Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Оглавление

Введение

Глава 1. Цифровое телевизионное вещание

1.1 Цифровая телевизионная система

1.2 Теоретические основы цифрового телевизионного вещания

1.3 Способы обработки цифровых телевизионных сигналов

1.4 Основные устройства цифрового передающего аппаратурного комплекса

1.5 Стандарты цифрового наземного телевидения DVB-T

Глава 2. Планирование и стратегия внедрения систем цифрового наземного ТВ вещания

2.1 Эксплуатационные требования к системам наземного цифрового вещания

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

2.3 Сравнительный анализ стандартов DVB-T и DVB-T2

2.4 Основные характеристики стандарта DVB-T2

2.5 Принципы построения спутниковых систем связи

2.6 Цифровое телевидение

Глава 3. Расчетная часть

3.1 Проектирование сети цифрового телевизионного вещание вы селе Орто-токой

3.2 Расчет угла месть

3.3 Расчет передатчика стандарта dvb-t2

3.4 Выбор оборудования

Заключение

Список использованных источников

Список использованных сокращений



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 Ошской, Джалал-Абадской, Таласской 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 Талас, Джалал-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 1. Цифровое телевизионное вещание

1.1 Цифровая телевизионная система

Цифровое телевидение предполагает и высококачественное звуковое сопровождение. Вы идеале-это применение цифровой систем Dolby AS-3 которое обуславливает передачу шести каналов звукового сопровождения (левый и правый тыл, левый и правый фронт, центр, низких частоты. Такую систему обозначают «Dolby Digital». 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 сигнал Ey и цветоразностные сигналы ER-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.

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.

Рис2. Структурная схема обобщенной модели ЦСП

1.3 Способы обработки цифровых телевизионных сигналов

Формирователи цифровых телевизионных сигналов.

Рассмотрим два варианта структурной схемы формирователя цифрового телевизионного сигнала в соответствий с Рекомендаций ITU-R BT.601-5. В устройстве, показанном на рис.3,а ,сигналы основных цветов ER.,EG,EB с источником телевизионного сигнала (телекамеры) вначале поступает на гамма-корректоры (ГК). Сформированные сигналы E`R, E`G, E`B в кодирующей матрице (КМ) преобразуется в сигнал яркости E`Y и цветоразностные сигналы E`R-Y и E`B-Y. Далее эти сигналы преобразуется (АЦП) в цифровые сигналы YD, CR и CB, 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 и КАС. Кроме того, синхроимпульсы используются для синхронизации генератора тактовых импульсов (ГТИ), который вырабатывает импульсы с частотами 27,13,5 и 6,75 МГц, 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 сигналы YD CR CB и цифровые синхросигналы. В результате на выходе устройства оказывается сформированным цифровой телевизионный сигнал (ЦТС).

В другой варианте устройства формирование сигналы основных цветов EdV,EG,EB сразу преобразуются в цифровые сигналы Rd ,Gd ,Bd.. При этом каждый (АЦП) должен иметь по меньшей мере 10, а лучше 12 двоичных разрядов. Далее цифровые сигналы Rd,Gd, Bd поступают на цифровые гамма -корректоры (ЦГК), в которых выполняются нелинейные преобразование. Число двоичных разрядов прошедших гаммакоррекцию цифровых сигналов равно 8. Затем сигналы R`d,G`d,B`d в цифровой кодирующей матрице (ЦКМ) преобразуются в цифровой сигнал яркости YD и цифровые цветоразностные сигналы CR и CB .

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. Стандарт MPEG-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 телевидения DVB-T

Концепция стандарта DVB-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 системе DVB-T только одно-данные должны быть закодированы в виде пакетов транспортного потока MPEG-2. В этом смысле стандарт описывает контейнер, приспособленный для доставки пакетированных данных в условиях наземного телевидения. Для системы DVB-T ни содержание контейнера, ни происхождения данных не имеют значения, она лишь приспосабливает выходные данные транспортного мультиплексора MPEG-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 передатчике DVB-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 особенностью DVB-T как контейнера для передачи транспортных пакетов MPEG-2 является гармоничное сочетание системы канального кодирования и способа модуляции OFDM. Обработка сигналов в приемнике не регламентируется стандартом и остается открытой. Это не означает, что создатели стандарта не предвидели принципов построения приемника DVB-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.

Система DVB-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 передатчиками PAL/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. Система DVB-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 в DVB-T благодаря применению новой системы модуляции OFDM.

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			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 интервала TG, выбираемая в зависимости от числа номинальных поднесущих частот в OFDM-сигнале (в системе DVB-T2 -- 1k,...,32k, где k = 210, т. е. 1024), должна удовлетворять условию TG ? d/Vc, где d -- 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 32k отношение 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 32k позволяет 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 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)



Глава 2. 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 систем М 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 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;

- 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).

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.