Кабельные сети считаются средой, более защищенной от помех по сравнению с эфирными или спутниковыми каналами, поэтому там используется более слабая помехозащита и допускается модуляция с высокой кратностью. По сравнению с DVB-S в DVB-C исключена внутренняя1 кодозащита, в частности наложение сверточного кода, применяемого в спутниковом и эфирном DVB вещании. Для декодирования сверточного кода традиционно используется декодер Viterby, реализующий один из возможных алгоритмов декодирования сверточного кода. Название декодера иногда ошибочно распространяют и на сверточный кодер. Но это лирическое отступление, так как в стандарте DVB-C его не применяют, ограничиваясь внешней кодозащитой. Внешней она называется потому, что, в отличие от внутренней, реализуется не в модемах, а в кодерах и декодерах, оперируя с немодулированным потоком MPEG-2 TC. Она включает ряд процедур, в том числе наложение укороченного кода Рида-Соломона, позволяющего закодировать пакет стандартной длины в 188 байт с использованием 8 дополнительных, контрольных байт. В результате пакеты транспортного потока увеличивается до 204 байт.
Формирование модулированного сигнала и предшествующая ему раскладка битов по символам выполняются в модуляторе.
Стандарт прописывает применение квадратурной амплитудной модуляции QAM (КАМ), использующей модуляцию несущей и по фазе, и по амплитуде. В зависимости от условий передачи могут выбираться разные кратности модуляции. Стандарт допускает использование модуляций от QAM 16 до QAM 256. Кратность указывает число символов (состояний модулируемой несущей), используемых для передачи данных. Количество бит, передаваемых одним символом, определяется из выражения 2х= Y, то есть как Х = log2Y где Х — количество бит, а Y — кратность модуляции. Таким образом при QAM 16 один символ передает 4 бита, а при QAM 256 — 8 бит.
В качестве примера на рисунке приведены констеляционные диаграммы (созвездия символов) для модуляций QAM 16, QAM 32 и QAM 64 (стандарт стр.14). Положение символа на констеляционной диаграмме в графической форме отображает амплитуду и фазы несущей, модулированной этим символом.

Не будем подробно останавливаться на процедуре распределения битов по символам, скажем только, при этом учитывается разряд (вес) бита в соответствующем байте транспортного потока. Размещение символов в поле констеляционной диаграммы выполняется таким образом, чтобы расстояние между каждыми символами определялось весом бит, которыми они различаются. Символы, различающиеся старшими битами, разнесены дальше, а соседние символы различаются наименее значимыми битами транспортного потока. Два верхних бита каждой группы определяют квадрант констелляционного поля. Алгоритмы распределения, разумеется, стандартизированы. Затем для каждого символа вычисляется составляющие I и Q (его проекции на оси ординат и абсцисс), и эта информация передается на ЦАП, который переводит обе составляющие в аналоговую форму. Точность преобразования зависит от числа разрядов, используемых при вычислении I и Q, от числа отсчетов, используемых для его вычисления, также от величины амплитудных искажений, обусловленных помехами радиотехнического характера. Затем края полученных импульсов скругляются фильтром Найквиста, с фиксированным в стандарте коэффициентом скругления ?=0,15. В результате их спектр слегка размазывается, и продолжительность символа удлиняется на 15 %. Полученные импульсы используются для модуляции ПЧ.
Аппаратная реализация этого процесса может быть разной. Иногда используется отдельный цифро-аналоговый преобразователь, а иногда функции ЦАП и модуляции реализуются единой микросхемой, методом DDS (Direct Digital Synthesis).
О процедурах кодирования и модуляции можно подробнее прочитать, например, в [1], а о характеристиках модуляторов в [2], где изложены требования и к большинству других компонентов головной станции.

Состав головной станции
Состав головной станции при цифровой ретрансляции может быть даже более разнообразным, нежели при аналоговой. Он зависит не только от источников сигналов передаваемых в сеть, но также и от способа их преобразования. Последнее касается ретранслируемых сигналов.
Рассмотрим основные варианты таких преобразований.

Транскодирование
Простейший вариант — ретрансляция всего MPTS пакета, принятого со спутника или из эфира. Для этой цели нужно поменять модуляцию и систему помехозащитного кодирования, то есть демодулировать поток, сняв при этом внутреннюю (интегрированную в модем) систему кодозащиты, сформировать новый поток, модулированный в QAM, и перенести его на частоту выбранного канала. Это задача-минимум, которую выполняют простейшие трансмодуляторы. Более продвинутые модели позволяют также отфильтровывать ненужные элементарные потоки (PID) и редактировать служебные таблицы. Отфильтровываться могут целые программы или отдельные составляющие программ, например аудиопотоки на иностранных языках и сообщения ECM и ЕММ для системы доступа. В некоторых старых моделях отфильтрованные потоки замещались пустыми битами, то есть они просто оказывались недоступными для приема, а снижения суммарной скорости не происходило. В более новых моделях отфильтрованные потоки ничем не замещаются. Что касается служебных таблиц, то в случае фильтрации PID-ов редактированию подлежат таблицы PAT — с PID-ами всех таблиц PMT, сами таблицы PMT для частично или полностью удаленных программ и таблица SDT с описанием услуг. Кроме того, должна быть изменена таблица NIT, в которую вместо параметров транспондеров, относящихся к спутниковой сети, из которой был принят пакет, должны быть занесены частоты, используемые для цифрового вещания в кабельной сети. Эти данные нужны абонентскому приемнику для настройки на нужный канал. Кроме того, любое преобразование сигнала приводит к сбою периодичности PCR, которая восстанавливается перенесением их на надлежащие расстояния. Такие трансмодуляторы есть в линейках головного оборудования Ikusi, Blankom, WISI и других компаний. Что касается последних версий трансмодуляторов WISI OV 75, то они уже поддерживают простейшие функции ремультиплексирования, позволяя компоновать выходной поток из двух входных.

Ремультиплексирование
Ремультиплексирование — более сложная процедура, предусматривающая демультиплексирование входных пакетов и формирование новых пакетов из их компонентов.
Подробная статья [3] о разновидностях и характеристиках мультиплексеров была опубликована в январском «Теле-Спутнике» за этот год и уже выложена в архиве на сайте журнала.
Наиболее распространенный вариант построения головной станции с ремультиплексированием показан на рис. 2. В качестве примера взято оборудование китайской компании CTI — типичного производителя бюджетных решений для сетей DVB.

Каналы с переменной скоростью потока
При ремультиплексировании каналов, принимаемых со спутника, возникает еще проблема переменной скорости кодирования программ. Часть каналов распространяет через спутники версии, специально предназначенные для ретрансляции. Они передаются отдельным потоком и с постоянной скоростью. Но многие каналы предлагают кабельным операторам брать сигнал из какого-нибудь спутникового пакета, например «НТВ-Плюс». А практически все такие пакеты формируются с применением статистического мультиплексирования. То есть ширина потока, выделяемого каждой программе, динамически меняется в зависимости от сюжета, в то время как суммарная полоса, занимаемая пакетом, остается неизменной. Это позволяет спутниковым операторам экономить около 20% частотного ресурса, но оборачивается серьезным неудобством при ремультиплексировании каналов, так как при расчете полосы трудно учесть возможные флуктуации скоростей всех программ, вводимых в новый пакет.
В принципе, при настройке системы статистического мультиплексирования для каждого канала, входящего в состав пакета, устанавливается минимальный и максимальный пороги скорости. Но эта информация, как правило, не публикуется.
Есть несколько решений этой проблемы. Первый — использование трансрейтера, - устройства, позволяющего гасить скоростные пики ремультиплексируемых пакетов без декомпрессии составляющих. Это достигается, во-первых, за счет динамического снижения скорости некоторых программ методом, описанным в [3] а, во-вторых, задержкой кратковременных пиков в буфере. Этот метод удобен, но дорог, и позволяет снизить скорость в пределах 25%.
Более радикальный способ оптимизировать скорость — декодировать каналы до SDI и затем закодировать их заново в режиме CBR (с постоянной скоростью кодирования). По этому принципу реализовано перекодирование, например, в платформе Pro Stream от Harmonic, ориентированной на обслуживание сетей с разной пропускной способностью каналов.
Еще один способ — декодирование сигнала до аналога и повторное кодирование с постоянной скоростью. Перекодирование через аналог портит видеосигнал больше, чем перекодирование через SDI, и единственным преимуществом такого подхода является наличие дешевого оборудования с аналоговыми интерфейсами.И, наконец, если есть свободный частотный ресурс, то можно просто заложить достаточный запас по ширине полосы. Какой же запас можно считать достаточным? Рекомендации выглядят следующим образом: необходимо несколько дней отслеживать скорости программ, планируемых к включению в пакет, определить максимальную скорость для каждой и добавить 20%. Такой запас кажется чрезмерным, однако эта рекомендация устойчиво повторяется разными практиками.
Разумеется, возможны и промежуточные решения — перекодирование части программ, характеризующихся широкой полосой и сильными всплесками (например, спортивных). Но надо отдавать себе отчет, что это приведет к снижению качества картинки.
Основное препятствие к использованию этой методики — отсутствие анализатора потока, позволяющего собрать данные о скорости за несколько дней. Анализаторы с потоков с такими возможностями небольшим операторам не по карману. Классические анализаторы проводят трехуровневый анализ — контролируя качество РЧ сигнала, НЧ потока MPEG-2 TS и видеосигнала. В рамках контроля потока MPEG-2 TS они выявляют наличие в нем ошибок2 и позволяют формировать различную статистику. Такие анализаторы выпускаются такими компаниями, как Textronix, Rohde&Schwarz, JDSU и Pixelmetrix. Рассматривать их возможности здесь нет смысла из-за неактуальности такой аппаратуры для небольших операторов. На относительно небольшие кабельные сети ориентирован, пожалуй, только один анализатор из попадавшихся в поле нашего зрения — портативный прибор TT 4010 от Tandberg’a, с возможностями которого можно ознакомиться на сайте производителя. Правда, существуют еще программные анализаторы (ProgDVB и AltDVB), устанавливаемые на ПК и работающие вместе с платами для приема DVB-S (аналогичные платы начали выпускаться и для DVB —С). Их возможности очень ограничены, они позволяют измерять скорости в интервале до получаса, но, в принципе, выбрав несколько показательных сюжетов, можно получить представление о характере скоростных скачков и с помощью этих программ. C распространением DVB-С потребность в недорогих анализаторах будет расти, и можно надеяться, что скоро появятся более совершенные программные решения, способные собирать более объемную статистику и выявлять ошибки на уровне транспортного потока.
В случае перекодирования в СBR запас по скорости должен быть минимальным, например, 200-300 кбит/с. Он предназначен компенсировать возможную неравномерность поступления потоков из буферов кодеров и мультиплексера.

Порядок расчета «кабельного» пакета программ
Предлагаемый порядок расчета пропускной способности одного канала практически полностью взят из форума «кабельное ТВ» на сайте «Теле-Спутника» [4].
Сначала надо определить полезную битовую скорость.
Информационная скорость зависит от ширины полосы (стандартные 8 МГц для одного пакета) и от выбранной кратности модуляции. Модулятор, в зависимости от реализации, может допускать дискретное или непрерывное изменение символьной скорости и, соответственно, полосы передачи. Нужно выбрать полосу, не превышающую 7,96 МГц, оставив небольшой запас по краям полосы в 8 МГц. Это исключит искажения сигналов ПАВ фильтров демодулятора на приемной стороне. Выберем, например, полосу в 7,92 МГц (один из вариантов, рекомендованных стандартом). Для определения скорости передачи символов и ширины выбранной полосы надо учесть 15-процентное расплывание символов за счет скругления их АЧХ фильтром Найквиста. Для взятого примера скорость составит 7,92 /1,15 = 6,89 МБод3.
Чтобы по символьной скорости определить битовую первую, необходимо умножить на количество бит, передаваемых одним символом. Так, если выбрана модуляция 64 QAM, то битовая скорость потока составит 6.89*6=41,34 Мбит/с. А чтобы определить полезную скорость, следует вычесть контрольные биты, добавляемые при наложении помехозащитного кода Рида-Соломона. В нашем случае полезная скорость составит 41.34*188/204=38,1 Мбит/с. Если планируется передача VBR кодированных программ, то надо оставить запас 7,5 Мбит/с (20 %), если CBR, то 200-300 кбит/с, а если смешанный пакет, то промежуточную величину.
Затем надо посчитать скорости программ, которые предполагается мультиплексировать в один пакет. В большинстве случаев нет необходимости передавать все компоненты принимаемых программ, в частности могут быть исключены лишние аудиопотоки, сообщения ECM и EMM от снятой системы доступа и, возможно, какие-то сервисные потоки. В этом случае пакет надо собирать на уровне элементарных потоков. Величина видео- и аудиопотоков при VBR определяется анализаторами, а при CBR - настройками кодеров.
В последнем случае скорость видео в зависимости от кодера и характера программ составит 3-6 Мбит/с. Нижняя граница 3-3,5 достигается только с помощью качественных кодеров от таких компаний, как Scientific-Atlanta, Harmonic, Tandberg и некоторых других. Дешевые кодеры часто сделаны на базе устаревших чипсетов и не позволяют сжимать поток ниже 5 Мбит /с. Стандартный стерео аудиоканал потребует 256 кбит/с, а моно — в два раза меньше Скорость остальных потоков также незначительная, и в отсутствии анализатораможет быть учтена приблизительно.
В [4] приведены следующие величины:
Служебные таблицы в зависимости от количества передаваемых программ потребуют от 200 до 400 кбит/с. В случае сохранения «спутниковой» системы доступа (или наложения собственной) в потоке будут передаваться сообщения EMM и ECM, на которые уйдет примерно столько же — 200-400 кбит/с. Телетекст съест по 200-250 кбит/с на каждую программу.
Затем пакет «набивается» программами до достижения установленного потолка. В процессе могут слегка корректироваться выбранные скорости программ — изменяться скорость выходных потоков кодеров или режим работы трансрейтера. В случае прямой ретрансляции принятых потоков теоретически можно поискать другой спутниковый пакет, в котором этот же канал передается с более подходящей скоростью.
Но на практике такой вариант неактуален, так как в договоре с ретранслируемым каналом прописывается источник сигнала, которым должен пользоваться кабельный оператор.
В среднем «кабельный» пакет вмещает 8-10 ТВ программ, хотя в каждом случае их число определяется индивидуально.
В последней части статьи мы планируем рассмотреть критерии выбора системы доступа и ряд вопросов, связанных с распространением DVB сигналов по кабельным сетям.