Систематизированы сведения в области построения и методов частотного планирования современных систем цифрового наземного телевизионного вещания (ЦНТВ) стандартов DVB-T, DVB-T2 и DVB-H. <...> R U Предисловие Книга «Основы частотного планирования сетей телевизионного вещания» посвящена вопросам построения современных систем наземного цифрового телевизионного вещания (НЦТВ) стандартов DVB-T, DVB-T2 и DVB-H, получивших широкое распространение во многих странах, в том числе и в России, а также методам частотного планирования этих систем. <...> Книга представляет интерес также для специалистов, работающих в организациях, проектирующих сети НЦТВ. <...> Во введении приводятся сведения по истории развития ТВ вещания, начиная с самых ранних систем механического телевидения. <...> Первые три главы являются вводными к основной теме книги, посвященной частотному планированию сетей НЦТВ, и помещены в нее для удобства читателей, которые могут почерпнуть из них основные сведения об основных европейских стандартах цифрового телевидения. <...> «Цифровое телевизионное вещание», Безруков В.Н., Балобанов В.Г. «Системы цифрового вещательного и прикладного телевидения». <...> Третья глава посвящена достаточно подробному обзору стандартов DVB-T2 и DVB-H. <...> В ней, в частности, рассмотрено применение в стандарте DVB-T2 «повернутого» созвездия при передаче сигналов на отдельных поднесущих в системе OFDM, а также режима MISO (Multiple Input, Single Output). <...> Применение этих методов позволяет существенно повысить помехоустойчивость приема сигналов в условиях замираний за счет использования частотного и пространственного разнесения передаваемых сигналов. <...> Непосредственно вопросам частотного планирования сетей НЦТВ посвящены три последние главы. <...> В этой же главе излагаются методы частотного планирования как обычных многочастотных сетей (МЧС) НЦТВ, в которых в каждой зоне обслуживания имеется один мощный передатчик, так и од Предисловие 5 ночастотных сетей (ОЧС), создание которых <...>
Основы_частотного_планирования_сетей_телевизионного_вещания._Учебное_пособие_для_вузов._(1).pdf
УДК 621.397.743: 621.391.8(075.8)
ББК 32.841
О-75
Р е ц е н з е н т ы : доктор техн. наук, ген. директор ООО «ГТРС»
,
доктор техн. наук, профессор, зав. кафедрой теоретических основ радиотехники
СибГУТИ
Автор ы : М. А. Быховский, В. Г. Дотолев, А. В. Лашкевич, В. И. Носов,
С. Г. Рихтер, Г. И. Сорокин, С. С. Тарасов
О-75 Основы частотного планирования сетей телевизионного вещания.
Учебное пособие для вузов / М. А. Быховский, В. Г. Дотолев,
А. В. Лашкевич и др.; Под ред. профессора М. А. Быховского.
– М.: Горячая линия – Телеком, 2015. – 308 с: ил.
ISBN 978-5-9912-0441-5.
Систематизированы сведения в области построения и методов частотного
планирования современных систем цифрового наземного телевизионного
вещания (ЦНТВ) стандартов DVB-T, DVB-T2 и DVB-H. Кратко рассмотрены
принципы передачи сигналов в наземных системах цифрового
телевидения стандартов DVB, в том числе методы модуляции и помехоустойчивого
кодирования, вопросы синхронизации. Дано описание методов
кодирования источников видео- и аудиосигналов. Описаны процедуры
формирования кадра данных, рассмотрены вопросы мультиплексирования
цифровых потоков и их транспортировки по каналам связи. Приведены
параметры передающих и приемных устройств и антенн в системах
ЦНТВ, а также требования к качеству приема сигналов. Изложены методы
частотного планирования многочастотных и перспективных одночастотных
сетей ЦНТВ. Рассмотрены вопросы эффективности использования
радиочастотного спектра в многочастотных и одночастотных сетях
ЦНТВ. Приведено описание пакета программ для частотного планирования
сетей цифрового вещания, разработанного специалистами НИИР,
учебная версия которого может использоваться студентами при выполнении
курсовых и дипломных работ.
Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки дипломированных
специалистов «Инфокоммуникационные технологии и
системы связи» квалификации (степени) «бакалавр» и квалификации
(степени) «магистр», будет полезна аспирантам и специалистам.
ББК 32.841
ISBN 978-5-9912-0441-5
© Коллектив авторов, 2015
© Издательство «Горячая линия – Телеком», 2015
А.
Н.
Ив
а
нчи
н
А.
А.
Спе
к
т
о
р
А
д
р
ес и
з
д
а
тел
ь
с
т
ва
в И
н
тер
н
ет
W
W
W
.T
E
C
H
B
O
O
K
.R
U
Стр.2
Оглавление
Предисловие. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Введение. Краткий очерк развития систем и сетей
ТВ вещания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
4
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Глава 1. Методы передачи и приема сигналов . . . . . . . . . . . 23
1.1. Модем OFDM и его применение для передачи приема
сигналов в многолучевом канале . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.2. Методы модуляции сигнала на каждой поднесущей. . . 35
1.3. Канальное кодирование и перемежение в цифровых
системах ТВ вещания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
1.3.1. Каскадное кодирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
1.3.2. Внешнее и внутреннее перемежение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
1.4. Синхронизация в системах с OFDM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
1.4.1. Опорные поднесущие. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
1.4.2. Служебные поднесущие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Литература к главе 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Глава 2. Кодирование источника видео- и звукового сигнала.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.1. Краткое описание алгоритмов сжатия видеосигнала . . 60
2.2. Описание алгоритмов сжатия видеосигнала MPEG-1 и
MPEG-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.3. Описание алгоритма сжатия видеосигнала MPEG-4 . . 75
2.4. Краткое описание алгоритма сжатия звукового сигнала
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
2.5. Формирование потоков данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
2.5.1. Структура цифрового видеопотока. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
2.5.2. Структура потока звукоданных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
2.5.3. Передача данных и декодирование в стандарте MPEG-4 98
2.6. Мультиплексирование и транспортировка цифровых
потоков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Стр.302
Оглавление
303
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
Глава 3. Обзор стандартов наземного TB вещания . . . . . . 110
3.1. Стандарт цифрового наземного TB вещания DVB-T. . 110
3.1.1. Обработка данных в канальном модуляторе стандарта
DVB-T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
3.1.2. Параметры стандарта DVB-T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
3.1.3. Структура кадра в стандарте DVB-T . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
3.2. Стандарт мобильного телевизионного вещания DVB-Н 125
3.3. Стандарт цифрового наземного ТВ вещания DVB-T2 128
3.3.1. Модуль входной обработки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
3.3.2. Модуль кодирования и модуляции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
3.3.3. Модуль формирования кадров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
3.3.4. Модуль генерации OFDM-сигнала. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
Глава 4. Технические основы частотного планирования
сетей цифрового телевизионного вещания . . . . . 154
4.1. Постановка задачи частотного планирования сетей
цифрового ТВ вещания и метод ее решения . . . . . . . . . . 154
4.2. Исходные данные, необходимые для частотного планирования
сети вещания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
4.3. Определение мощности передающих станций . . . . . . . . . 158
4.4. Определение территориального разноса между ЗО, в
которых используется один и тот же частотный канал 158
4.5. Расчет уровней полезных и мешающих сигналов. . . . . . 160
4.5.1. Расчет медианных уровней сигналов на основе Рекомендации
Р.1546-5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
4.5.2. Определение эффективной высоты передающей антенны
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
4.5.3. Определение напряженности поля при любых высотах
передающей антенны в диапазоне 10. . . 3000 м. . . . . . . . . . . . . . . 167
4.5.4. Определение зависимости напряженности поля от длины
трассы распространения сигналов с помощью интерполяции
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
4.5.5. Определение зависимости напряженности поля от частоты
с помощью интерполяции и экстраполяции . . . . . . . . . . . . 168
4.5.6. Расчет напряженности поля для морских и смешанных
трасс. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
4.5.7. Расчет напряженности поля и потерь ослабления сигналов
на трассе распространения не превышаемых в L% мест
и T% времени . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
4.5.8. Расчет уровней полезных и мешающих сигналов на основе
Рекомендации МСЭ-R Р.1812-3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
Стр.303
304
Оглавление
4.6. Параметры передающих устройств. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
4.7. Параметры приемных устройств . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
4.7.1. Основные параметры телевизионного приёмника . . . . . . 180
4.8. Параметры приемных и передающих антенн и антеннофидерных
трактов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
4.8.1. Передающие антенны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
4.8.2. Приёмные антенны. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
4.8.3. Фидер. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
4.9. Требования к качеству приема сигналов в сетях цифрового
ТВ вещания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
4.9.1. Требования к качеству приема сигналов в зоне обслуживания
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
4.9.2. Защитные отношения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
4.10. Пример расчёта параметров цифровой вещательной
станции, использующей стандарт DVB-T2 . . . . . . . . . . . . 196
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
Глава 5. Частотное планирование сетей цифрового телевизионного
вещания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
5.1. Идеальная однородная сеть вещания. . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
5.1.1. Однородные сети треугольной структуры . . . . . . . . . . . . . 204
5.1.2. Однородные сети гексагональной структуры . . . . . . . . . . 206
5.2. Многочастотные сети цифрового ТВ вещания . . . . . . . . 211
5.3. Одночастотные сети цифрового ТВ вещания . . . . . . . . . 213
5.3.1. Организация сетей синхронного вещания. . . . . . . . . . . . . . 215
5.3.2. Мощность передатчиков синхронной сети, обслуживающих
заданную зону вещания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
5.3.3. Зоны помех в обычной и в синхронной сетях вещания. 221
5.3.4. Территориальный разнос между станциями синхронной
сети вещания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
5.4. Планирование сетей телевизионного вещания методом
координационных колец . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
5.4.1. Постановка задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
5.4.2. Анализ задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
5.4.3. Алгоритм распределения частотных каналов методом
координационных колец. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
5.5. Обеспечение ЭМС одиночных станций цифрового и
аналогового вещания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
5.6. Пример анализа возможности обеспечения ЭМС станций
цифрового ТВ вещания стандарта DVB-T2. . . . . . . 235
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
Стр.304
Оглавление
305
Глава 6. Программа и примеры частотного планирования
сетей цифрового телерадиовещания. . . . . . . . 238
6.1. Преимущества автоматизации планирования сетей
цифрового телерадиовещания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
6.2. Автоматизированная система частотного планирования
сетей радиовещания РАКУРС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
6.3. Работа с программой РАКУРС на персональном компьютере
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
6.4. Примеры планирования одночастотной сети цифрового
телевизионного радиовещания в системе РАКУРС . . . 263
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
Приложение 1. Метод Фентона определения распределения
вероятностей суммы логнормальных случайных
величин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
Приложение 2. Таблицы табулированных зависимостей от
расстояния медианных значений напряженности поля на
сухопутных и морских трассах на частотах 100,
600 и 2000 МГц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
Основные сокращения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
Стр.305