Стандарт DVB-T

Ключевым вопросом при разработке стандарта DVB-T является выбор типа модуляции - одночастотная или многочастотная. К моменту разработки стандарта американцы уже выбрали свой стандарт ATSC с одночастотной схемой модуляции 8-VSB (однополосная амплитудно-импульсная модуляция). Система 8-VSB ATSC была разработана специально таким образом, чтобы к каждому существующему в США передатчику аналоговой системы NTSC (система вещания США в аналоговом формате) можно было подключить дополнительный цифровой передатчик с обеспечением сопоставимых зон охвата вещанием при фиксированном или, возможно, переносном приеме.

Японцы пошли по собственному пути и остановились на стандарте ISDB-OFDM (частотное распределение ортогональных несущих в сегментах спектра). Система ISDB-T близка к системе DVB-T, но обладает несколько расширенными возможностями передачи служб мультимедиа и по использованию радиоспектра в виде нескольких сегментированных полос частот, для каждой из которых могут быть установлены свои типы модуляции и корректирующего кодирования.

Система DVB-T была разработана с заложенным свойством существенной гибкости, обеспечиваемой за счет опций выбора широкого набора параметров, с целью адаптации ко всем каналам в режимах работы, включая фиксированный, мобильный и переносной приемы, а также построение одночастотных сетей. Среди всех существующих систем цифрового наземного ТВ вещания, система DVB-T развивается наиболее динамично. Система DVB-T завоевывает все больше сторонников, поскольку обеспечивает высокое качество среди всех возможных применений. Успехам семейства систем DVB-T, - S, -С способствует широкая стандартизация всех субсистем и технологий, которые могут найти применение не только сегодня, но и в отдаленной перспективе с учетом прогресса других телекоммуникационных систем и изменения структуры и конъюктуры рынка.

Системы DVB-T, ATSC и ISDB-T в основном различаются уровнем подсистемы адаптации к каналу вещания, в частности, применяемыми в них методами и параметрами цикловой синхронизации, корректирующего кодирования и модуляции, а также алгоритмами кодирования звукового сигнала. Полосы же и диапазоны частот радиоканала в базовых вариантах систем совпадают с принятыми для аналогового вещания в странах-разработчиках. Все эти системы используют методы мультиплексирования и формирования транспортных пакетов, соответствующих требованиям стандарта MPEG-2. Небольшие отличия связаны с выбором набора системных команд и обеспечиваемых функций, которые определяются передачей конкретных данных сервисной информации. Однако эти различия не носят принципиального характера, т.к. не препятствуют возможности создания единого декодера для всех видов систем. Поток транспортных пакетов перед передачей по каналу подвергается различным преобразованиям и аранжируется в кадры данных, специфические для каждых из систем.

Система DVB-T определяется как функциональный блок оборудования, обеспечивающего адаптацию цифрового ТВ сигнала, представленного в основной полосе частот на выходе транспортного мультиплексера MPEG-2, с характеристиками стандартного наземного радиоканала вещания, имеющего ширину полосы частот 8 МГц. При этом используется передача сигналов по многочастотной схеме модуляции с частотным распределением ортогональных несущих (OFDM). В одном символе OFDM может содержаться 1705 или 6817 ортогональных несущих с условным наименованием режимов соответственно “2k” или ”8k”. Каждая из несущих модулируется низкоскоростным цифровым потоком, являющимся частью общего транспортного потока системы, а в качестве первичных видов модуляции для различных условий применения используются форматы QPSK, 16 QAM и 64 QAM.

В зависимости от выборной схемы передачи в системе DVB-T могут формироваться три группы сигнальных созвездий: равномерные для иерархической передачи (используются QPSK, 16 QAM и 64 QAM) и неравномерные с двумя возможными коэффициентами неравномерности α=2 и α=4 (используются 16 QAM и 64 QAM). Модулированные узкополосные ортогональные несущие объединяются в пределах базовой полосы канала в группу COFDM. При модуляции несущих (при отображении битовых комбинаций в точке сигнального созвездия) для двух старших разрядов используется преобразование натурального кода в код Грея.

для увеличения изображения кликните по нему

В ТВ радиоканале спектр системы DVB-T за счет использования схемы модуляции OFDM имеет очень хорошую прямоугольность. Полная спектральная плотность мощности модулируемых несущих OFDM является суммой спектральных плотностей мощности множества несущих. Теоретический спектр сигнала OFDM для канала с полосой 8 МГц показан на рис.1, а обобщенная структурная схема системы DVB-T – на рис.2.

Следует добавить, что для каждой из систем цветности (см. рис.3) оговариваются свои защитные внеполосные спектральные маски (допустимая внедиапазонная спектральная плотность мощности, выраженная в dB). При этом существует понятие критичной и некритичной маски.

Некритичная маска используется при работе с соседним аналоговым каналом. Обладает минимальными защитными требованиями по отношению к аналоговому каналу и используется в случаях, если:

• нет поляризационных различий между аналоговым и цифровым каналами;
• мощностные составляющие этих двух передатчиков равны (т.е. пиковая аналоговая мощность Р_А равна усредненной цифровой мощности P_D).

Если выходные мощности не равны, то критичные точки маски (рис.3) должны быть скорректированы в пропорции к крайним мощностным различиям посредством корректирующего коэффициента С:

(1)

Критичная маска используется в случаях, когда DVB-T передатчик используется совместно с другими видами услуг (низко мощностными или работающими только на прием) в соседних каналах. В этих случаях требования по избирательности (вне канальное подавление) существенно выше, чем в случае некритичной маски (рис.4).

Номинальная центральная частота f c ВЧ сигнала во всех случаях определяется выражением:

(2)

В выражении (2) центральная частота ВЧ сигнала указана для диапазона ДМВ с полосой канала 8 МГц. Для улучшения совместного использования спектра, допускается смещение центральной частоты f_с.

В системе DVB-T на выходе тракта внешнего кодирования и перемежения образуется поток кодированных пакетов длиной по 204 байта: 1 байт синхронизации, 187 байтов перемеженных данных транспортных пакетов и 16 байтов внешней кодозащиты. После внутреннего кодирования длина пакета возрастает пропорционально выбранной кодовой скорости сверточного кода. Полученный результирующий поток битов в процессе модуляции преобразуется в символы сигнала OFDM, которые организуются в кадры (см. рис.2). Четыре кадра образуют один суперкадр. Каждый символ OFDM содержит 6817 несущих в режиме 8k и 1705 несущих в режиме 2k. Число несущих полезных данных является неизменным от символа к символу и за вычетом служебных несущих составляет 6048 несущих в режиме 8k и 1512 несущих в режиме 2k.

Символ OFDM состоит из двух частей: полезной части и защитного интервала. Защитный интервал предшествует полезной части и является циклическим префиксом адекватной по длительности последней части символа. Справочные сведения по параметрам кадра и значениям защитных интервалов в системе DVB-T приведены в табл.1 (OFDM).

В табл.2 представлены требуемые минимальные значения C/N (отношение несущая/шум) неиерархической передачи для достижения BER = 2×10^-4 на выходе декодера Viterbi (расчетные теоретические значения) для всех комбинаций скоростей кодирования и типов модуляции.