Моделирование передающей части системы цифрового телевидения. Курсовой проект по дисциплине "Сети и системы цифрового телерадиовещания" на тему "Проектирование систем и сетей наземного цифрового телевизионного вещания в стандарте dvbt"
 Скачать 4.34 Mb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ ХАБАРОВСКИЙ ИНСТИТУТ ИНФОКОММУНИКАЦИЙ (ФИЛИАЛ) ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И ИНФОРМАТИКИ» Факультет заочного обучения КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по дисциплине: “Сети и системы цифрового телерадиовещания” на тему: “Проектирование систем и сетей наземного цифрового телевизионного вещания в стандарте DVB-T” Выполнил: Исаков И.А. Специальность: ЦТРВ Курс: 3 курс Шифр: 151рх-208 Проверил: Ананьин А.В. ХАБАРОВСК 2018 г.  СОДЕРЖАНИЕ Исходные данные для курсового проекта 3 Введение 4 1 2 3 Построение сетей цифрового эфирного телевидения стандарта DVB-T Расчет зоны покрытия передатчика Расчет частотно-территориального разноса при планировании ТВ сетей 5 11 21 24 28 29 4 Вопросы безопасности жизнедеятельности Заключение Список литературы ХИИК (филиал) ФГБОУ ВО СибГУТИ Подпись Дата Изм. Лист Разраб. № докум. Исаков И.А. Ананьин А.В. Лит. Лист Листов Проектирование систем и сетей наземного цифрового телевизионного вещания в стандарте DVB-T Провер. 2 26 Реценз. 151рх-208 Н. Контр. Утверд.  ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА Номер варианта по журналу Передача программ мультиплекса Высота подвеса передающей антенны, м Высота подвеса приемной антенны, м Мощность передатчика, кВт Тип передающей антенны 4 2 110 12 5 1 («Зигзаг модели 2РТ») Тип фидера 2 (РК 75-41) Номер телевизионного канала 59 Лист 3  ВВЕДЕНИЕ На этапе проектирования систем и сетей наземного цифрового ТВ вещания (НЦТВ) необходимо, исходя из ряда известных и задаваемых параметров, оценить границы зон покрытия цифровым вещанием. По стандартам DVB-T, H, C, S, S2 при расчете зон обслуживания может варьироваться около 60 параметров, среди которых: - тип модуляции (QPSK; 16-, 32-, 64-, 128- и 256-QAM, COFDM); - относительная длина защитного интервала Тз/Ти ; - относительная скорость сверточного кодирования Rск 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8; - высота подвеса антенны; - выходная мощность передатчика; - объем передаваемой информации. Необходимо также учесть рабочий диапазон частот; ширину полосы канала вещания; способы кодирования (сверточное, Рида-Соломона, турбо); режим передачи 2K, 4K или 8K; статическое мультиплексирование; применение приоритетного (иерархического) режима; способ приема (стационарный, внутри помещения, мобильный) и ряд других вспомогательных. В отличие от стандартов спутникового DVB-S и кабельного DVB-C вещания, в которых применяется традиционный режим передачи “несущая на канал”, в НЦТВ DVB-T и H используется многочастотный режим передачи с 6817 несущими (режим 8K) или 1705 несущими (режим 2K, где K=1024), а также 4K (для DVB-H) в радиоканале (с шириной полосы частот 8; 7 или 6 МГц в странах со стандартами D/K, K1, I, L; B/G, B/H и M, N соответственно). Следует оптимально выбрать параметры передачи для обеспечения уверенного приема в зоне с максимальными границами покрытия. Лист 4 1 ПОСТРОЕНИЕ СЕТЕЙ ЦИФРОВОГО ЭФИРНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ СТАНДАРТА Система DVВ-Т была разработана с заложенным свойством существенной гибкости, DVB-T обеспечиваемым за счет опций выбора широкого набора параметров, с целью адаптации ко всем каналам и режимам работы, включая фиксированный, мобильный и переносной приемы, а также построение одночастотных сетей. Среди всех систем цифрового наземного ТВ вещания система DVВ-Т развивается наиболее динамично. Система DVВ-Т завоевывает все больше сторонников, поскольку обеспечивает наиболее высокое качество среди всех возможных применений. Успехам семейства систем DVВ-Т, -S, -С способствует широкая стандартизация всех подсистем и технологий, которые могут найти применение не только сегодня, но и в отдаленной перспективе с учетом прогресса других телекоммуникационных систем и изменения структуры и конъюнктуры рынка. Систему DVВ-Т из-за ее универсальности и многофункциональности приняли в качестве национального стандарта многие страны мира: Австралия, Бельгия, Великобритания, Венгрия, Германия, Греция, Дания, Индия, Ирландия, Испания, Италия, Литва, Нидерланды, Новая Зеландия, Норвегия, Польша, Португалия, Сингапур, Словакия, Словения, Турция, Украина, Финляндия, Франция, Хорватия, Чехия, Швейцария, Шве-ция. Система DVВ-Т проходит испытания и является объектом рассмотрения для последующего решения о принятии в качестве стандарта в странах: Россия, Бразилия, Гонконг, Израиль, КНР, Куба, Тайвань, Чили. Система цифрового наземного ТВ вещания DVВ-Т (Система В в МСЭ-Р) определяется как функциональный блок оборудования, обеспечивающий адаптацию цифрового ТВ сигнала, представленного в основной полосе частот на выходе транспортного мультиплексора МРЕG-2, с характеристиками стандартного наземного радиоканала вещания, имеющего ширину полосы частот 8 МГц. Поскольку система DVВ-Т, как и любая другая система ЦНТВ, должна использовать существующие частотные планы и в течение достаточно длительного переходного периода обеспечивать вещание наряду с действующими аналоговыми ТВ системами (в России стандарта D,К/SЕСАМ), она должна обладать требуемой помехозащищенностью со стороны аналоговых систем и не должна создавать недопустимых помех для них. Для обеспечения всех необходимых требований по адаптации потока данных к радиоканалу вещания в составе передающего комплекта системы DVВ-Т имеются устройства кодирования для канала, мультиплексирования и модуляции. Структурная схема подсистемы Лист 5  адаптации к каналу наземного вещания показана на рисунке 1.1. На том же рисунке упрощенно показана также подсистема кодирования источников информации и их мультиплексирования в транспортный поток. Рисунок 1.1 – Структурная схема передающей части системы DVВ-Т Выход транспортного мультиплексора является точкой стыка подсистем формирования и передачи транспортных пакетов. Таким образом, входным сигналом тракта адаптации является поток транспортных пакетов фиксированной длины 188 байт, из которых один (первый) байт служит для цикловой синхронизации. Для более равномерного распределения (дисперсии) энергии радиосигнала в полосе канала входной поток подвергается рандомизации (скремблированию). Система DVВ-Т имеет два идентичных по структуре тракта рандомизации и помехоустойчивого кодирования. Такое построение позволяет использовать иерархические методы независимого кодирования двух потоков данных для организации их приоритетного приема в зонах вещания с различной площадью покрытия. Общая часть тракта подсистемы адаптации служит для преобразования потоков данных в комбинации битов, соответствующих модулированным посылкам, ввода сигналов цикловой синхронизации и управления, формирования защитных временных интервалов, преобразования цифровых сигналов в модулированный групповой спектр СОFDМ, переноса его в полосу канала вещания, усиления и излучения в эфир. Построение подсистемы кодовой защиты в системе DVВ-Т выполнено по традиционному для систем ЦНТВ каскадному принципу. Для защиты от ошибок в демодулируемом сигнале СОFDМ служит внутренний сверточный кодек с набором различных Лист 6 кодовых скоростей и относящийся к нему блок внутреннего перемежения-деперемежения битов. Для исправления пакетов ошибок и дополнительного снижения вероятности ошибки в декодированном сигнале служит внешний кодек Рида-Соломона и внешний перемежитель- деперемежитель байтов транспортного потока. При разработке подсистем кодирования для канала в системе DVВ-Т были максимально учтены требования близости структуры и параметров к спутниковой (DVВ-S) и кабельной (DVВ- С) системам. Так, схемы внешнего кодирования и внешнего перемежения являются одинаковыми во всех трех системах DVВ. Схемы внутреннего кодирования и рандомизации (скремблирования) соответствуют таковым в спутниковой системе DVВ-S. При реализации услуг ЦТВ и ЦРВ условия приема в решающей степени влияют на выбор метода передачи сигналов. Однако, вне зависимости от метода передачи, организация ЦТВ и ЦРВ с помощью наземных передающих станций требует изучения возможности работы передающей сети на одной или нескольких несущих частотах. Наиболее исследованы одночастотный и многочастотный способы построения сетей ЦТВ и ЦРВ. Реализация этих способов организации вещания существенно зависит от используемого метода передачи сигналов. В состав современной телевизионной сети нашей страны входят также около 100 млн. телевизоров. В РФ для организации телевизионного и звукового радиовещания выделены определенные полосы частот. С целью классификации выделенная для телевизионного вещания страны полоса частот электромагнитных колебаний условно разбита на пять частотных диапазонов, в которых может быть размещено 73 радиоканала: I диапазон 48,5…66 МГц (радиоканалы 1 и 2); II диапазон 76…100 МГц (радиоканалы 3…5); III диапазон 174…230 МГц (радиоканалы 6…12); IV диапазон 470…582 МГц (радиоканалы 21...34); V диапазон 582...960 МГц (радиоканалы 35…82) Выбор нижней границы I диапазона определяется тем, что для упрощения конструкции телевизионных приемников и снижения частотных искажений при выделении полного телевизионного сигнала из радиосигнала необходимо, чтобы несущая частота изображения в несколько раз превышала максимальную частоту спектра модулирующего телевизионного сигнала fmax = 6,25 МГц. Кроме этого, частотный диапазон примерно до 40 МГц практически полностью занят для целей радиовещания и радиосвязи и других радиослужб. Верхняя граница V частотного диапазона ограничена длинами радиоволн, на которых начинают сказываться значительное их поглощение в атмосфере и влияние ее неоднородностей — дождя, тумана и т.д. Лист 7 Каждый радиоканал предназначается для передачи сигналов изображения и звукового сопровождения одной телевизионной программы. Ширина полосы частот радиоканала определяется используемым телевизионным стандартом, т.е. соответствует 8 МГц. Региональная конференция радиосвязи по планированию цифровой наземной радиовещательной службы в отдельных частях Регионов 1 и 3, куда входит Россия, проведенная под эгидой МСЭ в 2004 году, отвела под телевещание полосу радиочастот 174…230 МГц и 470...862 МГц, т.е., начиная с шестого метрового телевизионного канала частотного плана, применяемого для аналогового вещания (см. таблицу 1.1). Поэтому 6 июня 2005 г. Государственная комиссия по радиочастотам (ГКРЧ) РФ выделила данные полосы радиочастот непосредственно для цифрового наземного телевизионного вещания на территории России. Построение одночастотных сетей цифрового телевидения. Анализ особенностей распространения радиоволн отдельных частотных диапазонов, которые используются для наземного телевизионного вещания, показывает, что наличие только одного мощного радиопередающего устройства допускает появление участков неудовлетворительного приема телевизионных сигналов даже в зоне уверенного приема. Радикальным способом исключения участков неудовлетворительного приема и расширения, в целом, зоны вещания цифрового телевидения является создание одночастотных сетей вещания (SFN – Single Frequency Network), в которых трансляция телевизионных программ на большую территорию идет параллельно через ряд радиопередатчиков, работающих на одной и той же частоте. Примером одночастотной сети может служить сеть малых передатчиков, расположенных в зонах плохого приема сигнала основного радиопередатчика и работающих на той же самой частоте, что и основной. Особенно эффективно функционирование одночастотных сетей в случае использования системы цифрового телевидения DVВ-Т, в которой применяется способ модуляции COFDM-типа, позволяющий работать в условиях многолучевого приема. В таких сетях телевизионный приемник получает сигналы сразу от нескольких передатчиков, приходящие с различной задержкой во времени. Если эти сигналы приходят от близко расположенных передатчиков, то они просто складываются, обеспечивая возрастание итогового уровня полезного сигнала в телевизоре. Сигналы же от более удаленных передатчиков фактически не учитываются декодером приемника за счет наличия защитного интервала и не влияют на прием. При этом длительность защитного интервала должна удовлетворять условию TG ≥ (d/VС), где d – расстояние между соседними радиопередатчиками; VС – скорость распространения электромагнитных колебаний. Возможные значения расстояния между соседними передатчиками в одночастотной сети при различной длительности защитного интервала приведены в таблице 2.4. На практике режим 2k в системе DVВ-Т пригоден для телевизионного вещания одиночным радиопередатчиком и для построения малых одночастотных сетей с Лист 8 ограниченным расстоянием между передатчиками. Режим 8k целесообразно применять в тех случаях, когда необходимо построение больших одночастотных сетей. При создании одночастотной сети наземного цифрового телевизионного вещания необходимо обеспечить синхронизацию каждого радиопередатчика сети, как во времени, так и по частоте. Практически это осуществляется за счет фиксации сигналов системы глобального определения координат GPS (Global Position System) специальным приемником, входящим в комплект передатчиков. Многочастотная сеть. При разработке фундаментальных аспектов цифрового радиовещания в 1980-х гг. как в нашей стране, так и за рубежом ставка делалась на традиционные многочастотные сети — при использовании последовательной передачи сигнала. Идея многочастотной сети заключается в том, что в различных зонах обслуживания используются разные поддиапазоны, в частности в трехчастотной сети используются три поддиапазона частот, причем в каждом поддиапазоне каждая программа излучается на своей рабочей частоте. Однако, несмотря на то, что в многочастотной сети появляется возможность существенного увеличения длительности элементарных посылок, проблема МСИ при таком планировании сети полностью решена не будет. Действительно, для решения этой проблемы в методе СОFDМ каждая программа передается при использовании большого числа (под) несущих. Построение многочастотных сетей ЦРВ не снято с повестки дня, тем более что в условиях равнинной и слабопересеченной местности, а так же в малоэтажных городах (т.е. в условиях сравнительно слабо выраженной многолучевости) применение последовательной передачи не только оправдано, но и целесообразно. При проектировании таких сетей следует пользоваться методикой планирования передающей сети ОВЧ ЧМ радиовещания. Принятие Европейского стандарта для наземной версии DVB-T, использующего параллельный (многочастотный) метод передачи — систему СОFDМ, и появление ряда материалов по вопросам построения одночастотных вещательных сетей (SFN) в Европе сделало возможным рассматривать такой вариант построения сетей как альтернативу многочастотным. Ввиду отсутствия в настоящее время методик расчета SFN, аналогичных нормативным документам, полноценное проектирование таких сетей затруднено. Ниже даются рекомендации общего характера, позволяющие выполнить эскизный расчет мощности ТВ передатчика. Определение мощности телевизионных радиопередатчиков. В точках приема на входные цепи телевизоров воздействуют полезный сигнал, на-веденный в антенне электромагнитным полем телевизионного радиопередатчика, и помехи, например, флуктуационные (тепловые) шумы. Флуктуационные шумы возникают в процессе преобразования оптического изображения в электрический сигнал, при усилении видеосигнала, при преобразовании видеосигнала в Лист 9 |