Передатчик вещательной сети

На рис.3 изображена последовательность операций, выполняемых по стандарту [5] над сигналом каждого из транспортных потоков формата

MPEG2.

.

Рис.3

В абонентском устройстве выполняются обратные операции для выделения транспортного потока и последующей обработки его декодером MPEG. Мы не будем изучать алгоритмы реализации каждой из операций и рассмотрим только содержание этих операций и обоснуем необходимость их выполнения.

Транспортный цифровой поток формата MPEG2, поступающий на вход ПВС, может быть последовательным асинхронным стандарта ASI и параллельным синхронным стандарта SPI. Скорость потока может изменяться в широких пределах от нулевой – отсутствие потока до значения v_ТП = 38.1 Мбит/с. Между тем операции в ПВС выполняются с внутренней скоростью v_ГС = 41.34 Мбит/с [4]. Поэтому операция «Физический интерфейс MPEG2» предназначена для автоматического распознавания вида цифрового потока MPEG2, его приёма и выравнивания внешней и внутренней скоростей.

Цифровой поток, передаваемый по сети ЦКТВ, является двуполярным, т.е. логическому нулю соответствует уровень сигнала минус единица, а логической единице – плюс единица. Если количество разнополярных сигналов не одинаково, то в среднем цифровой поток содержит постоянную составляющую. Чем больше её значение, тем больше ошибок совершает абонентское устройство, принимающее цифровой поток. Для уменьшения постоянной составляющей используется операция рандомизации, иногда называемая скремблированием. При её выполнении входной цифровой транспортный поток суммируется с генерируемым в ПВС цифровым потоком псевдослучайной последовательности, в котором количество разнополярных сигналов примерно одинаково.

Сигнал, передаваемый по кабельной распределительной сети подвержен воздействию шумов и помех. Поэтому абонентский приёмник при выделении полезного сигнала совершает ошибки. Значительное количество ошибок может быть исправлено, если при передаче цифрового сигнала использовать помехоустойчивое кодирование. Эта операция, осуществляемая кодером Рида – Соломона, выполняется в ПВС.

Однако исправляющая способность кода Рида – Соломона зависит от вида ошибок. Ошибки могут быть единичными, т.е. разрознёнными и не расположенными рядом друг с другом в цифровом потоке. Они могут быть пакетными, т.е. поражёнными оказываются подряд идущие элементы цифрового потока. Такая ситуация возникает при длительной помехе индустриального или погодного характера, воздействующей на кабельную сеть. Это явление схоже с тем, которое наблюдается в аудио и видеомагнитофонах когда, из-за плохого контакта лента – головка или из-за осыпания магнитного слоя ленты, в считывающей головке происходит выпадение целого фрагмента сигнала. Помехоустойчивые коды легко справляются с единичными ошибками. Однако их исправляющая способность резко падает при наличии пакетных ошибок.

Операция свёрточного перемежения предназначена для предотвращения попадания пакетных ошибок, неизбежно возникающих в тракте передачи, на вход абонентского приёмника цифрового потока. С этой целью в ПВС осуществляется случайная перемена местами (перемежение) подряд идущих элементов цифрового потока. В абонентском приёмнике происходит обратное восстановление порядка следования элементов цифрового потока. Поэтому пакетные ошибки в перемежённом цифровом потоке, возникающие на пути следования, превращаются в единичные в восстановленном цифровом потоке и исправляются декодером Рида – Соломона.

Последующие операции вплоть до операции «Фильтрация по Найквисту» являются подготовительными для модуляции сигнала несущей радиочастоты методом 64QAM.

Для передачи ТП по кабельной распределительной сети используется синусоидальный сигнал U(t) = A sin (2πf_нt + φ), параметрами которого являются амплитуда A, несущая частота f_н, и фазовый угол φ. Если зафиксировать 64 варианта сочетаний параметров A_i, φ_i I=1,…64, то получим 64 различных сигналов U_i(t) = A_i sin (2πf_нt + φ_i), I=1,…64. Разделим ТП на фрагменты из шести последовательно расположенных элементов ТП. Число таких фрагментов, отличающихся друг от друга, равно 2⁶ = 64. Каждому фрагменту, который называется символом, поставим в соответствие один из 64 различных сигналов U_i (t). Таким образом реализуется процесс 64 уровневой модуляции сигнала несущей частоты сигналом ТП.

Получить 64 варианта сочетания параметров A_i, φ_i I=1,…64 можно множеством способов. Один из вариантов, т.е. один из методов модуляции, является наиболее помехоустойчивым и называется квадратурно-амплитудным методом 64QAM.

Представим сигнал U_i (t) в виде суммы двух составляющих:

U_i(t) = A_i sin (2πf_нt + φ_i) = (A_i cos φ_i) sin 2πf_нt + (A_i sin φ_i) cos 2πf_нt

Первая составляющая образует сигнал, называемый синфазным с амплитудой I_i = A_i cos φ_i. Вторая составляющая, сдвинутая относительно первой на угол 90⁰, называется квадратурным сигналом и имеет амплитуду

Q_i = A_i sin φ_i. Рассмотрим плоскость с осями координат I и Q. На этой плоскости, называемой полем или созвездием сигналов (constellation), каждый сигнал изобразим в виде точки с координатами I_i, Q_i. На рис. 4 изображено созвездие сигналов 64QAM, характерное тем, что расстояние между соседними точками (сигналами) одинаково. Это и определяет наибольшую помехоусточивость сигналов 64QAM по сравнению с другими 64 уровневыми сигнала

Рис.4

Длительность символа в 6 раз больше длительности элемента ТП, и, следовательно, скорость следования символов v_симв равна

v_симв = v_ГС /6 = 6.89 Мбод. Тем не менее спектр цифрового потока символов шире полосы ТВ канала 8МГц, выделяемого для передачи потока. В результате прохождения потока символов по каналу с ограниченной полосой сигналы соседних символов накладываются друг на друга. Возникает так называемая межсимвольная интерференция, порождающая ошибки в приёмнике абонентского устройства, Для борьбы с этими ошибками Найквист ещё в 1928 году [7] предложил пропускать поток символов через фильтр, известный в последствии под именем автора и имеющий специальную форму амплитудно-частотной характеристики. На выходе фильтра Найквиста в момент времени, равный середине длительности символа, присутствует только сигнал текущего символа и равны нулю сигналы соседних символов. Этот сигнал поступает на модулятор 64QAM.

При выполнении операции «Формирование группового радиосигнала» происходит суммирование модулированных сигналов нескольких ТП и усиление группового радиосигнала до уровня, необходимого для передачи по КРС.

Для проведения натурных испытаний был изготовлен базовый блок ПВС, внешний вид которого представлен на рис.5. Базовый блок обеспечивает передачу ТП в трёх каналах ТВ. Имеется возможность наращивания количества передаваемых ТП путём цепочечного соединения базовых модулей.

Рис.5

Реализация операций над сигналами осуществляется двумя блоками. В одном из них выполняются все операции вплоть до модуляции 64QAM на промежуточной частоте. Во втором производится перенос сигнала с промежуточной частоты в полосу канала ТВ, выделенного для цифрового ТВ. Формирование группового радиосигнала происходит в блоке сумматора, на входы которого поступают модулированные сигналы трёх ТП. Выходной групповой сигнал передаётся либо непосредственно в КРС, либо на радиовход следующего по цепочке базового модуля.

Дата добавления: 2015-07-11