102Научно-технические разработки

предыдущая статья | оглавление | в архив | следующая статья



Рекомендации по внедрению DVB эфирного вещания


С.Н. Песков, зам. директора по науке компании “Контур-М”, к.т.н.
И.А. Колпаков, ген. директор компании “Контур-М”
Теле-Спутник - 2(136) Февраль 2007 г.


Вопросам цифрового эфирного вещания (DVB-T и DVB-H) в настоящее время уделяется очень серьезное внимание как в нашей стране, так и за рубежом. Настоящая статья является первой из серии публикаций, направленных на рассмотрение практических вопросов расчета, инсталляции и эксплуатации цифровых вещательных сетей. Отдельно будут выделены и особенности DVB-H вещания, которое по темпам своего внедрения может опередить DVB-T.
При проектировании DVB эфирных сетей (T – Terrestrial – наземное вещание; H – Handheld – мобильное вещание) в обязательном порядке рассматриваются следующие вопросы:

  • выбор режима работы DVB сети (режим работы и формат модуляции, иерархический и неиерархический режимы, скорости потоков, мультиплексирование, источники сигналов, степень компрессии и т.п.);
  • базовое сетевое планирование (одночастотная SFN или многочастотная MFN сеть, число передатчиков и зоны покрытия, виды предоставляемых услуг, определение скорости кодирования – CR и защитного интервала – ?Т, определение числа каналов, расчет числа и режимов работы ретрансляторов и т.п.);
  • расчет DVB дистрибутивных сетей (базовые аспекты начального распределения, централизованное/ децентрализованное формирование сигнала COFDM, выбор типа цифровой оптической сети – PDH/SDH/ATM/IP и др., вопросы временной синхронизации, контроль и мониторинг сети и т.п.);
  • расчет зон покрытия и совместимость сетей (включая аналоговое вещание) с учетом предоставляемых сервисных услуг и условий приема;
  • расчет передающей антенной системы (возможность/ невозможность работы на общую антенну с аналоговым вещанием, антенная развязка и фильтрация, канальное и диапазонное сложение мощностей, многоканальное распределение, интермодуляция, мощностные потери, диаграмма направленности и коэффициент усиления передающей антенны, и т.п.);
  • собственно сетевое планирование (коллективный и индивидуальный прием, расчет теневых зон и зон интерференции, перераспределение скоростей цифровых потоков на локальных ретрансляторах и т.п.).
Сразу отметим, что грамотное сетевое планирование оптимальных и экономичных DVB-H сетей (как правило, они все работают в режиме SFN с предоставлением целого набора сервисных услуг) намного сложнее, чем традиционных DVB-Т сетей, и под силу только высококвалифицированным специалистам широкого профиля (необходимы глубокие знания как в области цифровых технологий, так и высокочастотной аналоговой техники, в части приемно-передающих устройств). В силу этого, характерные вопросы проектирования DVB-Н сетей будут вынесены в рамки отдельных публикаций.
Изложение ориентировано на читателей, знакомых с аналоговыми системами кабельного телевидения (СКТ), но имеющих только общие понятия цифровых технологий вещания.
DVB-Т система ориентирована на использование MPEG-2 сигналов, в силу чего необходима соответствующая адаптация цифрового кодированного транспортного потока (TS) к различным характеристиками эфирного канала. Основным достоинством DVB-Т вещания в сравнении с аналоговым является возможность построения SFN сетей практически с любой зоной покрытия. Сразу отметим, что DVB-Н сети строятся только по SFN структуре. В силу этого, для достижения максимальной спектральной эффективности при максимальной гибкости к разным условиям эксплуатации в DVB-T используются:
  • базовая COFDM модуляция с двумя режимами: 2k (1705 несущих) или 8k (6817 несущих);
  • высокочастотная цифровая модуляция несущей с одним из трех форматов: QPSK (2 бита на несущую, b = 2), 16QAM (b = 4) и 64QAM (b = 6);
  • набор относительных скоростей кодирования, реализуемых в сверточном кодере (CR = 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8);
  • набор длительностей защитного интервала (?Т = 1/4, 1/8, 1/16, 1/32);
  • неиерархическая или иерархическая модуляция и модуляционный параметр ? (? = 1, 2, 4)1.
Возможность использования иерархической модуляции с разным модуляционным параметром ? (только для форматов модуляции 16QAM и 64QAM) позволяет передавать в одном канале два информационных входных транспортных потока – низкого и высокого приоритета, с различной защитой от ошибок. Такая важная особенность допускает одновременную передачу разных программ с различной защитой от ошибок и различными зонами охвата (покрытия). Основные параметры DVB-Т системы представлены в таблице1.
Защитные интервалы предусмотрены для устранения возможных интерференционных помех, возникающих при наличии основного (полезного) и мешающих сигналов (сигналы переотражений и сигналы от соседних передатчиков в SFN). Длительность защитного интервала ?Т (см. таблицу 1) рекомендуется выбирать исходя из максимального расстояния R между рассматриваемым и мешающим передатчиками, задействованными в данной SFN:
Т[мкс]=R[км]/0,3 (1)

Практические имитации показали, что для больших зон покрытия SFN необходима длительность защитного интервала, по крайней мере, в 200 мкс.
Очевидно, что более длинный защитный интервал сможет скомпенсировать более длинные (задержанные) эхо-сигналы. Однако следует помнить, что удлинение ?Т без изменения абсолютной длительности сигнала TS ведет к сокращению длительности полезной символьной части TU (TS = ?T + TU) и, следовательно, к уменьшению пропускной способности канала, снижая тем самым доставляемую скорость передачи данных (С ПД). С другой стороны, одновременное увеличение длительности защитного интервала ?Т и полезного интервала TU не вызвала бы снижения пропускной способности канала (сохранение отношения TU/TS), но привело бы к более сложному процессу сигнальной обработки. В соответствии с таблицей 1 существуют два разных режима в зависимости от количества несущих. Длительность полезного интервала для режима 8k составляет 896 мкс, а для режима 2k – 224 мкс. Из-за ортогональности системы это соответствует разносу между несущими в 1116 и 4464 Гц соответственно.
Сверточное кодирование с разными относительными скоростями (CR) позволяет адаптировать защиту от ошибок к конкретным условиям распространения и приема сигналов и совпадает с системой DVB-S. Система с CR = ? обладает самой высокой помехозащищенностью передачи сигнала, но в то же время самой низкой скоростью полезной информации (таблица 2). Такая скорость задается в системах, работающих в условиях сильных интерференционных помех. И, наоборот, система с CR = 7/8 обладает наименьшей помехозащищенностью (требует наибольших значений C/N), но максимальной скоростью передачи информации.
Гауссовская модель канала предполагает канал без отражений, с равномерным белым шумом.
Модель Райса – тракт с отражениями, но с преобладанием прямого распространения сигнала.
Модель Релея – канал исключительно с отраженными сигналами.
Иерархическая модуляция является важной особенностью, предусмотренной стандартом DVB-T. Как известно, качество аналоговых TV сигналов по мере удаления от центра вещания снижается постепенно (рис.1). Совсем по-иному ведут себя цифровые сигналы. Качес-тво приема сохраняется неизменным до определенной точки, именуемой границей зоны покрытия. За этой критической точкой наблюдается полный сбой приема сигнала, так как условия приема ухудшаются в прогрессии.
Для решения этой проблемы передаваемые данные могут быть разделены на два потока (рис.2). В первом, с относительно низкой скоростью передачи данных и высокой защитой от ошибок, передаются основные TV услуги. Второй, с повышенными скоростями передачи данных и более слабой защитой от ошибок, может быть использован для дополнительных услуг. В общем случае имеются две возможности для использования второго потока. С одной стороны, там могут передаваться дополнительные программы, с другой – можно использовать повышенную скорость передачи для повышения качества основных ТВ услуг, например, для добавления расширенного гида использования формата ТВЧ или просто для выделения каждой программе большей транспортной полосы.
Уровень защиты от ошибок может регулироваться выбором относительных скоростей сверточного кодирования. Оба потока данных модулируются одновременно. Каждая несущая модулируется двумя информационными символами с различный уровнем защиты от ошибок. Символ с повышенной защитой модулируется посредством использования более гибкого метода модуляции. Он несет информацию о квадранте констелляционной точки в фазовом пространстве. Другой символ дает информацию о расположении этой констелляционной точки в пределах каждого квадранта. Недостатком изложенного метода является необходимость полной раздельной сигнальной обработки каждого из потоков. На рис. 3 показаны констелляционные диаграммы для иерархической модуляции с модуляционным параметром ? = 1 (равномерная модуляция) и ? = 2 (рис. 3б).Полезная скорость передачи данных в сети (таблица 2 и рис. 4) зависит от заданных режимов работы сети, то есть от относительной скорости сверточного кодирования, метода модуляции несущей и длительности защитного интервала:
R u = R s• b • CRCR rs (T u/ T s) (2)где:
RU – полезная скорость передачи данных сети, Мбит/с;
RS = 6,75 Мсимв/с – символьная скорость;
b – число битов в несущей ( например, 4 для 16 QAM) ;
CR – относительная скорость сверточного кодирования;
CRRS = 188/204 – скорость кодирования Рида-Соломона;
TU – длительность полезной символьной части;
TS – символьная длительность, включая защитный интервал ?Т (TS = ?T + TU);
TU /TS= 4/5, 8/9, 16/17 или 32/33 в зависимости от длительности защитного интервала ?Т.
На рис. 5 представлена обобщенная диаграмма требуемого отношения несущая/шум (C/N2) и скорости передачи данных как функции формата модуляции, скорости кодирования, длительности защитного интервала и типа канала для режимов DVB-T.

Авторы с удовольствием ответят на все вопросы и замечания, высказанные по данной статье.

Литература:
1. ETSI EN 300 744 v1.5.1 (2004-11). Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channel coding and modulation for digital terrestrial television (DVB-T).
2. ETSI EN 302 304 v1.1.1 (2004-11). Digital Video Broadcasting (DVB); Transmission System for Handheld Terminals (DVB-H).
3. ETSI TR 101 190 v1.2.1 (2004-11). Digital Video Broadcasting (DVB); Implementation guidelines for DVB terrestrial services; Transmission aspecte.
ETSI TR 102 377 v1.2.1 (2005-11). Digital Video Broadcasting (DVB); DVB-H Implementation Guidelines.


 
Теле-Спутник Февраль 2007
наверх
 



Уважаемые посетители!
В связи с полной реконструкцией Архива, возможны ситуации, когда текст будет выводиться не полностью или неправильно (отсутсвие статей в некоторых номерах это не ошибка). Если заметите какие-то ошибки, то, пожалуйста, сообщите нам о них. Для связи можете воспользоваться специальной формой:

Номер журнала: *
Страница: *
Дополнительные сведения: *
Желательно четко опишите замеченную проблему - это поможет быстрее ее решить.
Мы не отвечаем на вопросы! Их следует задавать на нашем форуме!
Антиспам: * Нажмите мышкой на синий квадрат:


Поля, помеченные звездочкой (*)
обязательны для заполнения





Новый сайт