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



    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.

    Содержание серии статей


    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.
    Поделиться публикацией

    Комментарии 26

      0
      На созвездии DVB-T видны еще две точки по бокам. Это имеет отношение к 64/66 кодированию или что это?
        0
        Похмелился и понял, что про 64/66 глупость сболтнул. Что же это?
          +1
          Две точки за пределами основного поля являются опорными для приёмника и не несут информации.
            +1
            Если быть совсем точным, то информацию они таки несут: служебную, такую как параметры модуляции, данный синхронизации и т.д. В статье я имел ввиду непосредственно изображение и звук.
        0
        Прошу прощения за наивный вопрос, где можно почитать для более правильного и точного понимания вот этой штуки «созвездия»:
        image
        В целом понял, но боюсь что не до конца. Если не сложно растолкуйте на пальцах )
          0
          Я не уверен, что она правильная, мне кажется подписи тут для 16APSK, а на картинке QAM16.
            0
            Там же, в википедии, например.
            Но если на пальцах: у нас есть две координаты: Х (амплитуда) и Y (фаза). Приняв сигнал с заданной фазой и амплитудой приёмник «увидит» точку с координатами X и Y, для каждой из которого задано значения двоичного слова (4 бита на этой картинке). Табличка справа показывает соответствие принятым значениям фазы и амплитуды к двоичным последовательностям.
              0
              Ну все-таки не совсем. Фазовая модуляция, по сути, эквивалентна квадратично-амплитудной, но непосредственно в QAM две координаты X и Y это вещественная и мнимая составляющие принятого сигнала (амплитуды). То есть эта картинка действительно вводит в заблуждение.
            0
            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.

            Можно хоть как-нибудь намекнуть как фильтруется то, что без сдвига, какие-нибудь ключевые слова, чтобы найти информации по этой части?
              0
              Запрос по словам «поворот созвездия DVB-T2» даёт достаточно результатов, но я в двух словах поясню: при повороте созвездия у каждой из точек координаты Х и Y не совпадают с координатами других точек. Благодаря этому повышается точность детектирования, поскольку передаётся больше информации о координатах и при потере части этой информации приёмник может её восстановить из имеющейся.
                0
                Какие координаты с какими не совпадают и при каком уровне шума, поясните. Или какие-то медианные усреднённые значения с чем-то не совпадают?
                  0
                  Вот картинка из первой ссылки по указанному запросу.
                  image

                  Тут видно, что для повёрнутого созвездия для каждой точки координаты отличаются от других точек. Таким образом, зная лишь одну координату можно восстановить другую. В ортогональной системе одной координате может соответствовать множество других.
                    0
                    Так оно вращающееся или повёрнутое? В условиях шума как это работает?
                      0
                      Оно повёрнуто на заданный угол (он разный для разного уровня модуляции. 8,6° для 64QAM). Шум увеличивает разлёт точек относительно центра квадрата. При потере информации об одной из координат приёмник восстанавливает вторую координату, так как имеющаяся уникальна для одной из ожидаемых точек.
                        0
                        А как его ориентируют? Его же на приёме всегда остановить и довернуть можно?
                        Чот не верится, что кто-то пытается работать с одной координатой, когда есть инфа об эвклидовом расстоянии до идеальной точки по двум, но эт так, диванные рассуждения. Я на первой странице нормального объяснения не нашёл, а 5 дБ, как пишут в одной ссылке на ровном месте не возьмутся, это слишком много.
                          0
                          Его поворачивает модулятор. Если бы мы пытались повернуть принятое ортогональное созвездие, то получившиеся координаты точек не имели бы отношения к первоначальным и ошибочно принятые так и остались бы ошибочными.
                          С одной координатой приходится работать когда вторая утеряна.
                          5 дБ достигается не только за счёт самого факта повёрнутости, но ещё и засчёт передачи координат на разных поднесущих OFDM.
                            0
                            I и Q из разных поднесущих в символе???
                              0
                              Разных поднесущих в разных символах для снижения вероятности потери двух значений одновременно.
                                0
                                Разные символы это разные символы, мы сейчас обсуждаем один символ и как эту одну точку созвездия принять и обработать.
                                Правильно ли я понял, что там просто синхронные поднесущие и вот друг относительно друга у них повёрнуты созвездия? Т.к. отдельные поднесущие дальше отдельные демодуляторы могут принимать…
                                  0
                                  Созвездие формируется всей совокупностью поднесущих, то есть оно всего одно.
                                    0
                                    Нет, созвездие есть у каждой поднесущей. И как анализировать все поднесущие сразу я не представляю.
                                    Поясните этот момент в вашем понимании.
                                      0
                                      В моём понимании прибор показывает мне созвездие OFDM, в котором каждая точка является значением одной из поднесущих.
                                        0
                                        OFDM это лишь удобный способ плотно уложить несколько поднесущих каждую со своей модуляцией. Каждая поднесущая промодулирована своей сигнально-кодовой конструкцией. При демодуляции каждой в том или ином виде происходит разложение на квадратурную и синфазную составляющую и амплитуда отсчётов после согласованных фильтров в синхронные моменты времени дают две координаты точки канального символа. Прибор либо накладывает все созвездия друг на друга либо показывает одно на выбранном канале, что более вероятно.
                                          0
                                          На выбранном канале (телевизионном) распространяется не один цифровой модулированный канал, а мультиплекс целиком (приведённое изображение снято с эфирного сигнала с мультиплексом из 10 телеканалов). Так что скорее таки накладывает.
                                            0
                                            Канал это видимо один ofdm канал. На скольких поднесущих он в РФ работает 1к, 8к, больше?
                                            Дальше демодулированные и декодированные данные сбрасываются в одну кучу во фреймы и делятся на мультиплексы и отдельные аудио-видео-инфо потоки, как я думаю.
                                              0
                                              На скольких поднесущих он в РФ работает 1к, 8к, больше?

                                              32k. Это первый мультиплекс. А второй 32k ext — с расширенным количеством несущих

            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

            Самое читаемое