Самостоятельная работа по дисциплине 

«Системы и сети связи с подвижными объектами».

Тема: Оценка эффективности LDPC-кодов стандарта DTMB. ч1

Выполнила: 

студентка 319 группы

Горбунова В. Б.

Основной целью данной работы является сравнение эффективности кодирования LDPC кодов китайского стандарта телевидения и других стандартов, используемых в современном мире.

Задачи, решаемые на начальном этапе:

1.  Знакомство со стандартами систем цифрового телевизионного вещания;

2.  Характеристика стандарта DTMB;

3.  Извлечение и распаковка проверочных  матриц Н из стандарта DTMB gb-20600-2006;

4.  Извлечение генераторных матриц G;

5.  Проверка правильности извлечения матриц по правилу G×HTº0;

Введение.

Уже довольно продолжительное время мы живем в эпоху  цифровых технологий. Телевещание плавно переходит от аналогового к цифровому, и хотелось бы по подробней знать процесс формирования и в частности стандарты цифрового вещания и приема. В этом и заключается актуальность моей работы.

Преимущества цифрового телевидения по сравнению с аналоговым телевидением очевидны.

·  Повышение помехоустойчивости в передаче и записи телевизионного сигнала.

·  Существенное увеличение числа телевизионных программ, передаваемых в том же частотном диапазоне.

·  Создание телевизионных систем  высокой чёткости.

·  Повышение качества изображения и звука в телевизионных приёмниках.

·  Уменьшение мощности передатчиков.

·  Архивирование и запись телевизионных программ .

·  Передача в телевизионном радиосигнале различной дополнительной информации, в том числе телепрограммы (EPG)

·  Возможность выбора языка вещания (звуковой дорожки) и субтитров.

·  Расширение функциональных возможностей используемой аппаратуры

 Основным недостатком можно считать замирания и рассыпания принимаемой картинки на «квадратики» при недостаточном уровне сигнала, данные либо принимаются качественно на 100% , либо принимаются плохо и картинки не видно вообще или с «квадратиками».

Принципиальной особенностью разработки стандартов является учет технологических особенностей различных участков телевизионного канала, жестких международных норм на параметры каналов передачи телевизионных сигналов, принципов планирования сетей вещания. Цифровое сжатие сигналов динамических изображений и звукового сопровождения телевидения в сочетании с цифровым канальным кодированием и модуляцией позволяют существенно повысить  эффективность использования частотного ресурса по сравнению с аналоговыми телевизионными системами


1.       Основные стандарты в цифровом телевидении.

DVB — европейский стандарт цифрового телевидения. Сейчас действует на нашей территории.

ATSC — американский стандарт цифрового телевидения.

ISDB — японский стандарт цифрового телевидения.

DTMB — китайский стандарт цифрового телевидения.


Рисунок 1 - Стандарты цифрового эфирного телевизионного вещания

Таблица 1. Стандарты наземного цифрового телевизионного вещания.


Европейский стандарт цифрового телевидения DVB-Т.

Это стандарт европейского цифрового телевизионного вещания, который был ориентирован на переход к телевидению высокой четкости. Он входит в группу европейских телевизионных стандартов DVB.

Основные технические характеристики стандарта:

·    Диапазон рабочих частот – 470–862 МГц.

·    Выходная мощность передатчиков – 10…10 000 Вт.

·    Ошибки BER - 10-11…-10-13

·    Ошибки MER, db < 35.

Главным преимуществом стандарта DVB-T2 (T2) по сравнению с DVB-T1 (T1) является то, что на одной несущей передатчика можно будет передавать три программы телевидения высокой четкости и дополнительные независимые каналы физического уровня PLP. Таким образом, количество передаваемых каналов увеличится. Мощность передатчиков снизится в 5–8 раз. Увеличивается QAM до 256. Полоса приема телевизоров останется прежней – 8 МГц.

Американский стандарт цифрового телевидения ATSK.

Основной технической задачей цифрового телевидения ATSC была передача HDTV-программы с заданной помехоустойчивостью в наземном радиоканале с ограниченной полосой частот 6 МГц. В стандарте ATSC в качестве критерия качества видеоизображения вводится понятие ≪порога видимости≫ (ПВ), определяемое пороговым значением отношения сигнал/шум на входе приемника. Так, для системы эфирного вещания 8-VSB теоретическим порогом определена величина С/Ш = 14,9 дБ, что примерно на 20 дБ ниже величины ПВ для аналогового телевидения.

Японский стандарт цифрового телевидения ISDB-T.

В системе ISDB-T используется принцип многочастотной модуляции с передачей цифрового потока на OFDM несущих в нескольких полосах частот (так называемая частотно сегментированная передача — BST-OFDM). Система ISDB-T может быть использована в каналах ТВ-вещания UHF-диапазона с полосами B = 6, 7 или 8 МГц. Оригинальным свойством системы является разделение каждого канала вещания на сегменты, в каждом из которых передаются BST-OFDM-кадры, содержащие заданное число транспортных пакетов стандарта MPEG-2, зависящее от вида модуляции несущих, скорости сверточного кода и используемых режимов работы.

 Китайский стандарт цифрового телевидения DTMB.

 Стандарт цифрового вещания DTMB обеспечивает возможность эфирной передачи мультимедийных данных и воспроизведения ТВ-сигналов на малоразмерных приемниках.  Говоря о качестве китайского DTMB-стандарта, можно с уверенностью заявить, что он имеет технические преимущества перед другими стандартами наземного цифрового телевидения  США, Европы, Японии. Китайский DTMB-стандарт называется системой D, и является четвертым по международным стандартам. Этот стандарт введен позже, чем три предыдущие, но с использованием новейших технологий, чтобы обеспечить значительное превосходство уровня производительности. DTMB-стандарт отличается от других тремя преимуществами:

-                       более стабильной работой системы,

-                       большой информационной емкостью,

-                       большим охватом территории.

Это доказано независимо от испытательной лаборатории, будь то на Кубе, в Перу или других странах.

Система DTMB обеспечивает цифровое вещание программ ТВЧ (не поддерживается при мобильном приеме), телевидения стандартной четкости (стандарты кодирования источников контента MPEG-2, MPEG-4/ H.264 и др.), а также мультимедийное вещание, фиксированный или мобильный прием сигналов как внутри помещений, так и вне их (скорость передачи от 4,813 до 32,486 Мбит/с).  Возможна работа в многочастотной и одночастотной сетях, в каналах, смежных с каналами аналогового ТВ-вещания, а так же в каналах с полосами частот 6 и 7 МГц.

Здесь предварительная коррекция ошибок осуществляется с использованием внешнего кодера BCH, формирующего укороченный код из кода BCH (1023, 1013), и внутреннего кодера LDPC с тремя возможными скоростями: 2/5 — LDPC (7488, 3048); 3/5 — LDPC (7488, 4572); 4/5 — LDPC (7488, 6096).  Основные параметры обработки сигналов в системе приведены в таблице 2. Основные результаты испытаний системы DTMB показали, что технологии канального кодирования, используемые в системе DTMB, обеспечивают коэффициент ошибок в цифровом сигнале на приеме менее 1х10-12.  

 Таблица 2. Основные параметры системы DTMB.

 

2.           Извлечение и распаковка матриц G и H стандарта DTMB.

Перейдем непосредственно  к тому, чем я занимаюсь при подготовке дипломного проектирования.  Извлечение матриц из стандарта GB-20600-2006 – это одна из основных задач, выполняемых в ходе работы.  Как уже было сказано выше, в стандарте используется внутренний LDPC-код с тремя возможными скоростями.

Что же в принципе из себя представляют коды LDPC? Это — линейные блоковые систематические коды, задаваемые с помощью порождающей матрицы и с итеративным декодированием. Проверка четности — простой метод для обнаружения ошибок в передаваемом пакете данных. С ее помощью нельзя восстановить данные. Можно только обнаружить одиночную ошибку. Поэтому при кодировании и декодировании LDPC для определения разряда, в котором произошла ошибка, используют специальные проверочные матрицы, позволяющие найти синдромы ошибок в любом разряде кодового слова. Когда в проверяющей матрице LDPC количество единиц мало, это позволяет эффективнее организовать процесс хранения матрицы в декодере.

LDPC-коды более предпочтительны в каналах с меньшими вероятностями ошибок. С развитием методов передачи информации каналы передачи улучшаются, что дает хорошую перспективу для развития LDPC-кодов.

В ходе проделанной работы с помощью среды MATLAB было извлечено и распаковано 6 матриц стандарта DTMB: 3 проверочных матрицы H и 3 генераторных G.

В стандартной форме генераторная матрица G принимает вид:


I – это единичная матрица размером b´b, где b = 127, 0 ≤i ≤ (k −1)，0 ≤j ≤ (c −1),

i – количество строк в матрице, j – количество столбцов

1)      LDPC（7493,3048):    k=24，c=35, b=127, скорость кодирования 2/5;

2)      LDPC（7493,4572):    k=36，c=23, b=127, скорость кодирования 3/5;

3)      LDPC（7493,6096):    k=48，c=11, b=127, скорость кодирования 4/5.


В стандарте GB20600-2006 генераторная матрица представлена в следующем виде:


LDPC(7493, 3048) Gi,j=G[i][j]

G[ 0][ 0] : 44DB4147E6075A92E878EB68C44DD51F

G[ 0][ 1] : 5DCE86622D846BF272215A792AF31A3E

G[ 0][ 2] : 46FF69A29D3DF1D4842461B239256C26

G[ 0][ 3] : 5B08E84D7F8CF21F635110B336F35E68

G[ 0][ 4] : 146E63996295F4FB4D20C152E02FDFB5

G[ 0][ 5] : 2D50534737BF9622761D1AA8F2F79375

G[ 0][ 6] : 6B950681A1ED864F3D9F039B5912E996

G[ 0][ 7] : 1E255600F55C1019EB29FB0D0E64A790

G[ 0][ 8] : 0FC54A167377330271E132DA4084DC17

G[ 0][ 9] : 531C85189E7CD79C4A03AF0062C97B66

G[ 0][10] : 74BA0C55A448EB03E6B92BE48318D494


здесь каждая ячейка матрицы состоит из 32 символов, записанных в 16-СС. Для извлечения и распаковки такой матрицы каждое число в ячейке необходимо было перевести в 2-СС и осуществить циклический сдвиг вправо на 1 бит 127 раз. 

Посмотрим одну из полученных матриц с помощью представления на графике:


Рисунок 2. a) LDPC（7493,4572);   б) увеличенный масштаб для более наглядного наблюдения.

 

В стандартной форме проверочная матрица H имеет вид:


1)                    LDPC（7493,3048):    c=35，t=58;

2)                    LDPC（7493,4572):    c=23，t=58;

3)                    LDPC（7493,6096):    c=11，t=58,

где c и t – общее количество строк и столбцов в стандарте GB-20600-2006 для матрицы Н соответственно.

Так же для наглядного представления проверочной матрицы, которую необходимо было распаковать, приведу пример из стандарта GB20600-2006:

LDPC(7493, 3048)：

A[ 0][32] = 67   A[ 0][33] = 41     A[ 0][34] = 21    A[ 0][35] = 74

A[ 0][43] = 3     A[ 0][51] = 13     A[ 0][53] = 117  A[ 1][ 1] = 1

A[ 1][33] = 67    A[ 1][34] = 41    A[ 1][35] = 21    A[ 1][47] = 29

A[ 1][51] = 92    A[ 1][55] = 23    A[ 1][58] = 79    A[ 2][ 1] = 32

A[ 2][ 2] = 1       A[ 2][34] = 67    A[ 2][35] = 41    A[ 2][45] = 3

A[ 2][50] = 34    A[ 2][55] = 117   A[ 2][57] = 68    A[ 3][ 1] = 104

A[ 3][ 2] = 32     A[ 3][ 3] = 1        A[ 3][35] = 67    A[ 3][42] = 115

A[ 3][52] = 84    A[ 3][55] = 28     A[ 3][58] = 68    A[ 4][ 2] = 104

После распаковки матрицы Н бал получен следующий результат:


Рисунок 3. LDPC（7493,4572) проверочная матрица Н; R = 0,6.

 В правильности полученных результатов удалось убедиться с помощью правила G×HTº 0. 

 Цели и задачи на 2 часть самостоятельной работы:

1.                    Декодирование LDPC кодов стандарта  DTMB;

2.                    Моделирование кодов из стандарта DTMB в среде  MATLAB;

3.                    Построение графиков для BPSK.