В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Владимир Блох
Эксперт
Сегодня в разных странах действуют всевозможные стандарты передачи цифрового ТВЧ: в Америке – ATSC, в Японии – SDB, в Китае – DMBT, в Европе стандарт – ТСЧ – DVB-T/H. В 2009 году ученые США и Великобритании разработали для эфирной сети стандарт DVB-T2. Была поставлена задача на 30% увеличить прирост пропускной способности канала, уменьшить размерности FTT и защитных интервалов, применить другие помехоустойчивые коды (BCH и LDPC), установить новые режимы введения пилот-сигналов.
Чтобы понять, насколько эта разработка применима в наших условиях, сравним два стандарта: DVB-T1 и DVB-T2 [1, 3].
Стандарт DVB-T2 предлагает:
На рис. 1 приведена архитектура процесса.
Функциональная схема прохождения сигнала через передатчики на антенну представлена на рис. 2
Из рис. 1 следует, что входной поток, поступающий на Interface, подвергается сжатию по стандарту MPEG-2 и превращается в сигналы физического уровня PLPc, которые, расщепляясь, преобразуются в потоки Ts. Эта предложенная система предполагает наличие трех составных потоков: SS.1, SS.2, SS.3, каждый из них содержит кодирование по видео и звуку и две субсистемы SS.4, SS.5. Потоки через статистический мультиплексор (statistical multiplexer) объединяются и поступают на межсетевой переход (SS.2 Basic Gateway), с которого расходятся на модуляторы. Затем потоки трансформируются в RF-каналы и поступают в антенну. На приемной стороне они демодулируются и после декодирования по стандарту MPEG-2 поступают в телевизор.
Основные параметры стандартов DVB-T2 и DVB-T1 приведены в табл. 1, из которой видно, что число служебных пилот-сигналов уменьшается.
Система DVB-T2 способна передавать несколько независимых потоков, каждый со своей схемой модуляции, скоростью кодирования и своим защитным интервалом. Имеются три основных потока: транспортный поток (Transport Stream 6 – TS), обобщенный инкапсулированный поток (Generic Encapsulated Stream – GSE) и обобщенный непрерывный поток (Generic Continuous Stream – GCS). Пакеты каждого магистрального потока объединяются в Baseband-кадры (BB-кадры) отдельно для каждого потока.
Сформированный BB-кадр скремблируется (рандомизируется) путем перемножения на псевдослучайную последовательность и подвергается помехоустойчивому кодированию (FEC). Функциональная схема скремблера представлена на рис. 3. Входной сигнал поступает на скремблер, который рандомизирует биты в пределах FEC-блока.
Кодер вставляет в сигнал биты РТ-генератора случайной последовательности, что делает поток более равномерным. Генератор случайной последовательности (PRBS) сформирован образующим полиномом: 1+X14 +X15. Длина последовательности составляет: 100101010000000. Формат кадра представлен на рис. 4.
Для обеспечения минимального количества ошибок (BER = 10-11, -13) помимо помехоустойчивого кодирования применяется перемежение [1–3, 5] (как и в стандартах DVB-T, ATSC, ISDB, DMB).
Для уменьшения образования групповых ошибок применяют различные перемежатели:
Аналогично европейскому и американскому стандартам в DVB-T2 имеется помехоустойчивое кодирование с исправлением ошибок. Применятся каскадный код, состоящий из внешнего и внутреннего кодов. В стандарте вместо вешнего кода R-S применяется BCH, а внутреннего – LDPC. Размер кодового слова составляет 64 800 бит. Применение в стандарте DVB-T2 помехоустойчивого кода является очень важным нововведением [1, 8].
В европейском и американском стандартах в качестве внешнего кода применяется укороченный код R-S с параметрами: 188, 204, 16 – для Европы и 187, 207, 20 – для США. Первый исправляет 8 ошибок, второй – 10. Европейский совместно с внутренним сверточным кодом, внутренним, внешним перемежением кодов, при OFDM с K8 модуляции несущих 64 QAM обеспечивает величину ошибок BER – 10-11. Американский при таком же построении тракта, но с триллесным кодом и модуляции несущих 8 TCM – BER 10-13. Применение же в качестве внешнего кода BCH предложенной длины совместно с внутренним кодом LDPC может исправлять от 10 до 12 ошибок.
Предложенные в стандарте DVB-T2 длинные коды имеют в своем составе меньше избыточных битов, но при этом усложняется синдром исправления ошибок и увеличивается мощность на их передачу. В стандарте не указано, какой может быть получен выигрыш при применении этих кодов. В табл. 2 представлены параметры применяемых кодов для Nidpc = 64 800. Из них ясно, что избыточность от представленных всех кодов одинакова.
Во всех стандартах цифрового телевидения используется OFDM-модуляция, которая призвана бороться с многолучевым приемом. Это явление типично для наземного ТВ-вещания. С основным сигналом принимается сигнал, отраженный от какого-либо препятствия и пришедший к антенне с задержкой. В результате чего на экране появляется повтор. На рис. 5 представлен спектр радиосигнала OFDM.
Сигнал OFDM снижает уровень внеполосных составляющих спектра и обеспечивает большое значение пик-фактора. Это приводит к тому, что аналоговый телевизионный передатчик мощностью 50 кВт может быть заменен цифровым мощностью 5 кВт.
В режиме 8K используется полоса 7,611607 МГц. Защитный интервал равен Tим/4 fc Он сохраняет ортогональность сигнала, определяет расстояние между передатчиками, работающими в одночастотных сетях. С другой стороны, чем меньше защитный интервал, тем больше передаваемая скорость данных, представляющих собой информацию об изображении и звуковом сопровождении.
Во всех стандартах передачи цифрового ТВ для образования несущих на передаче и приеме применяются соответственно обратное и прямое быстрое преобразование Фурье. Алгоритм быстрого преобразование Фурье уменьшает число несущих частот. Таким образом решается задача борьбы с многолучевым распространением.
Другим параметром, обеспечивающим уменьшение влияния многолучевого распространения, является защитный интервал, в котором передается часть сигнала для обеспечения его ортогональности. Величина защитного интервала определяет возможность расстояния между передатчиками, работающими на одной несущей частоте.
В стандарте DVB-Т2 предложено увеличить число поднесущих до 32K.
Предлагается также заменить модуляцию несущих 64 QAM на 256 QAM. Применение модуляции 256 QAM сулит большие возможности, но появляются и большие проблемы: формула вероятности ошибки усложняется. Необходимо определить, превысит ли применение предложенных помехоустойчивых кодов уменьшение ошибок за счет применения модуляции 256 QAM.
Заметим, что качество передачи телевизионного сигнала определяется во всем мире по величине функции ошибок BER [6]. Определять ее теоретически по уровню шумов и энергии ожидаемого сигнала.
где Eb – энергия на бит;
N0 – спектральная плотность мощности шума;
m – коэффициент, зависящий от типа модулирующего сигнала.
Переписав эту формулу для QAM-сигнала и для канала с релеевским замиранием, можно будет определить, насколько стандарт DVB-T2 лучше стандарта DVB-T1.
В стандарте DVB-T2 говорится, что на вход передатчика может поступать цифровой поток 50 Мбит/с. Это вызывает удивление. Во-первых, на такой поток нет стандарта, а есть стандарт на цифровой поток STM0 – 51 Мбит/с для передачи трех каналов ТВЧ. Работа, в том числе и автора этой статьи, показала, что объединение трех таких каналов невозможно.
Поэтому думается, что стандарт DVB-T2 возможен только при раздельно поступающих на передатчик потоков цифрового сигнала на скорости меньшей, чем 32 Мбит/c, и на сегодняшний день имеет смысл рассматривать его только в качестве предварительного стандарта наземного цифрового вещания.
Литература
Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #4, 2011
Посещений: 23261
Статьи по теме
Автор
| |||
В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
