Индивидуальный прием программ спутникового вещания

Рисунок 3.4 – Типовая модель и уровни функционирования ЦПСВ

Так, физический и канальный уровни охватывают функции настройки на требуемый канал, QPSK-демодуляцию и прямую коррекцию ошибок. Транспортный уровень и подуровень ограниченного доступа охватывают демультиплексирование различных ТВ-программ, выделение пакетов виде

о, аудио, данных, а также доступ к закрытым программам. Сетевой уровень охватывает декодирование видео, звука и данных, а также управление электронным руководством по программам, служебной информации и прочим сетевым услугам. Представительный уровень охватывает оконечные тракты и интерфейсы пользователя, а прикладной – информационные приложения, связанные с использованием изображения, звука и данных.

Современное поколение ЦПСВ строится на сверхбольших интегральных микросхемах и располагает большим объемом оперативной и кэш-памяти (по 8 Мбайт и более). Такие функциональные задачи, как демультиплексирование и декодирование видео и звука, решаются на базе одной СБИС. Типовая структурная схема цифрового приемника бытового назначения приведена на рисунке 3.5. Совокупность сигналов в полосе первой ПЧ (0,95…2,15 ГГц) поступает на блок настройки (селектор), который осуществляет предварительное усиление, электронную настройку перестраиваемого полосового фильтра (ППФ) на требуемый канал и преобразование выделенного сигнала на вторую ПЧ fПЧ2 = 480 МГц (рисунок 3.6). Рабочий уровень входных сигналов ЦПСВ находится в пределах -65…-35 дБм, где нижний уровень характеризует уверенный прием при слабых сигналах, а верхний – начало искажений из-за перегрузки выходных каскадов. Коэффициент шума приемника около 10 дБ.

Предварительный усилитель обеспечивает согласование его входного сопротивления с кабелем, снижает просачивание мощности гетеродина на вход устройства и определяет коэффициент шума приёмника. ППФ исключает возможное преобразование на частоту fПЧ2 входных сигналов, расположенных на зеркальных частотах, и вносит для них ослабление aЗК ≥ 40 дБ (рисунок 3.7). Необходимость введения в приёмник ППФ возникает, если диапазон принимаемых частот шире, чем 2 fПЧ2. Перестройка фильтра ППФ осуществляется сопряжённо с перестройкой гетеродина под управлением МК.

Рисунок 3.5 – Типовая структурная схема цифрового приемника

Рисунок 3.6 − Блок настройки с демодулятором и декодером Витерби

В качестве перестраиваемого гетеродина в диапазоне 1,43…2,63 ГГц используется генератор, управляемый напряжением (ГУН) с ФАПЧ. Частотный диапазон гетеродина выбирается выше входных частот, что снижает коэффициент перестройки и упрощает реализацию ГУН. Здесь fВХ.В, fВХ.Н − верхняя и нижняя частоты диапазона перестройки ГУН, равные 2,63 и 1,43 ГГц соответственно. Относительная нестабильность частоты ГУН определяется стабильностью опорного кварцевого генератора системы ФАПЧ и имеет значения лучшие чем 10-5.

Рисунок 3.7 – Схема подавления зеркальной помехи

Преобразованный на fПЧ2 сигнал проходит через фильтр сосредоточенной селекции (ФСС), который определяет частотную избирательность ЦПСВ и ширину его полосы пропускания ΔfВЧ (обычно 36 МГц), и поступает на УПЧ.

В блоке настройки производится автоматическая подстройка частоты (АПЧ) и автоматическая регулировка уровня (АРУ). АПЧ служит для компенсации ухода частоты fПЧ2 в процессе эксплуатации. Суть её работы состоит в отслеживании ухода частоты относительно номинального значения fПЧ2 и формировании напряжения ошибки, пропорционального этому уходу. По величине ошибки производится изменение параметров перестраиваемого гетеродина для достижения номинального значения fПЧ2. АРУ поддерживает постоянство уровня сигнала на входе фазового демодулятора, при котором реализуется оптимальный режим его работы.

В когерентном фазовом демодуляторе QPSK происходит разделение ФМ-сигнала по двум квадратурным I и Q каналам. В каждом канале на основе балансного смесителя и восстановленной несущей с частотой fПЧ2 осуществляется преобразование ФМ-сигнала (фазовое детектирование) в НЧ-диапазон. Процедура восстановления опорного сигнала в QPSK-демодуляторе осложнена тем, что полезный ФМ-сигнал не содержит несущей, поскольку передаётся с двумя боковыми полосами без неё. Для когерентного ФМ-приёма опорное колебание обычно формируют на приеме из информационного сигнала, удаляя из него модуляцию (путём учетверения частоты) и применяя ГУН с ФАПЧ.

Полученная на выходе каждого смесителя искаженная импульсная последовательность проходит через формирующий фильтр Найквиста, АРУ канала и поступает на трёхразрядный АЦП. Фильтр Найквиста выполняет функции последетекторной фильтрации. Он ограничивает полосу спектра импульсной последовательности и снижает межсимвольные искажения. В большинстве реализаций ЦПСВ формирующий фильтр цифровой (трансверсальный) с кососимметричным срезом АЧХ относительно частоты Найквиста и уровня половинной мощности. Наклон среза задаётся коэффициентом скругления αС спектра. Чем больше коэффициент αС, тем меньше относительный уровень боковых колебаний на выходе ФНЧ и быстрее они затухают. Однако с ростом αС увеличивается реально необходимая полоса частот. Согласно (5.2) при символьной скорости BС = 27,5 Мсимв./с и αС = 0,28 полоса ФНЧ BС·(1+αС)/2 составляет 17,6 МГц. В пределах полосы прозрачности фильтра неравномерность АЧХ обычно не превышает 0,5 дБ.

Необходимость применения независимой АРУ в каждом канале вызвана требованием точной установки уровня порога относительно среднего значения амплитуды импульсной последовательности. Расхождение между уровнями в I и Q каналах не должно превышать 0,2 дБ.

В АЦП обеспечивается 8-уровневое квантование импульсов с образованием 3-битной комбинации на отсчёт. Тактовая частота на АЦП поступает с устройства восстановления тактовой синхронизации. Старший разряд в кодовой комбинации характеризует полярность импульса, два младших указывают на разрешённый уровень, к которому принадлежит вершина импульса.

Таким образом, в АЦП помимо информации о «1» или «0» формируются сведения о степени отклонения вершины импульса от порога. Решение о символе в демодуляторе не принимается, а передаётся на декодер. Поскольку на декодер поступает больше информации, чем при двухуровневом квантовании (жёсткое решение), то решение о символе производится по мягкой схеме с более высокой достоверностью. Для канала с тепловыми шумами при наличии 8-уровневого квантования выигрыш в помехозащищённости составляет около 2 дБ. Эта величина только на 0,25 дБ ниже предельного значения, получаемого при бесконечно большом числе уровней квантования.

В качестве устройства с мягкой схемой принятия решения о символе в ЦПСВ используют декодер свёрточного кода Витерби, который также обеспечивает прямое исправление ошибок (FEC – Forward Error Correction) и является первой ступенью блока помехоустойчивого декодирования. В состав декодера входят (рисунок 3.6): деперфоратор, вычислитель метрик путей, процессор, устройство памяти «выживших» путей, выходное решающее устройство, а также устройства ветвевой синхронизации и устранения неоднозначности фазы демодулятора. Вычисления в декодере производятся по алгоритму максимального правдоподобия с использованием метода динамического программирования. Исправляющая способность декодера зависит от относительной скорости свёрточного кода RСК, вероятности ошибок PОШ на его входе и длины кодового ограничения. Требуемое значение RСК (1/2, 2/3, 3/4, 5/6 или 7/8) устанавливается в ЦПСВ пользователем с ПДУ или автоматически по наличию сигнала синхронизации. Вместе с изменением RСК изменяется конфигурация «выкалывания» бит в деперфораторе. Недостатком декодера Витерби считается его склонность к размножению и пакетированию ошибок.

 Скачать реферат