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

ции. Второй случай использования режима SCPC в спутниковом телевиде­ нии - передача телевизионного репортажа с небольшой перевозимой пере­ дающей станции. Ее энергетических возможностей обычно недостаточно

для вывода ретранслятора в точку насыщения, и передача часто происхо­

дит далеко от насыщения, в линейном режиме. Этот вид передачи называ­

ется DSNG (Digital Satellite News Gathering - цифровая спутниковая ви­

деожурналистика).

В последнее время появились линеаризаторы спутникового канала,

позволяющие работать с другими видами модуляции, не обязательно с по­ стоянной огибающей. Например, можно использовать восьмипозиционную фазовую манипуляцию (ФМ-8), то есть 8PSK или QAM-16.

Ширина полосы частот ретрансляторов спутников, работающих в Ев­ ропе в диапазонах фСС и РСС, находится в пределах от 26 до 72 МГц. Следующее поколение спутников для прямого вещания на индивидуаль­

ные доменные антенны должно использовать в основном ретрансляторы с

шириной полосы частот в 33 МГц. В любом случае выбор ширины полосы

частот зависит от заданного типа спутника и скорости передачи данных.

Число точек стояния ИСЗ на геостационарной орбите и соответствен­

но радиочастотных каналов относится к ограниченным ресурсам, которы-

ми располагает человечество и которые в соответствии с международными

соглашениями являются его собственностью. Органом, регулирующим эти

ресурсы, включая распределение частот, является Всемирная администра­

тивная конференция по радио (ВАКР). При этом вся текущая работа ведет­

ся через МСЭ.

На заседаниях ВАКР-2000 был принят новый план РСС, по которому Россия получила по 16 радиоканалов, полностью защищенных от влияния других сигналов, в каждой из четырех орбитальных позиций 36°, 56°, 86°, 140° и 1О спутниковых радиоканалов в позиции 110° восточной долготы

(всего 74 радиоканалов). Российский ресурс спутниковых радиоканалов

представляет собой огромную ценность, поскольку позволяет обеспечить

на всей территории страны многопрограммное спутниковое телевизионное

вещание как центральных, так и региональных программ.

7.2. Цифровые стандарты спутникового

телевизионного вещания

Стандарт DVB-S

Алгоритм обработки цифрового потока МPEG-TS дЛЯ использования в спутниковом вещании детально рассмотрен в стандарте DVB-S (EN 300421). Последовательность этапов обработки цифрового потока можно проследить, анализируя рис. 7.1.

Пришедшие на вход модулятора транспортные пакеты длиной 188 байт содержат синхробайт и 187 байтов данных. В модуляторе формирует-

Рош

10-2

10-4

10-6

10-8

10-10

10-12

Рис. 7.2. Зависимости вероятности ошибки Рош от отношения Еб/Nо для QPSK-моДУляции при разных относительных скоростях кодирования

рости 1/2 на другие значения осуществляется выборочным вычеркивани­

ем - nерфорированием - некоторых символов. Это несколько снижает кор­ ректирующую способность кода, но одновременно уменьшает и его избы­ точность, позволяя увеличить скорость передачи данных системой

Декодер сверточного кода осуществляет первый уровень кодозащиты

и должен работать при коэффициенте ошибок входного сигнала 10-1 ... 10-2, снижая коэффициент ошибок в выходном сигнале до значения 2·10-4, не­

обходимого для работы кода Рида-Соломона.

Основным видом модуляции в системе DVB-S принята QPSK, хотя в

отдельных случаях при ограниченном частотном ресурсе могут использо­

ваться восьмипозиционная фазовая манипуляция (ФМ-8) и даже QAМ-16 (например, в перевозимых репортажных станциях). Применение опере­

жающей коррекции ошибок, то есть FЕС-кодирования, позволяет значи­ тельно снизить требуемое для работы QPSK-демодулятора отношение энергии, приходящейся на один бит, к спектральной плотности мощности

шума (Еб/Nо) (рис. 7.2) [14].

СтандартыDVВ-S2

Это второе поколение стандарта для спутникового цифрового веща­ ния, разработанное Консорциумом DVB Project в 2003 году. В Европей­ ском институте стандартов электросвязи (ETSI) оН зарегистрирован под

номером EN 302307.

Целью разработки нового стандарта было создание системы связи, ко­

торая бы позволяла повысить эффективность использования спутникового

канала связи, то есть предоставить возможность передавать в заданной по­

лосе частот поток данных с более высокой скоростью при минимальных затратах на приемной стороне. Чтобы увеличить использование спектра на

30% в системе DVB-S2 применены самые последние разработки в области канального кодирования (LDРС-коды) в сочетании с разными способами модуляции [66].

Для интерактивных приложений «точка-точка», таких как однона­

правленная адресная рассылка данных (IP unicasting), Интернет-навигация

для индивидуальных пользователей, возможно использование режима

адаптивного кодирования (АСМ - Adaptive Coding & Modulation), который

позволяет оптимизировать параметры передачи для каждого клиента от

пакета к пакету, в зависимости от условий приема. Применение режима

АСМ возможно только при наличии обратного канала для контроля эф­ фективности выбранных параметров передачи. Особо следует отметить, что режим АСМ позволяет получить выигрыш в использовании спектра, значительно превышающий 30%.

Стандарт DVВ-S2предусматривает применение четырех видов моду­

ляции - QPSK, 8PSK, то есть ФМ-8, 16APSK (16 Adaptive Phase Shift Кеу­

ing - 16 позиционную адаптивную фазовую манипуляцию) и 32APSK.

Первые два способа модуляции используются в вещательных телевизион­ ных сетях, в которых передатчики транспондеров работают внелинейных режимах, близких к насыщению. В случае применения в телевизионном вещании двух последних типов модуляции требуется более высокое отно­

шение сигнал/шум на приеме, а на передающей стороне должно осуществ­

ляться предыскажение сигнала, чтобы компенсировать нелинейность транспондера. И хотя эти типы модуляции требуют б6льших затрат энер­

гии, зато они обеспечивают более высокую спектральную эффективность (удельная скорость передачи данных соответственно равна: 4 бит/с/Гц и 5 бит/с/Гц).

7.3. Типовые структуры систем кабельного телевидения

Системы кабельного телевидения с древовидной схемой

распределения сигналов

Большинство уже функционирующих СКТВ, построенных в различ­

ных странах, к настоящему времени имеют древовидную схему распреде­

лительной сети, обеспечивающую экономное расходование кабеля, кото­ рая по своей структуре напоминает крону дерева. Если СКТВ предназна­

чена для охвата телевизионным вещанием городских районов с числом

абонентов более 5000, то рекомендуется реализация трехступенчатой

структуры древовидной распределительной сети, содержащей магистраль­

ные, субмагистральные и домовые кабельные линии.

Обобщенная функциональная схема подобных СКТВ, использующих в магистральных и субмагистральных линиях коаксиальный кабель приве­ дена на рис. 7.3 [67]. На головной станции (ГС), представляющей собой центральное оборудование системы, осуществляется преобразование по

частоте телевизионных сигналов разных программ. С помощью дополни­ тельно установленного разветвителя на несколько направлений от гс мо­

жет отходить несколько магистральных линий, состоящих из однотипных

кабельных участков, магистральных усилителей и ответвителей. В случае

трехступенчатой структуры древовидной распределительной сети к маги­ cTpaльHыM линиям подключаются субмагистральные линии, также содер­ жащие однотипные кабельные участки, субмагистральные усилители и на­ правленные ответвители. Наконец, от субмагистральных линий ответвля­ ются кабели домовой распределительной сети, содержащей домовые уси­ лители и пассивные направленные абонентские разветвители, с помощью которых осуществляется подключение абонентских розеток.

16 17 18

Рис. 7. З. Функциональная схема СКТВ с древовидной распределительной сетью на основе коаксиального кабеля:

1 - параболическая антенна; 2 - приемник телевизионных сигналов системы непосред­

ственного спутникового телевещания; 3 - телевизионная антенна типа «волновой ка-

наю>; 4 - приемник оптических сигналов, переданных по ВОЛС; 5 - телевизионный

модулятор; 6 - ГС; 7 - контроллеры ГС; 8 - ЭВМ; 9 - видеоплеер; 10, 19 - магистраль­

ные усилители прямого и обратного каналов со встроенными контроллерами; 11 - тер­

минал охранной сигнализации; 12, 14,21 - контроллеры; 13,22 - магистральные ответ­ вители; 15 - терминал пожарной сигнализации; 16, 17, 18 - датчики показаний счетчи-

ков расхода электроэнергии, воды, газа; 20 - радиоприемник ОВЧ чм вещания; 23 - домовой усилитель прямого и обратного каналов со встроенным контроллером; 24, 25- абонентские разветвители; 26 - абонентский телевизор

в СКТВ данного типа предусмотрена возможность сопряжения гс с приемным оборудованием эфирного, спутникового телевизионного веща­

ния, с оптическими и радиорелейными линиями связи.

Распределение телевизионных сигналов в СКТВ, использующих в распределительных сетях коаксиальный кабель, в основном осуществляет­ ся двумя способами, отличающимися друг от друга рабочим спектром, в котором передается телевизионная информация:

•система с распределением сигналов телевизионных программ непо­

средственно на частотах, на которых производится эфирное телевизи- 0HHoe вещание. В таких СКТВ у абонентов используются стандартные

телевизоры;

•системы с распределением сигналов телевизионных программ на до­

полнительно выбранных несущих, расположенных в специальных час­ тотных диапазонах. В этом случае перед входами абонентских телеви­ зоров требуется включение преобразователей частоты, с помощью ко­

торых спектр передаваемых телевизионных сигналов переводится в

стандартные вещательные частотные каналы.

В СКТВ на коаксиальном кабеле возможно одновременное использо­ вание первого и второго способов передачи телевизионных сигналов. Та­ ким образом, древовидные СКТВ с коаксиальным кабелем являются сис­

темами с частотным разделением сигналов телевизионных программ и

коммутацией этих сигналов у абонентов. Характерной особенностью по­ добных систем является передача телевизионных сигналов преимущест­ венно только в одном направлении - от гс к абонентам, что ограничивает

функциональные возможности СКТВ. Обратный канал (5 ... 40 МГц) ис­ пользуется для передачи внутрисистемных сигналов, служебной информа­ ции и может быть задействован для организации дополнительных инфор­

мационных услуг.

Например, за счет использования данного обратного канала абоненты СКТВ имеют возможность дополнительно получать доступ к различным

базам данных для обмена цифровой информацией. Возможно подключение

абонентов и к различным разветвленным системам сигнализации, пожар­ ной, охранной, экстренного вызова медицинской помощи и т.д. Наличие дополнительного обратного канала открывает большие возможности по

организации информационной службы коммунального хозяйства, обеспе­

чивающей автоматическое снятие, передачу и обработку на ЭВМ показа­

ний счетчиков расхода электроэнергии, воды, газа, тепла в жилых домах,

дистанционный контроль за состоянием лифтов, кодовых замков в подъез­

дах и Т.Д.

Как правило, подобные кабельные сети имеют встроенную систему

диагностики и контроля, обеспечивающую дистанционную проверку со­ стояния всего активного оборудования СКТВ. С этой целью гс оборудует­ ся специальным блоком телеконтроля, состоящим из контроллеров и ЭВМ,

а в каждый магистральный и домовой усилитель встраивается контроллер

Рис. 7. 4. Древовидная структура транспортной магистрали СКТВ на основе волоконно-оптического кабеля

для сбора и передачи на ГС данных об их функционировании. Контролле­ ры ГС, последовательно опрашивая контроллеры всех линейных усилите­ лей, определяют ряд основных параметров их функционирования, напри­

мер, уровни пилот-сигналов, наличие влаги, температуру и герметичность

корпуса, анализируют техническое состояние распределительной сети в

целом, и в случае аварии передают необходимую информацию по комму­ тируемому телефонному каналу в центр технического обслуживания. С целью обмена информацией между ГС и контроллерами в распределитель­

ной сети организуется дуплексный канал со скоростью передачи данных в

несколько десятков кбит/с.

Магистральная транспортная сеть СКТВ древовидного типа может

быть создана и на основе волоконно-оптического кабеля (рис. 7.4). В этом случае «древовидная» конфигурация частот называется структурой типа

«в ЛИНИЮ», которая предполагает размещение магистральных оптических

ответвителей (ОМ) вдоль так называемой <<Центральной» магистрали. Дру­

гими словами, оптические ответвители устанавливаются в местах ответв­

ления волокон (оптических путей) от основной магистрали к оптико­ волоконным узлам (~ВУ), осуществляющим переход от оптической маги­

страли к коаксиальной домовой распределительной сети.

Системы кабельного телевидения радиального типа

Эффективность СКТВ интерактивного типа, то есть с «обратными»

каналами значительно повышается при построении их по радиальному

принципу. При радиальном построении распределительной сети СКТВ оТ ГС, на которой предполагается размещение разветвителей, для подачи

сигналов на каждый аВУ выделяются отдельные группы волокон (схема подключения типа «основная звезда»). Ввиду большой протяженности со­

единительных линий между ГС и аВУ, последние могут снабжаться уси­ лителями-корректорами, компенсирующими линейные искажения. К каж­

дому выходу аВУ подключается непосредственно ДРС. В целом, такая структура распределительной сети СКТВ, позволяющая существенно уменьшить длину абонентских соединительных линий, называется «гиб­ ридной» звездой» (рис. 7.5) [68].