Цифровые системы радиосвязи и телевизионного вещания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

Цифровые системы радиосвязи и телевизионного вещания



Введение

Создание национальных систем наземного цифрового телевизионного вещания (НЦТВ) для приема ТВ-программ в форматах стандартной и высокой четкости на стационарные и мобильные устройства является одним из приоритетных направлений в развитии телеинформационной инфраструктуры любой страны. Работы по проектированию и развертыванию НЦТВ ведутся практически во всех странах мира, и для некоторых из них (Америка, Финляндия, Эстония и др.) процесс перехода с аналогового на цифровой формат ТВ-вещания уже завершен.

Системам цифрового наземного ТВ-вещания в отличие от аналоговых присущи следующие достоинства:

- высокая эффективность использования полосы радиоканалов при организации многопрограммного вещания;

- многовариантность режимов передачи и способов приема на внешние и встроенные антенны;

- возможность вещания в форматах стандартной и высокой четкости;

- снижение потребляемой электроэнергии и излучаемой мощности передающей станцией при равенстве зон покрытия;

- возможность построения экономных по использованию частотного ресурса синхронных сетей вещания.



1. Характеристика систем наземного цифрового телевидения

1.1 Преимущества цифрового формата вещания

Причины активного внедрения систем НЦТВ в инфраструктуру страны состоят в явных преимуществах цифрового формата вещания над аналоговым.

Среди них:

- снижение требуемой мощности передатчиков при равных зонах обслуживания;

- высокая эффективность использования ТВ-каналов за счет применения

Полосно сберегающих методов модуляции и компрессирования видеоданных по стандартам MPEG-2/ MPEG-4;

- унификация способа передачи различных видов сигналов с возможностью предоставления пользователям широкой номенклатуры телекоммуникационных услуг;

- существенное снижение потребляемой электроэнергии в пересчете на одну ТВ-программу;

- возможность качественного приема телевизионных программ на мобильные и портативные устройства при наличии помех и глубоких замираний сигналов на радиолиниях;

- возможность экономии частотного ресурса при охвате вещанием требуемых территорий за счет организации синхронных сетей;

- снижение затрат на эксплуатацию сети НЦТВ в пересчете на ТВ-программу.



1.2 Виды стандартизированных систем НЦТВ. Система DVB-T

Разработка и внедрение систем НЦТВ продиктованы необходимостью повышения экономической, технической и эксплуатационной эффективности средств ТВ-вещания и предоставления пользователям более качественных и разнообразных услуг чем прежде. К настоящему времени получили признание шесть стандартизованных систем НЦТВ:

- ATSC DTV (Advanced Television Systems Committee Digital Television) - США;

- DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial) - Европа;

- ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting Terrestrial) - Япония;

- DTMB (Digital Terestrial Multimedia Brodcast) - Китай;

- DVB-H (Digital Video Broadcasting; Transmission System for Handheld Terminals) - Европа;

- DVB-T2 (Digital Video Broadcasting; Second Generation) - Европа.

Европейская система DVB-T основывается на близких к ATSC принципах построения. В ней используются цифровые методы сжатия видеоданных MPEG-2/ MPEG-4, пакетирование данных по 188 байт, помехоустойчивое каскадное кодирование кодом Рида - Соломона (204, 188, t = 8) и сверточным кодом, три вида многопозиционной модуляции (QPSK, 16-QAM, 64-QAM) и многочастотный способ передачи ортогонально модулированных сигналов с кодированием (COFDM). Метод многочастотной передачи принят также в системах цифрового радиовещания по стандарту DAB, в системах беспроводной передачи данных IEEE 802-11, 802-16 и др. Этот метод позволяет вести эффективную борьбу с межсимвольной интерференцией, которая не устраняется простым повышением мощности передатчика или улучшением чувствительности приемника. Для повышения кодозащиты в DVB-T используется три ступени перемежения: байтовое, битовое и символьное. Стандартом предусмотрен иерархический режим передачи для приоритетного установления вида модуляции и параметров кодирования при организации мобильного приема или приема внутри помещений, а также два формата вещания: 2k и 8k (где k = 1024). Ширина полосы радиоканала может составлять 6, 7 или 8 МГц [2, 12, 13].

Главной отличительной чертой стандарта DVB-T по сравнению с ATSC является обеспечение устойчивого приема на стационарные, мобильные и переносные приемники в условиях действия отраженных эхо-сигналов за счет использования частотного уплотнения ортогонально модулированных несущих и введения защитных интервалов при передаче. Кроме того, стандартом предусматривается возможность организации в заданной зоне обслуживания одночастотной синхронной ТВ-сети (SFN). Принцип построения синхронной сети состоит в пространственном разнесении внутри зоны обслуживания маломощных передающих станций, использующих вещание с одинаковым набором транслируемых программ. Синхронизация станций между собой в этой сети обычно обеспечивается с помощью GPS-приемников. Развертывание одночастотной сети считается оправданным решением, если имеются ограничения в использовании числа частот для покрытия требуемых территорий, планируется организация мобильного приема в расширенной зоне обслуживания или должны использоваться невысокие (до 150 м) антенные опоры. Максимальный территориальный разнос между ТВ-передатчиками синхронной одночастотной сети стандарта DVB-T составляет 67,2 км и определяется длительностью защитного интервала (ЗИ), в течение которого возможны задержки копий сигналов.

1.3 Структурная схема тракта передачи систем DVB-T и принцип ее функционирования

Общая концепция построения системы НЦТВ формата DVB-T определена

Европейским стандартом EN 300744 [2], в котором регламентируются структура транспортного потока данных и правила канального помехоустойчивого кодирования, перемежения, модуляции и многочастотного способа передачи сигналов изображения, звука и дополнительных данных.

Основные положения стандарта, касающиеся транспортного и канального уровней, совпадают с принятыми решениями для спутниковых систем стандарта DVB-S. Поэтому в данном подразделе процесс формирования транспортного потока и помехоустойчивого кодирования рассмотрен в кратком изложении.

Обобщенная структурная схема передающего тракта системы приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Обобщенная структурная схема передающего тракта системы НЦТВ стандарта DVB-T

Структуру передающего тракта можно условно разделить на пять подсистем, которые выполняют следующие функции: кодирование источников входных сигналов (видео, аудио, данные); формирование транспортного потока с информационной скоростью данных двухуровневое канальное кодирование с разными параметрами передачи (иерархический режим); формирование модуляционных КАМ и COFDM-символов; преобразование и передачи модулированных радиосигналов в диапазоне наземного ТВ-вещания.

В соответствии с рекомендациями стандартов семейства DVB исходный аналоговый видеосигнал приводится к формату RGB, матрицируется в яркостный (Y) и два цветоразностных сигнала (C_R и C_B), которые компонентно оцифровываются в 10-разрядных АЦП. Полученный цифровой видеосигнал имеет скорость данных 270 Мбит/с при размере кадра 4:3. Видеосигнал прореживается, приводится к формату 4:2:0 и подвергается компрессированию в цифровом видеокодере MPEG-2/ MPEG-4. Суть сжатия данных в видеокодере состоит в исключении межкадровой (временной), внутрикадровой (пространственной), психовизуальной и статистической избыточностей, содержащихся в сигнале. Скорость передачи видеоданных на выходе кодера MPEG-2 составляет от 1,5 до 15 Мбит/с.

В кодере стандарта MPEG-4/H.264 имеет место в 1,8…2 раза более высокая эффективность сжатия, чем в MPEG-2. Поэтому многие страны, создавая системы НЦТВ, применяют MPEG-4/H.264, что позволяет повысить объем вещания и использовать единый способ компрессии при организации мобильного телевидения и телевидения высокой четкости (ТВЧ).

Аналоговый сигнал звука оцифровывается в кодерах сжатия Musicam или MPEG-2 и выходная скорость полученного цифрового сигнала на стереоканал составляет 192 или 256 кбит/с. Частоты дискретизации имеют значения 32; 44,1 или 48 кГц. Сжатие звуковой информации строится на использовании эффекта маскирования слабого сигнала сильными и на учете особенностей человеческого слуха в распознавании тонов, отличающихся по частоте и амплитуде. В настоящее время для систем DVB разработаны стандарты на многоканальное звуковое сопровождение, аналогичные Dolby Digital (DD5.1) или DTS (цифровая театральная сцена).

Полученные цифровые видео-, звуковые и дополнительные данные синхронно объединяются в программном мультиплексоре MUX1, образуя на его выходе элементарный программный поток. Совокупность цифровых программ, поступивших от различных источников, объединяется в системном мультиплексоре MUX2 в один транспортный поток в виде следующих друг за другом цифровых пакетов длиной по 188 байт. Каждый пакет принадлежит соответствующему элементарному потоку данных (видео, звук, данные). Первые 4 байта в пакете образуют заголовок пакета. Для правильного распознавания на приеме пакетов потока им присваиваются персональные идентификаторы (PID) и метки времени программы (PCR). В состав отдельных пакетов вносится специальная и сервисная информация в виде таблиц, а также сообщения контроля и разрешения на доступ к закрытым программам, частные данные и др. Все вспомогательные данные вносятся в цифровой поток через определенные интервалы времени и составляют 5…8% от общего объема полезных данных. Последующая обработка информации осуществляется циклически по 8 транспортных пакетов в цикле. Началом цикла является инверсное расположение бит в первом байте (синхробайте) заголовка.

Для обеспечения высокой энергетической эффективности системы в ней используется каскадное кодирование укороченным блочным кодом Рида - Соломона ? РС (204, 188, t = 8) с относительной скоростью R_PC=188/204 и сверточным кодом несистематического кодирования с R_CK = 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8. Исправляющая способность кода РС составляет t = 8, что означает возможное исправление 8 байт в пакете из 204 байт. Базовая скорость сверточного кода установлена R_CK = 1/2. Все другие значения получаются на выходе кодера путем перфорации (выкалывания) данных по определенному правилу. Избыточность при сверточном коде составляет И=1 - R_CK и растет с уменьшением R_CK. Длина кодового ограничения кодера сверточного кодирования установлена К = 7. Наибольший энергетический выигрыш возможен при R_CK =1/2, наименьший - при R_CK= 7/8. Однако с уменьшением R_CK и, следовательно, с ростом избыточности уменьшается информационная скорость передачи полезных данных в пределах полосы канала.

Обычно до процедуры блочного кодирования используется рандомизация (скремблирование), а между процедурами кодирования - перемежение (интерливинг) по схеме Форни с глубиной перемежения I = 12. Рандомизация привносит в транспортный поток псевдослучайность и как результат ? дисперсию (рассредоточение) энергии излучаемого передатчиком радиосигнала и высокую надежность выделения тактовой частоты на приеме. В скремблере используется 15-разрядный генератор псевдослучайной последовательности с порождающим полиномом вида . Состояние ячеек генератора устанавливается внешней инициализирующей последовательностью. Синхробайт (01000111) транспортного пакета не скремблируется.

Процедура перемежения состоит в перестановке байт в транспортных пакетах и служит для борьбы с образованием пакетных ошибок длиной не более байта при воздействии помех. Задержка в ветвях перемежителя-деперемежителя 11Ч17 байт, глубина их перестановки ? 12 байт. Синхробайты не подвергаются перемежению и проходят через перемежитель с нулевой задержкой.

В результате применения перемежения и двухступенчатого каскадного кодирования исправляющая способность приемника такова, что при наличии на его входе Р_ош =2^.10^-2, после декодера максимального правдоподобия Витерби Р_ош =2^.10^-4, а после декодера Рида - Соломона Р_ош ? 10^-11. Эта величина соответствует квазибезошибочному приему, поскольку при скорости данных транспортного потока в 30 Мбит/с совершается одна ошибка за час.



2. Расчет параметров системы НЦТВ стандарта DVB-T

2.1 Информационная скорость передачи данных

Информационная скорость передачи данных и, следовательно, объем вещания, зависят от многих факторов. К ним относятся: порядок модуляции, ширина полосы канала, относительная скорость каскадного кодирования, объем дополнительных данных (пилотсигналы) и длительность защитного интервала. Последний показатель уменьшает информационную скорость в 1+Т_з/Т_и раз.

Величина скорости передачи данных В_оз с учетом защитного интервала определяется по одному из следующих выражений:

где ?f_k - полоса ТВ-канала, Гц;

R_k - относительная скорость каскадного кодирования, равная произведению относительных скоростей кодирования Рида ? Соломона R_РС и сверточного R_ск;

m log₂ M - кратность модуляции.

b_p - коэффициент расширения полосы радиотракта относительно теоретически необходимой и равный 1,15…1,35, также он рассчитывается по формуле:



b_p =7^.8192/8^.6048=1,185

В_оз =

2.2 Символьная скорость передачи

Символьная скорость характеризует скорость следования КAM-символов цифрового потока или, по-другому, число передаваемых радиопосылок за единицу времени, и определяется выражением:

В_с = 7^.10⁶/1,185=8,295 Мсимв./с

2.3 Спектральная эффективность каналов передачи

Спектральная эффективность системы характеризует меру использования полосы частот ТВ-канала для передачи данных с заданной скоростью или, по-другому, определяет удельную скорость передачи в полосе 1 Гц. Его размерность ? (бит/с)/Гц. Величина спектральной эффективности определяется выражением:

?_с =25,62^.10⁶/7^.10⁶=3,66 бит/с / Гц.



2.4 Тактовая частота системы, длительность COFDM-символа

Тактовая частота систем НЦТВ. В цифровых системах стандартов DVB-T и DVB-Н значения тактовой частоты процессора дискретного преобразования Фурье F_T выбираются исходя из условия:

F_T = 7^.10^6.8/7=9,14 МГц.

Длительность информационной части COFDM-символа Т_и. Длительность Т_и символа выражается через тактовый интервал T и число дискретных отсчетов N_M процессора БПФ:

Тактовый интервал Т или период между отсчетами дискретных значений процессора COFDM является базовой величиной для определения параметров COFDM-символа и составляет:

Тогда



Величина характеризует размерность массива БПФ, которая равна 2048 для 2k, 4096 для 4k и 8192 для 8k. Этой величине соответствует максимально возможное число несущих в COFDM-символе.

Т_и =(7/8^.7)^.8192=1024 мкс.

2.5 Частотный разнос между несущими, полоса, занимаемая сигналом, защитная полоса

Частотный разнос между несущими. Учитывая, что ?f_p=1/Т_и величина частотного разноса между соседними несущими многочастотного сигнала может быть определена как:

?f_p=8^.7^.10⁶/7^.8192=976,5625 Гц.

Полоса частот ?f_с, занимаемая всей совокупностью несущих. Это часть полосы канала ?f_к без учета защитных полос между ТВ-каналами:



?f_с =8^.7^.10^6.6817/7^.8192=6,657226 МГц.

Защитная полоса ?f_зас между спектрами смежных ТВ-каналов. Представляет собой 0,5 от разности между полосами ?f_к и ?f_с и определяется на основании выражения:

?f_зас =7^.10⁶/2^.[1-8^.6817/7^.8192]=0,17115МГц.



3. Моделирование зон обслуживания систем НЦТВ

цифровой телевидение радиосвязь

3.1 Основные параметры, учитываемые при планировании

При планировании зон обслуживания используют принципы математического моделирования с привлечением статистических и детерминированных методов прогноза потерь на радиолиниях. Первые учитывают случайный характер сигналов и используют усредненные данные, полученные экспериментально для города, пригорода и открытой местности. Вторые учитывают особенности конкретных радиолиний (рельеф местности, препятствия, улицы, дома и т.д.) и используют фундаментальные принципы теории распространения радиоволн в предположении постоянства параметров среды. При расчете зон обслуживания привлекаются цифровые карты местности и используется компьютерное моделирование. Для радиосистем телевизионного вещания чаще используют статистические методы прогноза или их сочетания с детерминированными.

В системах наземного и мобильного цифрового вещания (МЦТВ) стандартов DVB-T и DVB-H используется большое число параметров, которые необходимо учитывать при планировании, проектировании, организации и эксплуатации сетей. Их выбор определятся конкретными задачами, которые должны решать создаваемые системы. Базовые параметры и взаимосвязь между ними приведены в разделе 3. В системах DVB-T основное внимание уделяется стационарному приему сигналов на внешние направленные антенны.

При организации мобильного вещания прием программ может осуществляться на портативные и мобильные абонентские терминалы. Различают четыре класса приема:

- класс А - портативный прием при наземном перемещении (или его отсутствия) вне помещений;

- класс В-портативный прием внутри помещений;

- класс С - мобильный прием на автомобильную внешнюю антенну;

- класс D - мобильный прием на антенну внутри движущегося транс- портного средства.

Предполагается, что высота подвеса приемных антенн - 1,5 м и они не обладают ни пространственной, ни поляризационной селективностью.

В системах DVB-T качество покрытия зон обслуживания классифицируется как «удовлетворительное», если прием обеспечивается в 70% мест, и как «хорошее» - в 95%. В системах DVB-H эти показатели пересмотрены. Так, согласно рекомендации ETSI [16] качество обслуживания оценивается как «удовлетворительное», если уверенный прием обеспечивается в 70% мест (классы А и В) и в 90% мест (классы C и D). Качество считается «хорошим», если обеспечивается уверенный прием в 95% мест (классы А и В) и в 99% мест (классы C и D). При организации приема внутри помещений и транспортных средств учитываются потери в стенах зданий и корпусе автомобиля. В зависимости от используемой методики расчета может возникнуть необходимость учета потерь, обусловленных более низким размещением приемной антенны (потери на высоту).

В таблице 1 приведены типовые параметры приемных устройств DVB-T, рекомендуемые МСЭ для планирования, а в таблице 2 - рекомендуемые ETSI параметры системы DVB-H для различных классов приема и энергетические значения запаса на уровень напряженности поля (УНП).

Таблица 1. Параметры приемных устройств НЦТВ стандарта DVB-T для стационарного (Ст), мобильного (С) и портативного (В) приема



Таблица 2. Параметры приемных устройств МЦТВ стандарта DVB-H для портативного (классы А и В) и мобильного (классы С и D) приема

Типовые значения потерь на высоту антенны относительно величины напряженности поля на высоте 10 м для различных типов местности приведены в таблице 3.

Таблица 3. Потери на высоту антенн для различных типов местности и диапазонов частот, дБ

При организации стационарного приема на внешнюю направленную антенну в системе НЦТВ DVB-T в качестве типовой модели канала передачи принят канал Райса. Экспериментальные исследования мобильного приема с ненаправленной антенной показали, что характер действия шумов и помех в таких радиосистемах соответствует каналу Релея, поскольку антенна значительную часть времени может находиться вне прямой видимости и принимать отраженные сигналы разной интенсивности.



3.2 Определение минимальной напряженности на границе зоны обслуживания

Уровень напряженности поля (УНП) Е_м в месте приёма определяется плотностью потока мощности (ППМ), создаваемой передающей станцией:

где П_м - уровень ППМ, дБ (Вт/м²).

Заменим ППМ уровнем сигнала p_c на входе приёмной системы, тогда:

где S_эф - эффективная площадь приемной антенны, м².

Учитывая, что

уровень напряженности поля составит:

где g_Пр.П - усиление приемной антенны относительно полуволнового вибратора, имеющего усиление 2,16 дБ;

f_р ? рабочая частота, ГГц.

На границе зоны обслуживания р_с будет соответствовать минимальному уровню сигнала р_с.мин., при котором обеспечивается прием с допустимой вероятностью ошибок Р_ош.

Определим р_с.мин., через параметры приёмника по формуле:

где с_тр - требуемое отношение несущая/шум на входе демодулятора, при котором на выходе декодера Витерби (или Рида - Соломона) обеспечивается заданная вероятность ошибки, дБ;

Для ТВ-канала с полосой 8 МГц ?f_с = 7,61 МГц (10lg?f_ш = 68,8 дБ·Гц).

Величина ЭШТ на входе приёмной антенны с учётом действия внешних шумов определяется по формуле:

После подстановки выражений (16) и (17) в (18) получим базовое соотношение для определения минимального УНП на границе зоны обслуживания:



Из (19) и (20) следует, что для снижения минимально допустимого УНП в зоне приёма и, следовательно, увеличения границ зоны обслуживания, необходимо повышать добротность приёмника D_Пр и снижать его отношение несущая/шум, при котором реализуется требуемая достоверность приёма. Повышение D_Пр сопряжено с повышением усиления антенн, минимизацией потерь в фидере и улучшением шумовых характеристик приёмника. Поэтому при стационарном приёме целесообразно использовать антенные малошумящие усилители.

В таблице 4 приведены значения рассчитанных добротностей для рекомендуемых при планировании параметров приёмных устройств стационарного приёма.

Таблица 4. Добротность приёмных устройств стандарта DVB-Т, дБ/К

Для упрощения определения Е_мин в широком диапазоне частот при использовании типовых параметров приёмных устройств (данные таблиц 1 и 2) введём в рассмотрение обобщённые частотно-зависимые параметры вида:

Для систем DVB-Т этот параметр с учётом значений D_Пр (таблица 4) можно описать простыми зависимостями:



В соответствии с представленными соотношениями (19) - (20) минимальные значения УНП при стационарном определяется по выражению:

Для стационарного приема требуемое значение ОНШ при использовании квадратурно-фазовой модуляции, двухступенчатого кодирования с длиной кодового ограничения К = 7 и декодирования по алгоритму Витерби рассчитывается по формуле:

с_тр.ст.=10lg [0,321^.64^.5/6^.(0,654+(5/6)⁴)^.(6,64-0,5lg6,64)^.6^0,4]=23.94 дБ

Е_мин.ст.=23,94+17,2+13,5*0,794=51,85 дБ.

3.3 Расчет дальности вещания

Для обеспечения «удовлетворительного» и «хорошего» приема в зоне обслуживания на стационарные антенны, согласно (6.7) и (6.12) необходимо, чтобы усредненный (медианный) УНП рассчитывался по выражениям:



Е_ст(70) =23,94+20,1+13,5^. 0,794 =54,75 дБ

Е_ст(95) =54,75+6,1 =60,85 дБ.

Будем считать, что телевизионное вещание на мобильные приемные устройства и стационарные антенны осуществляется по сценарию использования одной передающей станции на территории обслуживания. Для ориентировочной оценки возможных дальностей охвата вещанием при различных условиях и способах приема можно воспользоваться кривыми распространения, приведенными в Рекомендации. Кривые распространения представляют собой зависимости УНП от расстояния и даны для пересеченной местности, диапазона частот до 3 ГГц, разных высот подвеса антенн передающих станций и уверенного приема в 50% мест и 50% времени. Поскольку эти зависимости приведены в Рекомендации для выходной мощности передающей станции 1 кВт (0 дБ·кВт), то требуется пересчет полученных значений Е_тр к эквивалентным по формуле:

где Е_тр - требуемое медианное значение УНП в соответствии с выполненными расчетами, дБ (мкВ/м);

?Р - разность между эффективной излучаемой мощностью (ЭИМ) передатчика в дБ·кВт и уровнем в 0 дБ·кВт, принятым при построении кривых распространения, дБ.

Полагая, что в системе вещания мощность передатчика равна 1,3 кВт (1,15 дБ·кВт), усиление передающей антенны = 7,4 дБ и потери в фидере от передатчика до антенны - 2,5 дБ, то ЭИМ составит 6 дБ·кВт, ?Р = 6дБ.

Е_экв =60,85-6=54,85 дБ.

Приняв высоту подвеса антенны равной 300 м и f_р= 0,794 ГГц и используя кривые распространения (рисунок 1), определим дальности покрытия вещанием в рамках требований МЦТВ.

Рисунок 1. Кривые распространения по Рек. МСЭ P.1546

При стационарном приеме на внешнюю антенну (с вероятностью приема в 95% мест) дальности вещания в зависимости от R_ск составляет 37…43 км при использовании 64-QAM (при Е_экв=54,85 дБ., дальность вещания соответствует ? 40 км).

Для расширения площади охвата цифровым вещанием необходимо повысить ЭИМ передающей станции, увеличить высоту подвеса передающей антенны, поднять чувствительность приемных устройств или перейти к синхронному способу построения сети с территориально разнесенными передающими станциями.



4. Особенности системы НЦТВ стандарта DVB-T2

Европейский стандарт второго поколения DVB-T2 предназначен для повышения эффективности систем НЦТВ и служит для организации трансляций программ высокой четкости с разрешением 1920Ч1080 и цифровым сжатием MPEG-4/H.264. В нем сохранен многочастотный режим передачи с защитными интервалами (ЗИ) и добавлены новые решения, направленные на лучшее использование полосы частот ТВ-канала, гибкий выбор транспортных параметров и увеличение расстояния между передатчиками одночастотных синхронных сетей SFN. Основные принципы и механизмы канального уровня позаимствованы из стандарта DVB-S2.

Базовым кадром в стандарте DVB-T2 является блок длиной 8100 байт (укороченный 2025 байт), состоящий из заголовка, поля данных и проверочной информации помехоустойчивого кодирования. Поле данных может состоять из традиционных пакетов по 188 байт, других пакетов, например, IP или непрерывных потоков. Инкапсуляция традиционных пакетов в поле данных осуществляется в протоколе GSE - Generic Stream Encapsulation, который позволяет снизить объем заголовков транспортных пакетов.

В качестве устройств канального помехоустойчивого кодирования используется внешний кодер блочного кода БЧХ и внутренний - LDPC. Проверочная часть кода БЧХ составляет только 0,3% от длины блока в 8100 байт, в то время как проверочная часть кода Рида-Соломона стандарта DVB-T равна 8%. Принятое сочетание кодов позволяет обеспечить для типичного уровня ошибок (P_ош =10-⁷) энергетический выигрыш в 2,5…2,6 дБ по сравнению с каскадным кодом РС + СК стандарта DVB-T. Код LDPC относится к классу линейных кодов, которые были введены Галлагером еще в 1962 г. По эффективности LDPC-коды близки к турбокодам, но при большой длине блока и малой кодовой скорости они их превосходят. Например, нерегулярный LDPC-код с длиной блока бит и кодовой скоростью 0,5 позволяет приблизиться к границе Шеннона до сотой доли децибела. Принятое в DVB-T2 кодирование приводит к отклонению от границы Шеннона менее чем на 1 дБ. При использовании введенной в стандарт модуляции 256-QAM пропускная способность ТВ-канала улучшается более чем на 30%. Причем за счет выигрыша в помехоустойчивости от кодирования и вращения сигнального созвездия традиционный энергетический проигрыш в 6 дБ при переходе от 64-QAM к 256-QAM сокращается.

В стандарте добавлены два режима передачи 16k и 32k с размерностью массивов БПФ 214 и 215и числом несущих около 14 и 28 тысяч соответственно.

С введением этих режимов увеличивается крутизна спада спектра на краях полосы, снижается доля защитного интервала ТЗ при его абсолютном увеличении и обеспечивается большее расстояние между передатчиками одночастотной сети. Так, в режиме 32k расстояние между передатчиками SFN при Т_З/Т_И = 1/8 может составлять 134,4 км против 33,6 км в режиме 8k и том же Т_З/Т_И. Максимальное расстояние в 147 км возможно в режиме 32k при ТЗ/ТИ = 19/128 и длительности ЗИ более 500 мкс. Однако увеличение числа несущих в пределах полосы ТВ-канала ведет к росту чувствительности системы к доплеровскому сдвигу частоты и повышению требований к точности ее синхронизации. Вместе с тем использование новых режимов и значений ЗИ позволяет решить проблему больших одночастотных сетей при эффективном использовании частотного ресурса в случае приема сигналов на стационарные направленные антенны.

В DVB-T2 предусмотрена также более рациональная передача служебной информации (пилот-сигналов) и более гибкая организация транспортного потока. Внутри одного физического канала могут формироваться логические каналы, которые на части несущих переносят требуемые услуги с определенными параметрами помехоустойчивого кодирования и модуляции.

Заключение

В контрольной работе показано, что современные системы телевизионной инфраструктуры основываются на совершенно новых технологиях, позволяющих обеспечить высокое качество изображения в условиях действия помех и многолучевости.

В результате применения новых решений обеспечивается устойчивый прием многопрограммного телевидения, как на стационарные, так и на мобильные приемные устройства. Ключевыми факторами, определившими облик цифрового наземного вещания, стали разработанные рекомендации и стандарты, в основу которых положены принципы цифрового сжатия видеоданных, помехоустойчивого кодирования, режим передачи с COFDM-модуляцией, многоступенчатое перемежение и др. Благодаря импульсному способу передачи программ с буферизацией данных на стороне приема мобильное телевидение приобрело реальные черты для широкого применения. Важным направлением в части повышения эффективного использования частотного ресурса и расширения зон обслуживания стала концепция синхронных сетей с разнесенными по территории вещания маломощными передатчиками. Реализация всех предложенных решений получила практическое воплощение на сетях НЦТВ благодаря массовому выпуску высокоскоростных микропроцессорных устройств и высокоинтегрированных микросхем с привлечением новых технологий.

Преимущество цифрового телевидения для телезрителей заключается не только в устойчивом и высококачественном приеме большого числа программ, но и в получении дополнительной информации в общем объеме вещания. Для операторов сетей цифровой формат вещания позволяет существенно снизить эксплуатационные расходы в пересчете на программу и получить прибыль от внедрения платных услуг.



Список использованных источников

1. Липкович, Э.Б. Проектирование и расчет систем цифрового и спутникового вещания: учеб.-метод. пособие / Э.Б. Липкович, Д.В. Кисель. - Минск: БГУИР, 2006. - 135 с.

2. Липкович, Э.Б. Наземные и космические системы радиосвязи и сети телевизионного вещания: электронный учеб.-метод. комплекс / Э.Б. Липкович [Электронный ресурс]. - Минск: БГУИР, 2008. - Режим доступа: www.bsuir.by.

3. Волков, Л.Н. Системы цифровой радиосвязи. Базовые методы и характеристики: учеб. пособие / Л.Н. Волков, М.С. Немировский, Ю.С. Шинаков. - М.: Эко-Трендз, 2005. - 392 с.

Размещено на Allbest.ru

...