Требования к цифровому наземному телевидению



 

    Основные требования для канала цифровой наземной ТВ системы следующие:

■ высокое качество телевизионного изображения;

■ высокое качество звукового сопровождения: объемное звучание и дополнительные возможности (например, для слабослышащих людей);

■ пропускная способность должна рассматриваться и для неких контейнеров данных, которые могут содержать различные виды услуг, передаваемых одновременно с ТВ сигналом;

■ система предназначается для мобильного, стационарного и статичного комнатного приема;

■  система должна быть пригодна для борьбы с интерференцией.

 

    Система разрабатывается в соответствии с указанными выше требованиями. Основная задача заключалась в передаче с высокой скоростью данных, на как можно дальнее расстояние, по каналам связи с замиранием, интерференцией сигнала и различными видами помех. OFDM подразумевает наличие цифрового блока ОБПФ и аналогового квадратурного модулятора. Организация ОБПФ требует больше количество вычислений, зависящих от количества точек преобразования Фурье.

       

 

 2.2.3    Обзор существующих систем цифрового телевидения высокой
четкости

         

     Существует три основные  системы цифрового наземного телевидения высокой четкости: ATSC, DVB-T, ISDN.

На американском континенте главенствующая роль в разработке стандартов на цифровое ТВ вещание принадлежит Комитету по усовершенствованным системам телевидения - ATSC (Advanced Television Systems Committee).Разработанный этим Комитетом стандарт на наземное цифровое ТВ вещание ATSCв части кодирования и структурирования информации также основывается на алгоритме MPEG-2, но принципиально отличается от Project DVB по методам модуляции и обработки радиосигнала, кодирования звука и программной навигации, что было сделано исходя из особенностей построения сети наземного ТВ вещания США.

     Стандарты, разрабатываемые в рамках Project DVB,применяются в системах цифрового аудио и видеовещания и передачи данных по спутниковым, кабельным и наземным сетям и определяют соответствующие системные рекомендации для кабельного (DVB-C),наземного (DVB-T)и спутникового (DVB-S)  ТВ вещания, а также для микроволнового многоточечного распределения DVB-MC-системы    мм диапазона, работающие на частотах менее 10 ГГц; DVB-MS-системы мм диапазона, работающие на частотах, превышающих 10 ГГц. 

       Системы DVB-MS относятся к классу сотовых систем телевидения).

В Японии компанией NHK разработана концепция цифрового ТВ вещания с интеграцией служб ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting), которая является общей для наземных, спутниковых и кабельных сетей. Спецификация системы цифрового наземного ТВ вещания ISDB-T была одобрена Советом по телекоммуникационным технологиям министерства почт и телекоммуникаций Японии. Причем стандарты ISDB-T и DVB-T во многом схожи, отличия заключаются в возможности в системе ISDB-T использовать для передачи информации нескольких разнесенных полос частотного спектра.

       Сравнивая преимущества и недостатки систем, надо иметь в виду, что все стандарты предполагают использование компрессии MPEG-2, поэтому во всех системах данные об изображении и звуке передаются в виде пакетов транспортного потока MPEG-2. Принципиальные различия между системами проявляются лишь в том, как передаются от передатчика к приемнику кодированные данные, т. е. на уровне модуляции. Поэтому именно в соперничестве способов модуляции (VSB и OFDM) будут определяться судьбы систем цифрового телевидения.

           

 

 

Квадратурная амплитудная модуляция (QAM)

        

    Данный способ модуляции относится к комбинированным. В случае QAM промодулированный сигнал представляет собой сумму двух ортогональных несущих: косинусоидальной и синусоидальной, амплитуды, которых принимают независимые дискретные значения.

 

        UQAM(t)= Uc[c1(t)cos(ωc∙t)+ c2(t)cos(ωc∙t)]                        (3)

 

где Uc - амплитуда сигнала; ωc - частота несущей,

c1(t), c2(t) - модулирующие сигналы в квадратурных каналах.

 

  При приеме сигнала с QAM производится когерентное детектирование.

             

      UQAM-16 (t) = )                                (4)

 

   Если модулирующие сигналыc1(t), c2(t)принимают значения ±1, то получим QAM-4 (четырехпозиционную QAM). Если же для модуляции как в синфазном, так и в квадратурном каналах используются четырехуровневые сигналы c(t) = ±1; ±3, то при этом получается 16-позиционная QAM (QAM-16), которую можно описать выражением (4) и представить в фазово-амплитудном пространстве в виде специального рисунка 2, где точками показаны положения концов вектора сигнала At при различных значениях i. Оси координат на рисунке 2 соответствуют синфазной J и квадратурной Q составляющим сигнала. Кроме модуляции типа QAM-16 в системах цифрового телевидения широко используется QAM-64. В данном случае числа в обозначениях типа модуляции означают количество вариантов суммарного сигнала.

                                                  

                         

Рисунок 2 - Векторная диаграмма возможных состояний сигнала при QAM-16 (х = 1).

 

    Расположение сигнальных точек в фазово-амплитудном пространстве при различных типах QAM определяют сигнальные созвездия модулированных сигналов.

 

     Практически используются как обычные равномерные, так и неравномерные сигнальные созвездия с различными расстояниями между двумя ближайшими точками созвездия в смежных квадрантах, что количественно оценивается коэффициентом неравномерности сигнального созвездия х- Данный параметр равен отношению расстояния между соседними точками в двух разных квадрантах к расстоянию между точками в одном квадранте. Применительно к модуляции типа QAM-16 и 64 рекомендуются три значения коэффициента х.

       X = 1 соответствует обычной QAM с равномерным сигнальным созвездием (рис. 2); % = 2 характеризует QAM с неравномерным сигнальным созвездием, когда расстояние между двумя ближайшими точками созвездия в смежных квадрантах в два раза больше расстояния в пределах одного квадранта (рис. 3,а); %= 4 оценивает QAM с неравномерным сигнальным созвездием, когда различие расстояний между точками внутри и между квадрантами является четырехкратным (рис. 3,6).

      Применение неравномерной структуры сигнальных созвездий с коэффициентами %=2, Х=4 обеспечивает улучшение декодирования потока данных, модулированных методами QAM-16 и QAM-64. Однако при этом требуется увеличение отношения сигнал-шум для потока данных, так как шумы и помехи трансформируют сигнальные точки созвездия в «облака». Центром «облака» остается сигнальная точка, а его «размытость» характеризует остаточный уровень несущей, нарушение баланса уровней сигналов J и Q, коэффициент модуляционных состояний сигнала при QAM-16 (х = 2) состояний сигнала при QAM-16 (х = 4) ошибок и другие параметры.

 

 

 

       При очень сильном шуме различить сигнальные точки внутри квадрантов становится практически невозможным. Однако благодаря введенной неравномерности в сигнальные созвездия сигнальные точки между квадрантами различаются достаточно хорошо, т. е. декодирование может осуществляться с приемлемой вероятностью ошибок.

Для получения QAM сигнала можно использовать квадратурную схему модулятора, показанную на рис. 4.

 

 

 

                  Рисунок 4 - Структурная схема модулятора QAM

 

     Последовательность двоичных символов х0, xh х2, подается на последовательно-параллельный преобразователь ППП. Здесь двоичные символы группируются в модуляционные символы по N бит. Старшие разряды x 0, x 1 выделяются отдельно и служат для управления фазовращателями УФ 1 , УФQв каналах I и Q. Фазовращатели изменяют фазу несущего колебания на 180°,, если х0 = 1 и x 1= 1. Таким образом, определяется квадрант сигнального
созвездия, в котором будут находиться позиции суммарного вектора несущей
U . Сочетание 00 соответствует первому квадранту, 10 — второму, 11 — третьему, 01 — четвертому. Младшие разряды модуляционного символа разделяются на четные х2, х4, .. и нечетные х3, х5, которые затем поступают в кодер Грея. В этом кодере производится перекодировка полученных символов в код Грея для того одном бите. В Таблице 2 представлены натуральные двоичные числа и соответствующие им коды Грея.

 

Таблица 2- натуральные двоичные числа и соответствующие им коды Грея

Десятичное число 0 1 2 3 4 5 6 7
Натуральный двоичный код 000 001 010 011 100 101 110 111
Код Грея 000 001 011 010 110 111 101 100

 

 

  Кодированные по коду Грея модуляционные символы в каналах I и Q поступают в цифро-аналоговые преобразователи ЦАП. Уровни, которые получаются на их выходах ЦАП, определяют напряжения на выходах балансных модуляторов. В таблице 3 показаны возможное соответствие между уровнями ЦАП и входными кодами.

 

Таблица 3 - возможное соответствие между уровнями ЦАП и входными кодами

 

Код 16-QAM 1 0
Код 64-QAM 11 10 01 00
Уровень на выходе ЦАП 1 3 5 7

 

  На практике модуляция типа QAM 16 обеспечивает удельную скорость передачи данных, равную 3.9 (бит/с)/Гц, a QAM-64 - 4.5 (бит/с)/Гц.

В кабельных сетях модуляция QAM-64 позволяет, при соотношении сигнал-шум на входе цифрового ТВ приемника 24 дБ, обеспечивать устойчивый прием и пропускная способность кабельной сети с полосой канала 8 МГц составляет 38.5 Мбит/с.

 


Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 1041; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!