Кривошеев М.И. Международная стандартизация цифрового вещательного телевидения

Подождите немного. Документ загружается.

261

Возможны два метода передачи прямого потока интерактивных дан-

ных. Первый из них основан на применении автономного интерактивно-

го канала вне полосы частот канала вещания, предназначенного исклю-

чительно для передачи интерактивных данных и сигналов управления,

например, частоты выделенного обратного канала. При втором методе

прямой интерактивный канал «врезан» в цифровой вещательный канал

передачи транспортного потока данных по стандарту MPEG-2. В этом

интерактивном канале используется модуляция типа 16-QАМ, 32-QАМ,

64-QАМ, 128-QАМ, 256-QAМ и обеспечивается скорость передачи данных

до 56 Мбит / с. Кроме того, стандарт предусматривает возможность созда-

ния отдельных «невещательных» каналов передачи данных шириной

от 200 кГц до 2 МГц, в которых используется модуляция QPSK. Макси-

мальная скорость передачи в таких каналах составляет 3 Мбит / с.

Оба варианта системы обеспечивают одинаковое качество обслуживания

и отличаются лишь архитектурой. В одной и той же интерактивной сети мо-

гут использоваться одновременно различные разновидности системы при

условии выделения индивидуальных частот передачи для каждой из них.

Пример частотного распределения каналов в цифровой интер-

активной системе КТВ с автономными обратными каналами пока-

зан на рис. 5.12. Полосы частот 70-130 МГц и / или 300-862 МГц

Рис. 5.12. Распределение спектра в интерактивной системе КТВ

5.4. СИСТЕМЫ ЦИФРОВОГО КАБЕЛЬНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ

262

ГЛАВА 5. СТАНДАРТИЗАЦИЯ НАЗЕМНОГО ЦИФРОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ

либо их часть выделены для передачи прямых потоков данных,

а полоса 5-65 МГц — для передачи обратных сообщений.

Для обеспечения фильтрации сигналов в двунаправленных радиочас-

тотных усилителях системы и абонентских терминалах STB рекоменду-

ется не использовать в одной и той же системе одновременно нижнюю

предельную частоту 65 МГц для передачи обратного потока и нижнюю

предельную частоту 70 МГц для прямого потока данных. В пассивных

сетях для двунаправленной передачи сигналов можно применять полосу

частот от 5 до 65 МГц. Для уменьшения помех по ПЧ со стороны различ-

ных терминалов STB и аналоговых приемников, работающих в одной

и той же сети, необходимо оставлять незагруженными участки полосы

частот 5-65 МГц, соответствующие значениям используемых ПЧ.

Цифровая интерактивная система КТВ [5.217], разработанная в США,

обеспечивает «прозрачный» обмен интерактивными данными между ее го-

ловной станцией и абонентами с применением Internet-протокола (IP).

Прямые радиоканалы системы с номинальной полосой частот пропус-

кания 6 МГц организуются в полосе частот от 50 или 54 МГц до 300-860

МГц. В этой полосе частот передаются аналоговые ТВ сигналы по стан-

дарту NTSC, сигналы цифрового телевидения, а также другие узкопо-

лосные и широкополосные цифровые сигналы. Для обратных каналов

используется полоса частот 5-30 МГц или расширенная полоса 5-42

МГц, в пределах которой могут передаваться аналоговые ТВ сигналы

NTSC и ряд других сигналов. Предполагается, что выпадение пакетов

передаваемых данных общей длиной 1500 байтов не должно превышать

1 % от объема цифрового потока, что соответствует скорости выпадений

не более 100 пакетов / с.

5.5. ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ КОЛЛЕКТИВНОГО ПРИЕМА

В настоящее время широкое распространение получают системы

коллективного приема, в которых принимаемые цифровые сигналы

спутникового ТВ вещания распределяются многим абонентам по ка-

бельной сети [5.281]. Такие системы приема спутниковых сигналов

с коллективными антеннами известны как системы SМАТV (Satellite

Master Antenna Television, спутниковая коллективная ТВ антенна).

Они представляют собой спутниковый приемник, работающий на ши-

рокополосную сеть подачи сигналов ТВ и звукового вещания и дан-

ных жителям одного или группы зданий. Сеть SМАТV обеспечивает

прием сигналов цифрового вещания в режиме частотного разделения

непосредственно с одного либо нескольких спутников, а также ана-

263

логичных сигналов, поступающих с наземных передающих средств

в диапазонах ОВЧ и УВЧ. Таким образом, система SМАТV представ-

ляет собой средство доставки многочисленным получателям про-

грамм посредством спутникового или наземного приема. Поскольку

большую часть систем SМАТV составляют кабельные тракты рас-

пределения программ, то эти системы обычно относят к категории

кабельных [5.218].

Система SМАТV обеспечивает согласование сигналов, передаваемых

по спутниковому каналу, с характеристиками распределительных кана-

лов кабельных сетей. Основным признаком системы является прозрач-

ность ее головной станции к принимаемому со спутника мультиплексу,

что означает отсутствие интерфейсных цепей в основной полосе частот

и обеспечение простой и дешевой доставки сигнала на абонентские при-

емники-декодеры распределительной коллективной сети.

Существуют два подхода к построению систем SМАТV, отличающи-

еся способами подачи спутниковых цифровых модулированных сигна-

лов от головной станции на домашние абонентские приемники. В одном

из них используется трансмодуляция (преобразование вида модуляции)

широкополосного спутникового сигнала в полосу 8 МГц канала распре-

делительной кабельной сети. При втором подходе применяют прямое

(без дополнительной демодуляции и трансмодуляции) распределение

принятого сигнала с преобразованием его частоты в приемлемую ши-

рокую полосу частот кабельной линии. При этом структура спутнико-

вого модулированного сигнала остается неизменной, меняется только

значение частоты несущей.

В приложениях к Рекомендации МСЭ-Т J.84 перечислены системы

SМАТV, которые могут выбираться для распределения программ [5.218,

5.219]. Рассмотрим кратко их особенности.

В системе SМАТV А1 (иначе называемой системой SМАТV-DТМ) исполь-

зуется трансмодуляция принимаемого со спутника сигнала с квадратурной

фазовой модуляцией QPSK в сигнал с квадратурной АМ, например, 16-,

32- или 64-QАМ [5.220]. Преобразование осуществляется без дополнитель-

ного переноса сигнала в основную полосу частот и называется прозрачной

цифровой трансмодуляцией (Тгаnsрагеnt Digital Тгаnsmodulation, ТDТ).

Для распределения сигнала М-QАМ применяют стандартизированные

кабельные сети с соответствующими интерфейсами.

Трансмодуляция используется также в системах SMATV C III и SМАТV

D [5.219]. Они отличаются от системы SМАТV А1 в основном видом моду-

ляции трансмодулированного сигнала и структурой блоков сопряжения

5.5. ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ КОЛЛЕКТИВНОГО ПРИЕМА

264

ГЛАВА 5. СТАНДАРТИЗАЦИЯ НАЗЕМНОГО ЦИФРОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ

скоростей передачи символов по спутниковому и кабельному каналам.

В системе SМАТV СIII в спутниковом канале может использоваться мо-

дуляция типа ВРSK, QРSК и 8-РSК, а в кабельном канале — 64-QАМ.

В системе SМАТV D осуществляется трансмодуляция QPSK в 16-VSВ.

При этом номинальная скорость 38,78 Мбит / с системы 16-VSВ (в ка-

нале с полосой 6 МГц) делится частично между источником данных

из спутникового канала и другими источниками данных.

В системах SMATV А2 и SМАТV СI, СII применяется прямое распре-

деление преобразованного по частоте сигнала непосредственно на або-

нентские приемники-декодеры IRD с помощью распределительной сети

SМАТV. В зависимости от того, в какой диапазон частот переносится

спутниковый сигнал, различают системы SMATV A2-IF и SMATV CI

(сигнал распределяется на промежуточной частоте спутникового тюне-

ра), а также системы SМАТV А2-S и SМАТV СII (сигнал распределяется

на частотах S-диапазона, т. е. от 230 до 470 МГц).

Использование того или иного варианта системы SМАТV зависит

от компромисса между техническими и стоимостными аспектами в каждом

конкретном случае. Рассмотрим некоторые характерные варианты.

Система SМАТV А1 (ее структурная схема показана на рис. 5.13)

содержит следующие основные элементы:

Рис. 5.13. Структурная схема системы SMATV A1

265

блок трансмодулятора головной станции или прозрачный цифровой

трансмодулятор (Тгаnsparent Digital Тгаnsmodulator, ТDТ), служа-

щий для декодирования спутникового цифрового сигнала и повтор-

ной его модуляции в соответствии с нормами для кабельно-распре-

делительной сети;

кабельную сеть SМАТV, т. е. структуру физических кабельных ли-

ний для распределения сигналов в диапазоне УВЧ многочисленным

пользователям;

интегрированный абонентский приемник-декодер IRD, осуществля-

ющий коррекцию искажений канала, а также демодуляцию и деко-

дирование сигнала М-QАМ.

•

Рис. 5.14. Структурная схема трансмодулятора системы SMATV A1

5.5. ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ КОЛЛЕКТИВНОГО ПРИЕМА

266

ГЛАВА 5. СТАНДАРТИЗАЦИЯ НАЗЕМНОГО ЦИФРОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ

В системе SМАТV А1 используют транспортный уровень стандарта

МРЕG-2, цикловую структуру, методы кодирования канала, отобра-

жения битов данных в символы и модуляции, соответствующие требо-

ваниям Рекомендаций МСЭ J.83 [5.220], ВО.1211 [5.221] и европейс-

ким Стандартам ЕN 300 429 [5.212] и ЕN 300 421 [5.222]. Кодирование

канала включает рандомизацию данных, внешнее кодирование кодом

Рида-Соломона и сверточное перемежение.

Структурная схема трансмодулятора системы SМАТV А1 приведена

на рис. 5.14. В нем выполняются операции внешнего декодирования

и деперемежения принимаемого спутникового сигнала с последующи-

ми операциями внешнего кодирования и перемежения для передачи

по кабелю. Однако если спутниковая линия имеет достаточный энерге-

тический запас и на выходе RS-декодера трансмодулятора имеет место

квазибезошибочный прием, то необходимость в двойном декодировании-

кодировании внешним RS-кодом отпадает. Функцию внешнего деко-

дирования и исправления ошибок в спутниковом и кабельном трактах

в этом случае можно возложить исключительно на декодер абонентского

Рис. 5.15. Структурные схемы системы SMATV A2: SMATV – IF (а) и SMATV – S (б)

267

приемника, а соответствующие узлы трансмодулятора (на схеме рис.

5.14 они показаны пунктиром) исключить.

Структурные схемы системы SМАТV А2 показаны на рис. 5.15. В сис-

теме SМАТV-IF сигнал с модуляцией QPSK распределяется непосредствен-

но в расширенной полосе ПЧ (более 950 МГц) на выходе малошумящего

усилителя-конвертера спутниковой антенны. В системе с конфигураци-

ей SМАТV-S сигнал с модуляцией QPSK переносится из расширенной

полосы ПЧ антенного усилителя-конвертера в полосу частот кабельной

линии, например, в расширенную часть диапазона S (частоты 230-470

МГц). В случае применения абонентского приемника IRD, сопряженного

с ПЧ тюнером, предусматривается возможность обратного преобразова-

ния сигнала из диапазона S в полосу ПЧ. Структура блоков демодуляции

и декодирования абонентского приемника IRD в системе SМАТV А2 со-

ответствует структуре приемника системы DVB-S [5.222].

Структурная схема системы SМАТV D показана на рис. 5.16. С выхода

преобразователя частоты спутникового тюнера сигнал QPSK поступает

на демодулятор, выдающий на выход поток транспортных пакетов МРЕG-

2. Эти пакеты, как и возможные данные других источников, например,

Рис. 5.16. Структурная схема системы SMATV D

5.5. ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ КОЛЛЕКТИВНОГО ПРИЕМА

268

ГЛАВА 5. СТАНДАРТИЗАЦИЯ НАЗЕМНОГО ЦИФРОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ

из системы наземного вещания, поступают в буфер, создающий общий

цифровой поток 38,78 Мбит / с. Этот групповой поток поступает на вход

передающего комплекта системы 16-VSB АТSС, содержащего узлы, ха-

рактерные для этой системы. После необходимой обработки однополосной

модуляции и преобразования частоты в один из каналов с полосой 6 МГц

кабельной системы SМАТV сигнал распределяется абонентам [5.219].

Распределение сигналов многопрограммного ТВ вещания с примене-

нием систем SМАТV — одна из новых цифровых служб, ориентирован-

ных как на индивидуальных пользователей, так и на группы абонентов

кабельного телевидения. Исследования цифровых систем SМАТV в рам-

ках европейского проекта DIGISAT ACTS предусматривают широкое

распространение этих систем в ряде стран и внедрение интерактивных

систем с обратными каналами, организованными с помощью спутнико-

вых микротерминалов VSAT коллективного пользования [5.17].

5.6. РЕГИОНАЛЬНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ РАДИОСВЯЗИ (РКР) ПО

ПЛАНИРОВАНИЮ СЛУЖБЫ ЦИФРОВОГО НАЗЕМНОГО ВЕЩАНИЯ

Важным шагом, способс-

твующим широкому внед-

рению цифрового вещания,

явились решения Совета

МСЭ и Полномочной кон-

ференции МСЭ (Резолюция

РР-02 СОМ5 / 3 (Марокко,

Марракеш, 2002)) о проведе-

нии в 2004-2005 годах двух

сессий Региональной кон-

ференции радиосвязи (РКР)

по планированию службы

цифрового наземного веща-

ния в полосах частот 174-230

МГц и 470-862 МГц в зоне,

показанной на рис. 5.17, с соответствующей защитой существующих

и планируемых служб. После завершения первой сессии Конференции

в 2004 году Совет МСЭ решил провести вторую сессию РКР в 2006 году.

Зона планирования этой конференции значительно превосходит

зоны Европейской конференции, которая проводилась в 1961 году

в Стокгольме (рис. 5.18), включает зону Конференции для стран

Африки (Женева, 1989 г.) (рис. 5.19) и охватывает территории,

Рис. 5.17. Зона планирования Региональной

радиоконференции 2004/2006 г.г.

269

находящиеся западнее меридиана 170

в. д. и севернее параллели

ю. ш., а также Исламскую республику Иран [5.224].

Рис. 5.18. Зона планирования «Стокгольм - 61»

Рис. 5.19. Зона планирования для стран Африки (Женева, 1989 г.)

5.6. РКР ПО ПЛАНИРОВАНИЮ СЛУЖБЫ ЦИФРОВОГО НАЗЕМНОГО ВЕЩАНИЯ

270

ГЛАВА 5. СТАНДАРТИЗАЦИЯ НАЗЕМНОГО ЦИФРОВОГО ТВ ВЕЩАНИЯ

РКР имеет исключительное значение прежде всего потому, что ее

решения подобно Стокгольмской конференции в 1961 году на десятиле-

тия станут основой функционирования и развития аналого-цифровых

сетей вещания многих стран.

Важную роль в работе РКР сыграло письмо Директора Бюро Ра-

диосвязи МСЭ В. В. Тимофеева о деятельности, связанной с подготов-

кой к этой Конференции (V. Timofeev, Director, Radiocommunication

Bureau. To Administrations of Member States of the ITU. Circular Letter,

CR / 196, 3 June 2003).

Специфической особенностью данной РКР является также коренные

отличия понятия «система» в цветном аналоговом и цифровом наземном

ТВ вещании. В первом случае суть этого значения связана со способами

кодирования сигналов яркости и цветоразностных сигналов и модуля-

цией цветовых поднесущих в кодере студии при соответствующем де-

кодировании в телевизоре НТСЦ, ПАЛ или СЕКАМ. Во втором случае

понятие «система» связано с процессами обработки сигналов ТВ про-

граммы, осуществляемых в основном в модуляторе ТВ радиостанции

с последующей демодуляцией и декодированием в телевизоре. Поэто-

му интерес к этой Конференции заметно повышен у операторов таких

сетей и кабельного телевидения.

В настоящее время план модернизации и развития сетей телерадиове-

щания в России [5.297, 5.302] и во многих странах тщательно и детально

разрабатывается, намечены пути их перевода на цифровой режим. Ввиду

большой протяженности границ России ей необходимо согласовывать

свои частотные планы с множеством других государств — на Западе,

Юге и на Востоке. Цифровое ТВ вещание внедряется в США, Японии,

Англии, Австралии, Германии, Испании, Сингапуре и др. Например,

в России работают три опытные зоны наземного цифрового ТВ вещания

— в Москве, Санкт-Петербурге и Нижнем Новгороде. Опытное веща-

ние проводится и в ряде других городов и районов. Широко внедряются

цифровые технологии в спутниковые системы распределения сигналов

телерадиовещания и КТВ. Но все это выявило только первичный пласт

подхода к переходному периоду, тогда как на основании решений Кон-

ференции защищенный частотный ресурс с учетом стратегии внедрения

будущих технологических процессов будет осваиваться и реализовы-

ваться многие годы.

Сложность разработки частотных планов сетей наземного цифро-

вого вещания связана с протяженностью территорий многих стран,

различными природными условиями, временными поясами, разной