Исследование путей построения приемников цифрового ТВ-вещания (стр. 2 )

Таблица 2.4 представлена для режимов передачи, позволяющих обеспечить максимальную пропускную способность системы, которая достигается при максимальной размерности FFT, наивысшем порядке модуляции и минимальном защитном интервале. При таких условиях максимальное расстояние между соседними передатчиками в одночастотной сети составит 8,4 км. Очевидно, что при проектировании сети такие расстояния окажутся недостаточными. Поэтому необходимо использовать другие защитные интервалы, позволяющие увеличить расстояние между передатчиками (таблица 2.4), несмотря на то, что пропускная способность системы уменьшится.

Таблица 2.4 - Максимальные расстояния между передатчиками

Наименование параметра	Значение параметров для режима
16k	32k
Защитный интервал	128	32	16	9256	8	128	4	128	32	16	256	8	128	4

Продолжение таблицы 2.4

Длительность защитного интервала, мкс	4	6	12	33	24	66	48	8	12	24	66	48	32	–
Длительность полезной части символа сообщения, мкс	1792	3584
Длительность символа сообщения, мкс	806	848	904	925	016	058	240	612	696	808	850	032	116	-
Максимальное расстояние между передатчиками, км	4,2	6,8	3,6	9,9	7,2	9,8	34,4	8,4	3,6	7,2	9,8	34,4	59,6	–

Если в стандарте DVB-T скорость передачи для различных режимов определена точно и ее значения отражены в таблицах нормативных документов, то для стандарта DVB-T2 такие таблицы приведены только для максимальных скоростей передачи. В общем случае пропускная способность системы стандарта DVB-T2 зависит от следующих параметров: размерности FFT, типа модуляции, параметров кодов LDPC и BCH, длительности защитного интервала, выбранной схемы пилот-сигналов, использования режима PLP или multiPLP и некоторых других и вычисляется в соответствии с формулой из [3]. Правильный подбор комбинации всех описанных параметров позволит минимизировать потери в заданной зоне покрытия, оптимизировать значения мощностей передатчиков, пропускную способность и помехоустойчивость системы. При этом в стандарте DVB-T2 различных комбинаций параметров значительно больше, чем в стандарте DVB-T, что делает его более гибким для проектирования сетей цифрового телевизионного вещания.

Характеристики стандарта DVB-T2 приближаются к границе Шеннона, поэтому дальнейшее повышение помехоустойчивости и увеличение пропускной способности вряд ли возможно в рамках существующей модели цифрового наземного телевизионного вещания. Маловероятно, что в ближайшем будущем появится стандарт наземного телевидения третьего поколения семейства DVB. Скорее будет разработана принципиально новая модель эфирного цифрового вещания, а это является сложной задачей, требующей значительных временных затрат. Поэтому внедрение стандарта DVB-T2 для второго и последующих мультиплексов будет оправданным.

Система нового поколения обладает рядом особенностей высокочастотной обработки сигнала: используются новые алгоритмы кодирования, дополнительные виды модуляции, размерности быстрого преобразования Фурье (БПФ), относительные скорости кодирования, защитные интервалы и др. Высокочастотная обработка осуществляется в модуляторе радиопередатчика DVB-T2, где BB-кадр вместе со своим заголовком подвергается кодированию LDPC и BCH. В результате образуются последовательности длиной 64800 или 16200 бит, которые называются FEC-кадром. Полученные биты перемежаются в FEC-кадре (битовое перемежение) и в зависимости от выбранного вида модуляции разбиваются на слова (например, 6 бит для созвездия 64QAM, 8 бит – для 256QAM). На векторной диаграмме определенному набору бит в слове соответствует свой вектор, а каждому вектору – свое комплексное число (Re(z)jIm(z)). Совокупность элементов Re(z) и Im(z) называется COFDM ячейкой. Последовательность ячеек COFDM, соответствующих одному FEC-кадру, и называется FEC-блоком (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - Последовательность формирования FEC Блоком [1]

В стандарте DVB-T2 дополнительно введено временное перемежение, обеспечивающее защиту от импульсных помех. Завершающей структурной единицей логического уровня сигнала DVB-T2, «заключающей в себе» закон перемежения, является кадр перемежения. Он и определяет расположение отдельных потоков PLP в суперкадре.
Кадр перемежения состоит из целого числа TI-блоков, которые в свою очередь состоят из FEC-блоков (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - Временное перемежение[1]

Рекомендуется использовать комбинацию «один TI-блок в одном кадре перемежения». Именно в этом случае перемежение будет выполняться в течение более длительного периода времени [2]. Каждый кадр перемежения на физическом уровне проецируется на один или несколько Т2-кадров. Назначение T2-кадра заключается в переносе потоков PLP, P1- и L1-сигнализации, т. е. T2-кадр содержит в себе услуги DVB-T2 и связанную с ними служебную информацию.

P1-сигнализация предназначена для первичной инициализации сигнала DVB-T2. L1-сигнализация необходима для:
•быстрого обнаружения приемником полезного сигнала;
• доступа к потокам PLP в рамках текущего (или последующего) Т2-кадра.

3  Преимущества DVB-T2 перед DVB-T.

•  T2 в первую очередь ориентирован на передачу на фиксированные и портативные антенны.

•  Т2 обеспечивает, как минимум, 30%-ный прирост пропускной способности каналов относительно DVB-T при идентичных условиях передачи.

•  T2 оптимсизирует работу одночастотных сетей (SFN).

•  T2 допускает возможность сосуществования в одном РЧ-канале услуг, передаваемых с разной степенью помехоустойчивости. Например, часть услуг, транслируемых по одному каналу шириной 8 МГц, может быть предназначена для приема на направленные антенны, установленные на крышах, а часть — для приема на комнатные портативные антенны.

•  Т2 гибче использует полосу и частот.

•  Т2требует меньший пикфактор. Это позволит снизить эксплуатационные расходы.

3.1  Дифференцированная помехоустойчивость отдельных услуг и структура кадра T2

Коммерческие требования к Т2 включали обеспечение различных уровней помехоустойчивости для разных услуг. Это может обеспечиваться использованием разных схем модуляции и степени помехоустойчивого кодирования. В Т2 это достигается путем группировки OFDM-символов внутри кадра, так что каждая услуга передается цельным блоком, занимающим в кадре определенный слот. Этот принцип иллюстрируется на рис.3.1

Рисунок 3.1. – Структура кадров Т2. Разными цветами обозначены фрагменты потока, относящиеся к разным услугам [2]

Начало кадра Т2 индицируется коротким OFDM-символом P1, представляющим собой 1K OFDM-символ с повторами начала и конца символа на соседних несущих (то есть со сдвигом по частоте), как это показано на рисунке 3.2. Такая структура символа P1 с одной стороны позволяет легко его выявить, а с другой исключает возможность имитации символа каким-либо фрагментом основного кадра.

Рисунок 3.2 – Упрощенная иллюстрация символа Р1 сигнализации DVB-T2 [2]

Он обеспечивает простой и надежный механизм выявления трансляции Т2-ресивером, сканирующим спектр в режиме поиска, а также быстрый захват ресивером частоты и 6-битной сигнализации (например, для определения размерности FFT в кадре T2).

Стандартная продолжительность кадра Е2 — около 200 мс, а надстройка, требующаяся для передачи информации о структуре кадра, как правило, занимает менее 1%.

3.2  Многоканальный прием

При цифровом эфирном ТВ-вещании основным разрушающим фактором для цифрового канала являются помехи от многолучевого приема. Этот вид помех весьма характерен для эфирного приема в городах с разноэтажной застройкой из-за многократных отражений радиосигнала от зданий и других сооружений.

При многолучевом приеме в декодер поступают две (или более) одинаковые по характеру чередования символов, но сдвинутые по времени цифровые последовательности. Поскольку анализ переданного значения символа "0" или "1" в декодере обычно производится в середине символа, то в случае, если задержка радиосигнала второго луча становится близкой или больше половины длительности символа, происходит резкий рост цифровых ошибок, вплоть до полного разрушения цифрового канала.

При стационарном эфирном ТВ-приеме бороться с многолучевостью можно путем применения остронаправленных многоэлементных ТВ-антенн, что обычно и делается в системах коллективного эфирного приема. Но это не решает проблемы полностью, так как при этом нельзя будет гарантировать уверенный прием цифровых ТВ-программ на переносные и перевозимые ТВ-приемники, в которых используются простые ТВ-антенны. Радикальным решением этой проблемы является применение в эфирных каналах ТВ-вещания модуляции COFDM (Coded Orthogonal Division Multiplexing), которая специально разработана для борьбы с помехами при многолучевом приеме.

При COFDM используется ортогональное частотное мультиплексирование совместно с помехоустойчивым канальным кодированием. Сочетание канального кодирования (аббревиатура С) с ортогональным частотным мультиплексированием (аббревиатура OFDM) обозначается как COFDM. Метод COFDM хорошо известен и широко используется в цифровых системах радиовещания (DAB) в Европе, Канаде, Японии и др.