Основы проектирования защищенных телекоммуникационных систем

281

Рисунок 4.18. Зависимость BER от SNR для системы DVB-T при

использовании 64-QAM

При исследовании зависимости битовой вероятности битовой ошибки от отношения сигнал/шум рассматриваемой системы телевизионного вещания были сняты изображения спектра передаваемого сигнала и диаграммы созвездий 64-QAM исследуемой системы при SNR равном 1 дБ, 13 дБ и 25 дБ.

Рис. 4.19. Спектр OFDM-сигнала и диаграмма созвездий 64-QAM при SNR=1 дБ

282

Рис. 4.20. Спектр OFDM-сигнала и диаграмма созвездий 64-QAM при SNR=13 дБ

Рис. 4.21. Спектр OFDM-сигнала и диаграмма созвездий 64-QAM при SNR=25 дБ

В процессе выполнения данной работы были изучены основные теоретичиские аспекты системы цифрового наземного телевизионного стандарта DVB-T.

При выполнении практической части работы была построена зависимость битовой вероятности ошибки от отношения сигнал/шум, результат представлен в виде графика

(рисунок 4.21). Полученная в ходе моделирования зависимость соответвсвует теоритическим данным.

Вместе с этим, были сняты изображения спектра OFDM-символа и диаграммы созвездий

64-QAM при прохождении сигнала в канале с аддитивным белым гауссовским шумом

(АБГШ).

Полученные в результате моделирования данные позволяют сделать вывод о том, что безошибочная передача данных по каналу связи в системе DVB-T возможна при отношении сигнал/шум не менее 17 дБ.

283

4.2. Проектирование защищенной системы цифрового спутникового телевизионного вещания DVB-S и системы высокоскоростного цифрового спутникового ТВ-вещания DVB-S2 [17, 25]

Методы модуляции и канального кодирования DVB-S используются для пер-

вичного и вторичного распределения спутникового цифрового многопрограммного ТВ/ТВЧ в полосах системы стационарной спутниковой связи (FSS — Fixed Satellite Service) и системы спутникового вещания (BSS — Broadcast Satellite Service). Система предназначена для обеспечения сервиса «непосредственно-на-дом» (Direct To Home — DTH) с использованием потребительского интегрированного приемника-декодера (IRD — Integrated Receiver Decoder), а также для систем коллективного приема (SMATV — Satellite Master Antenna Television) и головных станций кабельного телевидения с возможностью повторной модуляции.

Таблица 4. 2. Максимальная скорость битового потока при ширине полосы

телевизионного канала 8 МГц

284

В системе применена модуляция QPSK и защита от ошибок на основе сверточного кода и сокращенного кода Рида-Соломона. Система может быть использована в спутниковых ретрансляторах с различной шириной полосы.

На рис. 4.22 приведена функциональная структурная схема передающей части системы DVB-S. Система непосредственно совместима с телевизионными сигналами,

закодированными по стандарту MPEG-2.

Техника помехоустойчивого кодирования, принятая в системе, разработана в целях достижения «квазибезошибочного» (QEF — Quasi-Error-Free) режима работы, при котором возможно возникновение менее одного случая неисправимой ошибки на час передачи, что соответствует уровню ошибки (BER — Bit Error Ratio) 10-10-10-11 на входе демультиплексора

MPEG-2.

При адаптации сигнала к спутниковому каналу связи осуществляются следующие операции:

-адаптация транспортного мультиплексирования с использованием статистического кодирования, аналогичного используемому в системе DVB-T ;

-внешнее кодирование с использованием кода Рида-Соломона RS(204,188,t = 8);

-сверточное перемежение;

-внутреннее кодирование с использованием сверточного кода с выкалыванием;

-система предусматривает сверточное кодирование со скоростями кода 1/2, 2/3, 3/4, 5/6

и7/8;

-формирование сигнала в основной полосе частот;

-модуляция QPSK.

Рис. 4.22. Структурная схема передающей части системы DVB-S

285

DVB-S, принятый еще 1994 году, определяет структуру транспортных пакетов,

канальное кодирование и схемы модуляции при передаче по спутниковым каналам сетей непосредственного вещания (DTH). Стандарт DVB-DSNG, появившийся на три года позже,

выполняет те же задачи для профессиональных сетей, то есть для сетей передачи сигнала на пункты ретрансляции и спутниковых сетей сбора новостей. Второй стандарт отличается от первого, в основном тем, что рассчитан на более слабые передатчики, не вводящие спутниковый ретранслятор в режим насыщения и поэтому допускающие использование более высоких уровней модуляции – 8PSK и 16QAM.

Cистема высокоскоростного цифрового спутникового ТВ-вещания DVB-S2

DVB-S2 призван покрыть обе эти области, а также должен решить ряд задач, с которыми имеющиеся стандарты справляются плохо.

Схемы модуляции и способы помехозащитного кодирования

Новый стандарт предусматривает четыре возможных схемы модуляции (рис

4.23).

Рис. 4.23. Четыре схемы модуляции, применяемых в стандарте DVB-S2: QPSK, 8PSK, 16APSK, 32APSK

286

Первые две, QPSK и 8PSK, предназначены для использования в вещательных сетях.

Передатчики транспондеров работают там в режиме, близкому к насыщению, что не позволяет модулировать несущую по амплитуде. Более скоростные схемы модуляции, 16 APSK и 32 APSK, ориентированы на профессиональные сети, где часто используются более слабые наземные передатчики, не вводящие бортовые ретрансляторы в нелинейный режим работы, а на приемной стороне устанавливаются профессиональные конвертеры (LNB),

позволяющие с высокой точностью оценить фазу принимаемого сигнала. Эти схемы модуляции можно использовать и в системах вещания, но этом случае каналообразующее оборудование должно поддерживать сложные варианты предыскажений, а на приемной стороне должен быть обеспечен более высокий уровень отношения сигнал/шум.

Практическая часть индивидуального задания [25]

Рис. 4.24. Структура DVB-S2 в Simulink MATLAB 2015b

287

Структура модема и кодека DVB-S2 состоит из следующих модулей:

1.Bernoulli sequence generator - Первыйблокотвечает за генерациюсбалансированных, с точки зрения вероятностиинцидентов, случайной двоичнойпоследовательности. ПоследовательностьБернуллираспределениенулей и единицвероятностямири (р-1) соответственно. В этой модели, р =0,5в

результатеравной вероятностьюпроисходитза0 и 1.Выходной сигнал этогокадрана основетого же размеракак пакетMPEG-TS, который содержит 188байта по8 бит, то есть 1504бит.

2.BBFRAME buffering/unbuffering. С выхода генератора пакеты буферизуется,

создавая базовый диапазон кадра (BBFRAME). Размер этогокадразависит от скоростикодирования,чтобыВСНбыл равен размерам входного сигнала, на входе кодера.Информационные биты(DFL) может быть рассчитана по формуле:

DataField = KBCH– 80

ГдеKBCHявляется размервнешнеговходаFECкодерBCH, иразмер заголовка равен

80BBFrame. СтруктураBBFRAMEпоказанона рисунке 4.24

3.BCH encoder/decoder - Одним из DVB-S2 достижений является прямое исправление ошибок, которые развернуты, чтобы уменьшить BER в передаче используется исправление ошибок BCH. Выход BBFrame буферизации блока на стороне отправителя, являются кадры бит, где BCH исправление ошибок с исправлением власти т будет применяться к ним. Для каждого из 11 скорости кодирования представлены в стандартных значений Kbch и нМПБ определяются в том числе Т-коррекции ошибок параметра. В таблицах 1 и 2 эти значения приведены для нормальных и коротких кадров, соответственно.

4.LDPCencoder/coder – Кодирование с проверкой четности. Отношение в скорости показывает, на сколько бит информации сколько приходиться бит с проверкой четности. Например ¼ имеет высокую степень проверки четности, и малую скорость, а 9/10 высокую скорость, но слабую проверку на четность. На стороне приемника, LDPC-декодер проверяет принятую последовательность до проверки четности

288

Ход работы

Вид модуляции Qpsk 1/4

Рис. 4.25. Созвездие при Eb/N0 = 0.5 и Eb/N0 = 3.5

Вид модуляции Qpsk ¾

Рис. 4.26. Созвездие при Eb/N0 = 0,5 и Eb/N0 = 5

289

Вид модуляции - 8psk

Рис. 4.27. Созвездие Eb/N0 = 0,5 и Eb/N0 = 12

Вид модуляции - 8psk9/10

Рис. 4.28. Созвездие при Eb/N0 = 0.5 и Eb/N0 = 6

290

График зависимости Eb/N0 от BER
0,3
0,25
0,2
						QPSK ¼
0,15						QPSK 5/6
						8PSK 9/10
0,1
0,05
0
0	2	4	6	8	10	12

Рис. 4.29. График зависимости BER от Eb/N0

В ходе работы был изучен алгоритм стандарта DVB-S2, создан его рабочий макет,

позволяющий увидеть получаемые созвездия, увидеть разность появляющихся ошибок при передаче на разных скоростях. Стандарт DVB-S2 являлся промежуточным звеном между DVB-S и DVB-C2, и не был реализован в полной мере, по сравнению с форматом

DVB-S.

4.3. Проектирование защищенной системы цифрового кабельного телевизионного вещания DVB-C и системы высокоскоростного цифрового кабельного ТВ-вещания DVB-С2 [17, 25]

DVB-C – стандарт цифрового телевизионного вещания, который производится по кабелю. В основе стандартов DVB-C лежит стандарт кодирования движущихся изображений и звукового сопровождения MPEG-2.

Cистема цифрового кабельного телевизионного вещания DVB-C.

Cистема	цифрового	кабельного телевидения определяется как функциональный
блок оборудования,		выполняющий адаптацию ТВ-сигналов к характеристикам
кабельного канала. Система DVB-C максимально гармонизирована со спутниковой системой
DVB-S	и	может	использовать	источник	местных
ТВ-программ.
В связи с	высокой	помехозащищенностью кабельных		каналов связи	в системе