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ATSC デジタル テレビ

このモデルでは、Advanced Television Systems Committee (ATSC) デジタル テレビ標準規格 [ 1 ] の 8 つの離散振幅レベル (8-VSB) の送信サブシステムを使用した、残留側波帯変調について示します。この規格では、米国次世代テレビジョン システムの特性について説明しています。米国次世代テレビジョン方式は、単一の 6 MHz 地上波テレビ放送チャネルで高品質な映像、音声、補助データを送信するように設計されています。

この例の目的は以下のとおりです。

  • MPEG-2 トランスポート パケット入力データを使用する主サービス 8-VSB 送信機の主要部分のモデル化

  • 主サービス 8-VSB 受信機の設計の主要部分のモデル化

  • 訂正されたバイト数、欠損パケット数およびバイト誤り率を含む、誤り統計の生成

例の構造

モデルは、MPEG-2 トランスポート パケット生成、送信機のベースバンド処理、AWGN チャネル、受信機のベースバンド処理および誤り率の計算で構成されています。以下の節では、各サブコンポーネントについて詳細に説明します。

MATLAB® ワークスペース変数の定義

モデルをはじめて読み込むと、MATLAB ワークスペース変数 prmATSC が作成されます。この構造体の変数には、モデルのブロック パラメーターを指定するフィールドが含まれています。この変数は、モデルを閉じると消去されます。

prmATSC = 

          MPEG2PacketLen: 188
           RSCodewordLen: 207
             BitsPerByte: 8
           BitsPerNibble: 2
          NibblesPerByte: 4
         NibblesPerGroup: 48
       NibblesPerSegment: 828
        SegmentsPerField: 313
         RSPrimitivePoly: [1 0 0 0 1 1 1 0 1]
         RSGeneratorPoly: [1x21 double]
      IntlvrNumShiftRegs: 52
      IntlvrShiftRegStep: 4
      DeintlvrAlignDelay: 156
        DeintlvrPktDelay: 52
        NumTrellisCoders: 12
          TraceBackDepth: 8
    TrellisDecAlignDelay: 159
      TrellisDecPktDelay: 2
              SymbolRate: 1.0762e+07
                MPEG2BPS: 1.9393e+07
            MPEG2PktRate: 1.2894e+04
       ChannelSampleTime: 9.3666e-08
             PAMSigPower: 4.5826
                    EsNo: 10

MPEG-2 データ ソース

MPEG-2 トランスポート パケットは、ランダムに生成された 188 バイトのベクトルで、最初のバイトが sync バイト 0x47 (16 進数) によって置き換えられています。

送信機のベースバンド処理

  • ランダマイザー

このサブシステムは、 [ 1 ] の 6.4.1.1 節に対応しています。MPEG-2 sync バイトのランダム化および符号化は行う必要はありません。XOR 演算の前に破棄されます。入力データバイトをスクランブルする疑似乱数バイト列は、各データ フィールドの開始時点で再度初期化が行われます。このモデルでは、データ フィールド同期セグメントはモデル化されていないため、各データ フィールド は、312 のデータ セグメントで構成されています。

  • リード・ソロモン符号器

このサブシステムは、 [ 1 ] の 6.4.1.2 節に対応しています。(207, 187) Reed-Solomon EncoderReed-Solomon Encoder ブロックでは、入力パケットに 20 パリティ バイトが追加され、フレームあたり 207 バイトの出力が生成されます。これにより、受信側の対応する Reed-Solomon DecoderReed-Solomon Decoder ブロックで、トランスポート パケットあたり最大で 10 の誤りバイトを修正できます。

  • たたみ込みインターリーバー

このサブシステムは、 [ 1 ] の 6.4.1.3 節に対応しています。Convolutional InterleaverConvolutional Interleaver ブロックは、データ フィールドの 6 分の 1 である、52 データ セグメント (セグメント間) からバイトをインターリーブします。送信機は、各データ フィールドの最初のデータ バイトに、インターリーバーを同期させます。

  • トレリス インターリーバー

このサブシステムは、後続の 8-PAM Modulator8-PAM Modulator ブロックとともに、[ 1 ] の 6.4.1.4 節に対応しています。12 ある 3 分の 2 レートの Convolutional EncoderConvolutional Encoder ブロックの 1 つから、各データ バイトのそれぞれ 2 ビットを送信することで、パラレル バイトからシリアル 3 ビット出力を作成します。各バイトは、4 つの 3 ビット出力を生成し、実装は、12 バイトごとにまとめて処理を行います。ブロックは、どの たたみ込み符号器たたみ込み符号器 が、グループのどの 2 ビットを処理するかを制御します。パラレル バイトのシリアル ビットへの完全な変換には、4 つのデータ セグメントが必要となります。たとえば、828 データ バイトは、12 符号器から 3312 の 3 ビット出力を生成し、各符号器は 69 データ バイトを処理することになります。各データ フィールドでは、312/4 = 78 の変換操作が必要となります。

  • 8-PAM コンスタレーション マッピング

8-PAM Modulator8-PAM Modulator ブロックは、[ 1 ] の図 6.8 の記号マッピング部分に対応しています。値が [-7 -5 -3 -1 1 3 5 7] である 8 レベル 1 次元の実際のコンスタレーション上のシンボルに、3 ビットの整数入力をマッピングします。

AWGN チャネル

AWGN ChannelAWGN Channel ブロックは、Signal to noise ratio (Es/No) モードを使用します。信号強度とシンボル周期が計算され、ワークスぺース変数 prmATSC に格納されています。Es/No の値は、約 0.0039 のバイト誤り率を生成する、10 dB に設定されています。

受信機のベースバンド処理

  • 8-PAM 復調器

8-PAM Demodulator8-PAM Demodulator ブロックは、受信したベースバンドの 8-PAM コンスタレーション シンボルを 3 ビット整数出力に変換します。このブロックのコンスタレーション設定は、上流の 8-PAM Modulator8-PAM Modulator ブロックのコンスタレーション設定と同じです。

  • トレリス デインターリーバー

このサブシステムは、12 ある 2/3 レートの Viterbi DecoderViterbi Decoder ブロックの 1 つからそれぞれの入力を送ることで、シリアル 3 ビット入力をパラレル バイトに変換します。次に、サブシステムは復号化されたビットを連結し、バイトにします。デインターリーバーは、12 バイトに相当する 48 入力をひとまとまりの単位として処理を行い、1 グループ (48 入力) の遅延を差し込んだ後、ビタビ復号化を実行します。Trellis Interleaver サブシステムにあるものと同様の制御ブロックにより、どの Viterbi DecoderViterbi Decoder ブロックが、グループのどの入力を処理するかが選択されます。Trellis Interleaver サブシステムおよび Trellis Deinterleaver サブシステムはともに、207 + 48 = 255 バイトの遅延を (BufferBuffer ブロックから) システムに差し込むことに注意してください。Trellis Deinterleaver サブシステムの出力は、フレーム整列で 159バイト遅延し、下流のサブシステムが受信した最初の 2 フレームが無視されることになります。後続のサブシステムにこのフレーム遅延を通知するため、Trellis Deinterleaver サブシステムはフレームの有効フラグを作成し、下流のサブシステムに渡します。

  • たたみ込みデインターリーバー

Convolutional DeinterleaverConvolutional Deinterleaver ブロックは、送信機の Convolutional InterleaverConvolutional Interleaver ブロックに相当し、同一の構成をとります。Convolutional InterleaverConvolutional Interleaver ブロックおよび Convolutional DeinterleaverConvolutional Deinterleaver ブロックはともに 10608 バイトの遅延をシステムに差し込むことに注意してください。結果として、サブシステムは Convolutional DeinterleaverConvolutional Deinterleaver ブロックの出力を、パケット整列で 156 バイト遅延させ、下流のサブシステムが受信した最初の 52 パケットは無視されることになります。後続のサブシステムにこのパケット遅延を通知するには、Convolutional Deinterleaver サブシステムでパケットの有効フラグを作成し、下流のサブシステムにそれを渡します。

  • リード・ソロモン復号器

Reed-Solomon DecoderReed-Solomon Decoder ブロックは、送信機の Reed-Solomon EncoderReed-Solomon Encoder ブロックに相当し、同一の構成をとります。このブロックには、2 番目の出力端子があり、処理済みのパケットに対しての補正が行われたバイト数を示します。

  • 逆ランダマイザー

このサブシステムは、送信機の Randomizer サブシステムに相当します。この疑似乱数バイト列を生成するブロックは、Randomizer サブシステムのブロックと同様のものです。MPEG-2 sync バイトは、逆ランダム化後に各パケットに挿入され、MPEG-2 トランスポート パケットを形成します。

結果と表示

Error Rate CalculationError Rate Calculation ブロックは、送信された MPEG-2 トランスポート パケット データと、復号化された MPEG-2 トランスポート パケット データを比較して、システムのバイト誤り率を測定します。このシステムには合計 54 パケット、つまり、10152 バイトの遅延があることに注意してください。これによりブロックの Receive delay パラメーターが指定されます。

システムの性能を調べるには、以下にリストされているように、含まれている可視化ブロックを使用します。

  • MPEG-2 Bit Rate (Mbit/s) の表示

  • Receiver 8-PAM Constellation Diagram の表示

  • Receiver Spectrum の表示

  • Number of Corrected Bytes の表示

  • Number of Defective Packets の表示

  • System Byte Error Rate の表示

その他の調査

モデルを読み込むと、ワークスペース変数 prmATSCEsNo フィールド値を変更することにより異なる S/N 比 (SNR) を設定し、システムの性能を見ることができます。以下のコンポーネントは、モデル化されていませんが、これらの組み込みを試すことができます。

  • データ セグメントおよびデータ フィールドの同期

  • マルチパス フェージング チャネルおよび周波数オフセットなどのチャネル障害

  • 受信機の搬送波再生および均等化

参考文献

  1. Advanced Television Systems Committee, ATSC Digital Television Standard A/53, Part 2 - RF/Transmission System Characteristics, Washington, D.C., Jan. 3, 2007.

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