Методы модуляции

Сигнал системы ISDB-Т состоит из 13 базовых сегментов ОFDМ, каждый из которых занимает полосу частот В /14 МГц, где В — номинальная полоса частот канала. Таким образом, полная рабочая полоса частот системы ISDB-Т равна 13 В /14 МГц, то есть примерно равна указанным значениям:

¾ 428,57 13 ≈ 5,57 МГц для канала вещания 6 МГц;

¾ 500,0 13 ≈ 6,5 МГц для канала вещания 7 МГц;

¾ 571,428 13 ≈ 7,43 МГц для канала вещания 8 МГц.

Базовые сегменты спектра для основного канала с полосой 6 МГц могут занимать полосу 5,6 МГц (ТВ программы) и 429 кГц (звуковые программы).

Поскольку для широкого и узкого сегментов спектра используются одни и те же параметры передачи, то сегмент 5,6 МГц может напрямую включать в себя узкополосные сегменты 429 кГц. Это гарантирует, прием узкополосным приемником (429 кГц) ряда служб с полосой 5,6 МГц, а широкополосным приемником (5,6 МГц) всех служб с полосой 429 кГц.

Структурная схема модулятора системы ISDB-Т показана на рисунке 4.9.

В схеме имеются три тракта перемежения и отображения битов в модулированные символы.

Рисунок 4.9 — Структурная схема модулятора системы ISDB-Т

В каждом из модуляторов Мд1—Мд3, соответствующих режимам работы с разными приоритетами, имеется по четыре перемежителя и маппера для четырех возможных видов модуляции: DQРSК, QРSК, 16- QАМ, 64- QАМ.

Нужный режим работы обеспечивается коммутацией входных данных и выходных символов (см. рисунок 4.10).

Рисунок 4.10 — Структурная схема модулятора отдельного уровня

Основные параметры передачи модулированных сигналов в системе ISDB-Т для всех трех режимов вещания в канале с полосой 8 МГц приведены в таблице 4.4. Возможные скорости передачи информации в системе ISDB-Т в канале с полосой 8 МГц при использовании всех 13 сегментов приведены в таблице 4.5.

Таблица 4.4 — Параметры передачи в системе ISDB-Т

Параметр	Режимы

Число сегментов (N_S)
Полоса сегмента	8000/14 = 571,428… кГц
Полоса системы	8000/14 (кГц) N_S + 8000/(14 108)(кГц) = 7,433… МГц	8000/14 (кГц) N_S + 8000/(14 216)(кГц) = 7,431… МГц	8000/14 (кГц) N_S + 8000/(14 108)(кГц) = 7,429… МГц
Число сегментов при дифференциальной модуляции	n_d
Число сегментов при когерентной модуляции	n_s (n_s + n_d = N_s)
Число несущих в сегменте
Разнос несущих	8000/(14 108) = 5,291... кГц	8000/(14 216) = 2,645... кГц	8000/(14 432) = 1,322... кГц
Число несущих в системе	Всего	108 N_s + 1 = 1405	216 N_s + 1 = 2809	432 N_s + 1 = 5617
Данные	96 N_s = 1248	192 N_s = 2496	384 N_s = 4992
SP ^*¹⁾	9n_s	18n_s	36n_s
СР ^*2)	n_d +1	n_d +1	n_d +1
ТМСС ^*³⁾	n_s + 5 n_d	2 n_s + 10 n_d	4 n_s + 20 n_d
АС 1 ^*⁴⁾	2 N_s = 26	4 N_s = 52	8 N_s = 104
АС 2 ^*⁴⁾	4 n_d	9 n_d	19 n_d
Модуляция несущих	QPSK, 16- QAM, 64- QAM, DQPSK
Число символов в кадре
Эффективная длительность символа	189 мкс	378 мкс	756 мкс
Защитный интервал	47,5 мкс (1/4), 23,625 (1/8), 11,8125 мкс (1/16), 5,90625 мкс (1/32)	94,5 мкс (1/4), 47,25 мкс (1/8), 23,625 мкс (1/16), 11,8125 мкс (1/32)	189 мкс (1/4), 94,5 мкс (1/8), 47,25 мкс (1/16), 23,625 мкс (1/32)
Длительность кадра	48,195 мс (1/4), 43,3755 мс (1/8), 40,96575 мс (1/16), 39,760875 мс(1/32)	96,З9мс(1/4), 86,751мс(1/8), 81,9315мс(1/16), 79,52175 мс (1/32)	192,78мс(1/4), 173,502 мс (1/8), 163,863 мс (1/16), 159,0435 мс (1/32)
Внутренний код	Сверточный код (1/2; 2/3; 3/4; 5/6; 7/8)
Внешний код	RS (204,188)
Примечания: 1): SP — рассеянный пилот-сигнал; 2): С Р — регулярный пилот-сигнал; 3): ТМСС* — несущие сигналов управления конфигурацией передачи и мультиплексированием; *4): АС — вспомогательный канал передачи информации для сетевых операций.

Таблица 4.5 — Скорости передачи информации в системе ISDВ-Т

Модуляция несущих	Скорость сверточ - ного кода	Число передаваемых транспортных пакетов^*2) (режимы 1/2/3)	Скорость передачи информации при 13 сегментах (Мбит/с)^*1) при относительном защитном материале
1/4	1/8	1/16	1/32
DQPSK, QPSK	1/2	156/312/624	4,868	5,409	5,727	5,900
2/3	208/216/832	6,490	7,212	7,636	7,867
	3/4	234/468/936	7,302	8,113	8,590	8,851
5/6	260/520/1040	8,113	9,015	9,545	9,834
7/8	273 /546/1092	8,519	9,465	10,022	10,326
16-QAM	1/2	312/624/1248	9,736	10,818	11,454	11,801
2/3	416/832/1664	12,981	14,424	15,272	15,735
3/4	468/936/1872	14,604	16,227	17,181	17,702
5/6	520/1040/2080	16,227	18,030	19,091	19,669
7/8	546/1092/2184	17,038	18,931	20,045	20,653
64-QAM	1/2	468/936/1872	14,604	16,227	17,181	17,702
2/3	624/1248/2496	19,472	21,636	22,909	23,603
3/4	702/1404/2808	21,907	24,341	25,772	26,553
5/6	780/1560/3120	24,341	27,045	28,636	29,504
7/8	819/1638/3276	25,558	28,397	30,068	30,979
Примечания: 1) — в случае иерархической передачи скорость передачи информации может быть вычислена суммированием скоростей передачи информации отдельных сегментов; 2) — пакет транспортного потока, содержащий 188 байтов и определяющийся стандартом МРЕG -2 Systems.

4.5. Система цифрового наземного ТВ вещания 8- VSB АТSС

4.5.1. Структура системы 8- VSB АТSС

Структурная схема системы 8- VSВ АТSС (Система А по МСЭ-Р) в виде эталонной модели своих основных подсистем показана на рисунке 4.11. В подсистеме кодирования источников информации используется набор частот, основанный на эталонной частоте 27 МГц. Эта частота используется для получения цифровых отсчетов частоты длиной 42 бита, из которых первые 33 бита называются базовыми эталонными метками времени программы, а оставшиеся 9 бит — расширенными эталонными метками времени. Последние эквивалентны отсчетам частоты 90 кГц, подстраиваемой по сигналу частоты 27 МГц, и используются в аудио- и видеокодерах при формировании меток времени отображения и декодирования. Из сигнала с частотой 27 МГц синтезируются необходимые частоты дискретизации видеоинформации (f_v) и аудиоинформации (f_a).

Рисунок 4.11 — Общая структура системы 8- VSB АТSС

Транспортный кодер фактически выполняет роль мультиплексора системы 8- VSВ АТSС, объединяющего кодированные потоки источников информации и сервисной информации. На его выходе действует поток транспортных пакетов с частотой f_ТР. К выходу транспортного кодера подключены устройства цикловой синхронизации, кодовой защиты и однополосной модуляции, которые входят в состав подсистемы адаптации к каналу.

В подсистеме адаптации к наземному каналу вещания, структурная схема которой показана на рисунке 4.12, осуществляется кодирование с прямым исправлением ошибок, для чего в транспортный поток вводятся избыточные символы кода Рида-Соломона, сигналы цикловой синхронизации и далее производится сверточное решетчатое кодирование сформированного группового сигнала и формирование модулированного сигнала 8-VSВ. Подсистема кодирования-модуляции имеет две частоты: частоту передачи транспортного потока f_ТР и частоту передачи символов f_симв модулированного сигнала 8-VSВ.

Рисунок 4.12 — Структурная схема подсистемы адаптации к каналу системы 8- VSB АТSС

Эти две частоты должны быть взаимно синхронизированы, исходя из следующего соотношения:

f _ТР = f _симв. (4.4)

Частоты в подсистемах кодирования источников и формирования передаваемого сигнала могут быть асинхронны. В этом случае частотные сдвиги устраняются вводом в транспортный поток специальных пустых пакетов (ноль-пакетов).

4.5.2. Формирование кадра данных системы 8- VSВ АТSС

В системе 8- VSВ АТSС каждый кадр данных состоит из двух полей данных, каждое из которых содержит 313 сегментов (см. на рисунок 4.13).

Первый сегмент данных каждого поля является сигналом синхронизации и включает настроечную последовательность, используемую корректором в приемнике.

Остальные 312 сегментов переносят подвергнутые перемежению данные нескольких транспортных пакетов и соответствующих избыточных данных для прямого исправления ошибок. Каждый сегмент данных состоит из 832 символов. Первые 4 символа передаются в двоичном коде и обеспечивают синхронизацию сегмента и транспортного пакета (1 байт из 188 байтов).

Рисунок 4.13 — Структура кадра данных системы 8- VSB АТSС

Оставшиеся 828 символов каждого сегмента данных по объему эквивалентны 187 байтам транспортного пакета плюс 20 проверочным байтам RS -кода (всего 1656 бит) плюс 828 проверочных битов сверточного кода со скоростью 2/3. Эти 828 символов сегмента передаются как сигналы с 8 уровнями и поэтому переносят три бита на символ. Таким образом, в каждом сегменте данных переносятся 828 3 = 2484 бита данных виртуального защищенного транспортного пакета.

4.5.3. Перемежение и кодирование для канала в системе 8- VSВ АТSС

В системе 8- VSВ АТSС процессы рандомизации и прямого исправления ошибок не применяются к синхробайту транспортного пакета, который при передаче представлен сигналом синхронизации сегмента данных. Используется межсегментный сверточный побайтовый перемежитель, захватывающий 52 сегмента данных. Перемежение обеспечивается на глубину около 1/6 относительно поля данных (4 мс). Перемежению подвергаются только байты данных. Перемежитель должен быть синхронизирован с первым байтом данных поля данных. Для получения большего выигрыша от решетчатого кодирования производится также внутрисегментное перемежение. Структура сверточного перемежителя показана на рисунке 4.14.

Рисунок 4.14 — Структура перемежителя в системе АТSС

В качестве внешнего кода в системе АТSС используется код Рида-Соломона RS (207, 187, t = λ₀). Размер блока информационных данных RS -кода — 187 байтов, к которым для исправления ошибок добавляются 20 проверочных байтов. Общий размер кодированного RS -блока, передающегося в сегменте данных, составляет 207 байтов, причем 20 проверочных байтов передаются в конце сегмента.

В качестве внутреннего кода в системе 8- VSВ используется формирование решетчатой сигнально-кодовой конструкции на основе сверточного кода со скоростью R = 2/3. Структурная схема данного формирователя, объединяющего сверточный кодер и маппер 8-уровневых символов, показана на рисунке 4.15.

Один из двух параллельных битов, поступающих в кодер, кодируется в два выходных бита при помощи сверточного кодера со скоростью R = 1/2, другой входной бит в кодере не изменяется. Однако до ввода в кодер он подвергается предварительному относительному кодированию. Сформированные таким образом триады битов управляют маппером, который отображает входной код из 3 битов в квантованное колебание с 8 разрешенными уровнями, имеющее одномерное созвездие. Таблица отображения бит/символ показана в блоке маппера на рисунке 4.15. После амплитудной модуляции и частичного подавления нижней боковой полосы образуется радиосигнал, называемый 8- VSВ.

Рисунок 4.15 — Кодер решетчатого кода — маппер символов

Для повышения помехоустойчивости в кодирующем устройстве применяется внутрисегментное перемежение. Для этого используют 12 идентичных решетчатых кодеров и предкодеров, обрабатывающих разделенные во времени (чередующиеся) символы данных. Перемежение символов кода осуществляется кодированием символов (0, 12, 24, 36,...) в одной группе, символов (1, 13, 25, 37,...) во второй группе, символов (2, 14, 26, 38,...) в третьей и так далее в цикле из 12 групп.

4.5.4. Модуляция в системе 8- VSВ АТSС

В системе 8- VSВ АТSС используется 8-уровневая амплитудная модуляция с частично подавленной нижней боковой полосой (8- VSВ).

Диаграмма уровней модулирующего сигнала показана на рисунке 4.16. Для согласования этого сигнала с полосой канала 6 МГц используется сглаживание спектра и оптимальная фильтрация в приемнике. Формирование спектра разделено между передатчиком и приемником в стандартном соотношении как корень из полной передаточной характеристики на каждой из сторон.

Рисунок 4.16 — Диаграмма уровней модулирующего сигнала в системе АТSС

Номинальная характеристика полосового системного спектра с косинус-квадратичными срезами, имеющими коэффициент скругления α = 0,1152, показана на рисунке 4.17.

Рисунок 4.17 — Номинальный спектр системы 8- VSB АТSС для канала с полосой 6 МГц

С учетом оптимальной фильтрации спектр вещаемого сигнала реально имеет косинусное скругление; соответствующая характеристика показана на рисунке 4.18.

Рисунок 4.18 — Спектр системы 8- VSB АТSС в канале с полосой 6 МГц