دانلود تحقیق با موضوع سلسله مراتبی، سلسله مراتب، استاندارد

ه نیاز کاربران و مقتضیات اقتصادی پارامترهای مناسب از استاندارد DVB-T انتخاب میگردد. این پارامترها شامل پهنای باند هر کانال (6، 7 و 8 مگاهرتز)، بازه زمانی محافظ (نسبتهای 1 به 4، 1 به 8، 1 به 16 و 1 به 32)، نرخ کدینگ و نوع مدولاسیون میباشد. قابل توجه است که در DVB-T با افزایش پهنای باند، انتخاب نوع مدولاسیون، افزایش نرخ کدینگ و یا با کاهش بازه زمانی محافظ مورد استفاده در فریمهای OFDM میتوان نرخ ارسال داده را افزایش داد. استاندارد DVB-T توسط بسیاری از کشورها از جمله ایران به عنوان استاندارد همگانی پخش تلویزیون دیجیتال زمینی پذیرفته شده است [8-10-19-20-21-22].
استاندارد متعاقب DVB-T که انعطاف بیشتری جهت پخش تصاویر با وضوح بالا (HD9) را فراهم میآورد تحت عنوان DVB-T2 شناخته میشود. در ادامه به بررسی لایه فیزیکی DVB_T پرداخته و مروری بر جزییات این استاندارد خواهیم داشت [19-20-23-24].
2- 2- بررسی لایه فیزیکی DVB-T
در شکل شماره 2-1 ساختار کلی فرستنده در سیستم DVB-T و در شکل شماره 2-2 همین ساختار با جزییات بیشتر نشان داده شده است [3]. مشخص است که داده اولیه پس از عبور از مراحل مختلفی آماده برای ارسال میباشد که این مراحل در حالت کلی عبارتند از مالتیپلکسینگ، کدینگ و اینترلیوینگ ،که در دو مرحله خارجی و داخلی انجام میشود، ساخت فریم، مدولاسیون OFDM و اعمال زمان محافظ. در این بخش قسمتهای مختلف این ساختار با جزییات مورد بررسی قرار خواهند گرفت [25].
شکل2- 1: ساختار کلی فرستنده DVB-T
شکل 2 -2: جزییات ساختار فرستنده DVB-T
2-2-1- MPEG و مالتیپلکس کانالها
با توجه به نرخ بالای اطلاعات در تلویزیون دیجیتال (شامل اطلاعات صدا و تصویر)، نیاز به روشهای فشردهسازی اطلاعات (کدینگ منابع) به شدت احساس میشود. یکی از مهمترین این روشها MPEG میباشد که کارایی بسیار مناسبی داشته و برای فشردهسازی صوت و تصویر به کار میرود. در این روش همانطور که از شکل 2-2 نیز مشخص است ابتدا اطلاعات مربوط به چند کانال تلویزیونی که شامل داده، تصویر و صدا میباشد به صورت جداگانه برای هر کانال به روش MPEG-2 فشرده میشوند و سپس این دنبالهها که اصطلاحاً به آنها MPEG-PS10 نیز گفته میشود با یکدیگر مالتیپلاکس میشوند و دنباله خروجی MPEG-TS11 را تولید میکنند. هر TS12 دنبالهای پیوسته از بستههایی با طول 188 بایت میباشد که 4 بایت اول حاوی اطلاعات مربوط به header بسته بوده و مهمترین آنها بایت sync13 (47.Hex) میباشد [19].
شکل2- 3: دنباله خروجی MPEG-2
2-2-2- Splitter
در سیستم DVB-T میتوان دو رشته اطلاعات مختلف را با استفاده از تکنیکی که مرسوم به ارسال سلسله مراتبی14 است به طور همزمان ارسال نمود. ارسال سلسله مراتبی بدین معنا است که میتوان دو رشته داده را به صورت مستقل توسط یک سیگنال اما با مدولاسیونهای متفاوت ارسال کرد، برای مثال میتوان برای یک رشته داده از مدولاسیون QPSK (اولویت بیشتر) و برای رشته دیگر از مدولاسیون 16QAM (اولویت کمتر) استفاده کرد. در نهایت پایداری در برابر خطا برای دو رشته داده متفاوت خواهد بود. اگرچه رشته داده با اولویت بیشتر دارای نرخ بیت ارسالی کمتر میباشد اما دارای مزیت قابلیت دریافت صحیح در SNR15های پایین است. حالت استفاده از مدولاسیون 16QAM که همان رشته داده با اولویت کمتر است دارای نرخ بیت ارسالی بیشتری نسبت به حالت قبل بوده اما برای دریافت صحیح نیاز به SNRهای بالا دارد. به عنوان مثال میتوان از DVB-T برای ارسال سیگنال SDTV16 و سیگنال HDTV17 بر روی یک حامل مشترک استفاده کرد. در این حالت در گیرنده در صورتی که کیفیت سیگنال دریافتی به اندازه کافی بالا نباشد به علت پایدارتر بودن سیگنال SDTV، این سیگنال دیکد میشود و در غیر این صورت میتوان سیگنال HDTV را دیکد نمود [19].
2-2-3- Scrambler
بعد از کد کردن اطلاعات منبع، بستههای MPEG تولید شده وارد بلوک scrambler شده و همبستگی بین دادهها با رندوم کردن ترتیب و چیدمان بایتهای اطلاعاتی از بین میرود. شکل 2-4 ساختار scrambler/descrambler مورد استفاده را نشان میدهد.
شکل 2-4: ساختار scrambler در DVB-T
همان طور که مشاهده میشود چند جملهای مولد دنباله باینری شبه تصادفی (PRBS18) در این scrambler به صورت X14+ X15+1 تعریف میشود و shift register مورد استفاده با دنباله 100101010000000 مقدار دهی اولیه میشود و لازم به ذکر است که این مقدار دهی باید به فاصله هر 8 بسته MPEG تکرار شود. برای تامین توانایی مقدار دهی اولیه سیگنال برای descrambler، بایت همزمانسازی (sync) رشته MPEG-2 مربوط به اولین بسته ارسالی از گروه 8 بسته ارسالی به صورت بیت به بیت از 47Hex به B8Hex () تبدیل میشود و این امر در ابتدای هر 8 بسته تکرار میشود. اولین بیت در خروجی مولد دنباله باینری شبه تصادفی باید به اولین بیت (MSB19) از اولین بایت داده که به دنبال بایت (B8Hex) آمده است اعمال شود. برای حفظ مابقی توابع همزمانی، ارسال بایتهای sync در دیگر 7 بسته ارسالی ادامه مییابد اما به نحوی که خروجی دنباله باینری شبه تصادفی disabled بوده و این بایتها غیرتصادفی باقی بمانند، به همین دلیل طول دنباله باینری شبه تصادفی مطابق شکل 2-5 برابر با 1503 بایت میباشد [19].
شکل 2-5: فرمت دنباله خروجی scrambler
2-2-4- کدینگ و اینترلیوینگ خارجی
کدینگ و اینترلیوینگ خارجی بر روی بسته ورودی اعمال میشود (شکل 2-3). ابتدا کدینگ و سپس اینترلیوینگ انجام میشود. برای انجام کدینگ خارجی، کدینگ RS(204,188,t=8)20 که درواقع نسخه مختصر شده RS(255,239,t=8) میباشد بر روی تمام بستههای ارسالی (188 بایتی) اعمال میشود. این کدینگ بر روی بایت sync نیز باید اعمال شود (چه به صورت 47HEX باشد چه به صورت B8HEX).
توجه: کدینگ RS(204,188,t=8) دارای طول 204 بایت و بعد 188 بایت بوده و دارای قابلیت تصحیح حداکثر 8 بایت خطای رندوم از 204 بایت دریافتی میباشد.
چندجملهایهای مولد کد و مولد میدان در این کدینگ به صورت زیر تعریف میشوند:
برای پیادهسازی کدینگ مختصر شده میتوان 51 بایت تماماً صفر در ابتدای بستهها، قبل از بایتهای اطلاعاتی، در ورودی رمزگذار RS(255,239,t=8) اضافه کرد. بعد از اعمال کدینگ بدون توجه به این 51 بایت صفر باید مراحل را ادامه داد. شکل 2-6 فرمت دنباله ارسالی بعد از انجام کدینگ خارجی را نشان میدهد.
شکل 2- 6: دنباله ارسالی بعد از کدینگ خارجی
در ادامه اینترلیوینگ خارجی (convolutional interleaving) با عمق 12 به صورت بایتی مطابق شکل 2-7 بر روی بستههای کد شده انجام میشود. اینترلیور شامل 12 شاخه میباشد که هر شاخه jام باید به صورت یک شیفت رجیستر First-In, First-Out با عمق j×M عمل کند (M=204/12=17). برای حفظ همزمانی بایت sync و باید همواره در شاخه صفر ارسال شوند. شکل 2-8 فرمت دنباله خروجی حاصل اینترلیوینگ خارجی را نشان میدهد. دیاینترلیور مانند اینترلیور اما با شماره شاخههای برعکس عمل میکند [19].
شکل 2-7: بلوک دیاگرام اینترلیوینگ خارجی و دیاینترلیوینگ
شکل 2-8: دنباله ارسالی بعد از اینترلیوینگ خارجی
2-2-5- کدینگ داخلی
برای کدینگ داخلی از کد کانولوشن مادر با نرخ 2/1 و کدهای کانولوشن پنچر شده با نرخهای 3/2، 4/3، 6/5 و 8/7 استفاده میشود که این امرکمک به انتخاب نرخ مناسب، وابسته به میزان تصحیح و بیت ریت مورد نظر میکند. چند جملهای مولد کد مادر برای خروجیهای X و Y به ترتیب به صورت G1=171OCT و G2=133OCT تعریف میشود که X و Y دو خروجی رمزگذار کانولوشن هستند. شکل 2-9 نشان دهنده ساختار کد کانولوشن مادر مورد استفاده در DVB-T با نرخ 2/1 میباشد. در جدول شماره 2-1 اطلاعات مربوط به کدهای کانولوشن مورد استفاده و رشته ارسالی آنها ارائه شده است [19].
شکل 2-9: ساختار کد کانولوشن مادر با نرخ 2/1
جدول شماره 2-1: اطلاعات کد کانولوشن با نرخهای متفاوت
با توجه به جدول فوق X1 اول فرستاده میشود. در شروع یک ابر فریم (ابر فریم شامل 4 فریم میباشد) مهمترین بیت sync یا باید به عنوان داده ورودی در شکل 2-9 استفاده شود. اولین بیت کد شده از سمبل (به صورت کانولوشنی) مربوط به X1 میباشد [19].
2-2-6- اینترلیوینگ داخلی
اینترلیوینگ داخلی در دو مرحله صورت میگیرد. ابتدا bit-wise interleaving (اینترلیوینگ بر روی بیت) و سپس symbol interleaving (اینترلیوینگ بر روی سمبل) انجام میشود که هر دو مرحله به صورت بلوکی پیاده سازی میشوند. در ادامه این دو مرحله را توضیح خواهیم داد [19].
2-2-6-1- اینترلیوینگ داخلی روی بیتها
این مرحله فقط بر روی داده مفید اعمال میشود. دراین مرحله در حالت ارسال غیر سلسله مراتبی دنباله ورودی اینترلیور به v زیر دنباله تقیسم میشود (دی مالتی پلکسینگ). v برای مدولاسیونهای QPSK، 16-QAM و 64-QAM به ترتیب برابر 2، 4 و 6 میباشد. در حالت ارسال سلسله مراتبی دنباله با اولویت بیشتر به 2 زیردنباله و دنباله با اولویت کمتر به v-2 زیردنباله تقیسم میشود. شکل 2-10 روش تشکیل زیردنبالههای مذکور در این حالت را نشان میدهد. در این شکل بیتهای ورودی xdi در حالت غیر سلسله مراتبی طبق رابطه 1 و در حالت سلسله مراتبی طبق روابط 2و 3 به بیتهای خروجی be,do نگاشته میشوند.
که در روابط فوق پارامترها به صورت زیر تعریف میشوند:
• xdi : ورودی دیمالتیپلکسر در حالت غیر سلسله مراتبی
• x’di: ورودی دیمالتیپلکسر با اولویت بیشتر
• x”di: ورودی با اولویت کمتر در حالت سلسله مراتبی
• di: شماره بیت ورودی
• be,do: خروجی دیمالتیپلکسر
• e: شماره رشته بیت دیمالتیپلکسر
• do: شماره رشته بیت در خروجی دیمالتیپلکسر
• mod: عملیات محاسبه باقیمانده صحیح
• div: عملیات تقسیم روی اعداد صحیح
برای مثال حاصل دیمالتیپلکس کردن دنباله ورودی در حالت غیر سلسله مراتبی برای مدولاسیونهای مختلف نگاشتهایی به صورت زیر خواهدبود:
جدول شماره 2-2-الف: حاصل نگاشت بیت در مدولاسیون QPSK
بیت اولیه
بیت حاصل نگاشت
x0
b0,0
x1
b1,0
جدول شماره 2-2-ب: حاصل نگاشت بیت در مدولاسیون 16-QAM
بیت حاصل نگاشت
بیت اولیه
b0,0
x0
b2,0
x1
b1,0
x2
b3,0
x3
جدول شماره 2-2-ج: حاصل نگاشت بیت در مدولاسیون 64-QAM
بیت اولیه
بیت حاصل نگاشت
x0
b0,0
x1
b2,0
x2
b4,0
x3
b1,0
x4
b3,0
x5
b5,0
شکل 2-10-الف: اینترلیوینگ داخلی در حالت غیر سلسله مراتبی برای مدولاسیون QPSK
شکل 2-10-ب: اینترلیوینگ داخلی در حالت غیر سلسله مراتبی برای مدولاسیون 16-QAM
شکل 2-10-ج: اینترلیوینگ داخلی در حالت غیر سلسله مراتبی برای مدولاسیون 64-QAM
مطابق شکل 2-10 هرکدام از زیر دنبالههای تولید شده به صورت جداگانه توسط یک اینترلیور بیتی مورد پردازش قرار میگیرند. حداکثر تعداد اینترلیورهای مورد نیاز برابر با 6 است و این بلوکها در شکل 2-10 با نام I0 تا I5 نمایش داده شدهاند. طول بلوکهای اینترلیوینگ برای تمام اینترلیورها یکسان و برابر 126 بیت میباشد یعنی برای مود k2 دقیقاً 12 باردر هر سمبل OFDM و برای مود k8 دقیقاً 48 بار در هر سمبل OFDM پردازش بلوکی اینترلیوینگ بیتی انجام میشود. بردار ورودی به اینترلیور eام به صورت:
و بردار خروجی آن به صورت نشان داده میشود. رابطه بین بردار ورودی و خروجی نیز به صورت زیر تعریف میشود:
که در این رابطه فوق تابع تبدیل H برای اینترلیورهای مختلف متفاوت بوده

دیدگاهتان را بنویسید