Моделирование цифровых систем телерадиовещания с квадратурной амплитудной манипуляцией

УДК 51.001.57:681.518

В.В. Киселев, А.Е. Руденко, М.С. Светлов

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ТЕЛЕРАДИОВЕЩАНИЯ

С КВАДРАТУРНОЙ АМПЛИТУДНОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ

Рассматриваются вопросы моделирования и исследования одночастотных сетей цифрового эфирного телерадиовещания стандарта DVB-T. Основное внимание уделено квадратурной амплитудной манипуляции QAM и OQAM. Результаты моделирования используются при расчете помехозащищенности телерадиовещания при переходе на цифровой формат.

Модель радиоканала, одночастотная сеть, цифровое

телерадиовещание, стандарт DVB-T

V.V. Kiselev, A.E. Rudenko, M.S. Svetlov

SIMULATION OF THE DIGITAL TELEVISION BROADCASTING SYSTEMS WITH QUADRATURE AMPLITUDE MODULATION

The problems of simulation and analysis of the single frequency digital television broadcasting nets under the DVB-T standard are discussed. The main point of investigation is the quadrature amplitude modulation QAM and OQAM. The simulation results are used in calculation of the noise immunity of the digital television broadcasting systems.

Digital TV, quadrature amplitude modulation QAM, Offset QAM, DVB-

T

В системах передачи информации, использующих радиоканал, одной из главных проблем является помехозащищенность передаваемых сигналов. К таким системам можно отнести различные системы связи с космическими объектами, летательными аппаратами, а также, например, сети эфирного наземного телерадиовещания.

Разработанная математическая модель системы цифрового эфирного телерадиовещания позволяет предложить как более эффективный описанный ниже метод амплитудной квадратурной манипуляции.

Классический OFDM/QAM сигнал описывается уравнением

z (t) = Re

N-1 H,

max

exp

r

=0 s=0 h=H m

Y

r ,s ,h [0 в остальных случаях

h' = h -

Ts = Tu + Tg,

где N - количество OFDM-символов в кадре передачи; h - номер поднесущей частоты; Hmin и H max - соответственно минимальное и максимальное значения поднесущей частоты (нижняя и верхняя границы); s -номер OFDM-символа, r - номер кадра передачи; Tg - защитный интервал; Tu - длительность полезной части OFDM-символа; Ts

- длительность OFDM-символа; f - опорная частота передатчика; Crsh (t) - значение

QAM-ячейки для поднесущей частоты h в символе s кадра r .

Амплитудной квадратурной манипуляцией QAM передаваемый сигнал кодируется одновременным изменением амплитуды синфазной I и квадратурной Q компонент несущего гармонического колебания F , которые сдвинуты по фазе друг относительно друга на угол р/ 2:

Cr,sh

Ar,s,h =yjQLh + Ir,s,h ,

jr,s,k = arctg

где Arsh и (prsh - амплитуды и фазы модулированного сигнала соответственно. В комплексном виде Cr,s,h (t) (рис. 1):

Cr,,„

Перейдя в (1) от классической квадратурной амплитудной манипуляции QAM к квадратурной амплитудной манипуляции со сдвигом OQAM (Offset QAM), не требующей при ортогональном частотном мультиплексировании вставки защитного интервала ( Tg = 0 , Ts = Tu ),

разделим Cr,s,h (t) на две комплексные составляющие таким образом, что мнимая часть

сдвигается во времени на величину Tu /2 относительно вещественной. Тогда будем иметь

z(t) = Re

¥ N-1 H m

exp

r=0 s=0 h=Hm

у

[0 в остальных случаях

С целью добавления помехозащищенности сигналу можно повернуть модуляционное созвездие на определённый угол а так, чтобы каждая точка созвездия приобрела уникальные координаты, не повторяемые остальными точками (рис. 2). В результате, если одна из координат будет потеряна из-за интерференции, то сохранится информация о другой координате, что позволит восстановить передаваемый символ.

Тогда (5) примет вид

Сг,',Н

1000 1010

1001 +

1011 +

Im[Cr,s,h(t)}

0010 0000

ООН +

0001

!—

Re[Cr,s,h(t)}

-3 -1 -1 1 3

• • - - • •

1101 1111 0111 0101

• • - .-3 . •

1100 1110 0110 0100

Рис. 1. Пример констелляционной диаграммы

Рис. 2. Пример повёрнутой констелляционной диаграммы

Таким образом, переходя в OFDM/QAM от классического QAM к OQAM и поворачивая модуляционное созвездие, можно добиться следующих результатов:

1) значительно увеличивается эффективность использования спектра на основе уменьшения интерференционных межсимвольных помех;

2) сигнал уплотняется во времени;

3) скорость передачи увеличивается из-за отсутствия защитного интервала;

4) возрастает устойчивость сигнала к типичным проблемам эфира.

ЛИТЕРАТУРА

1. Киселёв, В.В. Разработка модели и исследование помехоустойчивости цифровых систем телерадиовещания / В.В. Киселёв, М.С. Светлов // Сб. тр. МНК ММТТ-21. Саратов: СГТУ, 2008.

2. Киселёв, В.В. Проблемы электромагнитной совместимости в цифровом телерадиовещании / В.В. Киселёв, М.С. Светлов // Сб.тр. МНК ММТТ-22. Псков: ППИ, 2009.

3. Киселёв, В.В. Одночастотная сеть эфирного цифрового вещания с учётом модели местности / В.В. Киселёв, М.С. Светлов // Сб. тр. МНК ММТТ-23. Саратов: СГТУ, 2010.

Киселев Вадим Владимирович -аспирант, ассистент кафедры «Техническая кибернетика

Саратовского государственного технического университета

и информатика»

Руденко Алексей Евгеньевич -аспирант кафедры «Техническая кибернетика

государственного технического университета

и информатика» Саратовского

Светлов Михаил Семенович -доцент кафедры «Техническая кибернетика и информатика» Саратовского

государственного технического университета

Статья поступила в редакцию 01.11.10, принята к опубликованию 15.11.10