Стандарт DVB-S. Система цифрового ТВ вещания.
Стандарт DVB-S. Спутниковое (SAT) TV вещание было и остается самым быстрым, надежным и экономичным способом подачи TV сигнала высокого качества в любую точку обширного пространства.
Все вещательные искусственные спутники Земли (ИСЗ) размещаются на так называемой геостационарной орбите (ГО) – круговой орбите высотой ~36000 км в плоскости экватора. Находясь на ГО, спутник неподвижен относительно поверхности Земли, т.к. вращается с той же угловой скоростью, что и Земля. Зона видимости геостационарной ИСЗ – около одной трети земной поверхности.
Для SAT вещания выделены специальные участки радиочастотного спектра в сантиметровом диапазоне волн, где допускается повышенная плотность потока мощности с ИСЗ. Наиболее освоен участок K U-диапазона с частотами 11,7…12,5 ГГц. Вещательную мощность ИСЗ в данной точке приема принято характеризовать эквивалентной изотропно излучаемой мощностью (Р ЭИИМ), представляющей собой произведение выходной мощности передатчика ИСЗ на коэффициент усиления передающей антенны в данном направлении. Р ЭИИМ обычно выражается в дБ?Вт (dBW) и обычно составляет 45…60 dBW. В соседних диапазонах 10,7…11,7 ГГц и 12,5…12,75 ГГц вещают спутники так называемой фиксированной спутниковой службы с типовыми значениями Р ЭИИМ 38…52 dBW.
Одной из особенностей применения ИСЗ является ограниченность энергетического потенциала спутникового ретранслятора, в силу чего в SAT вещании традиционно используют методы обработки, требующие минимального отношения несущая/шум (C/N) на входе демодулятора в обмен, например, на полосу частот сигнала. В аналоговом вещании это был выбор частотной модуляции (вместо аналоговой), а в цифровом вещании приходится применять мощное каскадное помехоустойчивое кодирование и модуляцию с невысокими кратностями (например, QPSK вместо более высокоскоростной 16 QAM). Дополнительной особенностью цифрового SAT вещания является тот факт, что многопрограммное вещание осуществляется за счет мультиплексирования в цифровом потоке, а работа передатчика ИСЗ осуществляется только на одной несущей в нелинейном режиме, что позволяет повысить его выходную мощность на 2,5…4 dB. Такое повышение энергетики эквивалентно уменьшению диаметра рефлектора приемной антенны в 2 раза в сравнении с приемом сигналов аналогового вещания.
В 1994г. в рамках консорциума DVB Project был создан Европейский стандарт спутниковой цифровой системы многопрограммного TV вещания - стандарт DVB-S, работающий в полосе частот 11/12 ГГц (European Standard EN 300 421 v.1.1.2, 1997-08). Для целей SAT вещания выделены полосы частот в диапазонах 12, 29, 40 и 85 ГГц. В диапазонах 40 ГГц и 85 ГГц выделен спектр частот шириной в 2 ГГц.
В октябре 1996г. был принят проект Рекомендации по общим функциональным требованиям к многопрограммным системам SAT вещания в полосе частот 11/12 ГГц, а уже в октябре 1999г. был выработан проект новой Рекомендации, учитывающей, что в мире существуют четыре схожие по архитектуре системы: стандрат DVB-S (Система А), DSS (Система В), G1-MPEG-2 (Система С) и ISDB- S (Система D).
Система А (стандарт DVB-S) разработана европейским консорциумом DVB Project и предназначена для доставки служб многопрограммного TV вещания или ТВЧ в частотных диапазонах фиксированной и радиовещательной SAT служб (10,7…12,75 ГГц) с их непосредственным приемом на домашние интегральные приемники-декодеры, а также на приемники, подключенные к системам с SAT коллективными ТВ антеннами SMATV (Satellite Master Antenna TV), и систем кабельного телевидения (СКТ) при первичном и вторичном распределениях программ TV вещания. В настоящее время практическое все цифровое SAT TV вещание на все пять континентов осуществляется по стандарту DVB-S.
Существует два основных способа цифровой передачи SAT сигналов:
передача N сжатых цифровых сигналов на N несущих;
мультиплексирование N сжатых цифровых сигналов и их передача на одной несущей.
Число программ TV вещания, которое можно передавать с помощью одного спутникового транспондера, зависит от требуемой скорости передачи информации, компонентного или композитного формата кодирования для источника сигнала, качества и разрешающей способности исходного изображения, критичности алгоритма сжатия к некоторым видам изображений и требуемого качества восстановленного изображения.
Достижения в области сжатия данных позволяет организовать большое количество цифровых высококачественных ТВ каналов с относительно низкими скоростями (менее 1 Мбит/с, что эквивалентно 20-25 TV каналов в стандартной полосе SAT канала величиной 27 МГц). Во многих случаях допустима и скорость в 400 кбит/с, что эквивалентно не менее 60 TV каналов с одного транспондера.
Структурная схема передающей части стандарта DVB-S показана на рис.1. На передающей стороне выполняются следующие преобразования потока данных для его адаптации к каналу:
транспортное мультиплексирование и рандомизация для дисперсии энергии;
внешнее кодирование с помощью кода Рида-Соломона ( RS);
сверточное перемежение и внутреннее кодирование с использованием выколотого сверточного кода;
формирование сигнала в основной полосе частот и его модуляция.
Для SAT систем TV вещания характерны ограниченная мощность передаваемого сигнала и, следовательно, повышенная чувствительность к воздействию шумов и интерференционных помех. Совместное использование энергетически эффективной квадратурной фазовой модуляции QPSK и каскадного кодирования для канала на базе укороченного кода RS и сверточного кода в сочетании с алгоритмом декодирования Витерби с мягким решением обеспечивает высокую помехоустойчивость системы в условиях воздействия шумовых и интерференционных помех, а также нелинейности бортового ретранслятора (т.е. возможности работы при повышенной мощности). Благодаря согласованной фильтрации и прямому исправлению ошибок, высокое качество приема достигается даже в экстремальных условиях, когда уровень минимального сигнала близок к значениям, соответствующим пороговым значениям отношений несущая/шум (C/N) и несущая/интерференционная помеха (C/I). При этом гарантируется не более одной ошибки в час, что эквивалентно вероятности ошибок около 10 -10…10 -11 на входе демультиплексера MPEG-2 в приемнике-декодере.
Для согласования передаваемого сигнала с полосой и энергетическими характеристиками конкретного транспондера устанавливается требуемое соотношение BW/Rs, где BW – полоса транспондера по уровню – 3 dB, Rs – скорость передаваемых символов. Так, для модуляции QPSK, скорости сверточного кода R и скорости RS-кода 188/204, соответствующая скорость передачи информационных символов составит:
RU = R(2Rs)(188/204) = 1,843 R Rs.
Для данной скорости символов Rs может быть выбрано одно из 5 значений кодовой скорости внутреннего сверточного кода, что соответственно изменяет полученную скорость символов RU и спектральную эффективность системы CU=RU/BW. Возможные варианты соотношения скоростей передачи R, Rs, RU и эффективности CU от полосы транспондера при BW/Rs = 1,28 для QPSK модуляции приведены в табл.1.
Структурна схема блоков адаптации к каналу стандарта DVB-S на передающей и приемной сторонах показаны на рис.2. Как уже отмечалось выше, основным видом модуляции в стандарте DVB-S принята QPSK (в отечественной литературе иногда именуется как ФМ-4), хотя в отдельных случаях могут использоваться 8 PSK (ФМ-8) и даже 16 QAM (КАМ-16). Применение помехоустойчивого кодирования позволяет значительно снизить требуемое для работы демодулятора с QPSK отношение Еб/N0 (отношение энергии в одном байте информации к мощности шума, см. рис.3), а для модуляции большей кратности пороговое значение Еб/N0 оказывается несколько выше (табл.2).
Спутниковый стандарт DVB-S, DVB-S2, DVB-C, DVB-T, DVB-H
-
Administrator
- Сообщения: 161377
- Зарегистрирован: 27 июн 2011 19:11
- Пол: Мужской
- Зодиак:: Овен
- Страна:: Украина
- Имя: Роман
- Мой телевизор :: BRAVIS LED-39G5000 + T2 , BRAVIS LED-1697 bleck, Liberton D-LED 3225 ABHDR,
- Мой ресивер:: STRONG 4450, Gi HD Mini, Trimax TR-2012HD plus (Т2), Beelink W95 (2Гб/16Гб), X96 X4 (905X4/2GB/16GB)
- Мои спутники:: 4°W,5°E,13°E - ( Два штука ) + 36°E KУ
- Благодарил (а): 7658 раз
- Поблагодарили: 26288 раз
-
Administrator
- Сообщения: 161377
- Зарегистрирован: 27 июн 2011 19:11
- Пол: Мужской
- Зодиак:: Овен
- Страна:: Украина
- Имя: Роман
- Мой телевизор :: BRAVIS LED-39G5000 + T2 , BRAVIS LED-1697 bleck, Liberton D-LED 3225 ABHDR,
- Мой ресивер:: STRONG 4450, Gi HD Mini, Trimax TR-2012HD plus (Т2), Beelink W95 (2Гб/16Гб), X96 X4 (905X4/2GB/16GB)
- Мои спутники:: 4°W,5°E,13°E - ( Два штука ) + 36°E KУ
- Благодарил (а): 7658 раз
- Поблагодарили: 26288 раз
Спутниковый стандарт DVB-S, DVB-S2, DVB-C, DVB-T, DVB-H
Стандарт DVB-S2
Стандарт [1] системы второго поколения (DVB-S2) для видеовещания, интерактивных услуг, сбора новостей и других широкополосных спутниковых (SAT) приложений является дополнением к широко используемому стандарту [2] SAT-вещания DVB-S. Новый стандарт был разработан консорциумом DVB Project (Digital video Broadcasting Project – Проект цифрового видеовещания – организация, занимающаяся разработкой стандартов в области цифрового телевидения для Европы) и детально технически исследован Совместным Техническим комитетом (JТС – Joint Technical Committee) радиовещания Европейского Союза радиовещания (RBU – European Broadcasting Union), Европейским комитетом по электротехнической стандартизации CENELEC и Европейским Институтом Телекоммуникационных Стандартов (ETSI – European Telecommunications Standards).
Основные характеристики DVB-S2
DVB-S2 – это DVB спецификация для широкополосных SAT применений второго поколения, разработанная на базе отработанных технологий DVB-S [2] и DVB-DSNG (Digital Satellite News Gathering – цифровая спутниковая видео журналистика). Под DSNG обычно понимают передвижные системы передачи TV информации с мест событий, именуемые системами сбора новостей. Система DVB-S2 разрабатывалась в основном для:
услуг TV вещания стандартной четкости (SDTV) и TV высокой четкости (ТВЧ или HDTV);
интерактивных услуг, включая доступ в Internet;
профессиональных приложений. Для всех этих приложений DVB-S2 использует последние достижения как в модуляции, так и в кодировании канала, что позволяет увеличить пропускную способность порядка 30% и более в сравнении с DVB-S. В пределах передаваемого потока данных может использоваться широкий набор адаптивного кодирования, модуляции и уровней защиты от ошибок (т.е. скорости кодирования). Посредством реверсного канала (а это может быть любой физический канал, включая и телефонные линии), информирующего передатчик о фактических условиях приема, могут быть оптимизированы параметры передачи для каждого индивидуального пользователя в режиме вещания “точка-точка”.
Для достижения компромисса между излучаемой мощностью и спектральной эффективностью, в DVB-S2 предусматривается расширенное число скоростей кодирования (1/4, 1/3, 2/5, 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6, 8/9 и 9/10) при различных форматах модуляции (QPSK, 8PSK, 16APSK и 32APSK). Так, скорости кодирования 1/4, 1/3 и 2/5 были введены для работы в комбинации с QPSK модуляцией для наихудших условий связи, когда уровень сигнала ниже уровня шума (рис.1). Форматы QPSK и 8PSK предлагаются для приложений вещания и могут использоваться в SAT транспондерах, работающих в режиме, близкому к насыщению. Формат 32АPSK предусматривает линейный режим работы транспондера и требует повышенных значений C/N, в силу чего он, в основном, используется для профессиональных приложений, хотя и является самым широкополосным. Формат 16АPSK при ограниченных требованиях к линейности транспондера (используются специальные схемы предыскажений) может находить широкий диапазон приложений, включая и TV вещание. Констелляции 16АPSK и 32АPSK оптимизированы для работы по нелинейному транспондеру размещением точек на окружностях (рис.2). Однако их рабочие характеристики на линейном канале совместимы с традиционными форматами 16 QAM и 32 QAM соответственно.
Благодаря выбору модуляционной констелляции и скоростей кодирования, доступны эффективности спектра Ru от 0,5 до 4,5 бит/с/Гц (см. рис.1). В DVB-S2 предусмотрено три коэффициента скругления спектра (фактор roll-off): ? = 0,35 (как и в DVB-S), ? = 0,25 и ? = 0,2 (приближение к прямоугольной форме), что дополнительно увеличивает пропускную способность, хотя и предъявляет большие требования к линейности транспондера.
Системные исполнения DVB-S2
Система DVB-S2 может использоваться в конфигурациях “одна несущая в транспондере” или “много несущих в транспондере” (используется FDM – частотное мультиплексирование). Очевидно, что при одной несущей символьная скорость передачи Rs будет соответствовать полосе пропускания транспондера (BW=Rs). При наличии же нескольких несущих, Rs будет соответствовать выделенному частотному диапазону данной услуги. Максимальное же число предоставляемых услуг будет ограничено как полосой транспондера и требуемой скоростью каждой из предоставляемых услуг, так и допустимым уровнем взаимных помех между смежными несущими. При одной несущей, в зависимости от выбранной скорости кодирования и модуляционной констелляции, система может работать при C/N от -2,4 dB (используя QPSK 1/4) до 16 dB (используя 32АPSK 9/10). Результаты расчетов смодулированы на компьютере (рис.3) для вероятности ошибки пакета 10-7 как для DVB-S2. так и для DVB-S/DVB-DSNG, и соответствуют примерно одному ошибочному пакету TS информации за час передачи TV услуги на скорости 5 Мбит/с. При традиционном канале с гауссовым шумом увеличение пропускной способности составляет 20-35% в сравнении с DVB-S и DVB-DSNG при тех же условиях передачи или улучшение на 2…2,5 dB условия приема при той же эффективности спектра Ru.
На рис.4 представлена спектральная эффективность DVB-S2 для постоянной SAT полосы пропускания BW = Rs·(1 + ?) c гауссовым шумовым каналом при идеальной демодуляции. Кривые рис.4 не учитывают ухудшение характеристик, ожидаемое на спутниковом канале из-за изменения формы спектра сигнала, обязанное уменьшению фактора roll-off (?). Для DVB-DSNG принято ? = 0,35, как наихудший случай (возможно и ? = 0,25). Рис. 4
Для режимов APSK (т.е. с амплитудной и фазовой модуляциями) возможно введение предыскажений на приемной стороне, что позволяет использовать каскад SAT усилителей в режиме, близкому к насыщению, тем самым увеличивая выходную мощность, что особенно важно для режима 32 APSK. Для таких случаев используют специальные профессиональные малошумящие конвертеры (LNC), цена на которые выше, чем на бытовые конвертеры.
При множестве несущих в конфигурации ретранслятора введение схемы предыскажений не приносит должного результата ни для одной из схем модуляции. Исходя из этого, приходится снижать выходную мощность передатчика (т.е. работать в квазилинейном режиме), в результате чего снижается и реализуемое значение C/N.
Режимы, совместимые с обратным направлением, определены стандартом DVB-S2 [1] в одном спутниковом канале связи для двух информационных TS. Первый поток (с высоким приоритетом - НР) совместим как с DVB-S [2], так и с DVB-S2 приемниками. Второй же поток (с низким приоритетом - LP) совместим только с DVB-S2 приемниками. Наличие двух потоков вызвано неизбежностью наличия довольно длительного переходного периода от DVB-S к DVB-S2 ввиду большого количества уже используемых DVB-S приемников. Только в конце миграционного периода, когда будет наблюдаться полная модуляция DVB-S2 приемников, излучаемый сигнал может быть изменен к несовместимому с реверсным направлением режиму, используя таким образом полный потенциал пропускной способности DVB-S2. Совместимость реверсных направлений может быть осуществлена по двум технологиям:
? С многоуровневой модуляцией в асинхронном режиме. Такой рабочий режим является традиционным для любого ВЧ канала, в силу чего он и не нашел отражения в спецификации DVB-S2. При этом DVB-S сигнал передается на значительно более высоком уровне мощности в сравнении с DVB-S2. Так как результирующий комбинированный сигнал подвергается значительным амплитудным изменениям огибающей, то он должен передаваться на квазилинейном транспондере, т.е. в режиме, далеком от режима насыщения. Как вариант, с целью наилучшего использования SAT источников энергии, НР и LP сигналы могут усиливаться независимыми спутниковыми усилителями (НРА), работающими вблизи режима насыщения. Результирующие сигналы затем суммируются на канале нисходящего потока. Однако, такой подход требует разработки и запуска спутников нового поколения.
? Иерархическая модуляция, при которой два НР и LP информационных TS синхронно комбинируются на символьном уровне модуляции на неравномерной 8PSK констелляции. Так как результирующий сигнал в этом случае будет иметь квазипостоянную огибающую (отсутствие амплитудной модуляции), то он может быть передан на единственном транспондере, работающем вблизи режима насыщения. Такое решение включено в стандарт DVB-S2 как опция.
Иерархическая модуляция, предусматривает использование двух параллельных каналов (рис.5): DVB-S и DVB-S2. По второму каналу (LP – низкий приоритет) увеличивается размерность констелляции до неравномерной 8PSK (рис.6). Из всех возможных конфигураций DVB-S2 потока разрешается только нормальная конфигурация FEC фрейма с 64 800 битами (720 слотов ? 90 бит). Угол девиации q (рис.6) может изменяться по требованию пользователя: большие углы ? улучшают C/N по отношению к LP и понижают C/N для НР.
Для справочной информации, в табл.1 приведено отношение скоростей передачи данных (в %) LP/HP. В техническом отчете [5] приведена формула для расчета требуемого C/NLP для низкоприоритетного потока:
C/NLP = C/NQPSK - 3 + ?L + M (1)
где: C/NQPSK заимствуется из [1] (см. табл.2) для пакетной вероятности ошибки в 10-7 (канал AWGN);
М – конструктивный коэффициент запаса (минимальное значение М = 0,8 dB);
?L = -20lg(sin?) На рис.7 представлены требуемые C/N для НР и LP потоков в зависимости от угла ? для неуниформной 8PSK констелляции при различных скоростях кодирования. Короткими точками на рис.7 указаны границы реализации режима реверсного канала. Фактически, с увеличением угла ?, констелляция становится более похожей на стандартную 8PSK (рис.2). Приведенные расчеты выполнены для наихудшего случая (? = 0,2) при символьной скорости в 20 Мбод.
Рис. 7
Заинтересованным читателям наша компания “Контур-М” вышлет программу (Excel) по расчету C/N и скоростей цифровых потоков.
Адаптивное кодирование и модуляция (АСМ) является “изюминкой” DVB-S2. Такой режим работы применим для приложений класса “точка-точка” (двухточечные приложения, например, IP вещание в один адрес или DSNG). Суть режима АСМ сводится к тому, что в зависимости от приема сигнала (например, наличия дождя), меняется режим работы модулятора DVB-S2, т.е. изменяются скорость кодирования (SR) и формат модуляции, вследствие чего меняется и требуемое C/Nтреб у абонента. Проще говоря, режим АСМ позволяет достигать максимальной скорости цифрового потока для любых погодных условий. Порог C/N устанавливается на приемной стороне потребителем данной услуги (рис.8) за счет непрерывного измерения C/N + I (отношение несущая/шум + помеха) и посылки измеренного значения на вещательную наземную передающую станцию посредством реверсного канала. При этом параметры кодирования и модуляции могут изменяться от кадра к кадру. Рис. 8
Чтобы избежать переполнения принимаемой информации во время плохих условий приема (SR понижается), устанавливается механизм управления скоростями информационных потоков. Иными словами, осуществляется автоматическая адаптация полезного трафика к физическим возможностям канала. Критической проблемой в системах АСМ является временная задержка в петле адаптации физического уровня, поскольку это непосредственно связано с системной возможностью отслеживания изменений состояния канала. Так, значительные временные задержки могут приводить или к потере некоторых кадров при резком ухудшении прохождения сигнала (плохие погодные условия, обычно это не более 1 dB в секунду) или к потере потенциальной пропускной способности канала. Сознательное же увеличение защитного порога срабатывания системы АСМ (по аналогии с АРУ) приведет к экономической нецелесообразности ее использования.
Отметим, что механизм работы системы АСМ довольно сложен, особенно на уровне подсистемы для поддержки АСМ с MPEG-TS (например, мультиплексирование аудио, видео, мультимедиа и IP потоков с CBR и VBR), где осуществляется добавление и удаление нулевых пакетов с формированием CBR (TS с постоянной скоростью). Но, не смотря на всю сложность системы АСМ, в зависимости от параметров линии связи и ее конфигурации, она позволяет увеличить пропускную способность до 200% в сравнении с ССМ (постоянство кодирования и модуляции).
Стандарт [1] системы второго поколения (DVB-S2) для видеовещания, интерактивных услуг, сбора новостей и других широкополосных спутниковых (SAT) приложений является дополнением к широко используемому стандарту [2] SAT-вещания DVB-S. Новый стандарт был разработан консорциумом DVB Project (Digital video Broadcasting Project – Проект цифрового видеовещания – организация, занимающаяся разработкой стандартов в области цифрового телевидения для Европы) и детально технически исследован Совместным Техническим комитетом (JТС – Joint Technical Committee) радиовещания Европейского Союза радиовещания (RBU – European Broadcasting Union), Европейским комитетом по электротехнической стандартизации CENELEC и Европейским Институтом Телекоммуникационных Стандартов (ETSI – European Telecommunications Standards).
Основные характеристики DVB-S2
DVB-S2 – это DVB спецификация для широкополосных SAT применений второго поколения, разработанная на базе отработанных технологий DVB-S [2] и DVB-DSNG (Digital Satellite News Gathering – цифровая спутниковая видео журналистика). Под DSNG обычно понимают передвижные системы передачи TV информации с мест событий, именуемые системами сбора новостей. Система DVB-S2 разрабатывалась в основном для:
услуг TV вещания стандартной четкости (SDTV) и TV высокой четкости (ТВЧ или HDTV);
интерактивных услуг, включая доступ в Internet;
профессиональных приложений. Для всех этих приложений DVB-S2 использует последние достижения как в модуляции, так и в кодировании канала, что позволяет увеличить пропускную способность порядка 30% и более в сравнении с DVB-S. В пределах передаваемого потока данных может использоваться широкий набор адаптивного кодирования, модуляции и уровней защиты от ошибок (т.е. скорости кодирования). Посредством реверсного канала (а это может быть любой физический канал, включая и телефонные линии), информирующего передатчик о фактических условиях приема, могут быть оптимизированы параметры передачи для каждого индивидуального пользователя в режиме вещания “точка-точка”.
Для достижения компромисса между излучаемой мощностью и спектральной эффективностью, в DVB-S2 предусматривается расширенное число скоростей кодирования (1/4, 1/3, 2/5, 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6, 8/9 и 9/10) при различных форматах модуляции (QPSK, 8PSK, 16APSK и 32APSK). Так, скорости кодирования 1/4, 1/3 и 2/5 были введены для работы в комбинации с QPSK модуляцией для наихудших условий связи, когда уровень сигнала ниже уровня шума (рис.1). Форматы QPSK и 8PSK предлагаются для приложений вещания и могут использоваться в SAT транспондерах, работающих в режиме, близкому к насыщению. Формат 32АPSK предусматривает линейный режим работы транспондера и требует повышенных значений C/N, в силу чего он, в основном, используется для профессиональных приложений, хотя и является самым широкополосным. Формат 16АPSK при ограниченных требованиях к линейности транспондера (используются специальные схемы предыскажений) может находить широкий диапазон приложений, включая и TV вещание. Констелляции 16АPSK и 32АPSK оптимизированы для работы по нелинейному транспондеру размещением точек на окружностях (рис.2). Однако их рабочие характеристики на линейном канале совместимы с традиционными форматами 16 QAM и 32 QAM соответственно.
Благодаря выбору модуляционной констелляции и скоростей кодирования, доступны эффективности спектра Ru от 0,5 до 4,5 бит/с/Гц (см. рис.1). В DVB-S2 предусмотрено три коэффициента скругления спектра (фактор roll-off): ? = 0,35 (как и в DVB-S), ? = 0,25 и ? = 0,2 (приближение к прямоугольной форме), что дополнительно увеличивает пропускную способность, хотя и предъявляет большие требования к линейности транспондера.
Системные исполнения DVB-S2
Система DVB-S2 может использоваться в конфигурациях “одна несущая в транспондере” или “много несущих в транспондере” (используется FDM – частотное мультиплексирование). Очевидно, что при одной несущей символьная скорость передачи Rs будет соответствовать полосе пропускания транспондера (BW=Rs). При наличии же нескольких несущих, Rs будет соответствовать выделенному частотному диапазону данной услуги. Максимальное же число предоставляемых услуг будет ограничено как полосой транспондера и требуемой скоростью каждой из предоставляемых услуг, так и допустимым уровнем взаимных помех между смежными несущими. При одной несущей, в зависимости от выбранной скорости кодирования и модуляционной констелляции, система может работать при C/N от -2,4 dB (используя QPSK 1/4) до 16 dB (используя 32АPSK 9/10). Результаты расчетов смодулированы на компьютере (рис.3) для вероятности ошибки пакета 10-7 как для DVB-S2. так и для DVB-S/DVB-DSNG, и соответствуют примерно одному ошибочному пакету TS информации за час передачи TV услуги на скорости 5 Мбит/с. При традиционном канале с гауссовым шумом увеличение пропускной способности составляет 20-35% в сравнении с DVB-S и DVB-DSNG при тех же условиях передачи или улучшение на 2…2,5 dB условия приема при той же эффективности спектра Ru.
На рис.4 представлена спектральная эффективность DVB-S2 для постоянной SAT полосы пропускания BW = Rs·(1 + ?) c гауссовым шумовым каналом при идеальной демодуляции. Кривые рис.4 не учитывают ухудшение характеристик, ожидаемое на спутниковом канале из-за изменения формы спектра сигнала, обязанное уменьшению фактора roll-off (?). Для DVB-DSNG принято ? = 0,35, как наихудший случай (возможно и ? = 0,25). Рис. 4
Для режимов APSK (т.е. с амплитудной и фазовой модуляциями) возможно введение предыскажений на приемной стороне, что позволяет использовать каскад SAT усилителей в режиме, близкому к насыщению, тем самым увеличивая выходную мощность, что особенно важно для режима 32 APSK. Для таких случаев используют специальные профессиональные малошумящие конвертеры (LNC), цена на которые выше, чем на бытовые конвертеры.
При множестве несущих в конфигурации ретранслятора введение схемы предыскажений не приносит должного результата ни для одной из схем модуляции. Исходя из этого, приходится снижать выходную мощность передатчика (т.е. работать в квазилинейном режиме), в результате чего снижается и реализуемое значение C/N.
Режимы, совместимые с обратным направлением, определены стандартом DVB-S2 [1] в одном спутниковом канале связи для двух информационных TS. Первый поток (с высоким приоритетом - НР) совместим как с DVB-S [2], так и с DVB-S2 приемниками. Второй же поток (с низким приоритетом - LP) совместим только с DVB-S2 приемниками. Наличие двух потоков вызвано неизбежностью наличия довольно длительного переходного периода от DVB-S к DVB-S2 ввиду большого количества уже используемых DVB-S приемников. Только в конце миграционного периода, когда будет наблюдаться полная модуляция DVB-S2 приемников, излучаемый сигнал может быть изменен к несовместимому с реверсным направлением режиму, используя таким образом полный потенциал пропускной способности DVB-S2. Совместимость реверсных направлений может быть осуществлена по двум технологиям:
? С многоуровневой модуляцией в асинхронном режиме. Такой рабочий режим является традиционным для любого ВЧ канала, в силу чего он и не нашел отражения в спецификации DVB-S2. При этом DVB-S сигнал передается на значительно более высоком уровне мощности в сравнении с DVB-S2. Так как результирующий комбинированный сигнал подвергается значительным амплитудным изменениям огибающей, то он должен передаваться на квазилинейном транспондере, т.е. в режиме, далеком от режима насыщения. Как вариант, с целью наилучшего использования SAT источников энергии, НР и LP сигналы могут усиливаться независимыми спутниковыми усилителями (НРА), работающими вблизи режима насыщения. Результирующие сигналы затем суммируются на канале нисходящего потока. Однако, такой подход требует разработки и запуска спутников нового поколения.
? Иерархическая модуляция, при которой два НР и LP информационных TS синхронно комбинируются на символьном уровне модуляции на неравномерной 8PSK констелляции. Так как результирующий сигнал в этом случае будет иметь квазипостоянную огибающую (отсутствие амплитудной модуляции), то он может быть передан на единственном транспондере, работающем вблизи режима насыщения. Такое решение включено в стандарт DVB-S2 как опция.
Иерархическая модуляция, предусматривает использование двух параллельных каналов (рис.5): DVB-S и DVB-S2. По второму каналу (LP – низкий приоритет) увеличивается размерность констелляции до неравномерной 8PSK (рис.6). Из всех возможных конфигураций DVB-S2 потока разрешается только нормальная конфигурация FEC фрейма с 64 800 битами (720 слотов ? 90 бит). Угол девиации q (рис.6) может изменяться по требованию пользователя: большие углы ? улучшают C/N по отношению к LP и понижают C/N для НР.
Для справочной информации, в табл.1 приведено отношение скоростей передачи данных (в %) LP/HP. В техническом отчете [5] приведена формула для расчета требуемого C/NLP для низкоприоритетного потока:
C/NLP = C/NQPSK - 3 + ?L + M (1)
где: C/NQPSK заимствуется из [1] (см. табл.2) для пакетной вероятности ошибки в 10-7 (канал AWGN);
М – конструктивный коэффициент запаса (минимальное значение М = 0,8 dB);
?L = -20lg(sin?) На рис.7 представлены требуемые C/N для НР и LP потоков в зависимости от угла ? для неуниформной 8PSK констелляции при различных скоростях кодирования. Короткими точками на рис.7 указаны границы реализации режима реверсного канала. Фактически, с увеличением угла ?, констелляция становится более похожей на стандартную 8PSK (рис.2). Приведенные расчеты выполнены для наихудшего случая (? = 0,2) при символьной скорости в 20 Мбод.
Рис. 7
Заинтересованным читателям наша компания “Контур-М” вышлет программу (Excel) по расчету C/N и скоростей цифровых потоков.
Адаптивное кодирование и модуляция (АСМ) является “изюминкой” DVB-S2. Такой режим работы применим для приложений класса “точка-точка” (двухточечные приложения, например, IP вещание в один адрес или DSNG). Суть режима АСМ сводится к тому, что в зависимости от приема сигнала (например, наличия дождя), меняется режим работы модулятора DVB-S2, т.е. изменяются скорость кодирования (SR) и формат модуляции, вследствие чего меняется и требуемое C/Nтреб у абонента. Проще говоря, режим АСМ позволяет достигать максимальной скорости цифрового потока для любых погодных условий. Порог C/N устанавливается на приемной стороне потребителем данной услуги (рис.8) за счет непрерывного измерения C/N + I (отношение несущая/шум + помеха) и посылки измеренного значения на вещательную наземную передающую станцию посредством реверсного канала. При этом параметры кодирования и модуляции могут изменяться от кадра к кадру. Рис. 8
Чтобы избежать переполнения принимаемой информации во время плохих условий приема (SR понижается), устанавливается механизм управления скоростями информационных потоков. Иными словами, осуществляется автоматическая адаптация полезного трафика к физическим возможностям канала. Критической проблемой в системах АСМ является временная задержка в петле адаптации физического уровня, поскольку это непосредственно связано с системной возможностью отслеживания изменений состояния канала. Так, значительные временные задержки могут приводить или к потере некоторых кадров при резком ухудшении прохождения сигнала (плохие погодные условия, обычно это не более 1 dB в секунду) или к потере потенциальной пропускной способности канала. Сознательное же увеличение защитного порога срабатывания системы АСМ (по аналогии с АРУ) приведет к экономической нецелесообразности ее использования.
Отметим, что механизм работы системы АСМ довольно сложен, особенно на уровне подсистемы для поддержки АСМ с MPEG-TS (например, мультиплексирование аудио, видео, мультимедиа и IP потоков с CBR и VBR), где осуществляется добавление и удаление нулевых пакетов с формированием CBR (TS с постоянной скоростью). Но, не смотря на всю сложность системы АСМ, в зависимости от параметров линии связи и ее конфигурации, она позволяет увеличить пропускную способность до 200% в сравнении с ССМ (постоянство кодирования и модуляции).
-
Administrator
- Сообщения: 161377
- Зарегистрирован: 27 июн 2011 19:11
- Пол: Мужской
- Зодиак:: Овен
- Страна:: Украина
- Имя: Роман
- Мой телевизор :: BRAVIS LED-39G5000 + T2 , BRAVIS LED-1697 bleck, Liberton D-LED 3225 ABHDR,
- Мой ресивер:: STRONG 4450, Gi HD Mini, Trimax TR-2012HD plus (Т2), Beelink W95 (2Гб/16Гб), X96 X4 (905X4/2GB/16GB)
- Мои спутники:: 4°W,5°E,13°E - ( Два штука ) + 36°E KУ
- Благодарил (а): 7658 раз
- Поблагодарили: 26288 раз
Спутниковый стандарт DVB-S, DVB-S2, DVB-C, DVB-T, DVB-H
Стандарт DVB-C
Стандарт DVB-C. Что такое DVB? DVB Project (Digital Video Broadcasting Project – проект цифрового видеовещания) – это международная организация, занимающаяся разработкой стандартов в области цифрового телевидения для Европы. Она создана в 1993г. и ее членами в настоящее время являются более 300 компаний, производящих оборудование для телевизионного вещания, занимающихся телевизионным вещанием и связью, научно-исследовательских организаций и т.д. Штаб-квартира DVB Project находится в Женеве (Швейцария). Напомним, что штаб-квартира европейского комитета по электротехнической стандартизации (CENELEC) также находится в Женеве. Стандарты, подготавливаемые DVB Project, затем представляются на утверждение в европейские организации по стандартизации. Принятие стандартов позволяет унифицировать средства телевизионного вещания, элементную базу телевизионных приемников и другой аппаратуры. Это является необходимым условием успешного внедрения цифрового телевидения.
В результате работы DVB Project уже в 1984г. были выработаны основные положения стандарта DVB-C (C – Cable – кабель, т.е. стандарт цифрового телевизионного вещания по кабелю), и стандарта DVB-S (S – Sattelite – спутник, т.е. стандарт спутникового цифрового телевизионного вещания). Работа над стандартом наземного (т.е. обычного, эфирного) телевизионного вещания DVB-Т (Terrestrial - наземный), была закончена позже, в 1996 году, т.к. в этом виде вещания внедрение цифрового телевидения столкнулось с наиболее серьезными сложностями. Требования для стандарта DVB-C изложены в [1].
В основе стандартов DVB (в том числе и стандарта DVB-C) лежит стандарт кодирования движущихся изображений и звукового сопровождения MPEG-2 (см. табл.1). В настоящее время используется основной профиль без масштабирования.
Таблица 1. Стандарт MPEG-2 (в основе DVB-C) Уровень High-1440 (1440?1152 элементов) соответствует телевидению высокого разрешения (высокой четкости) с форматом экрана 4:3 (стандартный экран), а уровень High (1920?1152 элементов) - телевидению высокого разрешения (HDTV) с форматом экрана 16:9 (широкоформатное изображение). Вертикальные столбцы таблицы соответствуют новой градации (т.е. MPEG-2) цифровых телевизионных систем – профилям. С переходом на более высокие профили, т.е. при продвижении по таблице направо, увеличивается количество используемых методов кодирования, появляются новые свойства телевизионной системы, но, естественно, усложняется аппаратура и алгоритмы обработки сигналов.
Как видно из таблицы, на главном уровне (Main), соответствующем телевидению обычного разрешения, скорость передачи двоичных символов в канале связи достигает 15 Мбит/с. Сравнив эту величину с исходной величиной 216 Мбит/с, соответствующей параллельному стыку по Рекомендации 601 МККР, можно видеть, что осуществляется сжатие потока информации примерно в 15 раз. Режим “Main Profile@Main Level (MP@ML)” в настоящее время широко используется в системах DVB (Стандарт DVB-C).
На более высоких уровнях главного профиля, соответствующих HDTV, скорость передачи в канале связи возрастает до 60 или 80 Мбит/с. Следует подчеркнуть, что для всех уровней разрешения данного профиля используется один и тот же набор методов кодирования. В этом заключается совместимость разных уровней. На более высоких уровнях кодеры и декодеры должны иметь большее быстродействие и больший объем ЗУ. Аппаратура более высоких уровней разрешения может работать на более низких уровнях разрешения.
Высшие профили стандарта MPEG-2 характеризуются наличием масштабируемости, которая была упомянута выше. Кроме того, на высших профилях возможно применение компонентного кодирования сигналов не только через строку (4:2:0), но и в каждой строке (4:2:2). Предусмотрен также специальный профиль (4:2:2, в табл.1 не показан), предназначенный для студийного оборудования, в частности для видеомонтажа.
Особенности передачи цифровых сигналов по сетям кабельного телевидения
Ожидаемое внедрение цифрового телевидения в системы кабельного телевидения (СКТ) ставят вопрос об их пригодности для этой цели и об оценке необходимых усовершенствований и доработок. В силу того, что в правильно спроектированной СКТ довольно высокое отношение сигнал/шум – S/N (по ГОСТ Р 52023-2003 не менее 43 dB), но в то же время значительно уже полоса канала в сравнении со спутниковой системой, в связи с чем наиболее оптимальным является использование многопозиционной модуляции QAM (Quadrature Amplitude Modulation – квадратурная амплитудная модуляция). Хорошее S/N согласно теоремы Шеннона снижает вероятность ошибок BER (Bit Error Rate – частота ошибочных бит) и позволяет обойтись одной ступенью помехоустойчивого кодирования. Однако пакетные ошибки не исключены, поэтому перемежение остается составной частью помехоустойчивого кодирования.
Анализ помех и искажений, типичных для линейного тракта, позволяет предположить, что цифровые сигналы окажутся менее чувствительными к интермодуляционным искажениям (CSO и СТВ), чем аналоговые, благодаря значительно меньшему требуемому защитному отношению S/D (цифровой сигнал/цифровая помеха) в совпадающем и соседних каналах и более гладкому спектру. В то же время цифровые QAM сигналы более чувствительны к амплитудным и особенно фазовым искажениям в тракте, поэтому вопросы согласования, коррекции характеристик остаются достаточно острыми [2].
В литературе еще не достаточно данных о взаимном влиянии большого числа цифровых потоков в кабельной сети, т.к. благодаря эффективному сжатию, в одном частотном канале удается передать до 4-6 ТВ программ, и после перевода на цифровой формат даже очень загруженная сеть с 25-35 транслируемыми программами переходит в категорию сетей с 5-7 реально занятыми физическими каналами, в которых проблемы взаимных помех не столь актуальны.
В построении головных станций (ГС) переход на цифровой формат предъявляет новые требования к аппаратуре обработки и формирования сигналов. Появляется возможность формировать многопрограммные цифровые потоки, не декодируя принятые MPEG-2 сигналы, а выделяя на них нужные компоненты на уровне транспортного потока и ремультиплексируя эти компоненты в новый транспортный поток. Также на уровне транспортного потока при этом могут решаться вопросы скремблирования, смены системы условного доступа. Принятый в стандартах DVB единый подход к канальному кодированию существенно облегчает обработку и преобразование сигналов DVB, т.к. число дополнительных операций при преобразованиях оказывается минимальным. В этом смысле стандарт DVB-C достаточно близок к спутниковому стандарту DVB-S.
Стандарт DVB-C
Структура системы DVB-C (Стандарт DVB-C) максимально гармонизирована со структурой спутниковой системы DVB-S, но в качестве типа модуляции в ней используется не QPSK, а M - QAM с числом позиций М от 16 до 256 (т.е. от 16 QAM до 256 QAM). На рис.1 показана структура как оборудования головной станции кабельной линии, так и абонентского приемника-декодера для такой линии. Входными сигналами на головной станции являются транспортные пакеты MPEG-2 и такты, получаемые через интерфейс в основной полосе от: спутниковой линии, технологических линий, локальных программных источников и т.п. Методы инверсии каждого восьмого байта для цикловой синхронизации, рандомизации, перемежения и кодирования RS-кодом не имеют отличий от аналогичных методов и устройств в системах DVB-S и DVB-Т. Преобразователь байтов и кортежи (короткие последовательности битов, равные значности моделирующего кода) осуществляет формирование битовых структур, удовлетворяющих условию последующего получения символов QAM.
С целью получения созвездия, не зависящего от вращения несущей, к двум старшим разрядам каждого символа QAM применяется дифференциальное кодирование. На этом формирование кортежей заканчивается и осуществляется найквистовская согласованная фильтрация для формирования спектра в квадратурных каналах I и О. Затем сигналами I и О моделируются квадратурные несущие, и сигнал QAM переносится по спектру в полосу рабочего кабельного канала, для сопряжения с которым служит физический интерфейс. На приеме в соответствующем порядке выполняются обратные операции по демодуляции и декодированию сигнала в цифровой приставке Set - Top - Box (STB).
Характерной особенностью рассмотренного тракта адаптации является отсутствие внутреннего сверточного кодека и наличие формирования спектра в основной полосе. Защита от пакетированных ошибок производится исключительно за счет перемежения на выходе кодера Рида-Соломона [3].
После сверточного перемежения непрерывную последовательность байтов необходимо разделить на короткие последовательности битов, каждая из которых соответствует символу QAM, т.е. определенной точке на квадратурной диаграмме модулированного сигнала. Такие последовательности двоичных символов называются кортежами. Длина кортежа m = log2(M), где М – число позиций сигнала M - QAM (т.е. 2 m?QAM ).
Циклическая задача отображения байтов в кортежи для одного цикла может быть выражена формулой:
8k = n?m,
где: k – число преобразуемых байтов по 8 бит;
n – число кортежей длиной m бит.
Различным вариантам модуляции M - QAM соответствуют значения коэффициентов, показанные в табл.2. Минимальный цикл преобразования в 1 байт соответствует видам модуляции 16QAM и 256 QAM При 256 QAM байты и кортежи совпадают.
В табл.3 приведены примеры расчетных значений символьной и информационной скоростей при разных кратностях модуляции в канале с полосой 8 МГц. Максимальная скорость достигает 38,1 Мбит/с, что соответствует пропускной способности ствола спутникового ретранслятора с полосой 33 МГц в типовом режиме Fсимв = 27,5 Мсимв/с, CR = 3/4. Что несет с собой стандарт DVB-C?
Такой вопрос наиболее часто задают кабельные операторы при переходе на цифровые технологии. При внедрении стандарта DVB-C реализуются следующие преимущества:
? Существенная экономия частотного ресурса. Действительно, если в одном физическом канале размещаются 4-8 ТВ программ, то это означает, что для передачи 60-ти программ (где взять такой контент?) потребуется всего около 10-ти каналов. Такой частотный выигрыш особенно ощутим при внедрении стандарта DVB-C на устаревших сетях с пропускной способностью до 240…300 МГц. В таких сетях легко размещаются свыше 100 цифровых каналов, а при активизации реверсного канала – и услуги интерактивного сервиса.
? Существенно повышается качество транслируемых программ. Действительно, трансляция аналоговых сигналов неизбежно влечет за собой снижение их качества в части неизбежного накопления искажений (шумы, интермодуляционные искажения, фоновая помеха, наводимые сигналы, кросс-модуляция и т.д.). Цифровые же сигналы (DVB-C) сохраняют свое качество вне зависимости от протяженности магистрали. Для них достаточно превышения требуемого уровня сигнала (что всегда выполняется на практике в силу более высокой чувствительности STB в сравнении с телевизором) и порогового значения C/N, которое много ниже регламентируемых 43 dB согласно ГОСТ Р 52023-2003.
? При использовании стандарта DVB-C появляется возможность значительно увеличить зону обслуживания СКТ за счет более низкого шумового порога (не более 36 dB). Расчеты показывают, что при использовании стадарта DVB-C возможно увеличение зоны обслуживания в 10 и более раз. Причем, такое увеличение зоны охвата наиболее эффективно именно на устаревших сетях с верхней частотой 240…300 МГц. На таких частотах погонные потери коаксиального кабеля почти в 2 раза меньше, чем на частоте 862 МГц, с которой проектируются современные СКТ. При меньших погонных потерях требуется меньшее число усилителей, что и гарантирует поддержание высокого значения S/N.
Более того, снижение числа физических каналов снижает энергетическую нагрузку самой СКТ, что эквивалентно значительному улучшению S/N, CTB и CSO.
? Появляется возможность эффективного кодирования пакетов программ формированным по тем или иным экономическим соображениям, что позволяет операторам СКТ получать дополнительные прибыли за счет формирования платных каналов. При использовании DVB-C так же облегчается и возможность использования фильтров пакетирования за счет снижения физических каналов и появления частотных пробелов, которые и необходимы при использовании фильтров пакетирования.
Примеры DVB-C модуляторов
Примером DVB-C модулятора (см. фото) может служить модуль DVQ 90 ? c DVB - ASI входом (Teleste, Финляндия). Такой модуль устанавливается в составе головной станции DVX. Этот DVB-C модуль работает в полном диапазоне входных/выходных ASI скоростей (0…213,7 Мбит/с) со стандартными размерами пакетов (188/204 байт). Собственно DVB-C модулятор обладает следующими основными параметрами: Другим примером могут служить модули DVQ91x, для которых входным сигналом являются спутниковые каналы с цифровой QPSK модуляцией согласно стандарта DVB-S в диапазоне частот 950 – 2150 МГц и уровнями 44…84 dB?V (75 Ом). Модуль также содержит и DVB - ASI вход и выход, т.е. является идентичным к выше рассмотренным модулям DVQ90x.
Стандарт DVB-C. Что такое DVB? DVB Project (Digital Video Broadcasting Project – проект цифрового видеовещания) – это международная организация, занимающаяся разработкой стандартов в области цифрового телевидения для Европы. Она создана в 1993г. и ее членами в настоящее время являются более 300 компаний, производящих оборудование для телевизионного вещания, занимающихся телевизионным вещанием и связью, научно-исследовательских организаций и т.д. Штаб-квартира DVB Project находится в Женеве (Швейцария). Напомним, что штаб-квартира европейского комитета по электротехнической стандартизации (CENELEC) также находится в Женеве. Стандарты, подготавливаемые DVB Project, затем представляются на утверждение в европейские организации по стандартизации. Принятие стандартов позволяет унифицировать средства телевизионного вещания, элементную базу телевизионных приемников и другой аппаратуры. Это является необходимым условием успешного внедрения цифрового телевидения.
В результате работы DVB Project уже в 1984г. были выработаны основные положения стандарта DVB-C (C – Cable – кабель, т.е. стандарт цифрового телевизионного вещания по кабелю), и стандарта DVB-S (S – Sattelite – спутник, т.е. стандарт спутникового цифрового телевизионного вещания). Работа над стандартом наземного (т.е. обычного, эфирного) телевизионного вещания DVB-Т (Terrestrial - наземный), была закончена позже, в 1996 году, т.к. в этом виде вещания внедрение цифрового телевидения столкнулось с наиболее серьезными сложностями. Требования для стандарта DVB-C изложены в [1].
В основе стандартов DVB (в том числе и стандарта DVB-C) лежит стандарт кодирования движущихся изображений и звукового сопровождения MPEG-2 (см. табл.1). В настоящее время используется основной профиль без масштабирования.
Таблица 1. Стандарт MPEG-2 (в основе DVB-C) Уровень High-1440 (1440?1152 элементов) соответствует телевидению высокого разрешения (высокой четкости) с форматом экрана 4:3 (стандартный экран), а уровень High (1920?1152 элементов) - телевидению высокого разрешения (HDTV) с форматом экрана 16:9 (широкоформатное изображение). Вертикальные столбцы таблицы соответствуют новой градации (т.е. MPEG-2) цифровых телевизионных систем – профилям. С переходом на более высокие профили, т.е. при продвижении по таблице направо, увеличивается количество используемых методов кодирования, появляются новые свойства телевизионной системы, но, естественно, усложняется аппаратура и алгоритмы обработки сигналов.
Как видно из таблицы, на главном уровне (Main), соответствующем телевидению обычного разрешения, скорость передачи двоичных символов в канале связи достигает 15 Мбит/с. Сравнив эту величину с исходной величиной 216 Мбит/с, соответствующей параллельному стыку по Рекомендации 601 МККР, можно видеть, что осуществляется сжатие потока информации примерно в 15 раз. Режим “Main Profile@Main Level (MP@ML)” в настоящее время широко используется в системах DVB (Стандарт DVB-C).
На более высоких уровнях главного профиля, соответствующих HDTV, скорость передачи в канале связи возрастает до 60 или 80 Мбит/с. Следует подчеркнуть, что для всех уровней разрешения данного профиля используется один и тот же набор методов кодирования. В этом заключается совместимость разных уровней. На более высоких уровнях кодеры и декодеры должны иметь большее быстродействие и больший объем ЗУ. Аппаратура более высоких уровней разрешения может работать на более низких уровнях разрешения.
Высшие профили стандарта MPEG-2 характеризуются наличием масштабируемости, которая была упомянута выше. Кроме того, на высших профилях возможно применение компонентного кодирования сигналов не только через строку (4:2:0), но и в каждой строке (4:2:2). Предусмотрен также специальный профиль (4:2:2, в табл.1 не показан), предназначенный для студийного оборудования, в частности для видеомонтажа.
Особенности передачи цифровых сигналов по сетям кабельного телевидения
Ожидаемое внедрение цифрового телевидения в системы кабельного телевидения (СКТ) ставят вопрос об их пригодности для этой цели и об оценке необходимых усовершенствований и доработок. В силу того, что в правильно спроектированной СКТ довольно высокое отношение сигнал/шум – S/N (по ГОСТ Р 52023-2003 не менее 43 dB), но в то же время значительно уже полоса канала в сравнении со спутниковой системой, в связи с чем наиболее оптимальным является использование многопозиционной модуляции QAM (Quadrature Amplitude Modulation – квадратурная амплитудная модуляция). Хорошее S/N согласно теоремы Шеннона снижает вероятность ошибок BER (Bit Error Rate – частота ошибочных бит) и позволяет обойтись одной ступенью помехоустойчивого кодирования. Однако пакетные ошибки не исключены, поэтому перемежение остается составной частью помехоустойчивого кодирования.
Анализ помех и искажений, типичных для линейного тракта, позволяет предположить, что цифровые сигналы окажутся менее чувствительными к интермодуляционным искажениям (CSO и СТВ), чем аналоговые, благодаря значительно меньшему требуемому защитному отношению S/D (цифровой сигнал/цифровая помеха) в совпадающем и соседних каналах и более гладкому спектру. В то же время цифровые QAM сигналы более чувствительны к амплитудным и особенно фазовым искажениям в тракте, поэтому вопросы согласования, коррекции характеристик остаются достаточно острыми [2].
В литературе еще не достаточно данных о взаимном влиянии большого числа цифровых потоков в кабельной сети, т.к. благодаря эффективному сжатию, в одном частотном канале удается передать до 4-6 ТВ программ, и после перевода на цифровой формат даже очень загруженная сеть с 25-35 транслируемыми программами переходит в категорию сетей с 5-7 реально занятыми физическими каналами, в которых проблемы взаимных помех не столь актуальны.
В построении головных станций (ГС) переход на цифровой формат предъявляет новые требования к аппаратуре обработки и формирования сигналов. Появляется возможность формировать многопрограммные цифровые потоки, не декодируя принятые MPEG-2 сигналы, а выделяя на них нужные компоненты на уровне транспортного потока и ремультиплексируя эти компоненты в новый транспортный поток. Также на уровне транспортного потока при этом могут решаться вопросы скремблирования, смены системы условного доступа. Принятый в стандартах DVB единый подход к канальному кодированию существенно облегчает обработку и преобразование сигналов DVB, т.к. число дополнительных операций при преобразованиях оказывается минимальным. В этом смысле стандарт DVB-C достаточно близок к спутниковому стандарту DVB-S.
Стандарт DVB-C
Структура системы DVB-C (Стандарт DVB-C) максимально гармонизирована со структурой спутниковой системы DVB-S, но в качестве типа модуляции в ней используется не QPSK, а M - QAM с числом позиций М от 16 до 256 (т.е. от 16 QAM до 256 QAM). На рис.1 показана структура как оборудования головной станции кабельной линии, так и абонентского приемника-декодера для такой линии. Входными сигналами на головной станции являются транспортные пакеты MPEG-2 и такты, получаемые через интерфейс в основной полосе от: спутниковой линии, технологических линий, локальных программных источников и т.п. Методы инверсии каждого восьмого байта для цикловой синхронизации, рандомизации, перемежения и кодирования RS-кодом не имеют отличий от аналогичных методов и устройств в системах DVB-S и DVB-Т. Преобразователь байтов и кортежи (короткие последовательности битов, равные значности моделирующего кода) осуществляет формирование битовых структур, удовлетворяющих условию последующего получения символов QAM.
С целью получения созвездия, не зависящего от вращения несущей, к двум старшим разрядам каждого символа QAM применяется дифференциальное кодирование. На этом формирование кортежей заканчивается и осуществляется найквистовская согласованная фильтрация для формирования спектра в квадратурных каналах I и О. Затем сигналами I и О моделируются квадратурные несущие, и сигнал QAM переносится по спектру в полосу рабочего кабельного канала, для сопряжения с которым служит физический интерфейс. На приеме в соответствующем порядке выполняются обратные операции по демодуляции и декодированию сигнала в цифровой приставке Set - Top - Box (STB).
Характерной особенностью рассмотренного тракта адаптации является отсутствие внутреннего сверточного кодека и наличие формирования спектра в основной полосе. Защита от пакетированных ошибок производится исключительно за счет перемежения на выходе кодера Рида-Соломона [3].
После сверточного перемежения непрерывную последовательность байтов необходимо разделить на короткие последовательности битов, каждая из которых соответствует символу QAM, т.е. определенной точке на квадратурной диаграмме модулированного сигнала. Такие последовательности двоичных символов называются кортежами. Длина кортежа m = log2(M), где М – число позиций сигнала M - QAM (т.е. 2 m?QAM ).
Циклическая задача отображения байтов в кортежи для одного цикла может быть выражена формулой:
8k = n?m,
где: k – число преобразуемых байтов по 8 бит;
n – число кортежей длиной m бит.
Различным вариантам модуляции M - QAM соответствуют значения коэффициентов, показанные в табл.2. Минимальный цикл преобразования в 1 байт соответствует видам модуляции 16QAM и 256 QAM При 256 QAM байты и кортежи совпадают.
В табл.3 приведены примеры расчетных значений символьной и информационной скоростей при разных кратностях модуляции в канале с полосой 8 МГц. Максимальная скорость достигает 38,1 Мбит/с, что соответствует пропускной способности ствола спутникового ретранслятора с полосой 33 МГц в типовом режиме Fсимв = 27,5 Мсимв/с, CR = 3/4. Что несет с собой стандарт DVB-C?
Такой вопрос наиболее часто задают кабельные операторы при переходе на цифровые технологии. При внедрении стандарта DVB-C реализуются следующие преимущества:
? Существенная экономия частотного ресурса. Действительно, если в одном физическом канале размещаются 4-8 ТВ программ, то это означает, что для передачи 60-ти программ (где взять такой контент?) потребуется всего около 10-ти каналов. Такой частотный выигрыш особенно ощутим при внедрении стандарта DVB-C на устаревших сетях с пропускной способностью до 240…300 МГц. В таких сетях легко размещаются свыше 100 цифровых каналов, а при активизации реверсного канала – и услуги интерактивного сервиса.
? Существенно повышается качество транслируемых программ. Действительно, трансляция аналоговых сигналов неизбежно влечет за собой снижение их качества в части неизбежного накопления искажений (шумы, интермодуляционные искажения, фоновая помеха, наводимые сигналы, кросс-модуляция и т.д.). Цифровые же сигналы (DVB-C) сохраняют свое качество вне зависимости от протяженности магистрали. Для них достаточно превышения требуемого уровня сигнала (что всегда выполняется на практике в силу более высокой чувствительности STB в сравнении с телевизором) и порогового значения C/N, которое много ниже регламентируемых 43 dB согласно ГОСТ Р 52023-2003.
? При использовании стандарта DVB-C появляется возможность значительно увеличить зону обслуживания СКТ за счет более низкого шумового порога (не более 36 dB). Расчеты показывают, что при использовании стадарта DVB-C возможно увеличение зоны обслуживания в 10 и более раз. Причем, такое увеличение зоны охвата наиболее эффективно именно на устаревших сетях с верхней частотой 240…300 МГц. На таких частотах погонные потери коаксиального кабеля почти в 2 раза меньше, чем на частоте 862 МГц, с которой проектируются современные СКТ. При меньших погонных потерях требуется меньшее число усилителей, что и гарантирует поддержание высокого значения S/N.
Более того, снижение числа физических каналов снижает энергетическую нагрузку самой СКТ, что эквивалентно значительному улучшению S/N, CTB и CSO.
? Появляется возможность эффективного кодирования пакетов программ формированным по тем или иным экономическим соображениям, что позволяет операторам СКТ получать дополнительные прибыли за счет формирования платных каналов. При использовании DVB-C так же облегчается и возможность использования фильтров пакетирования за счет снижения физических каналов и появления частотных пробелов, которые и необходимы при использовании фильтров пакетирования.
Примеры DVB-C модуляторов
Примером DVB-C модулятора (см. фото) может служить модуль DVQ 90 ? c DVB - ASI входом (Teleste, Финляндия). Такой модуль устанавливается в составе головной станции DVX. Этот DVB-C модуль работает в полном диапазоне входных/выходных ASI скоростей (0…213,7 Мбит/с) со стандартными размерами пакетов (188/204 байт). Собственно DVB-C модулятор обладает следующими основными параметрами: Другим примером могут служить модули DVQ91x, для которых входным сигналом являются спутниковые каналы с цифровой QPSK модуляцией согласно стандарта DVB-S в диапазоне частот 950 – 2150 МГц и уровнями 44…84 dB?V (75 Ом). Модуль также содержит и DVB - ASI вход и выход, т.е. является идентичным к выше рассмотренным модулям DVQ90x.
-
Administrator
- Сообщения: 161377
- Зарегистрирован: 27 июн 2011 19:11
- Пол: Мужской
- Зодиак:: Овен
- Страна:: Украина
- Имя: Роман
- Мой телевизор :: BRAVIS LED-39G5000 + T2 , BRAVIS LED-1697 bleck, Liberton D-LED 3225 ABHDR,
- Мой ресивер:: STRONG 4450, Gi HD Mini, Trimax TR-2012HD plus (Т2), Beelink W95 (2Гб/16Гб), X96 X4 (905X4/2GB/16GB)
- Мои спутники:: 4°W,5°E,13°E - ( Два штука ) + 36°E KУ
- Благодарил (а): 7658 раз
- Поблагодарили: 26288 раз
Спутниковый стандарт DVB-S, DVB-S2, DVB-C, DVB-T, DVB-H
Стандарт DVB-T
Стандарт DVB-T. Конец прошлого тысячелетия был ознаменован переходом на цифровое вещание стандарт DVB-T. Кривая C/N(DVB – Digital Video Broadcasting) с принятием множества стандартов (сотни). Коснулось это в первую очередь цифрового спутникового вещания – DVB-S (Satellite) и цифрового кабельного вещания – DVB-C (Cable). В 1999г. был принят и стандарт DVB-T (Terrestrial), который позже проходил корректировку в части дополнений.
Что же послужило причиной перехода на цифровое вещание? Одной из основных причин внедрения цифрового вещания является тот факт, что аналоговый сигнал по мере его распространения по любой среде претерпевает существенные искажения, не восстановимые на приемной стороне. Одним из таких значимых значений, характеризующих качество сигнала, является отношение несущая/шум – C/N (рис.1). ля цифрового же сигнала характерна та особенность, что его качество остается неизменным при снижении уровня входного сигнала (что эквивалентно понижению C/N) до некоторого минимального значения, именуемого порогом (пороговым значением по тому или иному критерию). Однако следует заметить (на что крайне редко обращают внимание в литературе), что сам исходный сигнал в аналоговом виде более высокого качества в сравнении с цифровым, что понятно из самого физического смысла. Но это различие не велико как по объективным, так и по субъективным показателям.
При переходе на цифровое эфирное вещание (стандарт DVB-T) одновременно преследовались и другие цели.
Важным вопросом внедрения стандарта DVB-T является возможность снижения мощности передатчика. Действительно, за счет значительно меньшего минимально допустимого C/Nmin (рис.2) в сравнении с аналоговым вещанием (C/Nmin?43 dB), возможна подача на вход STB Влияние переотражения волн на аналоговое вещаниезначительно меньшего уровня входного сигнала (типовое значение 12…18 dB?V), что равносильно возможности снижения мощности передатчика.
Следующим важным моментом при переходе на цифровое вещание явилась задача обеспечения максимальной помехоустойчивости. При трансляции аналоговых TV сигналов по эфиру, на качество приема помимо атмосферных и индустриальных помех сильно влияют переотраженные радиоволны (рис.3) и помехи от других радиопередатчиков, работающих в этом же частотном диапазоне в соседних местностях. Стандарт DVB-T допускает отношение сигнал/помеха до 6…12 dB, что является очень большим достижением.
Таким образом, благодаря усилиям ведущих европейских стран и появился стандарт DVB-T - стандарт эфирного телевизионного вещания (ETSI EN 300 744 v.1.5.1 (2004-11)). Основные эксплуатационные параметры стандарта DVB-T приведены в табл.1 и табл.2. В стандарте DVB-T в качестве базовой используется OFDM модуляция, благодаря которой и достигаются уникальные свойства в части возможности построения одночастотных сетей (SFN – Single Frequency Network), возможности обеспечения низкого требуемого отношения несущая/шум (C/N), высокой защиты от переотраженных объектов и низкой чувствительности к эффекту Доплера (при приеме в движении). Помимо основных видов модуляции (QPSK, 16 QAM и 64 QAM) в стандарте DVB-T используется также и иерархическая модуляция, позволяющая в потоке с высоким приоритетом передавать меньшее число программ и даже с более худшим качеством, но со значительным увеличением зоны покрытия, представляя тем самым вести прием на комнатные антенны.
Очень важным моментом при построении систем на основе стандарта DVB-Н и стандарта DVB-T является точное и правильное определение зоны покрытия, особенно для сетей SFN.
Кроме того, одним из наиважнейших условий правильного выбора передатчика является правильный выбор его выходной (излучаемой) мощности (определяет ценовую политику), обеспечивающей зону покрытия. Расчет зоны покрытия является весьма трудоемкой операцией, доступной только специально подготовленным специалистам, и только при наличии специального программного обеспечения. Особенно важен правильный расчет зон покрытия для SFN, DVB-H (мобильное TV) и при наличии ретрансляторов. Радиус зоны покрытия зависит от множества факторов, рассматриваемых ниже.
Условия определения зоны покрытия. напряженность поля Каждому оператору, приступающему к планированию своей сети, необходимо ответить на вопрос: какова должна быть аудитория (зона обслуживания) его телецентра. Зоной покрытия (обслуживания) принято называть территорию вокруг передающего центра, на границе которой гарантируется прием с заданным качеством. Понятие “гарантируется” весьма условно, поскольку в действительности качество приема зависит от целого ряда факторов: технических характеристик приемной установки, характера местности, условия застройки в месте приема, времени суток и года, погодных условий и т.д. Кроме того, при определении зоны покрытия принято считать, что диаграмма направленности передающей антенны имеет форму окружности, тогда как допустимая нормативами неравномерность реальной диаграммы в азимутальной плоскости может достигать 3 dB, что эквивалентно изменению излучаемой мощности вдвое и, соответственно, приводит к искажению идеального вида диаграммы.
Границу зоны обслуживания определяют как геометрическое место точек, в которых значение напряженности поля равны нормируемым значениям в течение 50% времени в 50% мест приема. Такие значения определяют расчетным путем исходя из принятых технических характеристик приемных установок с учетом помеховой обстановки. Радиус зоны покрытия, т.е. расстояние от передающего телецентра до приемной установки, на которой можно обеспечить приведенные выше значения напряженности поля, определяют по так называемым кривым распространения, приведенным в Рекомендации Международного Союза Электросвязи (Recommendation ITU-R P.1546-1). Пример семейства кривых (ландшафт, f=600 МГц) Е=f(R) представлен на рис.4. Кривые распространения обобщают результаты многочисленных полевых измерений, выполненных в Европе и Северной Америке. Они построены для разных диапазонов (от 100 МГц до 2000 МГц) и при разных высотах подвеса передающих антенн (от 10 м до 1200 м). Рекомендации по пользованию такими экспериментальными кривыми представлены в ETSI TR 101 190 v.1.2.1 (2004-11) для систем построеных по стандарту DVB-T и в ETSI TR 102 377 v.1.2.1 (2005-11) для DVB-H систем.
При построении кривых принято, что мощность, излучаемая передатчиком, составляет 1 кВт, а коэффициент усиления передающей антенны составляет 0 dB (полуволновой диполь). Высота установки приемной антенны для всех случаев принята h=10 м. Чтобы вычислить, какую напряженность создаст конкретный передатчик на заданном расстоянии, нужно по кривой распространения для реальной высоты подъема передающей антенны определить значение напряженности поля и прибавить (алгебраически) значение эффективно излучаемой мощности (в dB относительно кВт). При построении кривых принято, что мощность, излучаемая передатчиком, составляет 1 кВт, а коэффициент усиления передающей антенны составляет 0 dB (полуволновой диполь). Высота установки приемной антенны для всех случаев принята h=10 м. Чтобы вычислить, какую напряженность создаст конкретный передатчик на заданном расстоянии, нужно по кривой распространения для реальной высоты подъема передающей антенны определить значение напряженности поля и прибавить (алгебраически) значение эффективно излучаемой мощности (в dB относительно кВт).
Так, например, исходя из условий приема требуемое значение напряженности поля составляет 40 dB?V/м. Необходимо рассчитать минимальную гарантированную выходную мощность передатчика при коэффициенте усиления передающей антенны в 8 dB и высоте ее подвеса в 75 м. Потери в питающем фидере составляют 1 dB. Пользуясь кривыми рис.11 находим, что напряженности поля в 40 dB?V/м соответствует радиус покрытия в 38 км. Мощность передатчика определяется как: Р[дБ ?кВт] = -8 + 1 = -7 дБкВт, что эквивалентно выходной мощности передатчика в 200 Вт (0,2 кВт). Заметим, что при увеличении выходной мощности до 2 кВт (т.е. на 10 dB), эквивалентная (но не фактическая, которая увеличивается пропорционально увеличению мощности передатчика) напряженность поля составит 30 dB?V/м, что эквивалентно увеличению радиуса зоны покрытия до 76 км (т.е. в 2 раза в сравнении с исходным значением), а мощность передатчика должна составлять уже 22 кВт (вместо 200 Вт). Исходя из рис.4 можно заметить, что при увеличении высоты подвеса передающей антенны до 300 м, для радиуса покрытия в 80 км потребуется мощность передатчика всего в 2 кВт.
Очевидно, что условия приема в заданной точке определяются напряженностью электрического поля. Как сама напряженность поля, так и возможность приема сигнала зависят от целого ряда факторов, основными из которых являются:
Условия распространения радио волны.
Поляризация волны.
Рабочая длина волны.
Зона приема (удаленность от передающего телецентра).
Холмистость местности.
Высота подъема передающей и приемной антенны.
Потери в питающем фидере передатчика.
Защитное отношение C/N.
Так, для F = 5 dB, П = 7,61 МГц (стандарт DVB-T), TA = 292°К (к.51), C/Nmin = 18 dB (см. табл.2) и коэффициента усиления приемной антенны GA = 14 dB, требуемое значение минимальной напряженности поля составит Emin = 36,1 dB?V/м, что эквивалентно радиусу покрытия в 32 км при использовании передатчика в 200 Вт с коэффициентом усиления передающей антенны 7 dB и высотой ее подъема 40 м.
Из выше изложенного видно, что факторов, влияющих на радиус зоны покрытия, достаточно много, что требует использования машинных методов расчета. В конечном виде все расчетные значения заносятся в бюджетную таблицу. Для сравнительного анализа разных видов вещания при разных условиях приема составлена бюджетная табл.3.
Таблица 3. Сравнительные характеристики стандартов DVB-T, DVB-H, аналог В заключение следует отметить, что построить сети по стандарту DVB-T / DVB-H является не простой задачей, решение которой связано со многими неизвестными и под силу только высококвалифицированным специалистам с достаточным опытом работы. Наши специалисты окажут Вам всю необходимую консультацию по любому из поставленных Вами вопросов.
Стандарт DVB-T. Конец прошлого тысячелетия был ознаменован переходом на цифровое вещание стандарт DVB-T. Кривая C/N(DVB – Digital Video Broadcasting) с принятием множества стандартов (сотни). Коснулось это в первую очередь цифрового спутникового вещания – DVB-S (Satellite) и цифрового кабельного вещания – DVB-C (Cable). В 1999г. был принят и стандарт DVB-T (Terrestrial), который позже проходил корректировку в части дополнений.
Что же послужило причиной перехода на цифровое вещание? Одной из основных причин внедрения цифрового вещания является тот факт, что аналоговый сигнал по мере его распространения по любой среде претерпевает существенные искажения, не восстановимые на приемной стороне. Одним из таких значимых значений, характеризующих качество сигнала, является отношение несущая/шум – C/N (рис.1). ля цифрового же сигнала характерна та особенность, что его качество остается неизменным при снижении уровня входного сигнала (что эквивалентно понижению C/N) до некоторого минимального значения, именуемого порогом (пороговым значением по тому или иному критерию). Однако следует заметить (на что крайне редко обращают внимание в литературе), что сам исходный сигнал в аналоговом виде более высокого качества в сравнении с цифровым, что понятно из самого физического смысла. Но это различие не велико как по объективным, так и по субъективным показателям.
При переходе на цифровое эфирное вещание (стандарт DVB-T) одновременно преследовались и другие цели.
Важным вопросом внедрения стандарта DVB-T является возможность снижения мощности передатчика. Действительно, за счет значительно меньшего минимально допустимого C/Nmin (рис.2) в сравнении с аналоговым вещанием (C/Nmin?43 dB), возможна подача на вход STB Влияние переотражения волн на аналоговое вещаниезначительно меньшего уровня входного сигнала (типовое значение 12…18 dB?V), что равносильно возможности снижения мощности передатчика.
Следующим важным моментом при переходе на цифровое вещание явилась задача обеспечения максимальной помехоустойчивости. При трансляции аналоговых TV сигналов по эфиру, на качество приема помимо атмосферных и индустриальных помех сильно влияют переотраженные радиоволны (рис.3) и помехи от других радиопередатчиков, работающих в этом же частотном диапазоне в соседних местностях. Стандарт DVB-T допускает отношение сигнал/помеха до 6…12 dB, что является очень большим достижением.
Таким образом, благодаря усилиям ведущих европейских стран и появился стандарт DVB-T - стандарт эфирного телевизионного вещания (ETSI EN 300 744 v.1.5.1 (2004-11)). Основные эксплуатационные параметры стандарта DVB-T приведены в табл.1 и табл.2. В стандарте DVB-T в качестве базовой используется OFDM модуляция, благодаря которой и достигаются уникальные свойства в части возможности построения одночастотных сетей (SFN – Single Frequency Network), возможности обеспечения низкого требуемого отношения несущая/шум (C/N), высокой защиты от переотраженных объектов и низкой чувствительности к эффекту Доплера (при приеме в движении). Помимо основных видов модуляции (QPSK, 16 QAM и 64 QAM) в стандарте DVB-T используется также и иерархическая модуляция, позволяющая в потоке с высоким приоритетом передавать меньшее число программ и даже с более худшим качеством, но со значительным увеличением зоны покрытия, представляя тем самым вести прием на комнатные антенны.
Очень важным моментом при построении систем на основе стандарта DVB-Н и стандарта DVB-T является точное и правильное определение зоны покрытия, особенно для сетей SFN.
Кроме того, одним из наиважнейших условий правильного выбора передатчика является правильный выбор его выходной (излучаемой) мощности (определяет ценовую политику), обеспечивающей зону покрытия. Расчет зоны покрытия является весьма трудоемкой операцией, доступной только специально подготовленным специалистам, и только при наличии специального программного обеспечения. Особенно важен правильный расчет зон покрытия для SFN, DVB-H (мобильное TV) и при наличии ретрансляторов. Радиус зоны покрытия зависит от множества факторов, рассматриваемых ниже.
Условия определения зоны покрытия. напряженность поля Каждому оператору, приступающему к планированию своей сети, необходимо ответить на вопрос: какова должна быть аудитория (зона обслуживания) его телецентра. Зоной покрытия (обслуживания) принято называть территорию вокруг передающего центра, на границе которой гарантируется прием с заданным качеством. Понятие “гарантируется” весьма условно, поскольку в действительности качество приема зависит от целого ряда факторов: технических характеристик приемной установки, характера местности, условия застройки в месте приема, времени суток и года, погодных условий и т.д. Кроме того, при определении зоны покрытия принято считать, что диаграмма направленности передающей антенны имеет форму окружности, тогда как допустимая нормативами неравномерность реальной диаграммы в азимутальной плоскости может достигать 3 dB, что эквивалентно изменению излучаемой мощности вдвое и, соответственно, приводит к искажению идеального вида диаграммы.
Границу зоны обслуживания определяют как геометрическое место точек, в которых значение напряженности поля равны нормируемым значениям в течение 50% времени в 50% мест приема. Такие значения определяют расчетным путем исходя из принятых технических характеристик приемных установок с учетом помеховой обстановки. Радиус зоны покрытия, т.е. расстояние от передающего телецентра до приемной установки, на которой можно обеспечить приведенные выше значения напряженности поля, определяют по так называемым кривым распространения, приведенным в Рекомендации Международного Союза Электросвязи (Recommendation ITU-R P.1546-1). Пример семейства кривых (ландшафт, f=600 МГц) Е=f(R) представлен на рис.4. Кривые распространения обобщают результаты многочисленных полевых измерений, выполненных в Европе и Северной Америке. Они построены для разных диапазонов (от 100 МГц до 2000 МГц) и при разных высотах подвеса передающих антенн (от 10 м до 1200 м). Рекомендации по пользованию такими экспериментальными кривыми представлены в ETSI TR 101 190 v.1.2.1 (2004-11) для систем построеных по стандарту DVB-T и в ETSI TR 102 377 v.1.2.1 (2005-11) для DVB-H систем.
При построении кривых принято, что мощность, излучаемая передатчиком, составляет 1 кВт, а коэффициент усиления передающей антенны составляет 0 dB (полуволновой диполь). Высота установки приемной антенны для всех случаев принята h=10 м. Чтобы вычислить, какую напряженность создаст конкретный передатчик на заданном расстоянии, нужно по кривой распространения для реальной высоты подъема передающей антенны определить значение напряженности поля и прибавить (алгебраически) значение эффективно излучаемой мощности (в dB относительно кВт). При построении кривых принято, что мощность, излучаемая передатчиком, составляет 1 кВт, а коэффициент усиления передающей антенны составляет 0 dB (полуволновой диполь). Высота установки приемной антенны для всех случаев принята h=10 м. Чтобы вычислить, какую напряженность создаст конкретный передатчик на заданном расстоянии, нужно по кривой распространения для реальной высоты подъема передающей антенны определить значение напряженности поля и прибавить (алгебраически) значение эффективно излучаемой мощности (в dB относительно кВт).
Так, например, исходя из условий приема требуемое значение напряженности поля составляет 40 dB?V/м. Необходимо рассчитать минимальную гарантированную выходную мощность передатчика при коэффициенте усиления передающей антенны в 8 dB и высоте ее подвеса в 75 м. Потери в питающем фидере составляют 1 dB. Пользуясь кривыми рис.11 находим, что напряженности поля в 40 dB?V/м соответствует радиус покрытия в 38 км. Мощность передатчика определяется как: Р[дБ ?кВт] = -8 + 1 = -7 дБкВт, что эквивалентно выходной мощности передатчика в 200 Вт (0,2 кВт). Заметим, что при увеличении выходной мощности до 2 кВт (т.е. на 10 dB), эквивалентная (но не фактическая, которая увеличивается пропорционально увеличению мощности передатчика) напряженность поля составит 30 dB?V/м, что эквивалентно увеличению радиуса зоны покрытия до 76 км (т.е. в 2 раза в сравнении с исходным значением), а мощность передатчика должна составлять уже 22 кВт (вместо 200 Вт). Исходя из рис.4 можно заметить, что при увеличении высоты подвеса передающей антенны до 300 м, для радиуса покрытия в 80 км потребуется мощность передатчика всего в 2 кВт.
Очевидно, что условия приема в заданной точке определяются напряженностью электрического поля. Как сама напряженность поля, так и возможность приема сигнала зависят от целого ряда факторов, основными из которых являются:
Условия распространения радио волны.
Поляризация волны.
Рабочая длина волны.
Зона приема (удаленность от передающего телецентра).
Холмистость местности.
Высота подъема передающей и приемной антенны.
Потери в питающем фидере передатчика.
Защитное отношение C/N.
Так, для F = 5 dB, П = 7,61 МГц (стандарт DVB-T), TA = 292°К (к.51), C/Nmin = 18 dB (см. табл.2) и коэффициента усиления приемной антенны GA = 14 dB, требуемое значение минимальной напряженности поля составит Emin = 36,1 dB?V/м, что эквивалентно радиусу покрытия в 32 км при использовании передатчика в 200 Вт с коэффициентом усиления передающей антенны 7 dB и высотой ее подъема 40 м.
Из выше изложенного видно, что факторов, влияющих на радиус зоны покрытия, достаточно много, что требует использования машинных методов расчета. В конечном виде все расчетные значения заносятся в бюджетную таблицу. Для сравнительного анализа разных видов вещания при разных условиях приема составлена бюджетная табл.3.
Таблица 3. Сравнительные характеристики стандартов DVB-T, DVB-H, аналог В заключение следует отметить, что построить сети по стандарту DVB-T / DVB-H является не простой задачей, решение которой связано со многими неизвестными и под силу только высококвалифицированным специалистам с достаточным опытом работы. Наши специалисты окажут Вам всю необходимую консультацию по любому из поставленных Вами вопросов.
-
Administrator
- Сообщения: 161377
- Зарегистрирован: 27 июн 2011 19:11
- Пол: Мужской
- Зодиак:: Овен
- Страна:: Украина
- Имя: Роман
- Мой телевизор :: BRAVIS LED-39G5000 + T2 , BRAVIS LED-1697 bleck, Liberton D-LED 3225 ABHDR,
- Мой ресивер:: STRONG 4450, Gi HD Mini, Trimax TR-2012HD plus (Т2), Beelink W95 (2Гб/16Гб), X96 X4 (905X4/2GB/16GB)
- Мои спутники:: 4°W,5°E,13°E - ( Два штука ) + 36°E KУ
- Благодарил (а): 7658 раз
- Поблагодарили: 26288 раз
Спутниковый стандарт DVB-S, DVB-S2, DVB-C, DVB-T, DVB-H
Стандарт DVB-H
Стандарт DVB-H (мобильное вещание) базируется на более раннем вышедшем стандарте DVB-T (цифровое эфирное вещание) в части расширения некоторых устанавливаемых параметров, ориентированных на условия приема цифровых сигналов в мобильных условиях.
Какие же задачи призвана решать система DVB-H? Основными из них являются:
Экономия тока потребления аккумуляторной батареи мобильного терминала. Эта задача явилась определяющей при формировании концепции мобильного вещания.
Устойчивый мобильный прием в движении, в том числе на больших скоростях.
Возможность приема при многолучевом распространении сигнала, особенно в комнатных условиях.
Полная совместимость с уже существующими сетями DVB-T. Концептуальная структура DVB-Н приема представлена на рис.1, а структурная схема примера использования системы DVB-H для передачи IP-услуг представлена на рис.2. Главные отличия от DVB-T заложены в канальном уровне (т.е. уровне, выше физического уровня). Прежде всего - это квантование по времени (Time Slicing) и введение упреждающей коррекции ошибок (MPE - FEC), что позволило резко увеличить вероятность приема в сравнении с DVB-T.
Принцип временного уплотнения, позволяющего существенно экономить токопотребление DVB-H терминала, показан на рис.3, из которого видно, что полезная информация передается/принимается с большой скоростью (например, 10 Мбит/с), но в очень короткий промежуток времени в сравнении со временем ожидания. Для качественного воспроизведения DVB-H TV услуги вполне достаточна скорость цифровой информации в 250 кбит/с. Таким образом, отношение времен отключения приемника и его работы составляет 40 (10/0,25 = 40), что эквивалентно экономии энергии порядка 90%.
Стандартом DVB-H в дополнение к существующим режимам 2k и 8k (для DVB-Т) добавлен промежуточный режим 4k (см. табл.1), как наиболее адаптированный для работы в ячейке среднего размера SFN сети. В табл.2 и 3 представлены расчетные значения цифровых потоков для разных форматов модуляции (табл.2) и длительностей используемых интервалов.
Таблица 2. (с MPE-FEC кодированием в 3/4) Таблица 2. (с MPE-FEC кодированием в 3/4) Условные рекомендации по использованию того или иного режима могут быть сформулированы следующим образом:
Режим 8k – для использования SFN сетях любого размера (больших, средних и малых) и допускает наличие Допплеровского сдвига по частоте при высокоскоростном приеме (т.е. прием осуществляется в движении).
Режим 4k – для мало- и средне-размерных SFN сетей при значительных Допплеровских частотных сдвигах. Пригоден для приема на очень высоких скоростях.
Режим 2k - для малоразмерных SFN сетей. Гарантирует уверенный мобильный прием при самых высоких скоростях в движении (т.е при весьма значительных Допплеровских сдвигах по частоте).
Компромиссное решение режима 4k позволяет обеспечить как портативный, так и мобильный прием при наиболее жестких условиях. Наиболее пригодной модуляционной схемой для DVB-H является формат 16 QAM со скоростью кодирования CR = 1/2 или CR = 2/3, которые обеспечивают достаточную пропускную способность для DVB-H услуг при приемлемом отношении несущая/шум (C/N).
Построение DVB-H сетей экономически целесообразно осуществлять на базе уже существующей DVB-T сети при использовании иерархического режима. Иерархическая модуляция допускает передачу двух независимых потоков, имеющих различные рабочие характеристики и скорости передачи данных в одном и том же физическом ВЧ канале (т.е. в полосе 7,61 МГц). В этом случае транспортный поток (TS) канала с высоким приоритетом (НР) обладает помехозащищенностью, близкой к формату QPSK (т.е. максимально возможной). Иерархическая модуляция является самой рентабельной, т.к. она обеспечивает наибольшую эффективность спектра.
Например, в одном физическом канале (П = 8 МГц) могут передаваться два потока:
Низкоприоритетный поток (LP): 64 QAM; SR = 11,06 Мбит/с и C/Nтреб ? 18,2 dB.
Высокоприоритетный поток (НР): QPSK; SR = 5,53 Мбит/с и C/Nтреб ? 8,7 dB (Рэлеевский канал приема).
Таким образом, полная скорость составит 16,59 Мбит/с, но разница между НР и LP потоками в части C/N составляет около 10 dB. Это означает, что HP поток будет охватывать существенно большую зону охвата при равных условиях приема. Иногда, на практике выигрыш при иерархической сети от НР и LP потоков используют и при передаче того же самого контента (рис.4). В силу этого, при выборе DVB-T/H модулятора необходимо обязательно обратить внимание на возможность его поддержки иерархического режима модуляции. Остановимся коротко на возможностях передачи параллельных услуг в элементарных потоках. Параллельные элементарные потоки – это способ организации услуги во времени/домена информационного TS. Простейшей технологией организации DVB-H потока является организация его в последовательных пакетах с одним элементарным потоком одновременно, как это показано на рис.5. Услуги различных размеров (выделены цветом) располагаются одна за другой (т.е. последовательно) в пределах длительности цикла одного интервала времени. В следующем интервале услуги повторяются по времени. При такой последовательной передаче все услуги имеют одинаковую максимальную (пакетную) пропускную способность. Однако, те же самые сервисные услуги могут быть организованы и многими другими способами, как это показано на рис.6. Услуги могут быть расположены одна над другой (разная скорость при равной длительности передачи).
Таким образом, количество передаваемой информации (общая площадь) будет тем же самым, а вот способ, которым они передаются – другим.
Одной из причин иметь две или более параллельных услуг является одновременное получение их во времени. Параллельный прием позволяет уменьшить мощность потребления терминала вследствие того, что обычно приемник тратит 50-100 мс при каждом включении для приема новой услуги.
Данный материал не является ни учебным, ни справочным материалом. Он носит только краткий информационный характер, в силу чего некоторые аспекты DVB-H вещания упущены (например, особенности сетевого планирования, особенности построения ретрансляторов и т.п.). Наиболее же важным моментом при построении любой сети вещания является расчет зоны покрытия.
Расчет зоны покрытия сводится к двум моментам:
расчет минимальной напряженности электрического поля Еmin, при которой еще возможен прием сигнала с заданной вероятностью ошибки (BER);
расчет напряженности поля в любой точке приема при известной эффективно излучаемой мощности передатчика РЭИМ, высоте подъема передающей антенны, имеющемся ландшафте, времени года, погодных условиях и т.п.
Приравняв эти два значения напряженности поля, находят “дальность” действия передатчика в заданном направлении.
Не вдаваясь в математические выводы, можно констатировать, что минимальная напряженность поля для диапазона ДМВ зависит от коэффициента шума мобильного терминала F, коэффициента удаления приемной антенны Ga, несущей частоты f и требуемого C/N:
Emin[dB?V/м] = -30 + f[dB] + C/N[dB] - Ga = 20lg(f)[МГц] (1)
Коэффициент усиления приемной антенны мобильного терминала невысок по своему значению (типовые значения -5…-10 dB). Для расчета зоны покрытия различают также портативный и мобильный прием, внутри- или внешне-домовой прием, допустимую скорость перемещения мобильного терминала, вероятность приема и т.п.
В силу этого различают четыре класса приема:
Класс А (вне-домовой прием) и класс В (прием внутри помещения) для портативного приема;
Класс С (вне-домовой прием) и класс D (внутри-домовой прием) для мобильного приема.
Не вдаваясь в математические расчеты, приведем только конечные расчетные значения минимально допустимой медианной напряженности поля Емед.min для коэффициента шума мобильного терминала в 6 dB.
Таблица 4. Портативный прием вне помещения (Класс А).
Городские условия приема, 3-я категория приемного терминала. Таблица 5. Портативный прием внутри помещения (Класс В).
Городские условия приема, 3-я категория приемного терминала. Таблица 6. Мобильный прием вне помещения (Класс С).
Сельские условия приема, 1-я категория приемного терминала. Таблица 7. Мобильный прием вне помещения (Класс D).
Сельские условия приема, 3-я категория приемного терминала.
Стандарт DVB-H (мобильное вещание) базируется на более раннем вышедшем стандарте DVB-T (цифровое эфирное вещание) в части расширения некоторых устанавливаемых параметров, ориентированных на условия приема цифровых сигналов в мобильных условиях.
Какие же задачи призвана решать система DVB-H? Основными из них являются:
Экономия тока потребления аккумуляторной батареи мобильного терминала. Эта задача явилась определяющей при формировании концепции мобильного вещания.
Устойчивый мобильный прием в движении, в том числе на больших скоростях.
Возможность приема при многолучевом распространении сигнала, особенно в комнатных условиях.
Полная совместимость с уже существующими сетями DVB-T. Концептуальная структура DVB-Н приема представлена на рис.1, а структурная схема примера использования системы DVB-H для передачи IP-услуг представлена на рис.2. Главные отличия от DVB-T заложены в канальном уровне (т.е. уровне, выше физического уровня). Прежде всего - это квантование по времени (Time Slicing) и введение упреждающей коррекции ошибок (MPE - FEC), что позволило резко увеличить вероятность приема в сравнении с DVB-T.
Принцип временного уплотнения, позволяющего существенно экономить токопотребление DVB-H терминала, показан на рис.3, из которого видно, что полезная информация передается/принимается с большой скоростью (например, 10 Мбит/с), но в очень короткий промежуток времени в сравнении со временем ожидания. Для качественного воспроизведения DVB-H TV услуги вполне достаточна скорость цифровой информации в 250 кбит/с. Таким образом, отношение времен отключения приемника и его работы составляет 40 (10/0,25 = 40), что эквивалентно экономии энергии порядка 90%.
Стандартом DVB-H в дополнение к существующим режимам 2k и 8k (для DVB-Т) добавлен промежуточный режим 4k (см. табл.1), как наиболее адаптированный для работы в ячейке среднего размера SFN сети. В табл.2 и 3 представлены расчетные значения цифровых потоков для разных форматов модуляции (табл.2) и длительностей используемых интервалов.
Таблица 2. (с MPE-FEC кодированием в 3/4) Таблица 2. (с MPE-FEC кодированием в 3/4) Условные рекомендации по использованию того или иного режима могут быть сформулированы следующим образом:
Режим 8k – для использования SFN сетях любого размера (больших, средних и малых) и допускает наличие Допплеровского сдвига по частоте при высокоскоростном приеме (т.е. прием осуществляется в движении).
Режим 4k – для мало- и средне-размерных SFN сетей при значительных Допплеровских частотных сдвигах. Пригоден для приема на очень высоких скоростях.
Режим 2k - для малоразмерных SFN сетей. Гарантирует уверенный мобильный прием при самых высоких скоростях в движении (т.е при весьма значительных Допплеровских сдвигах по частоте).
Компромиссное решение режима 4k позволяет обеспечить как портативный, так и мобильный прием при наиболее жестких условиях. Наиболее пригодной модуляционной схемой для DVB-H является формат 16 QAM со скоростью кодирования CR = 1/2 или CR = 2/3, которые обеспечивают достаточную пропускную способность для DVB-H услуг при приемлемом отношении несущая/шум (C/N).
Построение DVB-H сетей экономически целесообразно осуществлять на базе уже существующей DVB-T сети при использовании иерархического режима. Иерархическая модуляция допускает передачу двух независимых потоков, имеющих различные рабочие характеристики и скорости передачи данных в одном и том же физическом ВЧ канале (т.е. в полосе 7,61 МГц). В этом случае транспортный поток (TS) канала с высоким приоритетом (НР) обладает помехозащищенностью, близкой к формату QPSK (т.е. максимально возможной). Иерархическая модуляция является самой рентабельной, т.к. она обеспечивает наибольшую эффективность спектра.
Например, в одном физическом канале (П = 8 МГц) могут передаваться два потока:
Низкоприоритетный поток (LP): 64 QAM; SR = 11,06 Мбит/с и C/Nтреб ? 18,2 dB.
Высокоприоритетный поток (НР): QPSK; SR = 5,53 Мбит/с и C/Nтреб ? 8,7 dB (Рэлеевский канал приема).
Таким образом, полная скорость составит 16,59 Мбит/с, но разница между НР и LP потоками в части C/N составляет около 10 dB. Это означает, что HP поток будет охватывать существенно большую зону охвата при равных условиях приема. Иногда, на практике выигрыш при иерархической сети от НР и LP потоков используют и при передаче того же самого контента (рис.4). В силу этого, при выборе DVB-T/H модулятора необходимо обязательно обратить внимание на возможность его поддержки иерархического режима модуляции. Остановимся коротко на возможностях передачи параллельных услуг в элементарных потоках. Параллельные элементарные потоки – это способ организации услуги во времени/домена информационного TS. Простейшей технологией организации DVB-H потока является организация его в последовательных пакетах с одним элементарным потоком одновременно, как это показано на рис.5. Услуги различных размеров (выделены цветом) располагаются одна за другой (т.е. последовательно) в пределах длительности цикла одного интервала времени. В следующем интервале услуги повторяются по времени. При такой последовательной передаче все услуги имеют одинаковую максимальную (пакетную) пропускную способность. Однако, те же самые сервисные услуги могут быть организованы и многими другими способами, как это показано на рис.6. Услуги могут быть расположены одна над другой (разная скорость при равной длительности передачи).
Таким образом, количество передаваемой информации (общая площадь) будет тем же самым, а вот способ, которым они передаются – другим.
Одной из причин иметь две или более параллельных услуг является одновременное получение их во времени. Параллельный прием позволяет уменьшить мощность потребления терминала вследствие того, что обычно приемник тратит 50-100 мс при каждом включении для приема новой услуги.
Данный материал не является ни учебным, ни справочным материалом. Он носит только краткий информационный характер, в силу чего некоторые аспекты DVB-H вещания упущены (например, особенности сетевого планирования, особенности построения ретрансляторов и т.п.). Наиболее же важным моментом при построении любой сети вещания является расчет зоны покрытия.
Расчет зоны покрытия сводится к двум моментам:
расчет минимальной напряженности электрического поля Еmin, при которой еще возможен прием сигнала с заданной вероятностью ошибки (BER);
расчет напряженности поля в любой точке приема при известной эффективно излучаемой мощности передатчика РЭИМ, высоте подъема передающей антенны, имеющемся ландшафте, времени года, погодных условиях и т.п.
Приравняв эти два значения напряженности поля, находят “дальность” действия передатчика в заданном направлении.
Не вдаваясь в математические выводы, можно констатировать, что минимальная напряженность поля для диапазона ДМВ зависит от коэффициента шума мобильного терминала F, коэффициента удаления приемной антенны Ga, несущей частоты f и требуемого C/N:
Emin[dB?V/м] = -30 + f[dB] + C/N[dB] - Ga = 20lg(f)[МГц] (1)
Коэффициент усиления приемной антенны мобильного терминала невысок по своему значению (типовые значения -5…-10 dB). Для расчета зоны покрытия различают также портативный и мобильный прием, внутри- или внешне-домовой прием, допустимую скорость перемещения мобильного терминала, вероятность приема и т.п.
В силу этого различают четыре класса приема:
Класс А (вне-домовой прием) и класс В (прием внутри помещения) для портативного приема;
Класс С (вне-домовой прием) и класс D (внутри-домовой прием) для мобильного приема.
Не вдаваясь в математические расчеты, приведем только конечные расчетные значения минимально допустимой медианной напряженности поля Емед.min для коэффициента шума мобильного терминала в 6 dB.
Таблица 4. Портативный прием вне помещения (Класс А).
Городские условия приема, 3-я категория приемного терминала. Таблица 5. Портативный прием внутри помещения (Класс В).
Городские условия приема, 3-я категория приемного терминала. Таблица 6. Мобильный прием вне помещения (Класс С).
Сельские условия приема, 1-я категория приемного терминала. Таблица 7. Мобильный прием вне помещения (Класс D).
Сельские условия приема, 3-я категория приемного терминала.
Кто сейчас на конференции
Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 0 гостей
