Zákulisí DVB - teorie a technické informace

U pozemního příjmu DVB-T a DVB-T2 byl zvolen odlišný postup, protože je třeba zde počítat s odrazy a vzájemným ovlivňováním vysílačů. Proto byla vybrána vysílací modulační metoda OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - ortogonální multiplex s kmitočtovým dělením), která pracuje na principu mnoha nosných kmitočtů, které jsou dále modulovány pomocí QAM modulace. Tato metoda je právě vhodná do tzv. mnohocestného šíření, kde k přijímači dorazí stejný signál z více směrů s různým zpožděním, ať už je to ze dvou vysílačů nebo z jednoho vysílače s odrazy od překážek. Tyto odrazy pak musí překonat větší dráhu než z přímého směru a proto dorazí o něco později. To se řeší právě tak, že rozdělením na více nosných a snížením bitové rychlosti jedné nosné se prodlouží délka symbolu a tedy odrazy s mnohem menší dobou zpoždění než je délka jednoho symbolu nevnesou do přenosu chybu.

Základním principem je to, že jednotlivé nosné jsou ortogonálně rozdělené po celé šířce pásma a lze je jednoduše implementovat pomocí inverzní rychlé Fourierovy transformace (IFFT). Přijímač pak udělá opak pomocí rychlé Fourierovy transformace (FFT). Délka FFT je shodná s počtem nosných kmitočtů.
Jako modulace se používá QAM - Quadrature Amplitude Modulation. Ta se od předchozí APSK modulace liší v tom, že symboly nejsou rozmístěny v kruzích se stejnou amplitudou, ale se stejnou I a Q složkou. Na obrázku vidíme modulaci 16-QAM, která se skládá z matice 4x4 symbolů. Podobně lze vytvořit modulace o různém počtu nosných 64-QAM nebo 256-QAM. Pro DVB-T je možné použít modulace QPSK, 16-QAM a 64-QAM, pro DVB-T2 přibyla navíc modulace 256-QAM.
Lze použít i hierarchickou modulaci, která rozdělí přenosové pásmo na dvě virtuální pásma, v každém z nich je pak použita vlastní modulace. První vždy využívá QPSK a jde o hlavní tok (HP - high priority) , druhý (LP - low priority) může používat jak QPSK, tak i 16-QAM nebo 64-QAM.

DVB-T
Ještě před samotnou modulací se ale provede další prokládání, tentokrát celých symbolů - symbolové prokládání (symbol interleaving). To má právě na starosti rozhození symbolů na jednotlivé nosné frekvence OMDF modulace. Pro DVB-T mód 2K je to 1512 nosných a pro mód 8K je to 6048 nosných.

OFDM symboly jsou rovněž rozděleny do rámců, každý rámec má 68 OFDM symbolů, čtyři rámce pak tvoří jeden super-rámec (super-frame). Každý OFDM symbol se vysílá určitou dobu. Tu, která je násobkem základní periody T, která je 7/64 µs pro šířku pásma 8 MHz a 1/8 µs pro šířku pásma 7 MHz. Pro dlouhý rámec je násobek 8192 a pro krátký rámec 2048.

Mezi symboly je dále pauza, kdy se nic nevysílá. Této pauze se říká ochranný interval, během kterého se nevysílá žádná informace. Tento interval zaručuje, že další vysílaný symbol nebude rušen tím předchozím z jiného vysílače, který je vzdálenější a signál k přijímači tedy putuje déle. Právě délka tohoto intervalu určuje, jak moc mohou být od sebe vzdáleny různé vysílače, aby se navzájem nerušily. Používá se několik základních ochraných intervalů:

Z toho pak lze odvodit maximální vzdálenost dvou vysílačů na stejné frekvenci. Jedna mikrosekunda je přibližně 300 metrů, takže například pro 1/8, což je 112 µs, je tak vzdálenost, na kterou se za tu dobu dostane signál z vysílače, přibližně 33 km.

Při vysílání se použije OFDM s tímto počtem nosných:

• 8K - využívá 6817 nosných
• 2K - využívá 1705 nosných

Některé nosné frekvence ale vysílají stále stejný obsah - tzv. referenční informaci alias pilotní signály. Ta je známá přijímači, je známá její poloha a usnadňuje synchronizaci přijímače. Jsou také vysílány s větší amplitudou. Jde jednak o přesně dané hodnoty a některé nosné přenáší jednoduchý PRBS generátor (pseudo random bit generator), snadno generovatelný definovaným polynomem se spožďovači a XOR obvody.
Dále jsou vysílány informace o způsobu vysílání TPS - Transmission Parameter Signalling. Ty se vysílají v 68 OFDM symbolech a tvoří jeden OFDM rámec. Ten obsahuje tyto informace:



DVB-T2
DVB-T2 používá podobný princip, pouze s určitými rozdíly a dalšími doplněními. Nebudeme ho již popisovat dopodrobna.

Definuje u modulace navíc rotaci modulace, kdy se pro jednotlivé druhy modulací celý diagram zarotuje o určitý stupeň, a také cyklické zpoždění. Používá se pouze na data, ne na pilotní signály a signalizaci.

Dále následuje Cell Interleaver, tedy prokladač symbolů, který má opět vylepšit spektrum signálu. Hned za ním je další prokladač, tentokrát časový (Time Interleaver), který jednak prokládá FEC rámce a jednak vytváří T2 rámce. Ty nesou také L1 (layer 1) signalizaci, která přijímači podá informace o fyzické struktuře.
Přijímač se zde dozví počet nosných (1K, 2K, 4K, 8K, 16K nebo 32K), modulaci kódování, ID sítě a mnoho dalších informací (je jich mnohem více než u DVB-T). L1 signalizace je navíc chráněna proti chybě při přenosu pomocí vnějšího kódu BCH a vnitřního kódu LDPC jako přenášená data a také je poté bitově prokládána, opět podobně jako samotná data. Modulace je použita pouze BPSK se dvěma úrovněmi, takže je více odolná proti chybám při přenosu.

T2 rámce jsou dále složeny do super-rámců. Super-rámec je složen ze N_T2 rámců T2 a ty mohou být dále prokládány FEF blokem (Future Extension Frames). Ty zatím nejsou definovány a mají sloužit pro případné rozšíření DVB-T2 standardu v budoucnosti a jeho použití je povoleno informací v L1 signalizaci. Současný přijímač si tohoto bloku ale nebude všímat. Délka jednoho super-rámce bez FEF bloku je 250 ms.
Aby toho nebylo dost, následuje další prokladač - tentokrát frekvenční, který pracuje na jednotlivých nosných jednoho OFDM symbolu a ty prohazuje.

Všechny OFDM symboly mohou být dále zpracovány pomocí MISO - Multiple-Input Single-Output, které dovolí použít více antén na vysílači.
Poté jsou přidány pilotní signály, jak ty stálé, tak PRBS a navíc ještě PN sekvence, což je přesně definovaný řetězec. Tyto jsou známy přijímači a podobně jako u DVB-T usnadňují synchronizaci.

U OFDM symbolů se opět používá ochranný interval, tentokrát se sedmi možnými hodnotami (1/128, 1/32, 1/16, 19/256, 1/8, 19/128, 1/4), ale ne všechny kombinace počtu nosných a ochraného intervalu jsou možné.

Celý proces je u DVB-T2 značně složitější než u DVB-T, má více kroků a některé z nich jsme dokonce vynechali. Také se přenáší více informací, struktura je složitější a je zřejmé, že opět dojde k nárůstu požadavku na výpočetní výkon dekodéru. Ale to už je úděl evoluce v elektronice.