Modulace OFDM DVB-T, DAB, DRM

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Modulace OFDM DVB-T, DAB, DRM"

Karla Müllerová
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Modulace OFDM DVB-T, DAB, DRM

2 OFDM - ortogonální frekvenční multiplex Přenos realizován na více nosných vlnách Kmitočty nosných vln jsou voleny tak, aby byly navzájem ortogonální (neovlivňovaly se) Modulace nosných BPSK, MPSK, QPSK, QAM OFDM symbol data Sério-paralelní převodník mapování symbolů c n,kmin c n,kmin+1 c n,kmax j e ω j e ω x K min x x K max t t + K max j kt s OFDM () t = cn, ke ω n= k= Kmin K min pořadové číslo první nosné K max pořadové číslo poslední nosné

data Sério-paralelní převodník mapování symbolů c n,kmin c n,kmin+1 c n,kmax j e ω j e ω x K min x x K max t t

3 OFDM Ortogonální systém harmonických funkcí na intervalu délky T U 2π k j t T jω t U k e = e pro k K, K ω k 2π k = T U min max Viz Fourierova řada - rozklad signálu na intervalu T do systému ortogonálních harmonických funkcí T U Podmínka ortogonality T U * 2π 2π j kt j nt TU T T U U pro k = n e e dt = 0 pro k n

rozklad signálu na intervalu T do systému ortogonálních harmonických funkcí T

4 Konstrukce modulátoru a demodulátoru OFDM K max j kt s OFDM n () t = cn, ke ω k= Kmin -vztah pro komplexní Fourierovu řadu, kde c = 0 pro k Kmin, Kmax k n, k ( ) jωkt cˆ = s t e dt T U c Odhad symbolů ˆk v přijímači lze ze signálu s OFDM t získat pomocí vztahu pro výpočet koeficientů Fourierovy řady OFDM n ( ) (odpovídá korelačnímu přijmu nebo detektoru z přizpůsobeným filtrem) Modulátor a demodulátor se většinou realizuje číslicově, místo Fourierovy transformace používá DFT resp. FFT. OFDM symbol c c c K min K min + 1 K max FFT D/A s OFDM ( t) A/D IFFT cˆ cˆ cˆ K min K min + 1 K max

Fourierovy řady OFDM n ( ) (odpovídá korelačnímu přijmu nebo detektoru z přizpůsobeným filtrem) Modulátor a demodulátor se většinou realizuje

5 Problém s ISI Vícestavové modulace jsou velmi citlivé na intersymbolovou interferenci, která vzniká například vícecestným šířením signálu. Překrývání symbolů 0 symbol 1 symbol 2 t 0 symbol 1 symbol 2 + symbol 1 symbol 2 t vysílač přijímač

6 Ochranný interval Řešení ISI: Zavedení ochranného intervalu T s T U Symbol se na začátku prodlouží o čas. Doba trvání symbolu T s =T U + Trvání ochranného intervalu se také často vyjadřuje zlomkem T U Pro demodulaci se využívá pouze vyznačené úseky signálu, ve kterých je ISI nulová a nosné jsou ortogonální.

Doba trvání symbolu T s =T U + Trvání ochranného intervalu se také často

7 Vlastnosti OFDM Výhody Odolná proti selektivnímu úniku Signál narušen jen na některých nosných. Opraví se pomocí FEC Odolná proti vícecestnému šíření signálu Jednofrekvenční sítě vysílačů Možnost mobilního příjmu Nevýhody Velké kolísání obálky => lineární vysílač, malá účinnost vysílače Nutnost velké dynamiky při zpracování

Opraví se pomocí FEC Odolná proti vícecestnému šíření signálu Jednofrekvenční

8 Jednofrekvenční sítě SFN (Single Frequency Network) Síť synchronizovaných vysílačů pracujících na společném kmitočtu Vykrytí míst s problematickým příjmem Pokrytí většího území Lepší využití kmitočtového spektra Intersymbolová interference způsobená různou dobou šíření signálu od vysílačů se řeší ochranným intervalem vysílač 2 vysílač 1 Přijímač vysílač 3

území Lepší využití kmitočtového spektra Intersymbolová interference způsobená různou

9 Aplikace OFDM Radiotechnika DAB, DVB-T, DRM WiFi G4 (4 generace buňkových telefonů) Telekomunikace ADSL Komunikace po energetických sítích

10 DVB-T Digital Video Broadcasting Terrestrial Norma ETSI EN Podpora kanálového dělení 8MHz, 7MHz, 6MHz Stávající televizní pásmo a kanálové dělení VHF MHz, UHF MHz Podpora SNF (jednofrekvenčních sítí) Zvětšení obsluhovaného území Vykrytí problematických míst Lepší hospodaření s kmitočtovým spektrem Systém lze přizpůsobit místním podmínkám Počet nosných - režimy 2K, 8K,4K (pro DVB-H) Typ modulace nosných - QPSK, 16-QAM, 64-QAM Rychlost kódování vnitřního kodéru 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 Délka ochranného intervalu 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 Možnost hierarchického režimu Vysílat program v normálním a vysokém rozlišení Vysílat některé programy jinou modulací (větší dosah)

přizpůsobit místním podmínkám Počet nosných - režimy 2K, 8K,4K (pro DVB-H) Typ modulace nosných - QPSK, 16-QAM, 64-QAM Rychlost kódování vnitřního kodéru 1/2, 2/3, 3/4,

11 DVB-T zdrojové kódování MPEG 2 (MPEG 4) Sdružování jednotlivých programů transportního toku audio video doplňková data audio video doplňková data Programový mux Programový mux Transportní mux Transportní tok (pakety délky 188 byte) PES Packetised elementary stream (pakety délky 188 byte) Struktura paketu SYNC 1 Byte MPEG-2 data 187 Byte

mux Programový mux Transportní mux Transportní tok (pakety délky 188 byte) PES

12 Blokové schéma vysílače DVB-T Kodér zdroj Transportní MUX scrambler Vnější kodér Vnější prokladač Vnitřní kodér scrambler Vnější kodér Vnější prokladač Vnitřní kodér Jen hierarchický režim Vnitřní prokladač Mapování OFDM modulátor Vložení ochranného intervalu D/A Koncový stupeň vysílače Pilot TPS TPS Transmission Parameter Signaling

kodér Jen hierarchický režim Vnitřní prokladač Mapování OFDM modulátor Vložení

13 Scramblování Metoda pro zajištění, aby vysílaná data měla charakter náhodných dat Příznivý dopad na spektrum vysílaného signálu Vysílaná data se vynásobí pseudonáhodnou posloupností Na straně přijímače se data opět násobí stejnou posloupností, čímž se získá původní posloupnost Scrambler DVB-T Počáteční stav Posuvný reg xor vstup xor výstup Scramblují se pouze MPEG-2 data, SYNC se nescrambluje

stejnou posloupností, čímž se získá původní posloupnost Scrambler DVB-T Počáteční stav Posuvný reg.

14 Vnější kodér Zkrácený Read-Solomonův kód RS(204,188,t=8) Odvozený z kódu RS(255,239,t=8) Nebinární lineární (cyklický) blokový kód Symbol tvořen 8 bity (oktet, Byte) 188 Byte 204 Byte SYNC 1 Byte MPEG-2 data 187 Byte Kodér RS(204,188,t=8) SYNC 1 Byte MPEG-2 data 187 Byte Parita 16 Byte

tvořen 8 bity (oktet, Byte) 188 Byte 204 Byte SYNC 1 Byte MPEG-2 data

15 Vnější prokladač Konvoluční Bytový prokladač Prokladač Zpětný prokladač M=11x17 Přepíná po každém Byte M = 17 Přepíná po každém Byte M=10x17 M=2 x 17 M=9 x 17 M=3 x 17 M=8 x 17 M=11x17 FIFO registr délky M Bytů

Byte M = 17 Přepíná po každém Byte M=10x17 M=2 x 17

16 Vnitřní kodér Punkturovaný konvoluční kód 1/2 s omezující délkou 7 Data (bity) mod 2 + D D D D D D Výstup X Punkturování Výstup (bity) mod 2 + Výstup Y Kódová rychlost 1/2 2/3 3/4 5/6 7/8 Punkturování X:1 Y:1 X:10 Y:11 X:101 Y:110 X:10101 Y:11010 X: Y: Výstupní posloupnost X1 Y1 X1 Y1 Y2 X1 Y1 Y2 X3 X1 Y1 Y2 X3 Y4 X5 X1 Y1 Y2 X3 Y4 X5 Y6 X7

3/4 5/6 7/8 Punkturování X:1 Y:1 X:10 Y:11 X:101 Y:110 X:10101 Y:11010 X:1010101

17 Vnitřní prokladač + mapování Demux Bitový prokladač Bitový prokladač 2 pro QPSK 4 pro 16-QAM 6 pro 64-QAM Symbolový prokladač Mapování OFDM symbol V případě hierarchického módu Bitový prokladač Demux Bitový prokladač

Symbolový prokladač Mapování OFDM symbol V případě

18 Konstelační diagramy modulace QPSK Im nosných 16-QAM 64-QAM Re α=1 α= QAM 1010 Im α=2 α= Re Grayův kód α=4 α=4

1010 Im 0010 0000 1001 1011 0011 0001 α=2 α=2 1101

19 Struktura rámce DVB-T rámec tvořen 68 OFDM symboly Datové nosné přenos dat Synchronizační nosné Kontinuální nosné (Continual Carriers) 177 pro 8K; 45 pro 2K Rozptýlené nosné (Scattered Carriers) 567 pro 8K; 142 pro 2K TPS (Transmission Parameter Signaling) 88 pro 8K; 17 pro 2K 67 bit. informace o konfiguraci (Použitá modulace, kódování, režim ) sloužící pro nastavení přijímače

Carriers) 567 pro 8K; 142 pro 2K TPS (Transmission Parameter Signaling) 88 pro 8K; 17 pro 2K

20 Režim 8K, kanálový rozestup 8 MHz Počet nosných 6817 T U 896 µs Vzdálenost nosných (1/T U ) Šířka pásma (Vzdálenost krajních nosných) 1116 Hz 7,61 MHz Ochranný interval 1/4 1/8 1/16 1/32 Délka symbolu 1120 µs 1008 µs 952 µs 924 µs Režim 2K, kanálový rozestup 8 MHz Počet nosných 1705 T U 224 µs Vzdálenost nosných (1/T U ) Šířka pásma (Vzdálenost krajních nosných) 4464 Hz 7,61 MHz Ochranný interval 1/4 1/8 1/16 1/32 Délka symbolu 280 µs 252 µs 238 µs 231 µs

952 µs 924 µs Režim 2K, kanálový rozestup 8 MHz Počet nosných 1705 T U 224 µs Vzdálenost nosných (1/T U ) Šířka

21 Další systémy DVB DVB-S(2) (Satelite) Modulace QPSK, 8PSK jinak podobné s DVB-T Příjem na směrovou anténu DVB-T (Terrestrial) DVB-H (Handheld) Vychází z DVB-T OFDM, 4K nosných Menší rozlišení Kódování upraveno tak, aby přijímač mohl být v aktivním režimu pouze po zlomek doby (úspora energie) DVB-C (Cable) Modulace 16 QAM, 32 QAM, 64 QAM, 128 QAM, 256 QAM

22 BVB-T v ČR

23 DAB Standard pro rozhlasové vysílání ETSI EN v pásmu VKV a S (1,5 GHz) Přenos jakostních audio signálů a doprovodné informace včetně statických obrázků Kódování MPEG Audio Layer II Modulace OFDM, nosné DQPSK Pásma I. VKV MHz (terestriární) II. Pásmo L MHz (terestriární a satelitní) III. Pásmo 3 GHz (terestriární a satelitní) IV. Pásmo

25 DRM Digital Radio Mondiale Standard pro digitální rozhlasové vysílání v pásmu do 30 MHz v kvalitě FM rozhlasu Norma ETSI Náhrada za stávající AM rozhlasové vysílání Výhody Lepší kvalita než stávající AM systémy Stereo Velký dosah viz módy šíření rádiových vln na těchto kmitočtech Možnost kódování pořadů Informace o pořadech + doprovodná data Možnost automatického přelaďování na vysílač se stejným programem

26 Blokové schéma vysílače Audio Data FAC Zdrojové kódování Kodér Kodér MUX Scrambler Scrambler Kodér kanálu Kontinuální nosné Kodér kanálu MSC FAC Mapování OFDM modulátor SDC Kodér Scrambler Kodér kanálu SDC MSC Main Service Channel FAC Fast Access Channel SDC Service Description Channel

27 Hlavní vlastnosti Kanál Poloviční šířka pásma 4,5 KHz nebo 5 KHz Bitová rychlost pro data kolem 8 kbit/s Normální šířka pásma 9 khz nebo 10 khz Bitová rychlost pro data kolem 20 kbit/s Dvojnásobná šířka pásma 18 KHz nebo 20 KHz Bitová rychlost pro data až 72 kbit/s Kódování audio MPEG 4 AAC (mono a stereo) jakostní audio 20 kbit/s MPEG 4 CELP (mono) řeč 8 10 kbit/s MPEG 4 HVXC (mono) řeč, velmi malá bitová rychlost 2 kbit/s možnost několik řečových signálů na jednom kmitočtu

28 Hlavní vlastnosti Režimy DRM Parametry OFDM symbolu Režim Podmímky A B C D A AWGN kanál, malý únik T U [ms] B Časově a kmitočtově selektivní kanál T s [ms] C D Jako B, ale vyšší rozprostření kmitočtu Jako B ale extrémní rozprostření kmitočtu Ochranný interval 1/9 1/4 4/11 11/14 Počet nosných Kanál/ 4,5 khz 5 khz 9 khz 10 khz 18 khz 20 khz režim A B C Nepoužívá se Nepoužívá se Nepoužívá se 139 Nepoužívá se 281 D Nepoužívá se Nepoužívá se Nepoužívá se 89 Nepoužívá se 179

29 Hlavní vlastnosti Modulace nosných 4-QAM, 16-QAM, 64-QAM Kódování kanálu Punkturovaný konvoluční kód 1/4 Scramblování Prokládání

Podobné dokumenty

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/34.0452 Číslo projektu Číslo materiálu Název školy CZ.1.07/1.5.00/34.0452 OV_1_44_měření DVB-S s