Модуляция в системах передачи наземного цифрового телевидения

    Возможны два типа ЦТВ наземных сетей: одночастотная сеть (SFN, Single Frequency Network) и многочастотная сеть (МFN, Multi-Frequency Network). В SFN все передатчики работают на одной частоте. В MFN используются индивидуальные частоты для каждого передатчика в сети. Естественно, оба стандарта позволяют строить MFN, однако лишь в DVB-T эффективно реализуется SFN. В то же время в SFN может отсутствовать большая необходимость при широкомасштабном внедрении наземного ЦТВ в стране. При наличии SFN приёмник принимает сигналы от передатчиков, расположенных друг от друга на большом расстоянии. Эти сигналы аналогичны отражённым эхо-сигналам, задержка которых может превышать длительность ЗИ в DVB-T. Из-за не синхронности передатчиков во времени в приёмнике DVB-T между сигналами передатчиков имеет место как МСИ, так и МЧИ, и в целом подобные эхо-сигналы по своему действию близки к широкополосному шуму. В то же время, используя COFDM, принципиально возможно сделать синхронную SFN, в которой приёмнику гарантируется приход эхо-сигнала от соседнего передатчика с задержкой, не превышающей Dt. Более того, приёмник может даже «выбрать» лучший по мощности из этих двух сигналов. В DVB-T действительно разработана спецификация на такую сеть. Синхронная SFN в DVB-T позволяет использовать группу маломощных передатчиков взамен одного мощного, поскольку обеспечивает достаточно равномерное покрытие территории ТВ - сигналом и тем самым надёжный приём в любой её точке. (Эта ситуация аналогична освещению футбольного поля несколькими маломощными прожекторами взамен одного мощного.) Крупномасштабную синхронную SFN удаётся построить в режиме 8K, максимальное расстояние между передатчиками в которой значительно и доходит до 67 км при Dt/Tu =1/4. Такие сети целесообразно развёртывать в странах и регионах с большой плотностью населения. В режиме 2K удаётся сделать небольшую сеть местного масштаба с удалённостью передатчиков лишь до17 км. В обоих случаях следует учитывать, что построение такой сети телевещания весьма трудоёмко и требует высокоскоростной кабельной сети (PHD, SDH или ATM) для раздачи сигнала от телестудии синхронным наземным передатчикам. Кроме того, эти передатчики требуют и жёсткой частотной синхронизации, для реализации которой используются спутниковые GPS-приёмники. Ясно, что финансовые затраты могут быть значительны. Стандарт ATSC изначально не был ориентирован на построение SFN, поскольку в США запланирован широкомасштабный переход к ЦТВ во всех частотных каналах. В таких условиях более актуальной является задача обеспечения низкого взаимного влияния ЦТВ и АТВ, что реально и достигнуто (табл. 5.1, п.13, 14). Режим «одно частотности» в США более необходим для покрытия малонаселённых территорий, что достигается ретрансляцией с использованием профессиональных gap-fillers и демодуляторов. Работа такой SFN основана на простом факте низкого взаимного влияния ATSC-сигналов (табл. 5.1, п.15). При этом технической проблемой является «развязка» направленной приёмной и передающей антенн одночастотных ретрансляторов. Подобные несинхронные SFN реализованы и в DVB-T.

5.10  Мобильный прием

    Подобный приём можно рассматривать  как оперативное средство доставки видеоинформации и данных клиенту (например, органам госбезопасности) независимо от его нахождения.  Стандарт DVB-T изначально не был ориентирован на мобильный ТВ приём.  Тем не менее, его гибкость в выборе параметров модуляции и кодирования позволила найти параметры надёжного приёма (табл. 5.1, п.12). В Европе уже был неоднократно продемонстрирован приём ЦТВ на штыревую антенну в легковой машине, автобусе и трамвае. Относительно низкая скорость передачи информации при мобильном сервисе (около 8 Мб/с - соответственно одна SDTV-программа) требует выделения для него отдельного ТВ канала. Кроме того, мобильный сервис требует режим 2K и поэтому не может быть организован в рамках крупномасштабной синхронной SFN. Тем не менее, важно подчеркнуть, что модуляция COFDM на сегодняшний день позволяет качественно в наземном радиоканале передавать как аудио (DAB), так и видео (DVB-T) на мобильные приёмники (кстати,  приём на стационарную комнатную антенну — частный случай мобильного приёма при нулевой скорости приёмника). В настоящее время теле вещательные компании США негативно воспринимают невозможность мобильного приёма ATSC-сигнала при том, что мобильный прием NTSC-сигнала осуществляется достаточно устойчиво. Более того, сегодня для организации подобного сервиса в США обсуждается программа MMBS (Mobile Multimedia Broadcast Service) для полос частот 746-764 и 776-794 MHz, вещание в которых планируется организовать с использованием модуляции COFDM! Этот факт свидетельствует как об отсутствии гибкости стандарта, так и о непригодности цифровой VSB-модуляции для мобильного ТВ сервиса.

5.11  Телевизионный приёмник

В Европе наземное ЦТВ рассматривается  как составная часть общего телекоммуникационного  «контейнера» для передачи разнообразной  информации. При этом речь о новых  телевизорах для ЦТВ вообще не идёт, а разрабатывается интеллектуальное программно-управляемое устройство — set top box (STB), позволяющее принимать цифровые программы и данные от различных физических каналов, передача по которым осуществляется в соответствующем стандарте DVB: DVB-S (спутниковый канал), DVB-C (кабельный канал), DVB-T (наземный канал). Изображение выводится на обычный телевизор, звук — на любую стереосистему. Телезритель посредством операционной системы наподобие MS - Windows, встроенной в STB, получает возможность выбрать тот или иной сервис ЦТВ. Для этого разработана программная технология EroMHEG2, предусматривающая наличие у телезрителя обратного канала, в том числе и эфирного. Программа ЦТВ рассматривается как объект, наравне с такими объектами, как файлы рисунков и текстов, и предоставляет телезрителю простой способ доступа к ним, весьма напоминающий известную HTML-технологию для доступа к INTERNET-страницам. К настоящему времени ведущая английская вещательная компания BBC уже продемонстрировала такие возможности EroMHEG, как приём и отправка e-mail и факса, поиск в базах данных, возможность выбора камеры для просмотра футбольного матча, возможность голосования, сидя у экрана телевизора, выбор и покупка товаров по кредитной карте и т.п. Рынок STB рассчитан на платные услуги и предоставляет вещательным телекомпаниям дополнительные экономические рычаги без замены телевизоров. 

В США основной целью ЦТВ является HDTV. Поэтому стандартный ТВ канал  теле вещательные компании используют для передачи одной HDTV-программы. Промышленностью  налажен выпуск как новых дорогих HDTV-телевизоров с числом активных строк 1080, так и STB — по стоимости, примерно такой же, как и в Европе. Понятно, что при наличии HDTV-вещания  функциональные возможности использования  наземного канала для сервисных  функций беднее, чем в Европе. Поэтому STB в США в большей степени  играют роль приставки к старым телевизорам  для просмотра канала ЦТВ в  переходный период от АТВ к ЦТВ. Для  реализации такой программы была решена задача вывода изображения стандартной  чёткости через STB на обычный телевизор  при приёме HDTV-программы. Такая задача в Европе не ставилась, и реально  при переходе к HDTV-вещанию потребуется  замена телевизоров. 

5.12   Выводы

Такие возможности ЦТВ, как HDTV-вещание, построение крупномасштабной SFN и организация  мобильного сервиса, не могут быть реализованы  одновременно в обоих стандартах ЦТВ. Уязвимым местом обоих стандартов является приём на комнатные антенны.  При HDTV-вещании стандарт ATSC имеет выигрыш по мощности у DVB-T только при условии применения узконаправленных приёмных антенн.  Жёсткая ориентация ATSC на высокоскоростное HDTV-вещание сужает спектр его применения, а мобильный сервис вообще оказывается нереализуем.

Стандарт DVB-T, безусловно, более гибкий и предоставляет теле вещательным  компаниям степень свободы в  выборе скорости передачи информации, параметров модуляции и кодирования  для организации как региональных ТВ сетей, так и сетей местного масштаба.  Низкоскоростные режимы, не обеспечивающие HDTV, могут быть использованы для увеличения дальности приёма без увеличения мощности передатчика, для улучшения приёма на комнатные антенны, а также для мобильного сервиса. Платой за эти возможности, естественно, является снижение числа передаваемых SDTV-программ в ТВ канале.  Финансовые затраты телезрителя главным образом определяются сервисом ЦТВ и слабо зависят от стандарта. Оценка затрат на оснащение и наземных передатчиков в России оборудованием ЦТВ требует предварительного проведения полевых испытаний.

Таблица 5.1 Сравнение ATSC и DVB-T

Заключение.

«Убейте Франкенштейна – 8-VSB» – статья под таким названием была помещена на одном из Американских сайтов в сети Интернет. Вот, что пишет её автор:

«VSB технология - Франкенштейн, сформированный из отходов других неудавшихся идей. Сердитые журналисты теперь маршируют на замке ATSC. Крики " Убейте монстра! " становятся все громче. Пользователи наступают на ворота замка, требуя достойных эксплуатационных показателей, в то время как бригада врачей ATSC отчаянно пытается спасти монстра от его заслуженного упадка. Правда состоит в том, что - 8VSB заслуживает того, чтобы быть убитой быстро и безболезненно. Эта система никогда не работала хорошо. Журналисты не хотят её. Потребители не хотят её. Она не делает то, что должна делать. Опасение, неопределенность и сомнение созданное жуткими эксплуатационными показателями - вот основные заслуги ATSC. Наш путь - назад в июль 1994, когда «журнал Специалистов по телевещанию» настаивал на приостановке внедрения 8-VSB и на проведении объективных испытаний COFDM. В этой статье авторы резонно замечали, что  потенциальные выгоды от COFDM значительно перевешивают возможную 15-месячную задержку, требуемую для испытаний. Теперь смотрите на то, в чем мы находимся»         

Еще несколько лет назад  во многих Российских специальных изданиях, посвященных телевидению, можно  было прочитать восхищенные статьи о внедрении цифрового телевидения  в США. Однако в последнее время  все чаще появляется информация о  том, что стандарт модуляции 8-VSB имеет ряд существенных недостатков. Конечно, автор статьи, приведенной выше, явно переоценивает сложившуюся в Америке ситуацию. Но, она во многом соответствует действительности – американские вещатели просят разрешить им использовать модуляцию COFDM. Все это показывает, что выбор модуляции для цифрового наземного телевещания – сложный и очень важный процесс. Новые цифровые технологии должны обеспечивать максимальную эффективность, качество, гибкость. Ведь от правильного выбора метода цифровой модуляции зависит будущее цифрового телевидения.