ATSC デジタルテレビ

この例では次を使用します。

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エラーレートを含む、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エラーレート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 = 

  struct with fields:

          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: [1 152 185 240 5 111 99 6 220 112 ... ] (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べきではありません。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シーケンスは、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・ソロモン符号化器

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)Integer-Input RS 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Integer-Output RS 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。

畳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 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M-PAM Modulator Baseband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 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Convolutional Encoder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 符号化器から 3312 の 3 ビット出力を生成し、各符号化器は 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

M-PAM Modulator Baseband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 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、ワークスペース変数 prmATSC に格納されています。Es/No の値は、約 0.0039 のバイトエラーレートを生成する、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

M-PAM Demodulator Baseband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M-PAM Modulator Baseband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 3 分の 2 レートのViterbi 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じ制御ブロックにより、どのViterbi 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 (Buffer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。

畳み込みデインターリーバー

Convolutional Deinterleaverブロックは、送信機のConvolutional Interleaverブロックに相当し、同一の構成をとります。Convolutional InterleaverブロックおよびConvolutional 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 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・ソロモン復号化器

Integer-Output RS Decoderブロックは、送信機のInteger-Input RS 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シーケンス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 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、システムのバイトエラーレートを測定します。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 スコープ
Receiver Spectrum スコープ
Number of Corrected Bytes の表示
Number of Defective Packets の表示
System Byte Error Rate の表示

モデルを実行します。スコープが、ATSC 受信コンスタレーションとスペクトルを示します。

その他の調査

モデルを読み込むと、ワークスペース変数 prmATSC の EsNo 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、システムパフォーマンス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劣化要因
受信機の搬送波再生および均等化

参考文献

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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