НАЦІОНАЛЬНИЙ СТАНДАРТ УКРАЇНИ

Цифрове телевізійне мовлення (DVB)
 СТРУКТУРА КАДРІВ, КОДУВАННЯ КАНАЛУ І МЕТОДИ МОДУЛЯЦІЇ В
СУПУТНИКОВИХ СЛУЖБАХ ЧАСТОТНОГО ДІАПАЗОНУ 11/12 ГГЦ
 Загальні технічні умови
 (EN 300 421:1997, IDT)
ДСТУ EN 300 421:2004

Не є офіційним виданням.
Офіційне видання розповсюджує національний орган стандартизації
(ДП «УкрНДНЦ» http://uas.gov.ua)

ПЕРЕДМОВА

1 ВНЕСЕНО: Технічний комітет зі стандартизації «Аудіовізуальні системи і служби» (ТК 123) та Український науково-дослідний інститут радіо і телебачення (УНДІРТ) Державного комітету зв'язку та інформатизації України

ПЕРЕКЛАД І НАУКОВО-ТЕХНІЧНЕ РЕДАГУВАННЯ: О. Гофайзен, д-р техн, наук (керівник розробки); І. Биліна; Т. Бобровник; В. Волошин; Г. Давидова; Н. Ічаджик; М. Комаров; С. Королько; Н. Лазукіна; М. Михайлов, канд. техн, наук; І. Патюкова; О. Удала; В. Шаповал, канд. фіз.-мат. наук

2 НАДАНО ЧИННОСТІ: наказ Держспоживстандарту України від 2 лютого 2004 р. № 15 з 2005-04-01

3 Національний стандарт відповідає EN 300 421:1997 Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channel coding and modulation for 11/12 GHz satellite services (Цифрове телевізійне мовлення (DVB). Структура кадрів, кодування каналу і методи модуляції в супутникових службах частотного діапазону 11/12 ГГц)

Ступінь відповідності — ідентичний (IDT)

Переклад з англійської (en)

4 УВЕДЕНО ВПЕРШЕ

Право власності на цей документ належить державі.
 Відтворювати, тиражувати та розповсюджувати його повністю чи частково
 на будь-яких носіях інформації без офіційного дозволу заборонено.
 Стосовно врегулювання прав власності треба звертатися до Держспоживстандарту України

Держспоживстандарт України, 2005

ЗМІСТ

Національний вступ

1 Сфера застосування

2 Нормативні посилання

3 Познаки та скорочення

3.1 Познаки

3.2 Скорочення

4 Система передавання

4.1 Визначання системи

4.2 Адаптація до характеристик супутникового транспондера

4.3 Інтерфейси

4.4 Кодування каналу

4.4.1 Адаптація транспортного мультиплексу і рандомізація для розсіювання енергії

4.4.2 Зовнішнє кодування (Ріда-Соломона), перемежування і формування кадрів

4.4.3 Внутрішнє кодування (згорткове)

4.5 Формування смуги частот модулювального сигналу і модуляція

5 Вимоги до обробляння помилок

Додаток А Спектр сигналу на виході модулятора

Додаток В Опис концептуальної системи

Додаток С Приклади залежності швидкості цифрового потоку від ширини смуги транспондера

Додаток D Приклади можливого застосування системи

Додаток Е Бібліографія

НАЦІОНАЛЬНИЙ ВСТУП

Цей стандарт є тотожний переклад EN 300 421:1997 Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channel coding and modulation for 11/12 GHz satellite services (Цифрове телевізійне мовлення (DVB). Структура кадрів, кодування каналу і методи модуляції в супутникових службах частотного діапазону 11/12 ГГц).

Технічний комітет, відповідальний за цей стандарт, — ТК 123 «Аудіовізуальні системи і служби».

До стандарту внесено такі редакційні зміни:

• слова «цей документ» замінено на «цей стандарт»;
• структурні елементи цього стандарту: «Обкладинку», «Передмову», «Зміст», «Національний вступ» та «Бібліографічні дані» — оформлено відповідно до вимог національної стандартизації України;
• до розділів 2 та 3 подано «Національне пояснення», виділене в тексті рамкою.

У цьому стандарті є посилання на ISO/IEC 13818-1:1994, пізніше видання якого ISO/IEC 13818-1: 2000 впроваджено в Україні як національний стандарт ДСТУ 4192:2003 Інформаційні технології. Метод кодування аудіовізуальної інформації MPEG-2. Частина 1. Системи. Побудова цифрового потоку. Загальні технічні вимоги.

Копії європейських та міжнародних стандартів, на які є посилання в цьому стандарті, можна отримати у Головному фонді нормативних документів ДП «УкрНДНЦ».

Для кращого розуміння цього стандарту національним користувачам рекомендовано використовувати такі джерела:

Локшин Б.А. Цифровое вещание: От студии к зрителю М.: Компания САЙРУС СИСТЕМО, 2002, 446 с.

Зубарев Ю.Б., Кривошеев М.И., Красносельский И.Н. Цифровое телевизионное вещание. Основы, методы, системы М.: Научно-исследовательский институт радио (НИИР), 2001, 568 с.

Ronald de Bruin, Jan Smits @ Digital Video Broadcasting: Technology, Standards and Régulations. Boston-London. Attech House, 1998, 315 p.

ДСТУ EN 300 421:2004

НАЦІОНАЛЬНИЙ СТАНДАРТ УКРАЇНИ

ЦИФРОВЕ ТЕЛЕВІЗІЙНЕ МОВЛЕННЯ (DVB)
СТРУКТУРА КАДРІВ, КОДУВАННЯ КАНАЛУ І МЕТОДИ МОДУЛЯЦІЇ В
СУПУТНИКОВИХ СЛУЖБАХ ЧАСТОТНОГО ДІАПАЗОНУ 11/12 ГГЦ
Загальні технічні вимоги

ЦИФРОВОЕ ТЕЛЕВИЗИОННОЕ ВЕЩАНИЕ (DVB)
СТРУКТУРА КАДРОВ, КОДИРОВАНИЕ КАНАЛА И МЕТОДЫ МОДУЛЯЦИИ В
СПУТНИКОВЫХ СЛУЖБАХ ЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА 11/12 ГГЦ
Общие технические требования

DIGITAL VIDEO BROADCASTING (DVB)
FRAMING STRUCTURE, CHANNEL CODING AND
 MODULATION FOR 11/12 GHZ SATELLITE SERVICES
General technical specifications

Чинний від 2005-04-01

1 СФЕРА ЗАСТОСУВАННЯ

У цьому стандарті описано систему модуляції і кодування каналу (позначено як «Система») для служб супутникового цифрового багатопрограмного телебачення (ТБ) (телебачення високої чіткості (ТБВЧ), використовуваних для первинного і вторинного розподілу в смугах фіксованої супутникової служби (ФСС) і мовленнєвої супутникової служби (МСС). Систему призначено, щоб забезпечити службу безпосереднього супутникового мовлення (direct-to-home — DTH) з прийманням на інтегрований приймач-декодер (IRD) користувача, а також на системи колективного супутникового приймання (SMATV) і на головні станції систем кабельного телебачення з можливістю перетворення частоти, див. EN 300 429 (Бібліографія).

У системі застосовано метод модуляції ФМ-4 і каскадний метод захисту від помилок, що ґрунтується на використанні згорткового кодування і скороченого коду Ріда-Соломона (RS).

Система придатна для різних значень смуги пропускання супутникового ретранслятора.

Підтримується сумісність з телевізійними службами, в яких застосовано кодування за стандартом MPEG-2 (див. ISO/IEC 13818-1) з синхронізованим передаванням інформації й пакетним мультиплексуванням. Використання гнучкості мультиплексування дає змогу використовувати ємність каналу передавання для передавання сигналів телевізійних служб різних типів, включаючи служби звукового мовлення й мовлення даних. Усі компоненти служби передають з часовим мультиплексуванням на одному несівному коливанні, модульованому цифровим способом.

У цьому документі

• надано загальний опис системи супутникового цифрового телевізійного передавання;
• для забезпечення сумісності між частинами обладнання, розробленого різними виробниками, визначено цифрові методи модуляції. Це виконано детальним описом принципів обробляння сигналів на стороні модулятора за умови, що обробляння сигналу на приймальній стороні залишається відкритим для реалізації різних технічних рішень. Однак в цьому стандарті є необхідність посилатися на деякі аспекти приймання.
• визначено загальні вимоги до характеристик і властивостей системи, виходячи з вимог до якості послуг.

2 НОРМАТИВНІ ПОСИЛАННЯ

Може бути зроблено посилання на:

• а) певні версії публікацій (визначені датою публікації, номером видання, номером версії тощо), в разі яких подальші перегляди документів, на які є посилання, не може бути використано, чи
• b) всі попередні версії та включаючи визначену версію (визначено словами «впритул до і включно» перед посиланням на версію, чи
• с) всі подальші версії, включаючи визначену версію (визначено як «і далі» після посилання на версію), чи
• d) публікації без посилання на певну версію, в разі чого йдеться про найпізнішу версію.

Посилання на ETS з невизначеною датою треба також використовувати до більш пізніх версій, що їх опубліковано як EN з тим самим номером.

1 ISO/IEC DIS 13818-1 (June 1994) Coding of moving pictures and associated audio

НАЦІОНАЛЬНЕ ПОЯСНЕННЯ

На сьогодні існує новіша версія стандарту ISO/IEC 13818-1: 2000 Information technology — Generic coding of moving pictures and associated audio information — Part 1 : Systems (Інформаційні технології. Загальний метод кодування інформації рухомих зображень зі звуковим супроводом. Частина 1. Системи) з поправками Сог1:2002, Сог2:2002 та зміною Ат1:2003. Аналіз показує, що використання посилань на цю версію не суперечить визначенням та вимогам цього стандарту. Таким чином, в національному стандарті замість версії 1994 р. можна користуватися версією 2000 р.

2 Forney G.D. IEEE Trans. Comm. Tech., COM-19, pp. 772—781, (October 1971): Burst-correcting codes for the classic bursty channel

3 Intelsat Earth Station Standards (IESS) № 308, revision 6 (26, October 1990): Performance characteristics for Immediate Data Rate (IDR) digital carriers.

НАЦІОНАЛЬНЕ ПОЯСНЕННЯ

1 ISO/IEC 13818-1 (червень 1994) Кодування інформації рухомих зображень зі звуковим супроводом 2 Forney G.D. IEEE Trans. Comm. Tech., COM-19, c. 772—781, жовтень 1971 p. Коди корекції пакетів в класичному пакетному каналі 3 IESS № 308, версія 6, 26 жовтня 1990 р. Характеристики каналів передавання не-сівних коливань, модульованих безпосередньо цифровим сигналом з початковою швидкістю передавання даних.

3 ПОЗНАКИ ТА СКОРОЧЕННЯ

3.1 Познаки

У цьому документі використано такі познаки:
α	— коефіцієнт скруглення (границь АЧХ формувального фільтра) (roll-off factor);
Ψн-ш	— відношення (несівне коливання)/шум (signal-to-noise ratio, C/N);
dfree	— вільна кодова відстань (ВКВ) згорткового коду (convolutional code free distance);
Eb/N0	— відношення енергії біта (Eb) до подвійної спектральної густини потужності шуму (N0) (Ratio between the energy per useful bit and twice the noise power spectral density);

Національна примітка. В теорії завадостійкого кодування прийнято інше визначення: «Eb/N0 — відношення енергії біта (Eb) до спектральної густини потужності шуму (N0)».

fN	— частота Найквіста (Nyquist frequency);
G1, G2	— генератори згорткового коду (Convolutional code generators)
g(x)	— генераторний поліном коду Ріда-Соломона (RS code generator polynomial)
I	— глибина перемежування (в байтах) (Interleaving depth [bytes]);
I, Q	— синфазний і квадратурний компоненти модульованого сигналу (In-phase, Quadrature phase components of the modulated signal);
j	— індекс гілки перемежувача (Branch index of the interleaver);
K	— довжина кодового обмеження (ДКО) згорткового коду (Convolutional code constraint length);
M	— глибина гілки згорткового перемежувача для j = 1, M = N/I (Convolutional interleaver branch depth for j = 1, M = N/I);
N	— довжина кадру, захищеного від помилок (у байтах) (Error protected frame length (bytes));
p(x)	— генераторний поліном поля Ріда-Соломона (RS field generator polynomial);
rm	— хвилястість АЧХ у смузі (дБ) (In-band ripple (dB));
Rs	— швидкість передавання символів, яка відповідає подвійній ширині смуги Найквіста модульованого сигналу (Symbol rate corresponding to the bilateral Nyquist bandwidth of the modulated signal);
Ru	— корисна швидкість цифрового потоку після транспортного мультиплексора MPEG-2 (Useful bit rate after MPEG-2 transport multiplexer);
Ru'	— швидкість цифрового потоку після зовнішнього кодера Ріда-Соломона (Bit rate after RS outer coder);
T	— кількість байтів, що може бути виправлено в пакеті, захищеному від помилок кодом Ріда-Соломона (Number of bytes which can be corrected in RS error protected packet);
Ts	— період надходження символів (Symbol period)
X, Y	— потік пар бітів після згорткового кодування з відносною швидкістю 1/2 (Di-bit stream after rate 1/2 convolutional coding);

3.2 Скорочення

У цьому документі використано такі скорочення:
AWGN	— адитивний білий гаусівський шум	Additive White Gaussian Noise
BB	— основна смуга; смуга частот модулювального сигналу	Baseband
BER	— коефіцієнт помилок (бітів)	Bit Error Ratio
MCC	— мовленнєва супутникова служба	Broadcast Satellite Service, BSS
Δf	— ширина смуги пропускання	Bandwidth, BW
БМ	— безпосереднє (телевізійне) мовлення	Direct to Home, DTH
FDM	— мультиплекс з розділенням за частотою	Frequency Division Multiplex
FEC	— завадостійке кодування	Forward Error Correction
FIFO	— зсувний регістр типу "першим увійшов — першим вийшов", регістр FIFO	First-In, First-Out shift register
КІХ	— кінцева імпульсна характеристика	Finite Impulse Response, FIR
ФСС	— фіксована супутникова служба	Fixed Satellite Service, FSS
HEX	— шістнадцяткова система зчислення	Hexadecimal notation
ТБВЧ	— телебачення високої чіткості	High Definition Television, HDTV
ПЧ	— проміжна частота	Intermediate Frequency, IF
IMUX	— вхідний мультиплексор — фільтр	Input Multiplexer — Filter
IRD	— інтегральний приймач-декодер	Integrated Receiver Decoder
LSB	— молодший біт	Least Significant Bit
MPEG	— група експертів з рухомих зображень	Moving Pictures Experts Group

Національна примітка. Назва систем кодування рухомих зображень у цифровому ТБ MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, в основу якої покладено абревіатуру назви групи MPEG.

MSB	— старший біт	Most Significant Bit
MUX	— мультиплекс	Multiplex
OBO	— втрати вихідної потужності	Output Back Off
OCT	— вісімкова система зчислення	Octal Notation
OMUX	— вихідний мультиплексор — фільтр	Output Multiplexer — Filter
P	— перфорування	Puncturing
ПЦІ	— плезіохронна цифрова ієрархія	Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH
ФМ	— фазова маніпуляція	Phase Shift Keying, PSK
ПВП	— псевдовипадкова двійкова послідовність	Pseudo Random Binary Sequence, PRBS
КАМ	— квадратурна амплітудна модуляція	Quadrature Amplitude Modulation, QAM
QEF	— квазібезпомилковий	Quasi-Error-Free
ФМ-4	— чотирипозиційна фазова маніпуляція	Quaternary PSK, QPSK
R	— рандомізована послідовність	Randomized sequence
РЧ	— радіочастота	Radio Frequency, RF
RS	— (код) Ріда-Соломона	Reed-Solomon
SMATV	— система розподілу телевізійних програм із супутниковою колективною антеною	Satellite Master Antenna Tele-Vision
TBD	— буде визначено далі	To Be Defined
TDM	— мультиплекс з розділенням часу	Time Division Multiplex
ТБ	— телебачення	Television, TV
TWTA	— підсилювач на ЛБХ	Travelling Wave Tube Amplifier

4 СИСТЕМА ПЕРЕДАВАННЯ

4.1 Визначання системи

Систему визначають як функційний блок обладнання, що виконує адаптацію основної смуги частот телевізійних сигналів, що надходять з транспортного мультиплексора MPEG-2 (див. ISO/ IEC 13818-1) до характеристик супутникового каналу.

До потоку даних може бути застосовано такі процеси (див. Рисунок 1):

• адаптація транспортного мультиплексу і рандомізація для розсіювання енергії;
• зовнішнє кодування (тобто кодування кодом Ріда-Соломона);
• згорткове перемежування;
• внутрішнє кодування (тобто кодування згортковим кодом);
• формування смуги частот модулювального сигналу;
• модуляція.

Функційний опис системи подано у додатку В.

Служба безпосереднього передавання “у будинок’ (DTH) через супутник особливо піддана енергетичним обмеженням, тому основною метою конструкції має бути в першу чергу стійкість до шуму і завад, і лише потім ефективність використання спектра. Щоб досягти дуже високої енергетичної ефективності без збитку для ефективності використання спектра, система має використовувати модуляцію ФМ-4 й послідовне застосування згорткового коду і коду Ріда-Соломона. Згортковий код здатний до гнучкого конфігурування, що дає змогу оптимізувати характеристики системи для заданої ширини смуги пропускання супутникового ретранслятора (див. додаток С).

Хоча систему оптимізовано для передавання мультиплексу з розділенням часу (Time Division Multiplex — TDM) на одному носійному коливанні, вона підходить для застосувань, в яких використовують мультиплекс з розділенням частоти (Frequency Division Multiplex — FDM) з передаванням на багатьох носійних коливаннях.

Рисунок 1 - Функційна схема системи

Система безпосередньо сумісна з телевізійними сигналами, кодованими за стандартом MPEG-2 (див. ISO/IEC 13818-1 [1]). Кадри передавані модемом синхронні з пакетами транспортного мультиплекса системи MPEG-2.

Якщо відношення (несівне коливання)/(шум) чи відношення (несівне коливання)/(завада) для отриманого сигналу менше за допустимі значення, то для забезпечення квазібезпомилкової (QEF) якості, в системі передбачено пристрій, що забезпечує завадостійке кодування (FEC). “Квазібезпомилковий" означає менше, ніж одну нескориговану помилку на годину передавання, що відповідає коефіцієнту помилок (BER), 10^-10—10^-11 на вході демультиплексора MPEG-2.

4.2 Адаптація до характеристик супутникового транспондера

Для передавання сигналів служби багатопрограмного телебачення можна використовувати супутники в діапазонах як ФСС, так і МСС. Вибір ширини смуги пропускання транспондера залежить як від використаного супутникового обладнання, так і від потрібної для роботи служби швидкості передавання даних.

Швидкість символів має бути погоджена з заданими характеристиками транспондера. Приклади, що базуються на комп’ютерних моделях для гіпотетичного супутникового тракту, в яких не враховано дію завад, подано в додатку С.

4.3 Інтерфейси

Систему, як визначено в цьому документі, розмежовують інтерфейсами, поданими у таблиці 1:

Таблиця 1 — Інтерфейси системи

Розташування	Інтерфейс	Тип інтерфейсу	З’єднання
Передавальна станція	Вхід	Мультиплекс транспортного потоку системи МРEG-2	Від мультиплексора МРEG-2
	Вихід	ПЧ 70/140 МГц	До РЧ приладів
Приймальне устатковання	Вихід	Мультиплекс транспортного потоку системи МРEG-2	До демультиплексора МРEG-2
	Вхід	Має бути визначено	Від РЧ пристроїв (блок всередині приміщення)

4.4 Кодування каналу

4.4.1 Адаптація транспортного мультиплексу і рандомізація для розсіювання енергії

Вхідний потік системи має бути організовано у пакети фіксованої довжини (рисунок 3), які йдуть після транспортного мультиплексора MPEG-2 (див. ISO/IEC 13818-1). Загальна довжина пакету транспортного мультиплексу MPEG-2 складає 188 байтів. Пакет містить один байт синхрослова (тобто 0×47). Послідовність обробляння на передавальній стороні має завжди починатися від старшого біта (тобто “0") байта синхрослова (тобто 01000111).

Для узгодження з Регламентом Радіозв’язку MCE і для забезпечення адекватних бінарних переходів (двійкових символів), дані вхідного мультиплексу MPEG-2 має бути рандомізовано згідно зі схемою, зображеною на рисунку 2.

Генераторний поліном псевдовипадкової бінарної послідовності (ПВП) повинний мати вигляд:

Завантаження послідовності “100101010000000” у регістри ПВП, як показано на рисунку 2, має бути зроблено на початку кожних восьми транспортних пакетів. Для забезпечення сигналу ініціалізації (початку завантаження) для дешифратора псевдовипадкових послідовностей, синхробайт MPEG-2 першого транспортного пакета в групі з восьми пакетів є побітово інвертованим з 0×47 в 0×B8. Цей процес стосується «адаптації транспортного мультиплексу».

Перший біт на виході генератора ПВП має бути додано до першого (старшого) біта першого байта, що йде за інвертованим байтом синхронізації MPEG-2 (тобто B8_HEX (0×B8). Для забезпечення функцій синхронізації протягом синхробайтів послідовних семи транспортних пакетів MPEG-2, генерація ПВП має продовжуватися, але вихід генератора ПВП треба блокувати під час передавання байтів синхронізації, залишаючи ці байти нерандомізованими. Період послідовності ПВП має становити 1503 байт.

Процес рандомізації має також продовжуватися, коли вхідний цифровий потік модулятора не існує або коли він не погоджений з форматом транспортного потоку MPEG-2 (тобто 1 синхробайт + 187 байтів пакета). Це унеможливлює виникнення на виході модулятора немодульованого несівного коливання.

Рисунок 2 — Схематичне зображення рандомізатора (дерандомізатора)

4.4.2 Зовнішнє кодування (Ріда-Соломона), перемежування і формування кадрів

Організація формування кадрів має базуватися на структурі вхідного пакету (рисунок 3a). До кожного рандомізованого транспортного пакету (рисунок 3b) має бути застосовано скорочений код Ріда-Соломона (204, 188, T = 8) для генерації пакета, захищеного від помилок (рисунок 3c). Кодування Ріда-Соломона треба також застосовувати для синхробайта пакета, як для неінвертованого (тобто 47_HEX (0x47)), так і для інвертованого (тобто B8_HEX (0xB8)).

Генераторний поліном коду: g(x) = (x + λ⁰) (x + λ¹) (x + λ²)...(x + λ¹⁵), де λ = 0,2_HEX.

Генераторний поліном коду: p(x) = x⁸ + x⁴ + x³ + x² + 1.

Скорочений код Ріда-Соломона можна здійснювати додаванням 51 байта, встановлених в нуль, перед інформаційними байтами на вході кодера (255, 239). Після процедури кодування ці нульові порожні байти треба відкинути.

Згідно з концептуальною схемою, яку подано на рисунку 4, до пакетів, захищених від помилок, має бути застосовано згорткове перемежування глибиною I = 12 (рисунок 3c). Результатом цього є перемежений кадр (рисунок 3d).

Процес згорткового перемеження має базуватися на методі Форні [2], сумісному з методом Ремсі III типу з I = 12. Перемежений кадр має бути складено з захищених від помилок пакетів, що накладаються один на один, і має бути обмежено інвертованими або неінвертованими синхробайтами MPEG-2 [1], причому треба зберігати періодичність 204 байти.

Перемежувач може складатися з I = 12 гілок, в які направляють через вхідний перемикач вхідний байтовий потік. Кожна гілка має являти собою регістр зсуву типу FIFO (“перший прийшов — перший вийшов”) із глибиною комірок (M_j) (де M = 17 = N/I. N = 204 дорівнює довжині захищеного від помилок кадру, I = 12 — глибина перемеження, j — індекс гілки). Комірки FIFO повинні містити один байт, а перемикачі входу і виходу має бути синхронізовано.

Для синхронізації байти синхронізації та інвертовані синхробайти має бути завжди спрямовано в гілку “0’ перемежувача (з нульовою затримкою).

Примітка. Деперемежувач подібний, у принципі, перемежувачу, але індекси гілок обернені на протилежні (тобто У = 0 відповідає найбільшій затримці). Синхронізацію деперемежувача може бути виконано посиланням першого розпізнаного байта синхронізації в гілку *0’.

Рисунок 3а — Пакет транспортного мультиплексування MPEG-2

Рисунок 3b — Рандомізовані транспортні пакети: синхробайти і рандомізована послідовність R

Рисунок 3с — Пакет RS (204, 188,7 = 8), захищений від помилок

Рисунок 3d — Перемежені кадри; глибина перемеження / = 12 байт

Рисунок 3 — Структура кадру

Sync 1 — нерандомізований інвертований синхробайт

Sync n — нерандомізований синхробайт, n = 2, 3, ...8

4.4.3 Внутрішнє кодування (згорткове)

У системі має бути дозволено використання ряду перфорованих згорткових кодів, заснованих на коді з відносною швидкістю 1/2 з довжиною обмеження К=7. Це сприяє вибору найбільш придатного рівня корекції помилок для даної послуги або швидкості даних. У системі має бути дозволено згорткове кодування зі швидкостями коду 1/2; 2/3; 3/4; 5/6 або 7/8.

У цьому разі треба використовувати згортковий код, наведений в таблиці 2 і на рисунку 5.

Примітка. У приймачі кожна зі швидкостей коду і перфорувальних конфігурацій знаходиться в стані спроби, доки не досягається синхронізація пристрою. Фазову неоднозначність к у демодуляторі може бути розв'язано за допомогою декодування байта синхронізації MPEG-2, що встановлює границю перемеженого кадру (ISO/IEC 13818-1 [1]).

Рисунок 4 — Концептуальна схема згорткового перемежувача і деперемежувача

Таблиця 2 — Визначення перфорованого коду

Вихідний код			Відносна швидкість коду
			1/2		2/3		3/4		5/6		7/8
K	G1 (X)	G2 (Y)	P	dfree	P	dfree	P	dfree	P	dfree	P	dfree
7	171oct	133oct	X:1 Y:1 I=X1 Q=Y1	10	X:10 Y:11 I=X1Y2Y3 Q=Y1X3Y3	6	X:101 Y:110 I=X1Y2 Q=Y1X3	5	X:10101 Y:11010 I=X1Y2Y4 Q=Y1X3X5	4	X:1000101 Y:1111010 I=X1Y2Y4Y6 Q=Y1X3X5X7	3
Примітка. 1 = передаваний біт                  0 = непередаваний біт

4.5 Формування смуги частот модулювального сигналу і модуляція

В системі використовують модуляцію типу ФМ-4 сигналом, що його традиційно кодовано кодом Ґрея з абсолютним відображенням (недиференціальне кодування). Виристовують поелементне відображення в просторі сигналу, як представлено на рисунку 5.

Перед модуляцією сигнали I і Q (математично представлені послідовністю дельта-функцій Дірака з відповідним знаком, розділених міжсимвольним інтервалом T_s = 1/R_s), пропускають через фільтр з АЧХ типу кореня квадратного із піднесеного косинусу. Коефіцієнт скруглення схилу АЧХ — α має дорівнювати 0,35.

Теоретично АЧХ фільтру обмеження смуги зі скругленням зрізу типа кореня квадратного від піднесеного косинуса визначають формулою:

α — коефіцієнт скруглення АЧХ, α = 0,35.

Поле допуску спектра сигналу на виході модулятора представлено у додатку А.

Рисунок 5 — Сузір’я ФМ-4

5 ВИМОГИ ДО ОБРОБЛЯННЯ ПОМИЛОК

Модем, підімкнений до кола ПЧ, повинен мати залежність коефіцієнта помилок (BER) від характеристики E_b/N₀, подану в таблиці 3.

Таблиця 3 — Характеристика системи відносно кола ПЧ

Відносна швидкість внутрішнього коду	Необхідне відношення Eb / N0 для BER = 2·10-4 після квазібезпомилкового кодування Вітербі після кодування Ріда-Соломона
1/2	4,5
2/3	5,0
3/4	5,5
5/6	6,0
7/8	6,4

Примітка 1. Значення E_b/N₀ стосовні корисної швидкості цифрового потоку перед кодуванням Ріда-Соломона і охоплюють запас на реалізацію модему 0,8 дБ і на зростання ширини смуги пропускання шуму через зовнішнє кодування (10lg 188/204 = 0,36 дБ).

Примітка 2. «Квазібезпомилковий» означає менше за одну некореговану подію в годину, що відповідає BER = 10^-10 — 10^-11 на вході демультиплексора системи MPEG-2.

Показові значення параметрів супутникової системи наведено в додатку D.

ДОДАТОК A
(обов'язковий)
СПЕКТР СИГНАЛУ НА ВИХОДІ МОДУЛЯТОРА

На рисунку А.1 представлено поле допуску на АЧХ спектра сигналу на виході модулятора.

На рисунку А.1 представлено також можливе поле допуску для визначеної в 4.5 технічної реалізації фільтра Найквіста на вході модулятора. Точки від A до S, позначені на рисунках А.1 і А.2, визначено в таблиці А.1. Поле допуску АЧХ фільтра базується на припущенні, що вхідний сигнал відповідає ідеальнім дельта-функціям Дірака, розділеним періодом надходження символів T_s = 1/R_s = 1/(2f_N) тоді як у разі прямокутних вхідних сигналів до АЧХ фільтра має бути застосована відповідна корекція виду x/sin x.

Рисунок А.2 представляє поле допуску частотної характеристики (ЧХ) групового часу затримки (ГЧЗ) технічної реалізації фільтра Найквіста на вході модулятора.

Рисунки А.1 і А.2 засновані на стандартах наземної станції міжнародної системи супутникового зв'язку (Intelsat Earth Station Standards) (IESS) № 308 [3], з незначними модифікаціями у зв'язку з різною формою схилу АЧХ.

Рисунок А1 — Поле допуску АЧХ спектру сигналу на виході модулятора, представлене в області частот основної смуги

Рисунок А.2 — Поле допуску ЧХГЧЗ фільтра на вході модулятора

Таблиця А.1 — Визначання точок, позначених на рисунку А.1

Точка	Частота	Відносна потужність	Групова затримка
A	0,0 fN	+0,25	+0,07/fN
B	0,0 fN	−0,25	−0,07/fN
C	0,2 fN	+0,25	+0,07/fN
D	0,2 fN	−0,40	−0,07/fN
E	0,4 fN	+0,25	+0,07/fN
F	0,4 fN	−0,40	−0,07/fN
G	0,8 fN	+0,15	+0,07/fN
H	0,8 fN	−1,10	−0,07/fN
I	0,9 fN	−0,50	+0,07/fN
J	1,0 fN	−2,00	+0,07/fN
K	1,0 fN	−4,00	−0,07/fN
L	1,2 fN	−8,00	—
M	1,2 fN	−11,00	—
N	1,8 fN	−35,00	—
P	1,4 fN	−16,00	—
Q	1,6 fN	−24,00	—
S	2,12 fN	−0,00	—

ДОДАТОК В
(довідковий)
ОПИС КОНЦЕПТУАЛЬНОЇ СИСТЕМИ

Модулятор-демодулятор може виконувати функції, зазначені на структурній схемі на рисунку B.1.

У зв'язку з подобою структурних схем модулятора і демодулятора, нижче подано опис тільки структурної схеми останнього.

Інтерфейс ПЧ і демодулятор ФМ-4 (IF interface and QPSK demodulator) — виконує функцію відповідної квадратурної демодуляції і аналогово-цифрове перетворення, забезпечуючи "м'яке рішення" стосовно сигналів I і Q для внутрішнього декодера.

Узгоджений фільтр (Matched filter): — виконує додаткову фільтрацію, що базується на використанні фільтра зі скругленням зрізу АЧХ типу піднесений косинус. Лінійні спотворення каналу в інтегральному приймачі-декодері може бути скориговано за допомогою цифрового КІХ-фільтра.

Пристрій відновлювання несівного коливання (тактової синхронізації символів) (Carrier/clock recovery unit) — відновлює синхронізацію демодулятора. Ймовірність помилкового генерування в усьому діапазоні значень C/N демодулятора має бути дуже низькою.

Внутрішній декодер (Inner decoder) — виконує декодування завадостійкого коду першого рівня. Він повинен працювати за коефіцієнта помилок на вході, що відповідає "твердому рішенню" і має порядок від 10^-1 до 10^-2 (залежно від прийнятої відносної швидкості коду), і забезпечувати коефіцієнт помилок на виході приблизно 2·10^-4 або нижче. Такий вихідний коефіцієнт помилок відповідає квазівільній від помилок роботі служби після корекції зовнішнього коду. В цьому пристрої можна використовувати інформацію, що стосується "м'якого рішення". Цей пристрій перебирає кожну зі швидкостей коду і перфорувальних конфігурацій, доки не відбудеться захоплення. Крім того, він здатний усунути фазову неоднозначність демодуляції, що дорівнює p/2.

Декодер байтів синхронізації (Sync byte decoder) — декодує байти синхронізації відповідно до MPEG-2 [1] і забезпечує інформацію для синхронізації деперемежувача. Він також здатний усунути фазову неоднозначність демодулятора ФМ-4, що дорівнює π (не визначену декодером Вітербі).

Згортковий деперемежувач (Convolutional de-interleaver) — дає змогу розділити пакети помилок на байти і розподілити їх на квазівипадкові місця в кадрі (рандомізувати розподіл) на виході внутрішнього декодера, щоб поліпшити здатність коригування пакетів помилок зовнішнього декодера.

Зовнішній декодер (Outer decoder) — забезпечує другий рівень захисту від помилок. Він здатний забезпечити квазібезпомилковий вихідний сигнал (тобто коефіцієнт помилок порядку 10^-10—10^-11) за наявності пакетів помилок на вході і коефіцієнта помилок близько 7·10^-4 або краще, з безкінечним перемеженням байтів. У разі глибини перемеження I = 12 вважають, що для квазібезпомилкової роботи коефіцієнт помилок має дорівнювати 2·10^-4.

Пристрій усунення розсіювання енергії (Energy dispersal removal) — відновлює дані користувача за допомогою відтворення початкової послідовності (видаляння рандомізації), використовуваної для розсіювання енергії, і перетворює інвертований байт синхронізації в його нормальне значення відповідно до MPEG-2.

Фізичний інтерфейс базової смуги частот — пристосовує структуру даних до формату і протоколу, необхідних для зовнішнього інтерфейсу.

Примітка. В системі MPEG-2 [1] забезпечено можливість установити біт прапору помилки в заголовку пакета в разі перевищення коригувальної здатності зовнішнього коду.

Рисунок В.1 — Концептуальна структурна схема передавальної і приймальної сторін системи

ДОДАТОК С
(довідковий)
ПРИКЛАДИ ЗАЛЕЖНОСТІ ШВИДКОСТІ ЦИФРОВОГО ПОТОКУ ВІД ШИРИНИ СМУГИ ТРАНСПОНДЕРА

Швидкість передавання символів R_s може бути погоджено з характеристиками певного транспондера щоб отримати максимальну ємність передавання, за припустимого погіршення сигналу через обмеження ширини смуги пропускання транспондера. У таблиці C.1 наведено приклади корисних швидкостей цифрового потоку R_u, що їх можна отримати на супутниковому транспондері із шириною смуги пропускання, що відповідає Δf/R_s = 1,28.

Для інших служб може бути прийнято інші значення Δf/R_s, що залежать від необхідного співвідношення між ємністю передавання і зменшенням E_b/N₀.

На рисунках С.1 і С.2 представлено характеристики фільтрів OMUX та IMUX, використаних у комп'ютерному моделюванні із загальною шириною смуги пропускання 33 МГц (−3 дБ).

На рисунку 3 представлено приклад зниження E_b/N₀ на комп'ютерній моделі супутникового транспондера (втрати вихідної потужності підсилювача на ЛБВ (Travelling Wave Tube Amplifier Output Back Off, TWTA OBO) становлять 0 дБ) у зв'язку з обмеженнями ширини смуги пропускання в IMUX і OMUX (див. рисунки С.1 і С.2) для відношення Δf/R_s між 1 і 1,35. Значення 0 дБ стосується випадку супутникового транспондера без обмеження ширини смуги пропускання (якщо Δf = ∞, то втрати вихідної потужності підсилювача на ЛБВ становлять 0 дБ). Результати отримано комп'ютерним моделюванням за відносних швидкостей внутрішнього коду 2/3 і 7/8 для BER = 2·10^-4. Для інших характеристик фільтра транспондера могли бути отримані інші результати. В разі використання результатів, поданих на рисунку С.3 треба додати відповідні допуски, щоб врахувати температурну нестабільність характеристик ретранслятора й нестабільність, пов'язану зі старінням.

Таблиця С.1 — Параметри швидкостей цифрового потоку залежно від ширини смуги пропускання ретранслятора

Δf (на рівні −3 дБ), МГц	Δf (на рівні −1 дБ), МГц	Rs (для Δf/Rs = 1,28), Мбіт/с	Ru (для ФМ-4, швидкості коду 1/2), Мбіт/с	Ru (для ФМ-4, швидкості коду 2/3), Мбіт/с	Ru (для ФМ-4, швидкості коду 3/4), Мбіт/с	Ru (для ФМ-4, швидкості коду 5/6), Мбіт/с	Ru (для ФМ-4, швидкості коду 7/8), Мбіт/с
56	48,6	42,2	38,9	51,8	58,3	64,8	68,0
46	41,4	35,9	33,1	44,2	49,7	55,2	58,0
40	36,0	31,2	28,8	38,4	43,2	48,0	50,4
36	32,4	28,1	25,9	34,6	38,9	43,2	45,4
33	29,7	25,8	23,8	31,7	35,6	39,6	41,6
30	27,0	23,4	21,6	28,8	32,4	36,0	37,8
27	24,3	21,1	19,4	25,9	29,2	32,4	34,0
26	23,4	20,3	18,7	25,0	28,1	31,2	32,8

Примітка 1. R_u визначає швидкість корисного цифрового потоку після мультиплексора MPEG-2. Швидкість символів R_s відповідає ширині смуги пропускання на відносному рівні — 3 дБ модульованого сигналу.

Примітка 2. Значення, наведені в таблиці С.1, відповідають зниженню E_b/N₀ на 1 дБ (відносно каналу з адитивним білим гаусовським шумом) для випадку коефіцієнту скруглення АЧХ 0,35 і відносної швидкості цифрового потоку 2/3, включаючи вплив IMUX, OMUX і TWTA.

Національна примітка.
Швидкість коду — це відносна швидкість згорткового коду.

Рисунок С.1 — Гіпотетичні характеристики фільтра ІMUX

Рисунок С.2 — Гіпотетичні характеристики фільтра ОМUX

Рисунок С.3 — Приклад погіршення через обмеження ширини смуги пропускання ретранслятора

ДОДАТОК D
(довідковий)
ПРИКЛАДИ МОЖЛИВОГО ЗАСТОСУВАННЯ СИСТЕМИ

У таблиці D.1 представлено можливі приклади використання систему для номінальної ширини смуги пропускання ретранслятора 33 МГц (на відносному рівні -3 дБ). Наведено різні швидкості внутрішнього коду з відповідними швидкостями цифрового потоку.

З рисунку D.1 видно, що приклад зі швидкістю внутрішнього коду 2/3, має бути придатний для підключення до наземної мережі РDН (плезіохронної цифрової ієрархії) зі швидкістю цифрового потоку 34,368 Мбіт/с, що включає такий самий захист кодом Ріда-Соломона від помилок, що використовується у супутниковій системі.

Таблиця D.1 — Приклад характеристик системи, організованої через транспондер зі смугою 33 МГц

Швидкість цифрового потоку Ru (після мультиплексора), Мбіт/с	Швидкість цифрового потоку Ru (після кодеру Ріда-Соломона), Мбіт/с	Швидкість символів, Мбіт/с	Відносна швидкість згорткового внутрішнього коду	Швидкість зовнішнього коду Ріда-Соломона	Ψн-ш (33 МГц), дБ
23,754	25,776	25,776	1/2	188/204	4,1
31,672	34,368	25,776	2/3	188/204	5,8
35,631	38,664	25,776	3/4	188/204	6,8
39,590	42,960	25,776	5/6	188/204	7,8
41,570	45,108	25,776	7/8	188/204	8,4

Примітка 1. Цифри в таблиці D.1 базовані на результатах комп'ютерного моделювання, одержаних для гіпотетичного супутникового кола, що включає IMUX, TWTA і OMUX (див. рисунки С.1 і С.2) з параметром скруглення АЧХ 0,35. Значення Ψ_н-ш базовано на припущенні "м'якого рішення" декодування Вітербі в приймачі. Було прийняте відношення Δf/R_s, що дорівнює 1,28. (Δf — ширина смуги пропускання).

Примітка 2. Значення Ψ_н-ш включають обчислене зниження на 0,2 дБ через обмеження ширини смуги пропускання на IMUX і OMUX фільтрах, 0,8 дБ через нелінійні спотворення підсилювача TWTA під час насичення і 0,8 дБ через втрати в модемі. Цифри отримані за умови, що коефіцієнт помилок дорівнює 2·10^-4 перед кодером Ріда-Соломона RS (204,188), що відповідає стану "квазібезпомилковий" на виході кодера Ріда-Соломона. Втрати через інтерференцію не ураховано.

Рисунок D.1 — Приклад з'єднання системи з наземною мережею PDH

ДОДАТОК Е
(довідковий)
БІБЛІОГРАФІЯ

У цьому стандарті є посилання на такі джерела:

Potential applications of the baseline modulation/channel coding system for digital multiprogramme television by satellite (Contribution from V4/MOD). DTVB 1163/GT V4/MOD 269 2nd revised version (November 1993);

Reimers The European perspectives on Digital Television Broadcasting». U. NAB’93, (EBU V4/ MOD 249);

Cominetti, M., Morello, A., Visintirr, M. Satellite digital multi-programme TV/HDTV EBU Review — Technical, Summer '93, (EBU V4/MOD 235 rev.);

Baseline modulation/channel coding system for digital multi-programme television by satellite (Contribution from V4/MOD-B). DTVB 1110/GT V4/M0D 252/ DTVC 18, 7th revised version, January 1994;

EN 300 429: Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channel coding and modulation for cable systems.

Національна примітка.
Цей стандарт впроваджено в Україні як національний стандарт ДСТУ 4214-2003 Цифрове телевізійне мовлення (DVB). Структура кадрів, канальне кодування та модуляція для кабельних систем.

НАЦІОНАЛЬНЕ ПОЯСНЕННЯ

Потенціальні застосування базисної системи модуляції / канального кодування в цифровому багатоканальному супутниковому телебаченні» (Вклад від V4/MOD). DTVB 1163/GT V4/MOD 269, друге виправлене видання (листопад 1993); Reimers Європейські перспективи цифрового телевізійного мовлення». U. NAB’93, (EBU V4/MOD 249); Cominetti, М., Morello, А., Visintin; М. «Супутникове цифрове багатоканальне ТБ/ТБВЧ» EBU Review — Technical, Summer '93, (EBU V4/MOD 235 rev.); Базова система модуляції / канального кодування в цифровому багатоканальному супутниковому телебаченні (Вклад від V4/MOD-B). DTVB 1110/GT V4/MOD 252/ DTVC 18, сьоме виправлене видання, січень 1994; EN 300 429: Цифрове телевізійне мовлення (DVB); Структура кадрів, канальне кодування і методи модуляції в кабельних системах.

33.160.20

Ключові слова: цифрове телебачення, супутникове телебачення, структура кадрів, кодування каналу, методи модуляції.