696_Formirovanie_radiosignalov_CHast'_1._UMO_

Таблица 9. (с MPE - FEC кодированием в 3/4)

Таблица 10. (с MPE - FEC кодированием в 3/4)

Таким образом, полная скорость составит 16,59 Мбит/с, но разница между НР и LP потоками в части C/N составляет около 10 dB. Это означает, что HP поток будет охватывать существенно большую зону охвата при равных условиях приема.

Рис. 12 - Иерархической сети от НР и LP потоков.

31

Иногда, на практике выигрыш при иерархической сети от НР и LP потоков используют и при передаче того же самого контента (рис. 12). В силу этого, при выборе DVB - T/H модулятора необходимо обязательно обратить внимание на возможность его поддержки иерархического режима модуляции.

Рис. 13 - Простейшая технология организации DVB - H потока.

Остановимся коротко на возможностях передачи параллельных услуг в элементарных потоках. Параллельные элементарные потоки – это способ организации услуги во времени/домена информационного TS. Простейшей технологией организации DVB - H потока является организация его в последовательных пакетах с одним элементарным потоком одновременно, как это показано на рис. 13. Услуги различных размеров (выделены цветом) располагаются одна за другой (т.е. последовательно) в пределах длительности цикла одного интервала времени. В следующем интервале услуги повторяются по времени. При такой последовательной передаче все услуги имеют одинаковую максимальную (пакетную) пропускную способность.

Рис. 14 - Другие способы организации сервисных услуг.

Однако те же самые сервисные услуги могут быть организованы и многими другими способами, как это показано на рис. 14. Услуги могут быть расположены одна над другой (разная скорость при равной длительности передачи).

Таким образом, количество передаваемой информации (общая площадь) будет тем же самым, а вот способ, которым они передаются – другим.

Одной из причин иметь две или более параллельных услуг является одновременное получение их во времени. Параллельный прием позволяет уменьшить мощность потребления терминала вследствие того, что обычно приемник тратит 50-100 мс при каждом включении для приема новой услуги.

32

Данный материал не является ни учебным, ни справочным материалом. Он носит только краткий информационный характер, в силу чего некоторые аспекты DVB - H вещания упущены (например, особенности сетевого планирования, особенности построения ретрансляторов и т.п.). Наиболее же важным моментом при построении любой сети вещания является расчет зоны покрытия.

Расчет зоны покрытия сводится к двум моментам:

расчет минимальной напряженности электрического поля Еmin, при которой еще возможен прием сигнала с заданной вероятностью ошибки (BER);

расчет напряженности поля в любой точке приема при известной эффективно излучаемой мощности передатчика РЭИМ, высоте подъема

передающей антенны, имеющемся ландшафте, времени года, погодных условиях и т.п.

Приравняв эти два значения напряженности поля, находят “дальность” действия передатчика в заданном направлении.

Не вдаваясь в математические выводы, можно констатировать, что минимальная напряженность поля для диапазона ДМВ зависит от коэффициента шума мобильного терминала F, коэффициента удаления приемной антенны Ga, несущей частоты f и требуемого C/N:

Emin[dBμV/м] = -30 + f[dB] + C/N[dB] - Ga = 20lg(f)[МГц] (4)

Коэффициент усиления приемной антенны мобильного терминала невысок по своему значению (типовые значения -5…-10 dB). Для расчета зоны покрытия различают также портативный и мобильный прием, внутриили внешне-домовой прием, допустимую скорость перемещения мобильного терминала, вероятность приема и т.п.

В силу этого различают четыре класса приема:

Класс А (вне-домовой прием) и класс В (прием внутри помещения) для портативного приема;

Класс С (вне-домовой прием) и класс D (внутри-домовой прием) для мобильного приема.

Не вдаваясь в математические расчеты, приведем только конечные расчетные значения минимально допустимой медианной напряженности поля Емед.min для коэффициента шума мобильного терминала в 6 dB.

Таблица 11. Портативный прием вне помещения (Класс А). Городские условия приема, 3-я категория приемного терминала.

33

Таблица 12. Портативный прием внутри помещения (Класс В). Городские условия приема, 3-я категория приемного терминала.

Таблица 13. Мобильный прием вне помещения (Класс С). Сельские условия приема, 1-я категория приемного терминала.

Таблица 14. Мобильный прием вне помещения (Класс D). Сельские условия приема, 3-я категория приемного терминала.

3.4. Стандарт DVB - S.

Стандарт DVB - S. Спутниковое (SAT) TV вещание было и остается самым быстрым, надежным и экономичным способом подачи TV сигнала высокого качества в любую точку обширного пространства.

Все вещательные искусственные спутники Земли (ИСЗ) размещаются на так называемой геостационарной орбите (ГО) – круговой орбите высотой ~36000 км в плоскости экватора. Находясь на ГО, спутник неподвижен относительно поверхности Земли, т.к. вращается с той же угловой скоростью, что и Земля. Зона видимости геостационарной ИСЗ – около одной трети земной поверхности.

Для SAT вещания выделены специальные участки радиочастотного спектра в сантиметровом диапазоне волн, где допускается повышенная плотность потока мощности с ИСЗ. Наиболее освоен участок K U - диапазона с

34

частотами 11,7…12,5 ГГц. Вещательную мощность ИСЗ в данной точке приема принято характеризовать эквивалентной изотропно излучаемой мощностью (Р ЭИИМ), представляющей собой произведение выходной мощности передатчика ИСЗ на коэффициент усиления передающей антенны в данном направлении. Р ЭИИМ обычно выражается в дБ×Вт (dBW) и обычно составляет 45…60 dBW. В соседних диапазонах 10,7…11,7 ГГц и 12,5…12,75 ГГц вещают спутники так называемой фиксированной спутниковой службы с типовыми значениями Р ЭИИМ 38…52 dBW.

Одной из особенностей применения ИСЗ является ограниченность энергетического потенциала спутникового ретранслятора, в силу чего в SAT вещании традиционно используют методы обработки, требующие минимального отношения несущая/шум (C/N) на входе демодулятора в обмен, например, на полосу частот сигнала. В аналоговом вещании это был выбор частотной модуляции (вместо аналоговой), а в цифровом вещании приходится применять мощное каскадное помехоустойчивое кодирование и модуляцию с невысокими кратностями (например, QPSK вместо более высокоскоростной 16 QAM). Дополнительной особенностью цифрового SAT вещания является тот факт, что многопрограммное вещание осуществляется за счет мультиплексирования в цифровом потоке, а работа передатчика ИСЗ осуществляется только на одной несущей в нелинейном режиме, что позволяет повысить его выходную мощность на 2,5…4 dB. Такое повышение энергетики эквивалентно уменьшению диаметра рефлектора приемной антенны в 2 раза в сравнении с приемом сигналов аналогового вещания.

В1994г. в рамках консорциума DVB Project был создан Европейский стандарт спутниковой цифровой системы многопрограммного TV вещания - стандарт DVB-S, работающий в полосе частот 11/12 ГГц (European Standard EN 300 421 v.1.1.2, 1997-08). Для целей SAT вещания выделены полосы частот в диапазонах 12, 29, 40 и 85 ГГц. В диапазонах 40 ГГц и 85 ГГц выделен спектр частот шириной в 2 ГГц.

Воктябре 1996г. был принят проект Рекомендации по общим функциональным требованиям к многопрограммным системам SAT вещания в полосе частот 11/12 ГГц, а уже в октябре 1999г. был выработан проект новой Рекомендации, учитывающей, что в мире существуют четыре схожие по архитектуре системы: стандрат DVB - S (Система А), DSS (Система В), G1 – MPEG - 2 (Система С) и ISDB - S (Система D).

Система А (стандарт DVB - S) разработана европейским консорциумом DVB Project и предназначена для доставки служб многопрограммного TV вещания или ТВЧ в частотных диапазонах фиксированной и радиовещательной SAT служб (10,7…12,75 ГГц) с их непосредственным приемом на домашние интегральные приемники-декодеры, а также на приемники, подключенные к системам с SAT коллективными ТВ антеннами SMATV (Satellite Master Antenna TV), и систем кабельного телевидения (СКТ) при первичном и вторичном распределениях программ TV вещания. В настоящее время практическое все

35

цифровое SAT TV вещание на все пять континентов осуществляется по стандарту DVB - S.

Существует два основных способа цифровой передачи SAT сигналов:

передача N сжатых цифровых сигналов на N несущих;

мультиплексирование N сжатых цифровых сигналов и их передача на

одной несущей.

Число программ TV вещания, которое можно передавать с помощью одного спутникового транспондера, зависит от требуемой скорости передачи информации, компонентного или композитного формата кодирования для источника сигнала, качества и разрешающей способности исходного изображения, критичности алгоритма сжатия к некоторым видам изображений и требуемого качества восстановленного изображения.

Достижения в области сжатия данных позволяет организовать большое количество цифровых высококачественных ТВ каналов с относительно низкими скоростями (менее 1 Мбит/с, что эквивалентно 20-25 TV каналов в стандартной полосе SAT канала величиной 27 МГц). Во многих случаях допустима и скорость в 400 кбит/с, что эквивалентно не менее 60 TV каналов с одного транспондера.

Рис. 15 - Структурная схема передающей части стандарта DVB-S.

Для SAT систем TV вещания характерны ограниченная мощность передаваемого сигнала и, следовательно, повышенная чувствительность к воздействию шумов и интерференционных помех. Совместное использование энергетически эффективной квадратурной фазовой модуляции QPSK и каскадного кодирования для канала на базе укороченного кода RS и сверточного кода в сочетании с алгоритмом декодирования Витерби с мягким решением обеспечивает высокую помехоустойчивость системы в условиях воздействия шумовых и интерференционных помех, а также нелинейности бортового ретранслятора (т.е. возможности работы при повышенной мощности). Благодаря согласованной фильтрации и прямому исправлению

36

ошибок, высокое качество приема достигается даже в экстремальных условиях, когда уровень минимального сигнала близок к значениям, соответствующим пороговым значениям отношений несущая/шум (C/N) и несущая/интерференционная помеха (C/I). При этом гарантируется не более одной ошибки в час, что эквивалентно вероятности ошибок около 10 -10…10 - 11 на входе демультиплексера MPEG - 2 в приемнике-декодере.

Для согласования передаваемого сигнала с полосой и энергетическими характеристиками конкретного транспондера устанавливается требуемое соотношение BW/Rs, где BW – полоса транспондера по уровню – 3 dB, Rs – скорость передаваемых символов. Так, для модуляции QPSK, скорости сверточного кода R и скорости RS - кода 188/204, соответствующая скорость передачи информационных символов составит:

RU = R(2Rs)(188/204) = 1,843 R Rs.

Для данной скорости символов Rs может быть выбрано одно из 5 значений кодовой скорости внутреннего сверточного кода, что соответственно изменяет полученную скорость символов RU и спектральную эффективность системы CU=RU/BW. Возможные варианты соотношения скоростей передачи R, Rs, RU и эффективности CU от полосы транспондера при BW/Rs = 1,28 для QPSK модуляции приведены в табл.15.

Таблица 15. Варианты соотношения скоростей передачи R, Rs, RU и эффективности CU от полосы транспондера при BW/Rs = 1,28 для QPSK модуляции.

Структурна схема блоков адаптации к каналу стандарта DVB - S на передающей и приемной сторонах показаны на рис.16. Как уже отмечалось выше, основным видом модуляции в стандарте DVB - S принята QPSK (в отечественной литературе иногда именуется как ФМ - 4), хотя в отдельных случаях могут использоваться 8 PSK (ФМ - 8) и даже 16 QAM (КАМ - 16). Применение помехоустойчивого кодирования позволяет значительно снизить требуемое для работы демодулятора с QPSK отношение Еб/N0 (отношение энергии в одном байте информации к мощности шума, см. рис. 17), а для модуляции большей кратности пороговое значение Еб/N0 оказывается несколько выше (табл.16).

37

Рис.16 - Структурна схема блоков адаптации к каналу стандарта DVB - S на передающей и приемной сторонах.

Таблица 16. Пороговое значение Еб/N0 для модуляции QPSK, 8 PSK, 16 QAM.

38

Рис.17 - Отношение энергии в одном байте информации к мощности шума.

3.5. Стандарт DVB - S2.

Стандарт системы второго поколения (DVB - S2) для видеовещания, интерактивных услуг, сбора новостей и других широкополосных спутниковых (SAT) приложений является дополнением к широко используемому стандарту SAT - вещания DVB - S. Новый стандарт был разработан консорциумом DVB Project (Digital video Broadcasting Project – Проект цифрового видеовещания – организация, занимающаяся разработкой стандартов в области цифрового телевидения для Европы) и детально технически исследован Совместным Техническим комитетом (JТС – Joint Technical Committee) радиовещания Европейского Союза радиовещания (RBU – European Broadcasting Union), Европейским комитетом по электротехнической стандартизации CENELEC и Европейским Институтом Телекоммуникационных Стандартов (ETSI – European Telecommunications Standards).

3.5.1. Основные характеристики DVB - S2.

DVB - S2 – это DVB спецификация для широкополосных SAT применений второго поколения, разработанная на базе отработанных технологий DVB - S и DVB - DSNG (Digital Satellite News Gathering – цифровая спутниковая видео журналистика). Под DSNG обычно понимают передвижные системы передачи TV информации с мест событий, именуемые системами сбора новостей. Система DVB - S2 разрабатывалась в основном для:

услуг TV вещания стандартной четкости (SDTV) и TV высокой четкости (ТВЧ или HDTV);

интерактивных услуг, включая доступ в Internet;

профессиональных приложений.

Для всех этих приложений DVB - S2 использует последние достижения как в модуляции, так и в кодировании канала, что позволяет увеличить пропускную способность порядка 30% и более в сравнении с DVB - S. В пределах передаваемого потока данных может использоваться широкий набор

39

адаптивного кодирования, модуляции и уровней защиты от ошибок (т.е. скорости кодирования). Посредством реверсного канала (а это может быть любой физический канал, включая и телефонные линии), информирующего передатчик о фактических условиях приема, могут быть оптимизированы параметры передачи для каждого индивидуального пользователя в режиме вещания “точка-точка”.

Рис. 18 - Скорость кодирования LDPC.

Для достижения компромисса между излучаемой мощностью и спектральной эффективностью, в DVB - S2 предусматривается расширенное число скоростей кодирования (1/4, 1/3, 2/5, 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6, 8/9 и 9/10)

при различных форматах модуляции (QPSK, 8 PSK, 16 APSK и 32 APSK). Так, скорости кодирования 1/4, 1/3 и 2/5 были введены для работы в комбинации с QPSK модуляцией для наихудших условий связи, когда уровень сигнала ниже уровня шума (рис.1).

Форматы QPSK и 8 PSK предлагаются для приложений вещания и могут использоваться в SAT транспондерах, работающих в режиме, близкому к насыщению. Формат 32 АPSK предусматривает линейный режим работы транспондера и требует повышенных значений C/N, в силу чего он, в основном, используется для профессиональных приложений, хотя и является самым широкополосным. Формат 16 АPSK при ограниченных требованиях к линейности транспондера (используются специальные схемы предыскажений) может находить широкий диапазон приложений, включая и TV вещание. Констелляции 16 АPSK и 32 АPSK оптимизированы для работы по нелинейному транспондеру размещением точек на окружностях (рис.19). Однако их рабочие характеристики на линейном канале совместимы с традиционными форматами 16 QAM и 32 QAM соответственно.

Благодаря выбору модуляционной констелляции и скоростей кодирования, доступны эффективности спектра Ru от 0,5 до 4,5 бит/с/Гц (рис. 18). В DVB-S2 предусмотрено три коэффициента скругления спектра (фактор roll-off): α = 0,35 (как и в DVB - S), α = 0,25 и α = 0,2 (приближение к прямоугольной форме), что дополнительно увеличивает пропускную

40