Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сети наземного телевизионного вещания стандарта DVB-T2. Учебное пособие
.pdf
Связь между региональным центром кодирования и мультиплексирования
программ на рисунке 1.4 и местными радиотелевизионными передающими
станциями (РТПС) осуществляется с использованием спутникового канала
связи. Мультиплекс региональных программ, сформированный в региональном
центре, с помощью земной станции спутниковой связи (ЗССС) передается на
бортовой ретранслятор основного космического аппарата. Сигнал со спутника
принимается земными станциями районных и локальных передающих центров
(РТПС), оснащенных приемниками стандарта DVB-S2. Приемник имеет два
выхода асинхронного последовательного интерфейса (ASI) цифрового
компрессированного сигнала MPEG-2 (MPEG-4) для его последующей подачи
на основной и резервный комплекты передатчиков.
Задачами районных и локальных радиотелевизионных передающих
центров (РТПС) являются:
- прием регионального пакета программ (мультиплекса);
- синхронизация принятого сигнала в передатчиках для распространения в
одночастотной сети;
- передача регионального пакета программ в эфир сети DVB-T2;
- передача в региональный центр информации об основных параметрах
работающего приемопередающего оборудования для системы контроля и
управления сетью.
Радиорелейные и волоконно-оптические линии связи используются как
резервные на случай пропадания сигналов, транслируемых через спутниковый
канал.
1.2. Одночастотные сети наземного цифрового телевизионного вещания
Стандарт цифрового телевизионного вещания DVB-T2 позволяет
создавать одночастотные синхронные сети (ОЧС) вещания [5; 8]. В таких сетях
в зоне обслуживания один и тот же пакет телевизионных программ
транслируется параллельно через ряд радиотелевизионных передающих
станций (РТПС), работающих на одной и той же частоте. Для устранения
возможных «пробелов» в зоне обслуживания ОЧС зоны покрытия соседних
РТПС должны частично перекрываться (рисунок 1.5).
12
Рисунок 1.5 - Схема расположения зон покрытия соседних РТПС
в одночастотной сети цифрового телевещания
Размер полной зоны обслуживания ОЧС зависит от радиусов зон
обслуживания передатчиков, которые в значительной степени определяются
излучаемой мощностью, высотами подвеса их антенн и параметрами передачи
(вид модуляции, режим кодирования). Устранение межсимвольных искажений
в принимаемом сигнале, создаваемых соседними передатчиками, достигается
при правильном выборе величины защитного интервала Тз, который должен
быть не меньше времени распространения радиосигнала между соседними
станциями. Доставка пакета программ на передающие станции ОЧС может
осуществляться с помощью спутниковых, волоконно-оптических или
радиорелейных линий связи.
При построении синхронной сети наземного цифрового вещания
необходимо обеспечить синхронизацию работы каждого передатчика как по
частоте, так и по времени. Расхождение частот несущих, излучаемых разными
передатчиками сети, не должно превышать ± 0,5 Гц [3; 5-7]. Каждый из
передатчиков должен синхронно излучать один и тот же транспортный поток с
точностью до бита передаваемой информации. Требуемые параметры
синхронизации обычно реализуются путем использования опорных сигналов
точного времени от Глобальной спутниковой системы позиционирования GPS
или ГЛОНАСС. Существующие приемники этих систем, которые входят в
состав оборудования передатчиков синхронной сети, обеспечивают выдачу как
опорной частоты 10 МГц, так и меток времени — 1 pps (один импульс в
секунду).
Каждый из передатчиков синхронной сети обеспечивают необходимый
уровень напряженности электромагнитного поля на малой, по отношению к
полной зоне обслуживания ОЧС, территории. Поэтому они могут иметь
небольшую мощность и использовать для покрытия своих локальных зон
невысокие антенны. Совместная синхронная работа передатчиков в ОЧС
13
обеспечивает гораздо более равномерное по напряженности электромагнитное
поле полезного сигнала на заданной территории по сравнению с
традиционным методом покрытия этой же территории с помощью одной
мощной РТПС с высокой антенной (рисунок 1.6).
Рисунок 1.6 - Распределение напряженности поля в ЗО для традиционной
сети и для ОЧС
В результате, в одночастотной сети уменьшается процент мест
неуверенного приема полезного сигнала, что особенно заметно в случае
сложного рельефа местности, когда наличие нескольких полезных сигналов,
приходящих с разных направлений, позволяет скомпенсировать негативный
эффект от ослабления одного или нескольких из них препятствиями на трассе
распространения радиоволн. Например, в точку А на рисунке 3, поступают три
полезных сигнала с разных направлений от синхронно работающих
передатчиков в ячейках 1,2,3. Поэтому даже при пропадании сигналов от двух
передатчиков сохранившийся полезный сигнал от третьего передатчика может
приниматься с хорошим качеством. Особенно эффективна работа
одночастотных сетей в случае, когда для передачи сигналов применяется
модуляция COFDM (частотное уплотнение ортогональных сигналов с
кодированием) и вводится защитный интервал Тз между последовательно
передаваемыми символами OFDM. Наличие защитного интервала позволяет
суммировать в приемнике, находящемся, например, в точке А на рисунке 3,
полезные сигналы, поступающие от соседних передатчиков с различными
задержками во времени, если эти задержки меньше величины защитного
интервала, т.е. (d/V) < Тз, где d - расстояние между соседними передатчиками;
V - скорость распространения электромагнитных колебаний. Эффект
увеличения уровня полезного сигнала от суммирования сигналов разных
14
передатчиков получил название «усиление сети». Учет эффекта сетевого
усиления позволяет уменьшить высоты антенн передатчиков сети и их
мощности в среднем примерно на 30% [5; 8].
Существует много возможных вариантов построения ОЧС,
различающихся количеством, мощностью и расположением станций.
Например, маломощные станции с небольшой высотой подвеса антенны могут
использоваться для ликвидации «белых пятен» (областей тени и неуверенного
приёма) в больших зонах обслуживания более мощных станций. Использование
ОЧС перспективно также в горных районах, граничащих с морем или равниной,
поскольку позволяет значительно снизить расход дефицитного частотного
ресурса многочисленными станциями, установленными в горах для
обслуживания отдельных населённых пунктов, и в то же время исключить
появление взаимных помех между этими станциями на открытых участках
местности.
В качестве опор для подвеса передающих антенн станций ОЧС могут
быть использованы имеющиеся высотные здания и сооружения или
естественные возвышения на местности. Помимо уменьшения дефицитного
частотного ресурса правильно спроектированная ОЧС позволяет получить
значительный выигрыш по качеству приёма [5; 8].
2. СТАНДАРТ ЦИФРОВОГО НАЗЕМНОГО ТВ ВЕЩАНИЯ DVB-T2
2.1. Основные характеристики стандарта DVB-T2
Стандарт DVB-T2 является вторым поколением европейского стандарта
эфирного цифрового телевизионного вещания [2–7]. Стандарт предназначен
для приема ТВ сигналов на стационарные и переносные приемные устройства,
в том числе установленные на транспорте. В стандарте DVB-T2 применяется
ряд новых технических решений, которые позволили увеличить
помехоустойчивость, частотную эффективность и пропускную способность по
сравнению с системой первого поколения DVB-Т. В таблице 2.1 приведены
основные характеристики стандарта DVB-T2 [3; 4].
15
Таблица 2.1 - Основные характеристики стандарта DVB-T2
Параметр
DVB-T2
Каскадный код
LDPC + BCH
Скоростъ кодирования
1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6
Режимы модуляции
QPSK,16-QAM,64-QAM,256-QAM
Защитный интервал
1/4, 19/256, 1/8, 19/128,1/16, 1/32, 1/128
Размерность ДПФ
1k, 2k, 4k, 8k, 16k, 32k
Рассредоточенные
пилот-сигналы
1%, 2%, 4%, 8% от общего числа
поднесущих
Непрерывные пилот-сигналы
0,35% от общего числа
Ширина полосы канала
1,7; 5; 6; 7; 8; 10 МГц
Макс. скорость передачи
данных (при ОСШ 22дБ)
50 Мбит/с
Для системы стандарта DVB-T2 с шириной полосы канала 8 МГц на
рисунке 2.1 показана зависимость максимальной скорости передачи от
выбора режима модуляции и величины кодовой скорости [3]. Максимальная
скорость обеспечивается при наибольшей размерности ДПФ (32k) и
минимальном защитном интервале (1/128).
Рисунок 2.1 - Максимальная скорость передачи в системе стандарта
DVB-T2 при ширине полосы канала 8 МГц, 32К номинальных поднесущих,
относительный защитный интервал 1/128
16
Для обозначенных на рисунке 2.1 параметров (режима модуляции, кодовой
Параметры
Режим
32k
16k
8k
4k
2k
1k
Длительность
полезного
интервала, мкс
3584
1792
896
448
224
112
Длительность
защитного
интервала, мкс
896; 448;
224; 112
448; 224;
112; 56
224; 112;
56; 28
112; 56;
28; 14
56; 28;
14; 7
28; 14;
7; 3,5
Максимальное
расстояние между
передатчиками в
ОЧС, км
268,8;134,4
67,2; 33,6
134,4;67,2;
33,6; 16,8
67,2;33,6;
16,8; 8,4
33,6;16,8;
8,4; 4,2
16,8;8,4;
4,2; 2,1
8,4;4,2;
2,1;1,05
скорости и отношения сигнал-шум) реализуется «квазибезошибочный прием»
сигналов, соответствующий появлению менее одной неисправимой ошибки за
час передачи (BER =10
-11
на входе демультиплексора MPEG-2 [3].
В системе передачи по стандарту DVB-T2 тактовая частота работы
процессоров, реализующих обратное (на передающей стороне) и прямое (на
приемной стороне) преобразования Фурье, установлена равной fт = 64/7 MГц
для канала с шириной полосы частот 8 МГц [1–3]. Длительность цикла работы
процессора в режимах от 1k до 32k определяет длительность полезной
(рабочей) части OFDM-символов, указанную в таблице 2.2.
Таблица 2.2 - Параметры функционирования одночастотной сети
стандарта DVB-T2
Например, при работе системы в режиме 8k за один цикл работы
процессора обрабатывается N = 8·1024 = 8192 точек, так что длительность
полезной части OFDM-символа в этом случае равна
TU = N/fт = 8192·(7/64) мкс = 896 мкс. В этом режиме работы процессор
номинально формирует 8192 ортогональных поднесущих частот с частотным
разносом Δf = 1/T
= 1/896 мкс = 1116 Гц. Используемая ширина полосы
U
частот ТВ эфирного радиоканала равна 7,61 МГц [1–4], так что фактический
групповой спектр OFDM-сигнала на выходе передатчика содержит
7,61 МГц / 1116 Гц = 6817 поднесущих частот. Общая длительность
OFDM-символа TS = TU +TG определяется суммой полезного TU и защитного
TG интервалов. Во время полезного интервала передаются входные данные
передатчика, т. е. полезная информация. Защитный интервал предшествует
полезному интервалу и является повторением последней его части.
Стандартом для каждого из шести режимов работы в таблице 2.2
предусмотрены четыре относительных значения защитных интервалов TG,
17
равные 1/4, 1/8, 1/16 и 1/32 длительности рабочего интервала TU.
Соответствующие им абсолютные значения длительностей защитных
интервалов приведены в таблице 2.2. Там же указан максимальный
территориальный разнос между передатчиками в синхронной одночастотной
сети эфирного вещания. Как видно из таблицы, расстояние между соседними
передатчиками и, соответственно, зона покрытия одночастотной сети
возрастает при увеличении числа номинальных поднесущих частот в
OFDM-символе от 1k до 32k. Например, при работе в режиме 8k и защитном
интервале 1/8 максимальный разнос между соседними передатчиками равен
33,6 км. Это расстояние увеличивается в четыре раза до величины
33,6 км 4 = 134,4 км при переходе в режим 32k с защитным интервалом 1/32.
В обоих случаях абсолютная длительность защитного интервала равна 112 мкс,
что обеспечивает одинаковую степень защиты от межсимвольных искажений,
но потери пропускной способности из-за наличия защитного интервала
уменьшаются в при работе в режиме 32k почти в четыре раза. Так при работе в
режиме 8k величина потерь, равная отношению длительности полезного
интервала TU к общей длительности символа OFDM TS+TG, составляет 11%, а
при переходе к работе в режиме 32k потери уменьшаются до 3% [4].
Для создания достаточно большой по площади региональной сети
эфирного цифрового телерадиовещания рекомендуется работать в режиме 32 k
с защитным интервалом 19/128 [3; 4]. При таком выборе абсолютная величина
защитного интервала находится в пределах 530 мкс и допустимое расстояние
между передатчиками около 80 км.
2.2. Архитектура системы DVB-T2
Обобщенная модель системы DVB-T2 представлена на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 - Структурная схема одночастотной сети наземного
телевизионного вещания стандарта DVB-T2
18
В системе DVB-T2 функции обработки входных транспортных потоков
разделены между головной станцией сети и модуляторами передатчиков,
образующих сеть наземного телевизионного вещания (риc. 2.2).
В стандарте DVB-T2 различают три основных типа потоков:
транспортный поток (Transport Stream – TS), обобщенный инкапсулированный
поток (Generic Stream Encapsulation – GSE) или обобщенный непрерывный
поток (Generic Continuous Stream – GCS). Каждый поток представляет собой
последовательность пользовательских пакетов (UP–User Packet). Транспортный
поток–это последовательность пакетов MPEG-2 фиксированной длины
188 байт, переносящих компрессированые по стандарту MPEG-4 данные.
Поток GSE характеризуется пакетами переменной или фиксированной длины,
которая указывается в заголовках этих пакетов. Поток GCS представляет собой
непрерывный поток битов или пакеты размером более 64 Кбит.
На головной станции сети с помощью специального блока, так
называемого «DVB-T2 шлюза» (сокращенно T2-шлюз на риcунке 2.2),
централизованно выполняются операции по обработке входных транспортных
потоков TS или GS, а также операции по распределению пропускной
способности системы по каналам физического уровня (PLP). Основная задача,
выполняемая шлюзом, состоит в обеспечении адаптации входных потоков к
условиям передачи данных на модуляторы передатчиков сети. На выходе
Т2-шлюза формируются пакеты последовательного цифрового интерфейса
модулятора DVB-T2 (DVB-T2 Modulator Interfase — T2-MI), предназначенные
для связи между Т2-шлюзом и модуляторами передатчиков ТВ сети. Формат
T2-MI пакетов представлен на рисунке 2.3 [3].
Рисунок 2.3 - Общий формат T2-MI пакетов
42
Содержимое полезной нагрузки зависит от типа Т2-MI пакета,
определяемого полем packet_type. В поле payload («полезная нагрузка») может
19
передаваться полезная или служебная информация, в том числе метка времени,
необходимая для обеспечения синхронизации всех радиопередатчиков
одночастотной сети стандарта DVB-T2. Посредством передаваемой служебной
информации также осуществляется конфигурация модуляторов DVB-T2.
Сформированные Т2-MI пакеты посредством интерфейса ASI (Asynchronous
Serial Interface – асинхронный последовательный интерфейс) или IP (Internet
Protocol) передаются через спутниковую или наземную (ВОЛС) распределительную сеть на входы модуляторов передатчиков.
Данные, содержащиеся в T2-MI пакетах, обеспечивают возможность
создания в одночастотной сети (ОЧС) идентичных эфирных сигналов с
привязкой их частотно-временных параметров к единой системе
синхронизации GPS или ГЛОНАСС. Для этого тактовые частоты Т2-шлюза и
модуляторов передатчиков в ОЧС синхронизируются по сигналам систем GPS
или ГЛОНАСС, обеспечивающих опорную частоту 10 МГц, и метки времени.
Метки времени 1 pps (один импульс в секунду) имеют длительность 100 нс и
формируются делением сигнала опорной частоты 10 МГц. Т2-шлюз может
выполнять следующие функции:
- инкапсуляцию (вложение) TS или GS потоков, поступающих на вход
системы DVB-T2, в специальные пакеты объемом 64800 битов (BB-кадры),
которые используются для транспортировки входных данных на приемную
сторону;
- формирование T2-MI пакетов, содержащих информацию,
необходимую модуляторам передатчиков для дальнейшего формирования
структуры сигнала DVB-T2;
- синхронизацию радиопередатчиков одночастотной сети путем
введения специальной опорной временной метки, определяющей момент
излучения передатчиками одного и того же элемента входного сигнала.
В системе стандарта DVB-T2 возможна передача каждого вида входных
данных (сигналов ТВ программ стандартной и высокой четкости, программ
радиовещания и данных других служб) в своем индивидуальном канале
физического уровня (Physical Layer Pipe - PLP) со своим типом модуляции,
скоростью кодирования и защитным интервалом. Это реализуется путем
распределения частотно-временного ресурса радиокадра между несколькими
логическими потоками с выделением для каждого из них определенных групп
несущих и символов OFDM в зависимости от требуемой скорости передачи.
Выделенные группы поднесущих в кадре стандарта DVB-T2 образуют
индивидуальные каналы физического уровня (PLP0,PLP1, PLP2,…PLPN), в
которых на приемную сторону передаются свои логические потоки данных.
20
Каждый PLP может переносить и обрабатывать весь или часть входного
транспортного потока в форматах MPEG-2TS или GS. Приемник имеет
возможность декодировать только выбранный PLP, в котором, например,
передается одна или несколько ТВ или РВ программ, и отключаться на время
передачи других PLP, не интересующих в данный момент абонента, что
обеспечивает энергетическую экономию. Система DVB-T2 способна
передавать несколько независимых мультимедийных потоков, каждый со своей
схемой модуляции, скоростью кодирования и временными интервалами.
Структурная схема передающей части системы DVB-T2 представлена на
рисунке 2.4.
Рисунок 2.4 - Структурная схема передающей части системы DVB-T2
21
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]