0347 La chaîne DVB-T.pdf

8/17/2019 0347 La chaîne DVB-T.pdf

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D 1 D 2

- 8 0

- 0 3 0 3

SP TTD 0347 SKA 2005-

La chaîne DVB-T(Fonctions, caractéristiques et paramètres)

Sylvie Kalinowski



SP TTD 0347 SKA 2005-5

Chaîne d’émission DVB-T

Le système est défini comme un bloc fonctionnel d’équipementsréalisant l’adaptation des signaux TV en bande de base en sortie du

multiplexeur de transport MPEG-2, aux caractéristiques du canalterrestre.

Le traitement suivant est appliqué aux flux de données :

Adaptation du multiplex de transport et brassageCodage externe

Entrelacement externeCodage interneEntrelacement interneMapping et modulationTransmission OFDM



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Synoptique de la chaîne d'émission DVB-T

Video coder

Audio coder

Data coder

MUXadaptation

Energydispersal

Splitter

Outer coder

Outer interleaver

Inner coder

MUXadaptationEnergy

dispersal

Outer coder

Outer interleaver

Inner coder

Inner interleaver Mapper Frame

adaptation OFDMGuardintervalinsertion

D/A Front end

Pilots &TPS

signals

ProgrammeMUX

TransportMUX

MPEG-2source coding and multiplexing

TERRESTRIAL CHANNEL ADAPTER

To aerial

1

2

n

ETSI TR 101 190 - 1997



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Chaîne d'émission DVB-T et modes hiérarchiques

Video coder

Audio coder

Data coder

MUXadaptation

Energydispersal

Splitter

Outer coder

Outer interleaver

Inner coder

MUXadaptationEnergy

dispersal

Outer coder

Outer interleaver

Inner coder



D/A Front end

Pilots &TPS

signals

ProgrammeMUX

TransportMUX



To aerial

1

2

n

ETSI TR 101 190 - 1997



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Modes de transmission hiérarchiques

DVB-T propose le choix entre un mode de transmission nonhiérarchique et un mode de transmission hiérarchique.

Le mode hiérarchique offre la possibilité de transmettre un multiplexde services en deux canaux indépendants.Dans ce cas, deux trains de données MPEG-2 TS sont organisés :

Le flux haute priorité HP (High Priority) : – forte protection, – débit utile réduit

Le flux basse priorité LP (Low Priority ) : – protection réduite, – débit utile élevé



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On distingue deux mode de transmission hiérarchiques :

Le mode simulcast :Des programmes identiques sont transmis sur des flux séparésavec différents niveaux de protection contre les erreurs différentsainsi que des débits différents.

Applications :• Le flux LP, fortement protégé contre les erreurs peut être reçu

même si les conditions de réception sont difficiles.La réception du flux de faible priorité conduit à une meilleurequalité, mais nécessite de meilleures conditions de réceptionpour un décodage sans erreur.Dépendant des conditions de réception, le récepteur est capablede décoder le flux binaire le plus intéressant. (HP ou LP).



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Le mode simulcast : Applications (suite)

• Un programme peut être décodé par les récepteurs portables avecune qualité réduite pendant que les récepteurs fixes sont capablesde recevoir les mêmes programmes avec une qualité de son etd’image améliorée.

• Le récepteur n’est pas capable de commuter d’un flux à un autre(c’est-à-dire sélectionner le flux le mieux protégé dans le cas où lesconditions de réception se dégraderaient) tout en continuant àdécoder image et son.Une pause est nécessaire pendant que le décodeur interne et lesdécodeurs de source se reconfigurent et se resynchronisent :Gel d’image : ≈ 0.5 sInterruption de son : ≈ 0.2 s



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Performances : TEB = f(C/N)



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Le mode mutiprogrammes :Le flux basse priorité peut contenir un ou plusieurs programmes

complètement différents de ceux présents dans le flux haute priorité. Applications :Un récepteur portable peut décoder les programmes transmis avecune forte protection. De plus, un récepteur fixe avec une antennedirective pourrait aussi être capable de décoder le flux LPpermettant d’obtenir des programmes supplémentaires.

Le jeu de paramètres de transmission doit être choisi en réalisant lemeilleur compromis entre robustesse et débit binaire.Le paramètre robustesse est directement lié à la zone de couverturedesservie.



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Le mode mutiprogrammes :Performances

Les performances du système dans le mode multiprogrammessont semblables à celles obtenues en mode simultcast.

Les courbes de performances découlent des schémas demodulation :- QPSK pour le flux HP- QPSK ou 16-QAM pour le train LP



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Chaîne d'émission DVB-T – Adaptation du multiplex etbrassage

ETSI TR 101 190 - 1997

Video coder

Audio coder

Data coder

MUXadaptation

Energydispersal

Splitter

Outer coder

Outer interleaver

Inner coder

MUXadaptation

Energydispersal

Outer coder

Outer interleaver

Inner coder

Inner interleaver Mapper Frameadaptation OFDMGuardintervalinsertion D/A Front end

Pilots &

TPSsignals

ProgrammeMUX

TransportMUX



To aerial

1

2n



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Adaptation au multiplex transport

Le flux d’entrée du système est organisé en paquets de longueur fixe.Ce signal provient du mutiplexeur transport.

Ce signal est appelé flux transport MPEG2-TS.

Longueur totale du paquet TS : 188 octets.

Chaque paquet contient :• 1 octet de synchro (47 Hex)• 3 octets d’en-tête• 184 octets de données MPEG 2

L’ordre de traitement commence toujours par le MSB (MostSignificant Bit) du mot de synchro.



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Brassage

But :

Le brassage sert à effectuer une dispersion d’énergie dans le canalde transmission, ceci afin d’éviter les raies de niveau élevéprovoquant des brouillages avec les canaux analogiques existants.Il ne faut pas que le signal modulant possède une tension continuedonc il faut pour cela éviter les longues suites de « 0 » ou de « 1 ».

Cela permet également d’augmenter le nombre de transitions dusignal et ainsi faciliter la récupération de l’horloge.



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Brassage

Principes :Il faut éviter les longues suites de « 0 » ou de « 1 ».

La séquence à transmettre est donc mélangée avec uneséquence pseudo-aléatoire connue.

Générateur pseudo-aléatoire

Motd'initialisation

Message en

clair

Message

brassé

OU exclusif



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Brassage

• Générateur pseudo-aléatoire – Registre à décalage à 15 étages

– Polynôme générateur : 1 + X14 + X15

– Mot d'initialisation : 10010101000000 (connu de l'émetteur etdu récepteur)

• Processus de brassage – La séquence de brassage débute avec le chargement du

mot d’initialisation, après le premier octet de synchro,

– Durée d’une séquence : 8 paquets de transport



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Brassage

• Synchronisation du désembrouilleur :- Le premier octet de synchro des 8 paquets est inversé bit à bit de

47Hex à B8Hex (0100 0111 à 1011 1000)- Pour faciliter les autres fonctions de synchronisation, pendant

les octets de synchro des 7 paquets suivants, la séquencepseudo-aléatoire continue, mais la sortie du générateur est

désactivée .- Les 7 synchros suivantes sont donc transmises sans êtrebrassées .

- Durée de la séquence pseudo-aléatoire :[187 + (7*188)] = 1503 octets

Remarque :

Le processus de brassage continue même si le signal d’entrée estabsent ou s’il n’est pas conforme au format MPEG 2-TS.



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Principe du brassage en DVB-T

Données d'entrée en clair

Mot d'initialisation1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0

00000011.....

Enable AND

OU exclusif

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Données de sortiebrassées

ETSI EN 300 744 - 2001



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Chaîne d'émission DVB-T et codage externe

Video coder

Audio coder

Data coder

MUXadaptation

Energydispersal

Splitter

Outer coder

Outer interleaver

Inner coder

MUXadaptation

Energydispersal

Outer coder

Outer interleaver

Inner coder

Inner interleaver

Mapper Frameadaptation

OFDMGuardintervalinsertion

D/A Front end

Pilots &TPS

signals

Programme

MUXTransportMUX



To aerial

1

2n

ETSI TR 101 190 - 1997



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Codage externe - Code Reed-Solomon

Rôle :Corriger au mieux les paquets d’erreurs résiduels en sortie dudécodeur interne par ajout de redondance à l’information d’origine

Type de code externe :

Le code utilisé en DVB-T est le code Reed-SolomonRS (204, 188, T = 8)Il s’applique à tous les paquets de transport brassés de 188 octets ycompris l’octet de synchro inversé ou non.Il génère 16 octets de redondance pour 188 octets entrants.On obtient donc 204 octets en sortie.Le rendement de ce code est de 188/204.



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Codage externe - Code Reed-Solomon

La capacité de correction est de 8 octets (groupés ou isolés ) àl'intérieur d'un paquet reçu de 204 octets.

Le codage Reed Solomon est donc particulièrement bien adapté à lacorrection de petits paquets d’erreurs.

Mot d’information188 octets

Mot de contrôle16 octets

Mot du code Reed-Solomon204 octets



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Chaîne d'émission DVB-T - Entrelacement externe

Video coder

Audio coder

Data coder

MUXadaptation

Energydispersal

Splitter

Outer coder

Outer interleaver

Inner coder

MUXadaptationEnergy

dispersal

Outer coder

Outer interleaver

Inner coder

Inner

interleaver Mapper Frame

adaptationOFDM

Guardintervalinsertion

D/A Front end

Pilots &TPS

signals

ProgrammeMUX

TransportMUX



To aerial

1

2n

ETSI TR 101 190 - 1997



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Entrelacement externe

But :• Un code a une capacité de correction de paquets d’erreurs

très inférieure à la capacité de correction d’erreurs isolées.

• Pour éviter les paquets d’erreurs trop importants, leséchantillons proches les uns des autres sont séparés avantla transmission.

• Le rétablissement de l’ordre initial à la réception a pour effet

de répartir les erreurs et de permettre ainsi au décodeurReed-Solomon d’atteindre ses performances optimales.



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Synoptique de l’entrelaceur et du désentrelaceur convolutionnels

Chemin du mot de synchro0 0

1

2

11

1

2

11

Entrelaceur Entrelaceur de profondeur I = 12de profondeur I = 12

R1

R1 R2

R1 R2 R11

Chaque registre à décalage "R" est composé de 17 cellules de 1 octet.

0 0

11

10

9 9

10

11

R1 R2 R11

R1 R2

R1

Chemin du mot de synchro

Désentrelaceur Désentrelaceur de profondeur I = 12de profondeur I = 12

ETSI EN 300 744 - 2001

l



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Principes :

• Un entrelacement convolutionnel de profondeur I = 12 estappliqué aux paquets après le codage Reed-Solomon.

• La trame entrelacée est délimitée par les octets de synchro

MPEG 2 inversés ou non.• L’entrelaceur est constitué de I branches, numérotées de 0 à 11.

• Chaque branche est connectée cycliquement au flux d’entrée etau flux de sortie par deux commutateurs synchrones aiguillantl’information à transmettre octet par octet.

E l



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Principes (suite) :• Chaque branche j est constituée de j registres à décalage (FIFO)

avec une profondeur totale égale à j × M

avec : N = 204 = longueur du paquet après codage RSI = 12 = profondeur d’entrelacement (12 branches)M = 17 = N/I = nombre de cellules par registre

j = numéro de la branche

• Chaque cellule de registre à décalage contient un octet.

• En sortie de l’entrelaceur, chaque octet a subi un retard égal à :(j × M×12 octets) = j ×17×12 = j × 204 octets.

Remarque : Afin de faciliter la synchronisation du désentrelaceur, l’octet desynchro (inversé ou non) passe toujours dans la branche « 0 ».



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Paquet TS (n) Paquet TS (n + 1) Paquet TS (n + 2) Paquet TS (n + 11)

S 2 3 12

204

204 octets = 17 x 12

12 octets

Sortiedésentre

-laceur

Entréeentre-laceur

Sortieentre-

laceur

Principes de l’entrelacement et du désentrelacement convolutionnels en DVB-T

Structure des trames aux différentes étapes du codage



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Structure des trames aux différentes étapes du codage

Sync

1 octet187 octets

Paquet de transport du multiplex MPEG 2

Sync1 : octet de synchro complémenté non brasséSyncn : octet de synchro non brassé, n = 2, 3, ...,8

Séquence pseudo-aléatoire = 1 503 octets

Sync8 Sync1Sync1 Sync2187 octetsbrassés

Paquets de transport brassés : octets de synchro non brassés et séquences brassées

187 octetsbrassés

187 octetsbrassés

8 paquets de transport du multiplex MPEG 2

187 octetsbrassés

Paquets avec code de protection d’erreurs REED-SOLOMON RS (204, 188, T = 8)

187 octets brassés 16 octets de contrôle

204 octets

Sync1 ouSyncn

203 octets 203 octets

Trames entrelacées ; profondeur d’entrelacement : I = 12

Sync1 ouSyncn

Sync1 ouSyncn

ETSI EN 300 744 - 2001

Chaîne d'émission DVB-T - Codeur interne



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Chaîne d émission DVB T Codeur interne

Video coder

Audio coder

Data coder

MUXadaptationEnergy

dispersal

Splitter

Outer coder

Outer interleaver

Inner coder

MUXadaptation

Energydispersal

Outer coder

Outer interleaver

Inner coder



D/A Front end

Pilots &TPS

signals

ProgrammeMUX

TransportMUX



To aerial

1

2n

ETSI TR 101 190 - 1997

Codage interne



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Codage interne

But :

• Comme le canal de transmission est un canal fortementperturbé (propagation par trajet multiples, effet Doppler…), undeuxième code correcteur d’erreur est ajouté pou améliorer lesperformances du système.

• Le code employé est un code convolutif .Chaque bloc du code dépend non seulement des blocsprésents à l’entrée mais aussi de blocs précédents. Il y a

introduction d’un effet demémoire .

Codage interne



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Codage interne

Synoptique du Codeur convolutif de base (rendement = ½)

ETSI EN 300 744 - 2001

Codage interne



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Codage interne

Principes :• Le rendement du codeur de base = ½ .

(On rappelle que le rendement d’un code est le rapport entre le

nombre de bits entrants et le nombre de bits sortants).

• Sa longueur de contrainte est égale à 7.On rappelle que la longueur de contrainte d’un code correspondau nombre de bits sur lesquels s’effectue le codage).

• Chaque sortie du codeur (X et Y) est égale au produit deconvolution entre la suite des éléments binaires et les fonctionsgénératrices du code G 1 et G2

G1 = 171 oct 1 111 001G2 = 133 oct 1 011 011

Codage interne



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Codage interne

Poinçonnage :• L’inconvénient du codeur de base de rendement ½ est de

doubler le débit initial. C’est pour cette raison que l’on effectueun poinçonnage.Le poinçonnage , qui consiste à ne pas transmettre tous lesbits en sortie du codeur dans le but de réduire le débit total.

• En DVB-T, le système permet une large gamme de codesconvolutifs poinçonnés. Cela permet une sélection du niveau decorrection le plus approprié pour un service donné, ou du débitbinaire, dans un mode de transmission hiérarchique ou nonhiérarchique.

• Si une transmission avec deux niveaux de hiérarchie est utilisée,chacun des deux codeurs de canal en parallèle peut avoir sonpropre rendement de code.

• Les rendements de code proposés sont : 1/2 ; 2/3 ; 3/4 ; 5/6 ; 7/8.

Codage interne convolutif avec poinçonnage



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Codage interne convolutif avec poinçonnage

X et Y sont les deux sorties du codeur convolutif de base"0" : bit non transmis"1" : bit t ransmis

ETSI EN 300 744 - 2001

Chaîne d'émission DVB-T - Entrelacement interne



SP TTD 0347 SKA 2005-5

Video coder

Audio coder

Data coder

MUXadaptationEnergy

dispersal

Splitter

Outer coder

Outer interleaver

Inner coder

MUXadaptationEnergy

dispersal

Outer coder

Outer interleaver

Inner coder


adaptation OFDMGuardinterval

insertion

D/A Front end

Pilots &TPS

signals

ProgrammeMUX

TransportMUX



To aerial

1

2

n

ETSI TR 101 190 - 1997

Entrelacement interne



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Signal reçu (ex : symboles QPSK) 11 01 00 10 01 00

• Entrelacement symboleRôle : supprimer la corrélation des erreurs sur des symbolestransmis sur des porteuses consécutives d'un mêmesymbole OFDM, (pour éviter d'avoir plusieurs symbolesconsécutifs perdus dans les "trous" du signal reçu).

• Entrelacement bitRôle : supprimer la corrélation des erreurs par symbole QAMou QPSK avant le décodeur de Viterbi, (pour éviter d'avoir2/4/6 bits faux consécutifs).

f

(sans entrelacement )(avec entrelacement )




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Modulation QPSK / 16-QAM non hiérarchique

ETSI EN 300 744 - 2001

Entrelacement interneM d l ti 64 QAM hié hi



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Modulation 64-QAM non hiérarchique

ETSI EN 300 744 - 2001




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Le démultiplexage est défini comme un réarrangement des bitsentrants : xdi (modes de transmission non-hiérarchique)

ou : x’di et x’’di (respectivement entrée haute priorité etbasse priorité en modes hiérarchiques)

en des bits de sortie : b e,do

avec : di : numéro du bit entrante : numéro du flux binaire démultiplexé (0≤ e ≤ v)do : numéro du bit d’un flux de données en

sortie du démultiplexeur




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En mode non-hiérachique , l’unique flux est démultiplexé en vsous-flux.

v = 2 pour la QPSKv = 4 pour la 16-QAMv = 6 pour la 64-QAM

Le démultiplexage a pour résultat le mapping suivant :

En QPSK : xo correspond à b 0,0

x1 correspond à b 1,0




SP TTD 0347 SKA 2005-5

En 16-QAM : xo correspond à b 0,0




En 64-QAM : x0 correspond à b 0,0






Entrelacement interneModulation 16 QAM/64 QAM hiérarchiques



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Modulation 16-QAM/64-QAM hiérarchiques




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En mode hiérarchique , le flux basse priorité est démultiplexé endeux sous-flux et le flux basse priorité est démultiplexé en v-2sous-flux. Ceci s ’applique aux modulations QAM uniformes ou nonuniformes.

En 16-QAM x’o correspond à b 0,0(mode hiérarchique) x’

1correspond à b

1,0x’’0 correspond à b 2,0x’’1 correspond à b 3,0

En 64-QAM : x’0 correspond à b 0,0(mode hiérachique) x’1 correspond à b 1,0x’’2 correspond à b 2,0x’’3 correspond à b 4,0

x’’4 correspond à b 3,0x’’5 correspond à b 5,0




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Entrelacement bi t :Son rôle : supprimer la corrélation des erreurs par symbole QAMou QPSK avant le décodeur de Viterbi.Sa nature : Entrelacement de type bloc.

Chacun de sous-flux provenant du démultiplexeur est traité

séparément par un entrelaceur bit. Il y a donc jusqu’à 6entrelaceurs référencés I0 à I5I0 et I1 sont utilisés pour la QPSK,I0 à I3 pour la 16-QAMI0 à I5 pour la 64-QAM.

L’entrelacement bit n’est effectué que sur les données utiles.




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La taille du bloc est la même pour chaque entrelaceur, mais laséquence d’entrelacement est différents dans chaque cas.

La taille du bloc d’entrelacement bit est de 126 bits.

Le processus d’entrelacement de blocs est donc répété

exactement :• 12 fois par symbole OFDM de données utiles dans le mode 2k

(12 × 126 bits = 1512 porteuses utiles).• 48 fois par symbole dans le mode 8k.

(48 × 126 bits = 6048 porteuses utiles).




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Entrelacement bi t :Pour chaque entrelaceur bit, le vecteur entrant est défini par :

B(e) = (be,o , be,1, be,2, be,3, …… , be,125) où e varie entre 0 et v-1

Le vecteur de sortie entrelacé s’écrit : A(e) = (a

e,o, a

e,1, a

e,2, a

e,3, …… , a

e,125)

Il est défini par :ae,w = be,He(w) avec w = 1, 2, 3,…,125

où He(w) est une fonction de permutation différente pour chaqueentrelaceur.




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Entrelacement bit :He(w) est définie comme suit pour chaque entrelaceur :

I0 : H0(w) = w

I1 : H1(w) = (w + 63) mod 126I2 : H2(w) = (w + 105) mod 126I3 : H3(w) = (w + 42) mod 126I4 : H4(w) = (w + 21) mod 126

I5 : H5(w) = (w + 84) mod 126

Les sorties des v entrelaceurs bits sont groupées pour former lessymboles de données numériques, de sorte que chaque symbole de vbits soit constitué exactement de 1 bit de chacun des v entrelaceurs.

La sortie de l’entrelaceur bit est un mot de v bits noté y’ :

y’w = (a0,w , a1,w , …… , av-1,w)

Entrelacement interneE l bi (MAQ 16 hié hi )



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Entrelacement bits (MAQ-16 non hiérarchique)

1°- Découpage + inversion de blocs en ligne

2°- Lecture colonne

104 10562 6341 42 1250b0,125b0,0 b0,1

b3,125b3,0 b3,1

b1,125b1,0 b1,1

b3,125b 3,84 b 3,85 b3,0 b3,1 b 3,83

b2,125b2,0 b2,1

b1,0 b1,1 b 1,62b1,125b 1,64b 1,63

b 2,21 b 2,22 b2,125 b2,0 b2,1 b 2,20

y' 0 y' 1 y' 125




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Entrelacement symboleL’entrelacement symbole a pour but de mapper 1512 ou 6048 motsde v bits sur les 1512 (mode 2k) ou 6048 (mode 8k) porteuses activespar symbole OFDM.L’entrelacement symbole agit sur des blocs de 1512 (mode 2k) ou6048 (mode 8k) symboles de données.

Donc, dans le mode 2k, 12 groupes de 126 mots de données sortantde l’entrelaceur bit sont lus séquentiellement pour former un

vecteur Y’:Y’ = (y’0, y’1, y’2, …y’1511)




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Entrelacement symboleDe façon similaire, dans le mode 8k, un vecteur Y’ :

Y’ = (y’0, y’1, y’2, …y’6047)est obtenu à partir de 48 groupes de 126 mots de données.

Le vecteur entrelacé Y = (y0, y1, y2, …yNmax-1) est défini par :YH(q) = y’q pour les symboles pairs pour q = 0,….,Nmax-1Yq = y’H(q) pour les symboles impairs pour q = 0,…,Nmax-1

Où Nmax = 1512 dans le mode 2kEt Nmax = 6048 dans le mode 8k.




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Entrelacement symboleH(q) est une fonction de permutation définie de la façon suivante :

R’i est un mot binaire de (Nr – 1) bits où :Nr = log2 Mmax = log2 2048 = 11 (mode 2k)Nr = log2 Mmax = log2 8192 = 13 (mode 8k)

R’i prend les valeurs suivantes :i = 0,1 : R’i [Nr -2, Nr -3, …, 1, 0] = 0,0,0,…,0,0i = 2 : R’i [Nr -2, Nr -3, …, 1, 0] = 0,0,0,…,0,12< i < Mmax : {R’i[Nr -3, Nr -4, …, 1, 0] = R’i-1[Nr -2, Nr -3, …, 2,1]

dans le mode 2k : R’i[9] = R’i-1 [0]⊕ R’i-1 [3]dans le mode 8k :

R’i[11] = R’i-1 [0]⊕ R’i-1 [1]⊕ R’i-1 [4]⊕ R’i-1 [6]




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Entrelacement symboleUn vecteur Ri est obtenu à partir du vecteur R’i par des permutations de

bits données par les tables suivantes :

Permutation de bits pour le mode 2k

Permutation de bits pour le mode 8k




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Entrelacement symboleLa fonction de permutation H(q) est définie par l’algorithme suivant :

Mode 2k q = 0 ;Pour (i = 0 ; i< 2048; i = i+1){H(q) = (i mod 2) . 1024 + RiSi (H(q)< 1512) q = q+1 }

Mode 8k q = 0 ;pour (i=0 ; i< 8192; i = i+1){H(q) = (i mod 2) . 4096 + RiSi (H(q)< 6048) q = q+1 }

De façon similaire à y’, y est constitué de v bits :Yq’ = (y

0,q’, y

1,q’, …y

v-1,q’)

où q’ est le numéro du symbole à la sortie de l’entrelaceur symbole.

Entrelacement interne – Entrelacement symbole



SP TTD 0347 SKA 2005-5

Générateur de la fonction de permutation 2k / 8k

ETSI EN 300 744 - 2001

Entrelacement interne – Entrelacement symboleEntrée entrelaceur symbole Sortie entrelaceur symbole



SP TTD 0347 SKA 2005-5

y'0 Y0

y'2 Y1y'4 Y2y'6 Y3y'8 Y4y'10 Y5

y'12 Y6… Y7y'1024 Y8y'1025 Y9… Y10y'1027 Y11… Y12y'1056 Y13… Y14

y'1088 Y15… Y16y'1160 …… Y48y'1280 …

Y128…

Y513




SP TTD 0347 SKA 2005-5

• Les règles d’entrelacement bit et d’entrelacement symbole ainsique le mapping correspondant sur les porteuses sont illustréesdans la table ci-après pour le premier symbole d’une super-trame,dans le mode 2 K, en 64-QAM, en mode non-hiérarchique.

• Cette table montre l’indice du bit d’entrée du bloc de mapping. Les

bits d’entrée de l’entrelaceur bit sont numérotés de 0 à 9071, et lenuméro de porteuse correspondant. Les indices correspondent auxnuméros des bits d’entrée de l’entrelaceur.

Entrelacement interne (bit+symbole)Mode 2k, 64-QAM non hiérarchique



SP TTD 0347 SKA 2005-5ETSI EN 300 744 - 2001

Chaîne d'émission DVB-T - Mapping

P



SP TTD 0347 SKA 2005-5

Video coder

Audio coder

Data coder

MUXadaptationEnergy

dispersal

Splitter

Outer coder

Outer interleaver

Inner coder

MUXadaptationEnergydispersal

Outer coder Outer interleaver Inner coder



D/A Front end

Pilots &TPS

signals

ProgrammeMUX

TransportMUX



To aerial

1

2n

ETSI TR 101 190 - 1997

Constellations et mapping



SP TTD 0347 SKA 2005-5

Rôle : associer les groupes 2 / 4 / 6 bits à 1 état Amplitude-Phase de la modulation.

Le système DVB-T utilise une modulation OFDM (OrthogonalFrequency Division Multiplex). Toutes les porteuses de donnéesdans une trame OFDM sont modulées en :

- QPSK- 16-QAM- 64-QAM- 16-QAM non-uniforme

- 64-QAM non-uniformeen utilisant un codage de Gray.

Constellations QPSK / 16-QAMMode non hiérarchique, ou hiérarchique, avec = 1



SP TTD 0347 SKA 2005-5ETSI EN 300 744 - 2001

Constellation 64-QAMMode non hiérarchique, ou hiérarchique, avec =1



SP TTD 0347 SKA 2005-5ETSI EN 300 744 - 2001

Constellations et Mapping - Modulation hiérarchique



SP TTD 0347 SKA 2005-5

La modulation hiérarchique permet de transmettre deux typesd’informations :

- un train de données HP (High Priority )- un train de données LP (Low Priority )

La réalisation d’une modulation hiérarchique nécessite deux étapes ;en prenant l’exemple de la 16-QAM :

- Choix du quadrant de phase sur la base de deux bits d’un trainde données (avec codage de canal) en priorité élevée HP.- Formation de la constellation phase/amplitude complémentaire, àl’intérieur du quadrant sélectionné en fonction des 2 bits restantsd’un autre train de données (avec codage de canal) à prioritéfaible LP.

Ce type de modulation permet d’incorporer la QPSK dans lediagramme de la constellation d’un système 16-QAM ou 64-QAM.




SP TTD 0347 SKA 2005-5

16-QAM hiérarchique :Les bits de priorité élevée sont les bits des mots de sortie de

l’entrelaceur interne : y0,q’ et y1,q’Les bits de priorité faible sont y2,q’ et y3,q’ .Les bits de priorité faibles sont organisés selon les diagrammes des

constellations précédents.Par exemple, le point de la constellation en haut à gauche

correspondant à 1000, représente :y0,q’= 1 y0,q’ = y0,q’ = y0,q’ = 0Si cette constellation est décodée en QPSK, les bits de haute priorité

y0,q’ et y1,q’ sont déduits.Pour décoder les bits de faible priorité, la constellation complète doit

être examinée et les bits appropriés (y 2,q’ et y3,q’ ) extraits de y0,q’ ,y1,q’ , y2,q’ , y3,q’




SP TTD 0347 SKA 2005-5

64-QAM hiérarchique :Les bits de priorité élevée sont les bits des mots de sortie de

l’entrelaceur interne : y0,q’ et y1,q’Les bits de priorité faible sont y2,q’ y3,q’ y4,q’ et y5,q’

Les bits sont organisés selon les diagrammes des constellationsprécédents.Si cette constellation est décodée en QPSK, les bits de haute y 1,q’

priorité y0,q’ et y1,q’ sont déduits.Pour décoder les bits de faible priorité, la constellation complète

doit être examinée et les bits appropriés (y2,q’ y3,q’ y4,q’et y5,q’ )extraits de y1,q’ y1,q’ y1,q’ y1,q’ y1,q’ y1,q’

Constellations et mappingsModulations hiérarchiques, mode uniforme ( = 1)



SP TTD 0347 SKA 2005-5

Constellations et mappingsModulations hiérarchiques, non uniformes ( = 2)



SP TTD 0347 SKA 2005-5

Le mode non uniforme vise à améliorer le décodage du train dedonnées HP en éloignant les points de la constellation des axes decoordonnées :

QPSK dans 16-QAM ( = 2 ) QPSK dans 64-QAM ( = 2 )

Constellations et mappingsModulations hiérarchiques non uniformes ( = 2)



SP TTD 0347 SKA 2005-5ETSI EN 300 744 - 2001

Constellations et mappingsModulations hiérarchiques non uniformes ( = 4)



SP TTD 0347 SKA 2005-5ETSI EN 300 744 - 2001

Chaîne d'émission DVB-T & OFDMProgramme

MUX



SP TTD 0347 SKA 2005-5

Video coder Audio coder

Data coder

MUXadaptationEnergy

dispersal

Splitter

Outer coder

Outer interleaver

Inner coder





D/A Front end

Pilots &TPS

signals

MUXTransport

MUX



To aerial

1

2n

ETSI TR 101 190 - 1997

Structure de la trame OFDM



SP TTD 0347 SKA 2005-5

• Le signal transmis est organisé en trames. Chaque trame OFDMd'une durée TF est constituée de 68 symboles OFDM .Quatre trames constituent une super-trame.

• Un symbole OFDM est constitué d’un ensemble :- dans le mode 8k de 6817 porteuses , dont 6048 utiles- ou dans le mode 2k de 1705 porteuses , dont 1512 utiles

Les autres porteuses servent à des fonctions de synchronisation et designalisation.Le symbole OFDM est transmis avec une durée Ts. Il comprend unepartie utile de durée Tu et un intervalle de garde de durée ∆.

Quatre valeurs d’intervalle de garde peuvent être utilisées.(Ellescorrespondent à des multiples de la période élémentaire T = 7/64 µs).

∆ tu

Ts


6817 / 1705 porteuses (mode 8k / 2k)



SP TTD 0347 SKA 2005-5

p ( )

Ts

f ∆

tu

t

1/Tu

Symbole ODFM

1 trame OFDM= 68 symboles

TF




SP TTD 0347 SKA 2005-5

Tous les symboles OFDM contiennent des données et desinformations de référence.

Comme le signal OFDM comprend un grand nombre deporteuses modulées individuellement, chaque symbole OFDMpeut être considéré comme divisé en cellules , chacunecorrespondant à la modulation véhiculée par une porteuse

durant un symbole .

Une trame OFDM transporte :- Des données- Des cellules pilotes dispersées ( scattered pilots )- Des porteuses pilotes continuelles (continual pilots )- Des porteuses TPS ( Transmission Parameter Signalling )

Valeurs des paramètres OFDM pour les modes 2k et 8k



SP TTD 0347 SKA 2005-5ETSI EN 300 744 - 2001



Durée du symbole f(intervalle de garde)



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Choix du nombre de porteuses



SP TTD 0347 SKA 2005-5

La valeur de ∆ est définie comme une proportion de Tu.La durée maximale de ∆ est égale à :224 µs pour le mode 8k ou à 56 µs pour le mode 2k

L’intervalle de garde est utilisé pour protéger le signal des échos.

Echos naturels :La plus petite valeur du mode 2k (7µs) est généralement suffisantepour protéger le signal des échos naturels.

Le mode 2k peut convenir.

Echos artificiels : Afin de déterminer∆, il faut connaître :- La distance de séparation entre émetteurs

- La taille du réseau SFN (Single Frequency Network)Les échos artificiels étant longs, on préférera le mode 8k.

Chaîne d'émission DVB-T - Signaux de référence

MUX

ProgrammeMUX

T t



SP TTD 0347 SKA 2005-5

Video coder Audio coder

Data coder

MUXadaptation

Energydispersal

Splitter

Outer coder

Outer interleaver

Inner coder





D/A Front end

Pilots &TPS

signals

TransportMUX



To aerial

1

2n

ETSI TR 101 190 - 1997

Signaux de référence



SP TTD 0347 SKA 2005-5

Différentes cellules (= symbole "monoporteuse"), à l’intérieur de latrame OFDM, sont modulées par une information de référence dontla valeur est connue du récepteur.Elles sont utilisées par le récepteur à des fins de :- synchronisation trame- synchronisation en fréquence- synchronisation en temps

- estimation de la réponse du canalL’information transmise dans ces cellules est répartie sur descellules pilotes continues ou dispersées, modulées en

BPSK (Binary Phase Shift Keying) .Chaque pilote continu coïncide avec un pilote dispersé tous les 4symboles.

L’info est transmise avec un niveau de puissance « boosté ».

Signaux de référence - Pilotes continus ou dispersés



SP TTD 0347 SKA 2005-5

La valeur de l’information du pilote continu ou dispersé est obtenueà partir d’une séquence pseudo-aléatoire; chaque valeur étantassociée à une des porteuses transmises.

ETSI EN 300 744 - 2001

Signaux de référence - Pilotes continus ou dispersés



SP TTD 0347 SKA 2005-5

Génération de la séquence pseudo-aléatoire :

- Registre à décalage à 11 étages- Polynome générateur : X11 + X2 + 1- Mot d’intialisation : 11111111111La séquence pseudo aléatoire est initialisée de sorte que lepremier bit de sortie du générateur coïncide avec la premièreporteuse active.

Remarque :

Une nouvelle valeur est générée pour chaque porteuse utilisée(qu’elle soit ou non un pilote).

Signaux de référence - Position des pilotes dispersés



SP TTD 0347 SKA 2005-5ETSI EN 300 744 - 2001

L’information de référence est transmise dans des cellules de pilotesrépartis en temps et en fréquence dans tous les symboles OFDM.Les pilotes répartis sont toujours transmis avec un niveau de

puissance « boosté ».

Signaux de référence - pilotes continus



SP TTD 0347 SKA 2005-5

En plus des pilotes dispersés, des pilotes continus sont insérés :- 177 pilotes continus en mode 8k- 45 pilotes continus en mode 2k- "Continu" signifie que ces pilotes sont acheminés par les mêmesporteuses (indices constants) pour chacun des symboles.

ETSI EN 300 744 - 2001

Signaux de référenceSignalisation des paramètres de transmission (TPS)



SP TTD 0347 SKA 2005-5

• L’information TPS (Transmission Parameter Signalling ) estun ensemble de données transmises au récepteur décrivant lesparamètres associés au schéma de transmission, c’est-à-dire

au codage de canal et à la modulation :- le numéro de la trame dans une super trame,- Le type de modulation, ainsi que la valeur de α ,

- L’information de hiérarchie,- La durée de l’intervalle de garde,- Le(s) rendement(s) du code interne,- Le mode de transmission (2k ou 8k).

Signaux de référenceSignalisation des paramètres de transmission (TPS)



SP TTD 0347 SKA 2005-5

L’information est transportée dans un bloc de porteuses pilotes TPS,non "boostées" , modulées en DBPSK (Differential Binary PSK ) :

- 17 porteuses TPS pour le mode 2k- 68 porteuses TPS pour le mode 8k.

L'information TPS comprend 68 bits transportés par les 68 symboles

OFDM d'une trame OFDM.

Chaque porteuse TPS dans un même symbole OFDM véhicule lemême bit d’information codé différentiellement.

Signalisation des paramètres de transmissionIndices et position des porteuses des pilotes TPS



SP TTD 0347 SKA 2005-5ETSI TR 101 190 - 1997

ETSI EN 300 744 -2001

TPS symbol

Signalisation des paramètres de transmission (TPS)



SP TTD 0347 SKA 2005-5

Chaque symbole TPS véhicule un bit TPS.

Chaque bloc TPS contient 68 bits :- 1 bit d’initialisation- 16 bits de synchronisation- 37 bits d’information TPS : 23 utilisés, 14 réservés pour desapplications futures- 14 bits de protection contre les erreurs : code BCH (67,53,t =2)

Un bloc TPS de 68 bits est donc défini sur 68 symboles OFDMconsécutifs soit une trame OFDM.

Signalisation de paramètres de transmission (TPS)

Bit number Format Purpose / Content



SP TTD 0347 SKA 2005-5

S0 Pseudo-Random Binary Sequence X 11+ X2+1 DBPSK InitializationS1 - S16 0011010111101110 (1st and 3rd TPS block)

or 1100101000010001 (2nd and 4th TPS block)Synchronization word

S17 - S22 010 111 Length indicator S23, S24 00, 01, 10, 11 Frame number (super-

frame)S25, S26 (00) QPSK, (01) 16-QAM, (10) 64-QAM Constellation

S27, S28, S29 (000) Non hierarchical, (001)α =1, (010) α =2, (011)α =4

Hierarchy information

S30, S31, S32 (000) 1/2, (001) 2/3, (010) 3/4, (011) 5/6, (100) 7/8 Code rate, HP streamS33, S34, S35 (000) 1/2, (001) 2/3, (010) 3/4, (011) 5/6, (100) 7/8 Code rate, LP stream

S36, S37 (00) 1/32, (01) 1/16, (10) 1/8, (11) 1/4 Guard interval (∆/ Tu)S38, S39 (00) 2k, (01) 8k Transmission modeS40 – S47 MSB(b15-b8) in frames 1 & 3 ; LSB(b0-b7) in frames

2 & 4Cell identifier

S40 – S53 All set to "0" Reserved for future useS54 – S67 BCH code (127,113, t=2) Error protection

ETSI EN 300 744 - 2001

Débit utile f(modul, rdt code convol, intervalle garde)canal 8 MHz



SP TTD 0347 SKA 2005-5ETSI EN 300 744 - 2001

Débits nets dans le système DVB-T

35



SP TTD 0347 SKA 2005-5

Intervalle de garde /Tu

1/2

2

2/3

2

3/4

25/6

27/8

21/24

2/34

3/4

45/6

47/8

41/2

62/3

63/4

65/6

67/8

6

1/4

1/8

1/161/320

5

10

15

20

25

30

Débit netMbit/s

Rendement du code convolut if /Nombre de bits par porteuse

MAQ-4QPSK MAQ-16 MAQ-64

ETSI TR 101 190 - 1997

Performances - débits



SP TTD 0347 SKA 2005-5

Le débit utile dépend de la configuration choisie (rendement ducode convolutif, type de modulation, rapport ∆ /tu).

Le débit transmis est d’autant plus important que la modulationpossède un grand nombre d’états, que le rendement du codeconvolutif est élevé et que l’intervalle de garde est faible.

Débit maximal :64-QAM; r = 7/8; ∆ /tu = 1/32 ⇒ Du = 31,67 Mbits/sCe cas correspond à la transmission la moins bien protégée.

Débit minimal :QPSK; r = 1/2; ∆ /tu = 1/4 ⇒ Du = 4,98 Mbits/sCe cas correspond à la transmission la mieux protégée.

Performances > Influence du type de canal

Type de canal Caractéristiques Exemples



SP TTD 0347 SKA 2005-5

Canal GaussienCanal

Sansécho

Trajet direct

Bruit blanc

Liaison en rase

campagne sansobstacle

Canal de RiceTrajet directprédominant parrapport aux autresModifiés en A/Φ

Liaison en rasecampagne avecobstacles

Canal deRayleigh

Canalavecéchos Pas de trajet

direct,Que des échosdans tous sens

Liaison en milieu urbain

C/N requis f(modul, rdt code, canal) et débit utile f( /Tu )



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Choix du type de modulation et du code interne

L f d’ d d t i i dé d d l’ ff t



SP TTD 0347 SKA 2005-5

La performance d’un mode de transmission dépend de l’effetcombiné du type de modulation et du rendement du codecorrecteur d’erreurs.

En comparant avec une modulation QPSK, le débit transmis en16-QAM sera double et en 64-QAM triple.Cependant, les valeurs de C/N nécessaires pour une réceptioncorrecte sont respectivement de 6 dB et 12 dB supérieures.

De façon similaire, le débit transmis et le C/N nécessaireaugmentent ave des rendements de code élevés.Des simulations sur un canal de Rice montrent qu’il faut avec unrendement 7/8 un C/N 6 dB supérieur à celui qui est nécessaire àun rendement de code de ½, alors que le débit augmente d’unfacteur 7/4.






SP TTD 0347 SKA 2005-5

Influence de la nature des affaiblissements attendus dansle canal :

Le choix du type de modulation et du rendement du codedépendent de la nature des affaiblissements attendus sur lecanal.La figure « C/N et débit utile » montre la différence entre le C/Nrequis pour une réception à l’aide d’une antenne extérieure surun toit (canal de Rice) et pour une réception sur un récepteurportable à l’intérieur d’une habitation (canal de rayleigh). Très

faible pour un rendement de 1/2, cette différence devientimportante (≈ 8 dB) pour un rendement de 7/8.




SP TTD 0347 SKA 2005-5

Le C/N nécessaire en réception a une conséquence directe surla puissance que doit fournir l’émetteur, cette puissance pouvant

augmenter pour desservir une zone de couverture donnée.Néanmoins, dans de nombreux cas, la puissance maximalesera limitée en raison des interférences potentielles pouvantexister avec les services de TV analogiques.


l l d l é l é f



SP TTD 0347 SKA 2005-5

Ceci s’explique car le codage utilisé par les spécifications DVB-Test particulièrement robuste dans les systèmes OFDM contre lesinterférences de sélectivité en fréquence qui ne changent pas

beaucoup d’un symbole à l’autre, comme des signaux retardésstationnaires ou des interférences provenant de transmissions TVanalogiques.

Donc, si de tels échos ou interférences sont supposés être laprincipale limitation de la réception, alors un rendement faibleoffrira une meilleure performance.

C/N requis f(modul, rdt code, canal) et débit utile f( /Tu )



SP TTD 0347 SKA 2005-5ETSI EN 300 744 - 2001


Une comparaison entre les deux modes 64 QAM r = 1/2 et 16 QAM



SP TTD 0347 SKA 2005-5

Une comparaison entre les deux modes 64-QAM, r = 1/2 et 16-QAM,r = 3/4 illustre l’influence du rendement du code.Les deux modes fournissent le même débit (14,93 à 18,1 Mbits/s

dépendant de l’intervalle de garde) mais les performances dépendentdu canal, selon les simulations pour les canaux Gaussien et de Rice,le mode 16-QAM associé à un rendement de 3/4 est le meilleur tandisque dans le cas du canal très sélectif comme le canal de Rayleigh, la

64-QAM avec r = 1/2 est la solution la mieux adaptée.

Le choix du type de modulation doit donc toujours être fait en fonctiondu rendement du code et de la nature des affaiblissements du canalde transmission.


La réception sur les récepteurs portables est un cas évident où



SP TTD 0347 SKA 2005-5

La réception sur les récepteurs portables est un cas évident oùles échos et interférences apparaissent comme étant laprincipale limitation à la réception. Mais même pour lesréceptions avec une antenne fixe sur le toit , la zone decouverture pour les émetteurs DVB-T qui partagent les bandesde fréquences avec les réseaux provenant d’émetteurs TVanalogique.Et là où les techniques SFN sont utilisées, les signaux retardésprovenant d’émetteurs adjacents seront communs. Étant donnéque la robustesse vis-à-vis des interférences avec des signauxTV analogique et vis-à-vis des échos est plus directement liéeau rendement du code qu’à la modulation, il est généralement

préférable de choisir un mode associé à un rendement de codefaible.

C/N et Débits utiles en DVB-TD=1/32

D=1/16

D=1/8

D=1/4

Riceprofile

Rayleighprofile29.03

30.74

29.2731.67

30.16



SP TTD 0347 SKA 2005-5ETSI TR 101 190 - 1997

Net bitrate(Mbit/s)

in a8 MHz

channel

64QAM 7/8

0 C/N (dB)(assuming a

perfect receiver)

D 1/4

64QAM 5/6

64QAM 3/4

64QAM 2/3

16QAM 7/816QAM 5/6

64QAM 1/216QAM 3/4

16QAM 2/3

16QAM 1/24QAM 7/8

4QAM 5/64QAM 3/44QAM 2/3

4QAM 1/2

26.1324.88

22.39

19.91

17.4216.59

14.93

13.27

9.958.718.297.466.64

4.98

27.65

24.88

22.12

19.35

18.4316.59

14.75

11.06

9.689.228.297.375.53

26.35

23.42

20.49

19.52

17.56

15.61

11.71

10.25

9.768.78

7.815.85

27.14

24.13

21.11

20.11

18.10

16.09

12.06

10.56

10.059.05

8.046.03

4 8 12 16 20 24 282 6 10 14 18 22 26Requi red C/N for quasi error-free DVB-T reception

C/N requis f(modul, rdt code, canal) et débit utile f( /Tu )Modes de transmission hiérarchiques



SP TTD 0347 SKA 2005-5ETSI EN 300 744 - 2001

C/N requis f(modul, rdt code, canal) et débit utile f( /Tu )Mode de transmission hiérarchique



SP TTD 0347 SKA 2005-5ETSI EN 300 744 - 2001

Spectre théorique du signal de transmission DVB-T(intervalle de garde D=T u /4, canal 8 MHz)



SP TTD 0347 SKA 2005-5ETSI EN 300 744 - 2001

Abréviations

ACI Adjacent Channel Interference



SP TTD 0347 SKA 2005-5

AFC Automatic Frequency controilBCH Bose Chaudhuri Hocqueghem codeBER Bit Error RatioD/A Digital-to-Analog converter

DBPSK Differential Binary Phase Shift KeyingDFT Discrete Fourier TransformDVB Digita Video BroadcastingDVB-T DVB-TerrestrialEDTV Enhanced Definition TeleVisionETS European telecommunication Standard

FEC Forward Error CorrectionFFT Tast Fourier TransformHEX HEXadecimal notationHP High Priority Bit StreamIF Intermediate FrequencyIFFT Inverse Fast Fourier Transform

LO Local Oscillator LP Low Priority bit streamLSB LeastSignificant BitMPEG Moving Picture Expert GroupMSB Most Significant BitMUX MUltipleX

CICAM Near-Instantaneous Companded Audio MultiplexOCT OCTal notationOFDM Orthogonal frequency Division Multiplexing

Abréviations

CICAM Near-Instantaneous Companded Audio Multiplex



SP TTD 0347 SKA 2005-5

OCT OCTal notationOFDM Orthogonal frequency Division MultiplexingPAL Phase Alternative LinePCR Program Clock ReferencePID Program Identifier PRBS Pseudo-random Binary SequenceQAM Quadrature Amplitude ModulationQEF Quasi Error FreeQPSK Quaternary Phase Shift Keying

RF Radio FrequencyRS Reed SolomonSDTV Standard Definition TeleVisionSECAM System sequentiel Couleur A MémoireSFN Single Frequency Network

TPS Transmission Parameters SignallingTV TeleVisionUHF Ultra-High-FrequencyVHF Very-High-Frequency

Documents

0347 La chaîne DVB-T.pdf