549_Sovremennye_problemy_telekommunikatsij_

Было выполнено множество сравнительных измерений в разнообразных условиях. Итоговые результаты испытаний заключаются в следующем.

При оценке способности систем обеспечить такую же зону охвата вещанием, как в современном аналоговом телевидении PAL, было отмечено, что ATSC имеет преимущество, связанное с более низким пороговым отношением уровня несущей к шуму. Лабораторные эксперименты показали, что пороговые отношения для систем стандартов ATSC и DVB-T равны соответственно 15,1 и 19,1 дБ. Пороговое отношение сигнал/шум для ATSC было близко к теоретическому пределу (15,1 вместо 14,9 дБ). Для системы стандарта DVB-T отличие экспериментального значения отношения сигнал/шум от теоретического было бóльшим (19,1 вместо 16,5 дБ). В условиях канала связи с белым гауссовым шумом разница в пороговом отношении уровня несущей к шуму означает, что мощность радиосигнала DVB-T должна быть на 4 дБ больше, чем ATSC, для достижения одной и той же площади охвата. Однако практические испытания системы стандарта DVB-T с интегральными микросхемами компании LSI Logic (США) подтвердили различие только в 1,4 дБ, что фактически является не так существенным. Лабораторные испытания также показали, что ATSC может работать в условиях более сильных импульсных помех. При одном и том же уровне помех ATSC сохраняет работоспособность при меньшем (на 8…11 дБ) уровне сигнала, чем DVB-T.

Система стандарта DVB-T способна лучше работать в условиях многолучевого приѐма, типичного для современных городов и пригородов. Статический многолучевой приѐм связан с отражениями волн от зданий, стен, мебели. Динамический многолучевой приѐм обусловлен отражениями от автомобилей, поездов, людей, животных. В аналоговом телевидении многолучевой приѐм приводит к искажениям: повторам (если отражѐнный сигнал приходит в точку приѐма с заметной задержкой), появлению на изображении шумов (если интерференция прямого сигнала с отражѐнным приводит к затуханию суммарного). Но в цифровом телевидении многолучевой приѐм приводит к полному поражению цифровых данных и исчезновению изображения. Поэтому способность системы бороться с искажениями, связанными с многолучевым приѐмом, является важнейшим показателем. Эксперименты показали, что система стандарта ATSC отказывает, когда уровень неизменного во времени отраженного эхо- сигнала сокращает потенциальную разницу в размерах зоны охвата вещанием конкурирующих систем при одинаковой мощности передатчика, обусловливаемую разным пороговым отношением сигнал/шум, поэтому был сделан вывод: ни одна система не имеет значимых преимуществ при оценке размеров зоны охвата вещанием.

При этом стандарт ATSC фактически не пригоден для мобильного приѐма и не обеспечивает устойчивого приѐма в условиях плотной городской застройки и в холмистой местности.

При решении проблемы мощности телевещания необходимо учитывать следующее условие. На время переходного периода повысить мощность передатчика, обеспечивающего цифровое телевизионное вещание, нельзя из-за возможных помех действующему аналоговому вещанию по системе PAL, но после полного перехода к цифровому вещанию мощность передатчиков может быть увеличена. Увеличение мощности передатчика способно компенсировать различия в величине порогового отношения сигнал/шум и чувствительности к импульсным помехам в случае применения модуляции COFDM. Однако повышение мощности телевизионного передатчика не способно решить проблему многолучевого приѐма в случае использования модуляции 8-VSB. Увеличение мощности телевизионного передатчика расширяет зону уверенного приѐма, но может ещѐ больше усложнить прием в условиях многолучевого распространения даже при небольших расстояниях до передатчика.

Система стандарта ATSC предполагает постоянную скорость передачи цифрового потока, равную 19,28 Мбит/с в канале связи с полосой частот 6 МГц, в то время как система стандарта DVB-T позволяет изменять эту скорость от 3,7 до 23,8 Мбит/с (для канала связи в 6 МГц) в зависимости от желания вещателей. В канале связи с полосой частот в 8 МГц скорость передачи цифрового потока системы стандарта DVB-T может меняться в пределах от 4,9 до 31,7 Мбит/с. Таким образом, стандарт DVB-T предполагает много значений скорости цифрового потока в зависимости от возможного выбора порогового значения отношения

81

сигнал/шум. Дело в том, что цифровой телевизионный сигнал с бóльшей скоростью цифрового потока более чувствителен к помехам, поэтому вещатели могут выбирать максимальное значение скорости цифрового потока, обеспечивающее приемлемую надежность передачи в условиях реального уровня помех. Это принципиальное отличие двух систем, обеспечивающее бóльшую гибкость системы стандарта DVB-T.

Общее решение, основанное на анализе результатов сравнения по разным показателям в соответствии с их значимостью, было вынесено в пользу стандарта DVB-T. На решение повлияло и то, что есть ряд вариантов вещания, в которых способна работать лишь система стандарта DVB-T. Прежде всего, это одночастотные сети. Примером может служить сеть маломощных телевизионных передатчиков, располагающихся в зонах плохого приѐма сигнала основного передатчика, и работающих на той же самой частоте, что и основной. В результате чего система стандарта DVB-T, используя одну и ту же частоту, излучаемую соседними радиопередатчиками с перехлѐстыванием сигналов, позволяет покрыть телевизионным вещанием всю необходимую территорию практически любой площади. Цифровая телевизионная система стандарта ATSC не позволяет организовывать одночастотные сети телевизионного вещания. В системе стандарта DVB-T возможна иерархическая модуляция, позволяющая осуществить одновременную передачу сигналов двух программ в одном канале, но с разными уровнями помехозащищѐнности. Например, это могут быть программы ТВЧ и стандартной чѐткости. Программы ТВЧ принимаются на стационарную высококачественную антенну. Сигнал стандартного телевидения, обладающий большой помехозащищѐнностью, может приниматься на слабонаправленную антенну портативного телевизора или телевизионного приѐмника, установленного, например, в автомобиле и воспринимающего сигнал в условиях динамического многолучевого распространения радиоволн.

Таким образом, способность обеспечивать надѐжность работы в условиях многолучевого приѐма является одним из важнейших факторов при выборе стандарта цифрового наземного телевизионного вещания.

По мнению специалистов Федеральной комиссии связи США проблема приѐма на комнатные антенны в условиях многолучевого распространения радиоволн в системе стандарта ATSC будет решена в ближайшее время, когда появятся усовершенствованные телевизионные приѐмники третьего поколения, принимающие сигналы с модуляцией типа 8-VSB, в которых будут применены новые микросхемы фирмы Motorola. Согласно имеющимся в литературе сведениям данные микросхемы действительно решают проблему статической многолучѐвости в случае фиксированного приѐма. Однако созданные прототипы новых микросхем не позволяют ещѐ «дотянуть» до результирующих качественных показателей способа модуляции COFDM, используемого в системе стандарта DVB-T.

В 2007 году в КНР было объявлено о разработке собственного варианта системы цифрового наземного телевизионного вещания с повышенной помехоустойчивостью информаци-

онного канала и схем синхронизации DTMB (Digital Terrestrial Multimedia Broadcasting –

цифровое наземное мультимедиа вещание). Основное отличие китайского стандарта, от ранее предложенных, заключается в том, что он предусматривает обработку сигналов как во временной, так и в частотной областях. Данный стандарт изначально ориентирован на устойчивые мобильный приѐм телепрограмм на сотовый телефон при движении со скоростью до 200 км/час (поезд, автомобиль), поскольку допускается допплеровский сдвиг частоты до 110 Гц. Стандарт DTMB также основан на применении модуляции OFDM, хотя число ортогональных несущих другое – 3780 (4k). Однако в нѐм применена не частотная, а временная синхронизация. Согласно способу временной синхронизации управляющие сигналы интегрированы в синхроданные, которые отделены от вещательных данных и передаются по технологии распределенного спектра.

За последние два-три года заметно изменились обстоятельства, которые достаточно долго определяли стратегию внедрения широких возможностей цифрового телевизионного вещания.

82

Первый этап цифровизации вещания, главным образом, был нацелен на многопрограммность, а ТВЧ выглядело отдалѐнной целью. Однако предпочтительнее реализовывать обе задачи параллельно.

Принятый пакет единых цифровых стандартов ТВЧ стал надѐжным мировым фундаментом, гарантирующим достаточно высокое качество изображения и звука для телезрителей, свободный обмен телевизионными программами и архивирование.

Современные жидкокристаллические и плазменные воспроизводящие устройства плоского типа, обеспечивающие формат 16:9 и ТВЧ, стимулируют стремление телезрителей наблюдать изображения более высокого качества и коренным образом улучшить звуковое сопровождение телевизионных программ.

Прогресс в совершенствовании кодирования по стандарту Н.264, дополнительная цифровая обработка до воспроизведения изображений приближают надѐжную передачу в одном радиоканале программы ТВЧ не только в формате 1080р, но и двух и более программ ТВЧ.

С развитием телевидения высокой чѐткости требуется увеличение пропускной способности используемых каналов связи, которое обеспечивается при внедрении разработанных в последние годы новых систем цифрового телевизионного вещания с возросшей на 30…60% полезной скоростью передачи потока данных.

Второе поколение европейских DVB-стандартов (DVB-X2), как и первое, включает три основных транспортных стандарта, обслуживающих три главные среды передачи – DVB-S2 (спутниковый), DVB-T2 (эфирный) и DVB-C2 (кабельный).

Разработчики семейства стандартов DVB-X2, предназначенных для разных транспортных сред, старались максимально унифицировать их компоненты. В частности, во всех стан-

дартах применяется единая схема помехоустойчивого канального кодирования (FEC – Forward Error Correction). Она предусматривает последовательное использование внешней кодозащиты с применением кода BCH (Bose – Chandhuri – Hocquenghem – циклический код Боуза

– Чоудхури – Хоквингема) и внутренней кодозащиты, реализуемой при модуляции сигнала с использованием кода с низкой плотностью проверки на чѐтность (LDPC – Low Density Parity Check code – код с низкой плотностью проверки на чѐтность), относящегося к группе турбокодов.

В цифровых телевизионных системах второго поколения поменялась не только кодозащита, в них используются дополнительные способы модуляции. Существенные изменения в новых системах претерпела и структура транспортного потока. Внутри одного физического канала могут выделяться отдельные логические каналы, обеспечивающие передачу данных конкретной телекоммуникационной услуги.

Эффективность цифровых систем телевизионного вещания второго поколения за счѐт использования нового метода помехозащиты, дополнительных способов модуляции, оптимизации применяемых в COFDM пилот-сигналов, применение более высоких размерностей FFT (Fast Fourier Transform – быстрое преобразование Фурье) настолько близка к теоретическому пределу Шеннона (разница составляет менее 1 дБ), определяющему максимальную теоретическую пропускную способность цифрового канала с аддитивным белым гауссовым шумом, что третьего поколения в обозримом будущем никто не прогнозирует.

83

Мамчев Геннадий Владимирович

д. т. н., профессор, заведующий кафедрой радиовещания и телевидения Сибирского государственного университета телекоммуникаций и информатики (630102, Новосибирск, ул. Киро-

ва, 86), тел. (383) 2-698-262, e-mail: mamtchev@sibsutis.ru

Comparative Analysis of standards of digital television broadcasting

G.V. Mamtchev

Results of comparison basic parameters (velocity of transmission information, ratio carrier/noise area of enveloping by television broadcasting, ability of struggle with interference distortions, suitableness for mobile receiving) of systems digital television broadcasting of first and second generations are expounded in report.

Keywords: pass capacity, space zone of television broadcasting, stability of mobile receiving, thresholding ratio carrier/noise.

84

Обзор стандарта цифрового телевещание DVB-T2

М.А. Суворова

В статье приведен обзор стандарта цифрового телевещания DVB-T2 и анализ его характеристик.

Ключевые слова: Характеристики DVB-T2

1.Введение

Внастоящее время очень популярно цифровое телевидение. С каждым днѐм технологии улучшаются, качество передачи растѐт. На сегодняшний день мир перешѐл с системы DVB-T на систему DVB-T2. Одним из отличий систем является методы кодирования. В системы DVB-T2 применены коды с малой плотностью проверок на четность. Задачей моей будущей научно-исследовательской работы является оценка устойчивости LDPS-кодов при условии многолучевого распространения сигнала.

2.LDPC коды в системе DVB-T2

Коды с малой плотностью проверок на четность (LDPC-код от англ. Low-densityparity- checkcode, LDPC-code, низкоплотностный код) были впервые предложены Робертом Галлагером и позднее исследовались во многих научных работах. Несмотря на то, что в течение долгого времени LDPC-коды были практически исключены из рассмотрения, в последние годы наблюдается увеличение количества исследований в этой области. Это связано с тем, что, обладая плохим минимальным расстоянием, коды с малой плотностью, тем не менее, обеспечивают высокую степень исправления ошибок при весьма малой сложности их декодирования. Было показано, что с ростом длины некоторые LDPC-коды могут превосходить турбо-коды и приближаться к пропускной способности канала с аддитивным белым гауссовским шумом. Вместе с тем многие предложенные конструкции LDPC-кодов являются циклическими или квазициклическими, что позволяет производить не только быстрое декодирование, но и эффективные процедуры кодирования. Кроме того, даже для LDPC-кодов, не обладающих свойством цикличности, были предложены эффективные процедуры кодирования.

3. Виды модуляции в системе DVB-T2

Как мы можем знать, в системе DVB-T2 используются виды модуляции такие, как QPSK, 16-QAM, 64-QAM, 64-QAM. Почему в стандарте DVB-T не использовалась модуляция 256- QAM? Ведь ее применение позволяет увеличить пропускную способность системы на 30–50 %. Сверточные коды (СК) и коды Рида – Соломона (РС) не обеспечили бы должной защиты от ошибок. Данная проблема решена в стандарте DVB-T2. Основными механизмами, позволяющими повысить помехоустойчивость системы, являются новые алгоритмы кодирования и вращение сигнального созвездия.

85

4.Помехоустойчивость в системе DVB-T2

Итак, рассмотрим ещѐ одно новшество в стандарте DVB-T2. А именно, это вращение сигнального созвездия, позволяющее улучшить помехоустойчивость системы.

Для более полной наглядности в таблице 1 приведены значения угла поворота созвездия в зависимости от типа модуляции.

Таблица 1 – Значения угла поворота созвездия для различных типов

модуляции

Каждый вектор такого созвездия приобретает свои индивидуальные координаты I и Q. Соответственно в случае потери информации об одной из координат ее можно будет восстановить. В результате перемежения компоненты I и Q передаются раздельно, что уменьшает вероятность их одновременной потери. В системе DVB-T каждая координата встречается несколько раз, поэтому в случае потери информации об одной из них определить, к какому квадранту относится точка, затруднительно. Соответственно поворот созвездия дает выигрыш в отношении «сигнал/шум» на несколько децибел.

Для наглядности приведем схему реализации кодирования.

Рисунок 1 – Схема реализации кодирования.

На рисунке 1 мы видим, что сейчас помехой стоит Гауссовский шум. А целью моей работы является оценка помехоустойчивости приѐма сигнала в условиях городской застройки. Как известно, главной помехой будет являться многолучевость, особенно, если антенна расположена не высоко над землѐй.

86

5. Заключение

Поскольку, в настоящее время цифровое телевещание становится не стационарным, а подвижным, то тема очень актуальна и еѐ рассмотрение будет целесообразно.

Литература

1. 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.

2. Digital Video Broadcasting (DVB); Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2): ETSI EN 302 755 v1.1.1. ETSI, 2009. – 167 с.

Суворова Мария Андреевна

магистрант СибГУТИ, e-mail: suvorova_mariya@mail.ru

Overview of standard digital TV broadcasting DVB-T2

M. Suvorova

The article provides an overview of digital broadcasting standard DVB-T2 and analysis of its characteristics.

Keywords: Features DVB-T2

87

и для пеленгации (в радиолокации, навигации, радиоастрономии), борьбы с помехами, обеспечения скрытности работы радиосистемы и других целей.

Таким образом, применяемые на практике антенны являются сложными системами, имеющими до десятков тысяч и более излучателей, активных элементов и т.д. Конструкция таких антенн является весьма сложной и в основном определяет габариты и стоимость всей радиосистемы.

Основные требования, предъявляемые к антенне, определяются объемом обрабатываемой (извлекаемой) информации и связаны с дальностью действия, разрешающей способностью, точностью определения координат, быстродействием, надежностью, помехозащищенностью и другими характеристиками радиотехнической системы. Следовательно, антенные устройства должны обеспечить такие характеристики, как направленность действия, энергетические, частотные и другие общетехнические, а также эксплуатационные и экономические.

Целью работы стала разработка антенны для подвижных средств связи, работающих в диапазоне дециметровых волн и исследование ее электрических характеристик. Проведение обзора существующих антенных устройств и оценивание их достоинств и недостатков позволяет прийти к решению, что в качестве объекта исследования лучше всего подходит синфазная решетка, элементом которой является логопериодическая антенна (ЛПА) (рисунок 1).

Рисунок 1 – Конструкция антенной решетки, элементом которой является ЛПА

3. Результаты

Достоинства логопериодической антенны в еѐ диапазонных свойствах вступают в противоречие с небольшим коэффициентом усиления, который она может обеспечить. Поэтому первым шагом проектирования было определение коэффициента усиления одиночной логопериодической антенны и решение о количестве элементов решетки. Вначале для работы ЛПА в заданной полосе частот были определена еѐ геометрия, т.е. рассчитаны длины вибраторов, шаг решетки и количество вибраторов в антенне. В качестве исходного параметра был принят ориентировочный коэффициент направленного действия активной области, состоящей из рефлектора, активного вибратора и двух директоров. Затем рассчитаны диаграммы направленности в Е и Н плоскостях и на их основе определен действительный коэффициент

89

усиления одиночной ЛПА. Ориентировочно предполагая, что коэффициент усиления решетки возрастает в N раз, определено количество элементов решетки. Реальный коэффициент усиления антенны рассчитан по еѐ диаграммам направленности в Е и Н плоскостях. Как показали расчеты, в диапазоне рабочих частот расчетный коэффициент усиления является приемлемым.

4.Заключение

Входе исследования антенной решетки были получены показатели основных электрических характеристик антенны, таких как коэффициент направленного действия, коэффициент усиления, диаграмма направленности, полоса пропускания. Решены также вопросы обеспечения режима синфазного питания антенной решетки и вопросы еѐ согласования с фидером.

Литература

1.Carver Keith R., Mink James W. Microstrip antenna technology // IEEE Trans Antennas and Propag. – 1981. - Vol.29, № 1,2 – 24.

2.Forrester Tim. Designing patch antennas // Electron. And Wireless Word. – 1989. – Vol.95, № 1642. – P. 787-789.

3.Цукамото Коцуя, Кондо Содааки. Плоская микрополосковая антенна // Кокай токе кохо.

– 1989. - № 42. – с. 37 – 41.

4.Huang J., Densmore A. C. Microtrip Yagi array antenna for mobil satellite vehicle application // IEEE Trans Antennas and Propag. – 1991.- Vol.39, № 7 – P. 1024 -1030.

5.Сверхширокополосные антенны: Пер. с англ. / Под ред. Л. С. Бенинсона. – М.: Мир,

1964.

6.Ефимов И. Е. Радиочастотные линии передачи. 1964.

7.Яцкевич В. А. Логопериодические антенны. – М.: Радио и связь, 1994.

8.Кочержевский Г. Н. и др. Антенно-фидерные устройства: учебник для вузов / Г.Н. Кочержевский, Г.А. Ерохин, Н. Д. Козырев. – М.: Радио и связь, 1989.

Белезекова Анна Сергеевна

ст. преподаватель кафедры систем мобильной связи ФГОБУ ВПО СибГУТИ, тел. (383) 2- 698-263, e-mail: anna-belezekova@mail.ru

90