Реферат по информатике на тему «Анализ принципов построения одночастотных сетей в цифровом эфирном телевидении DVB-Т2» (Вариант 2)

ВВЕДЕНИЕ Цифровое телевидение — это отрасль телевизионной техники, в которой передача, обработка и хранение телевизионного сигнала осуществляются с его преобразованием в цифровую форму. Преимущества цифрового телевидения по сравнению с аналоговым телевидением: повышение помехоустойчивости трактов передачи и записи телевизионных сигналов; повышение качества изображения и звука в телевизионных приемниках с обычным стандартом разложения (625 или 525 строк); создание телевизионных систем с новыми стандартами разложения изображения (в том числе телевидение высокой четкости – ТВЧ); расширение функциональных возможностей студийной аппаратуры, используемой при подготовке н проведении телевизионных передач; передача в телевизионном сигнале различной дополнительной информации, превращение телевизионного приемника в многофункциональную информационную систему. Эти достоинства обусловлены как самими принципами цифрового телевидения, так и наличием разнообразных алгоритмов, схемных решений и мощной технологической базы для создания соответствующих устройств. В своем развитии цифровое телевидение прошло ряд этапов. Первый из этих этапов – использование цифровой техники в отдельных частях телевизионной системы при сохранении обычного стандарта разложения и аналогового канала связи. Наиболее важным достижением данного этапа было создание полностью цифрового студийного оборудования. Другое направление использования цифровой техники, характерное для первого этапа развития цифрового телевидения, введение цифровых блоков в телевизионные приемники с целью повышения качества изображения или расширения функциональных возможностей. Примерами таких блоков могут служить цифровые фильтры для разделения яркостного и цветоразностных сигналов и для подавления эхо–сигналов, возникающих при отражении радиоволн от поверхности Земли и различных объектов. Широко известны также устройства для перехода от чересстрочной развертки к квазипрогрессивной, реализации функций «стоп–кадр» и «кадр в кадре», декодирования и воспроизведения на экране дополнительной информации, передаваемой по системе «Телетекст» и т. д. Все эти усовершенствования не затрагивают стандарт разложения и принципы передачи телевизионного сигнала по каналу связи. Второй этап развития цифрового телевидения – создание гибридных аналого–цифровых телевизионных систем с параметрами, отличающимися от принятых в обычных стандартах телевидения. Можно выделить два основных направления изменений телевизионного стандарта: переход от одновременной передачи яркостного и цветоразностных сигналов к последовательной их передаче и увеличение количества строк в кадре и элементов изображения в строке. Реализация второго направления связана с необходимостью сжатия спектра телевизионных сигналов для обеспечения возможности его передачи по каналам связи с приемлемой полосой частот. Примерами гибридных телевизионных систем могут служить японская система телевидения высокой четкости MUSE и западноевропейские системы семейства MAC. Во всех этих системах в передающей и приемной частях сигналы обрабатываются цифровыми средствами, а в канале связи сигналы передаются в аналоговой форме. Третьим этапом развития цифрового телевидения можно считать создание полностью цифровых телевизионных систем. Значительный шаг вперед в решении этой задачи был сделан в 1990 – 1993 годах и связан в первую очередь с работами, выполненными в США и завершившимися принятием весной 1994 года Национального стандарта на системы наземного цифрового телевизионного вещания. Главными особенностями нового поколения телевизионных систем являются: 1 Высокая степень сжатия спектра цифрового телевизионного сигнала, достигаемая путем последовательного применения нескольких методов эффективного кодирования изображений и позволяющая передавать программы ТВЧ по стандартным наземным каналам телевизионного вещания с шириной полосы частот 6 МГц. 2 Единый подход к кодированию и передаче телевизионных сигналов с различным разрешением: видеотелефон с уменьшенной четкостью, стандартный сигнал NTSC, ТВЧ с количеством строк 1050 3 Интеграция с другими видами информации при передаче по цифровым сетям связи

ГЛАВА 1 ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯСИГНАЛА В СТАНДАРТЕ

DVB-Т2 Одночастотная сеть (SFN) — является сетью передающих станций, осуществляющих вещание на одной частоте. Использование такой технологии дает возможность применения множества передатчиков, которые работают на одной частоте и покрывают смежные области. При этом использование одного частотного канала происходит без существенного взаимного влияния передатчиков друг на друга из-за технологических особенностей системы DVB- T. В настоящее время успешно проходит развертывание первого слоя наземного цифрового телевизионного вещания (НЦТВ) стандарта DVB-T, ведется разработка второго и третьего мультиплексов, в июне этого года завершена опытная эксплуатация сети стандарта нового поколения DVB-T2. Результаты опытной эксплуатации подтвердили основное преимущество стандарта второго поколения – увеличение пропускной способности на 30– 40 % по сравнению со стандартом DVB-T. Это позволяет использовать радиочастотный ресурс более рационально: в одном радиочастотном канале передавать до 16–20 программ стандартной четкости или до 4–6 программ высокой четкости (вместо 8–12 и 2–3 соответственно в системе DVB-T), а также дает возможность организации 3D-вещания и трансляции множества мультимедийных потоков. Анализ мирового опыта показывает, что в зарубежных странах (Англия, Финляндия, Швеция, Испания) стандарт DVB-T2 применяется для организации вещания программ высокой четкости, что связано с потребительским спросом на данный вид услуг. Стандарт нового поколения является наиболее перспективным для дальнейшего развития НЦТВ, поэтому здесь будут рассмотрены особенности построения одночастотной сети стандарта DVB-Т2. В настоящее время цены на приставки, поддерживающие стандарт DVB-T2, снижаются. Так, например, в Англии в феврале 2010 г. цена на приставку достигала порядка 250 дол. США, к августу она снизилась до 155, и уже в июне 2011 г. составила 125 дол. США. Ожидается, что к моменту внедрения DVB-T2 цены на приставки будут соизмеримы с ценами на приставки DVB-T. Россия, переходит к цифровому телевизионному вещанию. Изначально признали рациональность внедрения европейской системы цифрового телевизионного вещания DVB (Digital Video Broadcasting). В 2011 года вышла новая версия стандарта DVB-T2 ETSI EN 302 755 (Digital VideoBroadcasting — Second Generation Terrestrial) — второе поколение европейского стандарта эфирного цифрового вещания DVB-T. Прогрессивный стандарт DVB-T2 позволил как минимум на 30% увеличить емкость телевизионных сетей по сравнению с предшественником при той же инфраструктуре сети и частотных ресурсах. Скорость передачи сигнала, устойчивость к помехам, качество картинки и другие показатели в стандарте DVB-T2 примерно в полтора раза выше, чем в DVB-T. В системе DVB-T2 по сравнению с DVB-T изменены такие параметры, как число несущих, длительность защитного интервала и размещение пилот сигналов. Новый метод, названный «поворот сигнального созвездия», обеспечивает существенный прирост устойчивости в сложных эфирных условиях Принципиальное отличие стандарта DVB-T2 – это изменение магистральных потоков физического уровня (PLP). Если стандарт DVB-T был предназначен исключительно для передачи пакетов MPEG-2, то сеть DVB-T2 способна транслировать самые разные по природе и структуре информационные потоки [11]. Система DVB-T2 способна передавать несколько независимых мультимедийных потоков, каждый со своей схемой модуляции, скоростью кодирования и временными интервалами. Возникает относительно сложная кадровая структура, как на логическом, так и на физическом уровне. Соответственно в системе DVB-T2 появляется новая функция – предварительная обработка входных потоков. В целом, общая схема обработки сигналов в системе DVB-T2 существенно усложняется. В стандарте различаются три основных типа потоков – транспортный (TS), обобщенный инкапсулированный (GSE) и обобщенный непрерывный (GCS). Каждый поток представляет собой последовательность пользовательских пакетов (UP). Пакеты каждого магистрального потока объединяются в потоковые кадры (ВВ) – отдельно для каждого потока: ВВ-заголовок, поле данных, поле выравнивания и/или внутриканальная синхронизация. ВВ-кадр содержит ВВ- заголовок (80 бит), поле данных и поле выравнивания. В последнем можно передавать данные внутриканальной сигнализации. В заголовке пакета содержится информация о типе транспортного потока, размере пользовательского пакета (при необходимости) и всего поля данных, наличии режимов удаления пустых пакетов и дополнительных синхропакетов, используется постоянная/переменная модуляция и т. п. Размер поля данных и выравнивающего поля определяется параметрами сверточного кодера (в сумме не более 53770 бит). Стандарт DVB-T2 ориентирован на передачу телевизионных потоков, в которых зачастую используются пустые пакеты (для выравнивания скорости потока), разного рода задержки и т. п. для сохранения постоянной скорости потока. Поэтому в DVB-T2 предусмотрены средства удаления этой избыточной информации, но с возможностью ее восстановления на приемном конце. Кроме того, опционально предусмотрен и механизм сверточного кодирования CRC-8 на уровне пользовательских пакетов. Сформированный ВВ-кадр скремблируется (рандомизируется путем перемножения на псевдослучайную последовательность) и подвергается корректирующему кодированию [10, 11]. Предусмотрен механизм раздельной настройки устойчивости сигнала в пределах канала для каждой предоставляемой службы (табл. 1). В целом, все эти нововведения позволяют создать гибкую и эффективную систему трансляции мультимедийных потоков. При этом максимальная скорость входного транспортного потока после предварительной обработки может превышать 50 Мбит/с. Стандарт DVB-T2 – это мощный инструмент мультимедийного вещания, который заложены огромные возможности по расширению функциональности. Таблица 1.1 — Сравнение режимов, применяемых в стандартах DVB-Т и DVB- Т2 [10, 11, 13] Система нового поколения обладает рядом особенностей высокочастотной обработки сигнала: используются новые алгоритмы кодирования, дополнительные виды модуляции, размерности быстрого преобразования Фурье (БПФ), относительные скорости кодирования, защитные интервалы и др. Высокочастотная обработка осуществляется в модуляторе радиопередатчика DVB-T2, где BB-кадр вместе со своим заголовком подвергается кодированию LDPC и BCH. В результате образуются последовательности длиной 64800 или 16200 бит, которые называются FEC- кадром. Полученные биты перемежаются в FEC-кадре (битовое перемежение) и в зависимости от выбранного вида модуляции разбиваются на слова (например, 6 бит для созвездия 64QAM, 8 бит для 256QAM). На векторной диаграмме определенному набору бит в слове соответствует свой вектор, а каждому вектору – свое комплексное число (Re(z) ∓ jIm(z)). Совокупность элементов Re(z) и Im(z) называется COFDM ячейкой. Последовательность ячеек COFDM, соответствующих одному FEC-кадру, и называется FEC-блоком. В стандарте DVB-T2 дополнительно введено временное перемежение, обеспечивающее защиту от импульсных помех. Завершающей структурной единицей логического уровня сигнала DVB-T2, «заключающей в себе» закон перемежения, является кадр перемежения. Он и определяет расположение отдельных потоков PLP в суперкадре. Кадр перемежения состоит из целого числа TI-блоков, которые в свою очередь состоят из FEC-блоков в соответствии с рисунком 1.4.

1.2 Методы модуляции и кодирования

Модификация DVB-T2 является идеальным решением, предоставляющим высокий уровень устойчивости сигнала и обеспечивающая необходимое увеличение пропускной способности, при сохранении существующей инфраструктуры антенн. Еще одна принципиальная особенность стандарта DVB-T2 – механизм защитного кодирования. В качестве корректирующего кода используется каскадный код. В качестве внешнего кода в нем применен блоковый кодер (БЧХ, ВСН). В качестве внутреннего – низкоплотностный код с проверкой на четность (LDPC). В зависимости от скорости кодирования LDPC размер входного блока данных для БЧХ-кодера может различаться, однако выходной размер кодового слова после LDPC всегда составляет 64800 бит. Перед модуляцией (кроме BPSK и QPSK) кодовые слова подвергаются побитному перемежению и распределяются по модуляционным символам. В VB-T2 добавлена модуляция 256-QAM (8 бит на символ), что повышает емкость канала передачи на 33 % (относительно схемы 64-QAM в DVB-T). Обычно переход от 64-QAM к 256- QAM требует увеличения соотношения сигнал / шум на поднесущей на 4–5 дБ. Однако благодаря применению корректирующих кодов BCH-LDPC, эффективность которых гораздо выше традиционных кодов исправления ошибок (в т. ч. Рида – Соломона), в DVB-T2 скорость кодирования может быть намного выше и общая пропускная способность канала существенно возрастает. Это улучшение позволяет повысить пропускную способность канала примерно на 30 % [10–11]. Стандарт DVB-T2 поддерживает полосы пропускания канала 1,7; 5; 6; 7; 8 и 10 МГц (таблица 1.2). Для построения эффективно работающей одночастотной сети требуется выполнение нескольких условий: Требуется синхронизации передатчиков одночастотной сети по частоте. Требуемая точность частоты зависит от частотного интервала между смежными несущими, для режима модуляции 8k стабильность частоты должна быть не менее 1,1 Гц, для режима 32k — примерно 0,25 Гц. Такая высокая стабильность достигается за счет использования синхронизации передатчиков от внешнего генератора с привязкой к синхросигналам GPS. Источник сигнала с высокой стабильностью по частоте – GPS приемник, подключенный к измерительному прибору. Применение цифрового телевидения в наземном телевизионном вещании представляет новые технологические возможности одночастотных сетей (Single Frequency Network — SFN). Здесь, мы можем иметь множество передатчиков, которые покрывают смежные области, и работают на одной частоте, передавая одинаковые программы. При этом использование всего одного канала излучения происходит без взаимного влияния, значительно экономя частотный ресурс. Одночастотные сети используются в Англии, Швеции, Испании и Франции. Цифровые одночастотные сети (SFN) построены следующим образом. Прежде всего, особые требования предъявляются к точности/стабильности частоты. Для передатчиков многочастотных сетей (MFN) нормой является отклонение в 100 Гц, а для передатчиков SFN точность должна быть намного больше. В сетях SFN все передатчики должны быть синхронизированы на одной частоте, что обычно обеспечивается сигналом спутниковой навигационной системы GPS. Сигнал, излучаемый спутниками GPS, может быть получен почти всюду в мире и содержит очень точную информацию времени. Точность/стабильность частоты при этом будет иметь порядоквеличины 1 Гц. Каждый передатчик SFN должен передать точно тот же самый Транспортный Поток (TS — цифровой поток данных, содержащий программы) и излучать его синхронно с другими передатчиками. Внутри Транспортного Потока, обычно при генерации в Мультиплексоре, цифровой поток данных разделяют на «Мегаструктуры», и в них добавляются данные MIP (Пакет Инициализации Мегаструктуры — MIP), чтобы синхронизировать излучение каждого передатчика в сети. Синхронизация достигается благодаря сигналу частотой 1 Гц (1pps — 1 импульс в секунду) принимаемый приемниками GPS. Теперь сигналы всех передатчиков излучаются синхронно на одной частоте и имеют одинаковые биты данных. Для одночастотной сети вещания главным достоинством цифровой модуляции СOFDM является успешная борьба с эхо- сигналами, которые могут возникать из-за отражений от окружающих предметов или при работе нескольких передатчиков на одном и том же радиочастотном канале. Собственно говоря, система COFDM способна использовать с выгодой некоторые виды эхо-сигналов (т.е. те, которые усиливают принимаемый сигнал) и игнорировать эхо-сигналы, которые сказываются отрицательно на полезном сигнале. Главная особенность, позволяющая в сети SFN избежать взаимного влияния в зонах, где накладываются сигналы – защитный интервал. Защитный интервал — временной интервал, после передачи каждого символа, в течение которого передатчик не излучает никакого полезного сигнала. Это позволяет приемнику, синхронизированному с передатчиком не принимать сигналы в течении защитного интервала. Таким образом, приемники, не подвержены возможным «наложениям» символов, которые могли бы сделать полученный сигнал невозможным для демодуляции, даже если его уровень будет достаточно хорошим. Чем длиннее защитный интервал, тем больше времени, чтобы гасить нежелательное эхо. Но при этом ниже количество данных, которые могут быть переданы (скорость передачи Bit rate — число и/или качество программ). Защитный интервал может быть установлен от нескольких микросекунд до, более чем 200 микросекунд, чтобы гасить отраженные сигналы, прибывающие от разных передатчиков, как близко расположенных, так и расположенных на расстоянии до 70 км. Электромагнитные волны распространяются со скоростью света; то есть приблизительно 300 м. в 1 микросекунду. В аналоговых системах, используя технологию смещения несущей частоты, теоретически можно уменьшить интерференцию в пределах зоны действия каждого передатчика по отношению к передатчикам, покрывающим смежную область. Однако, на практике появляются области существенного влияния, в которых качество сигнала ухудшается значительно, даже в случае чрезвычайно хорошо запланированных зон покрытия и применения направленных антенных систем. Телевизионный сигнал может транспортироваться в цифровом формате (то есть в виде Транспортного Потока MPEG-2) или в аналоговом формате (то есть в виде несущей, модулированной согласно спецификации DVB-T). Децентрализованная генерация сигнала DVB-T предполагает транспортировку цифрового Транспортного Потока MPEG-2 через первичную распределительную сеть и последующую обработку сигнала в каждом месте установки передатчика. В качестве первичной сети могут использоваться фиксированные наземные линии связи (например, оптическое волокно, беспроводная связь) или линии спутниковой связи. Для этой цели могут быть применены различные технологии или их комбинация (например, ATM, PDH, SDH, DVB и т. д. Глобальная навигационная спутниковая система (ГНСС) — комплексная электронно-техническая система, состоящая из совокупности наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат и высоты), параметров движения (скорости, направления движения и т. д.) и временной синхронизации для наземных, водных и воздушных объектов. В настоящее время в эксплуатации находятся две ГНСС: американская NAVSTAR (GPS) и российская система ГЛОНАСС. На рисунке 1.9 представлен расчет зоны видимости системы ГЛОНАСС для конкретной точки Земли (в частности, город Минск). Видим, что на протяжении всех суток видно не менее четырех спутников (минимальное количество, необходимое для расчета координат и высоты), а, как правило, число видимых спутников существенно больше. Спутниковая навигационная система включает в себя три сегмента: 1 Космический. К нему относятся спутники, выведенные на орбиту Земли. 2 Наземный сегмент управления. Он состоит из главной станции, совмещенной с вычислительным центром группы контрольно-измерительных станций, и наземного эталона времени и частоты [29]. 3 Наземный сегмент потребителей. К нему относится приемное оборудование всех конечных пользователей ГНСС. Основная задача навигационной аппаратуры потребителей (НАП) — прием информации со спутников, ее интерпретация и вывод на дисплей либо в канал связи в надлежащем виде. Глобальные навигационные спутниковые системы определяют местоположение, скорость и точное время. Однако существенным фактором, влияющим на точность работы наземного навигационного оборудования, является количество видимых на небосклоне спутников. Для гарантированной работы GPS необходимо открытое пространство, когда в поле зрения находится максимальное число спутников, и отсутствуют отраженные сигналы.При наличии различных затенений радиовидимости, которые характерны для условий применения на наземном транспорте, а особенно в условиях современного городского ландшафта, возможности точного позиционирования значительно ухудшаются. Количество видимых спутников одной системы может быть недостаточным для решения навигационной задачи с требуемой точностью, и само решение часто становится невозможным. Использование двух навигационных систем улучшает и расширяет возможности для потребителей. Характерным примером является работа навигационного приемника вблизи стены дома, когда физически половина небосвода закрыта. В таких условиях использование ГЛОНАСС совместно с GPS существенно (почти в два раза) повышает надежность и достоверность приемника по определению координат. Поскольку решение навигационных задач на наземном транспорте предполагает работу в условиях частичных и частых затенений радиовидимости, приемник ГЛОНАСС+GPS имеет значительные преимущества перед любым односистемным приемником GPS или ГЛОНАСС. Система ГЛОНАСС, в отличие от GPS, позволяет осуществлять уверенный прием навигационного сигнала в северных и южных полярных широтах Земли. Рассматривая ГЛОНАСС/GPS-приемники, предлагаемые отечественными производителями, ограничимся только одним классом, а именно OEM- приемниками, то есть законченными модулями, предназначенными для встраивания в качестве электронного компонента в законченные изделия различного назначения. Ряд производителей предлагают на рынок и законченные навигационные изделия для морских, авиационных, наземных носителей, и геодезическую аппаратуру, однако в основе этих изделий все равно лежат OEM-приемники. КБ «ГеоСтар Навигация» предлагает на рынок два приемника: ГеоС- 1 иГеоС-1м. ГеоС-1 представляет собой законченную плату, представленную в соответствии с рисунком 1.11.Приемник использует сигналы со спутников обеих навигационных систем ГеоС-1, что позволяет определить точное местоположение объекта там, где это невозможно (или возможно с ограничениями — режим 2D) в случае использования систем по отдельности. Приемник ГеоС-1 способен получать данные местоположения, используя или только сигналы ГЛОНАСС, или только GPS, или работая по совмещенному созвездию ГЛОНАСС+GPS. Структурная схема приемника представлена в соответствии с рисунком 1.12.

ГЛАВА 2 ПРИНЦИПЫ СИНХРОНИЗАЦИИ ПЕРЕДАТЧИКОВ В ОДНОЧАСТОТНОЙ СЕТИ DVB-Т2

При пропадании сигналов GPS от спутников устройство в течение нескольких часов удерживает синхронизацию, благодаря внутреннему термостабилизированному опорному генератору 10 МГц. Тем не менее потеря синхронизации в таких условиях – вопрос времени. По этой причине устанавливается интервал времени работы в режиме удержания синхронизации, после которого устройство автоматически выключается и генерирует сообщение об этом. Этот интервал зависит от регулировок сети (величины защитного интервала) и от качества генератора. После возвращения сигнала GPS большая часть устройств, представленных на рынке, синхронизирует работу генератора 10 МГц, однако модулятор SFN остается рассинхронизированным из-за накопленной к этому моменту времени ошибки. На практике к накоплению ошибки приводит не отсутствие сигналов GPS в течение длительного времени, а периодическая многократная потеря спутниковых сигналов. ABE Elettronica разработала собственный алгоритм, называемый Holdover Error Recovery (“Исправление накопленной ошибки”), позволяющий компенсировать такие ошибки и предотвращать потерю синхронизации сети. Можно устанавливать максимальное значение исправляемой ошибки. При его превышении устройство кратковременно выключает сигналы 1 pps, вызывая этим принудительный перезапуск модуляторов. Алгоритм работает корректно также в случае, когда предыдущая ошибка полностью не скомпенсирована, а сигналы GPS вновь потеряны. A2 Определение результирующей задержки ИС в каждом из передатчиков Ri = Si + Mi, где i = 1, 2, 3,…, n. А3 Определение максимальной задержки Rmax ИС в SFN сети. А4 Определение величины отклонения задержек в каждом из передатчиков SFN сети от максимального значения Ei = Rmax — Ri . А5 Ввод дополнительных задержек ИС в модуляторы передатчиков Ri = Ri + Ei . А6 Измерение значения метки времени Тм излучения передатчиков. А7 Проверка выполнения условия Ri < 1 сек Если условие не выполняется, идти к А10 А8 Проверка выполнения условия установления синхронизма на первой секунде 1 сек >Тм ≥ Ri Если условие выполняется, идти к А14 А9 Установка метки времени излучения передатчиков Tм в T2-шлюзе ЦФМ, удовлетворяющей условию 1 сек > Tм ≥ Ri. Идти к А14 А10 Проверка выполнения условия 2 сек > Ri > 1 сек Если условие не выполняется идти к А13. А11 Проверка выполнения условия установления синхронизма на второй секунде 2 сек > Tм +1 ≥ Ri . Если условие выполняется, идти к А14. А12 Установка метки времени излучения передатчиков Tм в T2-шлюзе ЦФМ, удовлетворяющей условию 2 сек > Tм +1 ≥ Ri . Идти к А14. А13 Устранение причин возникновения задержек, превышающих две секунды. Идти к А1. А14 Проверка соответствия установленного защитного интервала в передатчиках SFN сети задержкам эхо-сигналов Zj в зоне обслуживания. Если GI > Zj , j = 1, 2, 3,…, k. Здесь k – номер контрольной точки измерений в зоне обслуживания. Если условие выполняется, идти к А16. А15 Установка защитного интервала, удовлетворяющего условию GI > Zj , j = 1, 2, 3,…, k. А16 Завершение настройки синхронной работы передатчиков SFN сети и переход к анализу качества ТВ вещания в зоне обслуживания. Настройка передатчиков, входящих в состав одночастотной сети, должна обеспечить равенство временных задержек, не превышающих двух секунд, на всех передатчиках в полном соответствии с выбранной относительной меткой времени, устанавливаемой в формирователе транспортного потока T2-MI. Оценка сетевых задержек на входе возбудителя и итоговых задержек в модуляторах должна обеспечивается измерителем с визуальной индикацией результатов измерений. При большом разбросе задержек на программном или аппаратном уровне необходимо ввести дополнительные статические задержки, выровняв, таким образом, разброс задержек в модуляторах передатчиков. Следует подчеркнуть, что методы обеспечения синхронизации SFN сети во многом определяются техническими характеристиками модуляторов передатчиков. К возбудителям зарубежных передатчиков, например, передатчиков R&S и Harris, входящих в состав SFN-сети, предъявляются жесткие требования по разбросу задержек при обработке информационного сигнала, а также по унификации управления этими задержками. К сожалению, на практике приходится выбирать тип возбудителя по другим критериям качества. Поскольку эффективность управления нелинейностью тракта усилителя мощности также во многом зависит от технических характеристик возбудителя в передатчиках мощных и средней мощности могут быть применены возбудители с большим разбросом задержек, что требует принципиально других методов работ по обеспечению синхронизации передатчиков одночастотной сети. Для проверки компенсации ошибок был проведен тест, при котором сигналы GPS отключались в течение 90% общего времени работы. Каждое отключение составляло около восьми часов и не превышало установленного порога накопленной ошибки, а интервалы включения сигналов GPS составляли десятки минут и были достаточны для необходимой компенсации ошибки. Тест дал положительный результат работы системы удержания синхронизации.Главная особенность, позволяющая в сети SFN избежать взаимного влияния в зонах, где накладываются сигналы — защитный интервал. Защитный интервал — временной интервал, после передачи каждого символа, в течение которого передатчик не излучает никакого полезного сигнала. Это позволяет приемнику, Синхронизированному с передатчиком не принимать сигналы в течении защитного интервала. Таким образом, приемники, не подвержены возможным «наложениям» символов, которые могли бы сделать полученный сигнал невозможным для демодуляции, даже если его уровень будет достаточно хорошим. Чем длиннее защитный интервал, тем больше времени, чтобы гасить нежелательное эхо. Но при этом ниже количество данных, которые могут быть переданы (скорость передачи Bit rate — число и/или качество программ). Защитный интервал может быть установлен от нескольких микросекунд до, более чем 200 микросекунд, чтобы гасить отраженные сигналы, прибывающие от разных передатчиков, как близко расположенных, так и расположенных на расстоянии до 70 км. Электромагнитные волны распространяются со скоростью света; то есть приблизительно 300 м. в 1 микросекунду. В режиме 2K IFFT (модуляция OFDM с 1705 несущими), имеющем символьную скорость выше, чем в режиме 8 K IFFT (6817 несущих), возможные защитные интервалы имеют более короткую продолжительность, будучи всегда выраженными как доля продолжительности времени символа (1/4; 1/8; 1/16; 1/32). Поэтому в сетях SFN чаще используют режим 8 K IFFT с более длинными защитными интервалами. Различия между режимами 2К IFFT и 8К IFFT. Выбор величины защитного интервала для одночастотной сети оказывает решающее влияние на топологию сети: поскольку длительность интервала определяет допустимую для данной сети величину задержки эхо-сигнала, то она и определяет максимальное расстояние между передатчиками. Резюме. Чтобы построить сеть одночастотную сеть цифрового вещания (SFN). 1 Транспортный Поток должен быть сформирован мультиплексором, который, должен иметь приемник GPS (чтобы гарантировать точность частоты сгенерированных данных); и иметь возможность вставлять Пакеты Инициализации Мегаструктуры (MIP). 2 Все передатчики должны быть синхронизированы приемниками GPS. 3 Планирование сети (выбор мощности и местоположения передатчиков, диаграммы направленности антенных систем, и т.д.) должно быть выполнено, таким образом, чтобы уменьшить до минимума, возможные, области интерференции. 4 Сеть должна быть «оптимизирована», регулировкой защитного интервала, чтобы свести интерференцию в зонах взаимного влияния передатчиков к минимуму. Одним из методов модуляции в системах цифрового ТВ вещания является многоуровневая амплитудная модуляция с частично подавленной нижней боковой полосой (АМ-ЧПБП, более известная как 8- и 16- VSB). Модулирующий сигнал представляет собой 8- или 16-уровневые импульсы, сглаженные формирующим фильтром. Протяженность нижнего и верхнего срезов спектра составляет 620 кГц при полной ширине спектра 6 МГц. Модуляция 8-VSB предназначена для применения в наземном цифровом вещании, a 16-VSB — для кабельных распределительных сетей. Обе разновидности модуляции VSB имеют одномерные созвездия с различным числом точек, из которых только половина используется для передачи полезной информации, а другая половина — для корректирующего кодирования. Поэтому по скорости передачи полезной информации модуляция 8- (16-) VSB фактически соответствует 4- (8-) VSB без кодирования. Скорость передачи символов при всех вариантах VSB практически в 2 раза выше численного значения занимаемой полосы частот. Помехоустойчивое кодирование Практически важный вывод работ Шеннона состоит в том, что если скорость передачи информации меньше пропускной способности канала, то с использованием кодов, исправляющих ошибки, можно создать систему связи со сколь угодно малой вероятностью ошибки на выходе декодера канала. При этом адекватная система без корректирующего кодирования будет более сложной, дорогой и энергоемкой. Отсюда вывод: система, не имеющая корректирующего кодирования и работающая без ошибок, — это крайне неэффективная система. Наоборот, эффективная система должна иметь возможность работы в режиме с достаточно высокой частотой ошибок в потоке на входе декодера, а сам декодированный поток должен иметь крайне малую вероятность ошибки на бит. Положительным эффектом помехоустойчивого кодирования является либо снижение вероятности ошибки, либо снижение энергетики передачи при той же вероятности ошибки, либо и то, и другое одновременно. Таким образом, кодирование расширяет возможности компромисса между полосой и энергетикой канала, присущего любой системе связи. В качестве примера системных компромиссов рассмотрим возможности выбора между кратностью относительной фазовой модуляции К = lg2M , кодовой скоростью R и минимально необходимой полосой BN. Положим, что кодер источника производит биты информации со скоростью где Тb — длительность информационного символа (тактовый интервал) в системе без кодирования. Тогда в зависимости от кратности модуляции М- позиционного сигнала ФМ требуется полоса Найквиста BN = 1/КТb. При кодировании кодом, исправляющим ошибки, скорость группового потока, состоящего из информационных и проверочных символов, возрастает в 1/R раз и становится равной у = 1/RTb, соответственно увеличивается и полоса Найквиста ВN=1/KRTb. Данные расчетов для ряда значений К и R приведены в таблице 2.4.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Телевизионное вещание – самое распространенное средство информационного обслуживания населения. Сегодня происходит слияние средств вещания, телекоммуникаций и компьютерных технологий в едином информационном пространстве. Этому способствует переход от аналоговых методов формирования и передачи сигналов к цифровым. Развитие систем передачи телевизионной информации в современных условиях идет по двум направлениям: – интеграция всех видов цифровых сигналов от источников информации в общем информационном потоке; – внедрение интерактивных сетей, позволяющих непосредственное общение пользователя с источником информации. В предлагаемом учебном пособии кратко освещается одна из перспективных систем цифрового наземного телевидения стандарта DVB-T, принятых в России. Этот стандарт является одним из трех телевизионных систем: DVB-T, ATSC и ISDB-T. Сравнивая преимущества и недостатки систем, следует отметить, что все стандарты предполагают использование компрессии MPEG, поэтому данные об изображении и звуке передаются в виде пакетов транспортно- го потока. Различия между системами проявляются на уровне модуляции. Таким образом, стандарт DVB-T описывает контейнер, приспособленный для доставки пакетированных данных в условиях наземного телевидения. Система DVB-T по сравнению с другими стандартами способна работать в условиях многолучевого приема, типичного для современных городов. В системе DVB-T возможна иерархическая модуляция, позволяющая осуществить одновременную передачу двух программ, например ТВЧ и стандартной четкости. Системы цифрового телевидения интенсивно развиваются. Совершенствуются методы сжатия цифрового потока. Вводятся новые спутниковые, кабельные и наземные цифровые каналы. Уменьшается стоимость цифровых приставок к стандартному вещательному телевизионному приемнику. В 2009 г. разработан новый стандарт наземного эфирного цифрового телевидения – DVB-T2, который позволяет получить более высокую полезную скорость передачи в стандартной полосе эфирного ТВ-вещания. По сравнению с DVB-T отсутствует связь с какой-либо структурой данных на транспортном уровне. Новый метод, названный «поворотом сигнального созвездия», обеспечивает существенный прирост устойчивости в сложных эфирных условиях. В целом, эти нововведения позволяют создать гибкую и эффективную систему трансляции мультимедийных потоков. Стандарт DVB-T2 – это мощный инструмент мультимедийного вещания, в который заложены огромные возможности по расширению функциональности.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ

1 Аверченко А. П., Женатов Б. Д., Бессонов В. А. Одночастотные сети в цифровом стандарте DVB-T2 // Технические науки: проблемы и перспективы: материалы II междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, апрель 2014 г.) СПб.: Заневская площадь, 2014 — С. 40−42. 2 Брайс, Р. Справочник по цифровому телевидению / Р. Брайс. – Жуковский: Эра, 2001 – 230 с. 3 Зубарев, Ю.Б. Основные направления внедрения цифрового вещания в России / Ю.Б. Зубарев, М.А. Быховский, М.И. Кривошеев, В.Г. Дотолев, Ю.Д. Шавдия // Broadcasting. – 2000 – №3 (7). – С. 28 – 31 4 Карякин, В.Л. Методы построения и оптимизации эфирных сетей цифрового телевизионного вещания / В.Л. Карякин, Д.В. Карякин, В.Б. Толмачев // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. – 2010 – Т. 13, №3.– С. 77–83. 5 Карякин, В.Л. Цифровое телевидение / В.Л. Карякин. – М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2008 – 272 с. 6 Карякин В.Л., Карякин Д.В. Системы цифрового телевидения: основы построения, технология видеомонтажа и эксплуатации. Самара: ООО «Офорт». ПГАТИ, 2006 — 238 с. 7 Коньшин С.А. Технологии цифрового телевидения. В 2 ч. Ч. 1 Аналоговое и цифровое телевидение / С.А. Коньшин, В.С. Коньшин, А.И. Одинец ; под ред. С.А. Коньшина. – Омск : Кн. изд-во, 2011 – 509 с. 8 Коньшин С.А. Технологии цифрового телевидения. В 2 ч. Ч. 2 Цифровое телевидение / С.А. Коньшин, А.В. Подгайский ; под ред. С.А. Коньшина. – Омск: Кн. изд-во, 2011 – 447 с. 9 Мамаев, Н.С. Цифровое телевидение / Н.С. Мамаев, Ю.Н. Мамаев, Б.Г. Теряев; под ред. Н.С. Мамаева. – М. : Горячая линия – Телеком, 2001 – 180 с.10.Мамчев Г.В. Основы радиосвязи и телевидения : учеб. пособие / Г.В. Мамчев. – М. : Горячая линия – Телеком, 2007 – 414 с. 11.Нефедов, В.И. Основы радиоэлектроники и связи: учебное пособие/В.И. Нефедов, А.С. Сигов; под ред. В.И.Нефедова. — М. : Высшая школа, 2009 — 735 с. 12.Нефедов, В.И. Основы радиоэлектроники / В.И. Нефедов. – М. : Высшая школа, 2000 – 399 с. 13 Омелянюк И.В. Цифровое эфирное телевидение. Практика, новые направления развития цифрового наземного телевидения. СПб.: Телеспутник, 2010 — 152 с. 14 Основы телевидения : учебное пособие / сост.: В.А. Глушков, А.В. Смирнов. – Ульяновск : УлГТУ, 2014 – 88 с. 15.О федеральной целевой программе «Развитие телерадиовещания в Российской Федерации на 2009−2015 годы»: Постановление Правительства РФ от 3 декабря 2009 г. № 985 16.Прокис, Дж. Цифровая связь: пер. с англ. / Дж. Прокис; под ред. Д.Д. Кловского. – М. : Радио и связь. 2000 – 800 с. 17 Птачек, М. Цифровое телевидение : Теория и техника / М. Птачек; пер. с чеш. под ред.Л.С. Виленчика. – М. : Радио и связь, 1990 – 528 с. 18.Самкова Е. Обзор рынка навигационных устройств// Встраиваемые системы, №3, 2009 19.Смирнов, А.В. Цифровое телевидение: от теории к практике/ А.В. Смирнов, А.Е. Пескин. – М. : Горячая линия-Телеком, 2012 – 352 с. 20 Смирнов, А.В. Основы цифрового телевидения : учебное пособие А.В. Смирнов. – М. : Горячая линия-Телеком, 2001 – 224 с 21 Телевидение : учеб. для вузов / В.Е. Джакония [и др.]. – М. : Горячая ли- ния – Телеком, 2007 – 616 с. 22.Шахнович И. DVB-T2 — новый стандарт цифрового телевизионного вещания // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес: журнал. — 2009 23 Шахнович И. Конкурирующие стандарты цифрового вещания. – ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2002, №1, с.17–19. 24 Шахнович И. Современные технологии беспроводной связи. – М.: Техносфера, 2006 25. Яценков В.С. Основы спутниковой навигации. Системы GPS NAVSTAR и ГЛОНАСС. — М.: Горячая линия — Телеком, 2005 26 Digital Video Broadcasting (DVB); Modulator Interface (T2-MI) for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2): ETSI TS 102 773 v.1.1.1, 2009 – 36 р. 27 Digital Video Broadcasting (DVB); Implementation guidelines for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2): ETSI TS 102 831 v1.1.1. ETSI, 2010 – 213 р. 28 DVB-T2 Physical Layer Specification: ‘Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2)’.DVB Blue Book A122 or ETSI EN 302755 v1.2.1 29 DVB-T2.pdf. 11 DVB-T2 in relation to the DVB-x2 Family of Standards Nick Wells (BBC R&D, Chairman of DVB TM-T2 working group) 30.Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2). – DVB Document A122, June 2008