Проектирование сети цифрового телевизионного вещание вы селе Орто-токой



Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

С 1994 года Киргизияявляется членом Международного союза электросвязи (МСЭ), и поэтому, как и 103 других стран участников, на второй Региональной конференции радиосвязи в Женеве в 2006 году присоединилась к плану окончательного перехода на цифровое эфирное телевещание (План «Женева-2006»). За Киргизией в плане «Женева-2006» закреплен частотный ресурс, позволяющий создать 15 мультиплексов, транслируемых на всю страну. Согласно данному плану, в приграничных районах Киргизия должна отключить аналоговые телеканалы до 17 июня 2015 года, поскольку аналоговые телевизионные станции могут мешать соседним странам в том случае, если к этому моменту они тоже перейдут на цифровое телевещание. Дата 17 июня 2015 года означает, что с этого дня аналоговые телеканалы теряют свой приоритет над цифровыми, и, следовательно, должны быть отключены там, где их работа создает помехи для цифрового вещания. Однако внутри страны аналоговое телевидение может еще долго существовать наравне с цифровым. Переход на «цифру» также напрямую связан с вопросами обеспечения информационной безопасности страны, а также с вопросами удовлетворения потребностей населения в доступе к информации через качественное вещание. Важность перехода показывают следующие исходные данные: около 94 % населения Киргизии смотрят дециметровое аналоговое телевидение. При этом 87 % населения считают телевидение самым важным источником информации, а 86 % считают его самым надежным источником[1].

Киргизия стала первой страной в Центральной Азии применившей цифровое эфирное телевидение. Внедрение началось с пилотного проекта в самой проблемной и удалённой от центра Баткенской области в ноябре 2008 года[2], вещание осуществлялось в стандарте DVB-T, признанным в 2013 году устаревшим[3].

В 2011 году в Киргизии была принята государственная Программа по переходу на цифровое телевидение. Согласно данной Программе, строительство цифровых сетей параллельно ведется как государственным оператором связи ОАО «Кыргызтелеком», так и частными операторами связи, объединившимися в ООО «Цифровые технологии». ООО «Цифровые технологии» объединило 22 частных телеканала, которым государство выделило на безвозмездной основе два мультиплекса для нужд вещания. Еще четыре мультиплекса были выделены ОАО «РПО РМТР», которое является филиалом государственного ОАО «Кыргызтелеком». На него же была возложена задача по строительству сети, которая обеспечит прием цифрового сигнала на 95 % территории Киргизии. Кроме того, были выделены средства для технической модернизации оборудования телеканалов, вошедших в Социальный мультиплекс бесплатных для населения программ (8 общенациональных и 7 региональных). Чтобы облегчить переход на цифровое телевидение для социально уязвимых слоев населения, в государственном бюджете предусмотрены средства для покупки ресиверов с целью их бесплатной передачи малоимущим гражданам. В соответствии с данной программой перехода, Киргизия разделила процесс перехода на цифровое вещание на 4 этапа (с расчётом того, что к сентябрю 2016 года 95 % населения Киргизии будет иметь возможность смотреть цифровое телевидение):

  1. До 6 ноября 2014 года. Запуск в тестовом режиме передатчиков на 9 радиорелейных станциях ОАО «РПО РМТР» в ОшскойДжалал-АбадскойТаласской иЧуйской областях.
  2. До мая 2015 года. Установка передатчиков в Ошской, Джалал-Абадской, Нарынской и Иссык-Кульской областях.
  3. До октября 2015 года. Установка передатчиков на 24 радиорелейных станциях в Иссык-Кульской, Нарынской, Джалал-Абадской и Ошской областях.
  4. До сентября 2016 года. Установка передатчиков в Баткенской области.

27 апреля 2015 года в Киргизии была запущена глобальная информационную кампанию по переходу на цифровое телевидение под слоганом «Включи цифру!». В рамках кампании проводилась широкомасштабная работа по информированию населения о подключении к цифровому телесигналу: подготовлена серия информационных роликов для радио и телевидения, запущен сайт, заработал телефон бесплатной горячей линии. В процесс информирования населения привлекаются волонтеры и региональные координаторы. А ключевые лица, ответственные за переход на цифровое телевидение, побывали во всех областях страны с «Цифровым караваном». Главный посыл кампании — своевременное приобретение населением ресиверов (цифровых приставок) или новых телевизоров. Организаторы кампании подчеркивали, что при приобретении ресиверов необходимо обратить внимание на сертификат Государственного агентства связи (ГАС КР).

Тестовое цифровое эфирное вещание в новом стандарте DVB-T2 на значительной территории Киргизии стартовало 6 ноября 2014 года. С этого времени цифровой сигнал доступен в Иссык-Кульской области (на северном берегу озера Иссык-Куль — до города Чолпон-Ата, на южном берегу — до села Барбулак), в Чуйской области от города Кара-Балта до города Кемин, а также в городах ТаласДжалал-Абад и Ош. Ранее, с 2012 года, цифровое эфирное вещание в стандарте DVB-T2 было доступно только в столице республики, в городе Бишкек[4].

Использование преимуществ цифровых технологий в Центральной Азии

Как страны Центральной Азии могут получить большие экономические и социальные выгоды от цифровых технологий и доступа в Интернет? Недавно этот важный вопрос обсуждался на региональной презентации Доклада о мировом развитии 2016: «Цифровые дивиденды» в городе Алматы, Казахстан.

В докладе «Цифровые дивиденды» основное внимание уделяется не самим цифровым технологиям, а их влиянию, а также поднимаются важные вопросы предоставления и роста услуг, а также принципа справедливости.

Представители властей четырех стран Центральной Азии - Казахстана, Кыргызской Республики, Таджикистана и Узбекистана – а также Афганистана присутствовали на презентации и поделились своими представлениями о практическом использовании выводов доклада в своих странах.

Кыргызская Республика

В Кыргызской Республике разрабатывают программу под названием «Цифровой Кыргызстан 2020-2025». Правительство запустило портал электронных услуг, через который граждане могут получать муниципальные услуги, а также на котором планируется начать предоставление государственных услуг для бизнеса с весны 2016 года.

Таалай Байтереков, Директор Центра электронного управления правительства Кыргызстана, отметил на презентации, что «вооружившись докладом, мы будем работать по предложенным критериям. Существуют не только полезные результаты, но и риски, которые нам необходимо учитывать, особенно при интеграции новых технологических продуктов. Мы находимся на стадии перехода к цифровому будущему и не можем позволить себе не думать об «оцифровывании» нашего правительства».

В настоящее время Правительство Кыргызской Республики сотрудничает с Казахстаном и подписало Меморандум о взаимопонимании с нацхолдингом «Зерде». Байтереков подтвердил готовность страны сотрудничать со всеми странами региона для решения общих проблем и содействовать развитию Кыргызской Республики с помощью цифровых технологий. Одним из главных приоритетов для страны в настоящее время является повышение цифровой грамотности населения.

Таджикистан

Таджикистан, будучи транзитной страной в Центральной Азии, видит для себя важную роль в цифровом развитии региона. Например, используя инфраструктуру газопровода из Туркменистана в Китай, проходящего через Таджикистан (и Кыргызскую Республику), правительство Таджикистана планирует проложить новую волоконно-оптическую линию связи. Другую линию связи планируется проложить вдоль железнодорожного пути из Таджикистана в Туркменистан через Афганистан.

Цифровое преобразование является первоочередной задачей и важным строительным блоком для развития Таджикистана. Правительство планирует утвердить новую «Национальную стратегию развития 2030» в первой половине 2016 года, в рамках которой ИКТ станет катализатором устойчивого развития.

Наивысшими приоритетами развития Таджикистана являются энергетическая независимость, продовольственная безопасность и выход из нынешнего коммуникационного тупика. Страна стремится в рамках регионализации цифровых технологий воспользоваться возможностями, создаваемыми транзитными потоками информации.

Узбекистан

С 2012 года правительство Узбекистана предпринимает конкретные шаги в направлении внедрения цифровых технологий. Были запущены две программы продвижения цифрового развития в стране: «Программа развития инфраструктуры ИКТ 2015-2019» (9 проектов) и «Программа развития электронного правительства 2013-2020» (28 проектов).

Данные программы курирует Министерство по развитию информационных технологий и связи (с 2015 года). В Узбекистане в рамках Программы развития электронного правительства было подключено 265 онлайн-услуг и 600 правительственных учреждений, реализованы механизмы обратной связи с пользователями по вопросам качества услуг и электронного участия, была повышена прозрачность предоставления государственных услуг, был создан call-центр и единые центры предоставления услуг в 194 районах страны.

В марте 2015 года в Узбекистане был запущен Портал открытых данных, на который правительство выгрузило 709 пакетов данных по 15 предметным областям от 63 поставщиков данных. Количество загрузок данных составило 267 тысяч. Пакеты данных также имеют интерфейсы API для разработчиков приложений.

В Узбекистане подтвердили готовность сотрудничать со Всемирным банком и с другими странами региона для развития конкурентоспособного сектора ИКТ и утроения его вклада в экономику страны.

Афганистан

Министерство связи и информационных технологий (МСИТ) Афганистана разработало дорожную карту мероприятий в рамках своей программы электронного государственного управления. К концу 2018 года почти 70% услуг должны быть доступны в электронном виде.

Правительство Афганистана активно работает над созданием более благоприятных условий для частного сектора и частных инвесторов - в том числе за счет новых правил, перехода на международные стандарты и создания инфраструктуры с совместным доступом.

Абдул Разак Вахиди, Министр связи и информационных технологий Афганистана, выступил с вступительным словом на презентации в Алматы доклада «Цифровые дивиденды» и назвал Афганистан «связующим и транзитным информационным центром для всего региона». Он отметил, что соседние с Афганистаном страны - Китай, Узбекистан, Таджикистан, Туркменистан, Иран и Пакистан – «не связаны друг с другом или связаны очень странным образом».

Презентация «Цифровые дивиденды» в Алматы прошла 17 февраля 2016 года в сотрудничестве с Казахстанско-Британским техническим университетом (КБТУ), а также в рамках семинара по вопросам цифрового развития в Центральной и Южной Азии, организованного Всемирным банком. Презентация является частью серии региональных и страновых информационных мероприятий, начавшихся с глобального запуска в Вашингтоне, округ Колумбия, 14 января 2016 года.

      Приведены основные положения проекта базового стандарта цифрового ТВ вещания в Кыргызстана, разработанного авторами применительно к созданию и испытаниям отечественных опытных зон цифрового ТВ вещания.

Область цифрового ТВ вещания развивается быстрыми темпами. Буквально каждый месяц высказываются новые идеи, сообщается о разработке новых устройств и стандартов..

Дипломный проект может быть полезным для понимания и решения современных проблем внедрения цифрового ТВ вещания, изучения методологии международной стандартизации в этой области. Оно предназначено для широкого круга специалистов в области телевидения, вещания, связи и информационных служб, аспирантов и студентов учебных заведений радиотехнического профиля и всех интересующихся перспективными системами вещания

Глава 1Цифровое телевизионное вещание

1.1 Цифровая телевизионная система.

Цифровое телевидение предполагает и высококачественное звуковое сопровождение. Вы идеале-это применение цифровой системDolbyAS-3 которое обуславливает передачу шести каналов звукового сопровождения (левый и правый тыл, левый и правый фронт, центр, низких частоты. Такую систему обозначают «DolbyDigital». Достоинством такой системы следует считать неизменность уровня звукового сигнала при переходе с канала на канал или от одного фрагмента к другому. Для сравнения следует отметить, что в аналоговом телевидении характерны скачки громкости звука в таких ситуациях.

На этой структурной схеме показана на рис. В. 1. Кратко рассмотрим назначение основных частей системы. Источник аналоговых сигналов формирует яркостный сигналEy и цветоразностные сигналыER-Y, которые поступают на аналого-цифровой преобразователь (АЦП),где преобразуются в цифровую форму. В следующей части системы, называемой кодером или кодером видео, осуществляется эффективное кодирование видеоинформации с целью уменьшения скорости передачи двоичных символов в канале связи. Как будет показано далее, эта операция является одной из наиболее важных, так как без эффективного кодирование невозможна обеспечить передачу сигналов цифрового телевидения по стандартным каналам связи.

Сигналы звукового сопровождение также преобразуются в цифровую форму. Звуковая информация сжимается в кодере звука. Кодированные данные изображение и звука, а также различная дополнительная информация объединяются в мультиплексоре в единый поток данных. В кодере канала выполняется еще одно кодирование передаваемых данных, имеющее целью повышение помехоустойчивости. Полученным в результате цифровым сигналом модулируют несущую используемому канала связи.

В приемной части системы осуществляется демодуляция принятого высокочастотного сигнала и декодирование  канального кодирования. Затем в демультиплексоре поток данных разделяется на данные изображение, звука и дополнительную информацию. После этого выполняется декодирование данных. В результате на выходе декодера изображение изображение получается яркостной и цветоразностные сигналы в цифровой форме, которые преобразуются в аналоговую форму в цифроаналоговом преобразователе (ЦАП) и подаются на монитор, на экране которого воспроизводится изображение. На выходе декодера звука получаются сигналы звукового сопровождения, также преобразуемые в аналоговую форму. Эти сигналы поступают на усилители звуковой частоты и далее на громкоговорители.

1.2 Теоретические основы цифрового телевизионного вещания

Обобщенная модель цифровой системы передачи (ЦСП) информации включает три фундаментальных процесса: кодирование-декодирование источника, кодирование-декодирование канала, модуляция-демодуляция при передаче по каналу. Структурная схема модели ЦСП показана на рис. 1.1. На передающей стороне все виды обработки информационных сообщений служат цели преобразования их в сигналы, наиболее подходящие для передачи по каналу конкретного типа. На приемной стороне производятся обратные операции, направленные на восстановление информации в исходном виде с минимально возможными ее искажениями. При этом следует иметь ввиду, что искажения информации могут быть обусловлены либо не идеальностью процессов ее прямого-обратного преобразования, либо не идеальностью характеристик тракта, включая воздействие помех.

Процесс кодирования источника имеет своей главной целью сокращение объема передаваемой информации, т.е. снижение требований к таким ресурсам системы, как время передачи, полоса пропускания, объем памяти при обработке или при хранении информации. Если информация имеет аналоговую природу, то кодирование источника предусматривает, во-первых, аналогово-цифровое преобразование и, во-вторых, собственно сжатие данных.

Кодирование канала используется для исправления ошибок, возникающих при приеме цифрового сигнала из-за действия различных помех и искажений. В общем случае, кодирование канала может быть реализовано либо с использованием перезапросов искаженных блоков информации, либо путем прямой коррекции ошибок при использовании специальных кодов. В трактах вещания информации программных служб применяется только прямое исправление ошибок, а в обратных каналах интерактивных систем, особенно в телефонных каналах, возможно комбинированное применение обоих методов. В любом случае кодирование канала приводит к увеличению объема передаваемых данных, так как алгоритмы обнаружения и исправления ошибок требуют добавления специальных служебных символов, а повторы перезапрошенных блоков непосредственно увеличивают время передачи.

Рис2.   Структурная схема обобщенной модели ЦСП

Модуляция используется для преобразования сигналов, представленных в основной (исходной) полосе частот, в радиосигналы заданной полосы частот, что обеспечивает возможность их передачи по конкретному физическому каналу. Дополнительным свойством сложных видов модуляции является более плотная упаковка данных в частотной области, когда на единицу полосы приходится больше передаваемой информации.

1.3 Способы обработки цифровых телевизионных сигналов

1.3.1 Формирователи цифровых телевизионных сигналов.

Рассмотрим два варианта структурной схемы формирователя цифрового телевизионного сигнала в соответствий с РекомендацийITU-RBT.601-5. В устройстве, показанном на рис.3,а,сигналы основных цветовER.,EG,EBс источником телевизионного сигнала (телекамеры) вначале поступает на гамма-корректоры (ГК). Сформированные сигналыE`R,E`G,E`Bв кодирующей матрице (КМ) преобразуется в сигнал  яркостиE`Yи цветоразностные сигналыE`R-YиE`B-Y. Далее эти сигналы преобразуется (АЦП) в цифровые сигналыYD,CRиCB,соответственно. На входах (АЦП) имеются дополнительные аналоговый устройства, выполняющие масштабирование и сдвиг сигналов в соответствии с соотношениями число разрядов каждого (АЦП) в большинстве случаев равно 8.

Синхроимпульсы с устройства развертки источника телевизионных сигналов поступают на формирователь цифровых синхроимпульсов (ФЦСИ), вырабатывающий синхросигнал НАС иКАС. Кроме того, синхроимпульсы используются для синхронизации генератора тактовых импульсов (ГТИ), который вырабатывает импульсы с частотами 27,13,5 и 6,75МГц, поступающие на другие узлы устройства. ГТИ содержит схему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), с помощью который обеспечивается требуемое число периодов тактовых импульсов за период строчной развертки источника телевизионных сигналов.

Рис. 3. Варианты структурной схемы формирователя цифрового телевизионного сигнала.

 Мультиплексор (MS) в заданной последовательности передает на выход цифровые сигналыYDCRCBи цифровые синхросигналы. В результате на выходе устройства оказывается сформированным цифровой телевизионный сигнал (ЦТС).

В другой варианте устройства формирование сигналы основных цветовEdV,EG,EBсразу преобразуются в цифровые сигналыRd,Gd,Bd.. При этом каждый (АЦП) должен иметь по меньшей мере 10, а лучше 12 двоичных разрядов. Далее цифровые сигналыRd,Gd,Bdпоступают на цифровые гамма –корректоры (ЦГК), в которых выполняются нелинейные преобразование. Число двоичных разрядов прошедших гаммакоррекцию цифровых сигналов равно 8. Затем сигналыR`d,G`d,B`dв цифровой кодирующей матрице (ЦКМ) преобразуются в цифровой сигнал яркостиYDи цифровые цветоразностные сигналыCRиCB .

Формирование синхросигналов и тактовых импульсов  и работа мультиплексора осуществляются аналогично первому варианту устройства. Выполнение гамма-коррекции цифровыми средствами обеспечивает более точное задание требуемой функции преобразование, но при этом требуются имеющие больше двоичных разрядов и, следовательно более дорогие (АЦП).

1.4 Основные устройства цифрового передающего аппаратурного комплекса.

Кодеры цифрового сжатия. Кодер сжатие является самым                    ответственным элементом в цепочке обработки цифрового сигнала, он в значительной мере определяет устойчивость и качество изображения при заданной скорости цифрового потока. СтандартMPEG-2 определяет структуру потока и эталонную модель декодера, но не накладывает ограничений на построение кодера или алгоритм его работы.

       Важный функции в составе кодера выполняет предпроцессор. Например, он осуществляет цифровую фильтрацию и синхронизацию кадров, производит дополнительную временную обработку и шумоподавление. Предпроцессор также вводит тестовые сигналы и заставки.

           Мультиплексоры. Мультиплексор служит для объединения в единый транспортный поток цифровых потоков от различных источников-кодеров сжатие, выходов других мультиплексоров, выходов приемников-декодеров и т.д. Приходящие сигналы могут иметь разную временную базу

(т.е формироваться с несколько различающимися тактовыми частотами), и задача мультиплексора-сформировать асинхронный поток с сохранением синхронизирующей информации каждого из компонентов.

           Принцип действия мультиплексора основан на свойствах буфера памяти –информация записывается в него с одной тактовой частотой, а считывается с другой, более высокой частотой. Если приставить себе цепочку последовательно соединенных буферов, синхронизированных таким образом, что выходные пачки импульсов не перекрывается во времени, что и будет мультиплексор.

            Сигналы телевизионного вещание, подаваемые на передатчик, формируется модуляторами-либо аналоговыми, либо цифровым (COFDM модулятором). Далее следует предкорректор, предназначенный для компенсации нелинейных искажений последующего тракта. Нелинейные искажение искажение являются главной причиной появление побочных спектральных составляющих в выходном сигнале усилителя мощности. Эффективным методом уменьшения нелинейных искажений являются предыскажение, принцип действия которого основывается на линеаризатции аплитудной и фазоамплитудной характеристик усилителя мощности.

Рис.6. Cтруктурная схема гибридного телевизионного передатчика

1.5 Стандарты цифрового наземного телевиденияDVB-T

Концепция стандартаDVB-T. Передаваемые данные представляют собой информацию об изображении и звуковом сопровождении, а также любые дополнительные сведения, относящиеся к мульти-сервисным  услугам. Условие передачи этой информации в системеDVB-T только одно-данные должны быть закодированы в виде пакетов транспортного потокаMPEG-2. В этом смысле стандарт описывает контейнер, приспособленный для доставки пакетированных данных в условиях наземного телевидения. Для системыDVB-T ни содержание контейнера, ни происхождения данных не имеют значения, она лишь приспосабливает выходные данные транспортного мультиплексораMPEG-2 к свойствам и характеристикам канала передачи наземного телевизионного вещания, стремясь наиболее эффективно донести их к приемнику. То есть, стандарт определяет структуру передаваемого потока данных, систему канального кодирования и модуляции для мультипрограммных служб наземного телевидения, работающих в форме ограниченной, стандартной, повышенной и высокой четкости

Рис. 4.22 Структурная схема устройства преобразования сигналов и данных и данных в передатчикеDVB-T.

Для обеспечение совместимости устройство различных производителей, стандарт определяет параметры цифрового модулированного радиосигнала и описывает преобразование данных и сигналов в передающей части системы цифрового наземного телевизионного вещание как показана на рисунке №4. Отличительной особенностьюDVB-T как контейнера для передачи транспортных пакетовMPEG-2 является гармоничное сочетание системы канального кодирования и способа модуляцииOFDM. Обработка сигналов в приемнике не регламентируется стандартом и остается открытой. Это не означает, что создатели стандарта не предвидели принципов построения приемникаDVB-T, но отсутствие жесткого стандарта на приемник обостряет конкуренцию между производителями телевизоров и стимулирует усилия по созданию высококачественных и дешевых аппаратов. Примерный вариант схемы приемника приведен на рис.4.22.

СистемаDVB-T разрабатывалась для цифрового вещания, но она должна встраивать в существующее аналоговое окружение, поэтому в системе следует обеспечить, защиту от интерференционных помех соседнего и совмещенного каналов, обусловленных действующими передатчикамиPAL/SECAM. Поскольку речь идет о наземном вещании, то должна быть обеспечена максимальная эффективность использования частотного диапазона, реализуемая в результате оптимального сочетание одиночных передатчиков, многочастотных и одночастотных сетей.Cледует учитывать высокой уровень промышленных шумов в канале наземного телевидения. СистемаDVB-T должна успешно бороться с типичными для наземного телевидения эхо-сигналами, вызванными как статическими объектами, например, зданиями, так и динамическими объектами, например, самолетами, и обеспечивает устойчивый прием в условиях многолучевого распространения   радиоволн, обусловленного рельефом местности. Является желательным создание условий для приема в движении и на комнатные антенны. Все требования были выполнены вDVB-T благодаря применению новой системы модуляцииOFDM.

На рис. 3.1. изображена упрощенная схема организации цифрового эфирного вещания стандарта DVB-T2 [14]. Из рисунка видна роль, занимаемая мультиплексором в данной системе.

Рис. 3.1. Упрощенная схема организации цифрового эфирного вещания DVB-T2

Поскольку все компоненты системы теоретически могут располагаться на разном расстоянии, передача контента между ними может осуществляться с использованием различных интерфейсов, в том числе, по IP (например, передача MPEG-2/DVB TS потока от мультиплексора до T2-шлюза с использованием технологии MPEG-TS over IP). Передаваемый контент подразделяется на глобальный (например, вещание федерального канала) и региональный (городские информационные программы и проч.). Стандартом также предусмотрена возможность подмены глобального контента региональным [14: annex C] (например, обращение экстренных служб к населению).

T2-шлюз является главным отличием стандарта DVB-T2 от DVB-T. Он принимает MPTS потоки от мультиплексоров, по одному на каждый канал физического уровня (англ. Physical Layer Pipe, PLP), и формирует выходной поток в специальном формате – протоколе T2-MI, не используемом в DVB-T, пакеты которого через распределительную сеть поступают на модулятор.

Архитектура двухуровневой синхронной сети телерадиовещания. Оптимальным способом исключения участков неудовлетворительного приема и расширения зоны вещания цифрового телевидения является создание одночастотных (синхронных) сетей вещания, в которых телевизионные программы транслируются на большую территорию параллельно через ряд радиопередатчиков (радиотелевизионных передающих станций (РТПС)), работающих на одной и той же частоте. Требование отсутствия “пробелов” в зоне покрытия приводит к необходимости использования установки радиопередатчиков с частично перекрывающимися областями охвата.

Наиболее эффективна работа одночастотных сетей в случае использования систем цифрового телевидения DVB-T и DVB-T2, в которых применяется способ модуляции COFDM (coded orthogonal frequency division multiplexing (частотное уплотнение ортогональных несущих частот с кодированием)), позволяющий работать в условиях многолучевого приема.

Параметры функционирования одночастотной сети телевизионного вещания

Параметры

Режим

32k

16k

8k

4k

2k

1k

Длительность защит-

896; 448;

448; 224;

224; 112;

112; 56;

56; 28;

28; 14;

ного интервала, мкс

224; 112

112; 56

56; 28

28; 14

14; 7

7; 3,5

Максимальный разнос

268,8; 134,4;

134,4; 67,2;

67,2; 33,6;

33,6; 16,8;

16,8; 8,4;

8,4; 4,2;

между радиопере-

датчиками в одночастотной сети, км

67,2; 33,6

33,6; 16,8

16,8; 8,4

8,4; 4,2

4,2; 2,1

2,1; 1,05

В таких сетях телевизионный приемник получает сигналы, приходящие с различной задержкой во времени, сразу от нескольких передатчиков. При этом длительность защитного интервалаTG, выбираемая в зависимости от числа номинальных поднесущих частот в OFDM-сигнале (в системе DVB-T2 — 1k,...,32k, гдеk= 210, т. е. 1024), должна удовлетворять условиюTGd/Vc, гдеd— расстояние между соседними радиопередатчиками;Vc— скорость распространения электромагнитных колебаний. Возможные значения расстояния между соседними передатчиками в одночастотной сети при различной длительности защитного интервала приведены в таблице.

Для увеличения пропускной способности системы DVB-T2 в режиме 32kотношение защитного интервала к длительности полного символа OFDM рекомендуется выбирать равным 19/128 (Implementation guidelines for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2). DVB Document A133). Это обеспечит абсолютное значение защитного интервала в пределах 530 мкс и допустимое расстояние между радиопередатчиками около 80 км. Следовательно, система DVB-T2 в режиме 32kпозволяет создавать достаточно большие по площади региональные сети эфирного цифрового телерадиовещания.

Даже при особо тщательном планировании одночастотной сети на границе зоны уверенного приема имеются участки, где прием телевизионного сигнала затруднен или невозможен (низины ландшафта, местность за небольшим естественным возвышением, например холмом или высоким зданием). Модуляция COFDM позволяет решить эту проблему с помощью небольших по мощности передатчиков-ретрансляторов (gap fillers). Синхронные сети цифрового телерадиовещания, в состав которых дополнительно включены маломощные передатчики-ретрансляторы, получили название двухуровневых сетей (рис. 1).

Обязательным элементом региональной синхронной сети является головная станция (ГС),

т. е. центр формирования мультиплексов (совокупности теле- и радиопрограмм, трансляция которых осуществляется с использованием одного радиочастотного канала). Составной частью ГС является DVB-T2 Gateway (шлюз), на вход которого подаются пакеты транспортных потоков MPEG-2 TS, а на выходе формируются кадры физического уровня

(Т2-кадры). Поток Т2-кадров с помощью интерфейса модулятора T2-MI (T2-modulator interface), представляющего собой последовательный цифровой интерфейс, распределяется по спутниковым каналам или волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС) региональной распределительной сети и непосредственно поступает на модуляторы радиопередатчиков синхронной сети, не излучаясь в эфир (Modulator Interface (T2-MI) for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2), ETSI TS 102773 V.1.1).

При создании одночастотной сети наземного цифрового телевизионного вещания необходимо обеспечить синхронизацию каждого радиопередатчика сети как по времени, так и

Рис. 1. Функциональная схема двухуровневой синхронной сети с передачей пакетов T2-MIP на ретрансляторы по эфиру:

IP — Интернет-протокол; ASI (asynchronous serial interface) — асинхронный последовательный интерфейс

по частоте. На практике такая синхронизация осуществляется за счет фиксации сигналов системы глобального определения координат GPS (global positioning system) специальным приемником, входящим в комплект передатчиков. При этом каждый передатчик может создать идентичный эфирный сигнал с привязкой его частотно-временных параметров к единой системе синхронизации одночастотной сети.

COFDM-сигнал, передаваемый в системе DVB-T2, состоит из тысяч несущих частот, каждая из которых, передаваемая семейством радиопередатчиков, работающих в SFN, должна

Рис. 2. Структура низкочастотного потокового ВВ-кадра (Kbch — исходный блок данных перед BCH)

излучаться на одной и той же частоте. Требуемая стабильность частоты зависит от частотного интервала между соседними несущими, который называется разносом несущих частот. Для режима модуляции 8kразнос несущих частот составляет 1116 Гц, при этом стабильность частоты должна быть не менее 1,1 Гц (для режимов 4kи 2k— соответственно 2,2 и 4,5 Гц), для режима 32k— примерно 0,25 Гц.

Глава 2

2.1 Планирование и стратегия внедрения систем цифрового наземного ТВ вещания.

При планировании и внедрении систем цифрового наземного ТВ вещания необходимо учитывать различия стандартов разложения изображения и полос частот радиоканалов 6, 7 и 8 МГц, существующих в разных странах мира, а также необходимость одновременной эксплуатации аналоговых и цифровых систем в переходный период. Методы модуляции и мощность передатчика (физический уровень) необходимо выбирать с учетом параметров приемника, зоны обслуживания, защитных отношений и готовности службы.

В рекомендациях, разработанных ЦГ 11 3 МСЭ-Р, рассмотрены две основные разновидности систем ЦНТВ: с использованием схем модуляции с одной несущей и с множеством несущих. При выработке эксплуатационных требований при внедрении систем ЦНТВ учитываются следующие аспекты:

- зона приема системы;

- качество изображения и звука с возможностью его улучшения в будущем;

- характеристики антенны приемника и тюнера;

- возможность приема на переносную аппаратуру;

- возможность приема на подвижную аппаратуру;

- возможность обновления технических средств;

- должна ли система ЦНТВ использовать спектр с совместно существующими аналоговыми стандартными телевизионными системами или для нее выделяется новый частотный спектр;

- возможность расширения в переходном периоде полос частот для ЦНТВ за счет постепенно выводимых из эксплуатации аналоговых средств (смежные или отдельные каналы);

- возможность работы на базе местных (региональных) одночастотных сетей, а также расширителей зоны приема данного канала;

- возможность ввода в действие ЦНТВ систем в выделенных диапазонах частот за счет эффективного использования запрещенных в настоящее время (табу) каналов;

- возможность предоставления разнообразных дополнительных услуг (данных, мультимедиа, компьютерное ТВ, интерактивные и другие службы).

Для целей наземного ТВ вещания МСЭ-Р регламентировал три номинальные полосы частот телевизионных каналов: 6 МГц для системМ и N, 7 МГц для системы В и 8 МГц для систем. Для систем наземного телевизионного вещания выделены частотные диапазоны 8 (ОВЧ) и 9 (УВЧ). В диапазоне ОВЧ каналы с полосой 6 МГц приняты в 25 странах (13% общего числа стран или географических районов), каналы с полосой 7 МГц — в 68 странах (36%) и каналы с полосой 8 МГц — в 95 странах (51%). В диапазоне УВЧ каналы с полосой 6 МГц применяются в 14 странах (12%), каналы с полосой 7 МГц — в 6 странах (5%) и каналы с полосой 8 МГц — в 95 странах (83%). Одной из задач Целевой группы 11/3 была оценка возможности разработки принципов построения единого стандарта, который мог бы использоваться применительно к стандартным каналам.

Концепция НБТУ-б-7-8 основывалась на предположении, что различие полос частот 6, 7 и 8 МГц может привести к появлению трех самостоятельных вариантов цифровых систем, в каждой из которых используется вся полоса частот соответствующего канала. Предполагалось также, что вариант с 6 МГц обладает потенциалом, достаточным для обеспечения высокого качества изображений. Расширение полосы частот на 1 или 2 МГц можно использовать для передачи дополнительных звуковых сигналов и данных. В связи с этим была отмечена возможность выбрать систему для наземных телевизионных передающих трактов и кабельного телевидения с полосой частот 6 МГц.

Применение технологии сжатия цифрового сигнала для кодирования стандартных телевизионных сигналов позволяет адаптировать многопрограммную передачу к существующим каналам с полосой частот 6; 7 или 8 МГц. Цифровые телевизионные системы со сжатием предполагают в перспективе коренное повышение качества услуг в связи с заметным улучшением использования спектра по сравнению с аналоговыми методами передачи. Одна из возможностей такого повышения - передача потока битов при цифровом наземном или спутниковом вещании для доставки пользователям определенного числа стандартных телевизионных программ с цифровым сжатием вместо одной программы стандартного телевидения — телевидения повышенного качества или высокой четкости. Эти цифровые сжатые телевизионные сигналы будут дополняться цифровым высококачественным звуковым сопровождением, информацией, кодированной для обеспечения ограниченного (условного) доступа, и каналами служебных данных. Приведенный же метод можно применить также для передачи многопрограммных сигналов или стереоскопического телевидения с помощью существующих цифровых спутниковых или наземных линий либо сетей кабельного телевидения.

В Проекте БУВ особое внимание уделяется разработке архитектуры цифровых систем, которая была бы применима как в системах телевидения высокой четкости (ТВЧ), так и в стандартных телевизионных системах, и обеспечивала сопряжение средств наземного вещания, кабельных и спутниковых трактов. Исследования в рамках Проекта БУВ позволили разработать семейство интегральных Европейских телекоммуникационных стандартов, относящихся к цифровым системам вещания, кабельным и спутниковым системам. Подход БУВ обеспечивает гармонизацию систем путем использования унифицированного — единого метода кодирования источников изображения и звука и унифицированных, единых методов мультиплексирования и транспортировки сигналов. Эта унификация транспортного потока данных достигается с помощью цикловой структуры, защиты от ошибок и методов модуляции, соответствующих среде распределения. Общий транспортный поток рассматривается как "контейнер" и обеспечивает взаимный обмен сигналами между различными средами доставки. Это позволяет получить после демодуляции в приемнике объединенный поток данных, упрощающий построение приемных устройств.

Преимущество обычного подхода к планированию в том, что большая часть существующей инфраструктуры аналоговой сети может быть повторно использована там, где хорошо известны характеристики взаимных помех. Использование методов для обеспечения станций перекрытия теневых зон или ретрансляционных станций цифровой службы также может внести существенный вклад в оптимизацию покрытия. "Провалы" в диаграмме направленности цифрового передатчика можно использовать, чтобы минимизировать помеху в выбранных направлениях. Комбинируя использование провалов в диаграмме направленности, учитывая характеристики помех от цифрового сигнала, которые похожи на белый шум, и используя повышенные уровни мощности, можно осуществить планирование цифровой системы, обеспечивающей предельное увеличение зоны действия, предусмотренной ранее.

Например, планирование цифровых систем в странах Северной Америки основано на нижеприведенных принципах.

- Система ЦНТВ должна быть приспособлена к каналам с полосой частот 6 МГц в диапазонах ОВЧ и УВЧ, используемых для стандартного телевидения.

- Выделения-присвоения частот для ЦНТВ должны быть объединены с существующими выделениями-присвоениями для системы цветного телевидения. Канал ЦНТВ должен быть согласован с каждым из существующих частотных присвоений в диапазонах ОВЧ и УВЧ.

- План присвоений частот для ЦНТВ должен, по возможности, учитывать существующие местоположения передатчиков.

- План присвоений частот для ЦНТВ должен обеспечивать для существующей аналоговой передающей ТВ станции зону обслуживания, сопоставимую с зоной обслуживания при работе двух станций по совмещенному каналу.

- План присвоений частот должен быть основан на минимальных расстояниях между станциями в совмещенном канале, с учетом ограничений, обусловленных соседними каналами.

- Оптимизированные алгоритмы подбора пар станций используются для объединения присвоений частот стандартным аналоговым системам и системам ЦНТВ.

- Спектр ОВЧ УВЧ, не используемый в существующих планах частотных присвоений аналоговым системам из-за необходимости выполнения жестких требований к допустимому уровню интерференционных помех, можно использовать для передачи сигналов ЦНТВ.

- Цель плана ЦНТВ состоит в минимизации помехи от станции ЦНТВ как в стандартной зоне обслуживания, так и в зоне обслуживания других систем ЦНТВ (уровень предполагаемой помехи не должен превышать того, который считается приемлемым для стандартных аналоговых телевизионных станций).

- Для определения частоты и границы зоны, пригодных для разработки плана ЦНТВ, должны быть зафиксированы сведения о частотных присвоениях аналоговому телевидению.

- Для полной адаптации всех существующих вещательных станций к условиям ЦНТВ должны быть использованы свободные присвоения в пределах выделенной полосы частот.

- При определении зоны обслуживания должны учитываться характеристики типичной приемной системы ЦНТВ. Эти характеристики включают параметры антенны, такие как полное усиление и коэффициент защитного действия, а также системные параметры потенциально возможной избирательности тюнера- декодера.

Перечисленные общие принципы могут быть основой разработки любого регионального плана присвоений частот для ЦНТВ. Цель — обеспечить систему ЦНТВ зоной покрытия такой же как и зоны действия существующих систем аналогового телевидения. Выбор зоны осуществляется с помощью алгоритмов оптимизации, позволяющих определить наилучшее.

Наиболее важный фактор, который следует учитывать при планировании системы ЦНТВ, — это прежде всего возможность совместной и одновременной работы системы ЦНТВ со стандартными аналоговыми вещательными системами. В некоторых странах ощущается недостаток частотного спектра, пригодного для полномасштабного развертывания службы ЦНТВ.

Одной из систем ЦНТВ, рассмотренных при работе ЦГ 11/3, является система передачи с сегментированием полосы частот. В системе предусматривается деление полосы 6, 7 или 8 МГц на частотные сегменты, число которых зависит от требуемой пропускной способности. В качестве методов модуляции несущей. Система позволяет выделить каждому сегменту индивидуальный набор параметров, включая вид системы, метод модуляции, механизм перемежения и методы исправления ошибок. Система разработана так, чтобы быть частотно расширяемой путем увеличения числа сегментов и обеспечивать прием всех передаваемых сигналов на интегрированный приемник с одним преобразователем БПФ большого объема.

Система ЦНТВ может работать в режиме совместного использования частотного спектра с существующей аналоговой системой вещания или для нее должен выделяться "свободный" доступный спектр. При совместном использовании спектра мощность передачи и зона действия цифровой системы ограничены интерференционными помехами между цифровым и аналоговым радиовещанием. В связи с этим для обеспечения заданной зоны покрытия приходится уменьшать скорость передачи информации. Во многих странах Районов 1 и 3 загруженность существующих полос передачи имеет тенденцию к уменьшению пропускной способности и уровней мощности, допустимых для цифровых систем. Это ограничивает зону действия, качество изображения или число каналов, которые можно использовать для цифровых систем

Некоторые системы ЦНТВ обеспечивают только один уровень качества изображения и звука, в то время как другие направлены на формирование иерархических сигналов, обеспечивающих различные уровни качества изображения, соответствующего ТВЧ, стандартному телевидению, телевидению пониженного качества или различной помехоустойчивости в зависимости от условий приема. Все эти уровни качества можно реализовать с помощью одного и того же сигнала вещания, принимаемого приемниками различных типов (стационарными, подвижными, портативными и т.п.).

Если частотный спектр используется цифровым вещанием совместно с существующими аналоговыми ТВ системами, то возникает задача согласования зон действия аналоговых и цифровых систем с защитой действующей аналоговой системы от помех. В этом случае зона действия цифровой системы может быть сокращена, возможно до размеров, в пределах которых будет охвачено только 70-80% населения. Основной вопрос в том, должны ли цифровые каналы использоваться для одновременной передачи нескольких аналоговых программ повышенного качества или для передачи отдельных программ.

Важное значение имеет выбор методов модуляции, способных противостоять искажениям из-за многолучевого распространения. В системах с одиночной несущей обычно применяют схемы адаптивной коррекции, в то время как в системах в дополнение к более длинному периоду символов, улучшающему помехоустойчивость, используют защитный интервал, снижающий при демодуляции воздействие многолучевости. Там, где позволяют инфраструктура вещания и методы модуляции, потенциальное преимущество в оптимизации использования спектра имеет одночастотная сеть.

Системы с многоуровневой модуляцией могут повысить помехоустойчивость важных компонентов сигнала за счет применения символов с различной энергией. Альтернативный подход состоит в применении к различным частям сигнала различных уровней защиты от ошибок. Комбинированные методы типа модуляции с решетчатым кодированием могут обеспечивать очень высокий уровень помехоустойчивости сигнала.

Очень важно, что новые цифровые службы обеспечивают надежную передачу и что интересы зрителей не страдают из-за непредсказуемых потерь качества обслуживания вследствие изменений условий распространения, связанных со временем или местной топографией. Полагая, что системы ЦНТВ будут использовать один и тот же диапазон частот совместно с существующими аналоговыми системами, необходимо ограничить мощность, излучаемую новыми цифровыми системами с целью предотвращения интерференционных помех для существующих систем. Это создает тяжелую помеховую обстановку для новой цифровой системы, и любой цифровой сигнал должен быть очень устойчивым по отношению к помехам от передатчика в совмещенном канале. Другими факторами, влияющими на уровень радиочастотного сигнала на антенном входе приемника, являются многолучевость, помехи по совмещенному и смежным каналам и промышленные помехи. Эти факторы изменяются в зависимости от местоположения точки приема и от времени и не могут быть точно предсказаны даже для стационарного приемника. Наиболее трудно обеспечить прием сигналов ЦНТВ на портативные приемники в жилых помещениях. Уровень радиочастотного сигнала на входе портативного приемника более изменчив и менее предсказуем, чем для стационарного приемника.

2.1.1 Эксплуатационные требования к системам наземного цифрового вещания.

При планировании и внедрении систем цифрового наземного ТВ вещания необходимо учитывать различия стандартов разложения изображения и полос частот радиоканалов 6, 7 и 8 МГц, существующих в разных странах мира, а также необходимость одновременной эксплуатации аналоговых и цифровых систем в переходный период [1]. Методы модуляции и мощность передатчика (физический уровень) необходимо выбирать с учетом параметров приемника, зоны обслуживания, защитных отношений и готовности службы.

В рекомендациях, разработанных ЦГ 11 3 МСЭ-Р, рассмотрены две основные разновидности систем ЦНТВ: с использованием схем модуляции с одной несущей и с множеством несущих. При выработке эксплуатационных требований при внедрении систем ЦНТВ [2] учитываются следующие аспекты:

-  зона приема системы;

2.1.2 Переход к системам наземного цифрового вещания.

Для целей наземного ТВ вещания МСЭ-Р регламентировал три номинальные полосы частот телевизионных каналов: 6 МГц для систем М и N (стандарты NTSC и PAL), 7 МГц для системы В (стандарты PAL и SECAM) и 8 МГц для систем G, Я, J, D, К, К1 и L (стандарты SECAM и PAL), [3]. Для систем наземного телевизионного вещания выделены частотные диапазоны 8 (ОВЧ) и 9 (УВЧ). В диапазоне ОВЧ каналы с полосой 6 МГц приняты в 25 странах (13% общего числа стран или географических районов), каналы с полосой 7 МГц — в 68 странах (36%) и каналы с полосой 8 МГц — в 95 странах (51%). В диапазоне УВЧ каналы с полосой 6 МГц применяются в 14 странах (12%), каналы с полосой 7 МГц — в 6 странах (5%) и каналы с полосой 8 МГц — в 95 странах (83%). Одной из задач Целевой группы 11/3 была оценка возможности разработки принципов построения единого стандарта, который мог бы использоваться применительно к стандартным каналам. Эта концепция получила название MHDTV-6-7-8M.

Концепция HDTV-6-7-8 основывалась на предположении, что различие полос частот 6, 7 и 8 МГц может привести к появлению трех самостоятельных вариантов цифровых систем, в каждой из которых используется вся полоса частот соответствующего канала. Предполагалось также, что вариант с 6 МГц обладает потенциалом, достаточным для обеспечения высокого качества изображений. Расширение полосы частот на 1 или 2 МГц можно использовать для передачи дополнительных звуковых сигналов и данных. В связи с этим была отмечена возможность выбрать систему для наземных телевизионных передающих трактов и кабельного телевидения с полосой частот 6 МГц.

Применение технологии сжатия цифрового сигнала для кодирования стандартных телевизионных сигналов позволяет адаптировать многопрограммную передачу к существующим каналам с полосой частот 6; 7 или 8 МГц (концепция многопрограммного телевидения MPTV-6-7-8) [6]. Цифровые телевизионные системы со сжатием предполагают в перспективе коренное повышение качества услуг в связи с заметным улучшением использования спектра по сравнению с аналоговыми методами передачи. Одна из возможностей такого повышения — передача потока битов при цифровом наземном или спутниковом вещании для доставки пользователям определенного числа стандартных телевизионных программ с цифровым сжатием вместо одной программы стандартного телевидения — телевидения повышенного качества или высокой четкости. Эти цифровые сжатые телевизионные сигналы будут дополняться цифровым высококачественным звуковым сопровождением, информацией, кодированной для обеспечения ограниченного (условного) доступа, и каналами служебных данных. Приведенный же метод можно применить также для передачи многопрограммных сигналов или стереоскопического телевидения с помощью существующих цифровых спутниковых или наземных линий либо сетей кабельного телевидения.

В Проекте DVB особое внимание уделяется разработке архитектуры цифровых систем, которая была бы применима как в системах телевидения высокой четкости (ТВЧ), так и в стандартных телевизионных системах, и обеспечивала сопряжение средств наземного вещания, кабельных и спутниковых трактов. Исследования в рамках Проекта DVB позволили разработать семейство интегральных Европейских телекоммуникационных стандартов, относящихся к цифровым системам вещания, кабельным  и спутниковым системам. Подход DVB обеспечивает гармонизацию систем путем использования унифицированного — единого метода кодирования источников изображения и звука и унифицированных, единых методов

2.3 Особенности построение одночистотных сетей в новом стандарте цифрового   вещание DVB-T2.

Модификация DVB-T2 является идеальным решением, предоставляющим высокий уровень устойчивости сигнала и обеспечивающая необходимое увеличение пропускной способности, при сохранении существующей инфраструктуры антенн. У DVB-T2 имеется несколько существенных отличий от DVB-T. Например, для инкапсуляции видеопотока может применяться не только транспортный поток MPEG-2, но и транспортный поток общего назначения (GTS- generic transport stream). В GTS используется переменный размер пакета вместо фиксированного, применяемого в MPEG-2. Это позволяет снизить объѐм

передаваемой служебной информации и сделать адаптацию транспортного потока (ТП) к сети более гибкой. Кроме ТП, могут также передаваться любые другие цифровые потоки. Таким образом, по сравнению с DVB-T, отсутствует привязка к какой-либо структуре данных на транспортном уровне. Использование помехозащитного кода с низкой плотностью проверок  на чѐтность (LDPC- Low density Parity Check Codes) вместе с новыми размерностями быстрого преобразования Фурье (FFT- Fast Fourier transform) и защитными интервалами, а также с новыми режимами распределения пилот-сигналов позволяют адаптивно оптимизировать параметры в зависимости от характеристик конкретного канала.

Пакеты Т2-MI (DVB-T2 Modulator Interface) , которые описывают транспортный уровень, имеются только на выходе модулятора, но не излучаются в эфир. Для случаев, когда несколько репитеров принимают DVB-T2 сигнал с основного передатчика и ретранслируют его в общую вторую сеть, а именно одночастотную сеть (SFN),  они вещают с синхронизированных во временной области ретрансляторов. Этот случай изображѐн на рис.1.

Существует 2 типа ретрансляторов:

Рис.1 SFN с ретрансляцией от основного передатчика.

В этой  ситуации ретрансляторы не имеют доступа к содержимому T2-MI пакетов, которые передавались в эфир с основного передатчика на физическом уровне DVB-Т2. Поскольку физический уровень сигнала определяется основным передатчиком, только по синхронизации данных на ретрансляторе можно определить время излучения сигнала. Расчѐт времени осуществляется путѐм обработки специального пакета транспортного потока (TS)- Т2-MIP (DVB-T2 Modulator Information Packet), который содержится в излучаемом в эфир сигнале DVB-T2. Напомним, что T2-MIP- это совместимый с MPEG-2   TS-пакет, состоящий из 4 байт заголовка и 184 байтов данных. Этот пакет TS декодируется в демодуляторе каждого ретранслятора для извлечения требуемого времени распространения текущего суперкадра сигнала DVB-T2.. Основываясь на этой информации, и на знании о времени прихода текущего принятого суперкадра, каждый ретранслятор вычисляет то необходимое время задержки суперкадра, по истечении которого суперкадр будет передан в эфир в требуемое время.

Эта версия спецификации Т2-MI определяет только пакет Т2-MIP, идущий в транспортном потоке, который аналогичен пакету, использующемуся в сетях DVB-T. Среди существующих спецификаций нет эквивалента для таких механизмов синхронизации сетей для обеспечения сервиса в таких сетях, как например GSE.

На рис.2 изображена схема построения таких сетей. Отметим также, что вставка Т2-MIP осуществляется в шлюз Т2, и эта часть определяет структуру кадра и суперкадра Т2, и, следовательно, временную взаимосвязь пакетов транспортного потока TS с физическим уровнем модуляции.

Рис.2  Общая архитектура эфирного распределения T2-MIP в SFN подсети.

При этом условии предполагается, что приѐмник и ретранслирующая станция будут разбивать входящий DVB-T2 сигнал на составляющие части так, чтобы он мог быть максимально похож на эквивалент T2-MI сигнала на модуляторе ретранслятора. Это необходимо для того, чтобы каждый ретранслятор излучал в эфир максимально идентичный сигнал на каждой станции в одночастотной сети.

Для одночастотных сетей введен новый режим MISO (multiple input single output – много входов - один выход), который позволяет достичь до 60% выигрыша в полосе пропускания. Нынешний опыт эксплуатации одночастотных сетей показал, что даже при сложении синхронизированных сигналов, результирующий спектр COFDM подвержен искажениям (в форме "провалов" огибающей несущих COFDM). В результате, для компенсации этих "провалов", то есть сохранения требуемого отношения S/N (сигнал-шум), необходима более высокая мощность передатчиков. Режим MISO позволяет избежать этих недостатков. Передатчики в одночастотной сети в режиме MISO излучают не в точности один и тот же сигнал. Благодаря этому при сложении сигналов с разных передатчиков отсутствуют значительные "провалы" огибающей, и к тому же, не требуется увеличение мощности передатчиков.

Дополнительная стадия обработки, известная как обработка MISO, позволяет начальным коэффициентам в частотной области быть обработанными модифицированным  кодированием Alamouti, которое делит сигнал T2 между двумя группами передатчиков на одной частоте  таким образом, что эти две группы не интерферируют друг с другом. Все символы сигнала DVB-T2 могут быть подвергнуты  MISO обработке на уровне ячеек. Предполагается, что все DVB-T2 приѐмники могут принимать такие обработанные сигналы. Обработка MISO состоит из взятия входной ячейки данных и получения двух ячеек данных на выходе, каждая из которых направляется на 2 группы передатчиков. Измененное кодирование Alamouti используется для того, чтобы произвести два набора ячеек данных, за исключением того, что кодирование не поддерживает символ преамбулы P1 и для сигнала произведена соответствующая обработка пилотов. Новый алгоритм обработки сигнала значительно улучшает перекрытие (покрытие) диапазона частот в одночастотных сетях  небольшого размера.

В новой системе DVB-T2 усложнена система перемежения, в неѐ вводится перемежение по времени, что позволяет увеличить устойчивость сигнала к импульсным помехам, которые характерны для городской местности. Информация перемежается не только внутри одного символа модуляции, но и внутри одного суперкадра.  Такая схема перемежения требует от абонентского устройства наличие большой оперативной памяти, где при обратном преобразовании (de-interleaving), необходимо хранить блок временного перемежения, или TIблок. Такая схема перемежения также улучшает работу устройств в одночастотной сети.

Для уменьшения отношения пиковой мощности к средней мощности (PAPR) в новом стандарте предлагаются два способа – ACE (Active Constellation Extension – расширение активного созвездия) и TR (Tone Reservation – резервирование тона). Чем меньше значение

PAPR, тем выше КПД передатчика по мощности и тем меньший запас по мощности необходимо делать при расчѐте энергетики передатчика. Оба способа могут использоваться одновременно, однако первый предпочтительнее для созвездий с меньшим количеством векторов (QPSK), второй – с большим (QAM). У каждого способа есть и свои недостатки, например, использование АСЕ приведет к снижению отношения сигнал/шум на входе приемного устройства, а применение TR вызовет небольшое уменьшение ѐмкости канала, поскольку предполагает использование части несущих для передачи специальных корректирующих сигналов. Эти схемы улучшения энергетических показателей позволяют лучше рассчитать и спроектировать одночастотные сети в проблемных районах, таких как районы с городской застройкой или районы с гористым рельефом.

2.4 Сравнительный анализ стандартовDVB-T иDVB-T2.

Основной задачей при планировании сети НЦТВ является экономия радиочастотного ресурса, поэтому реализация второго и третьего слоев, как и первого, будет по возможности осуществляться по принципу одночастотных сетей (все передатчики в синхронной зоне работают на одной и той же частоте и передают один и тот же сигнал одновременно). Первый слой покрытия в Республике Беларусь рассчитан в соответствии со стандартом DVB-T. Но развитие технологий неизбежно. На сегодняшний день разработан стандарт нового поколения DVB-T2, позволяющий более эффективно по сравнению со стандартом DVB-T использовать выделенные частоты – в одном канале передавать до 20 телевизионных программ стандартной четкости или 4–6 высокой четкости. Для стандарта DVB-T2 разработан ряд документов, описывающих систему нового поколения и устанавливающих требования к параметрам передачи.

Услуги наземного цифрового телевизионного вещания стандарта DVB-T доступны уже более чем в 60 странах. Известно, что государства, ранее других перешедшие на цифровое телевизионное вещание в стандарте первого поколения (Англия, Италия, Финляндия, Швеция), уже осуществляют вещание в соответствии с новым стандартом. Многие страны (Украина, Казахстан, Чехия) проводят тестирование опытных зон, а Индия и страны Южной Африки приняли решение о внедрении стандарта DVB-T2. Изучение, тестирование, внедрение системы DVB-T2 является мировой тенденцией.

Стандарт DVB-T2 является улучшенным и функционально расширенным последователем стандарта DVB-T. В нем сохранены основные идеи обработки сигнала (скремблирование, перемежение данных, кодирование), но при этом каждый этап усовершенствован и дополнен. В целом изменения не коснулись только модуляции OFDM (ортогональное частотное мультиплексирование).

В системе DVB-T2 для инкапсуляции информации может применяться не только транспортный поток MPEG, но и транспортный поток общего назначения (GSE), что позволяет снизить объем передаваемой служебной информации и сделать адаптацию транспортного потока к сети более гибкой. По сравнению с системой DVB-T привязки к какой-либо структуре данных на уровне транспорта не существует.

В стандарте DVB-T вся полоса используется для передачи одного транспортного потока. В новом стандарте применяется так называемая концепция PLP (physical layer pipes – каналы физического уровня): передача в одном физическом канале нескольких логических. Возможны два режима: с передачей одного PLP – режим «A», с передачей нескольких PLP (multiPLP) – режим «B». В режиме «B» несколько транспортных потоков передаются одновременно, причем каждый из них помещается в свой PLP. Это позволяет обеспечить сосуществование в одном радиочастотном канале услуг, передаваемых с разной степенью помехоустойчивости: режим модуляции и режим помехоустойчивого кодирования может выбираться для каждого PLP индивидуально (рисунок 1), т. е. оператор может выбирать большую скорость передачи или лучшую помехоустойчивость для каждой программы в формируемом пакете. Приемник же декодирует только выбранный PLP и отключается на время передачи PLP, которые не интересуют абонента, что обеспечивает энергетическую экономию.

Рисунок 1 – Пример использования PLP

 

В стандарте DVB-T2 усложнена система перемежения. Используется битовое, частотное и дополнительно – временное перемежение. Оно осуществляется не только внутри одного модуляционного символа, но и внутри суперкадра, что позволяет увеличить устойчивость сигнала к импульсным помехам и изменению характеристик тракта передачи.

Следует отметить, что стандарт DVB-T2 предусматривает восемь вариантов размещения пилот-сигналов. Если в системе DVB-T количество пилот-сигналов составляло 8 % от общего числа несущих, то в системе DVB-T2 это значение может варьироваться: 1; 2; 4 и 8 %. Выбор схемы размещения зависит от величины защитного интервала.

Для увеличения пропускной способности дополнительно введен режим модуляции 256-QAM и размерности быстрого преобразования Фурье (FFT) 16k и 32k, а также добавлены новые значения защитных интервалов: 1/128, 19/128, 19/256.

Почему в стандарте DVB-T не использовалась модуляция 256-QAM? Ведь ее применение позволяет увеличить пропускную способность системы на 30–50 %. Ответ прост. 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.

В стандарте DVB-T2 вместо сверточных кодов используются коды с низкой плотностью проверки на четность (LDPC), а вместо кода Рида – Соломона – короткий код Боуза – Чоудхури – Хоквенгема (BCH). Зависимости коэффициента битовых ошибок (BER) от отношения «сигнал/шум» представлены на рисунке 2.

  Рисунок 2 – Сравнение кодирования LDPC и СК

 

Поведение характеристик при использовании кодирования LDPC + BCH приближено к идеальному. Соответственно коды LDPC и BCH обеспечивают более высокую помехоустойчивость, чем коды РС и СК, что позволяет передавать большее количество информации в используемом канале. Дополнительно введены относительные скорости кодирования 3/5 и 4/5.

Выигрыш в отношении «сигнал/шум» за счет использования новых методов помехоустойчивого кодирования для стандарта DVB-T2 при идентичном BER составит 5 дБ.

Еще одним новшеством в стандарте DVB-T2 является вращение сигнального созвездия, позволяющее улучшить помехоустойчивость системы.

В таблице 1 приведены значения угла поворота созвездия в зависимости от типа модуляции.

Таблица 1 – Значения угла поворота созвездия для различных типов модуляции

Тип модуляции

QPSK

16 QAM

64 QAM

256 QAM

Угол поворота созвездия

29°

16,8°

8,6°

arctg(1/16)

 

На рисунке 3а изображено созвездие QPSK, на рисунке 3б – поворот этого созвездия.

Рисунок 3 – Поворот сигнального созвездия QPSK

 

Нетрудно заметить, что 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.

Качество или количество?

Часто приходится делать выбор между качеством и количеством. Так, и в сетях наземного цифрового телевизионного вещания выбор параметров передачи тесно связан с выбором оптимального соотношения между помехоустойчивостью и пропускной способностью системы. Проведем сравнительный анализ данных параметров в системах DVB-T и DVB-T2.

Сравним скорости передачи при фиксированном отношении «сигнал/шум». Рассмотрим режимы с максимальной скоростью передачи данных [1, 2]. Для стандарта DVB-T: 8k, 1/32, 64-QAM, для стандарта DVB-T2: 32k, 1/128, 256-QAM (таблица 2).

Таблица 2 – Сравнение скорости передачи для одинаковых отношений «сигнал/шум»

DVB-T

DVB-T2

Относительная скорость кодирования

Отношение «сигнал/шум», дБ

Скорость передачи, Мбит/с

Относительная скорость кодирования

Отношение «сигнал/шум», дБ

Скорость передачи, Мбит/с

3/4

18,6

27,14

2/3

18,4

40,23

5/6

20

30,16

3/4

20,6

45,24

7/8

21,1

31,67

4/5

22

48,27

 

Очевидно, что при равных отношениях «сигнал/шум» скорость передачи в стандарте DVB-T2 по сравнению с предшественником увеличивается на 40–50 %. Это означает, что при том же радиусе зоны покрытия количество передаваемых программ можно увеличить на 50–60 %.

Важно отметить, что при идентичных параметрах передачи (64-QAM, относительная скорость кодирования 3/4, защитный интервал 1/4) отношение «сигнал/шум» в стандарте DVB-T составляет 18,6 дБ, а в стандарте DVB-T2 – 15,4 дБ. Соответственно зона уверенного приема при прочих равных параметрах будет значительно увеличена при построении сети стандарта DVB-T2.

Проведем сравнение отношения «сигнал/шум» при одинаковых скоростях передачи (таблица 3).

Таблица 3 – Сравнение отношения «сигнал/шум» при одинаковых скоростях передачи

DVB-T

DVB-T2

Относительная скорость кодирования

Отношение «сигнал/шум», дБ

Скорость передачи, Мбит/с

Относительная скорость кодирования

Отношение «сигнал/шум», дБ

Скорость передачи, Мбит/с

3/4

18,6

27,14

3/5

12,67

27,02

5/6

20

30,16

2/3

14,17

30,07

7/8

21,1

31,67

3/4

15,4

33,82

 

Отношение «сигнал/шум» при той же скорости передачи данных на 5–6 дБ меньше в стандарте DVB-T2. Соответственно при том же радиусе зоны обслуживания мощности передатчиков можно уменьшить в 3–4 раза.

Таблицы 2 и 3 представлены для режимов передачи, позволяющих обеспечить максимальную пропускную способность системы, которая достигается при максимальной размерности FFT, наивысшем порядке модуляции и минимальном защитном интервале. При таких условиях максимальное расстояние между соседними передатчиками в одночастотной сети составит 8,4 км. Очевидно, что при проектировании сети такие расстояния окажутся недостаточными. Поэтому необходимо использовать другие защитные интервалы, позволяющие увеличить расстояние между передатчиками (таблица 4), несмотря на то, что пропускная способность системы уменьшится.

Таблица 4 - Максимальные расстояния между передатчиками

Наименование параметра

Значение параметров для режима

16k

32k

Защитный интервал

1/128

1/32

1/16

19/256

1/8

19/128

1/4

1/128

1/32

1/16

19/256

1/8

19/128

1/4

интервала, мкс

14

56

112

133

224

266

448

28

112

224

266

448

532

Длительность полезной части символа сообщения, мкс

1792

3584

сообщения, мкс

1806

1848

1904

1925

2016

2058

2240

3612

3696

3808

3850

4032

4116

Максимальное расстояние между передатчиками, км

4,2

16,8

33,6

39,9

67,2

79,8

134,4

8,4

33,6

67,2

79,8

134,4

159,6

 

Если в стандарте DVB-T скорость передачи для различных режимов определена точно и ее значения отражены в таблицах нормативных документов, то для стандарта DVB-T2 такие таблицы приведены только для максимальных скоростей передачи. В общем случае пропускная способность системы стандарта DVB-T2 зависит от следующих параметров: размерности FFT, типа модуляции, параметров кодов LDPC и BCH, длительности защитного интервала, выбранной схемы пилот-сигналов, использования режима PLP или multiPLP и некоторых других и вычисляется в соответствии с формулой из [3]. Правильный подбор комбинации всех описанных параметров позволит минимизировать потери в заданной зоне покрытия, оптимизировать значения мощностей передатчиков, пропускную способность и помехоустойчивость системы. При этом в стандарте DVB-T2 различных комбинаций параметров значительно больше, чем в стандарте DVB-T, что делает его более гибким для проектирования сетей цифрового телевизионного вещания.

Рисунок 4 – Максимальная пропускная способность систем DVB-T и DVB-T2

 

Конечно, возникают определенные сомнения: так ли хорош стандарт DVB-T2 и не сменит ли его так же быстро, например, стандарт третьего поколения? Для ответа на поставленный вопрос необходимо определить максимальные возможности стандарта DVB-T2. Для этого изобразим зависимость максимальной пропускной способности от требуемого отношения «сигнал/шум» для стандартов DVB-T, DVB-T2, а также изобразим границу Шеннона, которая является теоретическим пределом увеличения пропускной способности системы.

Характеристики стандарта DVB-T2 приближаются к границе Шеннона, поэтому дальнейшее повышение помехоустойчивости и увеличение пропускной способности вряд ли возможно в рамках существующей модели цифрового наземного телевизионного вещания. Маловероятно, что в ближайшем будущем появится стандарт наземного телевидения третьего поколения семейства DVB. Скорее будет разработана принципиально новая модель эфирного цифрового вещания, а это является сложной задачей, требующей значительных временных затрат. Поэтому внедрение стандарта DVB-T2 для второго и последующих мультиплексов будет оправданным.

Внедрение в Республике Беларусь стандарта DVB-T2 позволит вывести наземное цифровое телевизионное вещание на качественно новый уровень. Стандарт нового поколения открывает значительные перспективы по увеличению количества вещаемых программ стандартной четкости и созданию мультиплекса с программами высокой четкости. Дальнейшее развертывание второго и третьего слоев НЦТВ стандарта DVB-T2 позволит обеспечить все население страны высококачественным  многопрограммным телевидением.

Таким образом, в данной статье рассмотрены новые технологические решения стандарта второго поколения DVB-T2. Проведен сравнительный анализ основных характеристик стандартов DVB-T и DVB-T2, определены преимущества стандарта нового поколения.

В следующей части статьи подробно рассмотрим структуру сигнала DVB-T2 на физическом и логическом уровнях. Основной акцент будет сделан на особенностях построения сетей НЦТВ стандарта DVB-T2, а также на передающем и абонентском оборудовании.

2.5 Основные характеристики стандартаDVB-T2

При попытке внедрить ТВЧ в эфирные сети их ограниченные ресурсы окажутся перегруженными еще быстрее. И так как ТВЧ в любом случае потребует смены абонентских приставок, был поднят вопрос о разработке нового эфирного стандарта, который позволил бы повысить пропускную способность эфирных каналов. В феврале 2006 года в рамках консорциума DVB был создан исследовательский комитет (Study Mission), который должен был оценить потенциал различных технологий. Через полгода работа комитета была закончена, и DVB приступил к разработке стандарта DVB-T2. Вначале консорциум определил набор коммерческих требований, определяющих рамки данной разработки:

• Трансляции Т2 должны приниматься на существующие домашние антенны, и переход на новый стандарт не должен требовать изменения инфраструктуры передающей системы. Это требование не позволило включить в стандарт технологию MIMO, которая потребовала бы новых приемных и передающих антенн.

• T2 в первую очередь должен быть ориентирован на передачу на фиксированные и портативные антенны.

• Должен присутствовать механизм,о возможности снижающий отношение пиковой и средней мощности передаваемого сигнала. Это позволит снизить эксплуатационные расходы.

Стандарт был окончательно принят в июне этого года Предполагается, что в начале следующего года должен появиться дизайн VLSI для чипсета, а еще примерно год понадобится для выпуска ресиверов.

Большая часть решений, использованная при разработке Т2, была направлена на максимальное увеличение пропускной способности каналов. Ряд опций — новые размерности FTT и защитных интервалов, а также новые режимы введения пилот-сигналов, были введены для возможности оптимизации параметров в зависимости от характеристик конкретного канала. Как показано на рис. 1, передаваемые данные пакетируются в BB-кадры, заголовок которых содержит информацию о характере данных. Затем данные закрываются LDPC FEC, аналогичным тому, который применяется в DVB-S2. Для устранения ошибок, оставшихся после LDPC-декодирования, данные дополнительно защищаются коротким кодом Боуза-Чоудхури-Хоквингема (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem) BCH.Полная длина кадра с наложенным помехозащитным кодированием составляет 64800 бит. Этот кадр является базовым блоком системы T2. В рамках стандарта T2 доля контрольных бит помехозащитных кодов может колебаться от 15 до 50%. В качестве опции допускается и более короткий вариант FEC-кадра — длиной в 16 200 бит. Он может применяться для уменьшения задержек приема низкоскоростных услуг. Данные, передаваемые внутри ВВ-кадра, как правило, представляют собой последовательность транспортных пакетов MPEG-2. В то же время, поля сигнализации в заголовке BB-кадра полностью совместимы с системой инкапсуляции IP-пакетов по новому DVB-протоколу под названием Generic Stream Encapsulation.Тестовая имитация работы помехозащиты на базе LDPC показала существенное повышение помехозащищенности по сравнению с защитой, используемой в DVB-T, то есть сверточным кодированием в сочетании с кодом Рида-Соломона. Выигрыш в уровне С/N за счет нового FEC может составлять до 3 дБ для типичного уровня ошибок и при одинаковой доле контрольных символов. По существу, это улучшение позволяет повысить пропускную способность канала примерно на 30% (например, за счет применения более высокого уровня констелляции). При разработке Т2 проводились сравнения нескольких вариантов модуляции с одной или множественными несущими. В результатe был выбран вариант OFDM c защитными интервалами (GI-OFDM), который используется в DVB-T. В GI-OFDM каждый символ передается на большом количестве ортогональных несущих, модулируемых одновременно по фазе и амплитуде. В частности, DVB-T предусматривает два режима — 2К и 8К. Эти цифры отражают размерность FFT (быстрого преобразования Фурье), используемого для формирования сигнала с множественными несущими. Фактическое количество несущих, используемых для передачи данных, несколько меньше. Для защиты сигналов (то есть каждой несущей, используемой для передачи данного символа) от искажения в условиях многолучевого распространения введено дублирование конца каждого символа в защитном интервале, предшествующем передаче этого символа. Принцип показан на рис. 2. Длина защитного интервала выбирается в зависимости от расчетной протяженности эфирного тракта и других параметров сети передачи. Более длинные защитные интервалы требуются в одночастотных сетях, где сигналы с соседних передатчиков могут приходить на приемник со значительным запаздыванием относительно основного сигнала. Защитный интервал представляет собой надстройку, съедающую долю транспортного ресурса. В DVB-T эта надстройка может занимать до 1\4 общего объема передаваемых данных. Для возможности удлинить защитный интервал без увеличения его доли в общем объеме данных в Т2 были введены два новых режи-ма — 16К и 32К — с соответствующем увеличением числа ортогональных несущих. Рис. 3 иллюстрирует переход к режиму с большим числом поднесущих. В данном случае абсолютная величина защитного интервала сохраняется, но его доля в общем объеме снижается. • размерности FFT: 1K, 2K, 4K, 8K, 16K, 32K; • относительная длительность защитных интервалов: 1/128, 1/32, 1/16, 19/256, 1/8, 19/128, 1/4. Коммерческие требования к Т2 включали обеспечение различных уровней помехоустойчивости для разных услуг. Это может обеспечиваться использованием разных схем модуляции и степени помехоустойчивого кодирования. В Т2 это достигается путем группировки OFDM-символов внутри кадра, так что каждая услуга передается цельным блоком, занимающим в кадре определенный слот. Этот принцип иллюстрируется на рис. 6 Начало кадра Т2 индицируется коротким OFDM-символом P1, представляющим собой 1K OFDM-символ с повторами начала и конца символа на соседних несущих (то есть со сдвигом по частоте), как это показано на рис. 7. Такая структура символа P1 с одной стороны позволяет легко его выявить, а с другой исключает возможность имитации символа каким-либо фрагментом основного кадра. Он обеспечивает простой и надежный механизм выявления трансляции Т2-ресивером, сканирующим спектр в режиме поиска, а также быстрый захват ресивером частоты и 6-битной сигнализации (например, для определения размерности FFT в кадре T2). Стандартная продолжительность кадра Е2 — около 200 мс, а надстройка, требующаяся для передачи информации о структуре кадра, как правило, занимает менее 1%. В T2 используется три каскада перемежений. Это практически гарантирует, что искаженные элементы, в том числе при пакетных ошибках, после деперемежения в декодере будут раскиданы по LDPC FEC-кадру. Это должно позволить кодеру LDPC выполнить восстановление. с) частотный перемежитель: он рандомизирует данные в рамках OFDM-символа с целью ослабить эффект селективных частотных замираний. В Т2 используется новаторская техника поворота констеляционного созвездия на определенный круговой угол. Такой поворот может существенно повысить устойчивость сигнала при типичных проблемах эфира. За счет поворота диаграммы на точно подобранный угол каждая точка созвездия приобретает уникальные координаты (u1 и u2), не повторяемые остальными точками. Принцип показан на рис. 8. Каждая координата точки обрабатывается в модуляторе отдельно, и они передаются в OFDM-сигнале отдельно друг от друга, замешиваясь с u2 и u1 другого символа (то есть u2 и u1 могут передаваться на разных OFDM-несущих и в разных OFDM-символах). Тестовая имитация показала, что выигрыш в С/N за счет применением этой техники может доходить до 5 дБ. Значительную долю расходов на передачу составляет стоимость электричества, питающего передатчики. OFDM-сигналы характеризуются относительно высоким отношением пиковой и средней мощностей. В связи с этим в Т2 включены две технологии, позволяющие снизить это отношение примерно на 20%. А это, в свою очередь, существенно снижает расходы на электропитание. Речь о следующих двух технологиях: • Активное расширение констелляционного созвездия. В этом случае часть крайних точек созвездия отводится дальше от центра так, что это уменьшает пики сигналов. Так как изменения касаются только крайних точек, уводимых в область, свободную от других точек, это не оказывает существенного влияния на способность ресивера декодировать данные. 

Спецификация Т2 включает два дополнительных инструмента, которые в перспективе можно будет использовать для расширения кадра. Во-первых, структура кадра Т2 предусматривает возможность введения сигнализации для еще несуществующих типов кадров, которые будут предназначены для пока еще не определенных типов сигналов (рис. 10). То есть содержание этих кадров FEF (Future Extension Frames) пока не определено. Включение соответствующей сигнализации в спецификацию Т2 позволит ресиверам первого поколения распознать и проигнорировать FEF-фрагменты. Но забронированное уже сегодня место обеспечит обратную совместимость первых систем передачи с будущими, в которых эта сигнализация будет переносить информацию о новых типах содержимого. Т2 также включает сигнализацию, необходимую для будущего применения частотно-временного деления на слоты (TFS — Time Frequency Slicing). Хотя основная спецификация предусматривает прием без применения TFS, в сигнализацию включены отметки, которые позволят будущим ресиверам, оснащенным двумя тюнерами, работать с TFS-сигналами. Такой сигнал будет занимать несколько РЧ-каналов, и разные фрагменты каждой из услуг будут в общем случае передаваться на разных частотах. Ресивер будет скачками перестраиваться с канала на канал, собирая фрагменты данных, относящихся к принимаемой услуге. Это позволит формировать пакеты с размерами, значительно превышающими допустимые для одного РЧ-канала, что, в свою очередь, даст возможность выигрыша за счет статистического мультиплексирования значительного количества каналов и гибкости частотного планирования. Широкий набор конфигурируемых параметров также усложняет сравнение с другими системами. Так, например, если сравнивать Т2 с DVB-T, то для первого могут быть выбраны параметры, обеспечивающие такое же поведение сигнала в стандартном гауссовском канале, но предполагающие большую устойчивость Т2 в условиях сложного приема. Такой вариант уже соответствует значительно более высокой пропускной способности канала Т2 по сравнению с DVB-T. Однако можно выбрать и вариант с немного более низкими показателями для гауссовского канала, но по-прежнему (как ожидается) с несколько более высокими для каналов, со сложными условиями приема. В этом случае прирост пропускной способности будет еще больше. Сравнительные характеристики систем с одинаковым поведением в гауссовском канале представлены в таблице 1. Как можно видеть, ожидаемый прирост пропускной способности относительно британского варианта DVB-T составит около 49%. Это результат теоретических оценок, так как в момент написания этого материала возможности проверить работу системы на реальном оборудовании в лаборатории или полевых условиях не было. Основные положения нового стандарта DVB-T2. Он разрабатывался на базе не только DVB-T, но также и DVB-S2 технологии, которые уже подтвердили свою эффективность на практике. Дополнительно, в DVB-T2 появилось несколько новых механизмов, учитывающих особенности эфирной передачи. Кроме того, была расширена линейка базовых параметров, что позволяет оптимизировать размер служебно-контрольной надстройки кадров. Ожидается, что все это в комплексе приведет к значительному увеличению пропускной способности и одновременно повысит устойчивость системы. То есть позволит построить оптимальную сеть для передачи ТВЧ.

2.6 Принципы построения спутниковых систем связи

Сегодня растут потребности в телекоммуникациях. Наземные радиорелейные линии не могут в полной мере удовлетворить обмен радиовещательных и телевизионных программ, особенно если они сильно удалены друг от друга. Между ретрансляторами не может быть больших расстояний, поэтому размещение наземных ретрансляторов связано со значительными техническими и экономическими сложностями, а связь через океаны и труднодоступные территории просто невозможна. От этих недостатков свободны спутниковые системы связи (ССС). Они могут ретранслировать сигналы с высоты в десятки тысяч километров. ССС обладают высокой пропускной способностью и позволяют обеспечить экономичную круглосуточную связь между любыми оконечными пунктами, обмен радиовещательными и телевизионными программами, одновременную работу без взаимных помех большого числа линий.

Рисунок 1.1 - Типы орбит КА

В основе построения спутниковой системы связи лежит идея размещения ретранслятора на космическом аппарате (КА). Движение КА длительное время происходит без затрат энергии, а энергоснабжение всех систем осуществляется от солнечных батарей. КА, находящийся на достаточно высокой орбите, способен «охватить» очень большую территорию — около трети поверхности Земли. Через его бортовой ретранслятор могут связываться любые станции, находящиеся на этой территории. Принцип спутниковой связи заключается в ретрансляции аппаратурой спутника сигнала от передающих наземных станций к приёмникам.

Значительные преимущества предоставляет использование КА, расположенного на так называемой геостационарной орбите, находящейся в плоскости экватора и имеющей нулевое наклонение круговой орбиты (рисунок 1.1) с радиусом 35785 км. Такой спутник совершает один оборот вокруг Земли точно за одни земные сутки. Если направление его движения совпадает с направлением вращения Земли, то с поверхности Земли он кажется неподвижным.

Ни при каком другом сочетании указанных параметров орбиты нельзя добиться неподвижности КА относительно наземного наблюдателя. Антенны станций, работающих с геостационарным спутником, не требуют сложных систем наведения и сопровождения, а в случае необходимости могут быть установлены устройства для компенсации небольших возмущений орбиты.

Благодаря этому обстоятельству в настоящее время почти все спутники связи, предназначенные для коммерческого использования, находятся на геостационарной орбите. Примерно в одной позиции на одной географической долготе могут находиться несколько КА, расположенных на расстоянии около 100 км друг от друга.

Спутниковая линия связи с ретранслятором на геостационарной орбите имеет ряд серьезных преимуществ:

Отсутствие устройства сопровождения КА в антенной системе наземного комплекса

Высокая стабильность уровня сигнала в радиоканале.

Отсутствие эффекта Доплера.

Простота организации связи в глобальном масштабе.

Недостатками такой линии связи являются перенасыщенность геостационарной орбиты на многих участках, а также невозможность обслуживания приполярных областей.

Вблизи полюсов геостационарный КА виден под малым углом места, а у самых полюсов не виден вообще. Ввиду малости угла места происходит затенение спутника местными предметами, увеличение шумовой температуры антенны за счет тепловых шумов Земли, повышение уровня помех от наземных радиотехнических средств. Уже на широте 75° прием затруднителен, а выше 80° — почти невозможен. Однако в широтном поясе от 80° ю.ш. до 80° с.ш. проживает практически все население Земли.

2.6.1 Спутниковое телевизионное вещание

Спутниковое телевизионное вещание — это передача через космический спутник-ретранслятор телевизионного изображения и звукового сопровождения от наземных передающих станций к приемным. В сочетании с кабельными сетями, спутниковая телевизионная ретрансляция сегодня является основным средством обеспечения многопрограммного высококачественного телевизионного вещания.

В зависимости от организации, спутниковое ТВ-вещание может осуществляться двумя службами:

Фиксированной спутниковой службой (ФСС). В этом случае передаваемые через КА телевизионные сигналы принимаются с высоким качеством наземными станциями, расположенными в зафиксированных заранее пунктах. С этих станций через наземные ретрансляторы телевизионный сигнал доставляется индивидуальным потребителям (рис. 2.1).

Радиовещательной спутниковой службой (РВСС). В этом случае ретранслируемые КА телевизионные сигналы предназначены для непосредственного приема населением (непосредственным считается как индивидуальный, так и коллективный прием, при котором телезрители принимают программу по кабельной сети) (рис. 2.2).

Рис.2.1. Ретрансляция спутниковых сигналовназемным телецентром

Рис.2.2. Непосредственноетелевизионное вещание

Большое распространение получили относительно простые и недорогие установки с антеннами небольших размеров для непосредственного приема телевизионных сигналов со спутников. Система спутникового телевизионного вещания включает в себя следующие подсистемы (рисунок 2.3):

Передающий телевизионный центр.

Активный спутник-ретранслятор.

Приемное оборудование.

Рис.2.3. Применение спутниковой ретрансляции для ТВ вещания

Рис.2.4. Районы спутникового вещания

Современные технические средства позволяют сформировать достаточно узкий пучок волн, чтобы при необходимости сконцентрировать практически всю энергию передатчика КА на ограниченной территории, например, на территории одного государства. Часть территории, которую необходимо охватить вещанием при заданном уровне сигнала, называют зоной обслуживания. Ее вид и размеры зависят от диаграммы направленности передающей антенны спутника-ретранслятора. Несмотря на то, что антенна всегда направлена в точку прицеливания – за ней следят специальные устройства – зона обслуживания имеет сложную геометрическую форму. Если диаграммы направленности бортовых антенн КА достаточно широки чтобы охватить всю видимую с него часть Земли, то зона обслуживания является глобальной.

В спутниковом телевидении уровень излучаемого с космического аппарата сигнала принято характеризовать произведением мощности (в ваттах) подводимого к антенне сигнала на коэффициент ее усиления (в децибелах) относительно изотропного (всенаправленного) излучателя. Эту характеристику называют эквивалентной изотропно-излучаемой мощностью (ЭИИМ) и измеряют в децибелах на ватт. Уровень сигнала в точке приема определяется плотностью потока мощности у поверхности Земли относительно потока мощности 1Вт, проходящего через 1м2 (дБВт/м2).

В 1977 году состоялась Всемирная административная радиоконференция по планированию радиовещательной спутниковой службы, на которой был принят ныне действующий Регламент радиосвязи. В соответствии с ним земной шар разделен на три района, для вещания на каждый из которых выделены свои полосы частот. Как видно из рисунка 2.4, Россия и страны СНГ входят в Район 1.

В Регламенте указаны полосы частот метрового и дециметрового диапазонов, в которых работают радиопередающие средства телевизионного вещания.

Таблица 1.1. Полосы частот систем спутникового вещания

Наименование диапазона

Полоса частот, ГГц

L - диапазон

1,452 - 1,550 и 1,61 - 1,71

S - диапазон

1,93-2,70

C - диапазон

3,40-5,25 и 5,725-7,075

X - диапазон

7,25-8,40

Ku - диапазон

10,70-12,75 и 12,75-14,80

Ka - диапазон

15,4-26,5 и 27,0-50,2

K - диапазон

84-86

Для систем спутникового вещания выделены полосы частот, представленные в табл. 1.1. Два последних диапазона — Ка и К — почти не используются и пока считаются экспериментальными. Однако вещание спутниковых телепрограмм в этих диапазонах позволит значительно уменьшить диаметр приемных антенн. Например, если антенны Ku-диапазона (10,70 — 12,75 ГГц) имеют характерные размеры 0,6 — 1,5 м, то антенны К-диапазона (84 — 86 ГГц) при том же значении коэффициента усиления будут иметь размеры 0,10 — 0,15 м. Кроме того, информационная емкость этих диапазонов значительно выше. Под информационной емкостью понимается количество телевизионных каналов, которые можно разместить в данном диапазоне частот.

Основная проблема в освоении этих диапазонов — экономическая, а именно – проблема создания недорогих массовых индивидуальных приемников.

Сформулированные в Регламенте радиосвязи основные положения, касающиеся систем непосредственного спутникового телевизионного вещания (СНТВ), сводятся к следующему:

В системах СНТВ используются спутники-ретрансляторы, расположенные на геостационарной орбите.

В данных системах рекомендуется передача частотно-модулированного сигнала.

Величина отношения сигнал/шум не должна быть меньше 14 дБ.

Плотность потока мощности в зоне обслуживания не должна превышать - 103 дБВт/м2 для индивидуального приема и - 111 дБВт/м2 - для коллективного.

Для увеличения объема передаваемой информации рекомендуется двукратное использование рабочих частот, что возможно благодаря развязке по поляризации.

В 1988г. наша страна присоединилась к «Конвенции по распространению несущих программ сигналов, передаваемых через спутники» (Брюссель, 1974г.). В связи с этим в нашей стране индивидуальный прием спутниковых телевизионных программ РВСС и ФСС может осуществляться без ограничений, если принятые программы не распространяются далее посредством эфира, по кабельной сети или в виде магнитных записей. Коллективный прием сигнала, предполагающий последующее распространение программ, может производиться только по разрешению их создателей.

Цифровой метод передачи спутниковых телевизионных сигналов

Возрастающие требования к качеству телевизионного вещания, дальнейшее совершенствование его технологии приводят к необходимости изыскания новых эффективных методов создания, записи и передачи сигналов телевизионных программ. В течение многих лет в телевидении используют аналоговый телевизионный сигнал, который преобразует свет-сигнал в электрический аналог изображения.

Основное требование к передаче телевизионных сигналов – обеспечение минимальных искажений. Однако в процессе формирования и записи сигналов ТВ-программ, а также при передаче их по линиям связи методами и средствами, используемыми в аналоговом телевидении, сигналы подвергаются искажениям, которые накапливаются с увеличением числа обработок и переприемов. Особенно сильно эти искажения проявляются при компоновке программ, осуществляемой путем электронного монтажа видеозаписей на магнитной ленте.

При многократной перезаписи фрагментов программ, неизбежной во время монтажа, происходит существенное ухудшение качества аналоговых сигналов. Аналоговый тип телевизионных сигналов лимитирует дальнейшее повышение качества изображения и возможности различных спецэффектов. Отмеченные ограничения могут быть преодолены путем перехода на цифровую форму телевизионного сигнала. Поэтому в последние годы все большее внимание уделяется цифровому телевидению.

2.7 Цифровое телевидение.

Цифровое телевидение представляет собой область, в которой операции обработки, записи и передачи телевизионного сигнала связаны с его преобразованием в цифровую форму. Отметим преимущества перехода к цифровой форме представления и передачи телевизионных сигналов:

Прежде всего, появляется возможность создания унифицированного видеооборудования, которое использует единый стандарт цифрового кодирования и, в перспективе, вытеснит многочисленные, несовместимые между собой стандартные системы цветного телевидения — SECAM, PAL, NTSC.

Все цифровые сигналы обрабатываются по единой технологии. Повышается стабильность параметров оборудования, которое работает в бесподстроечном режиме. Так обеспечивается значительное повышение качества телевизионного изображения, особенно при цифровой видеозаписи с применением электронного монтажа. Качество цифровой видеозаписи чрезвычайно важно для создания фондовых и архивных материалов, а также для длительного их хранения. Внедрение единого стандарта цифровой видеозаписи значительно облегчает международный обмен телевизионными программами.

Применение цифровых сигналов значительно расширяет номенклатуру спецэффектов. Это и селективная обработка участков кадра, и электронный монтаж из фрагментов нескольких кадров, замена объектов в кадре, геометрические преобразования изображений и т.п.

Цифровая техника открывает совершенно новые возможности в художественном оформлении телевизионных программ. Таким образом, внедрение цифровых методов существенно обогащает технологию телевизионного вещания, делает ее исключительно гибкой и высокопроизводительной. Повышается качество передачи сигналов телевизионных программ по линиям связи благодаря значительному ослаблению эффекта накопления искажений и применению кодов, обнаруживающих и исправляющих ошибки передачи.

Рис.2.5. Обобщенная структурная схема цифрового тракта преобразования ТВ сигнала

На вход тракта цифрового телевидения (см. рисунок 2.5) поступает аналоговый телевизионный сигнал. В кодирующем устройстве (кодере) телевизионный сигнал преобразуется в цифровую форму и поступает на передающее устройство, которое состоит, в общем случае, из кодера канала и устройства преобразования сигнала. Пройдя через канал связи, цифровой сигнал поступает в приемник, состоящий из устройства обратного преобразования сигнала и декодирующего устройства (декодера). Он, декодер, осуществляет преобразование цифрового телевизионного сигнала в аналоговый. Кодер и декодер канала также обеспечивают защиту от ошибок в канале связи. В устройствах преобразования характеристики цифрового сигнала согласуются с характеристиками канала связи.

Рис.2.6. Кодирование ТВ сигнала

Кодирование ТВ сигнала включает три этапа:

Дискретизацию (по времени).

Квантование (по уровню).

Кодирование (цифровое представление отобран- ных уровней).

При дискретизации из аналогового телевизионного сигнала (рис.2.6, а) формируется импульсный сигнал (множество отсчетов) (рис.2.6, б). В соответствии с теоремой Котельникова, достаточно знать ряд его мгновенных (дискретных) значений через интервал времени Т, который связан с верхней граничной частотойfгр передаваемого спектра зависимостьюТ<0,5/fгр. Таким образом, выборка мгновенных значений телевизионного сигнала должна производиться с частотой дискретизации, большей, по крайней мере, в 2 раза верхней граничной частоты видеоспектра.

В результате получается серия отдельных импульсов, т. е. телевизионный сигнал оказывается «разбитым» на множество дискретных значений. Интервал времени Т между отсчетами называется интервалом дискретизации.

Передавать точно значения отсчетов нет необходимости, поскольку глаз человека обладает конечной разрешающей способностью по яркости. Это позволяет разбить весь диапазон значений отсчетов на конечное число уровней. Если число таких дискретных уровней выбрать достаточно большим, чтобы разность между двумя ближайшими уровнями не обнаруживалась зрителем, то можно вместо передачи всех значений отсчетов передавать лишь определенное число их дискретных значений. Полученные значения отсчетов округляются до ближайшего из набора фиксированных уровней, называемых уровнями квантования (рис.2.6, в). Уровни квантования разделяют весь диапазон значений отсчетов на конечное число интервалов, которые именуются шагами квантования. Каждому уровню квантования соответствует определенная область значений отсчетов. Границы между этими областями называются порогами квантования (рис.2.6, в).

Комплекс операций, связанных с преобразованием аналогового телевизионного сигнала в цифровой (дискретизация, квантование, кодирование), называется цифровым кодированием телевизионного сигнала. Для передачи телевизионного сигнала с высоким качеством необходимо примерно 256 уровней квантования (рис.2.6, г).

Декодирующее устройство телевизионного сигнала осуществляет операции, обратные производимым в кодере.

Непрерывный аналоговый телевизионный сигнал несет информацию об отдельных элементах изображения и может принимать любое значение. В цифровом телевизионном сигнале каждому элементу изображения соответствует большая группа импульсов, принимающих только два значения — «О» или «1» (рис.2.6, д). Отсюда следует, что главное преимущество цифровой формы представления — высокая защищенность от искажений и шумов. Это обусловлено тем, что на приемной стороне важно обнаружить факт передачи импульса в заданный момент времени независимо от его формы. Решить такую задачу легче, чем обеспечить неискаженную передачу формы аналогового сигнала.

Главным недостатком цифрового телевидения является более широкая полоса пропускания канала связи по сравнению с аналоговым. Это объясняется тем, что скорость передачи цифрового сигнала довольно велика. Она измеряемая числом двоичных символов в секунду (бит/с). Поэтому на сегодня основная проблема в цифровом телевидении – уменьшение в несколько раз требуемой скорости передачи сигналов. Она решается путем устранения избыточности, имеющейся в телевизионном сигнале, и использования эффективных методов модуляции. Различают статистическую, визуальную (физиологическую) и структурную избыточность телевизионного сигнала.

Статистическая избыточность вызвана корреляционными связями и предсказуемостью между элементами сигнала в одной строке, в смежных строках и соседних кадрах. Эта избыточность может быть устранена без потери информации, а исходные данные при этом могут быть полностью восстановлены.

Визуальная избыточность заключается в той части информации, которая не воспринимается глазом человека (например, цветовая разрешающая способность зрения примерно в 4 раза ниже, чем яркостная). Ее можно устранить с частичной потерей данных, мало влияющих на качество воспроизводимого изображения.

Структурная избыточность определяется законом разложения телевизионного изображения и связана со способом передачи телевизионного сигнала. Например, передаются постоянные по форме сигналы гашения, которые нет необходимости передавать в цифровом сигнале. Устранение этих сигналов позволяет уменьшить объем цифрового потока примерно на 23 %.

Для борьбы с помехами, приводящими к неверному распознаванию символов цифрового сигнала (к ошибкам передачи), в состав тракта цифрового телевидения включается кодер канала — устройство защиты от ошибок (см. рис.2.5). При этом для передачи по каналу используется помехоустойчивое кодирование. Наиболее распространенным методом помехоустойчивого кодирования является введение в цифровой канал избыточных символов. Отметим, что современные методы помехоустойчивого кодирования позволяют при введении в цифровой телевизионный сигнал сравнительно малого числа избыточных символов значительно уменьшить вероятность ошибочного приема символа.

Кроме ошибок передачи, внешние помехи приводят к временной нестабильности кодовых импульсов. Эту временную нестабильность, называемую фазовым дрожанием, также часто именуют джиттером.

Помехоустойчивость передачи цифрового телевизионного сигнала зависит от вида модуляции и кода, примененных для передачи цифровой информации по каналу, алгоритма декодирования сигнала в декодере и ряда других факторов.

Коды в цифровом телевидении используются:

Для кодирования телевизионного сигнала.

Для эффективной передачи по каналу.

Для цифровой обработки сигнала в различных звеньях тракта цифрового телевидения.

Для обеспечения удобства декодирования и синхронизации при приеме.

Цифровой телевизионный сигнал должен передаваться с высокой достоверностью. Защита его от искажений актуальна как в условиях телецентра, так и на линиях связи. Коррекция ошибок заключается в восстановлении поврежденной информации цифровыми методами, а маскирование ошибок — в замене поврежденной информации предыдущими или проинтерполированными данными. В итоге, качество цифрового телевизионного сигнала должно отвечать лишь одному требованию — возможности правильного приема кодовых комбинаций, оцениваемой вероятностью ошибки Р.

Глава 3

3 РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Проектирование сети цифрового телевизионного вещание вы селе Орто-токой.

3.1.1Географическое характеристика села Орто-токой.

Орто́-Токо́й — посёлок городского типа в Киргизии. Подчинён администрации города Балыкчы Иссык-Кульской области на рис.1 расположение села орто-токой. Расположен в 20 км к юго-западу от Балыкчы широта:42°20'24' Северной Широты.Долгота: 113°02'10'' Восточной Долготы.. Высота над уровнем моря 1834 м. Статус посёлка городского типа получил в 1947 год.Зона «Орто-Токой» объединяет территориально отроги в западной оконечности хребта Терскей Ала-Too, Кочкорскую и Кара-Куджурскую долины. Расстояние по дорогам до центра зоны — райцентра Кочкорка — составляет около 150 километров от города Нарын и 58 километров от города Балыкчи.

Поселок Орто-Токой основании в 1956 году в связи со строительством Орто-Токойского водохранилища и расположен на высоте 1730 метров над уровнем моря на границе  Тонского и Кочкорского районов в узком горном ущелье.  Поселок отдален от города  Балыкчы на 18 км.       Территория поселка состоит из 40 кв.км, земля принадлежит Тонскому району.

Основной целью является расчет сети цифрового наземного телевизионного вещания (ЦНТВ). В процессе выполнения необходимо рассчитать высоту подъема антенны передатчика, мощность передатчика, минимальную медианную напряженность поля, защитный интервал, а также задержку сигнала от спутника и угол места.

При этом расчеты для определения уровня напряженности поля на приемной станции будем проводить с помощью Рекомендации МСЭ-Р 1546 «Метод для предсказания распространения типа точка-зона для наземных служб в диапазоне частот от 30 до 3000 МГц». Данной рекомендацией МСЭ руководствуются при планировании наземных служб в полосе частот 30-3000 МГц для расчета зоны обслуживания  станций, работающих в одном и том же или смежных частотных каналах.

Рекомендация МСЭ-Р 1546 состоит из кривых, представляющие значения напряженности поля для ЭИМ 1 кВт при номинальных частотах 100, 600 и 2000 МГц, соответственно, как функция различных параметров; некоторые кривые относятся к сухопутным трассам, другие относятся к морским трассам, основанные на статистическом анализе экспериментальных данных. Для получения значений напряженности поля для любой заданной требуемой частоты, необходимо использовать метод интерполяции или экстраполяции значений, полученных для этих номинальных значений частот. Кривые основаны на данных измерений в основном в средних климатических условиях в умеренных областях, содержащих "холодные" и "теплые" моря, например Северное море и Средиземное море. Кривые для сухопутных трасс были подготовлены из данных, полученных в основном при умеренном климате, таком как в Европе и Северной Америке. Кривые морских трасс были подготовлены из данных, полученных в основном в районах Средиземноморья и Северного моря. Обширные исследования показывают, что условия распространения в некоторых областях сверх рефракции ограниченных "горячими" морями в основном различны.

3.1.2Алгоритм расчета

  1. Определяются идеальные зоны обслуживания всех отдельных присвоений данной ОЧС.
  2. Находятся 4 крайние координаты точек (северной, южной, западной, восточной) зон обслуживания среди всех присвоений сети. Определяется прямоугольный контур (в общем случае), стороны которого проходят через 4 полученные точки так, что зоны обслуживания каждого присвоения сети ОЧС полностью располагаются внутри контура
  3. Контур расширяется во все 4 стороны (северная, южная, западная, восточная) на 15%. Этот запас определяется из условия возможного расширения зоны обслуживания, образующегося вследствие эффекта суммирования в методе сложения мощностей
  4. Границы расчетной области задаются полученным контуром. Расчет ведется в точках, расположенных по рядам расчетной сетки, с выбранным шагом. Отсчетной точкой является крайняя северо-западная точка расчетной области.

Последовательность расчета в точках расчетной сетки:

  • сначала производится расчет в отсчетной точке (крайняя северо-западная точка расчетной сетки)
  • затем в соседнем узле в направлении востока и т.д. до самого восточного узла сетки верхнего ряда
  • далее производится аналогичный расчет в следующем ряду, расположенным южнее первого и т.д. по всем рядам расчетной сетки
    1. Помехи отбираются один раз для всех станций сети и используются в расчете всех точек расчетной сетки.
    2. По очереди проводится расчет по всем точкам расчетной сетки (кроме точек, расположенных в море). В каждой точке:

6.1.Вычисляются напряженности поля от каждой полезной (станции ОЧС) и мешающих станций

6.2.Для каждой точки расчетной сетки определяются полезные и мешающие присвоения для полезной сети ОЧС. Для этого вычисляются:

1) время задержки прихода сигнала для каждого присвоения сети ОЧС в точку приема (узел) по формуле:

tзадержкиi=ln/c                                                                   (18),

гдеln – вычисленное расстояние отi-ого присвоения до точки приема,c – скорость света;

2)tзадержкидоп равное длительности защитного интервала;

3) определяется позиционирование рабочего окна приемника по полезной станцииa, дающей самый мощный сигнал, для которого принимается (tзадержки0=tзадержкиa);

4) вычисляются относительныеtзадержки:

  • tзадержкиi-tзадержки0- <tзадержкидоп - присвоение является полезной станцией
  • tзадержкиi-tзадержки0tзадержкидоп илиtзадержкиi-tзадержки0<0 - присвоение является мешающей станцией

6.3Вычисляются:

1) суммарная полезная напряженность поляЕuse в данной точке от полезных станций сети, определенных в пункте 6.2., по методу сложения мощностей:

                                (19)

гдеiTg- номер полезной станции внутри ОЧС.

2) суммарная напряженность поля помех от станций сетиEint ОЧС:

Вычисляется суммарная мешающая напряженность поля в рассматриваемой точке от всех присвоений для каждой станцииEint i ОЧС по методу сложения мощностей с учетом поправок и защитных отношений (для рассматриваемой сети ОЧС мешающие присвоения берутся из отобранных в пункте 6.2.).

                     (20)

гдеiTg- номер мешающей станции внутри ОЧС.

3) суммарная напряженность поля помех от мешающих станций, не принадлежащих сетиEintext:

Вычисляется суммарная мешающая напряженность поля в рассматриваемой точке от всех присвоений вне сети ОЧСEintext  i по методу сложения мощностей с учетом поправок и защитных отношений.

4) суммарная мешающая напряженность поляEint, которая учитывает влияние на рассматриваемую полезную сеть ОЧС от всех внутренних и внешних помех:

Eint = Eint ОЧС + Eint ext (21)

6.4. Проверятся следующие условия:

  • еслиEuse<Emin, то в рассматриваемой расчетной точке нет приема сигнала из-за недостаточного уровня полезного сигнала (ниже чувствительности приемника).
  • еслиEmin<Euse<Eint, то в рассматриваемой расчетной точке нет приема сигнала из-за мешающего воздействия от собственных присвоений рассматриваемой ОЧС и других мешающих станций
  • еслиEmin<Eusе иEintEuse, то расчетной точке есть прием сигнала с заданным качеством сигнала
  • еслиEmin<Eusе,EintextEuseиEint ОЧС>Euse, то эта точка подвержена внутренней интерференции.

Иллюстрации к расчету зоны обслуживания в одночастотной сети показаны на рис.9-10. Рис. 9 показывает, что неправильный выбор параметров работы ОЧС (например, расстояния между передатчиками и защитного интервала) приводит к появлению внутрисетевых помех и сокращению зоны обслуживания. При правильном построении сети достигается  высокое качество приема сигнала на большой территории (рис.10).

Рис. 9. Пример расчета зоны обслуживания приTg = 28 мкс

(режим 4k,Tg = 1/16).

Рис.10. Пример расчета зоны обслуживания приTg = 112 мкс (режим 4k,Tg = 1/4).

Одним из возможных средств доставки телевизионных программ на вход телевизионного передатчика являются геостационарные спутники телевизионного вещания, поэтому необходимо производить расчет спутниковой линии связи. Для этого необходимо определить: