193

4.1. Основные требования к системам передачи сигналов цифрового телевидения по радиоканалам

4. Особенности передачи сигналов цифрового телевидения по эфирным каналам связи

4.1. Основные требования к системам передачи сигналов цифрового телевидения по радиоканалам

В цифровых вещательных телевизионных системах по радиоканалам необходимо передавать цифровой сигнал – транспортный поток MPEG-2 (точнее – транспортный поток системыDVB-T). Этот цифровой сигнал необходимо передавать в выделенной для данного радиоканала полосе частот. При этом необходимо решать задачи модуляции несущего колебания цифровым сигналом и защиты его от помех.

Одним из главных требований к системам цифрового телевидения является использование существующих радиоканалов телевизионного вещания.

Для трансляции сигналов цифрового телевидения, особенно если надо передавать сигналы нескольких программ обычной (стандартной) четкости в одном радиоканале или сигнал ТВЧ, необходимо увеличивать эффективность использования полосы частот радиоканала связи, что достигается применением более сложных методов модуляции несущей.

Другое важнейшее требование к системе цифрового телевидения – обеспечение высокой помехоустойчивости.

Как известно, цифровая информация передается в виде двоичных символов – единиц и нулей. Из двоичных символов состоят кодовые комбинации (кодовые слова), каждая из которых в случае цифрового телевизионного сигнала может содержать информацию, например, о значении одного отсчета этого сигнала. В результате действия шумов и помех отдельные двоичные символы могут быть приняты с ошибкой. Это объясняется тем, что само по себе преобразование аналоговых сигналов в цифровую форму еще не гарантирует высокой помехозащищенности передаваемой информации. При этом надо иметь в виду, что проявление ошибок в цифровой телевизионной системе существенно отличается от заметности флуктуационного шума в аналоговой системе. Ошибка в одном двоичном разряде может изменить значение отсчета изображения многократно, если она произошла в старшем разряде кодового слова. При использовании различных методов сокращения избыточности телевизионного сигнала одиночная ошибка может привести к искажению, например, участка строки или даже группы строк. Интенсивность ошибок характеризуется их относительной частотой f_ош[ош/дв. символ], показывающей вероятность того, что принятый отдельный двоичный символ ошибочен. В англоязычной технической литературе эта величина обычно называетсяBER(BitErrorRate–частота ошибок на 1 бит или коэффициент ошибок).

Вероятность ошибки в одном разряде может составлять 10^–4…10^–5. Это означает, что при скоростях цифрового потока данных, равных нескольким десяткам Мбит/с, каждую секунду будут происходить сотни ошибок. Качество такого изображения будет неудовлетворительным. На практике даже несколько белых или черных точек на изображении могут оказаться заметными.

Рассмотрим основные причины возникновения ошибок:

• воздействие шумов различной природы (тепловой шум, шум генерации-рекомбинации, фликкер-шум и т.д.), в большинстве случаев проявляющиеся во входных каскадах приемной телевизионной аппаратуры;

• индустриальные и атмосферные помехи;

• помехи, создаваемые радиопередатчиками, работающими в этой же полосе частот в соседних районах (явление интерференции);

• многолучевое распространение радиоволн, возникающее из-за отражений от искусственно созданных сооружений, например, жилых зданий, и от естественных возвышенностей, обусловленных рельефом поверхности земли.

Ошибки при приеме двоичных символов классифицируются на одиночные и пакетные (групповые). Одиночные ошибки, как правило, не зависят друг от друга. Пакетные ошибки искажают сразу несколько соседних двоичных символов. Например, вследствие воздействия достаточно продолжительной импульсной помехи несколько идущих подряд двоичных символов становятся равными нулю или единице.

Традиционными способами повышения помехоустойчивости цифровых телевизионных систем, обеспечивающих наземное вещание, являются:

• увеличение мощности радиопередатчика;

• выбор антенно-фидерных устройств с оптимальными для конкретного случая параметрами;

• уменьшение уровня шумов в телевизионных приемниках путем применения малошумящей элементной базы;

• рациональное планирование использования радиоканалов на смежных территориях.

К сожалению, все эти методы имеют ограничения, связанные с реальными техническими возможностями, с конечной шириной доступного эфирного диапазона частот, с высокой стоимостью приемной телевизионной аппаратуры и т.д.

В случае передачи цифровых сигналов значительное повышение помехоустойчивости может быть достигнуто путем применения кодов, исправляющих ошибки. В цифровых телевизионных системах одновременно с помехоустойчивым кодированием дополнительно выполняется операция перемешивания данных цифрового потока, которая преобразует пакетные ошибки в совокупность одиночных ошибок. Данное преобразование имеет большое практическое значение, так как исправление одиночных ошибок является значительно более простой технической задачей по сравнению с исправлением пакетных ошибок.

Одновременно выполняемые операции перемешивания данных и помехоустойчивое кодирование очень часто называются канальным кодированием, которое реализуется непосредственно перед передачей цифровой информации по радиоканалу и, как правило, совмещается с модуляцией. Канальное кодирование, как правило, основано на введении некоторой избыточности в передаваемое сообщение для того, чтобы влияние помех на цифровой сигнал в радиоканале было минимальным.