Національний університет “Львівська політехніка”

Національний університет “Львівська політехніка”

Інститут Комп’ютерних наук та інформаційних технологій

Кафедра автоматизованих систем управління

Реферат

з дисципліни «Основи автоматизованого проектування складних об’єктів і систем»

на тему: « Стандарт цифрового телебачення DVB-T. Властивості. »

Виконав:

Ст. групи КН-40

Колодій А.І.

Прийняв:

Скрибайло-Леськів Д.Ю.

Львів – 2012

Стандарт DVB-T для цифрового ефірного ТБ-мовлення в діапазоні ДМВ для Європи і інших стран був прийнятий в 1996 р. - на два роки пізніше за аналогічні стандарти для супутникових (DVB-S) і кабельних (DVB-C) каналів зв'язку. Ця затримка була викликана необхідністю вживання складніших технічних методів передачі цифрової інформації при збереженні прийнятної вартості цифрового ефірного телевізора, а також із-за не дуже високої комерційної кон'юнктури зважаючи на відсутність вільних ТБ-каналів в діапазоні ДМВ для більшості стран Європи.

Понизити вартість цифрового телевізора можливо за рахунок вживання в стандарті DVB-T апробованих технічних рішень і технологій, розроблених для систем цифрового супутникового і кабельного мовлення. Це вимагає уніфікації ряду методів обробки цифрових сигналів у вказаних системах. Дане завдання було вирішене шляхом розробки комерційних вимог до цифрової системи ефірного мовлення, на підставі яких були вибрані необхідні технічні рішення.

При цифровому ефірному ТБ-мовленні основним руйнівним чинником для цифрового каналу є перешкоди від багатопроменевого прийому. Цей вигляд перешкод вельми характерний для ефірного прийому в містах з різноповерховою забудовою із-за багатократних віддзеркалень радіосигналу від будівель і інших споруд.

При багатопроменевому прийомі в декодер поступають дві (або більш) однакові по характеру чергування символів, але зрушені за часом цифрові послідовності. Оскільки аналіз переданого значення символу "0" або "1" в декодері зазвичай виробляється в середині символу, то у випадку, якщо затримка радіосигналу другого променя стає близькою або більше половини тривалості символу, відбувається різке зростання цифрових помилок, аж до повного руйнування цифрового каналу. При стаціонарному ефірному ТБ-прийомі боротися з многолучевостью можна шляхом вживання гостронаправлених багатоелементних ТБ-антен, що зазвичай і робиться в системах колективного ефірного прийому. Але це не вирішує проблеми повністю, оскільки при цьому не можна буде гарантувати упевнений прийом цифрових ТБ-програм на переносні ТБ-приймачі, в яких використовуються прості ТБ-антени, що перевозяться. Радикальним вирішенням цієї проблеми є вживання в ефірних каналах ТБ-мовлення модуляції COFDM (Coded Orthogonal Division Multiplexing), яка спеціально розроблена для боротьби з перешкодами при багатопроменевому прийомі.

При COFDM використовується ортогональноє частотне мультиплексування спільно з перешкодостійким канальним кодуванням. Поєднання канального кодування (абревіатура З) з ортогональним частотним мультиплексуванням (абревіатура OFDM) позначається як COFDM. Метод COFDM добре відомий і широко використовується в цифрових системах радіомовлення (DAB) в Європі, Канаді, Японії і ін.

При COFDM послідовний цифровий потік перетвориться у велике число паралельних потоків (субпотоків), кожен з яких передається на тій, що окремій несе. Група частот, що несуть, яка в даний момент часу переносить біти паралельних цифрових потоків, називається "Символом COFDM". Завдяки тому, що використовується велике число паралельних потоків (зазвичай 1705 або 6817 субпотоків), тривалість символу в паралельних потоках виходить істотно більше, ніж в послідовному потоці даних (відповідно 280 або 1120 мкс - залежно від числа використовуваних субпотоків). Це дозволяє в декодері затримати оцінку значень прийнятих символів на якийсь час, протягом якої зміни параметрів радіоканалу через дію ехо-камери-сигналів припиняться, і канал стане стабільним.

Таким чином, при COFDM часовий інтервал символу субпотоку Ts ділиться на дві частини - захисний інтервал D, протягом якого оцінка значення символу в декодері не виробляється, і робочий інтервал символу Tu, за час якого приймається рішення про значення прийнятого символу (мал. 1). Відзначимо, що для правильної роботи системи ехоподавленія необхідне, щоб захисні інтервали знаходилися не на початку, а в кінці символів S2, S3..., тобто в захисному інтервалі продовжується модуляція тієї, що несе попереднім символом.

Для забезпечення оптимального обміну між топологією (конфігурацією побудови) мережі ТБ-мовлення і ефективністю використання радіоспектру застосовуються різні значення захисного інтервалу. Завдяки цьому система може використовуватися для мовлення як в одночастотній мережі з великою зоною покриття, так і для малих зон, що обслуговуються однім передавачем. Для одночастотної радіомережі типовим виглядом ехо-камери-сигналів є сигнали від сусідніх по територіальному розміщенню радіопередавачів, передавальних однакові символи COFDM. Ці сигнали не відрізняються від класичних ехо-камери-сигналів, і їх можна оцінювати як ехо-камера-сигнали, якщо вони поступатимуть в приймач за час захисного інтервалу D. Таким чином, вибір тривалості захисного інтервалу безпосередньо впливатиме на вигляд проектованій одночастотній радіомережі. Збільшення тривалості захисного інтервалу дозволяє збільшити відстань між сусідніми радіопередавачами. З іншого боку, тривалість захисного інтервалу доцільно вибирати невеликою, оскільки, з точки зору теорії інформації, захисний інтервал не використовується для передачі корисної інформації і його введення зменшує об'єм передаваної інформації.

Кінець минулого тисячоліття був ознаменований переходом на цифрове мовлення (DVB - Digital Video Broadcasting) з прийняттям безлічі стандартів (сотні). Торкнулося це в першу чергу цифрового супутникового мовлення - DVB-S (Satellite) і цифрового кабельного мовлення - DVB-C (Cable). У 1999р. був прийнятий і стандарт DVB-T (Terrestrial), який пізніше проходив коригування в частині доповнень.

Що ж послужило причиною переходу на цифрове мовлення? Однією з основних причин впровадження цифрового мовлення є той факт, що аналоговий сигнал у міру його розповсюдження по будь-якому середовищі зазнає істотні спотворення, не відновлюваністю на приймальній стороні. Одним з таких значущих значень, що характеризують якість сигналу, є ставлення несуча / шум - C / N (рис.1).

Для цифрового ж сигналу характерна та особливість, що його якість залишається незмінним при зниженні рівня вхідного сигналу (що еквівалентно зниженню C / N) до деякого мінімального значення, що назване порогом (пороговим значенням з того чи іншого критерію). Однак слід зауважити (на що вкрай рідко звертають увагу в літературі), що сам вихідний сигнал в аналоговому вигляді більш високої якості в порівнянні з цифровим, що зрозуміло з самого фізичного сенсу. Але ця різниця не велика як з об'єктивних, так і з суб'єктивних показниками.

При переході на цифрове ефірне мовлення (стандарт DVB-T) одночасно переслідувалися і інші цілі.

Важливим питанням впровадження стандарту DVB-T є можливість зниження потужності передавача. Дійсно, за рахунок значно меншого мінімально допустимого C / Nmin (рис.2) в порівнянні з аналоговим мовленням (C / Nmin ≥ 43 dB), можлива подача на вхід STB значно меншого рівня вхідного сигналу (типове значення 12... 18 dBμV), що рівносильно можливості зниження потужності передавача.

Наступним важливим моментом при переході на цифрове мовлення з'явилася задача забезпечення максимальної завадостійкості. При трансляції аналогових TV сигналів по ефіру, на якість прийому крім атмосферних і індустріальних перешкод сильно впливають перевідбитому радіохвилі (рис.3) і перешкоди від інших радіопередавачів, які працюють в цьому ж частотному діапазоні в сусідніх місцевостях. Стандарт DVB-T допускає відношення сигнал / перешкода до 6... 12 dB, що є дуже великим досягненням.

У стандарті DVB-T в якості базової використовується OFDM модуляція, завдяки якій і досягаються унікальні властивості в частині можливості побудови одночастотних мереж (SFN - Single Frequency Network), можливості забезпечення низького необхідного відносини несуча / шум (C / N), високою захисту від перевідбитому об'єктів і низької чутливості до ефекту Доплера (при прийомі в русі). Крім основних видів модуляції (QPSK, 16 QAM і 64 QAM) в стандарті DVB-T використовується також і ієрархічна модуляція, що дозволяє в потоці з високим пріоритетом передавати меншу кількість програм і навіть з більш гіршою якістю, але зі значним збільшенням зони покриття, представляючи тим самим вести прийом на кімнатні антени.

Дуже важливим моментом при побудові систем на основі стандарту DVB-Н і стандарту DVB-T є точне і правильне визначення зони покриття, особливо для мереж SFN.

Крім того, одним з найважливіших умов правильного вибору передавача є правильний вибір його вихідний (випромінюваної) потужності (визначає цінову політику), що забезпечує зону покриття. Розрахунок зони покриття є дуже трудомісткою операцією, доступною тільки спеціально підготовленим фахівцям, і тільки за наявності спеціального програмного забезпечення. Особливо важливий правильний розрахунок зон покриття для SFN, DVB-H (мобільне TV) і при наявності ретрансляторів. Радіус зони покриття залежить від безлічі факторів, що розглядаються нижче.

Умови визначення зони покриття. Кожному оператору, приступає до планування своєї мережі, необхідно відповісти на питання: яка повинна бути аудиторія (зона обслуговування) його телецентру. Зоною покриття (обслуговування) прийнято називати територію навколо передавального центру, на кордоні якої гарантується прийом з заданою якістю. Поняття "гарантується" вельми умовно, оскільки в дійсності якість прийому залежить від цілого ряду чинників: технічних характеристик приймальної установки, характеру місцевості, умови забудови в місці прийому, часу доби і року, погодних умов і т.д. Крім того, при визначенні зони покриття прийнято вважати, що діаграма спрямованості передавальної антени має форму кола, тоді як допустима нормативами нерівномірність реальної діаграми в азимутальної площині може досягати 3 dB, що еквівалентно зміни випромінюваної потужності вдвічі і, відповідно, призводить до спотворення ідеального виду діаграми.

Кордон зони обслуговування визначають як геометричне місце точок, в яких значення напруженості поля дорівнюють нормованим значенням протягом 50% часу в 50% місць прийому. Такі значення визначають розрахунковим шляхом виходячи з прийнятих технічних характеристик прийомних установок з урахуванням завадової обстановки. Радіус зони покриття, тобто відстань від передавального телецентру до приймальні установки, на якій можна забезпечити наведені вище значення напруженості поля, визначають за так званим кривим розповсюдження, наведеним у Рекомендації Міжнародного Союзу Електрозв'язку (Recommendation ITU-R P.1546-1). Приклад сімейства кривих (ландшафт, f = 600 МГц) Е = f (R) представлений на рис.4. Криві поширення узагальнюють результати численних польових вимірювань, виконаних в Європі та Північній Америці. Вони побудовані для різних діапазонів (від 100 МГц до 2000 МГц) і при різних висотах підвісу передавальних антен (від 10 м до 1200 м). Рекомендації з користування такими експериментальними кривими представлені в ETSI TR 101 190 v.1.2.1 (2004-11) для систем побудованих за стандартом DVB-T і в ETSI TR 102 377 v.1.2.1 (2005-11) для DVB-H систем.

При побудові кривих прийнято, що потужність, яку випромінює передавачем, становить 1 кВт, а коефіцієнт посилення передавальної антени складає 0 dB (полуволновой диполь). Висота установки прийомної антени для всіх випадків прийнята h = 10 м. Щоб вирахувати, яку напруженість створить конкретний передавач на заданій відстані, потрібно по кривій розповсюдження для реальної висоти підйому передавальної антени визначити значення напруженості поля і додати (алгебраїчно) значення ефективно випромінюваної потужності (в dB щодо кВт).

Так, наприклад, виходячи з умов прийому необхідне значення напруженості поля становить 40 dBμV / м. Необхідно розрахувати мінімальну гарантовану вихідну потужність передавача при коефіцієнті посилення передавальної антени в 8 dB і висоті її підвісу в 75 м. Втрати в живильному фідері становлять 1 dB. Користуючись кривими рис.11 знаходимо, що напруженості поля в 40 dBμV / м відповідає радіус покриття в 38 км. Потужність передавача визначається як: Р [дБ? КВт] = -8 + 1 = -7 дБкВт, що еквівалентно вихідної потужності передавача в 200 Вт (0,2 кВт). Зауважимо, що при збільшенні вихідної потужності до 2 кВт (тобто на 10 dB), еквівалентна (але не фактична, яка збільшується пропорційно збільшенню потужності передавача) напруженість поля складе 30 dBμV / м, що еквівалентно збільшенню радіуса зони покриття до 76 км (тобто в 2 рази в порівнянні з вихідним значенням), а потужність передавача повинна складати вже 22 кВт (замість 200 Вт). Виходячи з рис.4 можна помітити, що при збільшенні висоти підвісу передавальної антени до 300 м, для радіуса покриття в 80 км буде потрібно потужність передавача всього в 2 кВт.

Очевидно, що умови прийому в заданій точці визначаються напруженістю електричного поля. Як сама напруженість поля, так і можливість прийому сигналу залежать від цілого ряду чинників, основними з яких є:

§ Умови розповсюдження радіо хвилі.

§ Поляризація хвилі.

§ Робоча довжина хвилі.

§ Зона прийому (віддаленість від передавального телецентру).

§ Горбистій місцевості.

§ Висота підйому передавальної і приймальні антени.

§ Втрати в живильному фідері передавача.

§ Захисне відношення C / N.

Так, для F = 5 dB, П = 7,61 МГц (стандарт DVB-T), TA = 292 ° К (к.51), C / Nmin = 18 dB (див. табл.2) і коефіцієнта посилення приймальні антени GA = 14 dB, необхідний значення мінімальної напруженості поля складе Emin = 36,1 dBμV / м, що еквівалентно радіусу покриття в 32 км при використанні передавача в 200 Вт з коефіцієнтом посилення передавальної антени 7 dB і висотою її підйому 40 м.

З вище викладеного видно, що факторів, що впливають на радіус зони покриття, досить багато, що вимагає використання машинних методів розрахунку. В кінцевому вигляді всі розрахункові значення заносяться в бюджетну таблицю.

Висновок: Використовувана в DVB-T модуляція OFDM розбиває цифровий потік даних на велику кількість повільніших цифрових потоків, кожен з яких у цифровій формі модулюється рядом близько розташованих суміжних частот-носіїв. Мікросхеми пристроїв, що здійснюють модуляцію, можуть працювати з кількістю частот-носіїв, що дорівнює будь-якому ступеню двійки, тому було обрано найближче число - 8192 = 213, цей режим отримав назву «8k». Для прискорення прийняття стандарту вимоги до одночастотної мережі знизили, обмежившись числом носійних 2048 = 211, режим «2k». Зрештою, було прийнято єдину специфікацію «2k/8k». Стандартом використовуються два значення тривалості активної частини символів (Т) 224 мкс для режиму «2k» і 896 мкс для режиму «8k». Частотне рознесення становить 4464 Гц і 1116 Гц, число частот-носіїв (N) 1705 і 6817 відповідно.

---

Дата добавления: 2015-11-05