Передача цифровых сигналов по сетям кабельного телевидения

Анализ применимости цифровых методов кодирования и модуляции показывает, что в правильно спроектированной сети отношение сигнал/шум должно быть достаточно высоким, выше, чем в спутниковой системе, и в то же время полоса частот канала кабельной сети значительно уже, чем полоса частот ствола спутникового ретранслятора, поэтому целесообразно применение многопозиционной модуляции, например QAM (КАМ).

Величина шума в системах цифрового телевидения оценивается в основном вероятностью ошибочного приема бита (Bit Error Rate, BER), которая определяется отношением переданных с ошибками битов к общему числу переданных битов. Более высокое отношение сигнал/шум снижает вероятность ошибок и позволяет обойтись одной ступенью помехоустойчивого кодирования. Однако пакетные ошибки не исключены, поэтому перемежение остается составной частью процесса канального кодирования.

Главным количественным показателем шума в системе передачи является отношение уровня несущей к уровню шума C/N. Основными источниками шума в системе являются активные устройства. Факторами, участвующими в расчетах внутреннего шума прибора, являются ширина полосы этого прибора, его шумовая температура и сопротивление источника сигнала. Выбрав коэффициент шума F, коэффициент усиления К усилителя и изменяя выходные уровни в системе, можно создавать любое требуемое отношение C/N на выходе усилителя.

Цифровые сигналы менее чувствительны к интермодуляционным искажениям по сравнению с аналоговыми сигналами. В то же время цифровые КАМ сигналы более чувствительны к амплитудным и — особенно — фазовым искажениям в тракте, поэтому вопросы согласования, коррекции характеристик остаются достаточно острыми.

В построении головных станций переход на цифровой формат предъявляет новые требования к аппаратуре обработки и формирования сигналов. Появляется возможность формировать многопрограммные цифровые потоки, не декодируя принятые MPEG сигналы, а выделяя из них нужные компоненты на уровне транспортного потока и ремультиплексируя эти компоненты в новый транспортный поток. Также на уровне транспортного потока при этом могут решаться вопросы скремблирования, смены системы условного доступа, работы одновременно в нескольких системах условного доступа. Принятый в стандартах D VB единый подход к канальному кодированию существенно облегчает обработку и преобразование сигналов DVB, так как число дополнительных операций при преобразованиях оказывается минимальным. В этом смысле разработанный DVB стандарт вещания цифровых ТВ-сигналов по кабельным сетям достаточно близок к спутниковому стандарту.

Структурная схема кодера стандарта DVB-С показана на рис. 6.3. Источником входного сигнала, как и в других кодерах семейства DVB, служит транспортный поток MPEG-2 с пакетами размером 188 байтов.

В скремблере пакеты организуются в группы по 8, синхробайт каждого первого пакета из группы инвертируется и служит в дальнейшем для цикловой синхронизации. Скремблирование, как и в стандарте DVB-S, осуществляется сложением с псевдослучайной последовательностью ПСП. На период следования каждого синхробайта скремблирование прерывается.

Структурная схема кодера стандарта DVB-C

Рис. 6.3. Структурная схема кодера стандарта DVB-C

Внешний кодер Рида — Соломона и сверточный перемежитель также не имеют отличий от устройств, применяемых в стандарте DVB-S.

Модуляция в стандарте DVB-C

Учитывая относительно высокое отношение сигнал/шум, внутреннее кодирование не используется, а в качестве метода модуляции используется квадратурная AM различной кратности, от КАМ-16 до КАМ-256.

Дополнительное повышение помехоустойчивости достигается относительным дифференциальным кодированием двух старших битов каждого байта с выхода перемежителя.

С выхода дифференциального кодера байты цифровой последовательности поступают на формирователь, который должен отобразить их в символы КАМ сигнала.

Как и в стандарте DVB-S, перед подачей на модулятор импульсы подвергаются округлению. Выходной фильтр Найквиста должен обеспечивать неравномерность АЧХ в полосе пропускания не более 0,4 дБ и подавление внеполосных излучений не менее 43 дБ.

Приемник системы кабельного телевидения

В приемнике должны выполняться соответствующие обратные операции. Структурная схема приемного тракта кабельного цифрового телевидения показана на рис. 6.4. Входной сигнал с кабельной линии поступает на тюнер, в котором, как в обычном телевизоре, выделяется нужный канал, и сигнал этого канала переносится на промежуточную частоту. Затем в преобразователе частоты производится дополнительное понижение частоты. Для этого используется несущая частота, восстановленная в демодуляторе КАМн или в самом блоке преобразователя частоты. Полоса частот сигнала после понижения частоты обычно составляет 3—11 МГц.

Структурная схема приемного тракта кабельного цифрового телевидения

Рис. 6.4. Структурная схема приемного тракта кабельного цифрового телевидения

Далее сигнал проходит управляемый усилитель, коэффициент усиления которого определяется сигналом АРУ с демодулятора. Размах сигнала при этом согласуется с диапазоном входных напряжений АЦП. Для приема сигналов 16-КАМн, 32-КАМн и 64-КАМн достаточно АЦП, имеющего 8 двоичных разрядов, а для приема 256-КАМн необходимо 9 двоичных разрядов.

Дискретизация производится с частотой канальных символов, т. е. около 7 МГц. Тактовые импульсы ТИ формируются в демодуляторе.

Поступающий на демодулятор цифровой сигнал преобразуется в сигналы квадратурных составляющих I и Q, по которым восстанавливаются канальные символы. Затем из этих символов формируются байты выходного потока данных. Например, в случае 64-КАМн из 4 шестибитовых канальных символов формируются 3 выходных байта. В демодуляторе восстанавливаются частота несущей (перенесенная в диапазон ПЧ) и тактовые импульсы канальных символов, которые используются как в самом демодуляторе, так и в предшествующих блоках.

Затем поток данных поступает в блок коррекции ошибок (корректор ошибок), в котором выполняются деперемежение и декодирование кода Рида — Соломона. В результате восстанавливаются размеры транспортных пакетов (по 188 байтов) и исходный порядок следования байтов в пакетах.

Далее поток данных поступает на дескремблер. Дескремблированный транспортный поток приходит на демультиплексор (ДМП), в котором из транспортного потока выбираются пакеты, относящиеся к выбранной программе, и формируются элементарные потоки видео, звукового сопровождения и данных. Управление дескремблером и демультиплексором осуществляет контроллер. Демультиплексор выбирает из транспортного потока пакеты с таблицами программ (РАТ) и передает их на контроллер, который обеспечивает отображение информации о программах в транспортном потоке на экране. По командам пользователя выбирается одна из программ, и данные о PID пакетов, относящихся к этой программе, передаются в демультиплексор, чтобы в дальнейшем выбирать эти пакеты. Вспомогательные данные к выбранной программе (субтитры и т. п.) поступают с демультиплексора на контроллер, который передает их далее на блок воспроизведения дополнительной информации.

Контроллер связан также с системой условного доступа (СУД), которая включает средства, обеспечивающие доступ пользователя к тем платным программам, за которые он заплатил. Данные для дескремблирования программ передаются в соответствующих пакетах транспортного потока. Для дескремблирования бесплатных программ и пакетов с информацией общего пользования дополнительные данные не требуются. Таким образом, в приемнике цифрового телевидения выбор программы осуществляется в два этапа. Сначала выбирается канал ТВ-вещания, в котором передается транспортный поток, содержащий несколько программ. Затем выбирается одна из программ в этом транспортном потоке.

Элементарные потоки видео и звука с демультиплексора поступают на соответствующие декодеры MPEG-2. На выходах декодера видео получаются яркостный и цветоразностные сигналы в цифровой форме. Эти сигналы поступают на ЦАП (блок ЦАП на рис. 6.4, естественно, содержит 3 ЦАП), где преобразуются в аналоговую форму, а затем направляются на аналоговые схемы дематрицирования, управления яркостью и контрастностью, усиления и, наконец, на катоды кинескопа. На выходах декодера аудио получаются сигналы каналов звукового сопровождения, которые преобразуются в аналоговую форму и поступают на блоки воспроизведения звука.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >