Виды модуляции и головные станции в DVB-C

Рис. 4 Структурная схема системы DVB-C.

Кабельные сети считаются средой, более защищенной от помех по сравнению с эфирными или спутниковыми каналами, поэтому там используется более слабая помехозащита и допускается модуляция с высокой кратностью. По сравнению с DVB-S в DVB-C исключена внутренняя кодозащита, в частности наложение сверточного кода, применяемого в спутниковом и эфирном DVB вещании. Структура системы DVB-C (Стандарт DVB-C) максимально гармонизирована со структурой спутниковой системы DVB-S, но в качестве типа модуляции в ней используется не QPSK, а M - QAM с числом позиций М от 16 до 256 (т.е. от 16 QAM до 256 QAM). На рис. 4 показана структура как оборудования головной станции кабельной линии, так и абонентского приемника-декодера для такой линии. В стандарте DVB-C применяют только внешнюю кодозащиту. Внешней она называется потому, что, в отличие от внутренней, реализуется не в модемах, а в кодерах и декодерах, оперируя с немодулированным потоком MPEG-2 TC. Она включает ряд процедур, в том числе наложение укороченного кода Рида-Соломона, позволяющего закодировать пакет стандартной длины в 188 байт с использованием 8 дополнительных, контрольных байт. В результате пакеты транспортного потока увеличивается до 204 байт. Защита от пакетированных ошибок производится исключительно за счет перемежения на выходе кодера Рида-Соломона.

Входными сигналами на головной станции являются транспортные пакеты MPEG-2 и такты, получаемые через интерфейс в основной полосе от: спутниковой линии, технологических линий, локальных программных источников и т.п.

Непрерывную последовательность байтов необходимо разделить на короткие последовательности битов, каждая из которых соответствует символу QAM, т.е. определенной точке на квадратурной диаграмме модулированного сигнала. Такие последовательности двоичных символов называются кортежами. Длина кортежа , где М – число позиций сигнала M - QAM (т.е. 2 m×QAM).

Преобразователь байтов в кортежи (короткие последовательности битов, равные значности моделирующего кода) осуществляет формирование битовых структур, удовлетворяющих условию последующего получения символов QAM.

С целью получения созвездия, не зависящего от вращения несущей, к двум старшим разрядам каждого символа QAM применяется дифференциальное кодирование. На этом формирование кортежей заканчивается и осуществляется найквистовская согласованная фильтрация для формирования спектра в квадратурных каналах I и Q. Затем сигналами I и Q модулируются квадратурные несущие, и сигнал QAM переносится по спектру в полосу рабочего кабельного канала, для сопряжения с которым служит физический интерфейс. На приеме в соответствующем порядке выполняются обратные операции по демодуляции и декодированию сигнала в цифровой приставке Set - Top - Box (STB).

Циклическая задача отображения байтов в кортежи для одного цикла может быть выражена формулой:

где: k – число преобразуемых байтов по 8 бит;

n – число кортежей длиной m бит.

Различным вариантам модуляции M - QAM соответствуют значения коэффициентов, показанные в табл.7.

Табл.7. Значения коэффициентов в зависимости от вида модуляции.

Модуляция	m	n	k
16QAM
32QAM
64QAM
128QAM
256QAM

Минимальный цикл преобразования в 1 байт соответствует видам модуляции 16QAM и 256 QAM. При 256 QAM байты и кортежи совпадают.

Стандарт допускает использование модуляций от QAM 16 до QAM 256. Кратность указывает число символов (состояний модулируемой несущей), используемых для передачи данных. Количество бит, передаваемых одним символом, определяется из выражения 2^х= Y, то есть как Х = log₂Y где Х — количество бит, а Y — кратность модуляции. Таким образом при QAM 16 один символ передает 4 бита, а при QAM 256 — 8 бит. В качестве примера на рис.5 приведены констеляционные диаграммы (созвездия символов) для модуляций QAM 16, QAM 32 и QAM 64. Положение символа на констеляционной диаграмме в графической форме отображает амплитуду и фазы несущей, модулированной этим символом.

Рис. 5 Констеляционные диаграммы 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM модуляций

Точность полученной фазовой диаграммы зависит от числа разрядов, используемых при вычислении I и Q, от числа отсчетов, используемых для его вычисления, также от величины амплитудных искажений, обусловленных помехами радиотехнического характера. Затем края полученных импульсов скругляются фильтром Найквиста, с фиксированным в стандарте коэффициентом скругления =0,15. В результате их спектр слегка размазывается, и продолжительность символа удлиняется на 15 %. Полученные импульсы используются для модуляции ПЧ.

Для частотного конвертирования сигналов DVB-C должны использоваться специальные «цифровые» модули, потому что схемотехника аналоговых конвертеров не обеспечивает требуемой фазовой линейности. Качество модулятора характеризуется параметрами S/N и MER.

MER - ошибка модуляции, вычисляется по формуле:

где - I компонента j символа, - Q компонента j символа, - правильные значения компонент.