CC BY
8УДК 621.396.43
Особенности определения параметров цифрового телевизионного вещания
В. И. Носов, М. В. Зиновьев, А. С. Ладан
Стандарт наземного цифрового телевизионного вещания DVB-T2 позволяет использовать широкий набор скоростей передачи пользовательских данных. В литературе приводятся достаточно громоздкие и сложные формулы для расчётов этих скоростей. В статье предлагается простая методика определения оптимальной скорости передачи пользовательских данных, основанная на простых и понятных формулах, в основу которых положена последовательность обработки пользовательских данных в стандарте DVB-T2.
Ключевые слова: стандарт DVB-T2, скорость передачи пользовательских данных, избыточное кодирование, защитный интервал.
1. Введение
Характеристики и параметры стандарта наземного цифрового телевизионного вещания DVB-T2 подробно изложены в документах ETSI [1, 2]. В этих документах приводятся достаточно сложные и громоздкие формулы для определения скорости передачи данных с учётом всех моментов обработки пользовательских пакетов данных. В качестве примера приведены результаты расчёта скорости передачи для одной из огромного количества комбинаций параметров, обеспечивающей максимальную скорость передачи данных для стандарта DVB-T2. Поскольку пользоваться формулами, приведёнными в [1, 2], затруднительно, появляются публикации, в которых предлагаются упрощённые формулы, не учитывающие всех моментов обработки пользовательских пакетов данных [3, 4]. Поэтому в данной статье на основе рассмотрения последовательности обработки цифрового сигнала в стандарте DVB-T2 предлагается простая методика получения упрощённых формул для определения оптимальной скорости передачи для заданной комбинации параметров.
Скорость передачи пользовательской информации (UP - User Packet) RbUP в сети наземного цифрового ТВ-вещания стандарта DVB-T2 зависит от следующих факторов:
- доли служебной информации относительно общего её объема OHF (OHF - Overhead Fraction) в кадре Т2;
- скорости избыточного кодирования RFEC;
- размера быстрого преобразования Фурье (IFFT size);
- доли поднесущих, используемых для передачи информации (SCF - Subcarrier Fraction);
- используемого варианта пилотных поднесущих (PP - Pilot Pattern);
- используемого вида модуляции MMOD;
- доли защитного интервала относительно общей длительности символа GIF (GIF - Guard Interval Fraction):
Rbup = p(0HF, Rfec IFFTsize, SCF, PP,MM0D, GIF). (1)
Для определения скорости передачи пользовательской информации в цифровом телевизионном вещании стандарта DVB-T2 необходимо рассмотреть последовательность обработки цифрового сигнала в этом стандарте. На всех этапах обработки необходимо определить долю
добавленных служебных сигналов относительно общего объёма служебных и пользовательских сигналов.
2. Последовательность обработки цифрового сигнала в стандарте DVB-T2
Вход в систему Т2 (рис. 1) осуществляется одним или несколькими транспортными потоками данных TS (TS - Transport Stream). Транспортный поток TS - это последовательность пользовательских пакетов (UP - User Packet) фиксированной длины, UPl = 188 х 8 бит (один MPEG-пакет). Входная предобработка, которая не является частью системы T2, может включать в себя демультиплексор или разделитель услуг транспортных потоков (TS) на T2-систем-ные входы, представляющие собой один или несколько логических потоков данных PLPs (PLP - Physical Layer Pipes) [1, 2]. Далее будут рассмотрены все блоки Т2-системы.
TS,
IPLPa
I Входная I ; M пред- Г Г> J обработка |
Входная обработка
Перемежение, кодирование, модуляция
Формиро-кадров Генерацш OFDM
Система DVB-T2
L......................................................................................................
Рис. 1. Обобщенная схема обработки передаваемых сигналов в системе DVB-T2
Модули адаптации режима (на рис. 1 - «Входная обработка»), которые работают отдельно от содержимого каждого PLP, размещают транспортные потоки TS входных данных в поля данных, которые после адаптации потока будут формировать кадры основной полосы частот (BB_FRAMEs) (BB - Base Band) (рис. 2).
□LP,
Кодер Вставка Вставка
заголовка □ □□□ нулевых пакетов
□RC-8
К шш
модулю —►
Рис. 2. Формирование кадра основной полосы ВВ_БКАМЕ для одного потока РЬР
Кадры основной полосы BB_FRAME являются основной единицей в логической структуре кадрирования DVB-T2: распределение и планирование выполняются в целых числах этих потоков. Каждый кадр BB_FRAME может содержать целое число входных пользовательских пакетов либо пакеты могут быть фрагментированы по двум кадрам BB_FRAME. BB_FRAME (рис. 3) содержат заголовок BB_HEADER, поле данных (DFL - Data Field Length) и поле PADDING, предназначенное для заполнения нулевыми пакетами (NP - Null Packet). Поле PADDING может применяться в тех случаях, когда доступных для передачи пользовательских пакетов данных UP недостаточно для полного заполнения кадра BB_FRAME или когда для кадра основной полосы BB_FRAME должно быть выделено целое число пользовательских пакетов данных.
В заголовке кадра основной полосы OHbb_frame содержится информация: о типе транспортного потока; о размере поля данных; о наличии режимов удаления пустых пакетов; об использовании постоянной/переменной модуляции и кодирования; об одном или нескольких транспортных потоках на входе; об активном/неактивном удалении нулевых пакетов.
Рис. 3. Структура кадра основной полосы BB_FRAME
Также один байт заголовка кадра основной полосы используется для кода обнаружения ошибок CRC-8 в девяти первых байтах заголовка.
Общий размер каждого кадра основной полосы Kb_BCH бит (рис. 3) является постоянным для каждого PLP и зависит от скорости кодирования внутреннего кода LDPC Rc_ldpc (табл. 1). При этом доля служебных бит №_oh_bb_frame, входящих в заголовок OHF (OHF - Over Head Fraction) кадра основной полосы BB_FRAME:
OHF\
N
b _ OH _ BB _ FRAME
N
b _ OH _ BB _ FRAME
BB _ FRAME
N
K
BCH
> _ BB _ FRAME
Количество бит в заголовке кадра основной полосы BB_FRAME равно:
N
b _ OH _ BB _ FRAME
■ 80.
(2)
(3)
За счёт использования служебных бит заголовка количество информационных бит пользовательских пакетов Кь_ир составит:
N = N
1У b _ UP 1У b _ BB _ FRAME
(1 OHFBB _ FRAME ) .
(4)
В соответствии с выражениями (2) и (4) доля информационных бит в кадре основной полосы ББ_БЯЛМЕ составит (1 - ОНБбб_еялме).
Таблица 1. Снижение скорости передачи пользовательских пакетов из-за использования заголовка ОНБя^
Rc_LDPC Nb_BB_FRAME OHFbb_frame 1 - OHFbb_frame
1/2 32208 0.0025 0.9975
3/5 38688 0.0021 0.9979
2/3 43040 0.0019 0.9981
3/4 48408 0.0017 0.9983
4/5 51648 0.00155 0.99845
5/6 53840 0.0015 0.9985
После обработки сигнала в модуле адаптации («Входная обработка» на рис. 1) сигналы PLP-потоков поступают на обработку в модуль перемежения бит, кодирования и модуляции (BICM - Bit Interleaving Coding Modulation) (рис. 1). Максимальное число PLP-потоков равно 255 [1]. На рис. 4 представлена схема обработки одного PLP-потока в блоке BICM.
Рис. 4. Модуль с перемежением, кодированием и модуляцией Б1СМ
Первый блок в модуле Б1СМ - кодер БЕС, в котором добавляются избыточные биты, которые используются в декодере БЕС для обнаружения и исправления ошибочных бит. В результате на выходе кодера формируется кадр БЕС (БЕ_СБЯЛМЕ). В Т2-системе используется каскадное кодирование, где в качестве внешнего кода используется блочный код БСН, а внутреннего - низкоплотностный код ЬБРС (рис. 4, 5).
Nbch - Kldpc
. Nbch - Kb
Nldpc - Kl
<- —-►-<-
BBFRAME BCHFEC LDPCFEC
<- Nldpc, bits
Рис. 5. Формат данных на выходе кодера FEC Количество бит в блоке на входе внешнего кодера BCH Кь_всн равно количеству бит в
кадре основной полосы Nb_BB_FRAME:
Kb _ BCH = Nb _ BB _ FRAME • (5)
В кодере BCH ко входным битам Кь_всн добавляются избыточные биты (redundancy bit) Kb_RED, в результате на выходе кодера получается Nb_BCH (табл. 2):
Nb
Kb
+Kb .
bRED
Ч _ BCH _ BCH 1
В соответствии с выражениями (5) и (6) скорость кода BCH будет равна:
R
K,
b BCH
N
b BB FRAME
BCH
Nb _ BCH Kb _ BCH + Kb _ RED
(6)
(7)
Скорость внешнего кода БСН зависит от скорости внутреннего кода ЬЭРС Я с_ьорс, на выходе которого всегда получается БЕС-кадр (БЕС_БКЛМЕ) одинаковой длительности:
Nb LDPC Nb FEC FRAME 64800 .
(8)
Таблица 2. Параметры FEC-кадра для Nb_LDPC = 64800 бит
K
RcLDPC Кьвсн NbBCH KbRED Rcbch
1/2 32208 32400 192 0.994
3/5 38688 38800 192 0.997
2/3 43040 43200 160 0.996
3/4 48408 48600 192 0.996
4/5 51648 51840 192 0.996
5/6 53840 54000 160 0.997
За счёт использования избыточных бит во внешнем Kb_RED_BCH и внутреннем Kb_RED_LDPC в кадре FEC количество информационных бит пользовательских пакетов Nb_UP на выходе кодера FEC составит:
Nb_UP = Nb_FEC_FRAME * Rc_BCH * Rc_LDPC • (9)
В соответствии с рис. 1 после блока избыточного кодирования FEC цифровой поток поступает на демультиплексор, который разделяет последовательность бит входного потока на ячейки (cell), количество которых определяется размером используемого быстрого преобразования Фурье (IFFTsize) или количеством поднесущих частот SCF (subcarrier frequency):
Ncell = NIFFT_SIZE = Nscf • (10)
Количество бит в каждой ячейке определяется позиционностью Mmod используемой модуляции:
Nb_ CELL l0g2 MMOD YmOD
(11)
С выхода блока демультиплексора ячейки поступают на устройство их размещения на сигнальные точки SP (SP - Signal Point) на фазово-амплитудной плоскости (constellation - созвездие) в соответствии с кодом Грэя. Количество сигнальных точек Nsp в созвездии определяется позиционностью модуляции:
N = M
SP MOD
(12)
В результате для каждого РЬР формируется последовательность модуляционных символов. Из них необходимо сформировать ОББМ-символы.
2.1. Формирование кадров
Сформированный в модуле перемежения, кодирования и модуляции (BICM) цифровой сигнал поступает на формирователь кадра (Frame Builder) (рис. 1). Самый большой объект системы DVB-T2 - это суперкадр, который состоит из Т2-кадров (рис. 6).
Tsf
Суперкадр
Суперкадр
Суперкадр
Т2 кадр
Т2 кадр
Т2 кадр
Тр.,-" Ts К--- ><——-Н
Р1
Р2 NP2 - 1
Символ данных 1
Т2 кадр
Символ данных L
Рис. 6. Структура кадров в системе ЭУВ-Т2
Максимальное число Т2-кадров в суперкадре равно 255. Максимальная длина Т2-кадра Тряаме т2 мах составляет:
TFRAME_T2_MAX = 250 мс .
(13)
Однако все Т2-кадры имеют одинаковую длину внутри суперкадра. Т2-кадр состоит из символов OFDM, каждый из которых имеет активную длительность Ти. Т2-кадр состоит из: преамбулы, состоящей из одного символа P1; второй преамбулы, состоящей из нескольких символов P2; настраиваемого количества символов данных (рис. 7).
* Время
ф —-->
ф т к
03 Q_
Ф ^
сэ
х*
Р1
P2i
PLP2
PLPi
Рис. 7. Распределение фрагментов потоков в Т2-кадре
Длительность Т2-кадра определяется размером ОБПФ, защитным интервалом и числом используемых OFDM-символов. Максимально допустимая длительность Т2-кадра составляет 250 мс, что накладывает ограничение на максимальное количество символов OFDM Nofdm_symb для различных размеров БПФ и защитных интервалов (табл. 3). Длительность Т2-кадра Tт2_FRAME вычисляется по формуле:
TT2_FRAME = NOFDM _SYMB * TS + TP1' (14)
где Tofdm_symb - общая длина OFDM-символа, определяемая выражением:
TOFDM _ SYMB
= Tu + TGI = Tu x(1+GIF). (15)
В (14) GIF - доля защитного интервала Tgi относительно активной длительности OFDM-символа Tu:
GIF = TGI / Tu • (16)
Длительность символа P1 составляет:
TP1 = 0.224 мс. (17)
Количество OFDM-символов в кадре Т2 NOFDM_SYMB включает все Р2-символы NP2 и символы данных Ndata_symb:
NOFDM_SYMB = NP2 + NDATA_SYMB • (18)
При этом общее количество ячеек Ctotal_t2_frame в кадре Т2 будет равно:
CTOTAL_T2_FRAME = NOFDM _SYMB ' NSCF _USED • (19)
Кадр физического уровня DVB-T2 - Т2-кадр (рис. 7) начинается с преамбулы Р1. Этот OFDM-символ служит для синхронизации, идентификации потока DVB-T2, а также содержит семь информационных бит с начальной информацией о Т2-кадре, а именно число номинальных поднесущих частот в OFDM-символе (1K - 32K) и формат передачи следующей за Р1 преамбулы Р2. Вся остальная информация о Т2-кадре (длина данных, модуляция, скорость кодирования и т.п.) передается в преамбуле Р2, которая может занимать несколько OFDM-символов. Далее следует поле данных (информационные OFDM-символы).
Максимальное число OFDM-символов Nofdm_symb в кадре Т2 можно определить из уравнений (14) - (19), учитывая, что Tt2_frame_max = 250 мс:
T - T T - T
N = T 2_ FRAME _ MAX А P1 = LT 2_ FRAME _ MAX А P1 (20)
NODM_SYMB_MAX = T _ T *(1 + GIF) '
TOFDM_SYMB TU *(1 + GIF )
Рассчитанное по выражению (20) максимальное число OFDM-символов NOFDM_SYMB в кадре Т2 приведено в табл. 3. В зависимости от параметров OFDM-символа в Т2-кадре может быть от 60 до 2098 OFDM-символов при полосе передачи 8 МГц.
Таблица 3. Максимальное число OFDM-символов Nofdm_symb_max в кадре Т2 для различных значений IFFT size и GIF для полосы канала 8 МГц, включая символы Np2 и символы данных Ndata_symb
IFFT size Tu (мс) GIF
1/128 1/32 1/16 19/256 1/8 19/128 1/4
32 K 3.584 68 66 64 64 60 60 Н.д.
16 K 1.792 138 135 131 129 123 121 111
8 K 0.896 276 270 262 259 247 242 223
4 K 0.448 Н.д. 540 524 51219 495 485 446
2 K 0.224 Н.д. 1081 1049 1038 991 970 892
1 K 0.112 Н.д. Н.д. 2098 2076 1982 1941 1784
Количество символов Р2 Np2 [2] зависит от размера ОБПФ и приведено в табл. 4.
Таблица 4. Зависимость числа символов P2 Np2 от размера БПФ
IFFT Size NP2
1 K 16
2 K 8
4 K 4
8 K 2
16 K 1
32 K 1
Исходя из проведённого анализа обработки сигнала в блоке формирования кадров Т2, можно считать, что при оптимальном выборе количества символов OFDM в кадре Т2 единственными символами OFDM, содержащими как служебную, так и пользовательскую информацию, являются символы P2 (табл. 5) [1].
Таблица 5. Количество ячеек пользовательских данных CP2 в одном символе P2
IFFT Size CP2
1 K 558
2 K 1118
4 K 2236
8 K 4472
16 K 8944
32 K 22432
2.2. Генерация ОЕБМ-сигнала
После блока формирования кадров сигнал обрабатывается в блоке генерации OFDM-сигнала (рис. 1), структурная схема которого приведена на рис. 8.
ОБПФ Вставка ЦАП
_КПД
Рис. 8. Генерация OFDM-сигнала
Минимальное расстояние между поднесущими, при котором обеспечивается ортогональность передаваемых модулированных сигналов, равно:
А/ = 1/Tv , (21)
где Tu - активная длительность символов модулирующего цифрового сигнала и OFDM.
Диапазон генерируемых частот лежит в пределах от 0 до /max , где максимальное значение частоты определяется как:
fMAX = N IFFT
хА/, (22)
где Nifft - количество выборок (отсчётов) и количество частотных компонент Nscf_l разложения при проведении преобразования Фурье (табл. 6).
Количество выборок (отсчётов) при ОБПФ выбирается равным
N = 2n > N
IFFT 2 ^ 1 SCF USED,
(23)
где Мзсг^шеё - количество используемых поднесущих частот - информационных и пилотных.
В стандарте DVB-T2 используются размеры ОБПФ 1К, 2К, 4К, 8К, 16К и 32К, где К = 210 = 1024. Для размеров ОБПФ 8К, 16К и 32 К используются нормальный NsсF_usED_NORM и расширенный NsсF_usED_EXт режимы с разным числом поднесущих (табл. 6).
Таблица 6. Характеристики ОБПФ
IFFT Size Nifft = Nscf l Tu , мс А/ Гц Nscf_used_norm Nscf_used_ext
1 к = 210 1024 0.112 8929 853
2 к = 211 2048 0.224 4464 1705
4 к = 212 4096 0.448 2232 3409
8 K = 213 8192 0.896 1116 6816 6912
16 к = 214 16384 1.792 558 13632 13920
32 K = 215 32768 3.584 279 27264 27840
Из табл. 6 следует, что ширина спектра OFDM-сигнала при всех размерах ОБПФ равна:
BW = А/ х Nscf _
USED'
(24)
Таким образом, спектр OFDM-сигнала можно разместить в эфирном радиоканале, предназначенном для ТВ-вещания, с полосой пропускания 8 МГц, обеспечивая между соседними радиоканалами защитные частотные интервалы по 0.39 МГц.
В составе используемых поднесущих NscF_used (табл. 5), формируемых в блоке ОБПФ (рис. 8), помимо информационных поднесущих, предназначенных для передачи данных пользовательских пакетов Nb_UP, передаются пилотные поднесущие (PP - Pilot Pattern) (рис. 9).
А/
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
-
(N
О}
^Г
Ю
СО
СО
О)
О
□
Ячейка данных
Рис. 9. Пример распределения информационных и пилотных ячеек в координатах частота-время (PP3)
Рассеянные пилотные ячейки заданной амплитуды и фазы вводятся в сигнал через равные промежутки как во временном, так и в частотном направлениях. Они используются приемником для оценки изменений отклика канала как во временном, так и в частотном измерениях.
В DVB-T2 формируются восемь последовательностей пилот-ячеек: PP1, PP2, ... , PP8 (табл. 7), которые могут быть выбраны в зависимости от размера БПФ и доли защитного интервала, принятых для конкретной передачи. Это позволяет уменьшать количество пилотных ячеек, то есть снижать долю служебных сигналов OHFpp, обеспечивая при этом достаточное качество оценки канала. Из табл. 6 следует, что переход от последовательности пилот-ячеек PP1 к последовательности РР8 позволяет уменьшить долю служебных сигналов с 8.33 % до 1.04 %.
Таблица 7. Доли служебных сигналов для разных последовательностей пилот-ячеек
S
t
Тип РР РР1 РР2 РР3 РР4 РР5 РР6 РР7 РР8
OHFpp 0.0833 0.0833 0.0417 0.0417 0.0208 0.0208 0.0104 0.0104
1-OHFpp 0.9167 0.9167 0.9583 0.9583 0.9792 0.9792 0.9896 0.9896
В блоке ОБПФ после формирования поднесущих частот производится их модуляция входным цифровым потоком, количество бит в каждой ячейке которого определяется позиционностью MMOD используемой модуляции (11).
После обработки сигнала в блоке ОБПФ он поступает в блок добавления защитного интервала (Guard Interval) (рис. 8). Из-за многолучёвости в среде распространения возникают межсимвольные помехи, которые снижают помехоустойчивость приёма. Бороться с межсимвольными помехами можно путём введения защитного временного интервала TGI, во время действия которого приёмник закрыт.
Следовательно, при введении защитного интервала OFDM-символ TS будет иметь длительность:
T = T + T (25)
1Л(7ЛМ CVMD U GI ' V )
ОГОМ _ БУШИ ^и 1
При этом доля активной части символа Ти составит:
T
U FRACT
T 1и
T
J- с
T J- тт
T + T
U + 1 GI
(26)
В табл. 8 приведены результаты расчётов по выражению (26) доли активной части символа.
Таблица 8. Параметры OFDM-символа при полосе канала 8 МГц, Ти = 0.896 мс
Tg/Tu 1/128 1/32 1/16 19/256 1/8 19/128 1/4
Tg, ms 0.007 0.028 0.056 0.0665 0.112 0.133 0.224
Tu_FRACT 0.9922 0.9697 0.9418 0.931 0.8889 0.8707 0.8
Из табл. 8 следует, что введение защитного интервала уменьшает скорость передачи пользовательской информации от 0.8 % при Твт/Ти = 1/128 до 20 % при Твт/Ти = 1/4.
3. Определение скорости передачи данных
В подразделе 2 были рассмотрены все этапы обработки сигнала в стандарте DVB-T2, влияющие на скорость передачи пользовательской информации: доля служебной информации в кадре Т2 - OHFbb_frame, Np2; скорость избыточного кодирования Rc_fec = Rc_bchX Rc_ldpc; количество используемых поднесущих частот Nscf_used; позиционность модуляции Mmod; доля пилотных поднесущих в используемых поднесущих частотах OHFPP; доля активной части символа Tu_fract.
Исходя из структуры сигнала DVB-T2, определим скорость передачи Т2-кадров (9), учитывая, что частота следования кадров /t2_frame численно равна скорости передачи кадров
Rt2 frame :
R
1
1
1
T 2_ FRAME
T N X T + T N
LT2 FRAME OFDM SYMB^±S^±P1 OFDM SYMB^^U
XTU x(1 + GIF) + TP1
(27)
С учётом того, что в каждом из ^oFDM_SYMв символов кадра Т2 содержится количество ячеек ^еьь, равное количеству используемых поднесущих частот NsсF_usED, определим скорость передачи (27) с учётом числа ячеек:
R
T 2 CELL
' NOFDM SYMB X RT 2 FRAME X NCELL
' NOFDM SYMB X RT 2 FRAME X NSCF USED
N X N
1' OFDM _ SYMB 1' SCF _ USED
N
(28)
'OFDM _ SYMB X TU X(1 + GIF ) + TP1
Учитывая, что в одной ячейке передаётся у = log2MMOD бит, суммарная битовая скорость передачи с учётом всех ячеек будет равна:
Кы. -
NOFDM_SYMB x NSCF_USED xl0g2 MMOD
[ N
OFDM SZMB
x^ x(1 + GIF) + TP1
(29)
Скорость передачи пользовательской информации Яь_ир уменьшается относительно суммарной скорости передачи Яы из-за необходимости: передавать служебную информацию в сигнале основной полосы ОНРбб_бклме, в кадре Т2 №2, в пилот сигналах ОНБрр; вводить избыточное кодирование БЕС Кобес = ЯсБснХ Ясьбрс и защитный интервал Ти_Бклст:
R
b UP
log2 M,
[ N
OFDM _ SYMB
XTU x(l + GIF) + TPl
x
(l- ohfbb_frame )xr
X R
c _ BCH c_LDPC
x(l- OHFPP )x
xTU _ FRACT 1x
] x [(
N
OFDM _ SYMB
Np 2 )x N
+ N x C
SCF _USED lvP2л P2
(30)
В [2] получены результаты расчётов самой высокой скорости передачи пользовательской информации Rb_uP в канале с полосой частот 8 МГц, которая достигается при размере ОБПФ, равном 32K; относительной величине защитного интервала GIF = 1/128; режиме расширенного варианта поднесущих частот; последовательности пилот-тонов PP7; различных комбинациях позиционности модуляции и скорости кода; количестве модуляционных символов Lf в кадре Т2 LF = 60. При позиционности модуляции Mmod = 256 и скорости внутреннего кода RcLdpc = 5/6 скорость передачи данных равна RbUP = 50.3245 Мбит/с [2].
Для проверки корректности предложенной методики с использованием выражений (1) - (30) и табл. (1) - (8) рассчитаем скорость передачи пользовательских данных для тех же параметров, что и в [2]. Подставим эти значения в выражение (24):
R
b UP
8
;(l + Х28) +
60 x 3.584 xl°-3 x(l + ll28l + 0.224-10
-3
x(l - 0.0017 )x 0.996 x
5
x 6-(l - 0.0l04)x 0.9922
x[(60 -l)x27840 + lx22432] - 50.3088 Мбит/с.
Погрешность результатов расчётов по предложенной методике относительно результатов, полученных в [2], составляет ДКь_иР = 0.03 %.
Таким образом, вместо использования достаточно громоздких и сложных формул, приведённых в [2], расчёты скоростей передачи пользовательских данных для различных сочетаний параметров стандарта ЭУБ-Т2 можно проводить по предложенной методике.
3.1. Выбор длины кадра
Из выражения (30) для определения скорости передачи пользовательских данных следует, что скорость зависит от длины кадра - числа ОБЭМ-символов в нём Мобом_8умб:
Rb UP -
log2 M
MOD
[ N
OFDM _ SYMB
xTU x(l + GIF) + Tpl
x(
(l - OHFs
SERVICE_ DATA ,
x
x [( N
OFDM _ SYMB
Np 2 )x N
+ N xC
SCF USED lvP2 ^ ^P2
(3l)
В (31) величина снижения скорости передачи пользовательских данных из-за передачи служебных данных, не зависящая от длины кадра, равна:
(l - OHFSERVICEDATA ) - [(l - OHFBB_FRAME ) x R
BB _ FRAME ) x Rc _BCH x Rc _LDPC '
x(l - OHFPP )x TL
U _ FRACT
. (32)
Из выражения (31) следует, что с увеличением длины кадра скорость передачи пользовательских данных пропорциональна длине кадра, умноженной на количество ячеек в OFDM-символе Nscf_used, и обратно пропорциональна длине кадра, умноженной на длительность символа Tofdm_symb. Поскольку численное значение количества ячеек в OFDM-символе, изменяющееся от 1024 при 1K до 32768 при 32K (табл. 6), много больше длительности символа, изменяющейся от 0.112х10-3 до 6.272х10-3 с, то с увеличением длины кадра скорость будет возрастать, так как доля служебной информации не зависит от длины кадра и, следовательно, будет уменьшаться.
С использованием выражения (30) рассчитаем зависимость скорости передачи пользовательских данных от числа OFDM-символов в Т2-кадре для параметров канала стандарта DVB-T2: полоса частот BW = 8 МГц; размер ОБПФ 8KN; относительная величина защитного интервала GIF = 1/4; режим нормального варианта поднесущих частот; последовательность пилот-тонов PP7; позиционность модуляции Mmod = 64; скорость кода RcLdpc = 3/4; длина FEC-кадра 64800 бит. Результаты расчётов приведены на рис. 10.
BW= 8 МГц; FFT - 8KN; РР7; М = 64; GIF = 1/4; NbFEC = 6480D; RcLDPC = %
22 -т-т-1-1-.-т-
6
6
2 -'-'-'-'-'-'-
О 20 40 50 30 100 120 140
Длина кадра (симв)
Рис. 10. Зависимость скорости передачи от числа OFDM-символов в Т2-кадре
Из рис. 10 следует, что в кривой зависимости скорости передачи от числа OFDM-символов в Т2-кадре при длине кадра Nofdm_symb = 100 наступает «насыщение», т.е. при дальнейшем увеличении длины кадра Т2 скорость передачи пользовательских данных почти не изменяется. В табл. 9 приведены изменения скорости передачи от длины кадра при длине кадра
Nofdm_symb > 100.
Таблица 9. Изменения скорости передачи от длины кадра при NoFDM_SYMв > 100
Nofdm symb 100 105 110 115 120 123
Rb up, Мбит/с 19.96 19.98 20.00 20.01 20.02 20.03
ARb_up 0.001 0.001 0.0005 0.0005 0.0005
Из табл. 9 следует, что оптимальным диапазоном длины кадра Т2 является Nofdm_symb = 100 - 110, так как при дальнейшем увеличении длины кадра скорость передачи увеличивается не более чем на 0.01 %.
Разработанная методика определения скорости передачи пользовательских данных в стандарте наземного цифрового телевизионного вещания DVB-T2 может быть использована для систем связи, в которых используется технология ортогонального частотного мультиплексирования, например, WiMAX, LTE, Wi-Fi.
Литература
1. ETSIEN 302 755 V1.3.1 (2011-11) Digital Video Broadcasting (DVB); Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2).
2. ETSI TS 102 831 V1.2.1 (2012-08) Digital Video Broadcasting (DVB); Implementation guidelines for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2).
3. Носов В. И. Обработка сигналов при ортогональном частотном мультиплексировании: учебное пособие. УМО по направлению «Телекоммуникации». Новосибирск: СибГУТИ, 2012. 352 с.
4. Шахнович И. В. DVB-T2 - новый стандарт цифрового телевизионного вещания // Связь и телекоммуникации. 2009. № 6. С. 30-35.
Статья поступила в редакцию 24.01.2021.
Носов Владимир Иванович
д.т.н., профессор кафедры систем радиосвязи СибГУТИ (630102, Новосибирск, ул. Кирова, 86), тел. (383) 2-698-254, e-mail: nvi@sibsutis . ru.
Зиновьев Максим Вячеславович
аспирант кафедры систем радиосвязи СибГУТИ, e-mail: neo136@list.ru. Ладан Александра Сергеевна
аспирант кафедры систем радиосвязи СибГУТИ, e-mail: lad_al@mail. ru.
Features of determining the parameters of digital television broadcasting V. Nosov, M. Zinoviev, A. Ladan
The DVB-T 2 terrestrial digital television broadcasting standard allows to use a wide range of user data transfer rates. In the literature, rather cumbersome and complex formulas for calculating the transfer rates of user data are given. The article offers a simple method for determining the optimal user data transfer rate based on simple and understandable formulas founded on the sequence of user data processing in the DVB-T2 standard.
Keywords: DVB-T2 standard, user data transfer rate, redundant encoding, guard interval.
