شکل ۱-۲ : مدلی از کانال مراقبت در رادار پسیو
۱-۳- ساختار پایان نامه
در این پایان نامه در فصل دوم ابتدا به معرفی سیگنالینگ DVB-T و بررسی تابع ابهام آن و روش­های بهبود آن خواهیم پرداخت سپس در فصل سوم روش­های وفقی حذف تداخل و الگوریتم­های مربوطه معرفی و بررسی خواهد شد سپس به معرفی آشکارساز مورد نظر جهت کشف اهداف خواهیم پرداخت. در فصل چهارم نتایج شبیه­سازی­های انجام شده در تولید سیگنال DVB-T و بهبود تابع ابهام آن ارائه خواهد شد و در نهایت نتایج شبیه­سازی­های انجام شده جهت حذف سیگنال­های تداخل با بهره گرفتن از روش­های وفقی ارائه شده و چگونگی عملکرد الگوریتم­های مورد نظر از جهت توانایی حذف سیگنال­های تداخل و کشف اهداف مورد بررسی قرار گرفته و نتایج مربوطه ارائه خواهد شد.
۲- آشنایی با سیگنالینگDVB-T و تابع ابهام آن
۲-۱- مقدمه­ای بر سیگنالینگ DVB-T
نیازهای تجاری برای توسعه و پیشرفت پخش دیجیتالی زمینی به سال­های ۱۹۹۴ بر می­گردد. هدف در آن زمان، قابلیت دریافت سیگنال دیجیتالی زمینی توسط آنتن­های منصوب بر روی پشت بام­ها بود و گیرنده­های متحرک درون ساختمانی و یا موبایل در اولویت نبودند. استاندارد DVB-T (پخش تلویزیون دیجیتال توسط فرستنده­های زمینی) برای اولین بار توسط ETSI^[8] در سال ۱۹۹۷ به صورت رسمی برای پخش دیجیتالی زمینی منتشر شد و برای اولین بار در سال ۱۹۹۸ در بریتانیا به صورت عملی مورد استفاده قرار گرفت. بعد از بررسی و تحقیق­های انجام شده در این زمینه مشخص شد که به علت انعطاف­پذیری DVB-T، این سیستم­ها علاوه بر آنتن­های پشت بامی، قابلیت پوشش شبکه­ هایی با گیرنده­های متحرک درون ساختمانی و یا موبایل را نیز دارند. در استاندارد DVB-T صدا، تصویر و سایر داده ­های دیجیتالی فشرده شده به روش MPEG-2^[9] با بهره گرفتن از سیستم CODFM (OFDM^[10] همراه با کدینگ کانال) در باند UHF^[11] و VHF^[12] و روی کانال­هایی با پهنای باند ۵ تا ۸ مگاهرتز انتقال داده می­شوند. استفاده از COFDM از آن جهت است که این سیستم با شرایط چند مسیرگی به خوبی کنار می ­آید. در سیستم OFDM برای ارسال اطلاعات به جای استفاده از یک فرکانس حامل از چند فرکانس حامل استفاده می­ شود و داده ­ها به صورت دیجیتالی بر روی این حامل­ها مدوله می­شوند. در DVB-T دو انتخاب برای تعداد حامل­ها وجود دارد که به عنوان مودهایk2 و k8 شناخته می­شوند. در مود k2 تعداد کل حامل­ها ۲۰۴۸ =۱۰۲۴×۲ و تعداد حامل­های فعال ۱۷۰۵ و تعداد حامل­های حاوی اطلاعات ۱۵۱۲ می­باشد. تعداد حامل­های نظیر در مود k8 به ترتیب ۸۱۹۲=۱۰۲۴×۸ و ۶۸۱۷ و ۶۰۴۸ می­باشد بنابراین طول FFT^[13] مورد نیاز برای مودهای k2 و k8 به ترتیب برابر ۲۰۴۸ و ۸۱۹۲ می­باشد. فاصله بین حامل­ها در هریک از این دو مود به ترتیب برابر با ۴ و ۱ کیلوهرتز است. مود k2 مناسب برای حالت­های تک ارسالی یا شبکه ­های ارسال کننده تک فرکانسی با فواصل پایین فرستنده­ها می­باشد در حالی که مود k8 علاوه بر این حالت­ها برای شبکه ­های با فواصل بالای فرستنده­ها نیز مناسب است. مدولاسیون­های مورد استفاده در DVB-T یکی از مدولاسیون­های QPSK^[14]، ۱۶QAM^[15] و ۶۴QAM بوده و بسته به پارامترهای مدولاسیون و کدینگ انتخابی نرخ بیت­های ارسالی بین ۵Mbit/sec تا ۳۲Mbit/sec می­باشد. در هر کشور با توجه به نیاز کاربران و مقتضیات اقتصادی پارامترهای مناسب از استاندارد DVB-T انتخاب می­گردد. این پارامترها شامل پهنای باند هر کانال (۶، ۷ و ۸ مگاهرتز)، بازه زمانی محافظ (نسبت­های ۱ به ۴، ۱ به ۸، ۱ به ۱۶ و ۱ به ۳۲)، نرخ کدینگ و نوع مدولاسیون می­باشد. قابل توجه است که در DVB-T با افزایش پهنای باند، انتخاب نوع مدولاسیون، افزایش نرخ کدینگ و یا با کاهش بازه زمانی محافظ مورد استفاده در فریم­های OFDM می­توان نرخ ارسال داده را افزایش داد. استاندارد DVB-T توسط بسیاری از کشورها از جمله ایران به عنوان استاندارد همگانی پخش تلویزیون دیجیتال زمینی پذیرفته شده است [۸-۱۰-۱۹-۲۰-۲۱-۲۲].

استاندارد متعاقب DVB-T که انعطاف بیش­تری جهت پخش تصاویر با وضوح بالا (HD^[16]) را فراهم می ­آورد تحت عنوان DVB-T2 شناخته می­ شود. در ادامه به بررسی لایه فیزیکی DVB_T پرداخته و مروری بر جزییات این استاندارد خواهیم داشت [۱۹-۲۰-۲۳-۲۴].
۲- ۲- بررسی لایه فیزیکی DVB-T
در شکل شماره ۲-۱ ساختار کلی فرستنده در سیستم DVB-T و در شکل شماره ۲-۲ همین ساختار با جزییات بیش­تر نشان داده شده است [۳]. مشخص است که داده اولیه پس از عبور از مراحل مختلفی آماده برای ارسال می­باشد که این مراحل در حالت کلی عبارتند از مالتی­پلکسینگ، کدینگ و اینترلیوینگ ،که در دو مرحله خارجی و داخلی انجام می­ شود، ساخت فریم، مدولاسیون OFDM و اعمال زمان محافظ. در این بخش قسمت­ های مختلف این ساختار با جزییات مورد بررسی قرار خواهند گرفت [۲۵].

شکل۲- ۱: ساختار کلی فرستنده DVB-T
شکل ۲ -۲: جزییات ساختار فرستنده DVB-T
۲-۲-۱- MPEG و مالتی­پلکس کانال­ها
با توجه به نرخ بالای اطلاعات در تلویزیون دیجیتال (شامل اطلاعات صدا و تصویر)، نیاز به روش­های فشرده­سازی اطلاعات (کدینگ منابع) به شدت احساس می­ شود. یکی از مهم­ترین این روش­ها MPEG می­باشد که کارایی بسیار مناسبی داشته و برای فشرده­سازی صوت و تصویر به کار می­رود. در این روش همان­طور که از شکل ۲-۲ نیز مشخص است ابتدا اطلاعات مربوط به چند کانال تلویزیونی که شامل داده، تصویر و صدا می­باشد به صورت جداگانه برای هر کانال به روش MPEG-2 فشرده می­شوند و سپس این دنباله­ها که اصطلاحاً به آن­ها MPEG-PS^[17] نیز گفته می­ شود با یکدیگر مالتی­پلاکس می­شوند و دنباله خروجی MPEG-TS^[18] را تولید می­ کنند. هر TS^[19] دنباله­ای پیوسته از بسته­هایی با طول ۱۸۸ بایت می­باشد که ۴ بایت اول حاوی اطلاعات مربوط به header بسته بوده و مهم­ترین آن­ها بایت sync^[20] (۴۷.Hex) می­باشد [۱۹].

شکل۲- ۳: دنباله خروجی MPEG-2
۲-۲-۲- Splitter
در سیستم DVB-T می­توان دو رشته اطلاعات مختلف را با بهره گرفتن از تکنیکی که مرسوم به ارسال سلسله مراتبی^[۲۱] است به طور هم­زمان ارسال نمود. ارسال سلسله مراتبی بدین معنا است که می­توان دو رشته داده را به صورت مستقل توسط یک سیگنال اما با مدولاسیون­های متفاوت ارسال کرد، برای مثال می­توان برای یک رشته داده از مدولاسیون QPSK (اولویت بیش­تر) و برای رشته دیگر از مدولاسیون ۱۶QAM (اولویت کم­تر) استفاده کرد. در نهایت پایداری در برابر خطا برای دو رشته داده متفاوت خواهد بود. اگرچه رشته داده با اولویت بیش­تر دارای نرخ بیت ارسالی کم­تر می­باشد اما دارای مزیت قابلیت دریافت صحیح در SNR^[22]های پایین است. حالت استفاده از مدولاسیون ۱۶QAM که همان رشته داده با اولویت کم­تر است دارای نرخ بیت ارسالی بیش­تری نسبت به حالت قبل بوده اما برای دریافت صحیح نیاز به SNRهای بالا دارد. به عنوان مثال می­توان از DVB-T برای ارسال سیگنال SDTV^[23] و سیگنال HDTV^[24] بر روی یک حامل مشترک استفاده کرد. در این حالت در گیرنده در صورتی که کیفیت سیگنال دریافتی به اندازه کافی بالا نباشد به علت پایدارتر بودن سیگنال SDTV، این سیگنال دیکد می­ شود و در غیر این صورت می­توان سیگنال HDTV را دیکد نمود [۱۹].
۲-۲-۳- Scrambler
بعد از کد کردن اطلاعات منبع، بسته­های MPEG تولید شده وارد بلوک scrambler شده و همبستگی بین داده ­ها با رندوم کردن ترتیب و چیدمان بایت­های اطلاعاتی از بین می­رود. شکل ۲-۴ ساختار scrambler/descrambler مورد استفاده را نشان می­دهد.

شکل ۲-۴: ساختار scrambler در DVB-T
همان طور که مشاهده می­ شود چند جمله­ای مولد دنباله باینری شبه تصادفی (PRBS^[25]) در این scrambler به صورت X¹⁴+ X¹⁵+1 تعریف می­ شود و shift register مورد استفاده با دنباله ۱۰۰۱۰۱۰۱۰۰۰۰۰۰۰ مقدار دهی اولیه می­ شود و لازم به ذکر است که این مقدار دهی باید به فاصله هر ۸ بسته MPEG تکرار شود. برای تامین توانایی مقدار دهی اولیه سیگنال برای descrambler، بایت همزمان­سازی (sync) رشته MPEG-2 مربوط به اولین بسته ارسالی از گروه ۸ بسته ارسالی به صورت بیت به بیت از ۴۷Hex به B8Hex (  ) تبدیل می­ شود و این امر در ابتدای هر ۸ بسته تکرار می­ شود. اولین بیت در خروجی مولد دنباله باینری شبه تصادفی باید به اولین بیت (MSB^[26]) از اولین بایت داده که به دنبال بایت  (B8Hex) آمده است اعمال شود. برای حفظ مابقی توابع هم­زمانی، ارسال بایت­های sync در دیگر ۷ بسته ارسالی ادامه می­یابد اما به نحوی که خروجی دنباله باینری شبه تصادفی disabled بوده و این بایت­ها غیرتصادفی باقی بمانند، به همین دلیل طول دنباله باینری شبه تصادفی مطابق شکل ۲-۵ برابر با ۱۵۰۳ بایت می­باشد [۱۹].

شکل ۲-۵: فرمت دنباله خروجی scrambler
۲-۲-۴- کدینگ و اینترلیوینگ خارجی
کدینگ و اینترلیوینگ خارجی بر روی بسته ورودی اعمال می­ شود (شکل ۲-۳). ابتدا کدینگ و سپس اینترلیوینگ انجام می­ شود. برای انجام کدینگ خارجی، کدینگ RS(204,188,t=8)^[27] که درواقع نسخه مختصر شده RS(255,239,t=8) می­باشد بر روی تمام بسته­های ارسالی (۱۸۸ بایتی) اعمال می­ شود. این کدینگ بر روی بایت sync نیز باید اعمال شود (چه به صورت ۴۷HEX باشد چه به صورت B8HEX).
توجه: کدینگ RS(204,188,t=8) دارای طول ۲۰۴ بایت و بعد ۱۸۸ بایت بوده و دارای قابلیت تصحیح حداکثر ۸ بایت خطای رندوم از ۲۰۴ بایت دریافتی می­باشد.
چندجمله­ای­های مولد کد و مولد میدان در این کدینگ به صورت زیر تعریف می­شوند:

برای پیاده­سازی کدینگ مختصر شده می­توان ۵۱ بایت تماماً صفر در ابتدای بسته­ها، قبل از بایت­های اطلاعاتی، در ورودی رمزگذار RS(255,239,t=8) اضافه کرد. بعد از اعمال کدینگ بدون توجه به این ۵۱ بایت صفر باید مراحل را ادامه داد. شکل ۲-۶ فرمت دنباله ارسالی بعد از انجام کدینگ خارجی را نشان می­دهد.

شکل ۲- ۶: دنباله ارسالی بعد از کدینگ خارجی
در ادامه اینترلیوینگ خارجی (convolutional interleaving) با عمق ۱۲ به صورت بایتی مطابق شکل ۲-۷ بر روی بسته­های کد شده انجام می­ شود. اینترلیور شامل ۱۲ شاخه می­باشد که هر شاخه jام باید به صورت یک شیفت رجیستر First-In, First-Out با عمق j×M عمل کند (M=204/12=17). برای حفظ هم­زمانی بایت sync و  باید همواره در شاخه صفر ارسال شوند. شکل ۲-۸ فرمت دنباله خروجی حاصل اینترلیوینگ خارجی را نشان می­دهد. دی­اینترلیور مانند اینترلیور اما با شماره شاخه­ های برعکس عمل می­ کند [۱۹].

شکل ۲-۷: بلوک دیاگرام اینترلیوینگ خارجی و دی­اینترلیوینگ

شکل ۲-۸: دنباله ارسالی بعد از اینترلیوینگ خارجی
۲-۲-۵- کدینگ داخلی
برای کدینگ داخلی از کد کانولوشن مادر با نرخ ۲/۱ و کدهای کانولوشن پنچر شده با نرخ­های ۳/۲، ۴/۳، ۶/۵ و ۸/۷ استفاده می­ شود که این امرکمک به انتخاب نرخ مناسب، وابسته به میزان تصحیح و بیت ریت مورد نظر می­ کند. چند جمله­ای مولد کد مادر برای خروجی­های X و Y به ترتیب به صورت G1=171OCT و G2=133OCT تعریف می­ شود که X و Y دو خروجی رمزگذار کانولوشن هستند. شکل ۲-۹ نشان دهنده ساختار کد کانولوشن مادر مورد استفاده در DVB-T با نرخ ۲/۱ می­باشد. در جدول شماره ۲-۱ اطلاعات مربوط به کدهای کانولوشن مورد استفاده و رشته ارسالی آن­ها ارائه شده است [۱۹].

شکل ۲-۹: ساختار کد کانولوشن مادر با نرخ ۲/۱
جدول شماره ۲-۱: اطلاعات کد کانولوشن با نرخ­های متفاوت

با توجه به جدول فوق X1 اول فرستاده می­ شود. در شروع یک ابر فریم (ابر فریم شامل ۴ فریم می­باشد) مهم­ترین بیت sync یا  باید به عنوان داده ورودی در شکل ۲-۹ استفاده شود. اولین بیت کد شده از سمبل (به صورت کانولوشنی) مربوط به X1 می­باشد [۱۹].
۲-۲-۶- اینترلیوینگ داخلی
اینترلیوینگ داخلی در دو مرحله صورت می­گیرد. ابتدا bit-wise interleaving (اینترلیوینگ بر روی بیت) و سپس symbol interleaving (اینترلیوینگ بر روی سمبل) انجام می­ شود که هر دو مرحله به صورت بلوکی پیاده سازی می­شوند. در ادامه این دو مرحله را توضیح خواهیم داد [۱۹].
۲-۲-۶-۱- اینترلیوینگ داخلی روی بیت­ها
این مرحله فقط بر روی داده مفید اعمال می­ شود. دراین مرحله در حالت ارسال غیر سلسله مراتبی دنباله ورودی اینترلیور به v زیر دنباله تقیسم می­ شود (دی مالتی پلکسینگ). v برای مدولاسیون­های QPSK، ۱۶-QAM و ۶۴-QAM به ترتیب برابر ۲، ۴ و ۶ می­باشد. در حالت ارسال سلسله مراتبی دنباله با اولویت بیش­تر به ۲ زیردنباله و دنباله با اولویت کم­تر به v-2 زیردنباله تقیسم می­ شود. شکل ۲-۱۰ روش تشکیل زیردنباله­های مذکور در این حالت را نشان می­دهد. در این شکل بیت­های ورودی x_di در حالت غیر سلسله مراتبی طبق رابطه ۱ و در حالت سلسله مراتبی طبق روابط ۲و ۳ به بیت­های خروجی b_e,do نگاشته می­شوند.

که در روابط فوق پارامترها به صورت زیر تعریف می­شوند: