Отчет мсэ-r bt. 2140-1 (05/2009)



страница7/55
Дата31.10.2016
Размер2.7 Mb.
Просмотров2919
Скачиваний0
ТипОтчет
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   55

2.4 Цифровые радиовещательные технологии и системы

2.4.1 Основы цифровых технологий


Существует несколько основных технологий, которые лежат в основе цифровых радиовещательных систем. Наиболее важные описываются ниже.

2.4.2 Основные положения


Цифровые системы, даже несмотря на то что они были разработаны раньше, для своего распространения должны дождаться создания технологий "РАДИОЛОКАЦИИ" и "ЛАЗЕРА".

Компьютерная технология, доступная сегодня на рынке, оборудованная транзисторами 30 нм с частотой 20 ГГц или выше, статической памятью большого объема, позволяющими применять программное обеспечение и алгоритмы, которые становятся все быстрее и мощнее, позволяет облегчить замену аналоговых систем.

Данные новые технологии также могут способствовать конвергенции радиовещания и электросвязи.

В некоторых Государствах – Членах МСЭ рынок цифрового звукового и телевизионного вещания продолжает оставаться преуспевающим, и там существующие трудности носят скорее регуляторный и экономический, нежели технологический, характер, хотя продолжают запускаться новые проекты.

В Европе почти все государства – члены ЕС приняли политические меры для продвижения цифрового телевидения. Некоторые государства – члены ЕС также предприняли схожие действия для цифрового радиовещания.

2.4.2.1 ИКМ и дискретизация


В большинстве случаев воспроизведение и обработка цифровых сигналов основаны на импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). ИКМ была изобретена в 30-х годах XX века и позволяет воспроизводить сигнал аналоговой формы в виде цепочки чисел, известной как бинарный поток. В своем самом простом виде этими цифрами являются "1" и "0" (шифрование вкл./выкл.), воспроизводящие двоичные величины. Преимущество этого способа перед традиционной аналоговой передачей заключалось в том, что, если качество канала было достаточно для различения "1" и "0", исходный сигнал можно было воспроизвести с заданной точностью. Цифровые системы обрабатывают сигналы, манипулируя числами. Получение благодаря отрасли ИТ еще более мощных и быстрых устройств обработки цифровых данных сделало возможности улучшенной обработки сигналов весьма значительными.

В процессе ИКМ существуют два основных элемента.

Первым является "Дискретизация". Аналоговый сигнал представляется в виде серий дискретных выборок. Так как аналоговый сигнал должен достаточно часто проходить выборку, чтобы позволить правильно воспроизвести исходный сигнал, в том чтобы проводить дискретизацию чаще, чем это необходимо, нет никакой нужды. Теорема дискретизации Найквиста-Шеннона определяет минимальную частоту дискретизации, как величину в два раза больше компонента самой высокой частоты, присутствующего в исходном аналоговом сигнале. Дискретизация на меньшей частоте дает в результате эффект, называемый наложением спектров, знакомый большинству людей по "вестернам", когда кажется, что колеса дилижанса катятся в обратную сторону. В этом примере частота дискретизации является частотой кадров камеры, которой недостаточно для отражения положения соседних спиц колеса. Этот эффект успешно применяется для стробоскопического изучения быстро движущихся объектов.

Вторым является "Оцифровка". Каждый отдельный отсчет должен быть преобразован в (обычно) двоичное число при помощи аналого-цифрового преобразования. Имея достаточное качество и разрешающую способность в самом преобразователе, это можно сделать с любым уровнем точности. Ценой высокого качества являются длинные двоичные числа, которые в свою очередь требуют широкой полосы пропускания, если их нужно передавать в режиме реального времени. Шумовая характеристика всей системы ограничивается разрешающей способностью аналогово-цифрового преобразования. Любое цифровое представление аналоговой величины имеет ошибку, которая меньше или равна половине наименьшего значимого бита в двоичном числе. Шумовой компонент называется шумом квантования и заметно снижается с увеличением количества битов в цифровом отсчете.


2.4.2.2 Биты, символы, КАМ и IP


Поскольку цифровое представление практически неизменно использует двоичные числа, будет неэкономично просто передавать "1" и "0" по каналу, способному передавать аналоговые сигналы. Возможности канала часто можно использовать более эффективно, используя также промежуточные уровни. При переходе на четыре уровня, например "0", "⅓", "⅔" и "1", каждый уровень может отражать 2 двоичных бита; "00", "01", "10" и "11", соответственно. Каждый дискретный уровень, или "символ", теперь несет двойной объем информации. В зависимости от шума в канале можно разложить еще больше каналов, что позволяет каждому символу нести больше информации. В системах, использующих несущую или поднесущую, фаза несущей может так же различаться с некоторыми дискретными шагами. Это называется фазовой манипуляцией (ФМн), часто определяемой, как B(двоичная)ФМн для 180º фазовых сдвигов и Q(квадратурная)ФМн для 90º.

Квадратурная амплитудная модуляция (КАМ) одновременно модулирует и амплитуду и фазу несущей. Каждый символ определяется уникальной комбинацией амплитуды и фазы, выбранной для уменьшения вероятности того, что из-за помех (шума) можно перепутать один любой символ с другими, имеющими близкие значения амплитуды и фазы. Так как может использоваться любой набор символов, то в радиовещательных приложениях чаще всего применяются 64-QAM с 64 (26) с уникальными символами и 16-QAM с 16 (24) с уникальными символами; 4-QAM является вариантом QФМн. 64-QAM несет 6 двоичных битов, а 16-QAM несет 4.

Обычно выражение N-QAM можно выразить математически. Очевидно, что это вызывает равномерное распределение точек N на общей проекции. Обычно это называется "группировка".

РИСУНОК 3





СХЕМА МОДУЛЯЦИИ
16-
QAM

Примечание 1: Каждая точка в группировке занимает блок, размер которого (2x на 2x) определяется амплитудой сигнала. Если совокупное воздействие амплитуды и фазового шума приводит к перемещению символа в соседний блок, точное декодирование невозможно, поскольку символ будет перепутан с одним из соседних.

2.4.2.3 Мультиплексирование с временным и частотным разделением


Часто в данном канале бывает выгодно передавать несколько двоичных потоков. Один из методов – мультиплексирование с частотным разделением (ЧРК) назначает каждый двоичный поток разным поднесущим и добавляет все готовые для передачи поднесущие. Это всем известный способ, он используется в течение очень долгого времени для мультиплексирования аналоговых сигналов. Он опирается на то, что общей пропускной способности канала достаточно для того, чтобы вместить суммарную ширину полосы отдельных компонентов.

Мультиплексирование с разделением по времени (TDM) может использоваться только с цифровыми системами и помещает биты (или группы битов) из одного потока в последовательность с битами из других потоков. В своем самом простом виде за одним битом из потока 1 следует бит из потока 2, затем из потока 3 и т. д., пока снова не подойдет очередь бита из потока 1. Очевидно, что чем сложнее структура перемежения, тем сложнее будут способы восстановления данных и синхронизации. Очевидно, что пропускная способность канала в битах в секунду, должна быть больше или равна скорости передачи в битах всех составляющих двоичных потоков.

Перемежение по времени и частоте и код коррекции ошибок представляют собой другие два важных способа, которые следует иметь в виду.

2.4.2.4 Кодированное ортогональное мультиплексирование с разделением по частоте (COFDM)


Кодированное ортогональное мультиплексирование с разделением по частоте (COFDM) интенсивно используется в системах наземного цифрового радиовещания. Первые эксперименты с цифровым радиовещанием показали, что могут быть серьезные проблемы с многолучевым приемом в городских районах. Может приниматься задержанная копия сигнала с величиной, сравнимой с прямым сигналом и такой задержкой, что соседние (или даже более отдаленные) символы будут путаться и создавать помехи друг другу. Решением проблемы было уменьшение эффективной скорости передачи данных и добавление буферного интервала (так называемого "защитного интервала"), чтобы стабилизировать влияние любого отраженного вносимого шума. Вместо передачи двоичного потока с полной скоростью, его делят на множество подпотоков (практически противоположно TDM), каждый передается с намного меньшей скоростью, и каждый модулируется на разных поднесущих; явный пример мультиплексирования с разделением по частоте. Так как скорость передачи данных на каждой поднесущей относительно невелика, они могут быть расположены близко друг от друга, и большое количество вписывается в полосу пропускания канала. В системах COFDM каждая несущая фактически несет N-QAM сигнал с N обычно равным 4, 16 или 64 в приложениях радиовещания.

Следовательно, каждая поднесущая в схеме ЧРК до демодуляции выделяется из массива при помощи фильтрации. Это требует определенного разделения, или "защитной полосы", между модулированными поднесущими. Если частоты поднесущих выбирались правильно, они могут быть сделаны математически ортогональными. Это значит, что они могут располагаться ближе и даже частично пересекаться. Ортогональность означает, что агрессивное воздействие соседней поднесущей, когда они объединены в течение всего символьного периода, уменьшается практически до нуля, (только) если соседняя поднесущая не модулирована. Проще говоря, существует целое число циклов соседней поднесущей в пределах длины символа, когда необходимая поднесущая была передана в основной диапазон.

Любой канал радиопередачи неизбежно будет затронут плоскими или селективными замираниями. Следует надеяться, что полосы пропускания канала будет достаточно для его уменьшения, но селективные замирания иногда будут затрагивать один или группу соседних каналов в мультиплексной передаче. Перемежение приведет к тому, что любые ошибки в принятом сигнале могут быть распространены так, чтобы оказывать небольшое воздействие на большое количество отсчетов, а не значительное воздействие на несколько отсчетов. Кодирование, или только кодирование с коррекцией ошибок, используется в COFDM для уменьшения воздействия селективных замираний и случайного "выпадения" на общий принимаемый сигнал.

COFDM объединяет большинство, если не все способы, описанные в предыдущих разделах, и предоставляет схему модуляции, которая является и эффективной и надежной.




Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   55


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал