ТЕХНОЛОГИИ КОТОРЫЕ ИЗМЕНЯТ МИР

РОМАН ИВАНЮШКИН к.т.н.
МТУСИ МОСКВА

Существующие системы наземного телевидения.

В настоящее время существует три основных системы наземного цифрового телевидения: DVD-T (Digital Video Broadcasting – Terrestrial), основанная на многочастотной модуляции COFDM(Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex – кодированный ортогонально частотно разделенный мультиплекс); ATSC(Advanced Television System Committee) в основу, которой,  положена модуляция VSB(Vestigial Sideband – частично подавленная боковая полоса); ISDB(Integrated Services Digital Broadcasting), основанная на модуляции BST-OFDM(Band Segmented OFDM –OFDM с сегментацией полосы).

В основу систем, приведенных выше, были заложены разные методы модуляции, разная ширина полосы телевизионного канала и др. Эти различия обусловлены несколькими факторами, такими как, например: изначально принятый стандарт аналогового телевидения в стране – разработчике стандарта, что обусловило ширину полосы канала, также при разработке стандартов у разработчиков всех трех систем  были различные приоритетные задачи, так например: разработчики стандарта ATSC (США) во главу угла ставили достижения больших зон покрытия без существенного увеличения мощности передатчиков, что являлось, далеко не приоритетным критерием для разработчиков остальных двух стандартов.

Система DVB-T принята в качестве национального стандарта в различных странах мира: Россия, Великобритания, Германия, Франция, Швейцария, Чехия, Швеция и многих других.

Система ATSC принята в таких странах, как: США, Канада, Корея, Тайвань.

Система ISDB получила наибольшее распространение в Японии.

Основные технические характеристики каждого стандарта приведены в

таблице №1.

Таблица №1 . Основные технические параметры стандартов ATSC и DVB-T

Характеристика стандарта ATSC 8-VSB DVB -T (ISDB — T) COFDM Комментарий
1. Алгоритм видеокомпрессии MPEG-2 MPEG-2 Используется режим 4:2:0 MP (Main Profile) Для ТСЧ- главный уровень ML (Main Level), для ТВЧ-высокий уровень HL (High Level).
 

2. Алгоритм аудиокомпрессии

 

 

Dolby 5.1 AC-3 MPEG-1 Layer II Возможно изменение, например, Австралия выбрала DVB-T с Dolby 5.1 AC-3
3. Критерий надёжности приёма Вероятности ошибки бита 3*10-6 на входе декодера

MPEG-2

Вероятности ошибки

бита 10-11 на входе декодера MPEG-2

Более жёсткий критерий в DVB-T ориентирован на возможность передачи данных одновременно с изображением и звуком
4. Пороговое отношение С/Ш в гауссовском канале, соответствующее критерию надёжности Порог видимости (ПВ): Порог прозрачности (ПП) приёма данных: Для оценки соответствующего эквивалентного ПП в ATSC-приёмнике с эквалайзером  прибавить к ПВ 0.8 дБ.
Теория 14.9 дБ 15.2 дБ
Практика 15.1 дБ 17.4 дБ
5. Энергетическая эффективность (Eб/Nо), дБ DVB — T ISDB — T Eб/Nо -отношение энергии, приходящейся на бит информации к спектральной плотности шума Nо в полосе частот F радиоканала. Eб/Nо (дБ) = С/Ш-10log(Rб/F)
Теория 10.5 11.7 14
Практика 10.9 14.4 для Dt/Tu =1/32 14.4 для Dt/Tu =1/32
6. Телевидение высокой чёткости (ТВЧ) Главное назначение стандарта Поддерживает в полосах 7 и 8 МГц. В полосе 6 МГц проблема фазового шума Канал ТВЧ в стандарте DVB-T (2K, R=2/3, Dt/Tu = 1/8) работает в Австралии в 7МГц-канале в МВ диапазоне (191.25 МГц).
7. Метод оценки частотной характеристики радиоканала Адаптивный эквалайзер в приёмнике с возможностью обучения по синхросигналам сегментов и кадров L рассредоточенных пилот — сигналов. Метод оценки в DVB-T снижает как спектральную (L пилотов составляют 1/12 или 8% полосы частот), так и энергетическую эффективность (передача с повышенной на 2 дБ мощностью) системы.
 

8. Пик-фактор

 

6.2-6.7 дБ

 

9.5 дБ

 

В 99.99 % времени ATSC имеет выигрыш около 3 дБ.

9. Приём при наличии отражений от статического объекта (статическая многолучёвость) Допускает отношение С/Э до 0 дБ при увеличении С/Ш на 15-20 дБ Допускает С/Э = 3-4 дБ при увеличении порогового отношения С/Ш на 6-7 дБ. DVB-T имеет преимущества лишь при увеличении порогового отношения С/Ш на 6-7 дБ
 

10. Приём при наличии отражений от подвижного объекта

 

 

Плохо Незначительное отличие от случая статической многолучёвости
 

11. Приём на мобильный приёмник

 

Не допускает

 

В зависимости от режима передачи и вида модуляции радиус эффективного действия сильно разнится

 

DVB-T обеспечивает приём на мобильный приёмник на скорости до 120 км/ч в ВЧ области ДМВ диапазона. В США долгое время обсуждается самостоятельный проект для мобильного сервиса на основе COFDM.

12. Влияние ЦТВ на приём аналоговых ТВ программ. Низкое Среднее ATSC имеет преимущества за счёт энергетического выигрыша 4 дБ, что позволяет работать при меньшей мощности передатчика.
13. Влияние АТВ на приём ЦТВ при совместном использовании канала Низкое и достигается режекцией несущей Низкое Канада адаптировала ATSC, а Австралия проводила сравнительные испытания стандартов без режекции.
14. Влияние ЦТВ на ЦТВ при совместном использовании канала Низкое Среднее Шумоподобность сигнала ЦТВ позволяет рассматривать его как дополнительный шум, поэтому сказывается энергетический выигрыш ATSC в 4 дБ.
15. Влияние импульсных помех от бытовых электроприборов Низкое Среднее Наибольшее влияние в метровом диапазоне и НЧ области ДМВ диапазона
 

 

16.Чувствительность к фазовому шуму

 

 

Низкая

 

 

Высокая

 

 

Приёмник DVB-T для 8K более чувствителен к фазовому шуму, чем для 2K.

 

 

17. Приём на комнатную антенну

 

 

Затруднён

 

 

При ТВЧ затруднён

 

 

Для уверенного приёма дополнительно возможно использование домашних одночастотных ретрансляторов.

18. Одночастотная сеть В DVB-T синхронная крупномасштабная сеть (до 67 км между передатчиками) может иметь очень большую стоимость
— крупномасштабная Нет Да
— с ретрансляцией Да Да
19. Версии на 50 и 60 Гц.

 

 

 

Поддерживаются Поддерживаются
20. Возможность работы в каналах с полосами частот F= 6,7 и 8 МГц Поддерживаются Поддерживаются Для ATSC — приёмника в полосах 7 и 8 МГц может понадобиться разработка фильтра для режекции несущей и поднесущих АТВ при совместном использовании канала. Приёмник DVB-T в полосе 6 МГц очень чувствителен к фазовому шуму, особенно для режима 8K

 

Что дает зрителю цифровое телевидение?

Прежде чем начать разговор о достоинствах и недостатках массового внедрения цифрового телевизионного вещания на территории России, необходимо разобраться в следующем вопросе: “А что же такого дает цифровое телевидение, чего не может дать аналоговое?”. Попробуем сначала ответить на этот вопрос с позиции обыкновенного зрителя, не имеющего никакого отношения к области радиовещания. Обычному зрителю наиболее важно качество и чистота изображения на экране, а также качество звучания. Стандарт цифрового телевидения DVB-T в данном случае предлагает качество изображения на уровне DVD-изображения, а качество звука не ниже CD – записи. Также немаловажным критерием для зрителя является количество каналов, которые он может смотреть. Стандарт цифрового телевидения DVB–T оговаривает  возможность формирования цифрового пакета из нескольких программ, в той же полосе частот (8 МГц), что и единственный аналоговый канал. То есть количество передаваемых каналов за счет внедрения цифрового телевидения увеличивается в 3-4 раза. Это достигается за счет использования современного вида модуляции COFDM (метод ортогональных несущих). Существует ряд дополнительных преимуществ предоставляемых внедрением цифрового радиовещания, например: возможность передачи ТВЧ, передачи данных, прием в движении (при скорости до 300 км/ч) и др. Но для России последние возможности не столь актуальны.

Внедрение цифрового вещания также можно рассматривать с позиции показателя экономического и технологического прогресса страны. Таким образом внедрение цифрового вещания на территории России подтвердит технический прогресс и развитость отрасли коммуникаций и наоборот, отказ от цифрового вещания, в ближайшем будущем, поставит под сомнение позиции России на рынке современных телекоммуникаций.

Внедрение цифрового вещания. Обратная сторона медали.

Безусловно цифровое телевидение имеет ряд неоспоримых преимуществ перед аналоговым, но к сожалению, не бывает решений или технологий имеющих только положительные стороны. В связи с этим давайте рассмотрим обратную сторону медали.

Во первых сразу встает вопрос о «железе» обеспечивающем прием и передачу телевизионных каналов. Начнем рассмотрение с приемной стороны, как наиболее проблемной (как мне кажется).

В России парк телевизионных приемников, по разным оценкам составляет около 50 – 60 млн. телевизоров, предназначенных для работы с аналоговым сигналом. На данный момент средняя стоимость телевизора для приема аналогового сигнала составляет примерно 200 $, в то же время телевизор для приема цифрового сигнала стоит на порядок больше. Существует еще один вариант – это установка специального декодера, который преобразует поступающий на его вход цифровой сигнал в аналоговый и подает на вход аналогового телевизора. Казалось бы все хорошо, проблема решена, но и стоимость самого декодера составляет примерно 400-600$. Таким образом можно смело утверждать, учитывая приведенные выше цифры, что далеко не все жители России могут позволить себе покупку телевизора или даже декодера для приема цифрового телевидения.

Вторая часть проблемы с «железом» относится к передающей стороне. Что делать с 11 тысячами передатчиков, транслирующими государственные программы.

Первый вариант: заменить их все на цифровые, учитывая, что 80% из них уже давно выработало свой ресурс и требуют замены. Но как было замечено ранее, российский парк телевизоров составляет около 50 млн., и процесс замены аналоговых телевизоров на цифровые растянется по срокам,  как минимум на 10 лет. Если в течении этих десяти лет использовать передатчики только в цифровом режиме, то зрительская аудитория сократится примерно до 0.1 % от имеющейся на данный момент, что недопустимо по экономическим и социальным соображениям. Использование  дорогих цифровых передатчиков (примерно 120 –130 тыс. долларов) в аналоговом режиме в течении 10  лет, приведет к омертвлению вложенных средств, что также недопустимо. Из всего выше сказанного следует, что данный вариант неприемлем.

Второй вариант: заменить весь существующий на данный момент парк аналоговых телевизионных передатчиков на новые аналоговые передатчики. Но это значит, что через 10 лет, при смене парка телевизоров, опять надо будет заменять передатчики на цифровые. Но в силу экономических факторов такая замена будет невозможна. К тому же при продолжении аналогового вещания у населения не будет стимула к покупке цифровых телевизоров. То есть, можно с уверенностью сказать, что данный вариант также не приемлем.

Третий вариант: Можно использовать гибридные передатчики. Гибридный передатчик представляет собой аналоговый передатчик, но с улучшенными характеристиками, позволяющими при небольшом переоснащении, передавать цифровой сигнал. В соответствии со сроками перехода на цифровое вещание , для переоснащения передатчика для цифрового вещания требуется тольк,о  закупить цифровой модулятор и выходной фильтр. Замена выходного фильтра обусловлена очень жесткими требованиями на внеполосные излучения, предъявляемые к системам цифрового вещания. Таким образом можно избежать недостатков первого и второго вариантов. Данный подход разработан российскими специалистами и одобрен МСЭ.

Также существует проблема информационного наполнения каналов. Как уже было сказано выше внедрение цифрового телевизионного вещания позволит расширить количество вещаемых каналов в 3-4 раза, но в настоящее время предложения поставщиков контента не отличаются количеством и разнообразием.

 

Опытные зоны цифрового вещания. Первые результаты.

На территории России, во время  первого этапа внедрения цифрового вещания, было решено внедрить частичное цифровое вещание на территории следующих городов: Москва, Санкт- Петербург и  Нижний  Новгород. При этом основное внимание уделялось вопросам связанным с ЭМС , то есть взаимному влиянию цифрового и аналогового вещательных сигналов, расположенных в соседних каналах, друг на друга. Далее хочется привести более подробные сведения о результатах экспериментов проведенных в ходе испытаний с 2000 г. по 2002 г. в опытных зонах, расположенных в Нижнем Новгороде, Санкт-Петербурге и Москве. Нельзя не отметить тот факт, что в ходе эксперимента в Санкт-Петербурге и Нижнем Новгороде использовалось оборудование российского производителя ОАО «МАРТ», выпускающего с 2000 г. цифровые передатчики на мощности 100 Вт, 200 Вт, 500 Вт, 1 кВт. И только в Москве при проведении эксперимента был использован передатчик зарубежного производства, немецкой фирмы ROHDE&SCHWARZNV7130V.

Опытная зона вещания в Нижнем Новгороде.

Использованная ниже информация взята с сайта ОАО «МАРТ» www.martspb.ru.

В Нижнем Новгороде 500 ваттный цифровой передатчик работал на 50 ТВК, при этом на 49 ТВК в эфире работал 5 кВт аналоговый передатчик и на 51 ТВК работал 1 кВт аналоговый телевизионный передатчик.(Рис.1) В данном случае с помощью выходного фильтра устанавливались предельные значения внеполосных излучений в ближней частотной зоне и оценивалось влияние цифрового сигнал на прием аналоговых каналов.

Опытная зона в Санкт-Петербурге.

В Санкт-Петербурге цифровое вещание велось на 34ТВК, цифровым передатчиком мощностью 1 кВт. Размещение каналов эфире показано на рис.2. Здесь ближайшие аналоговые передатчики работали в 33 и 36 ТВК, с мощностями равными 25 кВт и 5кВт соответственно. За все время испытаний сколько-нибудь существенного влияния излучений аналоговых передатчиков на прием цифрового сигнала выявлено не было. При этом прием осуществлялся, как на индивидуальную антенну, так и на антенну коллективного приема и в КСКТП.

Опытная зона в Москве.

В Москве цифровое вещание велось на 32 ТВК, при использовании передатчика мощностью 1 кВт. Передатчик был установлен на отметке 340,8 м на Останкинской телебашне. Также одновременно велось вещание на 31 ТВК и 33 ТВК. Зона покрытия составила площадь радиусом примерно 46 км. Охват населения составил примерно 11 млн. человек. В результате проведенных испытаний было выяснено, что взаимных помех между цифровым и аналоговым сигналом не было.

Результаты проведенных экспериментов показывают, что можно размещать аналоговые и цифровые в соседних каналах.

Когда же Россия перейдет на цифровое вещание?

Одним из важнейших на сегодняшний день является вопрос о сроках отказа от аналогового вещания. Уже довольно давно называют цифру 2015 год. Однако правительства некоторых высокоразвитых стран уже приняли решение о сроках полного перехода на цифровое вещание: США – 2006 г., Япония – 2008 г., Великобритания – 2010 г. На данный момент уже прекращено аналоговое вещание в Берлине.

Одним из направлений деятельности правительства ориентированных на переход к цифровому вещанию может служить прекращение выдачи лицензии на аналоговое вещание.

В заключении хочется сказать, что основные проблемы на пути перехода к цифровому телевидению имеют экономический характер, но есть также и ряд нерешенных российскими специалистами технических проблем. К таким, например относится, вопрос о допустимости нелинейных искажений при передаче цифрового сигнала, т.е. о режимах использования усилителей в тракте УМ передатчика. Так что пока правительство решает экономические вопросы перехода на цифровое вещание, техническим специалистам тоже предстоит решить немало трудных, но одновременно с этим и интересных задач. Так как сумма заказа на переоборудование телевизионных передатчиков составит довольно крупную сумму (миллиарды рублей), то получение заказа российскими предприятиями обеспечит тысячи рабочих мест и развитие отрасли, а если заказ уйдет зарубежным фирмам, то можно будет говорить о потери целой отрасли, так как после такого она уже вряд ли поднимет голову.          Хочется выразить надежду, что к моменту полного перехода на цифровое вещание, все используемые передатчики будут полностью российского производства.

 

Список литературы:

 

  1. Локшин Б.А. Цифровое вещание: от студии к зрителю — Москва: «Сайрус системс», 2001.
  2. Хлебников В. Переход на цифру – задача для сильных. // «DVB Equipment», 2003
  3. Елехин А. Стратегия перехода на цифровое вещание в России. // «DVB Equipment», 2003
  4. Интернет — сайт martspb.ru

Добавить комментарий