2. СтандартспутниковогоТв-вещанияDvb-s

Дляспутниковыхканаловтелевизионноговещанияхарактереннизкийуро­веньиндустриальныхпомехипомехотдругихпередатчиков,таккаквэтихка­налахиспользуютсяостронаправленныеантенны.Основнымфактором,соз­дающимошибкиприприемецифровыхсигналов,являетсянизкоеотношениесигнал/шумнавходеприемника,чтообусловленобольшимрасстояниемдопередатчика.Втожевремяширинаполосычастотспутниковыхканаловсвязизначительношире,чемканаловназемногоикабельноготелевидения.

Получаемыедляканаловсвязисразличнойширинойполосычастотскоро­

стипередачиканальныхсимволов(второйстолбец)идвоичныхсимволовданывтабл.6.2.Скоростьпередачиполезныхданных(последнийстолбец)зависитотпараметровканальногокодирования.Приповышенииизбыточностисвер­точногокодапомехоустойчивостьрастет,носкоростьпередачиполезныхдан­ныхуменьшается.

Таблица6.2.

Ширинаканала,МГц	Скоростьпередачи,Мсимв/с	Полнаяскоростьпередачи,Мбит/с	Скоростьпередачипо-лезныхданных,Мбит/с
54	45	90	41,5...72,6
36	30	60	27,7...48,4
33	27,5	55	25,3...44,4
27	22,5	45	20,7...36,3

СтандартDVBпредусматриваетиспользованиесуществующихканаловспут­никовоготелевидениясширинойполосычастот27МГцвдиапазонечастот11...12ГГц.Вперсnективепредполагаетсяиспользованиедиапазона20...21ГГцсболееширокойполосойчастототдельныхканалов.Дляповышенияпомехо­устойчивостииспользуетсядвухступенчатоепомехоустойчивоекодирование.

Навторойступени(внутреннеекодирование)применяютсясверточныекодысотносительнымискоростями1/2,2/3,3/4,5/6,7/8.Используетсявосновномфа­зоваяманипуляциянесущей4-ФМн.Взависимостиототносительнойскоростисверточногокодапороговоеотношениесигнал/шумнавходеприемникаравно4,5...6,4дБ.

Рассмотримпоследовательностьопераций,выполняемыхприпередаче

цифровоготелевиденияпоспутниковымканалам.Первые6пунктовтакиеже,какдлякабельногоТВ-вещания(см.предыдущийпараграф).Далеевыполня­ютсяследующиеоперации:

7. СверточноекодированиеиформированиедвухбитовыхсимволовФМн.

8. Преобразованиесимволоввимпульсынапряжения,подаваемыезатемнамодуляторыквадратурныхсоставляющих1иа.Чтобыограничитьспектрпро­

модулированногосигнала,фронтыисрезыимnульсовсглаживаютсяФНЧ.

7. Передачапоспутниковомуканалусвязи.

Одинизвариантовструктурнойсхемыприемнаготрактацифровогоспутни­ковоготелевиденияпостандартуDVB-Sпоказаннарис.6.2.Электромагнитныеколебаниясантиметровогодиапазонапринимаютсяпараболическойантеннойипереносятсявконверторенапервуюпромежуточнуючастоту.Затемвтюнереосуществляетсявтороепреобразованиечастотыивыбородногоизканалов,принимаемыхсданногоспутника.Навыходетюнераполучаетсясигналнапромежуточнойчастоте,которыйпроходитусилитель,управляемыйсхемойАРУ,ипоступаетнааналоговыйквадратурныйдемодулятор.

АРУ

Рис.6.2.Структурнаясхемаприемнеготрактаспутниковогоцифровоготелевидения

Демодуляцияпроизводитсяпутмумножениясигналанадвеквадратурныесоставляющиенесущейчастотыипоследующейфильтрации.Втораяквадра­

турнаясоставляющаяформируетсяспомощьюфазовращателя(ФВ)на90°.Полученныесигналы1иапреобразуютсявцифровуюформудвухканальным

АЦП,числоразрядовкоторогоот3до6наканал.

Далеедвацифровыхсигналапоступаютнаблокцифровойобработки(БЦО),вкоторомизнихвыделяютсяпередаваемыесимволы,атакжевосста­навливаютсянесущаячастотаитактовыеимпульсы(ТИ)символьнойсинхро­низациидляАЦП.

Вблокекоррекцииошибоквпервуюочередьвыполняютсядекодирование

сверточногокодаипреобразованиедекодированныхканальныхсимволоввбайты,объединяемыевпакетытранспортногопотока.Затемпроизводятсяде­перемежениеидекодированиекодаРида-Соломона.Этиоперации,такжекакивсяпоследующаяобработкасигналов,аналогичнырассмотреннымвышедляприемникакабельноготелевидения.

Возможенивариантструктурнойсхемыприемнаготрактаспутниковогоцифровоготелевидения,аналогичныйсхемедлякабельногоТВ,показаннойнарис.6.1,тольковместодемодулятораКАМндолженбытьдемодуляторФМн.Втакомтрактедемодуляцияполностьювыполняетсяцифровымисредствами.

2. СтандартназемногоТВ-вещанияDVB-T

ПереходкцифровомуназемномуТВ-вещаниюоказалсятруднойзадачей,таккакэтотвидТВ-вещаниянаиболееподвержендействиюразличныхпомех.Приобычнойпередачетелевизионныхсигналовпоэфирунакачествоприемапомимоатмосферныхииндустриальныхпомехсильновлияютотраженныера­диоволны(многолучевойприем)ипомехиотдругихрадиопередатчиков,рабо­тающихвэтомжечастотномдиапазоневсоседнихместностях.

СтандартDVB-Тпредусматриваетдляпередачисигналовцифровоготеле­виденияпостандартнымканаламТВ-вещанияиспользованиеCOFDM(см.

§5.4)[33].Возможныдварежима,называемые8К(числонесущих6817)и2К(числонесущих1705).Режим8Кпозволяетиспользоватьменьшиемощностипередатчиков,нотребуетболееnроизводительныхустройствобработкисигна­лов,чемрежим2К.Параметрыдляобоихрежимовприведенывтабл.6.3.

Таблица6.3

Режиммодуляции	8К				2К
Длительностьрабочегоинтер-валаТр,мкс	896				224
Частотныйразноснесущих tJ.f,Гц	1116				4464
ЧислонесущихN	6817				1705
ШиQИнаполосычастот,МГц	7,61				7,61
Относительная длительностьзащитногоинте_Q_вала,ЫТ_р_	1/4	1/8	1/16	1/32	1/4	1/8	1/16	1/32
Длителнестьзащитногоинтер-вала!J.,мкс	224	112	56	28	56	28	14	7
Длительностьсимвола !J.+Tp,мкс	1120	1008	952	924	280	252	238	231
Максимальное удаление тв- передатчиковводночастотной сетиd==C·!J.,км	67,2	33,6	16,8	8,4	16,8	8,4	4,2	2,1

ОбозначенияN,дt,д,Трбыливведенынарис.5.9и5.1О,с-скоростьсвета.Ободночастстатнойсетивещаниябудетсказанопозже.

Изприведенныхданныхвидно,чтосигналцифровоготелевидения,переда­ваемыйспомощьюCOFDM,можноразместитьвстандартномрадиоканалеанало­говогоТВ-вещаниясширинойполосычастот8МГц,обеспечиваямеждусоседни­мирадиоканаламизащитныечастотныеинтервалыприблизительнопо0,39МГц.

Втабл.6.4приведенызначенияскоростипередачидвоичныхсимволовдляполезнойинформацииидопустимогоминимальногоотношениясигнал/шумврадиоканаледляразличныхспособовмодуляцииотдельныхнесущихCOFDM.Этирезультатысправедливыдляобоихрежимов:8Ки2К.Значенияотношениясигнал/шумданыдляслучаевприеманастационарнуюинамобильнуюантен-

ны.ВпоследнемслучаетелевизионныйприемникможетбытьустановленнаавтомобилеилидругомтранспортномсредствеЗначениядостижимойполез­нойскоростипередачиданыдляразныхотношенийЫТр(1/4,1/8,1/16и1/32).Относительнаяскоростькодахарактеризуетизбыточность,вносимуюсверточ­нымкодированием.

Таблица6.4

Видмоду-ляции	Относительнаяскоростькода	Сигнал/шум,дБ			Полезнаяскорость,Мбит/с
		Стацио-нарнаяантенна	Мобиль-наяантенна	1/4		1/8	1/16	1/32
4-ФМн	1/2	3,6	5,4	4,98		5,53	5,85	6,03
4-ФМн	2/3	5,7	8,4	6,64		7,37	7,81	8,04
4-ФМн	3/4	6,8	10,7	7,46		8,29	8,78	9,05
4-ФМн	5/6	8,0	13,1	8,29		9,22	9,76	10,05
4-ФМн	7/8	8,7	16,3	8,71		9,68	10,25	10,56
16-КАМн	1/2	9,6	11,2	9,95		11,06	11,71	12,06
16-КАМн	2/3	11,6	14,2	13.27		14,75	15,61	16,09
16-КАМн	3/4	13,0	16,7	14,93		16,59	17,56	18,10
16-КАМн	5/6	14,4	19,3	16,59		18,43	19,52	20,11
16-КАМн	7/8	15,0	22,8	17,42		19,35	20,49	21,11
64-КАМн	1/2	14,7	16,0	14,93		16,59	17,56	18,10
64-КАМн	2/3	17,1	19,3	19,91		22,12	23,42	24,13
64-КАМн	3/4	18,6	21,7	22,39		24,88	26,35	27,14
64-КАМн	5/6	20,0	25,3	24,88		27,65	29,27	30,16
64-КАМн	7/8	21,0	27,9	26,13		29,03	30,74	31,67

Сопоставляячисла,приведенныевтабл.6.4,созначениямискоростипере­дачидвоичныхсимволов,соответствующимиразличнымуровнямкачествавоспроизводимогоизображенияприсжатиипостандартуMPEG-2,можновы­биратьспособымодуляциинесущихизначениязащитныхинтервалов,обеспе­чивающиепередачутребуемогоколичестваТВ-программсзаданнымкачест­вомизображения.Позначениямотношениясигнал/шумможнорассчитыватьтребуемыемощностипередатчиковиразмерызонуверенногоприема.

Изтаблицывидно,чтоприемсигналовцифровоготелевидениявозможен

принизкихотношенияхсигнал/шум.Длясравнениянапомним,чтодляполуче­ниякачественногоизображенияприприемеобычногоаналоговоготелевизион­ногосигналанеобходимоотношениесигнал/шумоколо50дБ.

РассмотримдругиеособенностистандартаDVB-Т.Будемназыватьсимво­ломCOFDMсовокупностьинформационныхсимволов,передаваемыхвданныймоментвременинавсехнесущихчастотахСимволыCOFDMорганизуютсявкадры,каждыйизкоторыхсодержит68символовCOFDM.4кадраобразуютсуперкадр,которыйсодержитцелоечислотранспортныхпакетовMPEG-2.

ВкаждомсимволеCOFDMдлярежимовмодуляцииВКи2Квыделяется,со­ответственно,769и193опорныхнесущих(пилот-сигналов),которыепосрав­нениюсостальныминесущимипередаютсясповышеннойна2,5дБмощно­стью.Частьопорныхнесущихимеютпостоянныеnоложениянаосичастот,аположенияостальныхопорныхнесущихизменяютсяотодногосимволаCOFDMкдругому.Пилот-сигналыиспользуютсядлясинхронизациитактовыхчастотдемодулятораимодулятора,кадровойсинхронизации,контролясостоянияка­налаидругихцелей.Особыйпилот-сигналслужитдляпередачиинформацииорежимеработы,параметрахзащитныхинтерваловисверточногокодирования,способемодуляциинесущих.

Кадрсодержитвсенеобходимыесигналыдлясинхронизациидемодулятора.Поэтомудлительностьзадержкиначалаприемапосле,например,переключе­нияканалов,непревышаетдлительностиодногокадра.

СтандартDVB-Тпредусматриваетвозможностьиспользованияиерархиче­

скоймодуляции.Сущностьэтогометодасостоитвтом,чтопередаваемыйцифровойпотокразбиваетсянадвапотока.Первыйпоток(свысшимприорите­том)передаетсясболеевысокойпомехоустойчивостью,ивнемпереноситсянаиболеезначимаячастьинформации.Второйпоток,имеющийболеенизкийприоритет,nередаетсясменьшейпомехоустойчивостьюииспользуетсядляnереносаменеезначимойчастиинформации.

ДляпоясненияобратимсякрИс.5.7,гдеnоказано«созвездие))длямодуля­

ции16-КАМн.Старшие(первыеслева)двабитакаждогоканальногосимволаопределяютквадрантнадиаграмме.Фактически,еслидляnередачиnервогопотокаданныхиспользоватьэтистаршиебиты,тодляэтогопотокамодуляциябудет4-КАМнили4-ФМн.Чтобывnриемникеразличать4возможныхкомбина­ции,достаточноопределятьзнакиквадратурныхсоставляющих.Дляпередачивторогопотокаиспользуютсядвамладшихбитакаждогосимвола.Точкинадиаграмме,различающиесядвумямладшимибитами,находятсявпределаходногоквадранта.Чтобыразличатьэтиточки,необходимоопределятьнетоль­кознаки,ноиуровниамплитудквадратурныхсоставляющих.Помехоустойчи­вость,очевидно,будетхуже,чемдляпервогопотокаданных.Такделаетсядлякаждойнесущей.

ПрииспользованиипрофилейMPEG-2,имеющихмасштабируемость(см.

подпараграф4.3.2),первыйпотокможетсоответствоватьбазовомуслоюпото­каданных,авторойпоток-дополнительномуслою.Иерархическаямодуляциядаетвозможностьприниматьтелевизионныепрограммы,хотяиспониженнымкачествомизображенияпринеблагаприятныхусловиях,например,назначительномудаленииотпередатчикаилиприналичиисущественныхпомех,атакженапереносныеТВ-приемники.

ЕщеоднаособенностьстандартаDVB-Т-возможностьпостроенияодно­

частотнойсетителевизионноговещания(SiпgleFrequencyNetwork-SFN),вкоторойсоседниепередатчикимогутодновременновестивещаниенаоднойнесущейчастоте,синхроннопередаваяоднуитужеТВ-программу,причемоб-

ластиприемаихсигналовперекрываются.Взонахперекрытия,благодаряпри­менениюCOFDM,наличиесигналовотдвухпередатчиковнетольконеухуд­шаеткачествоприема,нонаоборот,позволяетулучшитьприемзасчетсложе­ниядвухсигналов.Использованиеодночастотнойсетиnозволяетохватитьна­земнымТВ-вещаниембольшуютерриторию,распределивпонейтребуемоеколичествоотносительномаломощныхпередатчиков.

Рассмотримпоследовательностьпреобразованийсигнала,выполняемых

припередачецифровоготелевиденияпостандратуDVB-Т.Первыешестьопе­рацийтакиеже,какдлякабельногоиспутниковогоТВ.Далеевыполняютсяследующиедействия:

7. Сверточноекодированиесзаданнойотносительнойскоростью.

8. Второе(внутреннее)перемежение,предназначенноедлязащитыотсе­лективныхзамиранийнесущихOFDM.Врезультатеэтойоперациидобиваются,чтобысоседниебитынепередавалисьнасоседнихнесущих.

9. Раскладкапотокабитовнасимволыпокаждойнесущей.

1О.Вводпилот-сигналовиформированиекадровCOFDM.

11. МодуляцияCOFDM.ВыполняетсяобратноедискретноепреобразованиеФурье(ОДПФ)последовательностисимволов.ДействительнаяимнимаячастирезультатаОДПФпреобразуютсяваналоговуюформуиимимодулируются,соответственно,косинусисинуснесущей,т.е.выполняетсяаналоговаяквадра­турнаямодуляция.

12. Переносмодулированногосигналавнужныйчастотныйканалипередача.

СтруктурнаясхемаприемнаготрактацифровоготелевиденияпостандартуDVB-Тпоказананарис.6.3.

Депере­межениеи

сборка

ТИ Несущая

Рис.6.3.Структурнаясхемаприемнаготрактаназемногоцифровоготелевидения

ВтюнерепроизводитсявыделениенужногочастотногоканалаипереносегосигналанаПЧ.Затемсигналпроходитусилитель,управляемыйсигналомАРУ,ипреобразуетсявцифровуюформуспомощьюАЦП.Далеевыполняетсяквадратурнаядемодуляция.

Врезультатевыделяютсяквадратурныесоставляющие,соответствующие

действительнойимнимойчастямсигналаCOFDM.ПослеэтогопроизводитсяпрямоедискретноепреобразованиеФурьеполученныхквадратурныхсостав­ляющих,врезультатечегоосуществляетсядемодуляцияCOFDMиполучаютсяnередаваемыесимволыCOFDM.ДанныесблокаДПФиспользуютсядляАРУ,атакжепоступаютвблоксинхронизации,вкоторомвосстанавливаютсянесу­щаячастотаитактовыеимпульсыдляАЦП.

Вблокекоррекцииканалаанализируютсяпринятыепилот-сигналы.Поре­

зультатамэтогоанализаоцениваетсяпередаточнаяфункцияканаласвязи.За-

темвыполняетсякоррекцияканала-сигналкаждойнесущейумножаетсянавеличину,обратнуюзначениюнайденнойпередаточнойфункцииканаладляэтойнесущей.

Вследующемблокевыполняютсядеперемежениевторого(внутреннего)пе­

ремеженияисборка-операция,обратнаяраскладкебитовпосимволам.Вре­зультатеполучаетсяпоследовательностьбитов,котораядалеепоступаетнаблоккоррекцииошибок,аналогичныйсоответствующемублокуприемникаспутниковогоцифровогоТВ.Всепоследующиеоперациитакиеже,какдля·ка­бельногоТВ.

DVB-ТнеединственнаясистеманаземногоцифровогоТВ-вещания.ВСША

принятсвойстандартназемногоцифровогоТВ,называющийсяATSC(AdvancedTelevisionSystemsCommittee-Комитетпоусовершенствованнымсистемамтелевидения).ВосновеэтогостандартатакжележитметодсжатиядвижущихсяизображенийMPEG-2,позволяющийпередаватькакТВ­программыобычнойчеткости,такиТВЧ.ДлясжатиязвуковогосопровожденияпримененметодDolbyАС-3.

Для передачи по обычным радиоканалам в АTSC применяется

В-позиционнаяамплитуднаяманипуляциясчастичноподавленнойбоковойпо­лосой,обозначаемая8VSB.Имеетсянесколькоступенейnомехоустойчивогокодирования.Дляnодавленияотраженныхсигналовnримноголучевомприемевприемникеиспользуетсяадаптивныйэквалайзер,nредставляющийсобойцифровойфильтрснастраиваемымикоэффициентами.

Впередаваемыйсигналвводятсяспециальныеопорныеимпульсы,формаи

положениекоторыхточноизвестны.Впроцессеnриемаадаптивныйэквалайзеравтоматическинастраиваетсятак,чтобыпараметрыопорныхимпульсовнаеговыходемаксимальносоответствовализаданнымзначениям.Темсамымобеспе­чиваетсякоррекцияискажений,создаваемыхотраженнымисигналами.Таккаквсесигналыврадиоканалепередаютсяводинаковыхусловиях,товрезультатенастройкиэквалайзерапоопорнымимпульсамобеспечиваетсяподавлениеот­раженныхсоставляющихивостальномцифровомтелевизионномсигнале.

СравнимDVB-ТиATSC.Параметрыnередаваемыхизображенийвобоихстандартаходинаковы,таккакопределяютсястандартомMPEG-2.Покачествузвуковогосопровождениястандартытакжеэквивалентны,таккаквDVBзвуктожеможеткодироватьсясприменениемстандартаАС-3.Основноеразличиезаключаетсявприменяемыхметодахмодуляцииипроявляетсявразличнойустойчивостикдействиюпомех.

Опубликованныерезультатыиспытанийпоказывают,чтоDVB-Tимеетряд

преимуществпередATSC:

• DVB-ТобеспечиваетреальноеуменьшениемощностиТВ-передатчиковвусловияхгородскойзастройки;

• прииспользованииDVB-Тприемнакомнатныеантенныиантенныпере­

носныхтелевизоровнесоздаетпроблем,априиспользованииATSC-вболь­шинствеслучаевневозможен;

• DVB-Тобладаетвысокойустойчивостьюкпомехам,создаваемыманало­

говымТВ-вещанием.иможетсосуществоватьсним;

• DVB-Тдаетвозможностьсозданияодночастотныхсетейсперекрытиемзонприемасигналовсоседнихпередатчиков.

ЕщеодинстандартназемногоцифровогоТВ-вещания,называемыйISDB-T,

былразработанвЯпонии.Внем,какиDVB-T,используетсяCOFDM.