В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Марк Локшин
НИИР
Основной целью внедрения в России цифрового телевидения является обеспечение всего населения страны многопрограммным вещанием. При этом признано недопустимым, чтобы телезрители, которые сегодня смотрят программы аналогового телевидения, лишились возможности смотреть телепередачи с переходом на цифровой формат вещания.
Реконструкция передающей сети — это лишь одна сторона проблемы; есть и вторая — организация приема цифрового ТВ населением, чему практически не уделяется должное внимание. В статье рассмотрены технические аспекты, связанные с решением второй задачи.
Цифровые сигналы более защищены от помех, чем аналоговые, но нужно учитывать особенность цифровой модуляции - так называемый пороговый характер приема: даже при незначительном уменьшении напряженности поля ниже определенного порога прием прекращается. При приеме сигналов аналогового телевидения качество принимаемого изображения пропорционально ухудшается с уменьшением уровня принимаемого сигнала, поэтому телевизионные программы в аналоговом формате сигналов население смотрит при уровне сигнала существенно ниже нормируемого уровня, в том числе на значительных расстояниях за пределами зон гарантированного обслуживания. После перехода на цифровое вещание возможна ситуация, когда в большом числе населенных пунктов нашей страны телезрители аналогового вещания перестанут принимать программы, если не предусмотреть надлежащие меры. Выбор значений параметров радиопередающих станций (РПС), обеспечивающих наиболее оптимальный охват населения телевизионным вещанием, - это решение лишь по
ловины задачи. Чтобы решить задачу полностью, понадобится также привести в порядок приемную сеть наземного телевидения, которая сегодня находится в неудовлетворительном состоянии, и определить параметры приемных установок индивидуального пользования, при которых реализуются потенциальные возможности таких РПС.
В наземной сети прием телевидения осуществляется следующими способами:
В городах и крупных населенных пунктах, где развиты широкополосные системы коллективного приема телевидения, население не столкнется с проблемами при переходе на цифровой формат сигнала телевизионного вещания. В таких сетях на переходный период может применяться предложенное специалистами ОАО "МНИТИ" решение, при котором на головных станциях СКПТ принимаемые цифровые сигналы наиболее важных телевизионных программ преобразуются в аналоговые и в таком виде доставляются телезрителям (и параллельно в цифровом формате). При такой схеме отпадает необходимость установки у телезрителей приставок. Кто захочет принимать цифровые программы, тот приобретет цифровой телевизор. Со временем и остальные абоненты также приобретут цифровые телевизоры взамен аналоговых. В 30 городах России, где развиты широкополосные сети СКПТ, проживает более 30% населения страны, и число абонентов сетей СКПТ будет увеличиваться.
Непосредственный прием сигналов спутниковых ретрансляторов осуществляется на достаточно простые установки, стоимость которых сравнима со стоимостью приставок цифрового телевидения. В настоящее время их использует всего около 1% населения страны, но число таких установок увеличивается, а при переходе наземной сети на цифровой формат сигналов спрос на них существенно возрастет, поскольку такой вид приема является альтернативой приему сигналов эфирных передатчиков в местах с малой напряженностью поля (на существенном удалении от наземных РПС и в затененных рельефом местности зонах). Правда, последнее затруднение характерно и для непосредственного приема сигналов спутниковых систем вещания. Как видно, основная часть населения России получает телевидение с помощью установок индивидуального пользования. В ближайшее десятилетие эфирное телевидение и радио сохранят свои позиции основного источника социально значимой информации для населения, поэтому настоящая статья посвящена проблеме организации индивидуального приема сигналов наземных эфирных РПС.
Существующая наземная сеть телевизионного вещания России построена, исходя из задачи обеспечения двумя центральными телевизионными программами практически всего населения страны. За редким исключением эти программы транслировали передатчики диапазона метровых волн (MB) и, как правило, в полосе частот до 100 МГц (каналы 1-5).
На этих частотах обеспечиваются наилучшие условия распространения радиоволн, используемых для трансляции телевидения. Поэтому удалось достичь охвата двумя программами телевидения 96% населения России.
На сегодня частотный ресурс для организации телевизионного вещания практически исчерпан. В масштабах всей страны на переходном этапе внедрения цифрового телевидения реально рассчитывать на выделение, как правило, частотных каналов в верхней части диапазона дециметровых волн (ДМВ) для параллельного вещания в цифровом формате. Радиоволны этого диапазона волн распространяются значительно хуже радиоволн диапазона MB.
Условием качественного приема является обеспечение надлежащего отношения сигнал/шум (С/Ш) на входе приемника. Исходя из значения этого параметра, вычисляют минимально необходимый уровень напряженности поля передатчика в месте приема, который, в свою очередь, определяет выбор мощности передатчика для охвата требуемой зоны обслуживания. В зависимости от параметров модуляции сигнала цифрового телевидения требуемые значения С/Ш лежат в пределах от 6 до 24 дБ [1]; при модуляции 64-QAM и скорости внутреннего кодирования 5/6 требуемое значение С/Ш = 22,7 дБ.
Для качественного приема аналогового телевидения требуется более высокое значение С/Ш; при планировании сети исходят из значения С/Ш = 36 дБ, хотя измерения показали, что можно смотреть телевизионные передачи и при С/Ш = 30 дБ и даже меньше.
В табл. 1 приведены значения напряженности поля:
Из данных табл. 1 видно, что прием аналогового телевидения на современные телевизоры (выпуска не ранее 90-х гг. прошлого века) возможен при значениях напряженности поля существенно меньше тех, которые были приняты при планировании отечественной передающей сети телевидения, исходя из характеристик телевизоров производства 1950-х гг. При этом в значительном числе населенных пунктов страны население регулярно смотрит телевизионные передачи при напряженности поля, соответствующей значениям, рекомендуемым МСЭ для малонаселенных районов (см. табл. 1), а иногда и еще более низкой. Эти значения практически равны тем, в расчете на которые МСЭ рекомендует планировать наземные сети цифрового телевидения для обеспечения возможности приема в 95% мест на границе зоны обслуживания.
Номинальная мощность гибридного передатчика в режиме цифровой модуляции примерно в 4 раза меньше, чем в режиме аналогового сигнала. Поэтому при переводе конкретного передатчика в режим цифрового вещания его зона обслуживания может заметно сократиться. Рассмотрим в качестве примера РПС с высотой опоры 180 м, где размещены гибридные передатчики, которые в аналоговом режиме работают с мощностью 5 кВт, а в цифровом режиме с мощностью 1,25 кВт.
На рис. 1 представлены кривые распространения сигналов передатчиков цифрового телевидения диапазона MB (частота 200 МГц) и диапазона ДМВ (частота 500 МГц), мощность которых при их работе в аналоговом режиме равнялась бы 5 кВт. По оси абсцисс обозначены границы зон обслуживания передатчиков при работе с параметрами модуляции цифрового сигнала 64-QAM-5/6 в предположении вероятности приема в 95% мест (51 км для передатчика диапазона MB, 38 км для передатчика IV диапазона ДМВ и 34 км для передатчика V диапазона ДМВ). На этом рисунке также обозначена граница зоны обслуживания (прием при отношении С/Ш = 36 дБ) передатчика III диапазона MB мощностью 5 кВт, работающего в режиме аналогового вещания (62 км). Расчет показал, что такой гибридный передатчик в режиме цифрового сигнала создаст на этом расстоянии медианную напряженность поля, равную 47 дБ/мкВ/м, что на 3 дБ больше значения, необходимого для обеспечения приема более чем в 70% мест (см. табл. 1). В диапазоне ДМВ на таком расстоянии расчетная напряженность поля будет равна: 43 дБ/мкВ/м в диапазоне IV и 42 дБ/мкВ/м в диапазоне V. Это существенно меньше минимально необходимых значений (на 6 и на 9 дБ соответственно); число мест, где возможен прием цифрового телевидения, в первом случае составит 15%, а во втором - 5% от общего числа мест приема на границе зоны обслуживания.
Следовательно, если передатчик диапазона MB перевести в режим цифрового сигнала, зона его обслуживания практически не уменьшится. Если же для вещания социального мультиплек-са применить передатчик диапазона ДМВ такого же класса (соответствующей мощности и стоимости), как и передатчик диапазона MB, который транслирует с этой РПС телевизионные программы канала "Россия" или "Первого канала", число телезрителей может существенно сократиться.
Чтобы практически на всей территории зоны обслуживания аналогового передатчика диапазона MB обеспечить прием цифрового телевидения, нужно применить более помехозащищенные режимы модуляции сигнала. Гистограммы на рис. 2 свидетельствуют о том, что для сохранения аудитории зрителей аналогового телевизионного вещания следует перевести передатчик III диапазона в цифровой режим с параметрами модуляции сигнала 16-QAM, а если транслировать цифровой мультиплекс в диапазоне ДМВ, то с модуляцией QPSK. Естественно, что при этом сократится информационная емкость радиоканала.
Напряженность поля передатчика на одном и том же расстоянии от радиопередающей станции, но в разных азимутах (а иногда и пределах одного населенного пункта) может иметь разные значения в зависимости от рельефа местности, застройки, условий распространения и других факторов. Сети аналогового телевидения планировали так, чтобы на границе зоны обслуживания не менее чем в 50% мест приема обеспечивались значения напряженности поля передатчика, обеспечивающие на входе телевизора отношение С/Ш = 36 дБ (медианные значения). При этом учитывали, что в местах с меньшей напряженностью поля прием сохранится, хотя и с несколько худшим качеством (практика показала, что прием возможен и при отношении сигнал-шум 30 дБ и даже меньше). Поэтому прием аналогового телевидения был возможен практически везде в пределах зоны обслуживания. Поскольку условия приема сигналов цифрового телевидения более критичны к уменьшению уровня напряженности поля, чем при приеме сигналов аналогового телевидения, МСЭ рекомендует планировать наземные сети цифрового телевидения так, чтобы гарантировать прием в проценте мест на границе зоны обслуживания значительно выше 50%. При этом медианные значения напряженности поля (соответственно и мощность передатчика) должны быть больше минимально необходимых.
На рис. 3 графически представлены результаты исследований условий распространения (распределение напряженности поля по месту) сигналов цифрового телевидения [3]. Видно, что для обеспечения вероятности приема в 95% мест на границе зоны обслуживания нужно принять медианное значение напряженности поля на 9 дБ больше минимально необходимого, соответственно для вероятности 70% мест - на 2,9 дБ.
Из рассмотренного выше примера видно, что для обеспечения вероятности приема в 95% мест излучаемая РПС мощность должна быть в 8 раз больше того номинал
а, при котором в 50% мест напряженность поля будет равна минимально необходимому значению.
Правомерен вопрос: нужно ли повсеместно стремиться к вероятности приема в 95% мест на границе зоны обслуживания при переходе к цифровому телевидению? Представляется разумным при планировании реальных сетей цифрового телевидения учитывать распределение плотности населения вблизи границ зоны обслуживания в каждом конкретном случае.
На рис. 4 представлены данные о распределении численности населения в пределах зон обслуживания некоторых мегаполисов России. Из этого рисунка видно, что для РПС Омска и Новосибирска при увеличении радиуса зоны обслуживания с 60 до 80 км охват населения увеличивается незначительно, а для РПС Ростова-на-Дону подобное увеличение зоны обслуживания эффективно. Поэтому в некоторых случаях может оказаться допустимым ограничиться требованием охвата гарантированным приемом, например, 70% мест на границе зоны. Тогда можно будет (по сравнению со случаем охвата 95% мест) уменьшить необходимое значение ЭИМ на 6 дБ (вчетверо). При этом в тех населенных пунктах на границе зоны обслуживания, где напряженность поля окажется недостаточной для качественного приема сигналов цифрового телевидения, можно будет применить приемные установки с усовершенствованными характеристиками, обеспечивающими улучшение отношения сигнал/шум на 6 дБ по сравнению с типовой (стандартной) установкой. В ряде случаев решением проблемы будет организация непосредственного приема сигналов спутникового ретранслятора; стоимость индивидуальной установки будет соизмерима со стоимостью многоэлементной приемной антенны с усилителем.
Опубликовано: Журнал "Broadcasting. Телевидение и радиовещание" #8, 2008
Посещений: 23037
Автор
| |||
В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
