696_Formirovanie_radiosignalov_CHast'_1._UMO_

составе головной станции DVX. Этот DVB - C модуль работает в полном диапазоне входных/выходных ASI скоростей (0…213,7 Мбит/с) со стандартными размерами пакетов (188/204 байт). Собственно DVB - C модулятор обладает следующими основными параметрами (табл. 4).

Другим примером могут служить модули DVQ91x, для которых входным сигналом являются спутниковые каналы с цифровой QPSK модуляцией согласно стандарта DVB - S в диапазоне частот 950 – 2150 МГц и уровнями 44…84 dBμV (75 Ом). Модуль также содержит и DVB - ASI вход и выход, т.е. является идентичным к выше рассмотренным модулям DVQ90x.

Таблица 4. Основные параметры DVB - C модулятора.

3.2. Стандарт DVB - T.

Конец прошлого тысячелетия был ознаменован переходом на цифровое вещание (DVB – Digital Video Broadcasting) с принятием множества стандартов (сотни). Коснулось это в первую очередь цифрового спутникового вещания – DVB - S (Satellite) и цифрового кабельного вещания – DVB - C (Cable). В 1999г. был принят и стандарт DVB - T (Terrestrial), который позже проходил корректировку в части дополнений.

Что же послужило причиной перехода на цифровое вещание? Одной из основных причин внедрения цифрового вещания является тот факт, что аналоговый сигнал по мере его распространения по любой среде претерпевает существенные искажения, не восстановимые на приемной стороне. Одним из таких значимых значений, характеризующих качество сигнала, является отношение несущая/шум – C/N (рис. 5).

Для цифрового же сигнала характерна та особенность, что его качество остается неизменным при снижении уровня входного сигнала (что эквивалентно понижению C/N) до некоторого минимального значения, именуемого порогом (пороговым значением по тому или иному критерию).

21

Однако следует заметить (на что крайне редко обращают внимание в литературе), что сам исходный сигнал в аналоговом виде более высокого качества в сравнении с цифровым, что понятно из самого физического смысла. Но это различие не велико как по объективным, так и по субъективным показателям.

Рис. 5 - Отношение несущая/шум.

При переходе на цифровое эфирное вещание (стандарт DVB - T) одновременно преследовались и другие цели.

Важным вопросом внедрения стандарта DVB - T является возможность снижения мощности передатчика. Действительно, за счет значительно меньшего минимально допустимого C/Nmin (рис. 6) в сравнении с аналоговым вещанием (C/Nmin≥43 dB), возможна подача на вход STB значительно меньшего уровня входного сигнала (типовое значение 12…18 dBμV), что равносильно возможности снижения мощности передатчика.

Рис. 6 - Мощность передатчика для цифрового и аналогового вещания.

Следующим важным моментом при переходе на цифровое вещание явилась задача обеспечения максимальной помехоустойчивости. При трансляции аналоговых TV сигналов по эфиру, на качество приема помимо атмосферных и индустриальных помех сильно влияют переотраженные радиоволны (рис. 7) и помехи от других радиопередатчиков, работающих в этом же частотном диапазоне в соседних местностях. Стандарт DVB - T допускает отношение сигнал/помеха до 6…12 dB, что является очень большим достижением.

22

Рис. 7 - Переотраженные радиоволны.

Таким образом, благодаря усилиям ведущих европейских стран и появился стандарт DVB - T - стандарт эфирного телевизионного вещания (ETSI EN 300 744 v.1.5.1 (2004-11)). Основные эксплуатационные параметры стандарта DVB-T приведены в табл. 5 и табл. 6.

Таблица 5. Основные эксплуатационные параметры стандарта DVB - T.

В стандарте DVB - T в качестве базовой используется OFDM модуляция, благодаря которой и достигаются уникальные свойства в части возможности построения одночастотных сетей (SFN – Single Frequency Network), возможности обеспечения низкого требуемого отношения несущая/шум (C/N), высокой защиты от переотраженных объектов и низкой чувствительности к эффекту Доплера (при приеме в движении). Помимо основных видов модуляции (QPSK, 16 QAM и 64 QAM) в стандарте DVB - T используется также и иерархическая модуляция, позволяющая в потоке с высоким приоритетом передавать меньшее число программ и даже с более худшим качеством, но со значительным увеличением зоны покрытия, представляя тем самым вести прием на комнатные антенны.

Таблица 5. Основные эксплуатационные параметры стандарта DVB - T.

Очень важным моментом при построении систем на основе стандарта DVB - Н и стандарта DVB - T является точное и правильное определение зоны покрытия, особенно для сетей SFN.

Кроме того, одним из наиважнейших условий правильного выбора передатчика является правильный выбор его выходной (излучаемой) мощности, обеспечивающей зону покрытия. Расчет зоны покрытия является весьма трудоемкой операцией, доступной только специально подготовленным специалистам, и только при наличии специального программного обеспечения. Особенно важен правильный расчет зон покрытия для SFN, DVB - H (мобильное TV) и при наличии ретрансляторов. Радиус зоны покрытия зависит от множества факторов, рассматриваемых ниже.

Условия определения зоны покрытия. Каждому оператору, приступающему к планированию своей сети, необходимо ответить на вопрос: какова должна быть аудитория (зона обслуживания) его телецентра. Зоной покрытия (обслуживания) принято называть территорию вокруг передающего

24

центра, на границе которой гарантируется прием с заданным качеством. Понятие “гарантируется” весьма условно, поскольку в действительности качество приема зависит от целого ряда факторов: технических характеристик приемной установки, характера местности, условия застройки в месте приема, времени суток и года, погодных условий и т.д. Кроме того, при определении зоны покрытия принято считать, что диаграмма направленности передающей антенны имеет форму окружности, тогда как допустимая нормативами неравномерность реальной диаграммы в азимутальной плоскости может достигать 3 dB, что эквивалентно изменению излучаемой мощности вдвое и, соответственно, приводит к искажению идеального вида диаграммы.

Границу зоны обслуживания определяют как геометрическое место точек, в которых значение напряженности поля равны нормируемым значениям в течение 50% времени в 50% мест приема. Такие значения определяют расчетным путем исходя из принятых технических характеристик приемных установок с учетом помеховой обстановки. Радиус зоны покрытия, т.е. расстояние от передающего телецентра до приемной установки, на которой можно обеспечить приведенные выше значения напряженности поля, определяют по так называемым кривым распространения, приведенным в Рекомендации Международного Союза Электросвязи (Recommendation ITU - R P.1546-1). Пример семейства кривых (ландшафт, f = 600 МГц) Е = f(R) представлен на рис. 8.

Рис. 8 - Семейство кривых (ландшафт, f = 600 МГц) Е = f(R)

25

Кривые распространения обобщают результаты многочисленных полевых измерений, выполненных в Европе и Северной Америке. Они построены для разных диапазонов (от 100 МГц до 2000 МГц) и при разных высотах подвеса передающих антенн (от 10 м до 1200 м). Рекомендации по пользованию такими экспериментальными кривыми представлены в ETSI TR 101 190 v.1.2.1 (200411) для систем построеных по стандарту DVB - T и в ETSI TR 102 377 v.1.2.1 (2005-11) для DVB - H систем.

При построении кривых принято, что мощность, излучаемая передатчиком, составляет 1 кВт, а коэффициент усиления передающей антенны составляет 0 dB (полуволновой диполь). Высота установки приемной антенны для всех случаев принята h = 10 м. Чтобы вычислить, какую напряженность создаст конкретный передатчик на заданном расстоянии, нужно по кривой распространения для реальной высоты подъема передающей антенны определить значение напряженности поля и прибавить (алгебраически) значение эффективно излучаемой мощности (в dB относительно кВт).

Так, например, исходя из условий приема требуемое значение напряженности поля составляет 40 dBμV/м. Необходимо рассчитать минимальную гарантированную выходную мощность передатчика при коэффициенте усиления передающей антенны в 8 dB и высоте ее подвеса в 75 м. Потери в питающем фидере составляют 1 dB. Пользуясь кривыми рис. 8 находим, что напряженности поля в 40 dBμV/м соответствует радиус покрытия в 38 км. Мощность передатчика определяется как: Р [дБ ?кВт] = -8 + 1 = -7 дБкВт, что эквивалентно выходной мощности передатчика в 200 Вт (0,2 кВт). Заметим, что при увеличении выходной мощности до 2 кВт (т.е. на 10 dB), эквивалентная (но не фактическая, которая увеличивается пропорционально увеличению мощности передатчика) напряженность поля составит 30 dBμV/м, что эквивалентно увеличению радиуса зоны покрытия до 76 км (т.е. в 2 раза в сравнении с исходным значением), а мощность передатчика должна составлять уже 22 кВт (вместо 200 Вт). Исходя из рис.4 можно заметить, что при увеличении высоты подвеса передающей антенны до 300 м, для радиуса покрытия в 80 км потребуется мощность передатчика всего в 2 кВт.

Очевидно, что условия приема в заданной точке определяются напряженностью электрического поля. Как сама напряженность поля, так и возможность приема сигнала зависят от целого ряда факторов, основными из которых являются:

•Условия распространения радиоволны.

•Поляризация волны.

•Рабочая длина волны.

•Зона приема (удаленность от передающего телецентра).

•Холмистость местности.

•Высота подъема передающей и приемной антенны.

•Потери в питающем фидере передатчика.

•Защитное отношение C/N.

26

Таблица 7. Сравнительные характеристики стандартов DVB - T, DVB - H, аналог.

ИСХОДНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Так, для F = 5 dB, П = 7,61 МГц (стандарт DVB - T), TA = 292 К (к.51),

C/Nmin = 18 dB (см. табл. 7) и коэффициента усиления приемной антенны GA = 14 dB, требуемое значение минимальной напряженности поля составит Emin = 36,1 dBμV/м, что эквивалентно радиусу покрытия в 32 км при использовании передатчика в 200 Вт с коэффициентом усиления передающей антенны 7 dB и высотой ее подъема 40 м.

Из выше изложенного видно, что факторов, влияющих на радиус зоны покрытия, достаточно много, что требует использования машинных методов расчета. В конечном виде все расчетные значения заносятся в бюджетную таблицу. Для сравнительного анализа разных видов вещания при разных условиях приема составлена бюджетная табл.7.

Взаключение следует отметить, что построить сети по стандарту DVB - T

/DVB - H является не простой задачей, решение которой связано со многими неизвестными и под силу только высококвалифицированным специалистам с достаточным опытом работы.

3.3. Стандарт DVB - H.

Стандарт DVB - H (мобильное вещание) базируется на более раннем вышедшем стандарте DVB - T (цифровое эфирное вещание) в части расширения некоторых устанавливаемых параметров, ориентированных на условия приема цифровых сигналов в мобильных условиях.

Какие же задачи призвана решать система DVB - H? Основными из них являются:

Экономия тока потребления аккумуляторной батареи мобильного терминала. Эта задача явилась определяющей при формировании концепции мобильного вещания.

Устойчивый мобильный прием в движении, в том числе на больших скоростях.

Возможность приема при многолучевом распространении сигнала, особенно в комнатных условиях.

Полная совместимость с уже существующими сетями DVB - T.

Рис. 9 - Концептуальная структура DVB - Н приема. Концептуальная структура DVB - Н приема представлена на рис. 9, а

структурная схема примера использования системы DVB - H для передачи IP - услуг представлена на рис.10.

28

Рис. 10 - Структурная схема системы DVB - H для передачи IP - услуг. Главные отличия от DVB - T заложены в канальном уровне (т.е. уровне,

выше физического уровня). Прежде всего - это квантование по времени (Time Slicing) и введение упреждающей коррекции ошибок (MPE - FEC), что позволило резко увеличить вероятность приема в сравнении с DVB - T.

Принцип временного уплотнения, позволяющего существенно экономить токопотребление DVB -H терминала, показан на рис. 11, из которого видно, что полезная информация передается/принимается с большой скоростью (например, 10 Мбит/с), но в очень короткий промежуток времени в сравнении со временем ожидания. Для качественного воспроизведения DVB - H TV услуги вполне достаточна скорость цифровой информации в 250 кбит/с. Таким образом, отношение времен отключения приемника и его работы составляет 40 (10/0,25 = 40), что эквивалентно экономии энергии порядка 90%.

Рис. 11 - Принцип временного уплотнения.

Стандартом DVB - H в дополнение к существующим режимам 2k и 8k (для DVB - Т) добавлен промежуточный режим 4k (табл. 8), как наиболее адаптированный для работы в ячейке среднего размера SFN сети.

29

В табл. 9 и 10 представлены расчетные значения цифровых потоков для разных форматов модуляции (табл. 9) и длительностей используемых интервалов.

Условные рекомендации по использованию того или иного режима могут быть сформулированы следующим образом:

Режим 8k – для использования SFN сетях любого размера (больших, средних и малых) и допускает наличие Допплеровского сдвига по частоте при высокоскоростном приеме (т.е. прием осуществляется в движении).

Режим 4k – для мало- и средне-размерных SFN сетей при значительных Допплеровских частотных сдвигах. Пригоден для приема на очень высоких скоростях.

Режим 2k - для малоразмерных SFN сетей. Гарантирует уверенный мобильный прием при самых высоких скоростях в движении (т.е при весьма значительных Допплеровских сдвигах по частоте).

Компромиссное решение режима 4k позволяет обеспечить как портативный, так и мобильный прием при наиболее жестких условиях. Наиболее пригодной модуляционной схемой для DVB - H является формат 16 QAM со скоростью кодирования CR = 1/2 или CR = 2/3, которые обеспечивают достаточную пропускную способность для DVB - H услуг при приемлемом отношении несущая/шум (C/N).

Построение DVB - H сетей экономически целесообразно осуществлять на базе уже существующей DVB - T сети при использовании иерархического режима. Иерархическая модуляция допускает передачу двух независимых потоков, имеющих различные рабочие характеристики и скорости передачи данных в одном и том же физическом ВЧ канале (т.е. в полосе 7,61 МГц). В этом случае транспортный поток (TS) канала с высоким приоритетом (НР) обладает помехозащищенностью, близкой к формату QPSK (т.е. максимально возможной). Иерархическая модуляция является самой рентабельной, т.к. она обеспечивает наибольшую эффективность спектра.

Например, в одном физическом канале (П = 8 МГц) могут передаваться два потока:

Низкоприоритетный поток (LP): 64 QAM; SR = 11,06 Мбит/с и C/Nтреб

? 18,2 dB.

Высокоприоритетный поток (НР): QPSK; SR = 5,53 Мбит/с и C/Nтреб ? 8,7 dB (Рэлеевский канал приема).

30