CC BY
110e
Компоненты и технологии, № 4'2004 Софт
Цифровое телевидение (DVB)
и технология беспроводной сверхширокополосной связи (UWB) в SystemView
Эта статья продолжает описание пользовательских библиотек SystemView, начатое автором ранее [4, 5, 7]. В данной статье дается описание еще двух пользовательских библиотек программы SystemView: библиотеки Digital Video Broadcast Library (DVB) и библиотеки Wireless Network Library Ultra Wideband (WNL UWB).
Иосиф Златин
zlatin@pochta.ru
Библиотека DVB
Сейчас в ряде стран идет активный процесс внедрения систем цифрового телевидения. В настоящее время разработаны, экспериментально исследованы и введены в эксплуатацию следующие системы цифрового телевидения: европейская DVB, американская ATSC и японская ISDB.
Библиотека DVB содержит полный набор инструментальных средств для поддержки проектирования и моделирования систем, основанных на европейском телекоммуникационном стандарте ETS 300 744 (март 1997).
Документ EN 300 744 описывает систему передачи данных для цифрового наземного телевидения. Передаваемые данные представляют собой информацию об изображении и звуковом сопровождении, а также любые дополнительные сведения. Условие передачи этой информации в системе DVB-T только одно — данные должны быть закодированы в виде пакетов транспортного потока MPEG-2.
Стандарт определяет структуру передаваемого потока данных, систему канального кодирования и модуляции для мультипрограммных служб наземного телевидения, работающих в форматах ограниченной, стандартной, повышенной и высокой четкости.
Для обеспечения совместимости устройств различных производителей, стандарт определяет параметры цифрового модулированного радиосигнала и описывает преобразования данных и сигналов в передающей части системы цифрового наземного телевизионного вещания.
Отличительной особенностью DVB-T как контейнера для передачи транспортных пакетов MPEG-2 является гармоничное сочетание системы канального кодирования и способа модуляции OFDM. Обработка сигналов в приемнике не регламентируется стандартом и остается открытой. Это не означает, что создатели стандарта не предвидели принципов построения приемника DVB-T, но отсутствие жесткого стандарта на приемник
обостряет конкуренцию между производителями телевизоров и стимулирует усилия по созданию высококачественных и дешевых аппаратов.
Поскольку речь идет о наземном вещании, то должна быть обеспечена максимальная эффективность использования частотного диапазона, реализуемая в результате оптимального сочетания одиночных передатчиков, многочастотных и одночастотных сетей. Для обеспечения этих характеристик используется OFDM.
OFDM отличается передачей сигнала с использованием большого количества несущих колебаний. Несущие частоты являются ортогональными, что делает возможной демодуляцию модулированных колебаний даже в условиях частичного перекрытия полос отдельных несущих. Однако многолучевое распространение радиосигнала в точку приема (довольно типичное для наземного телевидения) приводит к ослаблению и даже полному подавлению некоторых несущих вследствие интерференции прямого и задержанного сигналов. Решению этой проблемы помогает кодирование с целью обнаружения и исправления ошибок в канале передачи данных.
В системе DVB-T используется сочетание двух видов кодирования — внешнего и внутреннего, рассчитанных на борьбу с ошибками различной структуры, частоты и статистических свойств и обеспечивающих при совместном применении практически безошибочную работу.
Кодирование обязательно связано с введением в поток данных некоторой избыточности и соответственно с уменьшением скорости передачи полезных данных, поэтому наращивание мощности кодирования за счет увеличения объема проверочных данных не всегда соответствует требованиям практики. Для увеличения эффективности кодирования без снижения скорости кода применяется пе-ремежение данных. Кодирование позволяет обнаруживать и исправлять ошибки, а перемежение увеличивает эффективность кодирования, поскольку пакеты ошибок дробятся на мелкие фраг-
e
Компоненты и технологии, № 4'2004
менты, с которыми справляется система кодирования.
Для исключения межсимвольных искажений перед каждым символом вводится защитный интервал. Но надо отметить, что защитный интервал — это не просто пауза между полезными символами, достаточная для угасания сигнала символа до начала следующего. В защитном интервале передается фрагмент полезного сигнала, что гарантирует сохранение ортогональности несущих частот принятого сигнала (но только в том случае, если эхо-сигнал при многолучевом распространении задержан не больше, чем на длительность защитного интервала).
Особенность системы DVB-T — возможность иерархической передачи и приема. Данные на выходе мультиплексора транспортного потока расщепляются на два независимых транспортных потока MPEG-2, которым присваиваются разные степени приоритета. Поток с высшим приоритетом кодируется с целью обеспечения высокой помехозащищенности, поток с низшим приоритетом — с целью обеспечения высокой скорости передаваемых данных. Затем оба кодированных потока объединяются и передаются вместе. Таким образом, появляется возможность передачи по одному каналу двух различных программ или одной телевизионной программы в двух версиях. Первая версия характеризуется высокой помехозащищенностью, но ограниченной четкостью, вторая — высокой четкостью, но ограниченной помехозащищенностью. Это дает новые возможности. На стационарную антенну с помощью высококлассного приемника может быть принята версия с высокой четкостью. Но эта же программа будет принята простым и дешевым приемником в варианте с ограниченной четкостью. Защищенная от помех версия будет также приниматься в тяжелых условиях приема, например, в движении, на комнатную антенну. При меняющихся условиях приема возможно переключение приемника с одной версии на другую.
При иерархической передаче применяется неоднородная квадратурная модуляция. Расположение точек векторной диаграммы неоднородной квадратурной модуляции зависит от параметра модуляции, обозначаемого в системе DVB-T буквой «а». Этот параметр равен отношению расстояния между соседними точками в двух разных квадрантах к расстоянию между точками в одном квадранте. Стандарт DVB-T предусматривает три значения параметра. При использовании однородной модуляции параметр устанавливается равным 1, в случае неоднородной — а = 2 или а = 4.
Для работы одиночных передатчиков и сетей могут использоваться режимы работы с различным количеством несущих. Это обусловлено тем, что одни страны изначально планируют введение больших одночастотных сетей, а другие не предполагают этого делать. Стандарт DVB-T допускает два режима работы: 2к и 8к. Режим 2к подходит для одиночных передатчиков и малых сетей, 8к соответствует большим сетям, хотя он может использоваться и для отдельных передатчиков.
Чтобы сохранить большую скорость передачи данных в ситуациях, где не требуются большие одночастотные сети или не проявляется многолучевое распространение, предусмотрен целый набор возможных значений защитного интервала (1/4, 1/8, 1/16 и 1/32 от длины полезного интервала). Скорость внутреннего кода, обнаруживающего и исправляющего ошибки, может быть установлена равной одной из величин следующего ряда: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8. В системе DVB-T предусмотрена также возможность изменения числа позиций модулирующего сигнала от 4 до 64.
Одной из операций, выполняемых в системе DVB-T, является рандомизация. Ее цель — превратить цифровой сигнал в квазислучай-ный и тем самым решить две важные задачи. Во-первых, это позволяет создать в цифровом сигнале достаточно большое число перепадов уровня и обеспечить возможность выделения из него тактовых импульсов (такое свойство сигнала называется самосинхронизацией). Во-вторых, рандомизация приводит к более равномерному энергетическому спектру излучаемого радиосигнала (как известно, спектральная плотность мощности случайного шума постоянна на всех частотах, поэтому превращение сигнала в квазислучайный способствует выравниванию его спектра).
Рандомизация осуществляется путем сложения по модулю 2, то есть посредством логической операции «исключающее ИЛИ» (XOR) цифрового потока данных и двоичной псевдослучайной последовательности PRBS (Pseudo Random Binary Sequence).
Реализованные проекты DVB-T в Англии, Германии, Израиле, Испании, Нидерландах, Португалии, Финляндии и Швеции демонстрируют исключительную устойчивость телевизионного приема.
Стандарт DVB-T не требует отказа от существующих программ аналогового телевидения, так как обладает высокой защищенностью к аналоговому ТВ.
В России возможно использование существующего антенно-фидерного оборудования для стандарта DVB-T, и это очень важно с точки зрения экономики. От применения DVB-T выигрывают различные группы населения. Люди с достатком выше среднего получают в дом цифровое качество телевидения с домашним кинотеатром, телевидение по запросу, не афишируя этого, так как не требуются спутниковые антенны. В простейшем случае прием возможен на комнатную антенну. Цифровое телевидение обеспечивает также доступ в Интернет с обратным каналом через сотовую телефонию.
Люди со средним достатком смогут подключить к своим телевизорам недорогие приставки (STB) и получать студийное качество ТВ-программ.
Люди с низким уровнем жизни тоже выигрывают. Поскольку частотный план многих городов практически исчерпан, увеличение количества каналов невозможно без перехода к DVB-T. Владельцы новых телевизионных программ будут предоставлять приемное оборудование кабельным операторам,
которые будут распределять программы ЦТ в обычном аналоговом виде. Телезрители при таком построении сети оказываются ближе к источнику телепрограммы, и качество при этом повышается существенно, так как выходной сигнал цифрового приемника имеет студийное качество и гораздо меньше подвержен влиянию каких-либо помех при распределении по кабельной сети.
Телевизионным компаниям выгодно DVB-T, потому что на одной частоте можно передавать несколько программ и, соответственно, затраты на лицензию снижаются. Как следствие, снижение потребности в частотах также неминуемо приведет к уменьшению их стоимости.
К достоинствам DVB-T можно отнести также возможность приема сигнала на движущемся транспорте (до 300 км/ч).
На основании проведенного анализа находящихся в эксплуатации и прошедших международную стандартизацию систем цифрового телевидения, результатов экспериментальных исследований и отечественного опыта цифрового наземного и спутникового телевизионного вещания разработчики российских национальных стандартов цифрового вещания отдали предпочтение европейской системе DVB-T.
Национальным стандартом для цифрового телевидения в России станет европейская система DVB. Такое решение было принято 2 декабря 2003 года на заседании коллегии Минсвязи РФ.
Список сокращений, используемых в статье
ATSC (Advanced Television Systems Committee) — стандарт американского цифрового телевидения. HDTV (High Definition Television) — телевидение высокой четкости.
ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting) — стандарт японского цифрового телевидения. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) — ортогональное частотное разделение с мультиплексированием.
PRBS (Pseudo Random Bit Stream) — двоичная псевдослучайная последовательность.
DVB (Digital Video Broadcasting) — система цифрового телевизионного вещания. Имеет разновидности DVB-ASI, DVB-T, DVB-C и т. д.
DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial) — стандарт европейского цифрового телевидения. QAM (Quadrature Amplitude Modulation) — квадратурная амплитудная модуляция.
QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) — квадратурная фазовая манипуляция.
FFT (Fast Fourier Transform) — быстрое преобразование Фурье.
STB (Set-Top Boxes) — компьютерная приставка к телевизору.
MPEG-2 (Moving Picture Experts Group) — стандарт сжатия движущегося изображения и звука, основанный на ступенчатых режимах кодирования и обеспечивающий несколько качественных уровней воспроизведения — от VHS до HDTV.
e
Компоненты и технологии, № 4'2004
Описание функциональных элементов библиотеки DVB
Полный набор моделей в библиотеке отображает различные стадии создания и демодуляции сигналов.
Библиотека DVB разработана фирмой Elanix и содержит полный набор необходимых элементов: для модуляции, демодуляции и форматирования данных.
Библиотека состоит из двух групп элементов, которые выполняют следующие функции:
• сверточное пунктурное кодирование и сверточное пунктурное декодирование;
• побитовое мультиплексирование и побитовое демультиплексирование;
• символьное детектирование;
• уплотнение импульсных сигналов и разуплотнение импульсных сигналов;
• символьное преобразование данных и обратное преобразование символьных данных;
• модуляция или демодуляция OFDM.
Она также включает в себя два сложных элемента: модулятор и демодулятор DVB.
Все элементы библиотеки DVB имеют вход и выход, совместимый с европейским стандартом ETS 300 744, и могут соединяться с элементами из других библиотек SystemView.
Для доступа к библиотеке DVB щелкните и перетяните пиктограмму пользовательской библиотеки в область функциональных схем Design системного окна. Щелкните правой кнопкой на библиотеке и выберите Library. Лицензия для пользователей библиотек отобразится в окне Custom Libraries. Если лицензия библиотеки DVB была приобретена, доступ предоставляется, когда название библиотеки выбирается. Если лицензия необходима, SystemView отобразит окно, извещающее об этом пользователя (рис. 1).
Рис. 1. Диалоговое окно, извещающее о необходимости приобретения лицензии на ЭУБ-библиотеку
Группа 1
Диалоговое окно библиотеки DVB (Группа 1) показано на рис. 2.
Рис. 2. Диалоговое окно библиотеки DVB (Группа 1)
BitDint S — этот элемент выполняет операцию, обратную побитовому уплотнителю импульсных сигналов (bit interleaver) (табл. 1). Таблица 1. Параметры элемента BitDint
Параметр Назначение
Modulation Type (тип модуляции) Поддерживаются три типа модуляции QPSK, 16QAM и 64QAM. Modulation Type: 1=QPSK, 2=16QAM 3=64QAM
Input Delay (sec) (задержка входных данных, с) Это значение определяет начальный момент действующего сообщения. Оно используется для расчета групповой задержки системы между модулятором и демодулятором OFDM
Guard Interval Type (тип защитного интервала) Временной интервал передаваемого сигнала Ts связан с временным интервалом полезного сигнала Tu и защитным интервалом А следующим простым соотношением: Ts = Tu + А Параметр А выражается как часть времени Tu А/Tu: 1=1/4, 2=1/8, 3=1/16, 4=1/32
Frame Type (тип кадра) Тип кадра указывает один из двух режимов OFDM-модуляции. В 2K режимах имеется 1512 полезных несущих, модулированных данными. В дополнение имеются контрольные и другие синхронизационные данные, полное количество модулированных несущих частот — 1704. Для эффективного создания OFDM-сигнала используется алгоритм БПФ (FF) с 2048 точками, обозначаемый 2K. Режим 8K имеет 6048 полезных несущих (полное количество несущих — 6816). В этом режиме используется алгоритм БПФ с 8192 (8K) точками.
Параметр Назначение
Modulation Type (тип модуляции) Modulation Type: 1=QPSK, 2=16QAM 3=64QAM
Alpha Hierarchy Mode Иерархический режим: l, 2 или 4
Threshold (v) (пороговый уровень) Этот параметр отделяет логическую единицу от логического нуля для входных данных элементов BitDemux и PBRS. Если входные данные не менее Threshold, на выходе логическая единица; если входные данные не более Threshold, на выходе логический ноль
Элемент BitInt имеет два входа, подсоединяемые к двум параллельным выходам элемента BitDemux, и три выхода: синфазный канал битового потока, квадратурный канал битового потока и многоуровневый выход.
Bitintie a — побитовый уплотнитель для сигналов 16QAM. Этот элемент получает данные с четырех выходов элемента Demux и выполняет операцию побитового уплотнения сигналов 16QAM. После этой операции параллельные битовые потоки сливаются в один поток 16-уровневого битового потока символов для элемента SymInt (табл. 3).
Таблица 3. Параметры элемента Bit!ntl6
Параметр Назначение
Alpha Hierarchy Mode Иерархический режим: 1, 2 или 4
Входными данными элемента являются выходные данные элемента SymDint.
Данное устройство имеет 6 выходов: 2, 4, 6; выходы соответствуют выходам элемента Bit Mux.
BitDemux Е — этот элемент берет последовательность (прореженных) выходных данных сверточного кодера и разделяет их в 2 (QPSK), 4 (16QAM) или 6 (64QAM) параллельных путей, зависящих от типа модуляции. Эти параллельные пути используются для подачи данных на входы элемента Bit Interleaver. Каждый параллельный поток битов становится одним из элементов, формирующих символ, который является входным для уплотнителя символов (SymInt) (табл. 2).
Таблица 2. Параметры элемента BitDemux
Элемент BitInt16 имеет четыре входа, подсоединяемые к четырем параллельным выходам элемента BitDemux, и пять выходов: последовательный многоуровневый (16) поток уплотненных данных, подаваемых на вход элемента Symbol Interleaver, и четыре последовательных потока, которые представляют бинарный эквивалент многоуровневого потока, описанного выше.
Bitlnt64 Щ — этот элемент получает данные с шести выходов элемента BitDemux и выполняет операцию побитового уплотнения сигналов 64QAM. После этой операции параллельные битовые потоки сливаются в один поток 64 уровневого битового потока символов для элемента SymInt (табл. 3).
Элемент BitInt64 имеет шесть входов, подсоединяемых к шести параллельным выходам элемента BitDemux, и семь выходов: последовательный многоуровневый (64) поток уплотненных данных для входа элемента SymInt и шесть последовательных потоков, которые представляют бинарный эквивалент многоуровневого потока, описанного выше.
BMuxQPSK ЕЙ — этот элемент выполняет операцию, обратную элементу BitDemux (табл. 4).
Таблица 4. Параметры элемента BMuxQPSK
Параметр Назначение
!nput Delay (sec) (задержка входных данных, с) Используется для расчета групповой задержки системы между модулятором и демодулятором OFDM
Guard Interval Type (тип защитного интервала) Д/Tu: 1=1/4, 2=1/8, 3=1/16, 4=1/32
Frame Type (тип кадра) Тип кадра указывает один из двух режимов OFDM-модуляции: 2K или 8К
Входные данные этого элемента являются выходными данными пунктурного сверточного кодера. Данное устройство имеет шесть выходов: 2, 4 или 6 параллельных выходов, подсоединяемых к входам элементов Bit Interleaver.
Bitint И — побитовый уплотнитель импульсных сигналов QPSK. Этот элемент получает выходные данные с двух выходов элемента Demux и выполняет операцию побитового уплотнения сигналов QPSK. После выполнения операции уплотнения параллельный поток битов сливается в один последовательный поток битов. Этот последовательный битовый поток (многоуровневый выход) символов используется в элементе SymInt.
Элемент BMuxQPSK имеет два входа, подсоединяемые к двум параллельным выходам элемента ВйСт^ и один выход — уплотненные данные для пунктурного сверточного декодера.
вмхдлм1б Её — выполняет операцию, обратную элементу ВЮеших 16QAM (табл. 5). Таблица 5. Параметры элемента ВМХОДМ16
Параметр Назначение
Alpha Hierarchy Mode Иерархический режим: 1, 2 или 4
Input Delay (sec) (задержка входных данных, с) Используется для расчета групповой задержки системы между модулятором и демодулятором OFDM
Guard Interval Type (тип защитного интервала) Д/Tu: 1=1/4, 2=1/8, 3=1/16, 4=1/32
Frame Type (тип кадра) Тип кадра указывает один из двух режимов OFDM-модуляции: 2K или 8К
e
Компоненты и технологии, № 4'2004
Элемент BMXQAM16 имеет четыре входа, подсоединяемые к четырем параллельным выходам элемента BitDint, и один выход — уплотненный поток данных, подаваемый на вход пунктурного сверточного декодера.
BMXQAM64 ЕЁ — этот элемент выполняет операцию, обратную элементу BitDemux 64QAM (табл. 5).
Элемент BMXQAM64 имеет шесть входов, подсоединяемых к шести параллельным выходам элемента BitDint, и один выход — уплотненный поток данных, подаваемый на вход пунктурного сверточного декодера.
Depunct Ш — этот элемент выполняет операцию, обратную элементу Puncture. Он восстанавливает нулевые данные в положениях потока данных, где элемент Puncture удалил данные (табл. 6).
Таблица 6. Параметры элемента Depunct
Параметр Назначение
Code Constraint Length Ограничение длины кода
Puncture Code Rate Значение, определяющее степень прореживания
Start Offset (sec) Задержка начала прореживания, с
Вход элемента Depunct подключается к выходу элемента Bit Mux, на выходе имеется восстановленный поток данных, поступающий на вход сверточного декодера.
Detector fil — детектор сигналов. Этот элемент берет данные канала демодулятора и восстанавливает необходимую структуру сигнала (табл. 7).
Таблица 7. Параметры элемента Detector
Параметр Назначение
Modulation Type (тип модуляции) Modulation Type: 1=QPSK, 2=1óQAM 3=ó4QAM
Alpha Hierarchy Mode Иерархический режим: 1, 2 или 4
Элемент Detector имеет два входа: групповой синфазный канал полезных данных и групповой квадратурный канал полезных данных, получаемых с соответствующих выходов элемента OFDMDMod, а также два выхода: синфазный канал и квадратурный канал, данные которых являются входными соответствующих входов элемента Demap.
DVBDMod Ш — полный демодулятор. Он выполняет все операции с входными данными элемента OFDMDMod, через все операции восстановления и разуплотнения, формирующие поток данных для элемента Depunct (табл. 8).
Таблица 8. Параметры элемента DVBDMod
Параметр Назначение
Guard Interval Type (тип защитного интервала) Д/Tu: 1=1/4, 2=1/8, 3=1/16, 4=1/32
Input Delay (sec) (задержка входных данных, с) Оно используется для расчета групповой задержки системы между модулятором и демодулятором OFDM
Modulation Type (тип модуляции) Modulation Type: 1=QPSK, 2=16QAM 3=64QAM
Alpha Hierarchy Mode Иерархический режим: 1, 2 или 4
Frame Type (тип кадра) Тип кадра указывает один из двух режимов OFDM-модуляции: 2K или 8К
Элемент DVBDMod имеет два входа: групповой синфазный канал, групповой квадратурный канал и один выход — данные сверточного кодера, являющиеся входными данными элемента Depuncture.
DVBMod @ — этот элемент выполняет операцию модуляции от выхода элемента Puncture до выхода модулятора OFDM (табл. 10).
Хотя модулированный OFDM-символ имеет мультиплексированный защитный интервал, только часть символа содержит модулированные (полезные) входные данные. Промежутком времени для полезных данных OFDM является Tu. Значение Tu для режимов 8K и 2K составляет, соответственно, 896 и 226 мкс.
Tu обозначает параметр T, определяемый следующим образом:
Tu = 896 мкс = 8192T........8К-режим
Tu = 224 мкс = 2048T........2К-режим
В одном из двух случаев вычисленное T = 0,10937 мкс. Значение R = 1/T = 9,1428 МГц является образцовым и используется в FFT-модуляторе для создания OFDM-сигнала.
Режим 2K имеет 1512 полезных несущих (Kuseful), а режим 8К имеет 6048 полезных несущих. Эти данные передаются во временном интервале Ts OFDM-символа. Поэтому продолжительность символа в OFDM-модуляторе:
Tsym = Ts/Kuseful
Пример: для режима 2K c защитным интервалом % Ts = 280 мкс, из которых Tsym = = 280 мкс / 1512 = 0,1852 мкс. Соответствующая скорость Rsym = 1/Tsym = 5,4 х 106 символов/с.
Подобные вычисления применяются и к режиму 8К. Обратите внимание, что эти скорости данных применяются к обеим частям символа: синфазной и квадратурной.
Число битов, связанных с каждым символом, зависит от типа модуляции, как показано в таблице 9.
Таблица 9. Число битов, связанных с символом
Тип модуляции Биты/символы
QPSK 2
1ÓQAM 4
Ó4QAM ó
Входная скорость битов для QPSK-модуляции составляет 10,8 Мбит/с. Скорость полезных данных в полной системе является скоростью в сверточном кодере, деленной на скорость в кодере Рида-Соломона, или:
= 5,4/(204/188) Мбит/с = = 4,976 Мбит/с
Таблица 10. Параметры элемента DVBMod
Параметр Назначение
Guard Interval Type (тип защитного интервала) А/Tu: 1=1/4, 2=1/8, 3=1/16, 4=1/32
Modulation Type (тип модуляции) Modulation Type: 1=QPSK, 2=16QAM 3=64QAM
Conv. Code Rate (скорость кодирования) Эти данные определяют общую скорость кодирования для сверточного кодера, выполняющего операции пунктурного кодирования: 0=1/2, 1=2/3, 2=3/4, 3=5/6, 4=7/8
Alpha Hierarchy Mode Иерархический режим: 1, 2 или 4
Frame Type (Тип кадра) Тип кадра указывает один из двух режимов OFDM-модуляции: 2K или 8К
Элемент DVBMod имеет один вход, подключаемый к выходу элемента Puncture и три выхода: синфазный канал модулированного сигнала OFDM, квадратурный канал модулированного сигнала OFDM и опорный PRBS.
OFDMDMod Н — элемент выполняет операцию, обратную элементу OFDMMod. Операция FFT (БПФ) используется для получения обратно данных символов (табл. 8).
Элемент OFDMDMod имеет два входа: OFDM-модулированные данные синфазного канала и OFDM-модулированные данные квадратурного канала и шесть выходов:
1. Полезные синфазные данные. Нераспознанные данные синфазного канала демодулятора OFDM для входа детектора символов.
2. Полезные квадратурные данные. Нераспознанные данные квадратурного канала демодулятора OFDM для входа детектора символов.
3. Восстановленные данные TPS.
4. Восстановленные ускоренные контрольные данные.
5. Синфазные демодулированные данные OFDM.
6. Квадратурные демодулированные данные OFDM.
OFDMMod Н — этот элемент использует операцию FFT (БПФ) для создания модулированного OFDM-сигнала (табл. 10). Операция модуляции описывается уравнением:
67 Атах
т=0 /-0 k-0 J
_ g2njk (/—ЫТЬ-6%тТЬ) І Tu _
(1 + 68m)Ts < t < (1 + 68т +l)Zs = 0 — в остальных случаях
где k — указанное число несущих, l — указанное число символов OFDM, m — указанное число кадров, K — число переданных несущих, Ts — длительность символа, Tu — обратный разнос несущих, fc — центральная высокочастотная несущая частота, k' — индекс несущей относительно центральной частоты, Сщ]к — указанная символьная информация.
Элемент OFDMMod имеет два входа, подключаемые соответственно к синфазному и квадратурному выходам элемента SymMap и три выхода: синфазный канал модулированного сигнала OFDM, квадратурный канал модулированного сигнала OFDM и опорный PRBS.
PRBS О — этот элемент осуществляет действие псевдослучайной обратной связи, используемой для генерации сигнала двоичной псевдослучайной последовательности — Pseudo Random Bit Stream (PRBS). Данные этого генератора используются для вычисления положения случайных контрольных сигналов (табл. 11).
Таблица 11. Параметры элемента PRBS
Параметр Назначение
Clock Threshold (V) (пороговый уровень синхронизации, В) Значение, которое отделяет логическую единицу от логического нуля, для входного сигнала синхронизации, запускающего элемент PRBS
Logic l Out Значение, представляющее логическую единицу в последовательности PRBS
Logic 0 Out Значение, представляющее логический ноль в последовательности PRBS
e
Компоненты и технологии, № 4'2004
Элемент РИБ8 имеет один вход — сигнал синхронизации, запускающий генератор псевдослучайной последовательности, и один выход — выходные данные элемента, являющиеся данными РИБ8, при 1 выборке на бит.
Рипс1 В — пунктурный кодер. Этот элемент выполняет операцию прореживания. Эта операция удаляет биты из данных сверточного кодирования в порядке, уменьшающем ширину спектра сигнала (табл. 12).
Таблица 12. Описание операции прореживания
Скорость кодирования, r Структура прореживания, X, Y — выходные данные кодера при скорости 1/2 Передаваемая последовательность (после последова-тельно-параллельного преобразования)
1/2 X: 1 Y: 1 X1Y1
2/3 X: 10 Y: 11 X1Y1Y2
3/4 X: 101 Y: 110 X1Y1Y2X3
5/б X: 10101 Y: 11010 X1 Y, У2 X3 У4 X5
7/8 X: 1000101 Y: 1111010 X1Y1Y2X3Y4XsY6X7
1 1 = передана, 0 = прорежен
Параметры элемента Punct приведены в таблице 6.
Вход элемента Punct подключается к выходу сверточного кодера, а выходными данными элемента является прореженный сигнал сверточного кодера, подаваемый на вход элемента BitDemux.
Группа 2
SymDint 1x1 — этот элемент выполняет действие, обратное элементу SymInt (табл. 4).
Входными данными элемента SymDint являются выходные данные элемента Demap, а выходными данными — символьные разуплотненные данные, подаваемые на вход элемента BitDint.
Demap 0 — этот элемент выполняет операцию, обратную элементу SymMap (табл. 7).
Элемент Demap имеет два входа, подключаемые соответственно к выходному синфазному каналу и к выходному квадратурному каналу элемента Detector, и один выход — многоуровневый восстановленный сигнал, подаваемый на вход элемента SymDint.
SymInt S — этот элемент берет выходную группу 2, 4 или 6 выходных битов элемента BitInt и переставляет их порядок в OFDM-символе (табл. 13).
Таблица 13. Параметры элемента SymInt
Параметр Назначение 1
Frame Type (тип кадра) Тип кадра указывает один из двух режимов ОРРМ-модуляции: 2К или 8К
Рис. 3. Моделирование устройства в виде сложной функциональной схемы и в виде одиночных функциональных элементов (пример 16qаm_8K_2_4.svu)
•• 64q*m_8k^4.svu Analyste
fie tôt gtetowms ttfntow ДО
h a V .• и a. its:
w7 X» 3,7767757e-3 y- -95,93019e-3 f 96ДИ506Є-3 о» -87,74543*
• w0: input (15)
■ w1 : output 1 (16)
' w2: output 2 (116)
oUpil 2(116)
2*-3 3»-3
Элемент SymInt имеет один вход, на который подаются бинарные данные с элемента BitInt, и два выхода: уплотненные выходные данные, подаваемые на вход элемента SymMap, и бинарный поток данных, отображающий перемешивание адресов символа.
SymMap Н — этот элемент берет 2, 4 или 6-битные данные с выхода элемента SymInt и назначает паре синфазной и квадратурной составляющих комплексную информацию, используемую модулятором OFDM. Это преобразование данных (кодирование Грея) создает символьные группы, при которых ближайшие соседи отличаются позицией одного бита (табл. 7).
Элемент SymMap имеет один вход, на который подаются уплотненные данные с элемента SymInt и два выхода: синфазный канал символь-
Л» Qw2 output 2 016)
Рис. 4. Результаты моделирования системы DVB
ных данных и квадратурный канал символьных данных, сигналы с которых подаются на соответствующие входы элемента OFDMMod.
Примеры DVB-систем
Восемь файлов примеров, перечисленных в таблице 14, указывают различные конфигурации DVB-систем. В каждом примере есть две параллельные системы (рис. 3).
Задержка добавляется к моделируемому каналу при помощи элементов Delay библиотеки операторов, включаемых между модулятором и демодулятором OFDM. В параллельной системе используются элементы: модулятор и демодулятор DVB, которые замещают комбинацию отдельных элементов.
В обоих случаях выходные данные согласуются с входными данными.
Таблица 14. Файлы примеров и их конфигурация
нф звание айла Тип модуляции м К) * 2-еК а. а Иерархический режим Защитный интервал Временной сдвиг, мкс
16qam_2K_1_4.svu 16QAM 2K 1 1/4 4,08
16qam_8K_1_4.svu 16QAM 8K 1 1/4 4,08
16qam_8K_2_4.svu 16QAM 8K 2 1/4 3,14
16qam_8K_4_4.svu 16QAM 8K 4 1/4 3,14
64qam_8K_1_4.svu 64QAM 8K 1 1/4 0,5
16qam_8K_2_4.svu 64QAM 8K 2 1/4 0,5
qpsk_2K_1_4.svu QPSK 2K 1 1/4 3,14
qpsk_8K_1_4.svu QPSK 8K 1 1/4 3,14
Результаты моделирования системы DVB приведены на рис. 4.
e
Компоненты и технологии, № 4'2004
Библиотека WNL UWB
Федеральная комиссия по связи США (FCC) 14 февраля 2002 года одобрила положение, разрешающее продажу и коммерческое использование некоторых типов устройств на базе технологии UWB. К сигналам UWB относятся любые сигналы, имеющие ширину спектра более 500 МГц в диапазоне частот от 3,1 до 10,6 ГГц. Прежде всего, технология UWB может найти широкое применение в качестве средства передачи данных между компьютером и периферийными устройствами. Высокая скорость передачи позволяет передавать видеоизображение в реальном времени. Кроме того, технология UWB может использоваться для организации персональных беспроводных сетей. Довольно подробно технология UWB описана в статье Владимира Дмитриева «Технология передачи информации с использованием сверхши-рокополосных сигналов (UWB)» [8].
Библиотека WNL UWB — Ultra Wideband Library (библиотека сверхширокополосной технологии связи) включает в себя один функциональный элемент:
uwb Н — сверхширокополосный канал связи. Этот элемент построен на основе технических требований, предлагаемых в документе IEEE P802.15-02/368r5-SG3a. Сверхши-рокополосный канал имеет четыре стандартных модели (от 1 до 4) и пользовательскую модель (5). Если стандартная модель выбрана, все другие параметры являются заданными согласно техническим требованиям 802.15.02 (табл. 16). Пользовательская модель позволяет изменять остальные восемь параметров. NLOS является нелинейной разновидностью Булева выражения. STD указывает среднеквадратичное отклонение для логарифмически нормального распределения переменной (для более подробного изучения этого элемента см. стандарт IEEE P802.15-02/368r5-SG3a).
Выходные данные канала являются входными данными, которые искажены каналом. Входной согласованный фильтр в модели канала используется для получения обратно входных данных, когда выходные данные канала используются как входные данные согласованного фильтра. Выходные данные согласованного фильтра являются восстановленными входными данными (табл. 15).
Таблица 15. Параметры элемента UWB
Параметр Описание
Model Стандартная модель канала (от 1 до 4) или пользовательские технические требования
Cluster Arrival Rate, GHz -
Ray Arrival Rate, GHz -
Cluster Decay Factor, nsec -
Ray Decay Factor, nsec -
STD Cluster Lognormal Fading, dB -
STD Ray Lognormal Fading, dB -
STD Lognormal Shadowing, dB -
NLOS Истинное или ложное
Рис. 5. Схема сверхширокополосного канала связи и результаты моделирования
Таблица 16. Стандартные модели сверхширокополосного канала
Заданные характеристики канала CM 1 CM 2 CM 3 CM 4
Mean excess delay, nsec (среднее превышение задержки, нс (тт)) 5,05 10,38 14,18
RMS delay, nsec (среднеквадратичное отклонение задержки, нс) 5,28 8,03 14,28 25
NP10dB 35
NP (85%) 24 36,1 61,54
Параметры модели
Л (1/nsec) 0,0233 0,4 0,0667 0,0667
X (1/nsec) 2,5 0,5 2,1 2,1
Г 7,1 5,5 14,00 24,00
Y 4,3 6,7 7,9 12
Si (dB) 3,3941 3,3941 3,3941 3,3941
S2(dB) 3,3941 3,3941 3,3941 3,3941
S3(dB) 3 3 3 3
Характеристики модели
Mean excess delay, nsec (среднее превышение задержки, нс) 4,9 9,4 13,8 26,8
RMS delay, nsec (среднеквадратичное отклонение задержки, нс) 5 8 14 26
NP10dB 13,3 18,2 25,3 41,4
NP (85%) 21,4 37,2 62,7 122,8
Channel energy mean, dB (средняя энергия канала, дБ) -0,5 0,1 0,2 0,1
Channel energy std, dB (среднеквадратичное отклонение энергии канала, дБ) 2,9 3,3 3,4 3,2
Пример схемы сверхширокополосного канала связи и результаты его моделирования
приведены на рис. 5. МИ
Литература
1. Разевиг В. Д., Лаврентьев Г. В., Златин И. Л. SystemView — Средство системного проектирования радиоэлектронных устройств / Под ред. В. Д. Разевига. М.: Горячая линия-Телеком. 2002.
2. Златин И. Новые возможности SystemView // Компоненты и Технологии. 2003. № 1.
3. Разевиг В. Д. Златин И. Л. Новые возможности SystemView // EDA Express. 2003. № 7.
4. Златин И. Пользовательские библиотеки (Custom Library) и многостанционный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA) в SystemView // Компоненты и Технологии. 2003. № 8.
5. Златин И. Пользовательская библиотека WNL 80211g в SystemView // Компоненты и Технологии. 2003. № 9.
6. Златин И. Кадышев С. SystemView + + Matlab + Simulink // Компоненты и Технологии. 2004. № 2.
7. Златин И. Еще раз о пользовательских библиотеках SystemView // Компоненты и Технологии. 2004. № 3.
8. Дмитриев В. Технология передачи информации с использованием сверхширокопо-лосных сигналов (UWB) // Компоненты и Технологии. 2003. № 9. 2004. № 1.
Элемент UWB имеет два входа: входные данные канала и входные данные согласованного фильтра, а также два выхода: выходные данные канала и выходные данные согласованного фильтра.
