Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 7: Κωδικοποίηση και Διαμόρφωση

Transcript

1 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 7: Κωδικοποίηση και Διαμόρφωση Δρ. Νικόλαος- Αλέξανδρος Τάτλας Τμήμα Ηλεκτρονικών Μηχανικών Τ.Ε Κάντε κλικ για να ξεκινήσετε

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Περιεχόμενα 7.1 Κωδικοποίηση και Διαμόρφωση 4

5 Προσδοκώμενα Αποτελέσματα Στην ενότητα αυτή θα μάθετε για: FEC/Formating: Energy Dispersal, Outer/Inner Coding, Διαμόρφωση QPSK/QAM, OFDM, Διάστημα προστασίας (Guard Interval). 5

6 7.1 Κωδικοποίηση και Διαμόρφωση 6

7 Αλυσίδα DVB 7

8 Εισαγωγή Ανάγκη για χαμηλό BER Ιδιαίτερα για συμπιεσμένες ροές. Απαραίτητη η εισαγωγή κώδικα Ανίχνευσης σφαλμάτων. Διόρθωσης σφαλμάτων. Forward Error Correction Εισαγωγή πλεονάζουσας πληροφορίας. Δημιουργία «super channel». 8

9 Energy Dispersal / Randomizing Αποφυγή ύπαρξης DC περιεχομένου στο σήμα Πολλά «0» ή «1» στη σειρά. Χρήση ψευδο-τυχαίας γεννήτριας 1+X 14 X 15 9

10 Energy Dispersal / Randomizing Αρχικοποίηση κάθε 8 TP. Αντιστροφή του synch Από 47 hex σε B8 hex 10

11 Reed-Solomon (Outer Coding) Κυκλικός κώδικας RS(n,k,t) n μέγεθος μπλοκ μετά την κωδικοποίηση. k μέγεθος μπλοκ πριν την κωδικοποίηση. t αριθμός συμβόλων που μπορούν να διορθωθούν. Κατάλληλος για διόρθωση burst error. Χρήση RS(204, 188, T = 8) Overhead ~8% Περισσότερα από 8 λάθη; 11

12 Forney Convolutional Interleaving Στόχος η χρονική απομάκρυνση σφαλμάτων. L μήκος πακέτου (204). Ι αριθμός κλάδων (12). Μ = L/I = 17. Εικόνα από το πρότυπο ETSI EN V1.4.1 ( ) 12

13 Convolutional Coding (Inner Coding) - FEC Μείωση τυχαίων σφαλμάτων λόγω θορύβου. Οδήγηση εξόδων σε I,Q εισόδους διαμόρφωσης. Απευθείας Effective bit rate = 50% useful (R c = 1/2). Λειτουργικό σε χαμηλό SNR. Μερική χρήση εξόδων (puncturing). 13

14 DVB Inner Coding Characteristics D free Μέτρο της δυνατότητα διόρθωσης του κώδικα. Στο DVB R c = 2/3 ή 3/4 ή 5/6 ή 7/8 14

15 Διαμόρφωση: Εισαγωγικά Βέλτιστη χρήση διαθέσιμου εύρους ζώνης SNR ή Carrier to Noise (CNR), Echoes. Θεωρητικά μέγιστο εύρος ζώνης C = Blog 2 (1+S/N). Satellite CNR<10dB, απουσία echo. Δίαυλος 27 έως 36MHz. Terrestrial Επιπλέον μεταβλητό echo (multipath, interference, important signal level variations). Δίαυλος 7 έως 8MHz. 15

16 Γενικά Περί «Ψηφιακής» Διαμόρφωσης Αναγκαία η χρήση φίλτρων «Άπειρο» εύρος ζώνης λόγω αρμονικών. Nyquist φίλτρα Μηδενικά σε πολλαπλάσια T. Σήμα περιόδου T: B = (1+α) 1/2T. 16

17 Ορθογωνική Διαμόρφωση Πλάτους (QAM) 17

18 Αστερισμός QAM (Constellation) 18

19 BER vs SNR 19

20 Επίδραση Θορύβου 20

21 Ορθογώνια Πολυπλεξία με Διαίρεση Συχνότητας - OFDM Κατανομή ροής σε μεγάλο αριθμό φερόντων. Αποδοτική χρήση φάσματος. 21

22 OFDM (συν) Διαμόρφωση συμβόλων διάρκειας Ts διάστημα 1/Τs, f k = f 0 + k/ts. 22

23 Διάστημα Προστασίας - Guard Interval Σε πραγματικές συνθήκες υπάρχουν πολλαπλές ανακλάσεις. Οι φορείς στο δέκτη δεν είναι πλέον ορθογώνιοι. Προσθήκη διαστήματος προστασίας Δ Νέα περίοδος Νs = Δ+Τs. Συνήθως Δ<Τs/4. Περιεχόμενο: Αντίγραφο του τέλους του συμβόλου. Μείωση των συνολικών φορέων. Πχ αντί για Ν =32, Ν =28 23

24 DVB-T OFDM 24

25 DVB-T Parameters Συμβατότητα με αναλογικούς διαύλους. Δυνατότητα συνύπαρξης με αναλογικές εκπομπές, χαμηλό: Adjacent channel interference (ACI). 25

26 2K vs 8K 8K: Μεγαλύτερη διάρκεια συμβόλου και guard interval. Ανοχή σε μακρινές ανακλάσεις, Καταλληλότερο για αστικές περιοχές, Single Frequency Networks SFN. 2K: Ευκολότερη υλοποίηση. Μειωμένη ανοχή σε ανακλάσεις. Μειωμένη ανοχή σε κρουστικού τύπου θορύβους Πχ Μηχανές Μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ φερόντων Δυνατότητα για φορητές εφαρμογές 26

27 DVB-T Channel Coding /Modulation 27

28 Χωρητικότητα Καναλιού DVB-T v bits per symbol. T elementary period (1/8μs 7MHz, 7/48μs 8MHz). Δ/Τu Guard Interval. C Puncturing Rate / FEC. 28

29 DVB Χαρακτηριστικά 29

30 Παραδείγματα Δίκτυο DVB-T SFN αποτελείται από δύο σταθμούς. Για θέση με διαφορά απόστασης μεταξύ τους 3Km Να βρεθούν (α) Η σχετική καθυστέρηση των σημάτων (β) Η απόσταση μεταξύ συχνοτήτων όπου το πλάτος είναι μηδενικό. Ποιο το ελάχιστο GI; Γιατί δεν είναι κατάλληλη η χρήση 8Κ; Να υπολογιστεί το χρησιμοποιήσιμο (useful) bit rate για μετάδοση DVB-T με χαρακτηριστικά 8MHz channel, 2K, 64- QAM, GI 1/32, puncturing rate: 2/3. Να υπολογιστεί το χρησιμοποιήσιμο (useful) bit rate για μετάδοση DVB-T με χαρακτηριστικά 7MHz channel, 8K, QPSK, GI 1/4, puncturing rate: 7/8. Ποια η διαφορά για την περίπτωση 16-QAM? 30

31 Σε αυτή την ενότητα μιλήσαμε για: 7.1 Κωδικοποίηση και Διαμόρφωση 31

32 Ολοκλήρωση Μαθήματος Συγχαρητήρια!! Έχετε ολοκληρώσει με επιτυχία το μάθημα Ραδιοτηλεοπτικά Συστήματα Ενότητα 7: Κωδικοποίηση και Διαμόρφωση Δρ. Νικόλαος Αλέξανδρος Τάτλας Τμήμα Ηλεκτρονικών Μηχανικών Τ.Ε ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα 32