Учебники / Цифровое телевизионное вещание под редакцией Г. В. Мамчев, 2014

5.16. Охарактеризуйте особенности функционирования транспортного демуль­ типлексора цифрового телевизора.

5.17. В чем ПРОЯВЛЯlOтся особенности практического использования декодеров

MPEG-2?

Объясните принципы работы системы управления цифровым телевизором. Перечислите конструктивные особенности абонентских приемников систе­ мы цифрового телевизионного вещания.

5.20. С какой целыо предполагается применять комбинированные телевизоры в цифровом телевизионном вещании?

6. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ НАЗЕМНОЙ СЕТИ

ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ

6.1. Общие сведения о структуре эфирного

телевизионного вещания

С учетом географических и демографических особенностей России сигналы телевизионных программ передаются абонентам (телезрителям) в

основном с помощью наземной телевизионной передающей сети, состоя­

щей из программных телецентров, работающих с радиотелевизионными передающими станциями (РТПС). Телецентры представляют собой ком­

плексы радиотехнической аппаратуры, помещений и служб, необходимых для создания телевизионных программ. Кроме того, в состав передающей сети входит большое количество телевизионных ретрансляторов, оборудо­

ванных как мощными радиопередатчиками (мощность свыше 1 кВт), так и радиопередатчиками малой мощности (до 1 кВт).

Основным назначением телевизионных ретрансляторов является обеспечение более равномерного покрытия густонаселенной территории в отдельных регионах страны телевизионным вещанием. Телевизионные ретрансляторы требуются, как правило, в двух случаях: во-первых, вне зо­ ны уверенного приема основной мощности РТПС и, во-вторых, внутри зо­

ны в местах, в которых по географическим причинам сигнал основной

станции ослаблен и не обеспечивает удовлетворительного качества прие­ ма. В состав современной телевизионной сети нашей страны входят также около 100 млн. телевизоров.

В РФ дЛЯ организации телевизионного и звукового радиовещания с

частотной модуляцией (ЧМ) были выделены определенные полосы частот (48,5 ... 230 и 470 ... 960 МГц), согласованные с международным планом ра­ диочастот, принятым в 1961 г. Стокгольмской Радиоконференцией для

систем аналогового вещания.

С целью классификации выделенная для телевизионного вещания в

стране область частот электромагнитных колебаний условно разбита на пять частотных диапазонов, в которых может быть размещено 73 ра­

342 6. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ НАЗЕМНОЙ СЕТИ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ

Следует заметить, что между вторым и третьим радиоканалами распо­ ложена полоса частот, отведенная дЛЯ ОВЧ ЧМ вещания (звуковое веща­ ние в области очень высоких частот, что соответствует метровому диапа­ зону волн, с частотной модуляцией), равная 7 МГц (66 ... 73 МГц).

Номинальные значения несущих частот изображения и звука в раз­

личных радиоканалах вещательного телевидения 1... v частотных диапазо­

нов приведены в табл. 6.1.

Частоты fи, fB' ограничивающие полосу любого дециметрового ка­ нала, и частота несущей изображения fоиз радиоканала могут быть опре­

делены по номеру канала N к из следующих соотношений:

fи = 470 + (N к - 21)8 = 302 + 8Nк, МГц; fB = 470 + (N к - 20)8 = 310 + 8Nк, МГц;

fоиз = 470 + (N к - 21)8 + 1,25 = 303,25 + 8Nк, МГЦ.

Выбор нижней границы 1 диапазона определяется тем, что для упроще­

ния конструкции телевизионных приемников и снижения частотных иска­

жений при выделении полного телевизионного сигнала из радиосигнала не­

обходимо, чтобы несущая частота изображения в несколько раз превышала

максимальную частоту спектра модулирующего телевизионного сигнала

fmax ::::: 6,25 МГц. Кроме этого, частотный диапазон примерно до 40 МГц

практически полностью занят для целей радиовещания и радиосвязи и дру­

гих радиослужб. Верхняя граница V частотного диапазона ограничена дли­

нами радиоволн, на которых начинают сказываться значительное их погло­

6.2. Особенности распространения радиоволн, используемых для наземного телевизионного вещания 345

различных расстояниях от передающей антенны: ближняя, дифракцион­ ного, тропосферного и ионосферного полей. Величина и характер измене­ ния напряженности поля этих зон различны, так как обусловлены различ­ ными физическими процессами.

Ближняя зона непосредственно прилегает к УКВ радиопередатчику и

простирается в пределах нескольких км от него. В ближней зоне происхо­ дит интерференция прямого и отраженного от Земли лучей. Характерной особенностью структуры ее электромагнитного поля является б6льшая не­

равномерность напряженности поля в виде периодически чередующихся

максимумов и минимумов, убывающих по амплитуде с ростом расстояния от радиопередатчика (рис. 6.2). В точках, где разность фаз радиоволн, рас­ пространяющихся по различным направлениям (лучам) кратна четному числу п, напряженность поля будет максимальной, а в точках, где разность фаз кратна нечетному числу 7t - минимальной. Местонахождение макси­

мумов и минимумов напряженности поля (rтах , rmin) можно определить по

следующим формулам [58]:

где h1, h2 - высота соответственно передающей и приемной антенн; тн = 1, 2, 3, ... - ряд целых чисел; л - длина волны электромагнитного излучения. На

расстояниях r>4h1h2/л фазовые сдвиги прямых и отраженных волн стано­

вятся много меньше 2п. В этом случае изменение разности хода лучей на­

столько мало, что колебания напряженности поля за счет интерференци­

онных явлений практически не наблюдаются. Напряженность поля начинает

равномерно убывать, что характеризует уже зону дифракционного поля.

Рис. 6.2. График изменения напряженности электромагнитного поля в ближней зоне

348 6. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ НАЗЕМНОЙ СЕТИ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ

радиоволн в точку приема попадает незначительная часть излучаемой

энергии, следовательно, напряженность поля в этой зоне очень мала. Уро­

вень напряженности поля в тропосферном поле зависит от метеорологиче­ ских условий, климатических особенностей местности, а также от времени

года и суток.

Из-за малой величины напряженности зона тропосферного поля не

может использоваться для приема телевизионных программ типовыми те­

левизорами. Однако, оно достаточно для создания существенных помех

приему радиосигналов другой телевизионной станции и должно учиты­

BaTьcя при планировании передающей телевизионной сети. Между ди­

фракционным и тропосферным полями существует переходная зона фе­ динга, в которой напряженности дифракционного и тропосферного полей соизмеримы. Зона фединга располагается на расстоянии 70 ... 100 км от те­ левизионного радиопередатчика. Вследствие интерференции напряжен­ ность результирующего поля в этой зоне подвержена большим замирани­ ям. Поэтому зона фединга практически также непригодна для устойчивого

приема телевизионных радиосигналов.

Распространение ультракоротких радиоволн в зоне ионосферного поля

происходит за счет рассеяния и отражения радиоволн от неоднородностей

в нижней части ионосферы (на высоте 70 ... 90 км). Причем дальность рас­ пространения радиоволн за счет ионосферного отражения достигает 1О ТЫС.км. Ионосферному распространению практически подвержены ра­

диоволны длинноволновой части метрового диапазона, так как напря­

женность поля резко падает с увеличением частоты излучаемых радио­

волн. Напряженность поля в ионосферной зоне очень нестабильна и в об­

щем случае недостаточна для приема радиосигналов на типовые телевизи­

онные антенны и телевизоры, а поэтому считается мешающей по отноше­

нию к другим телевизионным станциям. Случаи дальнего ионосферного

распространения ультракоротких радиоволн крайне редки и не учитыва­

ются при планировании телевизионной передающей сети.

При передаче радиосигнала цифрового телевидения от передатчика к

приемнику в зависимости от условий местности в большинстве случаев могут образовываться три типа каналов распространения радиоволн: ка­

нал Гаусса, канал Райса и канал Релея. Гауссова модель (канал без отра­ жений с равномерным «белым» шумом) соответствует идеальным усло­

виям распространения радиоволн: отраженных сигналов не существует, в

радиоканале присутствует только тепловой шум. Данный канал характе­

рен для передачи сигнала в пределах прямой видимости при приеме на

наружную антенну. Модель Райса (радиоканал с отражениями, но с пре­ обладанием прямого сигнала). Фактически канал Райса - это канал Гаус­ са плюс наличие отраженных сигналов от статичных объектов (наличие гор, холмов, деревьев и различных строений), что характерно для город­ ской застройки при приеме на наружную антенну. Модель Релея - это ка-

6.2. Особенности распространения радиоволн, используемых для наземного телевизионного вещания 349

нал Райса плюс наличие отраженных сигналов от подвижных объектов, что характерно в общем случае для приема в городе на комнатную антен­ ну или на антенну мобильного устройства.

Аналоговое телевидение работает хорошо только в том случае, если

между передатчиком и приемником реализуется канал Гаусса, то есть нет

отраженных сигналов. Цифровые телевизионные системы будут качест­ венно работать при любом типе радиоканала.

6.3. Применение одночастотных сетей цифрового

телевидения

Анализ особенностей распространения радиоволн отдельных частот­

ных диапазонов, которые используются для наземного телевизионного ве­

щания, показал, что наличие только одного мощного радиопередающего

устройства допускает появление участков неудовлетворительного приема

телевизионных сигналов даже в зоне уверенного приема. Радикальным способом исключения участков неудовлетворительного приема и расши­

рения, в целом, зоны вещания цифрового телевидения является создание одночастотных сетей вещания (SFN - Single Frequency Network), в кото­

рых трансляция телевизионных программ на большую территорию идет параллельно через ряд радиопередатчиков, работающих на одной и той же

частоте.

Принципиально возможно построение SFN по трем вариантам

(рис. 6.4 ... 6.6). Наиболее перспективной является цифровая технология

распределения МРЕG-сигнала к семейству DVB-T передатчиков одночас­

тотной сети (см. рис. 6.6). Такой способ распределения телевизионных

сигналов достаточно сложный, но в то же время самый совершенный и

гибкий. Он может использоваться в комбинации с любой из вышеназван­ ных альтернативных технологий или в сочетании с обеими сразу [60].

На практике сеть телевизионных передатчиков одночастотной сети может быть достаточно обширной. При этом очень важным является вы­

бор способа доставки сигнала от центра формирования программ до пере­

датчиков. По сути дела возможностей таких две: наземные сети связи и се­ ти связи с использованием космического сегмента. В некоторых случаях может быть применен вариант каскадирования ретрансляторов, но этот способ доставки будет приводить к постепенной деградации сигнала, вследствие накопления ошибок.

Примером одночастотной сети может служить сеть малых передатчи­

ков, расположенных в зонах плохого приема сигнала основного радиопере­

датчика и работающих на той же самой частоте, что и основной. Требование

отсутствия «пробелов» в зоне покрытия вынуждает использовать установку радиопередатчиков с частично перекрывающимися областями охвата (ана­ лог символики олимпийских колец, см. рис. 6.7) при равных вероятностных