Таблица 4.4

Сравнительный анализ основных параметров систем dvb-t,dvb-t2

Параметр	DVB-T	DVB-T2
FEC	Сверточный код + код Рида-Соломона 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8	Код LDPC + БЧХ 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6
Режимы модуляции несущих	QPSK, QAM-16, QAM-64	QPSK, QAM-16, QAM-64, QAM-256
Защитные интервалы	1/4, 1/8, 1/16, 1/32	1/4, 19/128, 1/8, 19/256, 1/16, 1/32, 1/128
Размер БПФ	2k, 8k	1k, 2k, 4k, 8k, 16k, 32k
Количество несущих	1705, 6817	853, 1705, 3409, 6817, 13633, 27265
Тип модуляции	COFDM	COFDM
Относительное количество служебных распределенных пилот-сигналов	8% от общего количества несущих	1, 2, 4, 8% от общего количества несущих
Относительное количество служебных повторяющихся пилот-сигналов	2,6% от общего количества несущих	0,35% от общего количества несущих

4.7. Стандарт цифрового телевещания для мобильных терминалов dvb-h

Дальнейшим развитием стандарта DVB-T, который, в принципе, обеспечивает высококачественный прием на переносные телевизионные приемники, явилась система цифрового телевещания для мобильных терминаловDVB-H(Handheld– ручной), разработанная в 2004 г. европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI). Ведущую роль в разработке этого стандарта сыграла компания Nokia. При этом радиосигналы системы DVB-H в каналах наземного телевизионного вещания передаются параллельно сигналам DVB-T.

Необходимость создания «ручной» версии Н стандарта DVB-Tдля малогабаритных терминалов вызвана тем, что при использовании их в транспортной сетиDVB-Tвозникает ряд специфических проблем [42]. Во-первых, для мобильных устройств крайне важное значение имеет величина потребляемой от аккумуляторных батарей мощности. Поэтому желательно, чтобы при приеме цифрового сигнала была возможность периодически отключать питание мобильного приемника. Во-вторых, так как мобильный приемник по определению все время находится в движении, необходимо максимально упростить процесс его перехода от одной ячейки одночастотной сети SFN к другой (процедура Handover – перенастройка на работу с новой сотой). В третьих, несмотря на принципиальную возможность приема программDVB-Tна приемники, установленные на подвижных объектах, для этой системы существуют достаточно жесткие ограничения по их максимальной скорости (приблизительно до 300 км/час). Поэтому технологиюDVB-Tпроблематично использовать в качестве транспортной среды для передачи на землю сигналов с вертолетов и самолетов. Наконец, мобильные устройства в процессе работы подвергаются значительно бóльшему, чем стационарные приемники, воздействию различных радиопомех. Следовательно, они должны обеспечить повышенную надежность приема в сложной электромагнитной обстановке.

С технической точки зрения мобильное телевидение на первый взгляд мало чем отличается от обычного цифрового. Радиопередатчик излучает модулированный сигнал, а мобильный приемник принимает его, декодирует и отображает видеоконтент на экране. Но в случае с мобильным телевидением было бы просто неразумно ограничиться такой простой схемой, поскольку эта область радиовещания обладает огромным потенциалом в смысле платных услуг. Функционирование системы DVB-H целесообразно комбинировать с технологиями мобильной телефонии. А поскольку сотовый телефон уже подключен к определенной сети сотовой связи, то информация о нем, а точнее о его владельце, в полной мере содержится в базе данных оператора сети сотовой связи. Кроме того, эта же сеть одновременно является каналом обратной связи, который может служить средством как авторизации абонента, так и реализации интерактивных услуг.

О

Рис. 4.38.Функциональная схема мобильного телевидения системы DVB-H

бобщенная функциональная схема системы мобильного телевидения DVB-H для абонентов сотовых сетей представлена на рис. 4.38. Вещатель, располагающий передающими средствами и контентом, осуществляет трансляцию пакета программ в эфир. Абонент (телезритель) может либо получать этот пакет бесплатно, и в этом случае ему необходимо только соответствующее приемное устройство, либо за плату. В последнем случае необходимо участие в процессе вещания оператора сети сотовой связи, а также наличие в приемном терминале абонентских элементов системы условного доступа. Если абонент желает смотреть программы мобильного телевидения, то он отправляет запрос на получение права доступа к контенту и может смотреть его только после положительного ответа от системы. В зависимости от схемы оплаты (подписка, авансовая оплата за просмотр или по факту) производится тарификация.

С

Рис. 4.39.Структурная схема системы мобильного вещанияDVB-Hдля абонентов сотовых сетей

BCP(BroadcastContentProvider) – оператор контента мобильного вещания;ISP(InternetServiceProvider) – оператор сети Интернет;BCP/ISP– платформа согласования функций доменовBCPиISPдля обеспечения мобильного вещания

труктурная схема системы мобильного телевещания для абонентов сетей GSM/GPRS и UMTS на основе технологии DVB-H показана на рис. 4.39.

Система DVB-H базируется на хорошо отработанных технических решениях наземного телевидения системы DVB-T, что обеспечивает их частичную совместимость. Она заключается в том, что трансляции видеоконтента по системе DVB-H за исключением одного режима модуляции могут приниматься приемниками DVB-T, и в одном мультиплексированном потоке возможно совмещать трансляцию видеоконтента системами DVB-HиDVB-T.

В то же время в DVB-H введен ряд добавлений на физическом уровне и заметно изменен канальный уровень. Основным отличием DVB-H от базовой системы DVB-Tявляется введение в схему приемникавременнóгостробирования сигнала(TimeSlicing), что позволило уменьшить энергопотребление входных цепей на 95%, а такжевведение дополнительной прямой коррекции ошибок(additionalforwarderrorcorrectioncoding), реализуемой в модулеMPE-FEC(MultiProtocolEncapsulation–ForwardErrorCorrection). С учетом требования повысить помехозащищенность мобильного приемника в системеDVB-Hпо сравнению сDVB-Tчисло проверочных символов кода Рида-Соломона в одном пакете транспортного потока (255, 191) увеличено с 16 до 64. Таким образом, каждые 191 бит из 255 бит в пакетеDVB-Hявляются информационными, а 64 бита – проверочными.

Для реализации режима временнóго стробирования сигнала в процессе его передачи в кодере и декодере используется буферная память. Причем скорость передачи пакетов данных выбирается в несколько раз выше средней скорости элементарного потока источника.

В качестве транспортной среды в системе DVB-HиспользуетсяIP-протокол, позволяющий передавать на мобильный терминалIP-потоки аудио, видео и другойweb-контент.

П

Рис. 4.40.Таблица информационных данных

ринцип кодирования кодом Рида-Соломона поясняется рис. 4.40, 4.41.IP-дейтаграммы, то есть пакеты данных, помещаются в таблицу информационных данных (см. рис. 4.40), в которой последовательно заполняются столбцы, начиная с левого верхнего угла. Высота столбцов может составлять от 1 до 1024 байт в зависимости от длины дейтаграмм, а их количество всегда одинаково – 191. Если в столбцах таблицы остается «пустое» место, то оно заполняется «холостыми» байтами. Затем каждый ряд таблицы информационных данных кодируется кодом Рида-Соломона (255, 191), в результате чего формируются 64 проверочных (контрольных) бит, записанных в соответствующий ряд таблицы проверочных данных, содержащей 64 столбца (см. рис. 4.41). Причем число рядов в обеих таблицах одинаковое и зависит от количества бит в столбцах таблицы информационных данных. Затем данные обеих таблиц инкапсулируются в пакетыMPEG-2TS. Вначале информационные данные, а затем – проверочные. Особо следует отметить, что данные проверочной таблицы при инкапсуляции считываются не рядами, как формируются, а столбцами. Таким образом, создаетсявиртуальное перемежение контрольных бит, требующее минимальных ресурсов приемного устройства для восстановления их последовательности. Именно такой метод помехозащитного кодирования получил названиеMPE-FEC.

П

Рис. 4.41.Таблица проверочных данных

ри использованииMPE-FECкодирования незащищенными остаются служебные таблицы, передаваемые при трансляции телевизионных программ. Но с учетом того, что их содержание в большинстве случаев довольно статично, то после нескольких циклов передачи приемнику удается получить нужную информацию даже в сложных условиях.

Благодаря коррекции повышенной мощности удалось улучшить отношение сигнал/шум, уменьшить влияние эффекта Доплера и снизить чувствительность к импульсным помехам.

На физическом уровне система DVB-Hмаксимально приближена кDVB-T. Важнейшим новшеством, расширяющим возможности системыDVB-H, является добавление к режимам 2kи 8kмодуляцииCOFDMеще одного режима 4k. Это дало дополнительную степень свободы в плане обмена максимальной скорости передвижения мобильного приемника на радиус охвата одной соты. Чем меньшее количество ортогональных несущих используется приCOFDM-модуляции, тем больший частотный интервал образуется между соседними несущими, и, соответственно, тем выше допустимая скорость движения приемного устройства, при которой прием не срывается из-заДоплеровского смещения частот.

С другой стороны, чем меньше несущих, тем короче период, выделенный для передачи каждого COFDM-символа и, соответственно, короче защитный интервал. В свою очередь сокращение защитного интервала снижает допустимый радиус соты.

Таким образом, режим 4kмодуляцииCOFDMуже не дает возможности работать в рамках больших одночастотных сетей, а только малых и средних. За то он обеспечивает более высокую устойчивость к эффекту Доплера на высоких скоростях движения приемника.

Для сетей системы DVB-Hбольшую значимость имеет возможность приема на более высокой скорости, при этом зона охвата в значительной степени ограничивается уровнем сигнала на входе тюнера.

Поэтому для возможности выбора компромиссного варианта был добавлен режим модуляции 4k, заполняющий нишу между 2kи 8k. При этом программы мобильного телевизионного вещания в режиме 4kмогут приниматься только приемниками системыDVB-H.

Вторым дополнением на физическом уровне стала возможность более глубокого перемежения данных в режимах COFDM-модуляции 4kи 2k. Чем длиннее последовательность данных, участвующих в перемежении, тем эффективнее оказывается борьба с последствиями затуханий. Но для системыDVB-Hтакой путь невозможен. Во-первых, восстановление длинных последовательностей потребовало бы непрерывного приема, в то время как для целей энергосбережения в системеDVB-Hреализован описанный ниже импульсный режим передачи. Во-вторых, для его осуществления необходимы большие объемы памяти, удорожающие мобильный приемник. И, наконец, это противоречит требованию совместимости с системойDVB-T. Поэтому разработчиками системыDVB-Hбыло выбрано компромиссное решение. Для режима модуляции 8k, наиболее актуального для системыDVB-T, вDVB-Hсохранено перемежение бит в рамках одного символа. А в режимах 4kи 2k, где каждыйCOFDM-символ переносит меньшее количество информации, в качестве опции введена возможность временнóго перемежения, допускаемого объемами выделенной для этих целей памяти. Для режима модуляции 4kперемежение выполняется с глубиной в дваCOFDM-символа, а для режима 2k– с глубиной в четыреCOFDM-символа. При активизации этой опции совместная трансляция одной и той же программы системамиDVB-TиDVB-Hневозможна.

Одновременно предусматривается опция дополнительной помехозащиты, реализованная на базе IP-дейтаграмм и позволяющая в значительной мере компенсировать отсутствие глубокого перемежения.

В общем случае абонентские терминалы DVB-Hспособны принимать сигналы обычной системы наземного телевиденияDVB-TсOFDMмодуляцией 2kили 8k. Примечательно, что помимо сигналов вещательного телевидения, кодированных способамиMPEG-2 иMPEG-4, по сетиDVB-Hможно одновременно передавать и любые цифровые данные, упакованные в стандартныеIP-пакеты при помощиIP/DVB-H-инкапсулятора, что в значительной степени расширяет возможности мобильного вещания. Фактически приемникDVB-Hстановитсягибридом мобильного телевизора и портативного компьютера с радиодоступом в сеть Интернет.

У мобильных ручных приемников размеры антенны гораздо меньше, чем у стационарных или портативных телевизоров. Размер антенны, используемый в ручном приемнике, очевидно, будет тем меньше, чем выше рабочая частота. Поэтому при одинаковых уровнях мощности радиопередатчиков площадь покрытия для системы DVB-Hв пять раз меньше, чем площадь покрытия для портативногоDVB-Tустройства. Следовательно, чтобы получить требуемую площадь покрытия для ручных устройств с нужной мощностью сигнала, потребуется особый подход к планированию сети для системыDVB-H, похожий на создание сотовых систем для телекоммуникационных услуг.

Экспериментальные исследования показали, что для достижения радиопередатчиками DVB-HиDVB-Tодинаковой зоны охвата мощность первого должна быть на 20 дБ больше. В то же время требуемый для устойчивого приема уровень несущая/шум в системеDVB-Hв среднем на 30% ниже, а максимально возможная скорость движения приемника на 40% выше [42].

Разработчики системы DVB-Hвысказывают предпочтение частотам в диапазоне 470…650 МГц. Это близкий к оптимальному диапазон для любых беспроводных радиоуслуг. Данные частоты достаточно низкие для того, чтобы получить приемлемую дальность распространения сигнала, и достаточно высокие в смысле минимизации индустриальных помех. Для разработчиков приемников, совмещенных с мобильными телефонами, этот диапазон удобен тем, что при работе в нем обеспечивается минимально возможная интерференция в случае приема сигналовDVB-Hи передачей сигналовGSM/UMTS.

Новая система DVB-Hотличается повышенной эффективностью использования спектра. Так как воспроизведение сигналовDVB-Tосуществляется телевизорами с экранами больших размеров, для обеспечения высокого качества (разрешения) изображения в одном стандартном частотном радиоканале с номинальной полосой частот 8 МГц передается не более 5…6 телевизионных программ со средними значениями скорости цифрового потока 4…5 Мбит/с на одну программу. Экраны же мобильных ручных терминалов значительно меньше (3…10 см по диагонали), поэтому разрешающую способность воспроизводимых телевизионных изображений можно снизить в несколько раз. На практике в одном радиоканале системыDVB-Hможет передаваться от 30 до 80 телевизионных программ со скоростями цифрового потока 128…384 кбит/с на одну программу.

Как показано на рис. 4.42, в формировании транспортных потоков TS(TransportStream) мобильного вещания системыDVB-Hучаствуют следующие функциональные блоки: модули формирования контента различных телевизионных сервисов в соответствии со стандартом кодирования с информационным сжатиемMPEG-2,IP/DVB-H-инкапсулятор, мультиплексор (MUX),DVB-H-модулятор [42, 43].

В

Рис. 4.42.Структурная схема системы мобильного вещания стандартаDVB-H

IP/DVB-H-инкапсуляторепередаваемыеIP-данные встраиваются (инкапсулируются) в транспортный потокMPEG-2 с помощью протоколаMPE, предусматривающего добавление соответствующихMAC(MediaAccessControl– протокол управления сетью) адресов, а также обеспечивается дополнительное введение прямой коррекции ошибок. Причем максимальный размер встраиваемыхIP-дейтаграмм, включая заголовки, составляет 4080 байт.

IP-пакеты инкапсулируются вMPEсекции, а те, в свою очередь, – в транспортные пакетыMPEG-2TS, переносящие элементарные потоки. КаждыйIP-пакет занимает однуMPE-секцию, длина которой практически не коррелирована с емкостью пакетовMPEG-2TS. В одном пакете может передаваться множествоMPE-секций, и, наоборот, одна секция может занимать несколько транспортных пакетов.

Данные, относящиеся к одной услуге, инкапсулируются в транспортные пакеты MPEG-2 с постоянным идентификационным номеромPID. Использование такого стека обусловлено тремя причинами:

• Во-первых, в системах DVB-Hпредполагается передавать телевизионные потоки, компрессированные не вMPEG-2, а в более эффективных форматах, в первую очередь, вH.264, для которых процесс инкапсуляции компрессированных аудио- и видеоданных в транспортные пакетыMPEG-2TSжестко не специфицирован и обычно реализуется как раз черезIP/MPE-инкапсуляцию. Более того,DVB-Hпотенциально рассматривается как составная частьгибридной системы доставки мультимедийных услуг(IPDC).

• Во-вторых, понятие элементарного потока в DVB-Hопределяется иначе, чем в стандартеMPEG-2. ВDVB-Hэто просто поток, передаваемый в пакетах с однимPID-ом.

• В-третьих, снята жесткая корреляция элементарного потока с данными определенного типа. В одном элементарном потоке могут передаваться все данные, относящиеся к определенной телевизионной программе или даже к нескольким программам. В последнем случае потоки разных телевизионных программ будут передаваться в дейтаграммах с разным мультипакетным IP-адресом и заключаться вMPE-секции с разнымиMAC-адресами. Аналогичным образом могут передаваться и нетелевизионные услуги.

Кроме того, в IP/DVB-H-инкапсуляторе осуществляется формированиевременных слоев(TimeSlicing) путем преобразования передаваемой информации в видеоимпульсы малой длительности, и пакетов данных, разнесенных по времени передачи. При этом каждый пакет несет информацию о времени передачи следующего пакета. Целью данного преобразования является временнóе разделение источников видеоданных, уменьшение средней потребляемой мощности абонентских терминалов, а также передача данных в пакетах с более высокой скоростью.

Таким образом, возможности MPE-секций используются для организации временнóго разделения услуг внутри транспортного потока, получившего названиеTimeSlicedMultiProtocolEncapsulation. Транспортные пакетыMPEG-2 с одним идентификационным номером (PID) – по существу, определенная услуга или пакет услуг, передаются не с постоянной скоростью, а импульсами (bursts), позволяющими быстро загрузить в приемное устройство порцию информации, а затем отключить терминал от приема на период воспроизведения загруженной информации. Такой режим существенно экономит ресурс аккумуляторов.

Соответственно приемное устройство системы DVB-Hсодержит демодулятор иDVB-H-деинкапсулятор, после чего пакеты транспортного потокаMPEG-2 илиIP-пакеты данных подаются непосредственно на абонентские терминалыDVB-GSM,DVB-UMTS, КПК или специализированные абонентские устройства.

К не до конца решенной в стандарте DVB-Hпроблеме следует отнести контроль доступа. Дело в том, что, хотя имеются предпосылки к тому, что приемникиDVB-Hбудут выпускаться встроенными в мобильные телефоны, они будут производиться также и в виде самостоятельных устройств, то есть не все они будут иметь канал обратной связи. Это означает, что механизм контроля доступа, определенный стандартомDVB, не сможет опираться только на обратный канал. В ряде случаев для того, чтобы вещатели смогли брать с абонентов плату за доступ к услугам мобильного телевидения, может потребоваться криптографическая защита сигнала. Для создания системы сквозной защиты необходимо встроить систему шифрования в протоколIP.

В заключение рассмотрения системы DVB-Hследует отметить, что транспортная системаDVB-Hрассматривается вDVB-проекте как потенциальная часть более общей системы передачи мультисервисных услуг, в которой в качестве основного транспортного протокола выступаетIP, а в качестве приемных устройств – карманные терминалы с небольшой емкостью аккумуляторов и ограниченными компьютерными возможностями. Это платформа для создания гибридных сетей, в которых однонаправленные вещательные каналы передачи будут предоставляться системойDVB-H, двунаправленные каналы – системами сотовой телефонии. Она получила названиеIPDC(IPDataCast).

Кардинальным решением задачи увеличения зоны охвата мобильным телевизионным вещанием может быть внедрение стандарта DVB-SH, новой технологии для работы вS-диапазоне частот (1,93…2,7 ГГц), позволяющей использовать гибридные, то есть спутниковые и наземные, мобильные сети для доставки видеоконтента на носимые универсальные мобильные устройства [44].

Обобщенная функциональная схема системы DVB-SHпоказана на рис. 4.43.

Она основана на гибридной архитектуре, комбинирующей структуру спутникового компонента сети и наземный компонент, состоящий из земных ретрансляторов, питаемых сетью распределения программ различных видов.

При этом наземные ретрансляторы сети подразделяются на:

• Ретрансляторы TR(а), обеспечивающие прием программ мобильного телевидения на носимые терминалы в случаях, когда прием спутникового сигнала затруднен, особенно в городских условиях. Они могут быть расположены вместе с базовыми станциями сотовой сети или автономно. На данном уровне может быть реализована вставка контента, имеющего местный или региональных характер.

• Ретрансляторы TR(b), обеспечивающие охват ограниченной территории и трансляцию на местной частоте и/или преобразование частоты. Типичный пример – улучшение приема внутри здания. В данном случае вставка местного контента невозможна.

• Ретрансляторы TR(с), являющиеся мобильными передатчиками и создающие мобильную передающую инфраструктуру. При этом вставка местного контента возможна, но зависит от реалий действующего в регионе частотного плана.

Рис. 4.43.Схема функционирования системыDVB-SH

Концепция эфирно-спутникового подхода к мобильному телевидению (DVB-H/DVB-SH) была впервые разработана специалистами компанииAlcatel.