтра с конечной импульсной характеристикой, выходные сигналы которых X и У формируются путем сложения по модулю 2 двух сигналов, снятых с разных точек линии задержки в виде регистра сдвига.

Особенностью алгоритма является то, что на выходе внутреннего кодера первоначальная последовательность битов превращается в две параллельные последовательности битов (конволюционное кодирование): Хи У (рис.7.17).

В стандарте БУВ-Т скорость внутреннего кода может изменяться в соответствии с условиями передачи данных в канале связи. Кодирование с изменяемой скоростью строится на основе базового кодирования со скоростью 1/2.

Входные данные последовательно вводятся в регистр сдвига, а из выходных сигналов фильтров после преобразования в последовательную форму создается цифровой поток, в котором биты следуют друг за другом в два раза чаще, чем на входе (на каждый входной бит приходится два выходных).

Рис.7.17. Структурная схема устройства сверточного кодирования в режиме 1/2

В режимах с большей скоростью кодирования передается лишь часть генерируемых сигналов X и У. Например, при скорости 2/3 двум входным битам ставятся в соответствие и передаются в последовательной форме три выходных сигнала (Х1,У1,У2), а Х2 вычеркивается (рис.7.18).

Рис.7.18. Схема внутреннего кодирования

После выполнения внутреннего кодирования, используется внутренний интерливинг. Внутренний интерливинг — сложный многоступенчатый процесс. Внутреннее перемежение в стандарте DVB-Т тесно связано с модуляцией несущих колебаний. Оно фактически является частотным переме- жением, определяющим перемешивание данных, которые модулируют разные несущие колебания многочастотного сигнала.

В DVB используется два вида интерливинга — обычный интерливинг (native interleaving) и углубленный интерливинг (in-depth interleaving). Углубленный интерливинг используется лишь в мобильном телевидении DVB-H.

Для оценки качества работы цифрового канала связи предусмотрено несколько параметров, подлежащих мониторингу, в первую очередь это BER и MER. Отношение ошибочно переданных бит к общему количеству бит за единицу времени обозначают BER.

Для характеристики отношения сиг- нал/шум используется измерение количества ошибок модуляции MER (Modulation Error Rate). Количество ошибок модуляции выражается в децибелах и вычисляется как сумма абсолютных значений векторов модуляционного созвездия, деленная на сумму их отклонений от заданных значений.

Чем меньше значения MER, тем больше «размыто» принимаемое созве-здие.

Кодированные изображения помещаются в структуру данных, которая, в случае MPEG-2, называется элементарным потоком MPEG-2, а в случае Н.264 — потоком блоков NAL {NAL unit stream). Обе структуры состоят из блоков, снабженных заголовками со служебной информацией [44, 46].

Элементарный поток — это структурированный поток, содержащий информацию одного типа: видеоданные, аудиоданные и т.п. Потоки этого типа генерируются кодером видео- или аудиоинформации.

поток содержит упорядоченный набор битовых потоков, которые называются слоями {layers). Если слоев несколько, то поток называется масштабируемым {scalable) потоком.

Если один — немасштабируемым {поп- scalable) потоком. Первый слой называется базовым и декодируется независимо от остальных.

Остальные слои называются расширенными и не могут быть декодированы отдельно от базового.

При передаче изображений, кодированных стандартом Н.264 элементарные потоки MPEG-2 не используются — вместо них используется NAL. (NAL — Network Abstraction Layer) — часть спецификации Н.264, пришедшая на смену стандарту ISO 13818-2 в части элементарных потоков.

Принципиальное отличие NAL — обеспечение надежности передачи. В цифровом ТВ принимаются очень серьезные меры для обеспечения коррекции ошибок.

Однако NAL содержит несколько способов, позволяющих дополнительно увеличить возможность коррекции ошибок. Основа этих способов — «перемешивание» информации и ее повторение.

Для эфирного DVB это особой ценности не имеет, поскольку информация защищается при передаче через эфир, однако это имеет важное значение при передаче по IP- сетям.

Транспортный поток предназначен для использования в системах связи, где в процессе передачи могут возникать ошибки. Радиоэфир с его помехами является как раз такой системой связи. Сокращенно транспортный поток MPEG-2 именуется MPEG-2 TS или просто TS.

Транспортный поток является байтовым потоком, т.е. наименьшая структурная единица потока — байт (а не бит). Транспортный поток является пакетным потоком — он состоит из пакетов длиной 188 байт.

Процесс создания транспортного потока из нескольких пакетизированных элементарных потоков (PES) называется мультиплексированием. Поскольку телепрограмма состоит из видео и звука, мультиплексируется, как минимум, два элементарных потока.

Мультиплексируются также телетекст и служебная информация, которая содержит сведения о самом транспортном потоке.

Для синхронизации кодера и декодера транспортного потока используется временной штамп программных часов (PCR) с тактовой частотой 27 МГц.

Устройство, формирующее транспортный поток MPEG-2, называется кодером транспортного потока. Устройство, которое принимает и обрабатывает транспортный поток — декодером транспортного потока. Не путайте кодер и декодер транспортного потока с кодером и декодером видео и аудио.

Источник: https://studref.com/397092/tehnika/kanalnoe_kodirovanie

Стандарт цифрового эфирного телевидения DVB-T

Описание структуры цифрового потока:  Цикл обработки данных в системе канального кодирования DVB синхронен

Таким образом, видно, что спектр группового сигнала OFDM можно разместить в эфирном радиоканале аналогового телевидения с полосой пропускания 8 МГц, обеспечивая между соседними радиоканалами защитные частотные интервалы по ~ 0,39 МГц. Это важный момент, так как согласованность спектра группового сигнала OFDM с существующими радиоканалами эфирной сети ТВ-вещания упрощает внедрение цифровой системы телевидения.

Стандартом для каждого режима модуляции предусмотрены 4 относительных значения защитных интервалов, равные 1/4; 1/8; 1/16 и 1/32 длительности рабочего интервала. Соответствующие им абсолютные значения длительностей защитных интервалов и информационных символов в мкс и периодах тактовой частоты Т0 = 7/64 мкс приведены в табл. 1.

В этой же таблице указан максимальный территориальный разнос между ТВ-передатчиками одной ТВ-программы в синхронной одночастотной сети эфирного вещания, который может выбираться при проектировании сети в пределах от 67,2 до 8,4 км и от 16,8 до 2,1 км соответственно для режимов модуляции 8К и 2К.

Остановимся на причинах, по которым в стандарте эфирного вещания были приняты два варианта режимов модуляции (8К и 2К), поскольку эти факторы необходимо учитывать при проектировании такой сети вещания.

Режим модуляции 8К позволяет в одночастотной сети эфирного вещания использовать территориальный разнос между передатчиками одинаковых ТВ-программ до 67 км.

При этом получается большая зона покрытия, приемлемые мощности ТВ-передатчиков и стандартные высоты антенно-мачтовых сооружений.

Экономические преимущества такой сети становятся особенно заметными при организации ТВ-вещания в странах с большими территориями, за счет сокращения общего числа передающих ТВ-станций сети. По этим причинам в стандарт был введен режим модуляции 8К.

Технически модем 8К реализуется путем выполнения в модуляторе инверсного дискретного преобразования Фурье и прямого дискретного преобразования Фурье — в демодуляторе телевизора, для чего требуются процессоры с двоичной емкостью 213 = 8192 = 8К.

Однако имеющееся в то время первое поколение таких процессоров не подходило для этих целей ни по быстродействию, ни по стоимости, что не позволяло начать одновременно с принятием стандарта разработку аппаратуры с режимом модуляции 8К [2].

По этой причине было принято решение ввести в стандарт второй — технически более простой режим 2К, для которого уже имелись необходимые процессоры с двоичной емкостью 211 = 2048 = 2К.

В итоге был принят общий стандарт с модуляцией 2К и 8К с разным числом несущих. Спецификация стандарта 2К позволяла начать внедрение цифрового эфирного вещания сразу, а спецификация стандарта 8К могла быть реализована позднее, после разработки соответствующего процессора.

Отметим, что с появлением процессоров 8К [8] и необходимости построения сети эфирного вещания с большой зоной покрытия, что характерно для Российской Федерации, предпочтение необходимо отдать режиму модуляции 8К и использовать его при создании отечественной сети цифрового эфирного вещания.

Модуляция несущих в групповом сигнале OFDM.

Стандартом [3] предусмотрено, что в модеме OFDM могут быть использованы следующие виды модуляции несущих группового сигнала: квадратурная фазовая модуляция (4-ФМ), 16- и 64-уровневая квадратурная амплитудная модуляция (16-КАМ или 64-КАМ) с равномерным или неравномерным расположением вершин векторов сигнала в кодовом пространстве сигналов.

Выбор конкретного вида модуляции из указанных производится в зависимости от требуемой скорости передачи данных с учетом избыточности, необходимой для их помехоустойчивого кодирования.

Эту избыточность легко оценить, исходя из того, что при помехоустойчивом кодировании в модеме используются сверточные коды с относительными скоростями: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8, в результате чего скорость цифрового потока после помехоустойчивого кодирования увеличится в число раз, равное единице, деленной на относительную скорость кода. То есть, например, при использовании сверточного кода 3/4, скорость цифрового потока возрастает в 4/3=1,33 раза.

Данные, необходимые для выбора вида модуляции в зависимости от требуемой скорости цифрового потока для различных значений относительной скорости сверточного кода и относительной длительности защитного интервала в информационном символе, приведены в табл. 2 [ 3 ]. Данные этой таблицы не зависят от режима модуляции 8К или 2К, так как при переходе от режима 8К к режиму 2К с уменьшением числа несущих в 4 раза одновременно в 4 раза увеличивается скорость передачи данных на каждой несущей.

В табл. 2 также указаны необходимые значения отношения сигнал/шум в эфирном радиоканале для двух случаев эфирного приема — на стационарную, многоэлементную ТВ-антенну и на простую антенну переносного телевизора.

Приведенные значения отношения сигнал/шум обеспечивают получение коэффициента ошибок 2 x 10-4 на выходе декодера сверточного кода.

Окончательный выбор перечисленных параметров системы цифрового вещания делается путем анализа нескольких альтернативных вариантов.

Источник: https://kunegin.com/ref1/hdtv/efvesh.htm

Плезиохронная цифровая иерархия и поток E1

Описание структуры цифрового потока:  Цикл обработки данных в системе канального кодирования DVB синхронен

Приветствую вас, друзья! В ходе изучения Цифровых систем передачи, а так же по рекомендации наставника, дабы лучше разобраться в изучаемом материале и разложить всё по полочкам, я постараюсь объяснить этот материал Вам, если это у меня получится, то можно считать, что я его усвоил хорошо. Надеюсь Вам будет интересно. В статье расскажу кратко о ЦСП и особенностях их построения, ПЦИ(PDH) и более подробно о потоке Е1 и его структуре.

Особенности построения цифровых систем передачи

Ни для кого не будет новостью, что основной тенденцией развития телекоммуникаций во всем мире является цифровизация сетей связи, предусматривающая построение сети на базе цифровых методов передачи и коммутации. Это объясняется следующими существенными преимуществами цифровых методов передачи перед аналоговыми: Высокая помехоустойчивость.

  • Слабая зависимость качества передачи от длины линии связи.
  • Стабильность параметров каналов ЦСП.
  • Эффективность использования пропускной способности каналов для передачи дискретных сигналов.
  • Возможность построения цифровой сети связи.
  • Высокие технико-экономические показатели.

Требования к ЦСП определены в рекомендациях ITU-T серии G, так же в этой рекомендации представлено два типа иерархий ЦСП: плезиохронная цифровая иерархия (ПЦИ) и синхронная цифровая иерархия (СЦИ).

Первичным сигналом для всех типов ЦСП является цифровой поток со скоростью передачи 64 Кбит/с, называемый основном цифровом каналом (ОЦК)[зарубежные источники: Basic Digital Circuit(BDC)], на Хабре уже рассказывалось о том как происходит оцифровка каналов ТЧ в этой статье.

Для объединения сигналов ОЦК в групповые высокоскоростные цифровые сигналы используется принцип временного разделения каналов (ВРК)[зарубежные источники: Time Division Multiply Access (TDMA), или Time Division Multiplexing (TDM)].

Плезиохронная цифровая иерархия

Появившаяся исторически первой плезиохронная цифровая иерархия (ПЦИ) [зарубежные источники: Plesiochronous Digital Hierarchy(PDH)] имеет европейскую, северо-американскую и японскую разновидности.

Уровень иерархии Европа Северная Америка Япония
Скорость Мбит/с Коэфф. Мультиплекс. Скорость Мбит/с Коэфф. Мультиплекс. Скорость Мбит/с Коэфф. Мультиплекс.

0 0,064 0,064 0,064
1 2,048 30 1,554 24 1,554 24
2 8,448 4 6,312 4 6,312 4
3 34,368 4 44,736 7 32,064 5
4 139,264 4 97,728 3

Для цифровых потоков ПЦИ применяют соответствующие обозначения, для северо-американской — T, японской — J(DS), европейской — E. Цифровые потоки первого уровня обозначаются соответственно Т1, E1, J1 второго Т2, Е2, J2 и т.д… К использованию на сетях связи РФ принята европейская ПЦИ. На сети связи РФ эксплуатируются ЦСП ПЦИ отечественного и зарубежного производства. Отечественные системы носят название ЦСП с ИКМ (цифровые системы передачи с импульсно-кодовой модуляцией). Вместо уровня иерархии в обозначении системы указывается число информационных ОЦК данной системы. Так, ЦСП первого уровня иерархии обозначается ИКМ-30, второго — ИКМ-120 и т.д.

Основные принципы синхронизации

В плезиохронных, «как бы синхронных», ЦСП используется принцип ВРК, поэтому правильное восстановление исходных сигналов на приеме возможно только при синхронной и синфазной работе генераторного борудования на передающей и приемной станциях.

Для нормальной работы плезиохронных ЦСП должны быть обеспечены следующие виды синхронизации:

Тактовая синхронизация обеспечивает равенство скоростей обработки цифровых сигналов в линейных и станционных регенераторах, кодеках и других устройствах ЦСП, осуществляющих обработку сигнала с тактовой частотой Fт.

Существует несколько вариантов тактовой синхронизации:

  1. Сонаправленный интерфейс: по отдельным линиям ведётся дополнительная передача тактовых сигналов;
  2. Противонаправленный интерфейс: один блок (контролирующий) задает другому (подчиненному) рабочую тактовую частоту;
  3. Интерфейс с централизованным задатчиком (задающим генератором): задающий генератор выполняет тактирование всех узлов оборудования.

Цикловая синхронизация обеспечивает правильное разделение и декодирование кодовых групп цифрового сигнала и распределение декодированных отсчетов по соответствующим каналам в приемной части аппаратуры; Цикловая синхронизация осуществляется следующим образом. На передающей станции в состав группового цифрового сигнала в начале цикла вводится цифровой синхросигнал (СС). На приемной станции устанавливается приемник синхросигнала (ПСС), который выделяет цикловой синхросигнал из группового цифрового сигнала и тем самым определяет начало цикла передачи.

Структура потока Е1

Различают 3 типа потока Е1:

  • Неструктурированный (нет разделения на канальные интервалы КИ [зарубежные источники: Time Slot], логическая структура не выделяется; поток данных со скоростью 2048Kбит/с); используется при передаче данных;
  • Поток с цикловой структурой (выделяются канальные интервалы, но сигналы управления и взаимодействия (СУВ) не передаются) – ИКМ-31;
  • Поток со сверхцикловой структурой (выделяют и цикловую, и сверхцикловую структуру) – ИКМ-30.

Рассмотрим структуру кадра передачи ЦСП ИКМ-30. Структура потока Е1 определена в рекомендации ITU-T G.704. Данный поток называется первичным цифровым потоком и организуется объединением 30-ти информационных ОЦК. Линейный сигнал системы построен на основе сверхциклов, циклов, канальных и тактовых интервалов, как это показано на рисунке выше (обозначение 0/1 соответствует передаче в данном тактовом интервале случайного сигнала). Сверхцикл передачи (СЦ) соответствует минимальному интервалу времени, за который передаётся один отсчёт каждого из 60 сигнальных каналов (СК) и каналов передачи аварийной сигнализации (потери сверхцикловой или цикловой синхронизации). Длительность СЦ Тсц=2мс. Сверхцикл состоит из 16 циклов передачи (с Ц0 по Ц15). Длительность цикла Тц=125мкс и соответствует интервалу дискретизации канала ТЧ с частотой 8 кГц. Каждый цикл подразделяется на 32 канальных интервала(таймслота) длительностью Тки=3,906 мкс. Канальные интервалы КИ1-КИ15, КИ17-КИ31 отведены под передачу информационных сигналов. КИ0 и КИ16 — под передачу служебной информации. Каждый канальный интервал состоит из восьми интервалов разрядов (Р1-Р8) длительностью по Тр=488нс. Половина разрядного интервала может быть занята прямоугольным импульсом длительностью Ти=244нс при передаче в данном разряде единицы (при передаче нуля импульс в разрядном интервале отсутствует). Интервалы КИ0 в четных циклах предназначаются для передачи циклового синхросигнала (ЦСС), имеющего вид 0011011 и занимающего интервалы Р2 — Р8. В интервале Р1 всех циклов передается информация постоянно действующего канала передачи данных (ДИ). В нечетных циклах интервалы P3 и Р6 КИ0 используются для передачи информации о потере цикловой синхронизации (Авар. ЦС — LOF) и снижении остаточного затухания каналов до значения, при котором в них может возникнуть самовозбуждение (Ост. зат). Интервалы Р4, Р5, Р7 и Р8 являются свободными, их занимают единичными сигналами для улучшения работы выделителей тактовой частоты. В интервале КИ16 нулевого цикла (Ц0) передается сверхцикловой синхросигнал вида 0000 (Р1 — Р4), а также сигнал о потере сверхцикловой синхронизации (Р6 — Авар. СЦС — LOM). Остальные три разрядных интервала свободны. В канальном интервале КИ16 остальных циклов (Ц1 — Ц15) передаются сигналы служебных каналов СК1 и СК2, причем в Ц1 передаются СК для 1-го и 16-го каналов ТЧ, в Ц2 — для 2-го и 17-го и т.д. Интервалы Р3, Р4, Р6 и Р7 свободны. С точки зрения передачи телефонного канала: телефонный канал является 8-ми битным отсчётом. Полезная нагрузка – разговор двух абонентов. Кроме того передаётся служебная информация (набор номера, отбой и т.п.) – сигналы управления и взаимодействия (СУВ). Для передачи таких сигналов достаточно повторения их 1 раз в 15 циклов, при этом каждый СУВ будет занимать 4 бита (СУВ для какого-то конкретного канала). Для этих целей был выбран 16-й канальный интервал. В один канал помещаются СУВ для двух телефонных каналов. Т.к. всего 30 каналов, за один разговор используется два канала, то цикл нужно повторить 15 раз, следовательно, с Ц1 по Ц15 передаём всю информацию о СУВ. Таким образом, необходимо определить номер цикла. Для этих целей нулевой цикл содержит сверхцикловой СС («0000» в 1-х четырёх байтах –MFAS). В 6-м бите передаётся потеря сверхцикла (LOM). Мне приходилось сталкиваться с людьми которые пытаясь объяснить структуру потока Е1 предстовляли его в качестве трубы, куда запиханы 32 трубы меньшего размера(32 таймслота), это довольно наглядно, но абсолютно не правильно т.к. в ПЦИ передача данных осуществляется последовательно, побитно, а не параллельно.

Контроль ошибок передачи

Для контроля ошибок передачи используется первый бит нулевого канального интервала. Содержимое первого бита КИ0 в различных подциклах. По полиному x4+x+1 определяется наличие ошибки. Биты С1, С2, С3, С4 – это остаток от деления подцикла (8-ми циклов) на полином x4+x+1. При этом результат вставляют в следующий подцикл.

Принимаем значение 1-го подцикла, сравниваем со 2 – м. При несовпадении выдаётся сообщение об ошибке. Биты Е1 и Е2 предназначены для передачи сообщений об ошибке на сторону передатчика по первому и по второму циклу (Е1 – для первого, Е2 – для второго).

Для корректной обработки в чётных циклах (кроме 14 и 16) вводится сверхцикловой синхросигнал (001011) для контроля ошибок.

Физический уровень модель OSI в ПЦИ

Физический уровень включает в себя описание электрических параметров интерфейсов и параметров сигналов передачи, включая структуру линейного кода. Эти параметры описаны в Рекомендации ITU-T G.703.

Для ПЦИ определены следующие физические интерфейсы:

  1. Е0 – симметричная пара (120 Ом);
  2. Е1 – коаксиальный кабель (75 Ом) или симметричная пара (120 Ом);
  3. E2, Е3, E4 – коаксиальный кабель (75 Ом).

Для потоков определено использование следующих линейных кодов:

  1. Е0 – AMI;
  2. E1, E2, Е3 – HDB3;
  3. Е4 – CMI.

Для каждого потока определена маска допустимых пределов формы импульса в линии. На рисунке изображена маска для потока Е1. Маска импульса физического интерфейса потока 2048 Кбит/с.

На этом я считаю можно остановиться. Всем спасибо за внимание, надеюсь Вам было интересно. Подписывайтесь, ставьте лайки…

В статье я попытался изложить как можно больше информации в как можно более простом виде(не знаю удалось ли мне) не ныряя слишком глубоко в подробности структур ЦСП и в частности потока Е1.

Если статья понравится то в дальнейшем могу попробывать написать такую же про синхронную цифровую иерархию (СЦИ) [зарубежные источники: Synchronous Digital Hierarchy(SDH)] и синхронный транспортный модуль (СТМ) [зарубежные источники: Synchronous Transport Module(STM)] — STM-1.

Литература

Технологии измерений первичной сети — И.Г. Бакланов; Современные высокоскоростные цифровые телекоммуникационные системы — В.Н. Гордиенко.

UPD:Немного дополнил статью англоязычными терминами и аббревиатурами.

  • pdh
  • dts
  • цсп
  • пци
  • e1
  • телекоммуникации

Источник: https://habr.com/post/141709/

Scicenter1
Добавить комментарий