Модуляция и формирование сигнала передачи

Сигнал передачи S(t) в системе DAB, называемый также DAB-ансамблем, построен на основе структуры фрейма передачи, соответствующего объединению во времени на интервале TF данных каналов синхронизации, FIC и MSC (см. также разд. 2.1). Структура фрейма передачи показана на рис. 2.4. Набор параметров фрейма определен для каждого из четырех режимов передачи, использование которых зависит от конфигурации сети и выбранных рабочих частот (см. табл. 2.2).

Сигнал S(t) состоит из последовательности символов OFDM, определение которым было дано в разд. 1, гл. 2. Количество OFDM-символов во фрейме передачи L зависит от режима передачи, но в любом случае канал синхронизации представлен в каждом фрейме первыми двумя символами - нулевым (с длительностью То) и, следующим за ним символом опорной (эталонной) фазы z_I,k, представляющим собой опорный сигнал для дифференциальной модуляции следующего символа OFDM. Символ z_I,k определяется соотношением

,

где индексы i и к, а также параметр п являются функцией индекса несущей k. Как OFDM-символ опорной фазы, так и следующие за ним L-1 символов имеют длительность Ts. Каждый такой символ состоит из набора (ансамбля) К несущих, равноотстоящих друг от друга на расстояние , причем выполняется равенство -длительность защитного интервала.

Канал синхронизации

Главный канал передачи пользовательской информации (канал MSC)

TF

Канал быстрой информации (канал FIC)

Рис. 2.4. Структура фрейма передачи системы DAB

Все перечисленные выше параметры сигнала передачи системы DAB заданы в стандарте таблично для всех режимов передачи.

Формирование сигнала S(t) поясняет структурная схема на рис. 2.5, представляющая собой вторую часть (см. также рис. 2.1) общей структурной схемы передающей части системы DAB.

FIBs

SIBs

МФП

Г3

Г2

Г1

ДМ

МСП

Г4

Генератор сигнала OFDM

Рис. 2.5. Структурная схема формирования сигнала передачи:

МФП - мультиплексор фрейма передачи; П -генератор символов FIC и MSC, имеющий в своем составе разделитель блоков, средство отображения символа ФМ-4 (QPSK) и устройство перемежения по частоте; Г2 - генератор символа опорной (эталонной) фазы; ГЗ - генератор нулевого символа; ДМ - дифференциальный модулятор; МСП - мультиплексор сигнала передачи; Г4 - генератор символа OFDM.

Фреймовая структура передаваемого сигнала (рис. 2.4) формируется в мультиплексоре фрейма передачи (МФП) из блоков быстрой информации FIB и фреймов с перемежением CIF канала MSC в соответствии с данными табл. 2.2. В генераторе Г1 осуществляется поэтапно: разделение последовательности блоков FIB и фреймов GIF на блоки данных, соответствующие символам OFDM, отображение (т.е. формирование) символов фазовой модуляции и перемежение данных по частоте в пределах полосы излучения передатчика. Назначение остальных функциональных блоков легко уяснить из обозначений, приведенных под рисунком. Перечисленные операции с данными, а также все процедуры по формированию сигнала передачи в генераторе сигнала OFDM регламентированы стандартом.

Рассмотрим более подробно операции по формированию сигнала передачи. Количественные оценки будем делать на примере I - го режима передачи.

В режиме передачи I все 12 блоков FIB, входящие во фрейм передачи (см. табл. 2.2), разделяются на 4 группы, каждая из которых объединяется с фреймом CIF, относящимся к тому же фрейму передачи. В результате четыре сверточных кодовых слова по 2304 бита каждое, соответствующие четырем последовательным группам блоков FIB, мультиплексируются в один вектор В', который, в свою очередь, разделяется на три блока, передаваемые тремя символами OFDM с индексами I = 2, 3, 4. (Напомним, что символы с индексами I = 0 и 1 используются для передачи данных канала синхронизации - см. выше). Четыре последовательных фрейма CIF, передаваемые в пределах фрейма передачи, мультиплексируются, образуя вектор D". Этот вектор разделяется на 72 блока, которые передаются 72 символами OFDM с индексами I = 5-76. Таким образом, в режиме передачи I во фрейме передачи, состоящем из L = 77 символов OFDM (включая нулевой символ), 2 символа (включая нулевой) содержат данные канала синхронизации, 3 символа - данные канала FIC и 72 символа - канала MSC.

Как известно, каждый символ OFDM представляет собой набор из К несущих, модулированных по фазе. Процесс модуляции отображается в комплексном символе ФМ-4 q_i,k , который определен для каждой k-й несущей для каждого из L символов OFDM фрейма передачи. В комплексный символ q_i,k отображается 2К-битовый вектор pin, элементы которого определены для каждого I. Другими словами, для каждой из 1536 несущих этим вектором задано относительное значение фазы, неизменное в течение интервала времени T_s = 1,25 мс, равного длительности OFDM-символа.

Заметим, что 75 символов OFDM формируются из данных каналов MSC и FIC, прошедших процедуру сверточного кодирования с выкалыванием. При выкалывании реализуется определенная стратегия (равной или неравной) защиты символов. Приоритеты, определяемые принятым уровнем защиты, отражаются в параметрах векторов В' и D' и следовательно, в комплексном символе ФМ-4 q_i,k. По существу, в генераторе сигнала OFDM (рис. 2.5) происходит формирование сигнала COFDM, поскольку ансамбль несущих (т.е. OFDM-сигнал) модулируется здесь по фазе соответствующим образом скомпонованным кодированным потоком данных.

Структурная схема, поясняющая принцип формирования COFDM-сигнала, показана на рис. 2.6.

МПС

Вход

ФМ1

ФМ2

ФМК-1

ФМК

f1

f2

fК-1

fК

Рис. 2.6. Структурная схема формирования сигнала COFDM

Цифровая последовательность, поступающая с выхода мультиплексора сигнала передачи (МСП), распараллеливается, т.е. преобразуется в К парциальных цифровых потоков. Каждый из этих цифровых потоков поступает на k-ый ФМ-модулятор. На второй вход к-ого модулятора подается сигнал индивидуальной несущей f_k. Интервал времени Ts, в течение которого осуществляется передача одного символа с помощью каждой из К несущих, образует COFDM - символ. Число бит в каждом таком символе зависит от режима передачи и равно удвоенному числу несущих, поскольку используется квадратурная фазовая модуляция. Полученная совокупность ФМ сигналов поступает на сумматор, на выходе которого и образуется COFDM-сигнал.

Напомним, что в процессе формирования комплексного модулирующего символа ФМ-4 q_I,k в генераторе П (рис. 2.5) происходит перемежение по частоте, т.е. распределение данных по всей совокупности несущих по алгоритму, определенному в стандарте. В результате аудиоданные каждой звуковой программы передаются одновременно на нескольких несущих частотах, которые равномерно распределены по всей полосе частот DAB-сигнала. В результате этой процедуры исчезновение части несущих из-за частотно-селективных замираний, как правило, не приводит к искажениям сигнала на аналоговом выходе, поскольку информация восстанавливается по тем несущим, которые остаются неповрежденными.

Общая спектральная плотность мощности сигнала COFDM (рис. 2.7) может быть найдена как сумма спектральных плотностей мощности отдельных несущих. Она могла бы быть весьма близкой к постоянной в полосе частот, которую занимают несущие, но длительность передаваемого OFDM-символа больше, чем величина, обратная расстоянию между несущими, на величину защитного интервала.

В связи с этим основной лепесток спектральной плотности мощности одной несущей несколько меньше удвоенного расстояния между несущими, поэтому спектральная плотность мощности сигнала OFDM в номинальной полосе частот не является постоянной. Уровень мощности на частотах вне номинальной полосы может быть уменьшен с помощью соответствующих фильтров

Рис.2.7. Спектр сигнала, излучаемого в системе DAB

Глава 3.

ЦИфровое наземное радиовещание DRM