multiple plp что это такое

Регионализация телеканалов первого мультиплекса

Принятие федеральной целевой программы “Развитие телерадиовещания в Российской Федерации на 2009–2018 годы”, поставившей задачу перехода от аналогового к цифровому вещанию, потребовало разработки алгоритма формирования единого сигнала мультиплекса, содержащего региональные вставки в сигналах федеральных общедоступных телеканалов. При этом регионализация контента должна присутствовать в федеральных каналах “Россия-1”, “Россия-24” и “Радио России” повсеместно, а на Первом канале, “Матче”, НТВ и “ТВ Центре” регионализация контента должна осуществляться в Санкт-Петербурге.

Разработка федеральной целевой программы по переходу к цифровому эфирному телевидению началась, когда действовал стандарт первого поколения – DVB-T. Поэтому первые решения по регионализации телерадиовещания начали разрабатываться применительно к нему, что порождало определенные трудности.

Так, на участке тракта прохождения сигнала цифрового телевизионного вещания с момента формирования транспортного потока MPEG-2 и непосредственно до самого передатчика никакой модификации не допускалось, так как из-за этого могли нарушиться метки синхронизации, что привело бы к потере синхронизации передатчиков в SFN-сети. На раннем этапе цифровизации в период внедрения стандарта DVB-T вещание региональных вставок предполагалось организовать путем модификации единого транспортного потока первого мультиплекса. Для этого требовалось демультиплексировать весь поток в региональном центре формирования мультиплекса, осуществить вставку регионального контента в телеканалы (сплайсинг) и провести повторное формирование транспортного потока с региональными вставками для последующей передачи сигнала через космический аппарат до всех объектов вещания в регионе, так называемый “второй переподъем”.

Таким образом, в случае использования стандарта DVB-T для каждого из 83 регионов необходимо было бы сформировать свою версию мультиплекса и передать через космический аппарат, для чего потребовались бы значительные емкости спутниковых сетей связи, что снижало эффективность использования российского орбитального-частотного ресурса в целом. Весьма существенными были бы и затраты вещателей на распространение сигнала. Схема формирования регионализированного сигнала методом второго переподъема приведена на рис. 1.

В настоящее время для целей организации вещания региональных вставок в рамках федеральной целевой программы “Развитие телерадиовещания в Российской Федерации на 2009–2018 годы” в РТРС созданы 83 региональных центра формирования мультиплексов (РЦФМ). Это аппаратно-программные комплексы, обеспечивающие прием телерадиопрограмм со спутников и из местных студий, их обработку, включение местных врезок, формирование и последующую подачу пакета каналов на спутниковые и наземные распределительные региональные сети связи.

Нам, можно сказать, повезло. Задержавшись на старте, мы приступили к реализации программы перехода на цифровое эфирное телевидение, когда на смену стандарту DVB-T пришел стандарт DVB-Т2. Здесь уже появилась возможность реализовать вариант с распределенной модификацией единого сигнала мультиплекса на объектах вещания.

Особенностью стандарта DVB-T2 является возможность формирования внутри одного единого цифрового потока мультиплекса нескольких независимых потоков физического уровня с разными параметрами модуляции и уровнями помехозащищенности, так называемых PLP (Physical Layer Pipe). Единый поток, содержащий потоки отдельных PLP, называется “T2-MI-поток”. Тем самым телеканалы в мультиплексе могут быть разделены на несколько независимых групп.

С целью эффективного использования возможностей, заложенных в стандарт, специалистами РТРС совместно с производителями цифрового телевизионного оборудования было найдено оптимальное техническое решение, позволяющее осуществлять доставку потока T2-MI до передатчиков по спутниковым и наземным линиям связи. Решение основано на применении технологии распределенной модификации телеканалов и радиоканалов, где вставка регионального контента осуществляется в региональном центре формирования мультиплекса, а формирование сигнала мультиплекса с региональными вставками осуществляется на объектах вещания. Сравнительная схема формирования сигнала методом второго переподъема и методом распределенной модификации приведена на рис. 2.

Технология распределенной модификации программ

Технология распределенной модификации программ (ТРМ) – техническое решение, основной целью которого является синхронная замена информации непосредственно перед каждым из передатчиков. В основе ТРМ – предусмотренный в стандарте DVB-T2 режим Multiple PLP (Multiple Physical Layer Pipes), позволяющий, как сказано выше, передавать в одном частотном канале несколько независимых физических потоков. При этом отдельный PLP при ТРМ используется не для организации канала с другим уровнем помехозащищенности, как предполагалось стандартом, а для разделения телеканалов, содержащих региональные вставки (регионализируемых телеканалов), и телеканалов, для которых транслируются федеральные версии (нерегионализируемых телеканалов). Схема распределенной модификации телеканалов приведена на рис. 3.

В федеральном центре формирования мультиплекса в Москве формируется T2-MI-поток, содержащий федеральные версии всех телеканалов. Все телеканалы в T2-MI-потоке разделены на три PLP. В одном PLP объединены телеканалы и радиоканалы, которые будут транслировать только федеральную версию. В двух других PLP объединены телеканалы и радиоканалы, в которые будет необходимо вставлять региональный контент. В связи с тем, что региональная версия телеканала “Россия-24” транслируется не во всех регионах, указанный телеканал передается в отдельном PLP. Тем самым сигнал мультиплекса, сформированный из трех PLP, передается через спутниковые и наземные линии связи до каждого объекта вещания.

В региональных центрах формирования мультиплекса осуществляется прием T2-MI-потока с космического аппарата или по наземным линиям связи, выполняется демультиплексирование потока, после чего производится вставка региональных блоков в сигнал соответствующих федеральных телеканалов и радиоканалов. Далее формируется усеченный мультиплекс, содержащий только регионализируемые телеканалы и радиоканалы, и по наземным или спутниковым линиям связи передается до всех объектов вещания в регионе.

На каждом объекте вещания устанавливаются по два спутниковых приемника для приема федеральной версии мультиплекса и усеченной региональной версии мультиплекса, состоящей только из регионально модифицированных телеканалов. В радиотракте перед каждым передатчиком устанавливается специальное устройство – реплейсер, которое замещает федеральную версию телеканала версией с региональными вставками. Разделение всех телеканалов в мультиплексе на три PLP позволяет провести замещение регионализируемыми телеканалами без воздействия на сигналы телеканалов, транслирующих федеральные версии. Тем самым на выходе реплейсера формируется сигнал из трех PLP, где соответствующие телеканалы и радиоканалы уже содержат региональные вставки, после чего сигнал излучается в эфир для приема на абонентские антенны телезрителей.

За счет применения ТРМ решается так называемая проблема второго переподъема для телеканалов, контент которых не изменяется. Вещатели федеральных версий не тратят финансовые средства на формирование и доставку до передатчиков региональных версий других вещателей. Внедрение ТРМ позволяет помимо оптимизации затрат вещателей обеспечить рациональное использование орбитально-частотного ресурса, когда второй раз, через космический аппарат, осуществляется передача лишь региональных версий телеканалов. Соответственно, чем меньше телеканалов подвергается региональной модификации, тем меньше задействована спутниковая емкость. При региональной модификации двух телеканалов из десяти транслируемых в первом мультиплексе экономия спутниковой емкости относительно варианта с двойным переподъемом достигает порядка 70–80% с учетом необходимости передачи служебной информации, которая требуется для разделения единого потока из десяти телеканалов на три PLP.

Разработку реплейсеров осуществляют различные компании, но РТРС требовалось решение, которое можно использовать не только в спутниковом сегменте, но и для доставки сигнала до передатчиков по наземным линиям связи, в частности по IP-сетям. В связи с разной обеспеченностью населенных пунктов России линиями связи для доставки сигнала до объектов вещания целесообразно использовать спутниковые линии связи в сочетании с наземными или радиорелейными линиями связи, используемыми в четырех субъектах Российской Федерации.

Недостатком системы, базирующейся на использовании потоков T2-MI, является то, что она не адаптирована под использование в IP-сетях. При доставке по наземным каналам связи IP среда является важной составляющей, которую можно рассматривать в качестве резерва для основных систем доставки.

В целях создания универсальной системы трансляции регионального контента независимо от среды доставки РТРС в 2014 году выступила с инициативой о разработке совместимого с уже имеющимся технологического решения, оптимизированного для работы с IP-сетями передачи данных. Инициативу РТРС поддержал один из ведущих производителей телевизионных передатчиков – ООО “Триада” и французский производитель модуляторов TeamCast. В 2015 году начались совместные работы по поиску такого решения, и по мере получения тестовых образцов системы была организована опытная зона в Липецке. В ходе испытаний новое оборудование успешно производило регионализацию, используя IP-сеть для подачи регионального потока к передатчикам. Транспортный поток, состоящий из трех PLP и предназначенный для региональной модификации телеканалов, получил название IP-MI.

По результатам успешных испытаний новое решение будет внедряться на сети РТРС для трансляции региональных вставок в составе телерадиоканалов первого мультиплекса. Применение нового решения позволяет использовать сочетание спутниковой и наземной доставки сигнала до объектов вещания в рамках одночастотной зоны, что увеличивает устойчивость функционирования сети и снижает финансовую нагрузку на вещателей.

До конца текущего года будет организовано вещание региональных вставок в составе телеканалов “Россия-1”, “Россия-24” и радиостанции “Радио России” в 41 субъекте Российской Федерации, которые были определены РТРС в тесном взаимодействии с ВГТРК.

Ими стали: Алтайский край, Амурская, Архангельская, Белгородская, Брянская, Волгоградская, Воронежская области; Еврейская автономная область, Забайкальский край; Иркутская, Калининградская области; Краснодарский и Красноярский края; Курская, Ленинградская, Московская, Мурманская, Нижегородская, Новосибирская, Оренбургская, Пензенская области; Пермский край; Приморский край и Хабаровский край. Республики: Горный Алтай, Дагестан, Карелия, Северная Осетия – Алания, Татарстан, Тыва и Хакасия; Ростовская, Самарская, Саратовская, Томская, Тульская, Тюменская области; Удмуртская Республика, Челябинская область, Чеченская Республика и Ярославская область.

Остальные субъекты Российской Федерации получат региональные версии телеканалов в 2018 году, что ознаменует собой завершение федеральной целевой программы “Развитие телерадиовещания в Российской Федерации в 2009–2018 годах”.

Источник

Общий обзор стандарта DVB-T2

Консорциум DVB (расположен в Европе) разработал технологию DVB-T2, как расширение существующего стандарта DVB-T для обеспечения более эффективного использования частотного ресурса за счет интеграции передовых технологий обработки сигналов. При использовании нового стандарта ожидается до 50% увеличения скорости передачи данных при работе в той же полосе частот.

Основные особенности DVB-T2

Спецификация разработана прежде всего для приема на фиксированные наружные антенны и имеет такие же характеристики частотного спектра, как и у DVB-T, что предполагает возможность обратной совместимости с существующей инфраструктурой вещания.

Как и DVB-T, DVB-T2 использует модуляцию OFDM (ортогональное частотное уплотнение) и предоставляет набор режимов с разным количеством несущих (1k, 2k, 4k, 8k, 16k, 32k, 16k раширенный, 32k расширенный) и созвездиями модуляции (QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM). Для защиты от ошибок DVB-T2 использует LDPC (проверка на чётность с низкой плотностью) и кодирование BCH (БЧХ — Боуза-Чоудхури-Хоквингхема). Новая техника, известная как повернутые созвездия, была введена для обеспечения дополнительной устойчивости в определенных условиях.

Стандарт DVB-T2 также требует внимательного обслуживания передающего оборудования. В частности в режиме 32k, генерируются высокие пики по мощности и, таким образом, сводится к минимуму эффективность усилителя (или он может даже выйти из строя). Для ограничения этих пиков без потери информации в спецификацию стандарта была введена специальная характеристика, называемая уменьшением PAPR (отношения пиковой мощности к средней).

Сравнение DVB-T2 и DVB-T

Архитектура системы DVB-T2

Основным отличием между системами DVB-T2 от DVB-T является то, что мультиплексор должен быть подключен к T2 шлюзу. Этот T2 шлюз принимает один или несколько мультиплексов, то есть по одному на PLP, от мультиплексора и инкапсулирует их в немодулированные кадры. Далее T2 шлюз посылает этот контент модулятору DVB-T2 с помощью протокола интерфейса модулятора T2-MI.

Структура кадра DVB-T2

DVB-T2 заимствует концепцую PLP (или канала физического уровня), введенную в спецификации DVB-S2. PLP — это физический канал, который может передавать один или несколько сервисов. Каждый PLP может иметь различные скорости передачи данных и параметры защиты от ошибок. Например, можно разделить SD и HD сервисы на разные PLP. Другим примером является стандарт DVB-NGH (New Generation Handheld), который будет основан на возможности использования нескольких PLP для включения вещания мобильного телевидения поверх DVB-T2.

Стандарт DVB-T2 определяет несколько профилей:

При необходимости можно определить тип (1 или 2) для каждого PLP, а затем соединить в T2 кадре PLP разных типов.

T2 кадр начинается с преамбул P1 и P2. Ниже показана структура T2 кадра.

Интерфейс модулятора DVB-T2

T2 шлюз инкапсулирует данные в немодулированный (BaseBand) кадр. Эти BB кадры отправляются на DVB-T2 модулятор с помощью специального протокола интерфейса модулятора DVB-T2 MI, структура которого показана ниже.

Тестирование DVB-T2

Тестирование спецификации началось в Великобритании в июне 2008 года. BBC, вместе с вещательной сетью операторов Arqiva и National Grid Wireless, осуществил первую тестовую передачу в стандарте DVB-T2. В сентябре 2008 года на выставке IBC (Амстердам) на стенде DVB был показан ряд презентаций о последних технологиях, которые отмечали последнии достижения, сделанные консорциумом DVB в сфере цифрового наземного ТВ вещания (DTT). Посетители стенда впервые увидели HD контент, кодированный с помощью H.264, и поставляемый через действующую сквозную систему наземного ТВ вещания, используя технологии DVB-T2.

В первых демонстрациях DVB три HD канала вещались в одном мультиплексе, каждый кодировался со скоростью 11 Мбит/с последней версией кодера H.264. Сигнал декодировался последними разработанными BBC демодулятором и декодером H.264, а затем показывался на HD мониторе.

На второй презентации ENENSYS Technologies, NXP Semiconductors и Pace были отмечены за самые надежные характеристики оборудования DVB-T2. Целью этой сквозной демонстрации было показать, как стандарт позволяет обрабатывать вводимые шумы и интерференцию и в таких условиях успешно обрабатывать сигнал DVB-T2, обеспечивая отличный прием.

Первая действующая передача с несколькими PLP была выполнена во время PlugFest, организованным Mediabroadcast в июне 2010 года.

Технические испытания DVB-T2 в Великобритании

BBC и Ofcom работали над реализацией различных изменений, необходимых для модернизации первого мультиплекса в регионе Гранады. В эти работы входили и технические испытания DVB-T2, которые были направлены на проверку стандарта DVB-T2 и определение предпочтительного режима передачи для утверждения в Великобритании. Испытания, которые включали в себя как лабораторные тесты, так и передачи в эфире, также служили и для обеспечения сигналом DVB-T2 разрабатываемого приемного оборудования, которое также необходимо было протестировать.

Для этого передатчик был недавно установлен для тестового вещания в стандарте DVB-T2 с телевизонной башни Хрустального дворца. За этим последовало успешное завершение сквозных лабораторных тестов от источника сигнала к экрану приемника, что стало возможным благодаря тесному сотрудничеству между Arqiva и ENENSYS. ENENSYS предоставил аппаратный модулятор DVB-T2, работающий в режиме реального времени, который был подключен к передающему оборудованию Arqiva.

Эта амбициозная программа будет также поддерживать сообщество производителей DVB-T2, предоставляя тестовое эфирное вещание для тестирования и разработки новых продуктов. Прототипы приемников DVB-T2 в ближайшее время станут доступны и будут готовы для использования в пилотном техническом проекте в течение ближайших недель или месяцев.

Утверждение нового стандарта DVB-T2

Британский телекоммуникационный регулирующий орган Ofcom решил обновить один мультиплекс наземного цифрового телевидения (Multiplex B) для работы сервиса Freeview HD, используя стандарты DVB-T2 и MPEG-4. Модернизированный мультиплекс будет способен доставлять HD сервисы BBC, ITV и Channel4. Ожидается, что со временем будет возможна доставка шести HD сервисов. Первые сервисы были запущены во время цифрового перехода (DSO) 2 декабря 2009 года.

В Финляндии DNA Oy получила лицензию на работу двух мультиплексов DVB-T2. Испытание было начато в декабре 2009 года в городе Лахти. Запуск в Финляндии был выполнен в ноябре 2010 года.

В Швеции начали запуск 1 ноября 2010 года с пятью HD каналами.

В Италии Europa7 запустила семь HD каналов весной 2010 года.

В Замбии ZNBC запустила 10 платных ТВ сервисов 1 июля 2011 года.

В некоторых странах, например, в Австрии, Турции, Сербии, Чехии, Индии, ЮАР, Кении, Шри-Ланке, Сингапуре, Словакии, России, Таиланде, Вьетнаме,Малайзии, Австралии уже утвердили или серьезно рассматривают DVB-T2.

Источник

Основные особенности стандарта цифрового телевидения DVB-T2

Формат DVB-T2 является улучшенным и функционально расширенным последователем формата DVB-T. Сравнительные характеристики обеих систем, заимствованные из соответствующих стандартов, представлены в табл. 1.

В DVB-T2 [1] сохранены основные идеи обработки цифрового сигнала, реализованные в DVB-T: скремблирование, перемежение, помехоустойчивое кодирование, тип модуляции, но при этом каждый вид обработки данных усовершенствован и дополнен.

Две ключевые технологии DVB-T2 заимствованы из стандарта DVB-S2 [2], а именно:

В DVB-T2 заголовок ВВ-кадра (рис. 1) содержит информацию о характере данных. Затем идут собственно цифровые данные ВВ-кадра, после чего следуют контрольные биты помехоустойчивого кодирования LDPC (LowDensityParityCheckCodes). Для устранения ошибок, оставшихся после LDPC-декодирования, информационные цифровые данные дополнительно защищаются коротким BCH-кодом (код Боуза – Чоудхури – Хоквенгема).

Полная длина кадра с битами помехоустойчивого кодирования FEC (ForwardErrorCorrection) составляет 64 800 бит. При этом доля бит помехоустойчивого кодирования может колебаться от 15 до 50% от общего их числа в FEC-кадре. Допускается и более короткий вариант FEC-кадра длиной в 16 200 бит. Он может применяться для уменьшения задержек при приеме услуг. Данные, передаваемые внутри ВВ-кадра, как правило, представляют собой последовательность транспортных пакетов стандарта MPEG-2. В то же время поля сигнализации в заголовке BB-кадра полностью совместимы с системой инкапсуляции IP-пакетов по DVB-протоколу под названием Generic-StreamEncapsulation (GSE). Тестовая имитация работы помехоустойчивого кодирования на базе контрольных битов LDPC показала существенное повышение помехозащищенности по сравнению с защитой цифровых данных, используемой в DVB-T, то есть по сравнению со сверточным кодированием (СК). Зависимости коэффициента битовых ошибок (BER) от отношения “сигнал/шум” представлены на рис. 2. Здесь приведены сравнительные данные для обоих случаев.

Видно, что коды LDPC и BCH обеспечивают более высокую помехоустойчивость, чем коды РС и СК, что позволяет передавать большее количество информации в канале. В DVB-T2 дополнительно введены относительные скорости кодирования 3/5 и 4/5. Выигрыш в отношении “сигнал/шум” за счет использования новых методов помехоустойчивого кодирования для стандарта DVB-T2 при идентичном значении BER составляет примерно 5 дБ.

Кроме помехоустойчивого кодирования, в системе DVB-T2 используется три каскада перемежений. Это практически гарантирует, что искаженные элементы, в том числе при пакетных ошибках, после процедуры деперемежения, выполняемой в декодере, будут раскиданы по FEC-кадру. Это должно позволить декодеру LDPC выполнить восстановление исходных данных без искажений. Перечислим каскады перемежения:

Ряд опций (новые размерности FFT, величины защитных интервалов, а также новые варианты расположения пилот-сигналов) введен для получения лучшей оптимизации параметров радиоканала в зависимости от его изменяющихся характеристик.

В DVB-T2 [3] инкапсуляция данных может выполняться не только в транспортном потоке MPEG-TS, но и в транспортном потоке общего назначения GSE (GenericStreamEncapsulation), что позволяет снизить объем передаваемой служебной информации и сделать адаптацию транспортного потока к сети более гибкой. По сравнению с DVB-T в DVB-T2 привязки к какой-либо структуре данных на уровне транспорта не существует.

В DVB-T вся полоса частот радиоканала используется для передачи одного транспортного потока (однопоточный режим работы). В отличие от этого в DVB-T2 применяется концепция каналов физического уровня PLP (PhysicalLayerPipes) – передача в одном канале нескольких логических каналов. В DVB-T2 возможны два режима работы: с передачей одного PLP – режим A (single PLP), с передачей нескольких PLP (multi PLP) – режим B. В режиме B несколько транспортных потоков передаются одновременно, причем каждый из них помещается в свой канал физического уровня PLP. Это позволяет обеспечить сосуществование в одном радиоканале услуг (данных), передаваемых с разной степенью помехозащищенности за счет выбора в них разных режимов модуляции и помехоустойчивого кодирования (рис. 3). Иными словами, оператор может выбирать разную скорость передачи цифровых данных, разную помехозащищенность и соответственно разный объем цифровых данных (информации), передаваемых в каждом канале физического уровня PLP. Приемник же декодирует только выбранный PLP и отключается на время передачи других PLP, которые не интересуют абонента, что обеспечивает энергетическую экономию.

В одночастотных сетях DVB-T2 может поддерживаться технология MISO (MultipleInput – SingleOutput), использующая кодирование Аламоути. В этом случае данные одной и той же программы распределяются по множеству несущих частот. Формат DVB-Т2 включает также возможность раздельного приема сигналов от двух передатчиков. В тех случаях когда приемнику доступен сигнал сразу от двух передатчиков, например при приеме на ненаправленную антенну в небольшой одночастотной сети, это может значительно улучшить работу системы: возможность без потерь разделить и отдельно декодировать сигналы, принятые от двух разных эфирных передатчиков. Предварительные расчеты показали, что эта техника позволяет увеличить зону покрытия небольших одночастотных сетей до 30%.

В системе DVB-Т2 выбран вариант OFDM-модуляции с защитными интервалами (GI-OFDM), который используется и в системе DVB-T. В GI-OFDM каждый блок цифровых данных передается на большом количестве ортогональных несущих частот, модулируемых одновременно по фазе и амплитуде (модуляция OFDM/QAM). При этом формат DVB-T предусматривает только два режима работы модулятора – 2K и 8K (K = 1024). Эти цифры отражают размерность обратного преобразования Фурье (IFFT), используемого для формирования сигнала с множеством ортогональных несущих частот. Однако фактическое количество несущих частот, используемых для передачи цифровых данных, несколько меньше. Для защиты сигналов модулированных несущих частот (то есть каждой несущей частоты, используемой для передачи данного символа) от возможных искажений в условиях многолучевого распространения введено дублирование конца каждого OFDM-символа в защитном интервале, предшествующем его передаче, что показано на рис. 4.

Длина защитного интервала OFDM-символа выбирается в зависимости от протяженности радиоканала и других параметров сети передачи. Более длинные защитные интервалы требуются в одночастотных вещательных сетях, где сигналы с соседних передатчиков могут приходить в точку приема со значительным запаздыванием относительно основного сигнала. Защитный интервал представляет собой надстройку, съедающую долю транспортного ресурса. В DVB-T эта надстройка может занимать до 1/4 общего объема передаваемых данных. Для удлинения защитного интервала без увеличения его доли в общем объеме данных в DVB-Т2 были введены два дополнительных режима работы при формировании OFDM-символа. Это режимы 16K и 32K (для увеличения числа ортогональных несущих частот). Рис. 5 иллюстрирует переход к режиму с большим числом несущих частот в OFDM-символе. При этом, что важно, длина защитного интервала OFDM-символа сохраняется прежней, но его доля в общей длительности OFDM-символа снижается.

Максимальная длительность защитного интервала в системе DVB-Т2 имеет место в режиме 32K при соотношении защитного интервала GI и длины всего символа, равной 19/128. В этом случае длительность защитного интервала GI превышает 500 мкс, что вполне достаточно для строительства крупной одночастотной сети. Таким образом, формат DVB-Т2 предлагает более широкий ряд размерностей FFT и защитных интервалов:

Как уже отмечалось выше, каждая несущая частота OFDM-символа модулируется по фазе и амплитуде. В системе DVB-T каждый символ модуляции содержит шесть разрядов при модуляции OFDM/64-QAM, в отличие от этого в DVB-T2 наибольшая длина символа модуляции составляет восемь разрядов (модуляция OFDM/256-QAM). Несмотря на то что этот тип модуляции более чувствителен к ошибкам, обусловленным шумом канала, тестовые испытания показали, что применение помехоустойчивого кодирования LDPC в FEC-кадре обеспечивает 30%-ное увеличение эффективности использования канала по сравнению с DVB-T.

Для увеличения пропускной способности канала, кроме введения режима модуляции OFDM/256-QAM и размерностей быстрого преобразования Фурье (FFT) 16K и 32K, также добавлены новые значения защитных интервалов: 1/128, 19/128, 19/256. Заметим, что появившиеся в DVB-Т2 новые режимы работы (16K и 32K) имеют более крутой спад внеполосных составляющих, чем это свойственно режиму 2K. Это обстоятельство (рис. 6) позволяет размещать несущие соседних каналов ближе к стандартной спектральной маске излучения, которая накладывается на сигналы DVB-Т в полосе 8 МГц, или соответственно увеличивать пропускную способность радиоканала с полосой частот 8 МГц.

В системах с OFDM-модуляцией, как известно, используются распределенные пилот-сигналы. Они представляют собой модулированные несущие частоты, определенным образом разнесенные по частоте и во времени. Приемнику известны параметры модуляции пилот-сигналов. В DVB-T каждый двенадцатый модулированный элемент OFDM-символа является пилот-сигналом, они занимают в общей сложности 8% в общем объеме данных. Эта пропорция используется при любых вариантах защитных интервалов в системе DVB-T. Однако для меньших защитных интервалов добавка пилот-сигналов в количестве 8% оказывается избыточной. В отличие от этого в системе DVB-T2 количество пилот-сигналов может варьировать и составлять 1, 2, 4 и 8% в общем объеме данных. В DVB-T2 варианты размещения пилот-сигналов внутри OFDM-символа динамически выбираются в зависимости от текущего состояния канала, что позволяет оптимизировать их количество. На рис. 7 показаны два возможных варианта размещения пилот-сигналов.

Более плотное размещение пилот-сигналов в OFDM-символе может использоваться для уменьшения требуемого для нормальной работы приемника отношения “сигнал-шум” или для улучшения синхронизации. В последнем случае пилот-сигналы модулируются псевдослучайной цифровой последовательностью. Выбор схемы размещения пилот-сигналов в OFDM-символе зависит от величины его защитного интервала.

Еще одним новшеством в DVB-T2 является вращение сигнального созвездия, позволяющее улучшить помехоустойчивость системы. В табл. 2 приведены значения угла поворота созвездия в зависимости от типа модуляции несущих частот OFDM-символа.

На рис. 8а изображено созвездие QPSK, а на рис. 8б – поворот этого созвездия. Нетрудно заметить, что каждый вектор такого созвездия (на рисунке точками показаны их вершины) после поворота приобретает свои индивидуальные координаты Ii и Qi, в то же время на диаграмме слева значения проекций для пар векторов совпали. В DVB-T2 в случае потери информации об одной из координат ее можно будет восстановить, поскольку каждому вектору соответствует своя уникальная проекция на ось Х. Очевидно, что одновременная потеря двух координат маловероятна. Каждая координата вектора сигнального созвездия обрабатывается в модуляторе отдельно, и они передаются в OFDM-сигнале также отдельно друг от друга, cмешиваясь с координатами сигнального созвездия другой несущей OFDM-символа, то есть координаты Ii и Qi одного и того же сигнального созвездия могут передаваться на разных OFDM-несущих и в разных OFDM-символах.

В результате перемежения координаты Ii и Qi передаются раздельно, что уменьшает вероятность их одновременной потери. Это существенно повышает помехоустойчивость системы. В приемнике координаты Ii и Qi опять объединяются, формируя исходное сигнальное созвездие, сдвинутое по кругу на определенный угол. Таким образом, если одна несущая или OFDM-символ будут потеряны в результате интерференции, сохранится информация о другой координате, что позволит восстановить символ, хотя и с более низким уровнем отношения “сигнал/шум”. При использовании неповернутого созвездия разнесение его координат Ii и Qi смысла не имеет, потому что символ может быть распознан только по сочетанию двух координат. Каждая из них в отдельности имеет много двойников, и уникально только их сочетание.

Поворот сигнального созвездия дает выигрыш в отношении “сигнал/шум” на несколько децибел (рис. 9), он может доходить до 5 дБ.

В качестве примера приведем также режимы работы с максимальной скоростью передачи цифровых данных. Для формата DVB-T это 8К, 1/32, 64-QAM, а для DVB-T2 – 32K, 1/128, 256-QAM (табл. 3).

Для увеличения расстояния между передатчиками необходимо использовать более длинные защитные интервалы (табл. 4).

Коммерческие требования к системе DVB-Т2 включают обеспечение различных уровней помехоустойчивости для разных видов услуг (блоков цифровых данных). Это достигается использованием разных схем модуляции и вариантов помехоустойчивого кодирования.

Значительную долю эксплуатационных расходов составляет стоимость электроэнергии, потребляемой передатчиками. OFDM-сигналы характеризуются относительно высоким отношением пиковой и средней мощностей (PAPR). Для уменьшения этого отношения в DVB-Т2 дополнительно включены две технологии, позволяющие снизить отношение PAPR примерно на 20%. А это, в свою очередь, существенно снижает расходы на электропитание, так как чем меньше значение PAPR, тем выше коэффициент полезного действия передатчика.

Речь о следующих двух технологиях:

Оба способа могут использоваться одновременно. Однако второй способ предпочтительнее для созвездий с меньшим числом векторов (QPSK), а первый – с большим числом позиций векторов при QAM. У каждого способа имеются и свои недостатки: использование ACE приведет к снижению отношения “сигнал/шум” на входе приемника, а применение технологии TR вызовет небольшое уменьшение емкости канала, поскольку предполагает использование части несущих частот для передачи специальных корректирующих сигналов.

И наконец, формат DVB-Т2 включает два дополнительных инструмента, которые в перспективе можно будет использовать для расширения кадра. Это кадры FEF (FutureExtensionFrames – кадры перспективного расширения). Для них определена только структура заголовка, содержимое не регламентируется (рис. 10).

Итак, в результате всего вышеизложенного можно заключить, что внедрение в России стандарта DVB-T2, имеющего существенно лучшие параметры по сравнению с DVB-T, является вполне оправданным.

Литература

Источник