Кривошеев М.И. Международная стандартизация цифрового вещательного телевидения

Подождите немного. Документ загружается.

241

Для обеспечения необходимых требований по адаптации потока дан-

ных к радиоканалу вещания в составе передающего комплекта системы

DVB-T имеются устройства кодирования для канала, мультиплекси-

рования и модуляции. Структурная схема передающей части системы

с подсистемами адаптации к каналу наземного вещания, кодирования

источников информации и их мультиплексирования в транспортный

поток показана на рис. 5.8. Сигнальные модуляционные созвездия, ис-

пользуемые в системе, изображены на рис. 5.9.

Выход транспортного мультиплексора является точкой стыка подсис-

тем формирования и передачи транспортных пакетов. Таким образом,

входным сигналом тракта адаптации является поток транспортных па-

кетов фиксированной длины 188 байт, из которых один (первый) байт

служит для цикловой синхронизации. Для более равномерного распре-

деления (дисперсии) энергии радиосигнала в полосе канала входной

поток подвергается рандомизации (скремблированию). Система DVB-T

имеет два идентичных по структуре тракта рандомизации и помехоус-

тойчивого кодирования. Такое построение позволяет использовать ие-

рархические методы независимого кодирования двух потоков данных

для организации их приоритетного приема в зонах вещания с различ-

ной площадью покрытия. Общая часть тракта подсистемы адаптации

служит для преобразования потоков данных в комбинации битов, со-

ответствующих модулированным посылкам, ввода сигналов цикловой

синхронизации и управления, формирования защитных временных

интервалов, преобразования цифровых сигналов в модулированный

групповой спектр COFDM, переноса его в полосу канала вещания, уси-

ления и излучения в эфир.

При разработке подсистемы кодирования для канала в системе DVB-

T были максимально учтены требования близости структуры и пара-

метров к спутниковой (DVB-S) и кабельной (DVB-C) системам [5.206].

Так, схемы внешнего кодирования и внешнего перемежения являют-

ся одинаковыми во всех трех системах DVB. Схемы внутреннего коди-

рования и рандомизации (скремблирования) соответствуют таковым

в спутниковой системе DVB-S.

Построение подсистемы кодовой защиты в системе DVB-T выполнено

по традиционному для систем ЦНТВ каскадному принципу. Для защи-

ты от ошибок в демодулируемом сигнале COFDM служит внутренний

сверточный кодек с набором различных кодовых скоростей и относя-

щийся к нему блок внутреннего перемежения / деперемежения битов.

Для исправления пакетов ошибок и дополнительного снижения ве-

5.2. СИСТЕМЫ НАЗЕМНОГО ЦИФРОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ

242

ГЛАВА 5. СТАНДАРТИЗАЦИЯ НАЗЕМНОГО ЦИФРОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ

Рис.5.8. Структурная схема передающей части системы DVB-T

243

роятности ошибки в декодированном сигнале служит внешний кодек

Рида-Соломона и внешний перемежитель / деперемежитель байтов

транспортного потока.

Особенностью системы DVB-T является возможность изменения сте-

пени кодовой защиты отдельных составляющих выходного цифрово-

го потока или относительных расстояний между точками и группами

точек сигнального созвездия (рис. 5.9) в целях обеспечения различной

помехоустойчивости приема сигналов различных служб. Однако если

требования к необходимому отношению несущая / шум и вероятности

Рис. 5.9. Сигнальные созвездия QPSK и QAM в системе DVB-T

5.2. СИСТЕМЫ НАЗЕМНОГО ЦИФРОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ

244

ГЛАВА 5. СТАНДАРТИЗАЦИЯ НАЗЕМНОГО ЦИФРОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ

ошибки на границе зоны остаются неизменными, то для некоторой

службы рост помехоустойчивости адекватен расширению зоны ее уве-

ренного приема с прежним качеством. При одной и той же мощности

передатчика существует некая центральная зона, в которой уверенно

принимаются все вещательные службы, а также одна или несколько

зон с большим удалением от передатчика, где возможен прием только

части служб. Такой режим вещания называется вещанием с постепен-

ной деградацией, вещанием с приоритетным или иерархическим при-

емом служб.

Для реализации иерархической передачи и приема сигналов данные

на выходе транспортного мультиплексора разделяются на два незави-

симых потока, которым присваиваются разные степени приоритета.

Поток с высшим приоритетом кодируется с целью обеспечения высокой

помехозащищенности, поток с низшим приоритетом — с целью обес-

печения высокой скорости передачи данных. Затем оба кодированных

потока объединяются и передаются по каналу. Таким образом появля-

ется возможность одновременной передачи двух версий ТВ програм-

мы. Первая версия характеризуется высокой помехозащищенностью,

но ограниченной четкостью, вторая — высокой четкостью, но ограни-

ченной помехозащищенностью. Версия с высокой четкостью может

приниматься на стационарную антенну с помощью более совершенно-

го приемника. Эта же программа в варианте с ограниченной четкостью

будет приниматься и более простым приемником. Помехозащищен-

ную версию можно принимать в трудных условиях приема, например,

в условиях движения, на комнатную антенну и т. п. При меняющихся

условиях приема возможно переключение приемника с одной версии

на другую.

Дальнейшим развитием системы DVB-T является система DVB-H

(Digital Video Broadcast — Handheld), дебют которой состоялся на вы-

ставке IBC2004 [5.280]. Система использует IP-протокол передачи сигна-

лов наземного цифрового ТВ вещания по сетям DVB-T и предназначена

для приема этих сигналов на ручные абонентские терминалы.

Необходимость создания «ручной» версии стандарта DVB-T для мало-

габаритных терминалов вызвана тем, что при использовании их в транс-

портной сети DVB-T возникает ряд специфических проблем. Во-первых,

для мобильных устройств крайне важное значение имеет величина

мощности, потребляемой от аккумуляторных батарей. Поэтому жела-

тельно, чтобы при приеме цифрового сигнала была возможность пери-

одически отключать питание мобильного приемника. Во-вторых, так

245

как мобильный приемник по определению все время находится в движе-

нии, необходимо максимально упростить процесс его перехода от одной

ячейки одночастотной сети SFN (Single Frequency Network) к другой.

В третьих, несмотря на принципиальную возможность приема программ

DVB-T на приемники, установленные на подвижных объектах, для этой

системы существуют достаточно жесткие ограничения по максималь-

ной скорости перемещения объекта (примерно до 300 км / ч). Поэтому

технологию DVB-T проблематично использовать в качестве транспор-

тной среды для передачи на землю сигналов с вертолетов и самолетов.

Наконец, мобильные устройства в процессе работы подвергаются зна-

чительно большему, чем стационарные приемники, воздействию раз-

личных помех. Следовательно, они должны обеспечивать повышенную

надежность приема в сложной электромагнитной обстановке.

С учетом изложенного и стремительного роста популярности сотовых

телефонов и аппаратов PDA (Personal Digital Assistant — персональный

цифровой помощник) ведущие фирмы, участвующие в проекте DVB,

сформировали рабочую группу по разработке нового проекта под на-

званием DVB-H. Первые технические предложения и проект стандарта

на новую систему наземного цифрового вещания были подготовлены

этой группой к январю 2004 года.

Система DVB-H базируется на отработанных технических решениях

для системы DVB-T [5.207], объединяя 5 отдельных спецификаций:

DVB-H Transmission System (ETSI EN 302 304) — определяет тех-

ническую спецификацию системы мультимедийных услуг для руч-

ных терминалов, предоставляемых через сеть наземного цифрового

вещания DVB-T.

DVB-H Implementation Guidelines — определяет процедуру взаимо-

действия технических компонентов системы друг с другом.

DVB Service Information — определяет требования к сигналам ин-

дикации различных информационных сервисов (услуг) на основе

модифицированного стандарта EN 300 468 (DVB-SI) применительно

к сигналам DVB-H для ручных терминалов.

DVB DATA — определяет порядок передачи цифровых данных в сис-

теме DVB-H на основе модифицированного стандарта EN 301 192

(DVB-DATA).

DVB Terrestrial Transmission — определяет режимы передачи сиг-

налов DVB-H на основе модифицированного стандарта EN 300 744

(DVB-T).

Техническое описание системы DVB-H содержит 3 уровня:

5.2. СИСТЕМЫ НАЗЕМНОГО ЦИФРОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ

246

ГЛАВА 5. СТАНДАРТИЗАЦИЯ НАЗЕМНОГО ЦИФРОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ

DVB-SI level (сервисный уровень) — описывает порядок передачи

приемнику DVB-H сообщения о том, что информационные сервисы

(услуги) передаются в составе MPEG транспортного потока (Terrestrial

Descriptor);

DVB-DATA level (уровень данных) — описывает процедуру инкап-

суляции цифровых данных в пакеты DVB (Time Sliced Multi Protocol

Encapsulation mechanism);

DVB-H physical level (физический уровень) — описывает режим мо-

дуляции 4k, используемый в системе DVB-H для передачи данных.

В терминалах системы используется режим временного разделения

Time-Slicing, позволяющий подавать напряжение батарейного пита-

ния на тюнеры лишь в интервалах приема пакетов данных. Это дает

возможность снизить потребляемую терминалом мощность на 95 %

по сравнению с приемником системы DVB-T и значительно увеличить

срок службы батарейных источников питания ручной приемной аппа-

ратуры. Для повышения надежности системы, уменьшения влияния

эффекта Доплера и снижения чувствительности к импульсным помехам

используется дополнительное канальное кодирование данных, относя-

щихся к инкапсуляции протокола передачи.

Другое новшество — применение модуляции радиосигнала 4k (3409

несущих). Как показали исследования, этот тип модуляции оптимален

с точки зрения устойчивости мобильного приема в одночастотных се-

тях среднего и большого размера при относительно больших скоростях

цифрового потока. При этом абонентские терминалы DVB-H способны

также принимать сигналы обычного наземного ТВ вещания DVB-T с мо-

дуляцией 2k (1705 несущих) или 8k (6817 несущих). Примечательно,

что помимо сигналов вещательного телевидения стандартов MPEG-2

и MPEG-4, по сети DVB-H можно одновременно передавать и любые

цифровые данные, упакованные в стандартные IP-пакеты с помощью

инкапсулятора. Это позволяет отображать на экране приемного терми-

нала страницы веб-сайтов, играть в сетевые игры, «скачивать» музы-

кальные программы и т. д. Таким образом, приемник DVB-H становится

по существу гибридом мобильного телевизора и портативного компью-

тера с радиодоступом к сети Internet. Обратный интерактивный канал

может быть организован различными способами, например, по техно-

логии GPRS в сети сотовой связи GSM.

Новая система DVB-H отличается повышенной эффективностью

использования спектра. Так как отображение сигналов DVB-T осу-

ществляется телевизорами с большими экранами, для обеспечения

•

247

высокого качества изображения в одном частотном канале передается

не более 5-6 ТВ программ со средней скоростью потока 4-5 Мбит / с

на одну программу. Экраны же мобильных ручных терминалов зна-

чительно меньше (3-10 см по диагонали), поэтому разрешающая

способность снижена в несколько раз. На практике в одном канале

DVB-H передается от 30 до 80 ТВ программ со скоростями потока

128-384 кбит / с на одну программу.

5.2.4. СИСТЕМА ISDB-T

Система цифрового наземного ТВ вещания ISDB-T (Приложение 52,

фото 25) разработана в трех вариантах применительно к существующим

стандартным каналам наземного аналогового ТВ вещания с номинальной

полосой частот 6, 7 или 8 МГц. В Рекомендацию МСЭ-Р ВТ.1306 по ме-

тодам модуляции сигналов в цифровом наземном ТВ вещании [5.12] она

включена под условным обозначением «Система С» (рис. 5.5).

В системе ISDB-T применяется модифицированная схема много-

частотной модуляции с ортогональным частотным распределением

мультиплекса (OFDM), допускающая передачу цифрового потока в не-

скольких полосах частот (OFDM сегментах) и называемая BST-OFDM

(частотно-сегментированная передача по схеме OFDM). В качестве ме-

тодов первичной модуляции несущих возможны DQPSK, QPSK, 16-

QAM и 64-QAM.

Система позволяет одновременно передавать по одному стандартному

каналу наземного ТВ вещания различные цифровые сигналы, например,

сигналы стандартного телевидения, сигналы ТВЧ, звук, графику, текст

и т. п. с учетом требований пользователя к отдельным службам.

В системе заложены два режима приема: полномерный широкопо-

лосный (несколько базовых сегментов используются преимущественно

для вещания ТВ программ и / или больших массивов данных) и частич-

ный узкополосный (один базовый сегмент для вещания звуковых про-

грамм и адекватных потоков данных) [5.81].

Возможность приема одного сегмента в системе ISDB-T отличает ее

от других систем ЦНТВ. Этот прием предполагает использование упро-

щенного узкополосного приемника, рассчитанного на прием в полосе

только одного сегмента OFDM. Такой приемник может использовать-

ся в носимом варианте для приема звуковых программ и / или телема-

тической информации. Стоит заметить, что при этом приеме абонент

получает часть общего транспортного потока, рассосредоточенного

по полному числу сегментов. Таким образом, узкополосный прием-

5.2. СИСТЕМЫ НАЗЕМНОГО ЦИФРОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ

248

ГЛАВА 5. СТАНДАРТИЗАЦИЯ НАЗЕМНОГО ЦИФРОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ

ник может принимать ряд служб из отдельно передаваемого сегмента

или из центрального сегмента группы, а широкополосный приемник

может принимать все службы из сегментов, входящих в допустимую

полосу системы.

В зависимости от требуемых условий приема система может работать

в следующих трех режимах:

режим 1 — для приема сигналов подвижными приемниками;

режим 2 — для приема сигналов как подвижными, так и стационар-

ными приемниками;

режим 3 — для фиксированных служб, использующих одночастот-

ные сети.

Некоторые устройства в системе ISDB-T аналогичны по структуре

и параметрам, соответствующим устройствам в системе DVB-T, чем до-

стигается определенная гармонизация обеих систем, особенно прием-

ников-декодеров. К числу таких устройств относятся внешний кодер

Рида-Соломона, скремблеры, перемежители и внутренние сверточные

кодеры. Структурная схема системы показана на рис. 5.10 [5.81], в вер-

хней и нижней частях которого изображены соответственно подсистема

кодирования для канала и модулятор.

В системе ISDB-T подлежащие передаче транспортные потоки,

сформированные в соответствии с требованиями стандарта MPEG-2,

сначала подвергаются ремультиплексированию, т. е преобразуются

в группы данных, называемые сегментами данных. Каждый сегмент

данных кодируется корректирующим кодом, после чего преобразу-

ется в модулированный OFDM сегмент, к которому добавляются пи-

лот-несущие TMCC (служебные сигналы, сигнализирующие о схеме

мультиплексирования и модуляции и служащие для правильной де-

модуляции и управления конфигурацией декодирования). Параметры

корректирующего кода, глубина временного перемежения, тип пер-

вичной модуляции несущих и длина защитного интервала выбираются

независимо для каждого сегмента. Для передачи какой-либо службы

с большим объемом данных отводится необходимое число сегментов.

Такая компоновка спектра и параметров передачи позволяет адапти-

ровать систему к различным каналам и видам обслуживания. В сис-

теме предусматривается три уровня иерархического приема. Все это

вместе взятое допускает отвести часть полосы, например, для приема

ТВ программ на стационарные приемники, а оставшуюся часть поло-

сы — для приема звуковых сигналов и данных на мобильные и носи-

мые приемники.

•

249

Подсистема кодирования для канала содержит три отдельных тракта

рандомизации и внутреннего кодирования, обеспечивающих необходи-

мую обработку данных для каждого из трех иерархических режимов

передачи. Транспортные пакеты с выхода внешнего кодера коммутиру-

ются на вход того либо иного тракта в зависимости от установленного

приоритета. Блоки коррекции задержки необходимы для выравнива-

Рис. 5.10. Структурные схемы подсистемы кодирования для канала и модулятора в системе ISDB-T

5.2. СИСТЕМЫ НАЗЕМНОГО ЦИФРОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ

250

ГЛАВА 5. СТАНДАРТИЗАЦИЯ НАЗЕМНОГО ЦИФРОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ

ния различных времен задержки, обусловленных процессами переме-

жения в трактах с разными приоритетами (видами модуляции и кодо-

выми скоростями).

Модулятор системы ISDB-T также содержит три тракта перемежения

и отображения битов в модулированные символы. В каждом из трактов

модуляции, соответствующих режимам работы с разными приоритета-

ми, имеется, в свою очередь, по четыре перемежителя и формирователя

для четырех возможных видов модуляции: DQPSK, QPSK, 16 QAM, 64

QAM. Нужный режим работы обеспечивается коммутацией входных

данных и выходных символов.

Сигнал системы ISDB-T состоит из 13 базовых сегментов OFDM, каж-

дый из которых занимает полосу частот B / 14 МГц, где B — номиналь-

ная полоса частот канала. Таким образом, полная рабочая полоса частот

системы ISDB-T равна 13uB / 14 МГц, т. е. она примерно равна [5.12]:

428,57u13|5,57 МГц для канала вещания 6 МГц;

500,0u13|6,5 МГц для канала вещания 7 МГц;

571,428u13|7,43 МГц для канала вещания 8 МГц.

5.3. СРАВНЕНИЕ СИСТЕМ НАЗЕМНОГО ЦИФРОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ

Как уже отмечалось, наибольшие различия между известными

системами цифрового ТВ вещания связаны со структурой подсисте-

мы адаптации к каналу наземного вещания, которая использует либо

одночастотную (8-VSB, ATSC), либо многочастотную (COFDM, DVB-T

и ISDB-T) схемы модуляции. Рассматриваемые системы являются объ-

ектом выбора в качестве стандартов стран, поэтому вполне понятен ин-

терес, который они вызывают сами по себе и в сравнении друг с другом.

При сравнении систем учитывают, что пока оно носит еще достаточно

условный характер, поскольку основывается на анализе воздействия

различных искажений в различных эксплуатационных режимах при

использовании приемников различных изготовителей. На момент на-

писания этой книги сравнительные испытания в полевых условиях

были проведены лишь в Австралии (Приложение 52, фото 20) факти-

чески с оборудованием двух поколений (8-VSB 6 МГц, ATSC и COFDM 7

МГц, DVB-T) лишь по ограниченному набору тестируемых параметров

и условий приема сигнала [5.209]. Чаще всего производится заочное

сопоставление результатов лабораторных испытаний действующих

образцов или их программных моделей. В большинстве случаев речь

идет о вариантах систем для канала с полосой 6 МГц и с пересчетом

результатов на другие полосы частот.

•