![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Практическая работа №5
«Изучение принципов работы системы цифрового радиовещания Эврика - 147» Учебная цель: 1.Научиться анализировать принципы построениясистемы цифрового радиовещания «Эврика - 147» Учебные задачи:
Образовательные ресурсы, заявленные во ФГОС. Студент должен: Уметь: - анализировать принципы построения систем цифрового радиовещания Знать:
Обеспеченность занятия: 1. Учебно-методическая литература: Катунин Г.П., Мамчев Г.В., Папантонопуло В.Н., Шувалов В.П., Телекоммуникационные системы и сети. Учебное пособие - М.: Горячая линия-Телеком, 2010. Величко В.В., Катунин Г.П., Шувалов В.Д., Основы информационных технологий – М.: Горячая линия – Телеком 2009.
2. Отчет о выполнению практической работы. 3. Карандаш простой. 4. Чертежные принадлежности: Линейка. Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме практической работы: Система цифрового радиовещания «Эврика - 147» Принципы построения и параметры системы цифрового радиовещания (ЦРВ) «Эврика-147» регламентированы принятым в 1994 году европейским телекоммуникационным стандартом ETS 300401. Рассмотрим принцип упрощенную структурную схему передающей части системы. Обработка сигнала происходит в несколько этапов. Рис. 1. Структурная схема передающей части системы «Эврика-147» На первом этапе сигналы, поступающие по каналам передачи звуковых программ и каналам передачи данных, подвергаются индивидуальному кодированию. Эти функции выполняют специальные устройства, называемые кодерами звуковых сигналов и кодерами данных. В системе ЦРВ «Эврика-147» применяется метод субполосного кодирования звуковых сигналов MUSICAM. Благодаря использованию эффектов маскировки, свойственных человеческому слуху, этот метод позволяет, например, снизить скорость цифрового потока каждого из каналов высококачественного стереофонического сигнала с 768 (студийный стандарт 16-разрядное кодирование отсчетов при частоте дискретизации 48 кГц) до 96 кбит/с, т.е. в 8 раз при сохранении субъективного качества звучания на уровне, характерном для проигрывателя компакт-дисков. Система обеспечивает следующие скорости передачи звуковых сигналов: 32, 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128, 162 и 192 кбит/с на монофонический канал. Соответственно число каналов звукового вещания в многопрограммном групповом цифровом потоке может изменяться от 20 монофонических (при невысоком качестве) до 4 стереофонических (с практически студийным качеством). При использовании метода субполосного кодирования MUSICAM с помощью гребенки фильтров широкополосный звуковой сигнал, преобразованный в цифровую форму, разделяется на 32 субполосных сигнала. Цифровые отсчеты группируются в циклы. В каждом таком цикле выделяется один масштабный множитель, соответствующий максимальному уровню, достигаемому каждым субполосным сигналом. При этом охватывается полный динамический диапазон звукового сигнала, равный 120 дБ. Однако субполосная фильтрация с ограниченным количеством полос не позволяет с высокой точностью оценить порог спектрального маскирования, в частности в низкочастотной области. По этой причине параллельно с фильтрацией выполняется быстрое преобразование Фурье цифрового звукового сигнала. При этом кодируются и передаются только отсчеты субполосных сигналов. Сочетание обеих этих операций позволяет с высокой точностью оценить пороги маскировки человеческого слуха. Для каждого из 32 субполосных сигналов вычисляется минимальный порог маскирования, который определяет максимально допустимый уровень шума квантования. При этом не возникает необходимости передавать информацию об отсчетах сигналов субполос, если они полностью маскируются намного более существенными для восприятия компонентами соседних субполос. Масштабные множители и другая дополнительная информация, необходимая для правильного функционирования декодера звукового сигнала в приемнике, объединяется с информацией о субполосных отсчетах звукового сигнала в один уплотненный сигнал. В уплотненный сигнал вводятся также данные, несущие информацию о передаваемой программе (Program Associated Date - PAD). Эти данные помещаются в конце сформированного цикла (фрейма) в месте, соответствующем стандарту. Типичные примеры таких данных - информация об управлении динамическим диапазоном, о видах передаваемых программ («джаз», «лирика», «речь/музыка» и т.д.). Канал PAD может быть использован также для передачи текстовой и графической информации. Скорости передачи этого канала могут быть различными - от 667 бит/с и выше. Кроме сигналов PAD в общем многопрограммном цифровом потоке могут передаваться сигналы сервисной информации (Service Information - SI) и другие данные. Сигналы SI могут отражать наименование канала: вид программы («Спорт», «Новости», «Музыкальный канал» и др.); название географического места нахождения передатчика, сигнал которого принимается пользователем; программы передач и т.д. Примером передачи других данных может служить текстовая информация для широкого круга потребителей. Система «Эврика-147» допускает также организацию каналов - условным доступом для ограниченного круга лиц или платных каналов. Вторым этапом обработки передаваемого звукового сигнала являйся сверточное кодирование и временное перемежение цифровой информации, поступающей на канальные кодеры (см. рис. 1). Сверточное кодирование обеспечивает введение в передаваемый сигнал избыточной информации с целью повышения его помехоустойчивости при передаче по реальным каналам связи. Для кодирования используется сверточный код с длиной ограничения, равной 7. Средняя относительная кодовая скорость, определяемая как отношение скоростей передачи информации (количество бит в единицу времени) на входе и выходе канального сверточного кодера, колеблется от 0, 35 (высший защитный уровень) до 0, 75 (низший защитный уровень). Промежуточные значения кодовых скоростей выбираются для различных программ в соответствии с требованиями к уровням защиты информации. Временное перемежение улучшает помехоустойчивость передачи информации, устраняя пакеты ошибок, что особенно важно при мобильном приеме з движущемся автомобиле в условиях быстро изменяющейся окружающей обстановки. Третий этап обработки сигнала включает его мультиплексирование, а также его системную организацию и управление. Предварительно обработанные в канальных кодерах и устройствах временного перемежения сигналы поступают на главный служебный мультиплексор (Main Service Multiplexer - MUX), где собираются в циклы определенной длительности. Выходящий из этого устройства многопрограммный групповой цифровой поток поступает в так называемый главный служебный канал (Main Service Channel - MSC). Максимальная скорость передачи данных в этом канале составляет 2, 304 Мбит/с. В мультиплексор поступают также данные о синхронизации всех подлежащих мультиплексированию программных сигналов. Работой мультиплексора управляет контроллер MUX, причем режим мультиплексирования может при необходимости изменяться в соответствии с заданной программой. Чтобы обеспечить минимальную общую задержку доступа к некоторым или всем передаваемым сигналам при их приеме, точная информация о текущем режиме мультиплексирования (Multiplex Configuration Information - MCI) передается по каналу быстрой информации (Fast Information Channel - FIC). MCI представляет собой машиночитаемые данные. Они не подвергаются перемежению в канале FIC и потому не претерпевают задержки, возникающей при временном перемежении закодированной информации о звуковом сигнале и других данных. В то же время информация в канале FIC хорошо защищена, поскольку передается со средней относительной кодовой скоростью 1/3 и для обеспечения отсутствия сбоев часто повторяется. Новая информация об изменении режима мультиплексирования передается в MCI через канал PIC. Некоторая часть SI, необходимая, например, для выбора требуемых программ, также передается по каналу FIC. Не требующаяся для управления приемником более объемная сервисная информация (программы передач и т.д.) может передаваться в общем многопрограммном групповом цифровом потоке. Рис. 2. Пример построения цикла Чтобы обеспечить синхронизацию приемника, передаваемый сигнал формируется в виде цикла (фрейма) с определенной последовательностью составных частей. Пример его построения показан на рис. 6.16. Каждый цикл начинается с временного интервала, в котором содержится информация для канала синхронизации. Следующая часть зарезервирована для FIC, а остальная для MSC. Общая длительность цикла в зависимости от режима передачи (см. табл. 1) составляет 96 или 24 мс. Каждой звуковой программе, передаваемой по каналу передачи звуковых сигналов, или информации, передаваемой по каналу данных, соответствует свой временной интервал в цикле. Следующим этапом является формирование сигнала ЦРВ, предназначенного для последующей передачи в эфир. В системе ЦРВ «Эврика-147» применяется метод уплотнения с ортогональным частотным разделением кодированных сигналов (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex - COFDM). При этом в цифровой поток вводятся специальные сигналы синхронизации от соответствующего синхрогенератора (см. рис1). Метод COFDM состоит в делении передаваемой информации на большое число потоков данных, имеющих низкую индивидуальную скорость. Эти данные используются затем для модуляции по фазе Ряда несущих, так что длительность передаваемых символов становится большей, чем задержка распространения в канале передачи. За счет введения временного защитного интервала между следующими друг за другом символами многолучевое распространение не вызывает межсимвольную интерференцию. Большое количество несущих может быть сформировано при использовании алгоритма дискретного преобразования Фурье (ДПФ).
Таблица 1 Основные параметры системы «Эврика-147»
При наличии многолучевого распространения при передаче сигнала ЦРВ некоторые из несущих могут быть ослаблены или вообще исчезнуть (эффект частотно-селективного фединга). По этой причине в системе «Эврика-147» кроме временного применяется и частотное перемежение за счет перераспределения цифровых потоков между несущими. В результате исчезновение части несущих из-за частотно-селективного фединга не приведет к появлению искажений сигнала, поскольку информация будет восстановлена по оставшимся неповрежденными модулированным несущим. В системе «Эврика-147» предусмотрены три режима передачи, что позволяет организовать вещание в широком диапазоне частот от 30 МГц до 3 ГГц. В табл. 6.1 приведены основные параметры системы в зависимости от режима передачи. Как видно из приведенных данных, использование более высоких частот налагает большие ограничения на длительности защитных интервалов и, следовательно, на максимальное время задержки распространения сигналов. Режим 1 наиболее подходит для организации наземного вещания и построения одночастотных сетей, поскольку позволяет обеспечить наибольшее разнесение передатчиков и, следовательно, обойтись меньшим их количеством при заданной площади обслуживания. Режим 2 можно использовать, в частности, для местного вещания. Режим 3 более пригоден для организации спутникового и кабельного вещания. Спектр сигнала ЦРВ имеет примерно прямоугольную форму и занимает полосу частот около 1, 54 МГц. На рис. 3 показаны примеры спектров сигнала на выходе передатчика при отсутствии и наличии специального ослабляющего внеполосное излучение полосового фильтра. Рис. 3. Спектр сигнала ЦРВ
Упрощенная функциональная схема приемника для системы ЦРВ «Эврика-147» показана на рис. 4. Сигнал, принятый антенной, поступает на вход тюнера, который обеспечивает выделение сигналов определенного диапазона частот, их усиление, преобразование по частоте и фазовую демодуляцию. С выхода тюнера сигнал подается на вход аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), а затем на вход блока, осуществляющего дискретное преобразование Фурье и дифференциальную демодуляцию. Далее в следующем блоке производятся частотное и временное деперемежение и коррекция ошибок на основе алгоритма декодирования Витерби с мягким решением. Оригинальные закодированные данные с выхода этого блока обрабатываются затем в декодере звукового сигнала или в соответствующем декодере данных. На выходе первого декодера образуются звуковые монофонические или стереофонические сигналы, которые воспроизводятся громкоговорителями правого ВА1 и левого ВА2 каналов. Рис. 4. Функциональная схема приемника системы «Эврика-147»
Приемник обеспечивает одновременное декодирование более чем одной канальной компоненты многопрограммного группового цифрового потока, например звуковой программы параллельно с сервисной информацией. Системный контроллер приемника соединен с интерфейсом пользователя и управляет приемником в соответствии с командами пользователя и информацией, передаваемой в FIC. В настоящее время фирмой Philips разработана и серийно выпускается специализированная СБИС для приемника ЦРВ по системе «Эврика-147». На основе этой СБИС начат выпуск бытовых приемников.
|