Актуальность работы о построении систем коллективного приема сигналов эфирного телевизионного вещания определяется Федеральным законом «О связи» (в части обеспечения целостности, устойчивости и безопасности функционирования систем и сетей подачи сигналов эфирного цифрового телевизионного вещания) и Федеральной целевой программой «Развитие телерадиовещания в Российской Федерации на 2009 – 2018 годы» (в части создания условий для обеспечения возможности приёма населением эфирного цифрового телевизионного сигнала в зонах «радиотени»).
В 2019 году заканчивается процесс отключения аналогового эфирного телевизионного вещания. При этом, благодаря комбинации цифрового эфирного телевидения, спутникового, кабельного и IP телевидения, а также ОТТ-сервисов, практически все население РФ имеет техническую возможность принимать 20 и более телеканалов в цифровом качестве.
При внедрении ЦТВ наиболее острым является вопрос разработки и создания системы приема цифровых ТВ программ. При построении данной системы на первый план выступают такие соображения как простота технической реализации и экономическая эффективность, минимизация временных затрат на создание системы и надежность ее элементов.
Для решения задачи обеспечения населения Российской федерации услугами цифрового эфирного телевизионного вещания (особенно это касается населения, проживающего на границах и вне зон обслуживания радиосигналами телевизионных передатчиков или в зонах «радиотени») на первый план выступают соображения создания на этих территориях систем коллективного приема цифровых программ, распространяемых в региональном эфире.
В связи с принятым решением о переходе Российской Федерации на стандарты цифрового ТВ вещания второго поколения [1, 2] возникли задачи актуализации и модернизации действующих национальных стандартов на системы DVB первого поколения (в части отражения в них специфики применения систем DVB второго поколения), а также подготовки новых национальных стандартов, распространяющих свое действие исключительно на системы второго поколения, в том числе на систему эфирного цифрового вещания DVB-T2.
Была поставлена задача разработки стандарта на системы коллективного приема, предназначенные для приема радиосигналов эфирного цифрового телевизионного вещания второго поколения DVB-T2 и распределения этих радиосигналов по кабелю в жилых и общественных зданиях, находящихся на границах и вне зон обслуживания радиосигналами телевизионных передатчиков или в зонах «радиотени».
В таблице 1 приведены принципиально возможные варианты формирования сигналов, которые могут распределяться в системе коллективного приема.
Таблица 1 – Варианты формирования распределяемого сигнала |
||
№ |
Принимаемый сигнал |
Распределяемый сигнал |
1 |
DVB-T2
|
PAL/SECAM |
2 |
DVB-C |
|
3 |
DVB-C2 |
|
4 |
DVB-T2 * |
|
5 |
DVB-T2 ** |
|
* - вариант с возможностью трансмодуляции и частотного конвертирования; |
Вариант 1 (DVB-T2 → PAL/SECAM) рассчитан на использование устарелого аналогового приемного парка, требует для своей реализации демодуляции цифровых сигналов принимаемых мультиплексов с последующей аналоговой модуляцией сигналов (при этом число аналоговых модуляторов должно быть равно числу каналов, вошедшему в демодулируемые мультиплексы). Данный вариант сложен в реализации, требует больших капитальных затрат и не соответствует современным тенденциям цифровизации.
Вариант 2 (DVB-T2 → DVB-C) широко используется в мировой и отечественной практике, требует для своей реализации демодуляции сигналов DVB-T2 и последующей модуляции по стандарту DVB-C (в данном варианте число демодуляторов равно числу модуляторов). Выигрыш в помехоустойчивости и скорости потока, который может быть получен при этом преобразовании, не существенен для решения задачи коллективного кабельного приема при небольшом числе физических радиоканалов, распределяемых в сети. Данный вариант сложен в реализации и требует затрат на приобретение модемов.
Вариант 3 (DVB-T2 → DVB-C2) требует для своей реализации демодуляции сигналов DVB-T2 и последующей модуляции по стандарту DVB-C2 [3]. Данный вариант позволяет, в принципе, увеличить скорость распределяемых потоков по сравнению со скоростью принимаемых потоков. Однако получаемый при этом выигрыш не является решающим для решения задачи коллективного кабельного приема при небольшом числе физических радиоканалов, распределяемых в сети. Кроме того, необходимо учитывать тот факт, что в настоящее время в распоряжении абонентов и в торговой сети есть лишь небольшое число телевизионных приемников и приставок STB, поддерживающих работу со стандартом DVB-C2. Данный вариант сложен в реализации и требует затрат на приобретение модемов.
Вариант 4 (DVB-T2 → DVB-T2 с возможностью трансмодуляции и частотного конвертирования) требует для своей реализации демодуляции сигналов DVB-T2 и последующей модуляции в том же стандарте, но с другими параметрами модуляции. Выигрыш в помехоустойчивости и скорости потока, который, в принципе, может быть получен при этом преобразовании, не существенен для решения задачи коллективного кабельного приема при небольшом числе мультиплексов.
Вариант 5 (DVB-T2 → DVB-T2 без трансмодуляции и частотного конвертирования) не требует для своей реализации никаких преобразований сигналов, кроме прямого усиления и допускает сквозную передачу принятых сигналов DVB-T2 через распределительную сеть. По сложности реализации этот вариант наиболее прост и требует минимальных капитальных затрат. Кроме того, этот вариант в настоящее время широко используется для реализации систем ТВ приема в коттеджах и частных домах.
Таким образом, наиболее предпочтительным для построения системы коллективного приема с точки зрения сложности реализации, минимизации капитальных затрат и решения вопросов устойчивости функционирования системы является вариант сквозной передачи принимаемых сигналов DVB-T2 через распределительную сеть в неизменном виде (без трансмодуляции и частотного конвертирования) с возможностью приема на любые DVB-T2 приемники.
Системы коллективного приема сигналов эфирного цифрового телевизионного вещания должны обеспечивать возможность приема и распределения радиосигналов вещательного телевидения в стандартных телевизионных каналах по ГОСТ 7845 в диапазонах IV и V (470 — 862 МГц).
В зависимости от сложности сети и количества обслуживаемых абонентов системы коллективного приема [4] могут подразделяться на категории в соответствии с данными таблицы 2.
Таблица 2 – Классификация систем коллективного приема
Характеристика системы (категория) * |
Область применения |
Система коллективного приема на одно направление распределения (категория 1) |
Небольшие жилые или общественные здания (до 100) |
Крупная система коллективного приема на несколько направлений распределения (категория 2) |
Большие жилые и общественные здания, несколько близко стоящих зданий (до 5000) |
* Классификация систем коллективного приема условна: область применения, характеристики системы и число пользователей могут быть изменены в процессе эксплуатации. |
АУ – антенный усилитель; КУ – канальные усилители; ВУ – выходы усилителей; ВР – вход распределителя; П – перемычка; U – источник питания КУ
Рисунок 1 — Приемное оборудование (ПО) системы коллективного приема
3.1. Требования к элементам распределительной сети:
Таблица 3 - Требования к элементам распределительной сети
Приложение А |
Классификация систем коллективного приема и условные графические обозначения элементов распределительной сети |
Приложение Б |
Основные технические требования к антенному оборудованию систем коллективного приема |
Приложение В |
Классификация и основные технические требования к усилительному оборудованию распределительных сетей |
Приложение Г |
Основные технические требования к пассивному оборудованию распределительных сетей |
Приложение Д |
Коаксиальные кабели, используемые в распределительных сетях |
Приложение Е |
Волоконно-оптические кабели, используемые в распределительных сетях |
Приложение Ж |
Требования к коэффициенту готовности распределительной сети |
Приложение И |
Перечень параметров, определяющих качество и помехоустойчивость приема радиосигналов системы DVB-T2 в распределительной сети |
Приложение К |
Методика оценки качества декодированных изображений и звукового сопровождения |
Приложение Л |
Перечень и параметры средств измерений, используемых при настройке и проверке распределительной сети |
Перечень основных технических требований к антенному оборудованию систем коллективного приема приведен в таблице 4.
Таблица 4 – Требования к антенному оборудованию
Характеристика |
Значение |
Диапазон частот, МГц |
470 – 862 |
Наличие встроенного усилителя |
Нет |
Импеданс, Ом |
75 |
Тип подключения |
F (гнездо) |
Поляризация |
H/V |
Коэффициент возвратных потерь, дБ, не менее |
10 |
Коэффициент усиления, дБ, не менее: |
|
Коэффициент защитного действия, дБ, не менее |
20 |
Ширина диаграммы направленности: |
|
|
3.2. Требования к кабельным линиям:
Для реализации систем коллективного приема можно использовать распределительные сети только на коаксиальных кабелях или с использованием гибридной (Hybrid Fiber Coaxial — HFC) технологии.
3.3. Требования к электропитанию элементов распределительной сети:
3.4. Требования к устойчивости функционирования систем коллективного приема:
Требования к устойчивости функционирования систем коллективного приема приведены в таблице 5.
Таблица 5 – Требования к устойчивости функционирования систем коллективного приема |
|
Характеристика |
Значение |
Срок службы распределительной сети, лет, не менее |
10 |
Интегральный коэффициент готовности оборудования распределительной сети, не менее |
0,997 (Приложение Ж) |
Климатическая устойчивость : - открытый воздух, чердачные помещения - внутри помещений |
ГОСТ 15150: УХЛ 1.1 УХЛ 4 |
Устойчивость к параметрам напряжения питания |
ГОСТ 32144 |
Устойчивость к механическим и климатическим воздействиям |
ГОСТ 11478 |
Противопожарная безопасность и техника безопасности |
ГОСТ Р МЭК 60065 |
Предельно допустимые значения напряженности электромагнитного поля на рабочих местах |
ГОСТ 12.1.006 |
Параметры помехоустойчивости оборудования распределительной сети |
ГОСТ Р 51513 |
Напряженность поля индустриальных радиопомех, излучаемых оборудованием распределительной сети, а также напряжение индустриальных радиопомех, создаваемых оборудованием на сетевых гнездах |
ГОСТ 22505 |
3.5. Перечень параметров, определяющих качество и помехоустойчивость приема радиосигналов в распределительной сети
Таблица 6 - Перечень основных параметров радиосигнала цифрового телевизионного вещания по стандарту DVB-T2
Параметр |
Значение параметра |
Тип модуляции |
QPSK, 16-QAM, 64-QAM или 256-QAM |
Размер OFDM при полосе частот: |
|
Длительность кадра, бит |
64800 или 16200 |
Относительная кодовая скорость |
1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6 |
Относительный защитный интервал |
1/128, 1/32, 1/16, 19/256, 1/8, 19/128, 1/4 |
Вариант размещения рассредоточенных пилот-сигналов |
РР1, РР2, РР3, РР4, РР5, РР6, РР7, РР8 |
Полоса частот канала распределения |
8 МГц |
Таблица 7 - Перечень основных параметров радиосигнала DVB-T2, используемых для эфирной трансляции 1 и 2 программных мультиплексов
Параметр |
Значение параметра |
Тип модуляции |
64-QAM |
Размер OFDM |
32K ext |
Длительность кадра, бит |
64800 |
Относительная кодовая скорость |
4/5 |
Относительный защитный интервал |
1/16 |
Вариант размещения пилот— сигналов |
РР4 |
Полоса частот канала распределения, МГц |
8 |
3.6. Перечень параметров, определяющих качество функционирования распределительной сети
Таблица 8 — Перечень параметров, определяющих качество функционирования распределительной сети и приемного оборудования |
|
|
Параметры распределительной сети |
||
Уровень выходного напряжения цифрового радиосигнала в полосах частот каналов распределения, мин/ макс, дБмкВ: |
47 / 70 |
|
Разность уровней выходного напряжения цифровых радиосигналов в полосах частот каналов распределения, дБ, в пределах: |
|
|
Неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в полосах частот каналов распределения, дБ, не более |
3 |
|
Отношение радиосигнала цифрового телевизионного вещания к шуму в полосах частот каналов распределения, дБ |
31 |
|
Переходное затухание между выходами двух абонентских розеток, дБ, не менее |
22 |
|
Коэффициент битовых ошибок (BER) в транспортном потоке, измеренный после внутреннего декодера LDPC измерительного приёмника в полосах частот каналов распределения, не более |
10–7 |
|
Субъективная оценка качества изображения и качества звукового сопровождения, баллы, не менее |
4,5 |
|
Параметры приемного оборудования |
||
Коэффициент шума в полосах частот каналов приема, дБ, не более |
12 |
|
Диапазон регулировки уровня напряжения радиосигнала на выходе, дБ, не менее |
10 |
|
Неравномерность амплитудно-частотной характеристики в полосах частот каналов приема, дБ, не более |
2 |
|
Избирательность на частотах, отстоящих на 8 МГц и выше верхней, на 8 МГц и ниже нижней граничных частот канала приема, дБ, не менее |
57 |
|
Затухание несогласованности по входу (выходу) ПО, дБ, не менее |
14 |
3.7. Требования к коэффициенту готовности распределительной сети
Кг = То / (Tо + Tв) = (Т – Тв) / Т,
где: То — среднее время наработки на отказ;
Тв — среднее время восстановления;
Т = Tо + Tв — длительность отчетного периода — сумма среднего времени наработки на отказ и среднего времени восстановления работоспособности сети в течение данного периода времени (например, одного года).
Таблица 9 — Требования к коэффициентам готовности сетей цифрового телевизионного вещания и отдельных элементов распределительной сети |
|
Виды и элементы сетей |
Кг, не менее |
Сети цифрового телевизионного вещания |
|
Сети подачи программ наземного эфирного телевизионного вещания: - региональные сети в вещательных зонах М, Г и В |
0,9987 * |
Cистемы коллективного приема телевидения (СКП) |
0,997 * |
Элемент распределительной сети |
|
Приемное оборудование |
0,9995** |
Домовая сеть |
0,9991** |
* Интегральные коэффициенты готовности. ** Допускается использование элементов сети с величинами Кг, отличающимися от приведенных в настоящей таблице, но в этих случаях применяемые значения Кг должны быть обоснованы дополнительными расчетами. При этом итоговое значение интегрального коэффициента готовности сети должно быть не менее значения, указанного в настоящей таблице. |
3.8. Методика оценки качества декодированных изображений и звукового сопровождения
Рисунок 2 — Соотношение битовых и пакетных ошибок в условиях квазибезошибочного приема
Таблица 10 ― Перечень искажений изображения и особенностей их проявления
Тип искажения |
Особенность проявления |
Замирания изображения |
Замена реального кадра последним из кадров |
Блокинг-эффект на изображении в целом либо на отдельных фрагментах изображения |
За счет резких изменений значений яркости от одного блока к другому этот эффект визуально воспринимается как набор прямоугольников |
Мозаичный эффект |
Представляет собой смягченный вариант блокинг-эффекта ― существенно большее количество значений яркости в составе каждого блока, но переходы между блоками визуально заметны |
Эффект Гиббса |
Блокинг-эффект на контурных линиях деталей изображения |
Эффект «картонного неба» |
Визуально заметная пониженная разрядность фона движущихся деталей изображения при качественном воспроизведении движущихся деталей как таковых |
Появление ложных границ деталей изображения |
Эффект добавления границ к естественным границам деталей изображения |
Ступенчатые переходы яркости на границах деталей изображения |
Изменение значений яркости на границах деталей изображения происходит не плавно, а ступенчато |
Размытие мелких деталей изображения |
Мелкие детали частично сливаются с фоном |
Пропадание мелких деталей изображения |
Полное исчезновение мелких деталей |
«След» за движущимися деталями изображения |
Появление длительно сохраняющегося «следа» за движущимися деталями изображения |
Искажения монохромных изображений |
Появление паразитных цветов на монохромных изображениях |
Динамические искажения |
Нарушения плавности фаз движения динамических деталей изображения |
Таблица 11 — Перечень искажений звукового сопровождения и особенностей их проявления
Тип искажения |
Особенность проявления |
Ухудшение разборчивости речи |
Ухудшение распознавания сказанных или пропетых слов |
Сужение динамического диапазона |
Субъективно ощущаемое уменьшение отношения максимальной и минимальной громкостей звука при его воспроизведении, соотнесенное с ожидаемым звучанием |
Искажение тональности |
Отклонение тональности звука при воспроизведении от ожидаемой тональности |
Появление цифровых помех |
Возникновение периодических, шумовых или импульсных звуковых помех (замираний звука, шумов, фона, треска, щелчков и т.д.), возникающих в каналах формирования и распространения звуковых сигналов |
Появление продолжительной реверберации |
Появление воспринимаемых на слух эхо-сигналов или отзвуков |
Таблица 12 — Пятибалльная шкала оценки качества (ухудшения качества) изображения и звукового сопровождения
Оценка, баллы |
Качество |
Ухудшение |
5 4 3 2 1 |
Отличное Хорошее Удовлетворительное Плохое Очень плохое |
Незаметное Заметное, но не мешающее Слегка мешающее Мешающее Очень мешающее |