Цифровой стандарт DVB-T эфирного телевидения
DVB-T - европейский стандарт эфирного цифрового телевизионного вещания из семейства DVB, (англ. Digital Video Broadcasting — Terrestrial).
Стандарт DVB-T был принят в 1996 г. для эфирного цифрового телевизионного вещания в ДМВ диапазоне, в основном, для снижения стоимости телевещания, а также из-за отсутствия свободных телеканалов в диапазоне ДМВ в некоторых странах Европы.
Стандарт позволяет передавать сжатыми: видео, звук и данные в транспортном потоке MPEG, с использованием COFDM-модуляции.
Стандарт DVB-T был принят в 1996 г. для эфирного цифрового телевизионного вещания в ДМВ диапазоне, в основном, для снижения стоимости телевещания, а также из-за отсутствия свободных телеканалов в диапазоне ДМВ в некоторых странах Европы.
Стандарт позволяет передавать сжатыми: видео, звук и данные в транспортном потоке MPEG, с использованием COFDM-модуляции.
Техническое описание
В модуляторе DVB-T с помощью модуляции COFDM цифровой поток данных разбивается на большое количество более медленных цифровых потоков, каждый из которых в цифровом виде модулируют близко расположенные смежные несущие частоты.
Микросхемы устройств, осуществляющих модуляцию, могут работать с числом несущих, равным какой-либо степени двойки (двоичный код), было выбрано число несущих 8192 = 213, а режим получил название «8k».
Затем требования к одночастотной сети снизили, ограничившись числом несущих 2048 = 211, а режим назвали «2k».
В итоге приняли единую спецификацию «2k/8k».
В стандарте DVB-T используются два значения длительности активной части символов (Т): 224 мкс режим «2k» и 896 мкс режим «8k».
Разнос несущих по частоте составляет 4464 Гц (при числе несущих N - 1705) и 1116 Гц, (при числе несущих N - 6817).
Микросхемы устройств, осуществляющих модуляцию, могут работать с числом несущих, равным какой-либо степени двойки (двоичный код), было выбрано число несущих 8192 = 213, а режим получил название «8k».
Затем требования к одночастотной сети снизили, ограничившись числом несущих 2048 = 211, а режим назвали «2k».
В итоге приняли единую спецификацию «2k/8k».
В стандарте DVB-T используются два значения длительности активной части символов (Т): 224 мкс режим «2k» и 896 мкс режим «8k».
Разнос несущих по частоте составляет 4464 Гц (при числе несущих N - 1705) и 1116 Гц, (при числе несущих N - 6817).
Метод модуляции
Основной проблемой эфирного цифрового вещания являются помехи при многолучевом приеме, что характерно для городов с разноэтажной застройкой, из-за многократных отражений радиосигнала от зданий и других сооружений.
Основной проблемой эфирного цифрового вещания являются помехи при многолучевом приеме, что характерно для городов с разноэтажной застройкой, из-за многократных отражений радиосигнала от зданий и других сооружений.
При многолучевом приеме отраженные цифровые сигналы, одинаковые по алгоритму чередования символов и сдвинутые по времени, поступают на вход приёмного устройства. Декодер производит анализ последовательности импульсов "0" или "1"в середине символа и если задержка радиосигнала второго отраженного луча близка к половине длительности символа, то происходит резкий рост цифровых ошибок, вплоть до полной потери информации цифрового сигнала.
Борьба с отраженными телевизионными сигналами такая же, как и у аналогового телевидения: применение многоэлементных узконаправленных антенн, что довольно легко осуществляется при стационарном приёме. На движущихся объектах используются простые телевизионные антенны, с помощью которых сложно решить проблему защиты от отраженных сигналов. Радикальным решением этой проблемы является применение в эфирных цифровых каналах модуляции COFDM (Coded Orthogonal Division Multiplexing), которая специально разработана для борьбы с помехами при многолучевом приеме.
В COFDM используется помехоустойчивое канальное кодирование (аббревиатура С) совместно с ортогональным частотным мультиплексированием (аббревиатура OFDM), а их сочетание и обозначается как COFDM.
В COFDM происходит преобразование последовательного цифрового потока в большое число параллельных потоков (субпотоков), каждый из которых передается на своей отдельной несущей. Несущие частоты, в которых в данный момент времени переносятся биты параллельных цифровых потоков - это "символы COFDM ". При использовании большого числа параллельных потоков (обычно 1705 или 6817 субпотоков),символы в параллельных потоках имеют длительность существенно больше, чем в последовательном потоке данных (соответственно 280 или 1120 мкс — в зависимости от числа используемых субпотоков). Это позволит декодеру задержать оценку значений принятых символов на время нестабильности радиоканала из-за действия эхо-сигналов до её прекращения.
Таким образом, в COFDM временной интервал символа субпотока Ts делится на защитный интервал D, в течение которого оценка значения символа в декодере не производится и рабочий интервал Tu, за время которого принимается решение о значении принятого символа. Для правильной работы системы эхоподавления необходимо, чтобы защитные интервалы находились не в начале, а в конце символов S2, S3 ..., в защитном интервале модуляция несущей осуществляется предшествующим символом.
Для радиосети, работающей на одной частоте, типичным эхо-сигналом являются сигналы радиопередатчиков расположенных вблизи и передающих одинаковые символы COFDM. Эти сигналы могут не отличаться от классических эхо-сигналов, если они будут поступать в приемник за время защитного интервала D. Увеличение длительности защитного интервала приводит к возможности увеличения расстояния между соседними радиопередатчиками. Однако надо учитывать, что длительность защитного интервала нецелесообразно выбирать большой, так как защитный интервал не используется для передачи полезной информации и его увеличение уменьшает объем передаваемой полезной информации.
DVB-T2 (англ. Digital Video Broadcasting — Second Generation Terrestrial) — следующее поколение эфирного цифрового стандарта, улучшенный стандарт DVB -T. Стандарт DVB -T2 увеличивает не менее чем на 30 % ёмкость сетей цифрового эфирного телевидения по отношения к DVB-T, при той же структуре сети и частотных ресурсах. В DVB-T2 используется стандарт сжатия видео MPEG-4 AVC и модуляция OFDM. Максимальная скорость потока может достигать 50 Мбит/с. DVB -T2 является последним в семействе стандартов DVB цифрового эфирного (наземного) телевидения, из-за технической невозможности реализовать более высокую «скорость передачи информации в единице спектра».
Сравнение мощностей аналогового и цифрового сигнала стандарта DVB-T
Для сигналов являются характерными пиковая и средняя мощность.Пиковая мощность — максимальная мощность, в полосе полезного сигнала, измеренная за определённый промежуток времени.
Средняя мощность — усреднённая мощность в полосе полезного сигнала, измеренная за определённый промежуток времени.
Отношение пиковой мощности к усреднённой за один и тот же период времени средней мощности сокращённо называется PAPR и выражается в децибелах. Чем меньше значение PAPR, тем эффективнее передатчик излучает в эфир подводимую к нему электрическую энергию, т.е. имеет более высокий КПД и хорошую помехозащищённость.
В DVB-T и DVB-T2 используют специальную модуляцию для обработки сигнала (COFDM), чтобы снизить PAPR.
В аналоговом телевидении пиковая мощность измеряется в полосе 120 кГц и не совпадает с полосой канала (8 Мгц), что определяется нормативно-техническими документами. Это обусловлено постоянной сменой сигнала и нестабильностью его мощности.
Аналоговое телевидения характеризуется присутствием различных гармоник изображения, амплитуда которых зависит от передаваемого изображения.
Средняя мощность аналогового телевизионного сигнала меняется в максимальных пределах при передаче чёрного поля и белого поля. Поэтому измерение уровня мощности аналоговых передатчиков проводят, как правило, при отсутствии аналогового сигнала, т.е. отключённой модуляции.
Средняя мощность сигнала аналогового телевидения обычно составляет величину от 20 до 30 % от пиковой мощности.
В цифровом телевидении для характеристики излучаемого сигнала используется средняя мощность, разница между пиковой и средней мощностью цифрового сигнала составляет незначительную величину. Таким образом, если сравнивать среднюю мощность цифрового и аналогового сигнала, то надо учитывать, что средняя мощность аналогового передатчика в 5 раз меньше его пиковой мощности, т.е. средняя или пиковая мощность 1кВт цифрового передатчика с модуляцией COFDM соответствует примерно 5 кВт пиковой мощности аналогового передатчика. Аналоговое телевидения характеризуется присутствием различных гармоник изображения, амплитуда которых зависит от передаваемого изображения.
Средняя мощность аналогового телевизионного сигнала меняется в максимальных пределах при передаче чёрного поля и белого поля. Поэтому измерение уровня мощности аналоговых передатчиков проводят, как правило, при отсутствии аналогового сигнала, т.е. отключённой модуляции.
Средняя мощность сигнала аналогового телевидения обычно составляет величину от 20 до 30 % от пиковой мощности.
Уровень сигнала для уверенного приёма аналогового TV составляет 48-54 дБ/мкв., а цифрового TV 25-30 дб/мкв. Разница уровней составляет, как минимум, 20 децибел (100 раз), дополнительно также надо учитывать отношения сигнал/шум, который у аналогового телевидения для нормальной работы должно составлять 50дб., у цифрового всего 20-30дБ.
Выигрыш по излучаемой в эфир мощности у цифрового передатчика по сравнению с аналоговым очевиден.
Что может дать зрителям новый стандарт телевидения DVB-T2
Первоначально цифровое телевидение в Европе транслировалось только в цифровом стандарте DVB-T. При использования цифрового телевидения DVB-T его пользователи смогли увидеть преимущества, к которым относятся: гораздо большее количество программ, прием избранных каналов или передач в HD-качестве, наличии нескольких звуковых дорожек на различных языках и интеграцию с сервисами гибридного телевидения HbbTV.Первоначально смена стандарта вещания не предполагала каких-либо изменений в диапазоне вещания ДМВ 474–862 МГц, но развитие сотовых сетей и технологий беспроводной передачи, данных LTE потребовало разработки регламентов на уровне ЕС, которые освобождали бы до части полосы частот, занятой телевидением, для вышеупомянутых служб. В связи с «первым цифровым дивидендом» диапазон DVB-T ТВ был ограничен сверху частотой 790 МГц. В России сразу в первоначальном варианте, основанном на опыте эксплуатации стандарта DVB-T, был введен в эксплуатацию стандарт DVB-T2, с полосой рабочих частот до 790 МГц.
В настоящее время Европа находится в процессе реализации так называемого «Второго цифрового дивиденда», план реализации которого на т.н. районе 1 МСЭ (Европа, страны бывшего СССР, Африка, Ближний Восток) был представлен в 2012 г. на Всемирной конференции радиосвязи (ВКР-12), а его внедрение в Европе началось в 2015 г. Согласно этого плана частоты в диапазоне 694 - 790 МГц передаются в службы, которые обеспечивают, в том числе, широкополосный доступ в Интернет и услуги на базе технологии 5G. Что приведет к замене передающих устройств и их антенн, тех, чьи рабочие частоты превышают 694 МГц. Для потребителей возникнет необходимость установки дополнительных фильтров, если используют усилители, и перенастройка приемников.
В конечном итоге телевидение должно использовать диапазон ДМВ в диапазоне 470–694 МГц.
Таким образом, для цифрового телевидения будут предусмотрены только каналы 21-48.
Какое это все имеет отношение к стандарту DVB-T2?
Было принято решение в некоторых странах ЕС совместить процесс рефарминга частоты 700 МГц с изменением стандарта цифрового телевещания, стандарт DVB-T/H.264 (MPEG4/AVC) будет заменен более новой версией DVB-Т2/HEVC (H.265).
Это изменение позволит еще больше расширить предложение программ и, в соответствии с заявлениями вещателей, изменить качество вещания всех программ на качество HD. К другим преимуществам перехода на новую версию DVB-T2 относятся: большая помехозащищенность (использование более совершенных методов модуляции и исправления ошибок) и лучшее качество звука (возможность использования более совершенных аудиокодеков).
В России утвержден новый стандарт на поддержку ресиверами кодеков DVB- Т2/HEVC (H.265).
