В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
В России для вещания в стандарте DVB-T2 законодательно приняты к использованию радиочастоты метрового (174–230 МГц, 6–12 ТВК) и дециметрового диапазонов (470–790 МГц, 21–60 ТВК) [1].
Стандарт DAB+ предусматривает работу в диапазонах I, II, III, IV, V и L, однако на практике все существующие сети развернуты только в диапазоне III, соответственно, под этот диапазон разработаны и продаются бытовые приемники. Вещание в стандарте DAB+ в России не регламентировано.
Для исследования возможности совместного использования радиоканала наземного ТВ для передачи программ телевидения (DVB-T2) и звукового вещания (DAB+) был выбран диапазон частот 174–230 МГц, для которого, как было отмечено выше, имеется стандартное оборудование.
Напомним, что полоса частот радиоканала телевизионного вещания в Российской Федерации составляет 8 МГц. Системы DVB-T2, DAB+ и DRM+ используют модуляцию OFDM. При этом модулированные несущие занимают не всю полосу частот радиоканала: по краям спектра оставлены защитные интервалы для приведения внеполосных излучений к требуемым нормативным значениям.
Полоса частот стандартного канала DAB+ составляет 1,712 МГц (не на всех каналах, есть и другие значения). При этом в диапазоне III располагается 41 канал согласно табл. 1.
В системе DAB+ величина разноса несущих частот для каждого из возможных режимов работы TMI, TMII, TMIII, TMIV своя и составляет соответственно 1, 4, 8 и 2 кГц. Например, при работе системы DAB+ в режиме TMI используется 1536 несущих частот с разнесением в 1 кГц (Transmission mode 1, Band III), полезная ширина спектра, таким образом, составляет 1,536 МГц, на защитные интервалы отводится 0,177 МГц. Для всех возможных режимов работы полоса частот радиосигнала остается равной 1,536 МГц. Возможность ее изменения в системе DAB+ не предусмотрена.
В отличие от этого в системе DVB-T2 возможна работа в радиоканалах шириной 1,7; 5; 6; 7; 8 и 10 МГц, число несущих частот радиоканала и расстояние между ними также зависит от выбранного режима работы. Полезное использование спектра в DVB-T2 для радиоканала шириной 8 МГц составляет 7,61 МГц (и 7,77 МГц для так называемого расширенного режима использования несущих частот), на защитные интервалы отводится соответственно 0,39 (и 0,23 для расширенного режима работы) МГц.
При принятом в Российской Федерации частотном планировании единственно возможным вариантом совместной работы двух систем в общем радиоканале шириной 8 МГц является сужение спектра сигнала DVB-T2. Возможные варианты размещения спектров для систем DVB-T2 и DAB+ представлены на рис. 1. Оно возможно только при уменьшении полосы частот сигнала DVB-T2 до значений 6 (рис. 1а) или 5 (рис. 1б) МГц. При этом следует учесть в полной мере (или хотя бы частично) маски внеполосных излучений и имеющиеся данные о величинах защитных отношений для сигналов разных форматов. Радиоканалы шириной 1,7, 7 и 10 МГц не рассматривались.
Вполне вероятно, что можно расположить спектры сигналов систем DVB-T2 и DAB+ ближе, чем того требуют маски излучения, без существенного ухудшения качества при радиоприеме. В варианте, представленном на рис. 1б, где полоса частот сигнала DVB-T2 уменьшена до 5 МГц, блоки сигналов системы DAB+ расположены с обеих сторон от спектра сигнала системы DVB-T2. В этом случае маски излучения перекрываются, спектры сигналов обеих систем оказываются расположенными вплотную друг к другу без защитных интервалов. Преимуществом здесь является сохранение центральной частоты сигнала DVB-T2 в центре радиоканала шириной 8 МГц.
Возможность приема сигналов ТВ и ЗВ, излучаемых в одном радиоканале шириной 8 МГц, была экспериментально проверена с помощью лабораторной установки, структурная схема которой приведена на рис. 2.
Источником испытательных сигналов служил R&S BTC (Broadcast Test Center) – профессиональный прибор с возможностью получения тестовых сигналов систем DAB+ и DVB-T2 со всем разнообразием реализуемых в этих системах характеристик и режимов работы. Для приема программ цифрового телевидения DVB-T2 использовались устройства разного класса: R&S ETL – профессиональный измерительный приемник; Aver TV Hybrid Volar T2 H831 – приемник в виде приставки к компьютеру; Rolsen RDB-902 – бытовая ТВ-приставка; WISI Chameleon GNHWUW2 – полупрофессиональный универсальный модуль, используемый операторами кабельных сетей в качестве оборудования головных станций; телевизор UE46ES5507K фирмы Samsung со встроенным декодером DVB-T2. Для приема программ цифрового ЗВ использовался бытовой приемник XDR-S60 DPB фирмы Sony.
C помощью двух независимых генераторов, входящих в состав R&S BTC (рис. 2), формировались радиосигналы систем DVB-T2 и DAB+ с одинаковым уровнем мощности, равным - 25 дБм. Затем через сумматор Σ оба сигнала подавались на приемники программ телевидения (ТВ) и звукового вещания (ЗВ). Эксперименты проводились на различных частотах и с разными значениями полосы частот системы DVB-T2. Спектры сигналов DVB-T2 и DAB+ постепенно приближали друг к другу. Влияние обоих сигналов друг на друга при радиоприеме оценивали по общепринятым объективным параметрам: для сигнала DVB-T2 это BER BCH, BER LDPC, BBFRAME Error Ratio, Errored Second Ratio, TS Packet Error Ratio; а для DAB+ – уровень сигнала, в %. Субъективно оценивалось также и качество принимаемой зрительной и слуховой информации.
Параметры сигнала системы DAB+ полностью соответствовали стандарту (Band III, Transmission Mode I). В качестве тестовых сигналов использовались тоны разной частоты, речевые и музыкальные сигналы. Мультиплекс DAB+ состоял из семи субканалов (табл. 2 ).
Параметры сигнала DVB-T2: версия стандарта 1.2.1; размер FFT – 32K; режим несущих нормальный; поворот сигнального созвездия используется; защитный интервал 1/16; расположение пилот-ячеек PP4; режим передачи SISO; модуляция несущих частот QAM-64, скорость кода 4/5; число информационных символов во фрейме передачи 63, модуляция L1 QPSK. Тестовый сигнал – BTC DIVER.TRP, поток T2-MI, необходимый для работы передатчиков в одночастотной сети SFN, не генерируется. Для нашего случая данный факт не является существенным. Заметим, что все испытания проводились в лабораторных условиях.
Оба варианта размещения спектров (рис. 1) сигналов DVB-T2 и DAB+ работоспособны.
С учетом масок излучения в варианте, представленном на рис. 1а, без проблем размещаются спектры обоих сигналов. Их взаимное влияние друг на друга при радиоприеме отсутствует. Качество звука при приеме программ ЗВ-приемником DAB+ не ухудшается, уровень сигнала на его дисплее равен 100%. Качество изображения и звукового сопровождения ТВ в системе DVB-T2 также не ухудшается. Параметры, характеризующие цифровые ошибки (BER BCH, BER LDPC, BBFRAME Error Ratio, Errored Second Ratio, TS Packet Error Ratio), не ухудшаются.
При перекрытии спектров обоих сигналов на величину защитных частотных интервалов (рис. 3б) качество приема программ телевидения и звукового вещания также не ухудшается. Уровень сигнала DAB+ по шкале приемника по-прежнему составляет 100%, но коэффициент ошибок BER LDPC при приеме сигнала DVB-T2 увеличивается на один порядок.
При перекрытии спектров обоих сигналов на величину, превышающую защитные частотные интервалы (рис. 3в), когда несущие частоты двух спектров частично накладываются друг на друга, профессиональный приемник R&S ETL перестает измерять какие-либо параметры сигнала DVB-T2, однако при определенной величине их перекрытия программа телевидения принимается без ухудшения на всех испытанных приемниках. Приемник WISI Chameleon при приеме сигнала DVB-T2 позволяет оценить значение BER BCH, его величина постепенно возрастает при сближении спектров, и как только она превышает значение 10-8, в изображении и звуке ТВ-программы появляются сбои. При дальнейшем сближении обеих спектров прием программы ТВ прерывается. Приемник системы DAB+ также воспроизводит звук без искажений, но при увеличении величины перекрытия спектров уровень сигнала, показываемый на его дисплее в %, постепенно снижается.
Перекрытие спектров, при котором приемник сигнала DVB-T2, работает еще без помех, может доходить до 200 кГц для разных режимов передачи и разных типов приемных устройств. Очевидно, что обе системы в лабораторных условиях могут работать даже при перекрытии спектров, пока корректирующая способность помехоустойчивых кодов позволяет исправлять ошибки. Прерывание приема программ ТВ и ЗВ носит явно выраженный пороговый эффект.
Прием сигнала системы DAB+ существенно более помехоустойчив, возможно, за счет использования более помехоустойчивой модуляции DQPSK в сравнении с модуляцией QAM-64, применяемой в данном случае в системе DVB-T2. Это различие приводит к большему мешающему воздействию сигнала DAB+ (как более защищенного) на сигнал DVB-T2, который при выбранном типе модуляции оказывается, по-видимому, менее защищенным от воздействия помех. Однако если рассматривать область перекрытия несущих частот, то в системе DVB-T2 относительно слабую помехоустойчивость выбранного вида модуляции компенсируют более широкая полоса частот самого сигнала и более эффективные помехоустойчивые коды.
Профессиональные устройства позволяют настраивать частоту передачи и приема в широком диапазоне с любым шагом (практически плавно), однако большинство бытовых приемников систем DAB+ DVB-T2 настраиваются дискретно по заложенной в них сетке частот. Возможность изменения ширины радиоканала DVB-T2 также предусмотрена во всех протестированных приборах по-разному (табл. 3). Это создает дополнительные трудности для внедрения подобной совмещенной сети на практике, когда у потребителей уже куплены приемники разных производителей.
Максимальная пропускная способность радиоканала в системе DVB-T2 составляет 50,34524 Мбит/с. Параметры, применяемые для вещания первого мультиплекса в России, позволяют получить полезную скорость передачи цифровых данных, равную 31,8 Мбит/с: PLP0 – 24,9 Мбит/с, PLP1 – 3,55 Мбит/с, PLP2 – 3,35 Мбит/с.
При переключении системы DVB-T2 на ширину полосы частот радиоканала, равную 6 МГц (если прочие ее параметры оставлены без изменения), пропускная способность падает до 24,6 Мбит/с, что снижает число программ ТВ с аналогичным качеством. Максимальная пропускная способность, которой удалось добиться в канале шириной 6 МГц, составила 37,2 Мбит/с.
При проведении данных экспериментов мультиплекс сигнала DVB-T2 с параметрами, применяемыми в настоящее время на сети РТРС, также формировался с помощью R&S BTC. Для получения сигнала звукового вещания формата DRM+ использовались контент-сервер Fraunhofer DRM Content Server и модулятор RFmondial DRM+ Exciter. Настройки оборудования системы DRM+ были взяты произвольно из возможного их числа: алгоритм компрессии звукового сигнала AAC, уровень защиты максимальный, модуляция несущих QAM-4. Оба сигнала DVB-T2 и DRM+ каждый с уровнем - 31 дБм подавались на сумматор Σ и далее на приемники стандартов DVB-T2 и DRM+ (рис. 4). Для приема сигналов использовались приемники RFmondial DRM+ Receiver и WISI Chameleon.
Проблема передачи в одном радиоканале мультиплексов DVB-T2 и DRM+ решается гораздо проще, чем это имеет место при совместной передаче сигналов форматов DVB-T2 и DAB+. Реальная ширина спектра сигнала DVB-T2 при выбранных настройках составляет 7,61 МГц, неиспользуемые части полосы частот радиоканала с каждой стороны составляют около 195 кГц. Напомним, что ширина спектра радиосигнала системы DRM+ составляет 96–100 кГц, что позволяет, не меняя конфигурации существующей телевизионной сети, расположить спектры радиосигналов системы DRM+ слева и справа от спектра сигнала DVB-T2, занимающего центральную часть полосы частот радиоканала, рис. 5. Здесь показано расположение спектров систем DVB-T2 и DRM+ на примере 6 канала ТВ.
Проведенные эксперименты показали, что при данном расположении оба сигнала принимаются, не создавая помех и дополнительных искажений друг другу. Важно также, что спектр сигнала DVB-T2 оказывается расположенным в центре полосы частот радиоканала, что не требует изменения сетки несущих частот телевидения. К числу недостатков можно отнести меньшее число передаваемых в общей полосе частот радиоканала программ звукового вещания, не более четырех в каждом блоке DRM+.
Планируется провести в дальнейшем работы по проверке изложенных выше результатов на реальной сети телевизионного вещания.
Литература
Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #6, 2015
Посещений: 13056
Автор
| |||
Автор
| |||
Автор
| |||
Автор
| |||
В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
