ЧМ может выполняться путем интегрирования сигнала сообщения и подачи его на фазовый модулятор. И наоборот, фазовая модуляция может осуществляться путем дифференцирования сигнала сообщения и подачи его на частотный модулятор. Этим и объясняется сходство.
Рис 2.4. Фазовая манипуляция PSK (a), относительная фазовая манипуляция DPSK (б).
Процесс демодуляции в приемнике, показанный на рис. 2.5.б, можно выполнить, используя детектор произведения (перемножающий демодулятор), который эффективно перемножает принятый PSK сигнал с местной генерируемой опорной несущей, восстанавливая таким образом оригинальный сигнал сообщения.
Рис. 2.5. Модуляция методом PSK (a), демодуляция методом PSK (б).
Относительная фазовая манипуляция
При демодуляции трудно точно генерировать сигнал опорной несущей, о которой говорилось в предыдущем примере с использованием метода PSK. поскольку фазовые соотношения на любой частоте из-за понижающего преобразования могут медленно меняться при прохождении сигнала по линии связи. Решение данной проблемы состоит в использовании относительной фазовой манипуляции (DPSK), где изменения фазы происходят по отношению к фазе предыдущего положения передаваемого сигнала. Принцип действия DPSK для сравнения с методом обычной PSK показан на рис 2.4.б. Частота опорной несущей во время демодуляции восстанавливается только из предыдущего принятого положения сигнала, что в значительной степени устраняет воздействие непредсказуемых (случайных) изменений фазы на линии связи. Система работает следующим образом. Фазой опорной несущей для сигнала В является фаза сигнала А. Фаза опорной несущей для сигнала С - это фаза несущей В, и т. д. В действительности, значений фазовых сдвигов на 0° следует избегать, так как приемник всегда принимает сдвиги фазы на скорости передачи данных. Например, +90° и +270° для 0 и 1 могут быть использованы вместо 0° и 180°; таким образом исключаются длинные периоды немодулированной несущей, которые могут привести к значительной концентрации энергии в определенных участках спектра, в результате чего возникает интерференция.
Квадратурная фазовая манипуляция
Квадратурная фазовая манипуляция (QPSK или 4-PSK) представляет собой дальнейшее развитие метода PSK, в котором для заданной частоты несущей скорость передачи данных эффективно удваивается без увеличения скорости передачи сигнала. Недостатком данного метода является падение отношения S/N при демодуляции. При QPSK каждая позиция сигнала кодируется дибитом. Обычно используются четыре позиции (положения) сдвига фазы на 90°: +45°, +135°, +225° и +315°. Не забудьте, что положение фазы 0° редко используют на практике, чтобы исключить длинные периоды немодулированной несущей. Переход от двухпозиционной системы передачи сигнала к четырехпозиционной означает, что скорость передачи данных, измеряемая в битах в секунду, больше, чем скорость передачи сигнала в бодах. Фазовые соотношения в системе QPSK, где четыре дибита кодируются четырьмя значениями сдвига фазы, приведены в табл. 2.2. Основной принцип возможной реализации QPSK-модуляции сигнала показан на рис. 2.6. Две несущие одной и той же частоты, сдвиг фаз между которыми составляет 90°, поступают на пару умножителей. На каждый умножитель с одинаковой скоростью подаются цифровые входные сигналы +1 (сигнал двоичного 0) или -1 (сигнал двоичной 1), использующие, как и в предыдущих примерах, отрицательную логику. Выходные сигналы умножителей представляют собой такой же кодированный сигнал, как и в описанном ранее простом случае. То есть двоичная единица представлена сдвигом фазы на 180°, а двоичный нуль — сдвигом фазы на 0°. Основное отличие от обычной PSK состоит в том, каким образом эти выходные сигналы комбинируются сумматором. Сумматор создает окончательный выходной сигнал, соответствующий четырем возможным комбинациям сигнала сообщения, как это показано в табл. 2.2. Фазовая диаграмма (см. рис. 2.7.) представляет в фазовой форме положения табл. 2.3. и четко демонстрирует, как четыре значения сдвига фазы, или кодовых вектора, на +45°, +135°, +225° и +315° представляют дибит, получаемый от сложения двух выходных модулированных сигналов.
Рис. 2.6. Реализация метода QPSK модуляции.
Обратный процесс демодуляции приведен на рис. 2.8. Приходящие сигналы подключаются параллельно к двум перемножающим демодуляторам и генератору опорной несущей. Опорная несущая восстанавливается из принятого сигнала со скоростью передачи данных таким же образом, как это ранее было описано для метода DPSK. Эта несущая поступает непосредственно на один фазовый детектор и через схему сдвига фазы на 90° на другой фазовый детектор. Дибит восстанавливается путем проверки размера выходного сигнала с каждого перемножающего демодулятора со скоростью передачи данных, представленной в табл. 2.3. Преимущество метода QPSK заключается в возможности работы при мощности транспондера, близкой к насыщению (максимальное значение мощности), поэтому данный метод обладает высокой эффективностью использования энергии. Кроме того, он хорошо подходит для двойной поляризации, поскольку имеет очень низкую чувствительность к интерференции от других цифровых систем.
Рис.2.7. Фазовая диаграмма QPSK модуляции.
Таблица 2.2. Изменения фазы, производимые положениями передаваемого сигнала в QPSK.
Таблица 2.2. Таблица выходных сигналов демодулятора.
Рис. 2.8. Демодуляция сигнала QPSK.
2.2 Система DVB/MPEG-2
Международные стандарты для цифрового ТВ вещания были приняты в 1994 году. Это стандарты ISO/IEO 13818-1 (MPEG-2 Systems), 150/IEC 13818-2 (MPEG-2 Video) и ISO/IEO 13818-3 (MPEG-2 Audio).
Стандарт MPEG-2 определяет форматы кодирования для всех способов передачи цифровых сигналов ТВ вещания, позволяющих получить ТВ изображения высокого качества при скорости передачи данных от 4 до 9 Мбит/с. Он также эффективен при передаче данных с более высокой скоростью, которая требуется для HDTV (системы телевидения высокой четкости).
Сегодняшняя система аналогового ТВ использует чересстрочную развертку и содержит как поля, так и кадры. При кодировании сокращением избыточности блоки формируются либо на основе полей, либо на основе кадров, как было описано ранее, в зависимости от содержания изображения или от интенсивности перемещений в кадре. В вопросах внедрения систем, соответствующих требованиям стандарта MPEG-2, производители декодеров имеют достаточную свободу действий в пределах технических характеристик системы. Некоторые варианты реализации системы могут работать лучше, чем другие.
Существуют определенные положения концепции DVB (цифрового ТВ вещания), которые являются общими для всех составляющих ее систем. Они заключаются в следующем:
-- системы формируются из пакетов фиксированной длины, позволяющих гибко сочетать MPEG-2 видео, звук и данные;
-- все системы используют единый стандарт уплотнения транспортного потока MPEG-2;
-- все системы используют систему служебной информации (SI), обеспечивающую параметры программирования;
-- все системы используют общий внешний код (188, 204) Рида-Соломона с предварительной коррекцией ошибок;
-- метод модуляции и системы дополнительного канального кодирования выбираются в соответствии с требованиями службы провайдера;
-- во всех системах применяется общий метод скремблирования и система условного доступа.
Система DVB-S
Система цифрового ТВ вещания DVB-S (Digital Video Broadcasting -Satellite) предназначена для спутниковых каналов связи при ширине полосы пропускания транспондеров от 26 до 72 МГц, которая используется на подавляющем большинстве существующих ТВ спутников, таких как группы спутников Astra и Hotbird.
DVB-S представляет собой систему с одной несущей; ее удобнее описывать, используя аналогию с луковицей. Сердцевина «луковицы» - это материал программы (основная полезная нагрузка), а внешние слои надстраиваются сверху, чтобы защитить программу от ошибок во время передачи. Официальное название такой многослойной системы - «MPEG System Layer».
Полезная нагрузка может состоять из многих каналов, уплотненных с разделением во времени, располагающихся на одной несущей в режиме МСРС («много каналов на одну несущую»), или из одного канала при совместном использовании транспондера спутника в режиме SCPC («один канал на одну несущую»). Режим МСРС обеспечивает максимальное использование транспондера и позволяет оператору осуществлять передачу на полной мощности. Режим SCPC позволяет различным передающим станциям получить доступ к общему или поделенному транспондеру. Чтобы уменьшить интермодуляционную интерференцию между несущими при использовании одного транспондера, для режима SCPC применяется метод модуляции OQPSK (квадратурной фазовой манипуляции со сдвигом).
Видео-, аудио- и другие данные организуются в пакеты фиксированной длины (контейнеры) по 188 бит, включая 4-битовый заголовок. Затем предпринимаются следующие шаги:
1. В заголовок каждого восьмого пакета добавляется свой инвертированный байт синхронизации.
2. Содержимое пакета рандомизируется (перемешивается) заранее определенным образом.
3. Для пакетных данных применяется эффективный широкосистемный внешний код, заключающий в себе код (188, 204) Рида-Соломона с предварительной коррекцией ошибок и дополненный фиксированным 16-байтовым вспомогательным заголовком в виде (204 - 188) х 100/188 = 8, 51%.
4. Для содержимого пакета применяется сверточное чередование.
5. Добавляется второй (внутренний) код. Этот сверточный код может иметь размер вспомогательного заголовка, который регулируется в соответствии с требованиями вещателя.
6. Сигнал модулирует несущую спутникового вещания при помощи метода QPSK. Потоки многих каналов могут быть уплотнены с временным разделением (ТDМ) в единый MPEG-2 транспортный поток.
Система автоматически адаптируется к изменениям характеристик канала. В пределах параметров линии связи вещатель может варьировать двумя переменными: общим размером структуры сигнала и внутренним кодом, исправляющим ошибки. Приемник путем быстрого подбора будет автоматически настраиваться на передаваемые параметры. Например, вещатель может выбрать в качестве внутреннего кода сверточный код с коэффициентом 3/4.
Система DVB-SI
Стандарт MPEG-2 включает в себя программную специальную информацию (PSI), помогающую декодеру захватывать и декодировать структуру пакета. Эти данные передаются для автоматической конфигурации декодера вместе с видео и звуком и позволяют восстанавливать передаваемую видеоинформацию.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
