Введение к работе
Актуальность темы. Весьма актуальной является проблема разработки и внедрения цифрового радиовещания (ЦРВ). при котором цифровой вещательный сигнал принимается непосредственно бытовым радиоприемником, в том числе, установленным на подвижном объекте (ПО) - автомобиле, поезде, корабле. Работы в этом направлении проводятся как в России, так и, в частности, в рамках проекта "Эврика-147" Европейского Союза Радиовещания (EBU). Общепризнанной является концепция комбинированной назем-но-спутниковой системы ЦРВ.
Сложность реализации такой системы связана, в первую очередь, с необходимостью обеспечить надежный прием цифровых вещательных сигналов высшего класса качества на ПО на ненаправленную антенну. При эксплуатации приемников ЦРВ в обычных городских условиях сигнал подвержен воздействию помех различной интенсивности, а также глубоким (до 40 дБ) и замираниям. Следствием этого является образование пакетов цифровых ошибок и длительных выпадений сигнала, которые проявляются в виде громких щелчков и треска, сильно ухудшающих качество звуковой передачи. Исправление таких искажений известными методами либо невозможно (при выпадениях сигнала на интервале несколько десятков мс), либо сопряжено с большими практическими трудностями и может приводить к размножению ошибок. Проблема усугубляется ограниченностью энергетических ресурсов на ИСЗ. а также жесткими ограничениями ка сложность и стоимость бытового цифрового радиоприемника. Вышеизложенное обуславливает актуальность разработки и исследования способов защиты от пакетов ошибок и выпадений цифрового сигнала при передаче по радиоканалам в условиях действия мощных помех и замираний. При этом исследования должны быть ориентированы на высокую энергетическую эффективность предлагаемых решений.
Цель работы состоит в разработке и исследовании новых методов обработки сигналов в наземно-спутниковой системе ЦРВ, которые:
обеспечивают защиту от пакетов ошибок и выпадений,
снижают требования к энергетическим характеристикам системі,
способствуют упрощению и удешевлению цифрового приемника и системы в целом.
Научная новизна работы состоит в следующем: 1. Предложен алгоритм синтеза в частотной области сигнала замещения выпадения сигнала звукового вещания (СЗВ). Разработан эффективный способ сегментации СЗВ. на звуковые объекты.
-
Установлена связь критических параметров системы цифрового маскирования пакетов ошибок во временной области, предложен и исследован метод адаптивной коррекции цифрового стереосигнала в процессе маскирования пакетов ошибок и выпадений.
-
Разработан способ применения оценивающего приема в комбинированной системе ЦРВ, сделан теоретический анализ такого способа приема, даны оценки его эффективности.
-
Предложено и теоретически обосновано использование в системе ЦРВ последовательной передачи цифрового звукового сигнала (ЗС), разнесенного приема и комбинированного устройства защиты от пакетов ошибок и выпадений.
Практическая ценность работы состоит в том, что:
разработан и исследован ряд конкретных устройств, позволяющих маскировать пакеты ошибок и длительные выпадения цифрового ЗС как в моно, так и в стереоканалах; предложен способ сегментации ЗС, пригодный для анализа широкого класса сигналов;
на основе субъективно-статистических испытаний (ССИ) моделей устройств маскирования получены графические зависимости характерных искажений маскирования от длительности и частоты следования пакетов ошибок и выпадений цифрового ЗС, использованные при обосновании критических параметров устройств маскирования;
разработан вариант устройства обработки сигналов ЦРВ, эснованный на использовании оценивающего приема;
разработана методика и представлены результаты расчета помехоустойчивости и энергетических характеристик спутникового сегмента ЦРВ для модели однолучевого канала с медленными (гладкими) замираниями (в предложении пуассоновского распределения длительности пакетов ошибок) при использовании разнесенного приема, пе-ремежения символов, кодозащиты и маскирования пакетов ошибок и зыпадений;
представлены схемотехнические решения основных компонентов устройства маскирования пакетов ошибок и выпадений в стереоканалах и результаты его экспериментального исследования.
Реализация результатов.
Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс МТУСИ, использованы в хоздоговорных НИР и ОКР, выполняемых НИЧ МТУСИ в интересах Минсвязи РФ и НИИ "Радио".
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались автором, обсуждались и были одобрены на II Всесоюзной НТК "Проблемы и перспективы развития цифровой звуковой техники" (Санкт-Петербург, 1990), на научно-технических конференциях: "Проблемы передачи и обработки сигналов" (Рига, 1991), "Передача, прием и обработка сигналов в радиотехнических системах и устройствах" (Ростов-на-Дону, 1991), "Передача, прием и обработка сигналов в системах радиосвязи" (Ростов, 1990), "Обработка сигналов в системах двусторонней телефонной связи" (Москва-Пушкино, 1993) и "Телекоммуникационные и вычислительные системы связи" (Москва, 1993) в рамках Международного форума информатизации (МФИ-93), а также на НТК профессорско-преподавательского состава сотрудников НИЧ и аспирантов МТУСИ в 1991 -1992 гг.
Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в двух заявках на изобретения (имеются положительные решения), 11 тезисах докладов и депонированных рукописях и в трех отчетах по.НИР, выполненных в НИЧ МТУСИ.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
При замещении выпавшего участка СЗВ искусственно синтезированным необходимо учитывать его положение внутри звукового объекта, поскольку этим определяется необходимая точность синтеза замещающего сигнала и его допустимая длительность.
-
Заметность маскирования пакетов ошибок и выпадений СЗВ зависит от точности представления сигнала (в частотной области) и от наличия адаптивной коррекции старших разрядов цифрового стереосигнала (во временной области).
-
В цифровых радиоканалах, характеризуемых большим уровнем помех и длительных замираний, целесообразно, маскирование пакетов ошибок и выпадений цифрового сигнала. Комбинация разработанных устройств маскирования в частотной и временной областях позволяет устранить влияние на качество передачи СЗВ пакетов ошибок (выпадений) длительностью от 30... 100 мс в моноканале до 80... 160 мс в стереоканале, в зависимости от жанра передачи.
-
Для комбинированной системы ЦРВ рассматривается вариант
одночастотного (в пределах 1000-километровой зоны приема) спутникового сегмента, многочастотной наземной сети с сотовой структурой и разнесенного приема с объединением сигналов на основе алгоритма оценивающего приема. Энергетический выигрыш при таком построении системы ЦРВ достигает (при релеевских замираниях) от 5 до 15 дБ, в зависимости от числа ветвей разнесения при последовательной передаче.
5. Использование комплекса средств повышения помехоустойчивости цифрового радиоканала, а именно: перемежения символов, помехоустойчивого кодирования (с исправлением 2-х ошибок), интерполяции ошибочных отсчетов, маскирования пакетов ошибок и выпадений цифрового сигнала, а также разнесенного приема, позволит реализовать высококачественный прием сигналов ЦРВ на мобильный и переносный приемники с ненаправленной антенной при мощности радиопередатчика бортового ретранслятора ИСЗ порядка 9 Вт на одну сте-реопрограмму.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и приложения. Объем составляет 206 с., в том числе 126 стр. текста и 51 лист рисунков. Библиография содержит 72 наименования, в том числе 16 соискателя.
