CC BY
103
УДК 51.001.57.861.518
С.В. Спиридонов, М.С. Светлов МЕХАНИЗМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗНОСТИ ФАЗ СИГНАЛОВ КАК МЕТОД ИСКЛЮЧЕНИЯ «ПАРАЗИТНОГО» ВЛИЯНИЯ ОТРАЖЕННЫХ СИГНАЛОВ В СИСТЕМАХ ЦИФРОВОГО ТЕЛЕРАДИОВЕЩАНИЯ СТАНДАРТА DVB-T
Рассматривается вопрос исключения защитного интервала в системе цифрового телерадиовещания стандарта DVB-T включением в систему мешннзма определения разности фаз между «полезным» и отраженным сигналами.
Цифровое телевидение, защитный интервал, одночастотная сеть, сигнал, разность фаз
S.V. Spiridonov, M.S. Svetlov THE MECHANISM OF CALCULATION OF THE PHASE DIFFERENCE AS METHOD OF EXCLUDING THE PARASITICAL INFLUENCE OF THE REFLECTED SIGNALS IN THE DIGITAL TELEVISION SYSTEM OF DVB-T STANDART
The article describes the problems of parasitical influence of the reflected signals that present low capacity of the digital systems such as DVB-Т. The phase difference is the effective method of avoiding of protection interval that allows to increase capacity of the system.
Digital video broadcasting, parasitical influence, guard interval, phase difference
К настоящему времени в области цифрового телевидения стандарта DVB-T сделан существенный прорыв. Разработан стандарт DVB-T2, который является продвинутой версией своего предшественника. По мнению разработчиков усовершенствованного стандарта, основными достоинствами его являются улучшенные характеристики помехоустойчивости. Но, несмотря на все преимущества, «белым пятном» остается влияние на полезный сигнал отраженных сигналов. Несмотря на наличие современных технологий, основным методом борьбы с отраженными сигналами являются защитные интервалы, которые накладывают существенные ограничения на пропускную способность канала.
Для одночастотной сети (SFN - Single Frequency Network) типичным видом эхо-сигналов являются сигналы от соседних передатчиков, работающих на одной частоте и передающих одинаковые символы COFDM. Эти эхо-сигналы не создадут помех, если будут поступать в приемник в период защитного интервала. Чем больше защитный интервал, тем больше допустимое расстояние между передатчиками. Отказ от использования защитных интервалов для борьбы с отраженными сигналами является наиболее перспективной задачей в области построения систем цифрового телерадиовещания. Одним из вариантов решения этой задачи является метод синхронного детектирования, позволяющий детектировать отраженный сигнал, дошедший до 150
приемника, измерением разности фаз между полезным и отраженным сигналом.
Применение такого метода в системах цифрового телерадиовещания позволит полностью
отказаться от защитных интервалов и, следовательно, снять ограничения, накладываемые защитными интервалами на пропускную способность канала.
Пусть полезный сигнал представлен соотношением
s1 = A1 sin(w + j). (1)
Отраженный сигнал:
s2 = A2 sin(wt + j2). (2)
Найдем разность фаз между этими двумя сигналами:
Aj = f -j. (3)
Перемножим сигналы:
s1s2 = A1 sin(wt + j )A2 sin (wt + j2) = 1A1A2 [sin( j - j2) + sin (lot + j + j2)] (4)
В результате перемножения получен синус разности фаз и колебание на удвоенной частоте по сравнению с основной частотой сигналов. Метод синхронного детектирования предполагает для перемножения использовать два синусоидальных или косинусоидальных сигнала [2]. Такой подход не оптимален, т.к. в результате получается косинус разности фаз, что, из-за четности косинуса не позволяет восстановить знак разности. Синус - функция нечетная, следовательно, знак разности не теряется.
Классическим методом избавления от колебания на удвоенной частоте является использование НЧ фильтра [1, 2]. НЧ фильтрацию целесообразно использовать при аналоговой обработке, для которой вместо НЧ фильтра удобнее применить усреднение. Таким образом:
1 1 1
S1S 2 =- A1 A2sin(j j A1 A2 f sin(2° + j +j2 )dt A1 A2sin(j1 j ) . (5)
2 2At * 2
Так как для отрезка сигнала
At >> T, (6)
то
At T
f sin(2wt + j + j2 )dt » f sin(2wt)dt = 0. (7)
0 0
Следовательно, разность фаз определяется как
j - j2 = arcsin
^ 2-^ ^ A1A2 J
(8)
Это соотношение позволяет восстановить разность фаз со знаком в диапазоне [-ж/ 2, ж/ 2]. Как видно из последней формулы, необходимо знать амплитуды Л1 и А2. Для вычисления амплитуд необходимо усреднить по модулю гармонический сигнал и умножить на ж/ 2.
Л Т Л Т
Яхсрмод = ТГ11^ № = ТГI + Л № • (9)
At 0 At 0
Для At >> T
At n A T /2
— f|sin(wt + j )dt » 2Al f sin(wt)dt = j — cos(0)-—cos(p)| = 2Al . (10)
At 0 T i T \m o J p
Следовательно
ж
А =_^с^. (11)
Соотношение (11), как и выражение (8), выполняется тем точнее, чем больше Т по сравнению с Т. Для второго сигнала амплитуда Л2 восстанавливается аналогичным
образом. Усреднение, использованное в формулах (8) и (11), позволяет оценивать разность
фаз для сильно зашумленного сигнала, что является существенным преимуществом перед другими методами.
Таким образом, на основе приведенного метода можно попытаться построить систему цифрового телерадиовещания, исключив механизм защитного интервала, реализовав на стороне приемника вычисление разности фаз «полезного» сигнала и отраженного. Такое решение способствует значительному увеличению пропускной способности канала, что является критичным для таких систем как системы цифрового телерадиовещания стандарта БУБ-Т из-за приема/передачи большого массива данных.
ЛИТЕРАТУРА
1. Айфичер Э. Цифровая обработка сигналов. Практический подход / Э. Айфичер, Б. Джервис. М.: Вильямс, 2004. 992 с.
2. Смирнов А.В. Основы цифрового телевидения: учеб. пособие / А.В. Смирнов. М.: Горячая линия-Телеком, 2001. 224 с.
Спиридонов Сергей Викторович -аспирант кафедры «Техническая кибернетика и информатика» Саратовского государственного технического университета
Светлов Михаил Семенович -доцент кафедры «Техническая кибернетика и информатика» Саратовского государственного технического университета
Статья поступила в редакцию 01.11.10, принята к опубликованию 15.11.10
