Спутниковое телевидение

В результате был создан универсальный стандарт (DVB-S2), на базе которого могут строиться сети для распространения ТВ программ стандартной или высокой четкости, сети для предоставления интерактивных услуг, например, доступа в Интернет, сети для профессиональных приложений, таких как передача цифрового ТВ от студии к студии, сбор новостей и раздача сигнала на эфирные ретрансляторы. Новый стандарт DVB-S2 также удобен для формирования сетей передачи данных и создания IP-магистралей.

Большинство эффективных  механизмов, заложенных в DVB-S2, оказались несовместимыми со старыми стандартами. Потому, для  выполнения      требования

 совместимости вниз, разработчики  ввели в стандарт два режима. Один – совместимый вниз, но  менее эффективный, а другой, использующий  все новые возможности, но не  позволяющий использовать приемники  стандарта DVB-S.

Первый стандарт DVB-S2 рекомендуется для предоставления традиционных услуг, на период миграции к новому стандарту, а второй – для применения в профессиональных сетях и для передачи новых услуг, которые невозможно принять старыми приемниками.

Новый стандарт DVB-S2 предусматривает четыре возможности схемы модуляции (рис.1). Первые две, QPSK и 8 PSK, предназначены для использования в вещательных сетях. Передатчики транспондеров работают там в режиме, близкому к насыщению, что не позволяет модулировать несущую по амплитуде. Более скоростные схемы модуляции, 16 APSK и 32 APSK, ориентированы на профессиональные сети, где часто используются более слабые наземные передатчики, не вводящие бортовые ретрансляторы в нелинейный режим работы, а на приемной стороне устанавливаются профессиональные конвертеры (LNВ), позволяющие с высокой точностью оценить фазу принимаемого сигнала. Эти схемы модуляции можно использовать и в системах вещания, но в этом случае каналообразующее оборудование должно поддерживать сложные варианты предыскажений, а на приемной стороне должен быть обеспечен более высокий уровень отношения сигнал/шум. Символы внутри констелляционного поля APSK модулированного сигнала размещены по окружностям. Такой вариант является наиболее помехоустойчивым в плане передачи амплитуды символа и позволяет использовать ретрансляторы в режимах, близких к точке насыщения.

Обратим внимание на то, что, по сравнению с QPSK, верхняя схема модуляции, 32 APSK, позволяет повысить общую скорость потока в 2,5 раза.

Одновременно с введением  более высоких уровней модуляции  стандарт DVB-S2 предусматривает возможность применения двух дополнительных коэффициентов скругления alpho (α). К используемому в DVB-S α = 0,35, в новом стандарте добавлены коэффициенты α = 0,20 и α = 0,25. Новые, более низкие значения коэффициентов обеспечивают большую крутизну импульсов, что позволяет использовать спектр более эффективно. С другой стороны, снижение a способствует повышению нелинейных искажений, что особенно сказывается при передаче одной несущей на транспондер. Поэтому конкретное значение коэффициента выбирается с учетом всех параметров передачи.

Для защиты от помех в  новом стандарте DVB-S2, как и в прежних, используется перемежение данных и наложение двухуровневого кода для прямой коррекции (Forward Error Correction - FEC). Но системы внешней и внутренней кодозащиты – другие, чем в стандарте DVB-S. В качестве внешней кодозащиты в место кода Рида-Соломона используется код Боуза-Чоудхури-Хоквингема (BCH), а в качестве внутренней, вместо сверточного кода, - код с низкой плотностью проверок на четность (Low Density Parity Check Codes – LDPC).

Для дополнительного снижения частоты ошибки используется внешний  уровень кодозащиты ВСН, работающий при малой плотности ошибок. В большинстве режимов код позволяет исправлять до 12 ошибок, но в некоторых – до 8 или до 10 ошибок.

Стандарты DVB-S и DVB-DSNG жестко ориентированы на передачу транспортного потока MPEG-2 TS. Структура транспортного кадра нового стандарта не привязана к определенному формату. Она позволяет передавать как транспортные пакеты MPEG-2, так и произвольные потоки с непрерывной или пакетной структурой.

DVB-S2 предусматривает двухуровневое пакетирование потока, введенное для решения проблемы с синхронизацией приемной системы в условиях работы с низким уровнем отношения сигнал/шум.

Режимы с совместимостью вниз в основном предназначены для  сетей вещания и более всего  – для операторов, предоставляющих  субсидии на покупку абонентских  приемников. Они могут использовать эти режимы на время смены парка  приемников, а затем переключиться  на более эффективные, несовместимые  режимы.

Стандарт DVB-S2 допускает два таких режима. В первом производится одновременная передача сигналов стандартов DVB-S и DVB-S2, асинхронно комбинируемых в одном частотном канале. Во втором сигнал DVB-S2 накладывается на сигнал DVB-S с помощью иерархической модуляции. То есть поток DVB-S выступает в качестве сигнала верхнего приоритета, а поток DVB-S2 – в качестве сигнала нижнего приоритета (рис.2). Сигнал DVB-S2 передается с помощью модуляции 8 PSK с неоднородной структурой констелляционного созвездия. Две точки созвездия, размещенные в каждом квадранте, отображают один символ сигнала с верхним приоритетлм. Наложение сигнала DVB-S2 осуществляется сдвигом символов в констелляционном поле по окружности на угол ±θ. Такой сигнал может передаваться ретранслятором, работающим в режиме, близкому к насыщению.

Совместимые вниз режимы не позволяют полностью использовать потенциал нового стандарта DVB-S2 и довольно сложны в реализации. Поэтому, скорее всего, они не получат широкого распространения.

В зависимости от выбранного режима помехоустойчивого кодирования  и схемы модуляции, уровень сигнал/шум, позволяющий принять сигнал на приемной стороне, колеблется от -2,4 dB (при модуляции QPSK и FEC с относительной скоростью 1/4) до +16 dB (32 APSK и FEC 9/10). Эти значения справедливы для гауссовского канала и идеального демодулятора. Они были получены методом компьютерного моделирования. При условии допустимости BER на уровне 10Е-7 энергетика сигнала превышает предел Шеннона всего на 0,7 – 1,2 dB.

По сравнению с DVB-S, новый стандарт DVB-S2 обеспечивает повышение скорости передачи полезной информации на 20-35% или при той же эффективности использования спектра дает запас по уровню сигнала в 2-2,5 dB.

На рис. 2 показаны варианты полезной скорости, достигаемые при  разных конфигурациях системы, а  также полезные скорости сигналов стандартов DVB-S и DVB-DSNG.

Выигрыш в эффективности  передачи оказывается еще более  значительным при использовании  режима АСМ, предназначенного для интерактивных  адресных приложений, таких как передача IP unicast. Этот режим позволяет исключить запас по энергетике в 4-8 dB, закладываемый в спутниковые сигналы для неблагоприятных условий приема, что дает возможность удвоить или утроить пропускную способность транспондера. Режим АСМ наиболее эффективен применительно к трансляциям Кα-диапазона, а также для тропических зон приема.

На рис. 3 показана схема  работы спутниковой системы в  этом режиме. Система включает АСМ  шлюз, DVB-S2 модулятор с поддержкой АСМ, передающую наземную станцию, спутник и систему приема спутникового сигнала, подключенную к АСМ шлюзу через реверсный канал.

В АСМ режиме формат помехоустойчивого  кодирования и схема модуляции  могут меняться от кадра к кадру. В условиях повышенного затухания  сигнала услуга может поддерживаться за счет снижения скорости передачи полезной информации с одновременным повышением избыточности помехозащитного кода и/или перехода к более помехоустойчивой схеме модуляции. Качество принимаемого сигнала оценивается параметром C/N + I.

Каждая приемная система  измеряет величину этого параметра  и по реверсному каналу отправляет результат к АСМ шлюзу.

Следует отметить, что консорциум DVB Project не предполагает, что новый стандарт заменит старые уже в ближайшее время. Сегодня в мире работает множество коммерчески успешных спутниковых сетей стандарта DVB-S, и их трансляции принимаются миллионами декодеров, способными прослужить еще не один год. Поэтому наиболее вероятным сценарием внедрения нового стандарта DVB-S2 выглядит его использование для трансляции услуг, которые не могут быть приняты традиционными приемниками. Например, ТВ сигналов, компрессированных в новых форматах и/или передаваемых с высоким разрешением.

Вполне возможно, что новый  стандарт DVB-S2 быстро найдет применение и в сетях спутникового сбора новостей. Хотя бы в виду значительных преимуществ, которые предоставляет АСМ режим. Но скорость его массового внедрения, вероятно, будет зависеть от появления новых услуг, несовместимых с имеющейся приемной аппаратурой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Тяжело переоценить влияние  телевидения на жизнь современного человека. Не успев подняться утром  с кровати, мы уже берем пульт  от телевизора, чтобы под приятные голоса ведущих утренних программ начать собираться на работу. Мы слушаем новые  рецепты приготовления завтрака, делаем физзарядку совместно с ведущими и заряжаемся положительной энергией на весь день. Внимательно слушаем, когда читают гороскоп на сегодняшний  день, улыбаемся, когда обещают повышение  жизненного уровня в ближайшее время  и, наконец, неохотно выключив столь  милый сердцу предмет, отправляемся на работу. Возвратившись вечером  домой, мы уже основательно располагаемся  на диване перед телевизором и  начинаем вечерний просмотр новостей, сериалов и других программ, переключаясь с канала на канал.

При его помощи мы имеем  возможность занимательно коротать вечера, и в то же время, расширять  свой кругозор. Телевидение открывает  нам окно в мир. Для нас уже  не удивительно, каким образом в  телевизоре помещается много людей, и как вообще происходит процесс  съемок. Сейчас телевидение является неотъемлемой составляющей жизни каждого  из нас, и удивления уже ни у  кого не вызывает. Как известно, чтобы  получить картинку на экран и звук, нужна передача радио сигналов, которую производят специализированные устройства и оборудование. Функциональность телевизора напрямую зависит от этих комплектующих, потому что без них он становится пресловутым «ящиком» в истинном смысле этого слова. А сейчас появились уже такие телевизоры (к примеру, плоские ЖК панели), какие являются портативными и имеют прекрасные параметры.

Некоторые люди до сих пор  пользуются устаревшими антеннами, но они уже себя изжили, и скоро  они будут просто раритетом, а  не конструкцией для приема сигналов. Благодаря открытиям бывшего  Советского союза и запуску первых спутников связи для трансляции данных на дальние расстояния, спутниковое  телевидение открыло новую эру. Появились большие возможности  передачи данных с отличным качеством  изображения, что стало неимоверно популярным и успешно применяется  во всем мире.

Так каким же будет телевидение  будущего? Прежде всего, телевидение  переродится в унифицированную  с технологической точки зрения, но максимально персонализированную  для пользователя услугу - "развлечься". Человек будет получать по запросу  тот контент, который актуален для него в данный момент. Не нужно опасаться, что зрителю нужно будет постоянно метаться среди миллионов видеоэпизодов, чтобы выбрать интересный, - это за него сделает система, которая будет знать, что в пятницу вечером вы обычно любите энергичную и агрессивную музыку, а в понедельник утром на работу предпочтете проснуться под фильм о жизни китов.

Если это реализуемо на обычном персональном компьютере уже  сегодня, то почему же нельзя реализовать  это и на телевизионном экране?

Используемая литература:

1. Статья «Стандарт DVB-S. Система цифрового ТВ вещания», источник: http://www.konturm.ru/tech.php?id=dvbs
2. Статья «Стандарт DVB-S2. Система цифрового ТВ вещания», источник: http://www.konturm.ru/tech.php?id=dvbs2
3. Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" №3, 2007, 96с
4. Бадялик В.П. Основы телевизионного вещания со спутников. - М.: Горячая линия-Телеком, 2004. - 368 с.