Цифровое телевизионное вещание через спутниковые системы

Журнал "Радио", номер 9, 1999г.
Автор: К. Кукк, вице-президент АО "Телеком"

    В статье рассматриваются пути реализации перехода к полномасштабному цифровому телевизионному вещанию применительно к спутниковым геостационарным системам распределения и доведения программ. Автор знакомит читателей с материалами, связанными с развертыванием работ по цифровому телевизионному вещанию в России, приводит временные прогнозы переходного периода, сроки выпуска телевизионных цифровых приемников на отечественных предприятиях с учетом сложившейся международной кооперации.

    Телевидение сегодня - наиболее доступная для населения информационная технология. Во всем мире насчитывается более 1,35 млрд телевизоров, что почти в полтора раза больше, чем абонентских телефонных линий и почти в пять раз превышает парк персональных компьютеров. Однако существующий ныне способ передачи и приема телевидения приблизился к своему техническому пределу. Ограниченные возможности дальнейшего роста числа одновременно передаваемых аналоговых программ в сетях спутникового телевидения препятствуют развитию многопрограммного ТВ. Между тем многопрограммность - это одно из основных требований телезрителей к услугам телевизионного вещания.

    Совершенно новые перспективы развития телевизионного приема открываются в связи с переходом к цифровому вещанию во всех его видах. При этом имеются в виду эфирное распространение телевизионных программ, кабельное телевидение, спутниковое НТВ, сотовые системы телевидения MMDS, MVDS, LMDS ( См. статью В. Ямпольского "Сотовые системы для предоставления абонентам телевизионных программ и услуг связи". - Радио, 1999, # 8, с. 77-79).

    Преимущества цифрового телевидения для телезрителей заключаются не только в многопрограммности, но и в повышении качества приема, в возможности осуществления многофункциональности, интерактивности. Кроме того, при передаче ТВ программ в цифровом виде значительно эффективнее используются частотные ресурсы, сокращается потребление электроэнергии.

    Переход к цифровому вещанию стал реально возможным после разработки методов эффективного сжатия телевизионных сигналов соответствующих стандартов. А с тех пор как идея цифрового сжатия по стандарту MPEG-2 была реализована в конкретном оборудовании и аппаратуре, системы спутникового НТВ и спутниковые системы распределения телевизионных программ стали тем полигоном, который позволил практически оценить достоинства и недостатки стандарта MPEG-2.

    Системы спутниковой связи в последние годы стали важнейшей движущей силой развития цифрового телевизионного вещания. В первое время спутниковые каналы использовались только для распределения по территории (в основном на большие расстояния) программ ТВ в аналоговой или цифроаналоговой форме. В последнее десятилетие все шире и шире распространяются системы спутникового НТВ.

    При переходе к цифровому вещанию по одному стандартному стволу спутникового ретранслятора с полосой 27 МГц можно передать четыре и более телевизионных программ с высоким качеством изображения вместо одной аналоговой программы PAL или SECAM. При этом более эффективно используется мощность бортового передатчика. Современные методы сжатия телевизионного сигнала позволяют достичь высокого качества принимаемого изображения при скоростях передачи от 4 до 8 Мбит/с.

    В настоящее время под эгидой Международного союза электросвязи разработаны международные стандарты на методы модуляции и канального кодирования цифрового ТВ (Digital Video Broadcasting - DVB), в том числе для спутниковых вещательных служб DVB-S (Satellite).

    Цифровой программный поток включает в себя, помимо видеоданных, сигналы звукового сопровождения с качеством, аналогичным качеству компакт-диска, а также дополнительную информацию. Сигналы передаются в виде пакетов данных. Поскольку спутниковый канал связи подвержен действию помех, то при передаче пакетов применяются методы помехоустойчивого кодирования. (В спутниковых линиях используется двухступенчатая система помехоустойчивого кодирования - кодом Рида-Соломона (RS 204/188) с перемежением данных для защиты от ошибок и сверточное кодирование (1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8), которое может иметь разную структуру в зависимости от энергетики спутниковой линии). Система помехозащиты обеспечивает на входе демультиплексора MPEG-2 не более одной неисправленной ошибки за час передачи.

    При одновременной передаче нескольких программ на модулятор спутникового передатчика поступает групповой сигнал в форме транспортного потока, состоящего из последовательности транспортных пакетов, снабженных сигналами синхронизации.

    В спутниковых системах передачи DVB применяется квадратурная фазовая манипуляция (QPSK). Это позволяет наиболее эффективно использовать мощность ретранслятора и полосу частот. (Для получения равномерного модулированного спектра излучаемого сигнала применяется энергетическая дисперсия несущей за счет сложения информационных данных с псевдослучайной двоичной последовательностью).

    Зависимость скорости передачи полезных данных от полосы частот ретранслятора и сверточного кода приведена на рис. 1.

    Как следует из этого рисунка, при использовании сверточного кода 2/3 и ширине полосы ретранслятора 33 МГц система обеспечивает переход к наземной сети плезиохронной цифровой иерархии при скорости 34,368 Мбит/с. При этом оказывается возможной передача не менее 4-5 программ стандартного качества.

    Для приема спутниковых цифровых телевизионных сигналов необходимо либо иметь специальный цифровой приемник, либо цифровую приставку (STB) к обычному цветному телевизору. Радиоприемная часть содержит малогабаритную параболическую антенну диаметром 60...90 см. Структурная схема такой приставки изображена на рис. 2.

    Для приема платных программ спутникового вещания требуется оснащение STB специальным блоком доступа. Сегодня суммарная стоимость приставки (до входа в стандартный аналоговый телевизор) составляет в среднем 800 долл. Однако заметна тенденция к снижению ее стоимости, и в начале XXI века она составит примерно 200-300 долл.

    Аппараты для приема цифрового телевидения будут первое время выпускаться в виде приставок к существующим телевизорам, затем - и в виде законченных многофункциональных телевизионных приемников - мультивизоров.

    Для приема вместе с телевизионными программами цифровых данных сети Интернет будут применяться более сложные универсальные интерактивные приставки STB/(DVB/Internet), осуществляющие демультиплексирование сигналов DVB и данных Интернета, либо специализированные платы приемника, устанавливаемые в слот персонального компьютера.

    В конце 1998 г. на геостационарной орбите находилось 210-215 действующих спутников связи коммерческого назначения. Из них в Восточном полушарии - 114- 117, в Западном - 96-98. Общее количество ретрансляторов на коммерческих спутниках составляет примерно 4300.

    Число телевизионных каналов в различных стандартах на дуге 113° в. д. - 27,5° з. д. приведено в таблице.

    На рис. 3 показана динамика роста числа телевизионных каналов в Европе, использующих цифровые методы передачи по стандарту MPEG-2.

    Средняя мощность бортового питания на работающих коммерческих ИСЗ составляет 2500 Вт, а наибольшая мощность современных космических аппаратов (КА) связи и телевещания достигает 8000...10 000 Вт. У ИСЗ, предназначенных только для связи и распределения телевизионных программ, мощность - от 1,5 до 3,5 кВт. Максимальная мощность требуется для спутников НТВ. Следующее поколение КА будет иметь мощность до 16...20 кВт. Это платформы HS-702 фирмы Hughes и LS-2020 фирмы Loral.

    Спутники связи характеризуются также удельной мощностью на единицу полосы. Эта величина для современных связных ИСЗ колеблется в пределах от 1 до 2,5 Вт/МГц; для спутников НТВ - от 3 до 7 и более Вт/МГц.

    Концепция внедрения спутникового цифрового телевизионного вещания предусматривает как индивидуальный, так и коллективный прием программ на общую антенну с последующим распределением их в цифровой или аналоговой форме. При этом в полосе 33 МГц можно разместить от 4 до 11 каналов при скорости цифрового потока 21...41 Мбит/с. Необходимое соотношение сигнал/шум составляет 5...10 дБ. Выходной диапазон частот - 950...2150 МГц. Уровень сигнала (динамический диапазон) - от -65 до -25 дБм.

    Проблемы создания сети интерактивных каналов при НТВ пока не нашли окончательного решения. Необходимая для обратного канала скорость передачи еще не определена, а предлагаемая колеблется от 100 бит/с до 64 кбит/с. Возможно несколько вариантов построения обратного канала от каждого абонентского терминала.

    Казалось, что простейшим является наличие у каждого терминала передатчика "Терминал-ИСЗ". Однако в зоне обслуживания спутника может быть расположено очень большое число абонентов и, соответственно, в часы пик (прайм-тайм) необходимо иметь очень широкую полосу частот для одновременного обслуживания желающих воспользоваться обратным каналом. Кроме того, за счет абонентского передатчика повышается стоимость спутниковой части абонентской установки.

    Простейшее решение - использование в качестве обратного канала телефонных сетей общего пользования, сотовых сетей связи, спутниковых каналов PSN и т. д. Так, например, с помощью телефонных каналов решается в настоящее время проблема обратного канала в спутниковых системах доступа к Интернет типа DirecPC. По мере освоения для НТВ более высокочастотных диапазонов решение задачи обратного канала упрощается - как за счет уменьшения числа абонентов в зоне обслуживания, так и за счет относительного расширения полосы для обратной связи при сохранении той же скорости передачи в направлении от абонента к центру.

    Работы по внедрению ЦТВ в нашей стране начались в 1998 г. Ведется подготовка к созданию опытной зоны вещания. Экспериментальная зона спутникового цифрового телевизионного вещания предусматривает проведение экспериментов с космическими аппаратами связи типов "Экспресс-А", "Экспресс-К", "Галс Р-16", LMI-1.

    По предварительным расчетам полный переход на цифровое телевизионное вещание в России потребует не менее 12 лет. При этом имеется в виду замена всего парка телевизионных приемников у населения. На рис. 4 приведена прогнозируемая кривая годового производства и объемов импорта в России цифровых приемных телевизионных устройств, способных принимать телевизионные программы как по сети спутникового вещания, так и по сетям эфирного и кабельного телевидения.

Литература

1. Кривошеев М. И. Новый подход к массовой многоцелевой интерактивности. - Электросвязь, 1997, # 5, с. 3.

2. EN 300 421 - Структура цикловой синхронизации, методы кодирования для канала и модуляции для спутниковых служб в диапазоне 11/12 ГГц (DVB-S).







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2019 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.