Способы модуляции применяемые при передаче сигналов цифрового телевидения по радиоканалу

Содержание

4.4. Способы модуляции, применяемые при передаче сигналов цифрового телевидения по радиоканалу Общие требования к способам модуляции
4.4. Способы модуляции, применяемые при передаче сигналов цифрового телевидения по радиоканалу Общие требования к способам модуляции
Способы модуляции, используемые в цифровом телевидении

4.4. Способы модуляции, применяемые при передаче сигналов цифрового телевидения по радиоканалу Общие требования к способам модуляции

Один из основных вопросов, касающихся передачи данных с заданной скоростью, – распределение энергии в спектре электрического сигнала, переносящего данные, и согласование этого распределения с характеристиками канала связи. По своей природе двоичные сигналы – это последовательность прямоугольных импульсов, а для передачи таких импульсов без искажений требуется теоретически бесконечно большая полоса частот. Однако реальные каналы связи могут обеспечить лишь ограниченную полосу частот, поэтому необходимо согласовывать передаваемые сигналы с параметрами каналов. Такое согласование выполняется благодаря кодированию исходных данных за счет обеспечения специальной формы импульсов, переносящих данные, например, путем сглаживания прямоугольной формы спектральной плотности импульса по косинусоидальному закону, а также с помощью различных видов модуляции.

Модуляция несущей цифровыми сигналами заключается в том, что модулируемый параметр несущей может принимать в результате модуляции ряд дискретных значений. Параметры несущего колебания меняются дискретно и во времени. Интервал времени, в течение которого эти параметры остаются постоянными, называется символьным интервалом или интервалом канального символа. В течение каждого символьного интервала передается один бит или одновременно несколько бит, образующих канальный символ.

Если сообщения передаются двоичными символами, то скорость передачи данных не может превышать значения 2F_к бит/с или 2 бит/с на 1 Гц полосы пропускания канала связиF_к. Предел удельной скорости передачи данных с помощью двоичных символов, равный 2 (бит/с)/Гц, называется также барьером Найквиста [36]. Теоретически «барьер Найквиста» может быть преодолен за счет повышения отношения сигнал/шум в канале связи до очень большого значения, что практически не возможно. Для повышения эффективности использования полосы частот канальный символ должен содержать по возможности больше бит передаваемой информации. Для этого в каждый момент времени сигнал в канале связи должен иметь не два, а больше возможных значений. Поэтому для повышения удельной скорости передачи данных (преодоления барьера Найквиста) необходимо перейтик многопозиционной(комбинированной)модуляции, при которой каждая электрическая посылка несет более 1 бита информации.

К способам многопозиционной модуляции, используемым в системах наземного цифрового телевидения, относится частотное уплотнение с ортогональными несущими(OFDM–OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing).

В современных системах цифрового наземного телевидения модуляцию несущей совмещают с помехоустойчивым кодированием, при котором вводится дополнительная избыточность, обеспечивающая повышение помехоустойчивости. Такую модуляцию, совмещенную с кодированием, называют кодированной модуляцией(CodedModulation). В частности, сочетание помехоустойчивого кодирования сOFDMназываютCOFDM(CodedOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing).

При выборе метода модуляции очень важно учитывать характеристики канала передачи.

Практически в любом канале связи наземного телевидения со стандартными полосами частот 6,7 и 8 МГц возникают помехи из-за многолучевого приема, обусловленного рельефом местности, и отражений, вызванных как статическими объектами, например зданиями, так и динамическими объектами, например, самолетами. В этом случае основным разрушающим фактором для цифрового канала становится интерференция, при которой в декодер поступают две (или несколько) одинаковые по характеру чередования символов, но сдвинутые по времени последовательности. Если задержка одного из лучей становится равной или больше половины длительности символа, происходит резкий рост цифровых ошибок, вплоть до полного разрушения канала.

Каналы связи наземного телевидения отличает высокий уровень промышленных помех. Из-за переполнения частотного диапазона, в котором возможно наземное вещание, велика вероятность интерференционных помех за счет взаимодействия с сигналами совмещенных и соседних каналов. При выборе способа модуляции в наземном цифровом телевидении следует учитывать способность работы в условиях приема на комнатные антенны и антенны портативных телевизионныхприемников, а также возможность функционирования в одночастотных сетях. При этом прием сигналов цифрового телевидения в мобильных условиях рассматривается не как обязательное требование, а как желательная возможность. Способность работы в условиях быстроменяющихся характеристик канала связи также не является абсолютным условием. В данном случае примером одночастотной сети может служить сеть синхронных радиопередатчиков малой мощности, располагающихся в зонах плохого приема сигнала основного передатчика и работающих на той же самой частоте, что и основной.

Модуляция типа COFDMотвечает сформулированным выше требованиям.

Источник

4.4. Способы модуляции, применяемые при передаче сигналов цифрового телевидения по радиоканалу Общие требования к способам модуляции

При выборе метода модуляции очень важно учитывать характеристики канала передачи.

Модуляция типа COFDMотвечает сформулированным выше требованиям.

Источник

Способы модуляции, используемые в цифровом телевидении

Введение

В настоящее время переход отечественной телевизионной техники на цифровой формат является весьма актуальным, планируется перевести всё вещание к цифровой форме до 2015 год. В мировой практике ТВ вещания уже функционируют три основных системы DVB-T (Великобритания), ATSC (США) и ISDB-T (Япония), которые разрабатывались для одновременной передачи данных различных служб. Так для телевидения высокой четкости требуется большая скорость потока передаваемых данных; для служб звукового вещания и передачи, данных основное требование — мобильный прием на портативные переносные приемники в условиях одночастотных сетей. Для передачи информации от датчиков и компьютерных данных необходима высокая надежность и защита от возможных помех и шумов канала связи.

Необходимость перехода к цифровым системам видео и звука связано не только с требованиями повышения качества воспроизводимой информации. Такой переход с экономической точки зрения позволяет более эффективно использовать разрешенную ширину спектра сигнала, что удовлетворяет требованиям увеличения числа одновременно транслируемых телевизионных и радиовещательных программ при том же частотном распределении спектра.

Проведенные испытания выявили, что наиболее эффективной по таким параметрам как помехоустойчивость, электромагнитная совместимость, развитость и преемственность цифровых технологий является DVB (Digital Video Broadcasting).

Особенность системы DVB — возможность иерархической передачи и приема данных. Допускает два режима работы: 2k(2048 несущих) для одиночных передатчиков и малых сетей и 8k(8192 несущих) для больших сетей. Так же допускает гибкий обмен между скоростью передачи данных и помехозащищенностью.

В России разработана и распоряжением Правительства России от 21 декабря 2000 г. введена в действие концепция «О внедрении в Российской Федерации европейской системы цифрового телевизионного вещания DVB». Концепция предусматривает развертывание в России к 2015 году развитой сети наземного и кабельного цифрового вещания, базирующихся на общеевропейском стандарте DVB. В соответствии с этой Концепцией создание сети цифрового наземного ТВ вещания в России должна завершиться в 2015 году.

Теоретический раздел

Основные положения цифрового представления и обработки телевизионного и звукового сигналов

Принципы цифрового кодирования телевизионного и звукового сигналов

Процесс цифрового кодирования аналогового ТВ сигнала начинается с его дискретизации, которая представляет собой замену непрерывного аналогового сигнала U(t) последовательностью отдельных во времени отсчетов этого сигнала. Наиболее распространенной формой дискретизации является равномерная дискретизация с постоянным периодом, в основе которой лежит теорема Найквиста-Котельникова. Частота дискретизации f_д, выбранная в соответствии с теоремой Найквиста-Котельникова, равна:

где f_гр — верхняя граничная частота спектра ТВ сигнала. (Для отечественного вещательного ТВ стандарта f_гр = 6.25 МГц).

В системах цифрового телевидения с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ) частоту дискретизации f_д выбирают несколько выше минимально допустимой, определяемой теоремой Найквиста-Котельникова. Связано это с условием отсутствия перекрытия побочных спектров в спектре дискретизированного сигнала, обеспечивающего гарантированное исходное качество сигнала при его обратном преобразовании в аналоговую форму с помощью низкочастотной фильтрации. Поэтому при верхней граничной частоте f_гр = 6.25 МГц/_ддолжна выбираться не менее 12.5 МГц.

Выбор f_д во многом зависит от вида структуры отсчетов, т. е. от относительного их положения на ТВ экране, которая может быть фиксированной (отсчеты располагаются на одних и тех же позициях в соседних кадрах) или подвижной (отсчеты меняют свое положение).

Искажения, возникающие в процессе дискретизации, менее заметны в фиксированных структурах дискретизации. Различают следующие виды фиксированных структур дискретизации: строчно-шахматную, кадрово-шахматную и ортогональную. В строчно-шахматной структуре используется строчное чередование точек, образованное в результате сдвига на половину интервала дискретизации отсчетов соседних строк данного поля. Кадрово-шахматная структура образуется путем сдвига отсчетов соседних полей на половину интервала дискретизации. Практическое применение получила фиксированная ортогональная структура, отсчеты которой расположены на ТВ экране вдоль вертикальных линий периодично по строкам, полям, кадрам. Позволяя суммировать соседние поля чересстрочного разложения без потери разрешающей способности по горизонтали и вертикали, ортогональная структура дискретизации идеальна для выполнения различных интерполяций в преобразователях стандартов, аппаратуре видеоэффектов, устройствах сокращения избыточности информации. Это обстоятельство явилось основным при выборе ортогональной структуры для базового стандарта цифрового кодирования.

За процессом дискретизации при преобразовании аналогового сигнала в цифровую форму следует процесс квантования. Квантование заключается в округлении полученных после дискретизации мгновенных значений отсчетов до ближайших из набора отдельных фиксированных уровней. Квантование представляет собой дискретизацию ТВ сигнала не во времени, а по уровню сигнала U(t).

Фиксированные уровни, к которым «привязываются» отсчеты, называют уровнями квантования. Разбивая динамический диапазон изменения сигнала U(t) уровнями квантования на отдельные области значений, называемые шагами квантования, образуют шкалу квантования. Следствием этого становится появление в сигнале специфических шумов, называемых шумами квантования. Ошибки квантования или шумы квантования на изображении могут проявляться по-разному, в зависимости от свойств кодируемого сигнала. Если собственные шумы аналогового сигнала невелики по сравнению с шагом квантования, то шумы квантования проявляются на изображении в виде ложных контуров. В этом случае плавные яркостные переходы превращаются в ступенчатые, и качество изображения ухудшается. Наиболее заметны ложные контуры на изображениях с крупными планами. Этот эффект усугубляется на подвижных изображениях. Когда собственные шумы аналогового сигнала превышают шаг квантования, искажения квантования проявляются уже не как ложные контуры, а как шумы, равномерно распределенные по спектру. Флуктуационные помехи исходного сигнала как бы подчеркиваются, изображение в целом начинает казаться более зашумленным.

Обычно используется линейная шкала квантования, при которой размеры зон одинаковы.

Число уровней квантования, необходимое для высококачественного раздельного кодирования составляющих цветового ТВ сигнала, определяется экспериментально. Очевидно, что с ростом этого числа точность передачи уровневой информации возрастает, шумы квантования снижаются, но при этом растет информационный поток и расширяется необходимая для передачи полоса частот. С другой стороны, при заниженном числе уровней квантования ухудшается качество изображения из-за появления на нем ложных контуров. Кроме того, слишком велики, а потому и заметны шумы квантования. Недостаточное число уровней квантования особенно неприятно сказывается на цветных изображениях. В этом случае шумы квантования проявляются в виде цветных узоров, особенно заметных на таких сюжетах, как лицо крупным планом, на плавных перепадах яркости.

Пороговая чувствительность глаза к перепадам яркости в условиях наблюдения, оптимальных для просмотра ТВ передач, по экспериментальным данным около 1%, а это значит, что два соседних фрагмента изображения, отличающихся по яркости на 1%, воспринимаются как раздельные части изображения. Таким образом, кодирование сигнала яркости с числом уровней квантования меньшим или равным 100 ведет к появлению на изображении ложных контуров, что заметно ухудшает его качество. Следовательно, ближайшее число S двоичных символов (битов) в каждой кодовой комбинации, при которой ложные контура не видны, будет равным 7 (S = 7). Чтобы сделать оптимальный выбор значения S, следует оценить уровень шумов квантования. Для количественной оценки влияния шумов квантования на качество ТВ изображения целесообразно использовать специальный параметр — отношение сигнал-шум квантования ѱ_кв, дБ.

В случае линейной шкалы квантования отношение сигнал-шум квантования ѱ_кв, дБ определяется следующей известной формулой [1]

Ψ_кв_, _Дб = 20 lg = 6,02S + 10lg12≈ 6S + 10,8 (1)

где ΔU — шаг квантования; т — число уровней квантования;

S — длина кодового слова, т. е. число бит, с помощью которых можно записать в двоичной форме любой номер уровня квантования до т включительно (т = 2);

m∆U — размах сигнала, подвергаемого квантованию;

ΔU/ — результирующее напряжение шума квантования.

Если S = 7, то ѱ_кв,= 52,8 дБ. Очевидный недостаток семиразрядного квантования заключается в близости к порогу по шумам квантования и ложным контурам. Дальнейшие исследования показали, что для высококачественного раздельного кодирования ТВ сигнала необходимо, как минимум, 8-битовое квантование. Фактически используются не все 256 уровней 8-разрядного квантования (от 0 до 255), а несколько меньше. Обычно не используют полный динамический диапазон аналого-цифрового преобразователя (АЦП), если существует опасность его превышения в процессе эксплуатации. На практике превышение динамического диапазона АЦП может возникать из-за эксплуатационной нестабильности уровня видеосигнала, появления выбросов при использовании фильтров с резким ограничением амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), переходных процессов схемы фиксации уровня и др. Учитывая это, для аналого-цифрового преобразования видеосигнала предложено выделить только 220 уровней, а уровню черного и номинальному уровню белого поставить в соответствие уровни 16 и 235. Таким образом, предусматривается запас в 16 уровней «снизу» и 20 уровней «сверху» при положительной полярности видеосигнала. Это различие учитывает неодинаковость восприятия возникающих помех дискретизации на черном и белом.

Результаты вышеназванных исследований вошли в Рекомендацию Международного консультативного комитета по радио (МККР) 11/601, разработанную в 1982 г. для цифрового телевидения, в которой приводятся значения основных параметров цифрового кодирования ТВ сигнала для АСК телецентров, работающих со стандартом разложения как на 625 строк, так и на 525. После вхождения МККР в состав Международного союза электросвязи (МСЭ) данная Рекомендация получила обозначение МСЭ-Р601. В соответствии с этой Рекомендацией предложено осуществлять раздельное кодирование яркостного E_у и цветоразностных сигналов E_R_._y и E_b_—_y. Причем для сигнала Е_у частота дискретизации выбрана 13.5 МГц. С учетом необходимости образования общего цифрового потока и фиксированной структуры отсчетов, выбранная частота дискретизации цветоразностных сигналов равна половине частоты дискретизации сигнала яркости, т. е. 6.75 МГц. Поэтому стандарт цифрового кодирования условно обозначается соотношением 4:2:2, что отражает соотношение частот дискретизации сигнала яркости и двух цветоразностных сигналов, а также одновременность их передачи. При этом яркостный и цветоразностные сигналы подвергаются 8-разрядному квантованию, т. е. S = 8 [2]. Рекомендация МСЭ-Р601 учитывает, что исходные аналоговые сигналы E_Y, E_ry, Е_в.у являются гамма-корректированными, т. е. их получают путем матрицирования гамма-корректированных цветоделенных сигналов E_R, E_G, Е_в видеодатчика. Обработка негамма-корректированных видеосигналов требует увеличения разрядности квантования по крайней мере до 11 бит, чтобы избежать заметности помех квантования в области черного. При использовании стандарта цифрового кодирования 4:2:2 путем объединения цифровых потоков яркостного и цветоразностных сигналов в случае 5=8 суммарная скорость передачи цифровой информации равна 216 Мбит/с.

На практике внедрение стандарта цифрового кодирования 4:2:2 уменьшает отличие между основными стандартами разложения 625/50 и 525/60 и обеспечивает более высокий уровень их совместимости. Это достигнуто унифицированием длительности активной части строки в двух системах развертки и выбором одинакового числа отсчетов на активной части ТВ строки: для сигнала яркости 720 отсчетов, а для каждого из цветоразностных сигналов — по 360 отсчетов.

Для получения более высокого качества изображения необходим стандарт с использованием широкополосных сигналов основных цветов R, G, В (или сигнала яркости и двух цветоразностных сигналов) и частоты дискретизации не ниже 13,5 МГц для каждого из них (условное обозначение 4:4:4). Скорость цифрового потока при этом стандарте составит 324 Мбит/с. Предусмотрена возможность применения стандарта более низкого уровня (например, для комплексов видеожурналистики) с условным обозначением 2:1:1 (частоты дискретизации соответственно равны 6,75 МГц и 3,375 МГц). Таким образом, создается иерархия (семейство) совместимых стандартов цифрового кодирования.

Требование совместимости семейства стандартов цифрового кодирования заключается в сравнительно простом переходе от одного стандарта к другому. Если учесть, что все стандарты базируются на ортогональной структуре дискретизации, то, например переход от стандарта 4:4:4 и 4:2:2 получается отбрасыванием каждого второго отсчета цветоразностных сигналов, а переход от стандарта 4:2:2 к 4:1:1 осуществляется отбрасыванием каждых трех отсчетов (рисунок 1). Аналогично переход от стандарта 4:1:1 к стандартам 4:2:2 и 4:4:4 будет заключаться в восстановлении недостающих отсчетов цветоразностных сигналов.

Современный прогресс технологии интегральных микросхем позволил начать промышленный выпуск 10-разрядных АЦП и ЦАП для кодирования и декодирования ТВ сигналов, что дает возможность разработчикам студийной ТВ аппаратуры особо высокого класса качества перейти от 8-разрядного к 10-разрядому кодированию. В данном случае одним из ключевых моментов является уровень шума квантования. Видеосигнал с 8-битовым квантованием может иметь отношение сигнал-шум, равное 58.8 дБ, с 10-битовым квантованием — до 70.8 дБ. При этом следует учесть, что в некоторых аналоговых устройствах отношение сигнал-шум уже достигает 65 дБ. Это и определяет соответствующие требования к цифровому оборудованию. Кроме того, по ряду ответственных операций, например, микширования, монтажа 8-битовое квантование не обеспечивает требуемого качества, а в некоторых случаях, например, в цифровых ТВ камерах, необходимо даже 14-битовое квантование.

Разрабатываемые системы ТВЧ имеют примерно удвоенную разрешающую способность по вертикали и, как минимум, удвоенную разрешающую способность по горизонтали. К настоящему времени для целей студийного производства (в АСК) и ТВ вещании предложено два стандарта: 1125/60/2:1 и 1250/50/2:1. Непосредственно для производства и международного обмена программами ТВЧ предлагаются стандарты: 1080/25/1:1, 1080/30/1:1, 1080/50/1:1, 1080/60/1:1, 1080/50/2:1, 1080/60/2:1. Кроме того, в последнее время предложен стандарт 1080/24/1:1, который использует частоту кадров 24 Гц при прогрессивной развертке. Следует заметить, что подобная частота смены кадров применяется в кинематографе. Поэтому благодаря этому стандарту электронная и киноверсия кинофильма совпадают, что облегчает международный обмен кинопрограммами, которые редактируются в электронном виде и могут передаваться по цифровым каналам связи. Таким образом, на основе цифровых технологий впервые удалось эффективно объединить интересы ТВЧ вещания и массового электронного кинематографа.

Использование цифровых методов в ТВЧ позволило во многом унифицировать множество предложенных стандартов за счет применения единого формата (16:9) изображения ТВЧ, предусматривающего 1080 активных строк в кадре с чересстрочным или прогрессивным разложением при 1920 отсчетах в активной части строки для яркостного сигнала (для цветоразностных сигналов число отсчетов в активной части строки установлено равным 960). Предполагается переключаемая частота кадров 24, 25, 30 кадров в с при частоте полей 50/60 полей в с. (Рекомендация МСЭ-Р ВТ.709Д принятая в июне 1999 г. [3]). Формат 16:9 означает формирование квадратной структуры отсчетов, что соответствует квадратным элементам изображения на экране, обычно используемым в компьютерной технике.

Разработка Рекомендации МСЭ-Р ВТ.709-3 впервые в мировой практике позволяет создать единую линейку студийного цифрового оборудования, удовлетворяющего требованиям видео и кинопроизводства, а также обмена передачами ТВЧ.

Основные параметры цифрового кодирования вещательных стандартов ТВЧ, согласованные в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Р ВТ.709-3, приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Параметры цифрового кодирования вещательных стандартов ТВЧ

Значение основных параметров

1125/60/2:1 1250/50/2:1 Частота дискретизации сигнала яркости E_Y, МГц 74,25 (33х2,25) 72 (33х2,25) Частота дискретизации цветоразностных сигналов E_R_—_Y, E_B_—_Y_, МГц 37,125 (33/2х2,25) 26 (33/2х2,25) Вид кодирования Линейное,8 или 10 бит для каждого сигнала Линейное,8или 10 бит для каждого сигнала Скороть результирующего цифрового потока при 8-битовом кодировании, Мбит/с 1188 1152 Скороть результирующего цифрового потока при 10-битовом кодировании, Мбит/с 1485 1440

Таким образом, при реализации цифровых способов кодирования ТВ изображений, основанных на классической ИКМ, необходимо оперировать с высокой скоростью цифрового потока, достигающей нескольких сотен или даже полутора тысяч (в случае ТВЧ) Мбит/с и это рождает много проблем как при передаче видеоданных по каналам связи, так и при их обработке, например, консервации, т. е. записи. Снизить указанные скорости цифрового потока позволяют методы эффективного сокращения объемов психофизиологической и статистической избыточности составляющих видеоинформации, например, разработанные на их основе способы видеокомпрессии, являющиеся ключевыми процессами цифровых технологий.

Форматы цифрового преобразования в звуковых устройствах различного назначения существенно отличаются. У них не совпадают законы кодирования отсчетов, способы защиты от ошибок, число звуковых каналов в одном потоке, характер и объем служебной информации.

Отношение сигнал-шум квантования для звуковых сигналов ѱ_кв дБ можно оценить по следующему выражению:

Ψ_кв,Дб = 6S – 20lgP + 4,8 (2)

где Р — значение пик-фактора звукового сигнала. Для сигнала звукового сопровождения ТВ передач значение пик-фактора зависит от характера ТВ программ и меняется в пределах от 7 до 25 дБ (в логарифмических единицах измерения). В среднем считается, что он равен 12. 15 дБ, поэтому для вещательного телевидения Ψ_зв _дБ = 6S — 8.2.

Учитывая более высокую чувствительность слухового аппарата к шумам квантования по сравнению со зрительным аппаратом, в оборудовании студийных аппаратных применяют равномерное квантование отсчетов с числом разрядов не менее 16 и дискретизацию с частотой 48 кГц. В пультах звукорежиссера и устройствах шумоподавления применяется даже 24-битовое квантование звуковых сигналов.

В системах записи на оптические диски аналоговый звуковой сигнал дискретизируется с частотой 44.1 кГц, а число бит, приходящихся на один отсчет дискретизации, равно 32, т. е. по 16 бит (2 байта) соответственно для правого и левого каналов стереозвука.

Способы модуляции, используемые в цифровом телевидении

2.2.1Общие требования к способам модуляции

Как известно, для передачи прямоугольных импульсов без искажений требуется теоретически бесконечно большая полоса частот. Однако реальные каналы связи могут обеспечить лишь ограниченную полосу частот, поэтому необходимо согласовывать передаваемые сигналы с параметрами каналов. Такое согласование выполняется благодаря кодированию исходных данных за счет обеспечения специальной формы импульсов, переносящих данные, например, путем сглаживания прямоугольной формы спектральной плотности импульса по косинусоидальному закону, а также с помощью различных видов модуляции.

Если сообщения передаются двоичными символами, то скорость передачи данных не может превышать значения 2AF_K бит/с или 2 бит/с на 1 Гц полосы пропускания канала связи AF_K. Предел удельной скорости передачи данных с помощью двоичных символов, равный 2 (6ит/с)/Гц, называется также «барьером Найквиста» [8]. Теоретически «барьер Найквиста» может быть преодолен за счет повышения отношения сигнал-шум в канале связи до очень большого значения, что практически невозможно. Поэтому для повышения удельной скорости передачи данных (преодоления «барьера Найквиста») необходимо перейти к многопозиционной (комбинированной) модуляции, при которой каждая электрическая посылка несет более 1 бита информации.

К способам многопозиционной модуляции, используемым в системах цифрового телевидения, относятся: квадратурная амплитудная модуляция (QAM), квадратурная фазовая манипуляция или четырехпозиционная фазовая манипуляция (QPSK), частотное уплотнение с ортогональными несущими (OFDM — Orthogonal Frequency Division Multiplexing) и восьмиуровневая амплитудная модуляция с частично подавленной несущей и боковой полосой частот (8-VSB — Vestigial Side Band).

При выборе метода модуляции очень важно учитывать характеристики канала передачи. Для каналов спутниковой и кабельной цифровых систем телевидения в качестве оптимальных (обеспечивающих заданное качество при минимальной сложности ТВ приемников) были выбраны способы модуляции одной несущей. Причем в системах цифрового спутникового ТВ вещания, использующих каналы связи с полосой 27 МГц для непосредственного ТВ вещания и 30, 33, 36, 40, 46, 54 и 72 МГц для фиксированных служб спутниковой связи, целесообразно применять модуляцию типа QPSK. При этом обеспечиваются достаточно выгодное соотношение мощности и полосы пропускания бортового оборудования искусственного спутника Земли (ИСЗ), возможность работы в условиях характерной для транспондеров нелинейности, обусловленной амплитудной и фазовой характеристиками бортового усилителя, и простота реализации декодеров, встроенных в спутниковые приемники. В противоположность наземным вещательным и кабельным каналам на спутниковый канал линейные помехи оказывают меньшее влияние. Модуляция типа QPSK применяется совместно со схемой опережающей коррекции ошибок FEC, основанной на взаимодействии алгоритмов кода коррекции ошибок Рида-Соломона и сверточного кода.

При этом сверточный код должен иметь гибкую структуру для работы при разных кодовых скоростях, равных 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8. (Знаменатель численного значения кодовой скорости соответствует общему количеству битов кодовой комбинации, а числитель — числу информационных битов, следовательно, по значению кодовой скорости можно оценить число проверочных символов, добавляемых в каждую кодовую комбинацию). В приемных устройствах в этом случае используются последовательная демодуляция и мягкое декодирование Витерби. Применение QPSK-модуляции позволяет обеспечить устойчивый прием при соотношении сигнал-шум на входе спутникового ТВ приемника до 6 дБ.

Для цифровых кабельных ТВ систем, не имеющих ограничений по мощности, позволяющих регулировать отношение сигнал-шум и использующих каналы связи с полосой пропускания 8 МГц, предложено применить модуляцию типа QAM. За счет применения в кабельных цифровых ТВ системах модуляции типа QAM отсутствует необходимость во внутреннем коде системы опережающего исправления ошибок.

Каналы связи наземного телевидения со стандартными полосами частот 6-8 МГц значительно отличаются от каналов спутникового и кабельного телевидения. Практически в любом канале связи наземного телевидения возникают помехи из-за многолучевого приема, обусловленного рельефом местности, и отражений, вызванных как статическими объектами, например зданиями, так и динамическими объектами, самолетами.

При этом прием сигналов цифрового телевидения в мобильных условиях рассматривается не как обязательное требование, а как желательная возможность. Способность работы в условиях быстроменяющихся характеристик канала связи также не является абсолютным условием. В данном случае примером одночастотной сети может служить сеть радиопередатчиков малой мощности, располагающихся в зонах плохого приема сигнала основного передатчика и работающих на той же самой частоте, что и основной. Из всех известных способов модуляции сформулированным выше требованиям отвечают два вида многопозиционной модуляции: 8-VSB и OFDM [9].

Дата добавления: 2018-02-18 ; просмотров: 1475 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник