4. Особливості передачі сигналів цифрового телебачення ефірними каналами зв’язку
4.1. Основні вимоги до систем передачі сигналів цифрового телебачення з радіоканалів
У цифрових телевізійних мовних системах по радіоканалах необхідно передавати цифровий сигнал – транспортний потік MPEG-2 (точніше – транспортний потік системи DVB-T). Цей цифровий сигнал необхідно передавати у виділеній для цього радіоканалу смузі частот. При цьому необхідно вирішувати завдання модуляції несучого коливання цифровим сигналом та захисту його від перешкод.
Однією з головних вимог до систем цифрового телебачення є використання радіоканалів телевізійного мовлення.
Для трансляції сигналів цифрового телебачення, особливо якщо треба передавати сигнали кількох програм звичайної (стандартної) чіткості в одному радіоканалі або сигнал ТВЧ, необхідно збільшувати ефективність використання смуги частот радіоканалу зв'язку, що досягається застосуванням складніших методів модуляції несучої.
Інша найважливіша вимога до системи цифрового телебачення – забезпечення високої стійкості до перешкод.
Як відомо, цифрова інформація передається у вигляді двійкових символів – одиниць та нулів. З двійкових символів складаються кодові комбінації (кодові слова), кожна з яких цифрового телевізійного сигналу може містити інформацію, наприклад, про значення одного відліку цього сигналу. Внаслідок дії шумів та перешкод окремі двійкові символи можуть бути прийняті з помилкою. Це тим, що саме собою перетворення аналогових сигналів в цифрову форму ще гарантує високої перешкоднозахищеності переданої інформації. При цьому треба мати на увазі, що прояв помилок у цифровій телевізійній системі суттєво відрізняється від помітності шуму флуктуаційного в аналоговій системі. Помилка в одномуДвійковий розряд може змінити значення відліку зображення багаторазово, якщо вона відбулася у старшому розряді кодового слова. При використанні різних методів скорочення надмірності телевізійного сигналу поодинока помилка може призвести до спотворення, наприклад ділянки рядка або навіть групи рядків. Інтенсивність помилок характеризується їх відносною частотоюfош[ош/дв. символ], що показує ймовірність, що прийнятий окремий двійковий символ помилковий. В англомовній технічній літературі ця величина зазвичай називається BER (BitErrorRate-частота помилок на 1 біт або коефіцієнт помилок).
Ймовірність помилки у одному розряді може становити 10 –4 …10 –5 . Це означає, що при швидкостях цифрового потоку даних, рівних кільком десяткам Мбіт/с, кожну секунду відбуватимуться сотні помилок. Якість такого зображення буде незадовільною. На практиці навіть кілька білих або чорних точок на зображенні можуть бути помітними.
Розглянемо основні причини виникнення помилок:
вплив шумів різної природи (тепловий шум, шум генерації-рекомбінації, фліккер-шум і т.д.), що у більшості випадків проявляються у вхідних каскадах приймальної телевізійної апаратури;
індустріальні та атмосферні перешкоди;
перешкоди, створювані радіопередавачами, які працюють у цій смузі частот у сусідніх районах (явище інтерференції);
багатопроменеве поширення радіохвиль, що виникає через відбиття від штучно створених споруд, наприклад, житлових будівель, і від природних височин, зумовлених рельєфом поверхні землі.
Помилки прийому двійкових символів класифікуються на одиночні і пакетні (групові). Поодинокі помилки, зазвичай, залежать друг від друга. Пакетні помилки спотворюютьвідразу кілька сусідніх двійкових символів. Наприклад, внаслідок впливу досить тривалої імпульсної перешкоди кілька двійкових символів, що йдуть поспіль, стають рівними нулю або одиниці.
Традиційними способами підвищення стійкості до перешкод цифрових телевізійних систем, що забезпечують наземне мовлення, є:
збільшення потужності радіопередавача;
вибір антенно-фідерних пристроїв із оптимальними для конкретного випадку параметрами;
зменшення рівня шумів у телевізійних приймачах шляхом застосування малошумливої елементної бази;
раціональне планування використання радіоканалів на суміжних територіях
На жаль, всі ці методи мають обмеження, пов'язані з реальними технічними можливостями, з кінцевою шириною доступного ефірного діапазону частот, високою вартістю приймальної апаратури і т.д.
У разі передачі цифрових сигналів значне підвищення стійкості до перешкод може бути досягнуто шляхом застосування кодів, що виправляють помилки. У цифрових телевізійних системах одночасно з завадостійким кодуванням додатково виконується операція перемішування даних цифрового потоку, яка перетворює пакетні помилки в сукупність помилок одиночних. Дане перетворення має велике практичне значення, так як виправлення одиночних помилок є значно простішим технічним завданням порівняно з виправленням пакетних помилок.
Операції перемішування даних, що одночасно виконуються, і перешкодостійке кодування дуже часто називаються канальним кодуванням, яке реалізується безпосередньо перед передачею цифрової інформації по радіоканалу і, як правило, поєднується з модуляцією. Канальне кодування, як правило, ґрунтується на введенні деякоїнадмірності в повідомлення, що передається для того, щоб вплив перешкод на цифровий сигнал в радіоканалі було мінімальним.