13 May 2019

Сети кабельного телевидения для самых маленьких. Часть 4: Цифровая составляющая сигнала

Network technologiesDevelopment of communication systemsMonitors and TVNetwork hardwareSystems engineering


Все мы прекрасно знаем, что мир техники вокруг — цифровой, либо стремится к этому. Цифровое телевещание — далеко не новость, однако если вы не интересовались этим специально, для вас могут быть неожиданными присущие ему технологии.


Состав цифрового телевизионного сигнала


Цифровой телевизионный сигнал представляет из себя транспортный поток разных версий MPEG (иногда и других кодеков), передаваемый радиосигналом с применением квадратурно-амплитудной модуляции QAM разной степени. Любому связисту эти слова должны быть ясны как день, поэтому приведу лишь гифку из википедии, которая, надеюсь, даст понимание что это такое для тех, кто просто ещё не интересовался:

UPD: В комментариях эта картинка признана некорректной, но, тем не менее, она весьма наглядна. Поэтому оставлю для тех, кто ничего не знает о модуляции и не очень хочет углубляться, но хочет понять что за точки мы тут обсуждаем.



Такая модуляция в том или ином виде используется не только для «телеанахронизма», но и всех, находящихся на пике технологий систем передачи данных. Скорость цифрового потока в «антенном» кабеле составляет сотни мегабит!

Параметры цифрового сигнала


Воспользовавшись прибором Deviser DS2400T в режиме отображения параметров цифрового сигнала, мы сможем увидеть как это бывает на самом деле:



В нашей сети пристутсвуют сигналы сразу трёх стандартов: это DVB-T, DVB-T2 и DVB-C. Рассмотрим их по очереди.

DVB-T


Этот стандарт не стал основным в нашей стране, уступив место второй версии, однако он вполне пригоден для использования оператором по той причине, что приёмники DVB-T2 обратно совместимы со стандартом первого поколения, а значит абонент может принять такой сигнал на практически любой цифровой телевизор без дополнительных приставок. Кроме того, предназначенный для передачи по воздуху стандарт (буква T — означает Terrestrial, эфир), обладает столь хорошей помехозащищённостью и избыточностью, что порой работает там, где по каким-то причинам не пролезает аналоговый сигнал.



На экране прибора мы можем наблюдать как строится созвездие 64QAM (стандарт поддерживает QPSK, 16QAM, 64QAM). Видно, что в реальных условиях точки отнюдь не складываются в одну, а приходят с некоторым разлётом. Это нормально до тех пор, пока декодер может определить к какому именно квадрату относится прилетевшая точка, но даже на приведённом изображении видны участки, где они расположены на границе или близко к ней. По этой картине можно быстро «на глаз» определить качество сигнала: при плохой работе усилителя, например, точки располагаются хаотично, а телевизор не может собрать картинку из полученных данных: «пикселит», а то и совсем замирает. Бывают случаи, когда процессор усилителя «забывает» добавить в сигнал одну из составляющих (амплитуду или фазу). В таких случаях на экране прибора можно увидеть круг или кольцо размером во всё поле. Две точки за пределами основного поля являются опорными для приёмника и не несут информации.

В левой части экрана под номером канала мы видим количественные параметры:

Уровень сигнала (P) в тех же дБмкВ, что и для аналога, однако для цифрового сигнала ГОСТ регламентирует уже лишь 50дБмкВ на входе в приёмник. То есть на участках с бо́льшим затуханием «цифра» будет работать лучше аналога.

Значение модуляционных ошибок (MER) показывает насколько искажённый сигнал мы принимаем, то есть насколько далеко может быть прилетевшая точка от центра квадрата. Это параметр схож с отношением «сигнал/шум» из аналоговой системы, нормальное значение для 64QAM — от 28дБ. Тут хорошо видно, что значительные отклонения на приведённом изображении соответствуют качеству выше нормы: в этом помехозащищённость цифрового сигнала.

Количество ошибок в принятом сигнале (CBER) — количество ошибок в сигнале до обработки какими либо алгоритмами исправления.

Количество ошибок после работы декодера Витерби (VBER) — результат работы декодера, использующего избыточную информацию для восстановления ошибок в сигнале. Оба эти параметра измеряются в «штуках на количество принятого». Чтобы прибор показал количество ошибок менее одной на сто тысяч или десять миллионов (как на приведённом изображении) ему надо принять эти десять миллионов бит, что на одном канале занимает некоторое время, поэтому результат измерения появляется не сразу, а может даже сначала быть плохим (E-03, например), но через пару секунд выйти на отличный параметр.

DVB-T2


Принятый в России стандарт цифрового эфирного вещания так же может быть передан по кабелю. Форма созвездия при первом взгляде может несколько удивить:



Такой поворот дополнительно повышает помехозащищённость, так как приёмник знает, что созвездие должно быть повёрнуто на заданный угол, значит можно фильтровать то, что приходит без заложенного сдвига. Тут видно, что для этого стандарта нормы битовых ошибок на порядок выше и ошибки в сигнале до обработки уже не выходят за предел измерений, а составляют вполне реальные 8,6 на миллион. Для их исправления используется декодер LDPC, поэтому параметр называется LBER.
Благодаря повышенной помехозащищённости, этот стандарт поддерживает уровень модуляции 256QAM, но в данный момент в эфирном вещании используется только 64QAM.

DVB-C


Этот стандарт изначально создан для передачи по кабелю (C — Cable) — среде намного стабильнее воздуха, поэтому позволяет использовать более высокую степень модуляции чем DVB-T, а значит и передавать больший объём информации, не используя при этом сложное кодирование.



Тут мы видим созвездие 256QAM. Квадратов стало больше, размер их стал меньше. Вероятность ошибки увеличилась, а значит для передачи такого сигнала нужна более надёжная среда (или более сложное кодирование, как в DVB-T2). Такой сигнал может «рассыпаться» там, где работают аналог и DVB-T/T2, однако он так же имеет запас помехозащищённости и алгоритмы исправления ошибок.

В силу большей вероятности ошибки, параметр MER для 256-QAM нормирован уже в 32дБ.

Счётчик ошибочных бит поднялся ещё на порядок и вычисляет уже один ошибочный бит на миллиард, но даже если их будет сотни миллионов (PRE-BER ~E-07-8), то используемый в этом стандарте декодер Рида-Соломона устранит все ошибки.
Tags:кабельное телевидениеКТВСктвДСМ
Hubs: Network technologies Development of communication systems Monitors and TV Network hardware Systems engineering
+10
9.5k 63
Comments 26