Стандарт DVB-H. Система мобильного ТВ вещания

Стандарт DVB-H (мобильное вещание) базируется на более раннем вышедшем стандарте DVB-T (цифровое эфирное вещание) в части расширения некоторых устанавливаемых параметров, ориентированных на условия приема цифровых сигналов в мобильных условиях.

Какие же задачи призвана решать система DVB-H? Основными из них являются:

• Экономия тока потребления аккумуляторной батареи мобильного терминала. Эта задача явилась определяющей при формировании концепции мобильного вещания.
• Устойчивый мобильный прием в движении, в том числе на больших скоростях.
• Возможность приема при многолучевом распространении сигнала, особенно в комнатных условиях.
• Полная совместимость с уже существующими сетями DVB-T.

Концептуальная структура DVB-Н приема представлена на рис.1, а структурная схема примера использования системы DVB-H для передачи IP-услуг представлена на рис.2.

Главные отличия от DVB-T заложены в канальном уровне (т.е. уровне, выше физического уровня). Прежде всего - это квантование по времени (Time Slicing) и введение упреждающей коррекции ошибок (MPE - FEC), что позволило резко увеличить вероятность приема в сравнении с DVB-T.

Принцип временного уплотнения, позволяющего существенно экономить токопотребление DVB-H терминала, показан на рис.3, из которого видно, что полезная информация передается/принимается с большой скоростью (например, 10 Мбит/с), но в очень короткий промежуток времени в сравнении со временем ожидания. Для качественного воспроизведения DVB-H TV услуги вполне достаточна скорость цифровой информации в 250 кбит/с. Таким образом, отношение времен отключения приемника и его работы составляет 40 (10/0,25 = 40), что эквивалентно экономии энергии порядка 90%.

Стандартом DVB-H в дополнение к существующим режимам 2k и 8k (для DVB-Т) добавлен промежуточный режим 4k (см. табл.1), как наиболее адаптированный для работы в ячейке среднего размера SFN сети.

В табл.2 и 3 представлены расчетные значения цифровых потоков для разных форматов модуляции (табл.2) и длительностей используемых интервалов.

Условные рекомендации по использованию того или иного режима могут быть сформулированы следующим образом:

• Режим 8k – для использования SFN сетях любого размера (больших, средних и малых) и допускает наличие Допплеровского сдвига по частоте при высокоскоростном приеме (т.е. прием осуществляется в движении).
• Режим 4k – для мало- и средне-размерных SFN сетей при значительных Допплеровских частотных сдвигах. Пригоден для приема на очень высоких скоростях.
• Режим 2k - для малоразмерных SFN сетей. Гарантирует уверенный мобильный прием при самых высоких скоростях в движении (т.е при весьма значительных Допплеровских сдвигах по частоте).

Компромиссное решение режима 4k позволяет обеспечить как портативный, так и мобильный прием при наиболее жестких условиях. Наиболее пригодной модуляционной схемой для DVB-H является формат 16 QAM со скоростью кодирования CR = 1/2 или CR = 2/3, которые обеспечивают достаточную пропускную способность для DVB-H услуг при приемлемом отношении несущая/шум (C/N).

Построение DVB-H сетей экономически целесообразно осуществлять на базе уже существующей DVB-T сети при использовании иерархического режима. Иерархическая модуляция допускает передачу двух независимых потоков, имеющих различные рабочие характеристики и скорости передачи данных в одном и том же физическом ВЧ канале (т.е. в полосе 7,61 МГц). В этом случае транспортный поток (TS) канала с высоким приоритетом (НР) обладает помехозащищенностью, близкой к формату QPSK (т.е. максимально возможной). Иерархическая модуляция является самой рентабельной, т.к. она обеспечивает наибольшую эффективность спектра.

Например, в одном физическом канале (П = 8 МГц) могут передаваться два потока:

• Низкоприоритетный поток (LP): 64 QAM; SR = 11,06 Мбит/с и C/N_треб ? 18,2 dB.
• Высокоприоритетный поток (НР): QPSK; SR = 5,53 Мбит/с и C/N_треб ? 8,7 dB (Рэлеевский канал приема).

Таким образом, полная скорость составит 16,59 Мбит/с, но разница между НР и LP потоками в части C/N составляет около 10 dB. Это означает, что HP поток будет охватывать существенно большую зону охвата при равных условиях приема.

Иногда, на практике выигрыш при иерархической сети от НР и LP потоков используют и при передаче того же самого контента (рис.4). В силу этого, при выборе DVB-T/H модулятора необходимо обязательно обратить внимание на возможность его поддержки иерархического режима модуляции.

Остановимся коротко на возможностях передачи параллельных услуг в элементарных потоках. Параллельные элементарные потоки – это способ организации услуги во времени/домена информационного TS. Простейшей технологией организации DVB-H потока является организация его в последовательных пакетах с одним элементарным потоком одновременно, как это показано на рис.5. Услуги различных размеров (выделены цветом) располагаются одна за другой (т.е. последовательно) в пределах длительности цикла одного интервала времени. В следующем интервале услуги повторяются по времени. При такой последовательной передаче все услуги имеют одинаковую максимальную (пакетную) пропускную способность.

Однако, те же самые сервисные услуги могут быть организованы и многими другими способами, как это показано на рис.6. Услуги могут быть расположены одна над другой (разная скорость при равной длительности передачи).

Таким образом, количество передаваемой информации (общая площадь) будет тем же самым, а вот способ, которым они передаются – другим.

Одной из причин иметь две или более параллельных услуг является одновременное получение их во времени. Параллельный прием позволяет уменьшить мощность потребления терминала вследствие того, что обычно приемник тратит 50-100 мс при каждом включении для приема новой услуги.

Данный материал не является ни учебным, ни справочным материалом. Он носит только краткий информационный характер, в силу чего некоторые аспекты DVB-H вещания упущены (например, особенности сетевого планирования, особенности построения ретрансляторов и т.п.). Наиболее же важным моментом при построении любой сети вещания является расчет зоны покрытия.

Расчет зоны покрытия сводится к двум моментам:

• расчет минимальной напряженности электрического поля Е_min, при которой еще возможен прием сигнала с заданной вероятностью ошибки (BER);
• расчет напряженности поля в любой точке приема при известной эффективно излучаемой мощности передатчика Р_ЭИМ, высоте подъема передающей антенны, имеющемся ландшафте, времени года, погодных условиях и т.п.

Приравняв эти два значения напряженности поля, находят “дальность” действия передатчика в заданном направлении.

Не вдаваясь в математические выводы, можно констатировать, что минимальная напряженность поля для диапазона ДМВ зависит от коэффициента шума мобильного терминала F, коэффициента удаления приемной антенны G_a, несущей частоты f и требуемого C/N:

Коэффициент усиления приемной антенны мобильного терминала невысок по своему значению (типовые значения -5…-10 dB). Для расчета зоны покрытия различают также портативный и мобильный прием, внутри- или внешне-домовой прием, допустимую скорость перемещения мобильного терминала, вероятность приема и т.п.

В силу этого различают четыре класса приема:

• Класс А (вне-домовой прием) и класс В (прием внутри помещения) для портативного приема;
• Класс С (вне-домовой прием) и класс D (внутри-домовой прием) для мобильного приема.

Не вдаваясь в математические расчеты, приведем только конечные расчетные значения минимально допустимой медианной напряженности поля Е_мед.min для коэффициента шума мобильного терминала в 6 dB.

См. также:
Стандарт DVB-T
Стандарт DVB-C