DIGITÁLNÍ TELEVIZE A DIGITÁLNÍ ROZHLAS SOUČASNOST A PERSPEKTIVY

Transkript

1 DIGITÁLNÍ TELEVIZE A DIGITÁLNÍ ROZHLAS SOUČASNOST A PERSPEKTIVY Doc. Ing. Václav Žalud, CSc, Kaedra radioelekroniky FEL ČVUT, Technická 2, Praha 6 Absrac: V omo příspěvku jsou popisovány základní variany digiální elevize, určené pro pozemní vysílání (DVB-T), družicové vysílání (DVB-S) a pro kabelové přenosy (DVB-C). Pozornos je zaměřena na sysémové řešení ěcho elevizních sousav a aké na hlavní problémy spojené s jejich realizací. Sručně jsou probírány i perspekivní sandardy digiální elevize, přinášející kromě zvýšené kvaliy přenosu aké možnos mobilního příjmu a inerakivního režimu. V závěru je zmínka o sysémech digiálního rozhlasu DAB a DRM. Úvod Od počáku sedmdesáých le min. s. bylo zřejmé, že přednosi digiální echniky jsou ak výrazné, že v elevizi i v rozhlasu digiální sysémy posupně nahradí dosavadní sysémy analogové. Digiální sysémy přinášejí celou řadu závažných funkčních výhod: Digiální rádiový přenos má především podsaně věší energeickou účinnos, kerou může ješě zvýši kanálové kódování a další formy ochrany přenosu. Energeickou bilanci dále zlepšují pozemní monofrekvenční elevizní síě. To vše podporuje současné akuální endence vyváření energeicky co nejméně náročných zelených rádiových sysémů. Digiální modulace, ve spojení s účinným zdrojovým kódováním (redukcí biové rychlosi), zajišťujícím polačení redundandní a irelevanní složky v přenášeném signálu, poom mají i znaelně vyšší spekrální účinnos, projevující se ve výrazné úspoře nedosakových rádiových pásem. Tao uvolněná pásma ( digiální dividenda ) lze poom využí nejen pro další v. programy, ale aké pro prudce rosoucí pozemní mobilní komunikaci ap. Digiální rádiová komunikace umožňuje pomoci nových meod digiálního zpracování signálů výrazně zlepši aké všechny další kvaliaivní paramery rádiového přenosu a zajisi ak zvýšenou kvaliu služeb QoS. Mezi yo meody paří nové koncepce účinných zdrojových kodeků, urbo kódy, LDPC kódy, diversia MIMO aj. Uvedené echniky zvyšují kvaliu fixních v přenosů, kerou pak spolehlivě zajišťují v celém obsluhovaném území - včeně jeho okrajů, polačují vliv vícenásobných příjmů ( duchy ), odsraňují zrnění ap. Oevírají aké cesu k plně mobilní elevizi s dokonalou inerakiviou, ať již budované na bázi klasické digiální elevize, nebo využívající síě mobilní komunikace řeí generace. Implemenace digiálních sysémů je však podsaně komplikovanější, než sysémů analogových. Digiální komunikace proo začíná nasupova do praxe až v osmdesáých leech min. s. Tehdy se oiž dosaly monoliické inegrované obvody již na úroveň, umožňující levnou realizaci i složiých digiálních radiokomunikačních sysémů. Základem digializace obrazových signálů je celosvěový sandard ITU R 601 z roku Evropský insiu ETSI (European Telecommunicaions Sandards Insiue) a Evropský komié CENELEC (European Commiee for Elecroechnical Sandardizaion), začaly v r poom koncipova projek digiálního video vysílání DVB (Digial Video Broadcasing). Projek DVB uvažoval digiální elevizi jako jediný sysém, aplikující zdrojové kódování video a audio signálů ve sandardech MPEG-2. Dále se zde předpokládala aplikace ochranného kanálového kódování s dopřednou korekcí chyb FEC (Forward Error 1

2 Correcion), využívající blokové kódy RS (Reed - Solomon) a punkurované konvoluční kódy, adapující se svou rychlosí na paramery akuálního rádiového kanálu. Při rádiovém přenosu se rozlišují v sysému DVB ři verze, lišící se přenosovým médiem. Díky jednodušší legislaivě i echnologii se již v r objevují sandardy pro družicové sysémy DVB-S (DVB-Saellie) a kabelové sysémy DVB-C (DVB-Cable). Až za nimi následoval v r pozemní sysém DVB-T (DVB-Terresrial). Tyo sysémy se ovšem během vývoje různě modifikují. Vznikají jednak jejich pokročilé verze DVB-S2 (2005), DVB- C2 a DVB-T2 (2006), i nové sandardy DVB-H ap. Významnou roli hraje ve vývoji digiální elevize její konvergence s Inerneem (IPTV) a s veřejnými mobilními síěmi 3G (TVo3G). Sandardy DVB-S a DVB-C mají k dispozici kanály zajišťující éměř bezchybný přenos QEF (Quasi Error Free), a proo mohou používa klasické modulace QAM s jedinou nosnou vlnou SC (Single Carrier). Naproi omu DVB-T užívá pozemní kanály s vícecesným šířením a inenzívními inerferencemi, kdy je k přenosu vhodnější vývojově mladší orogonální frekvenční muliplex, aplikující přenos na více nosných MC (Muli Carrier). 1. Nové echnologie v digiální elevizi DVB Obecné Shannonovo schéma digiálních komunikačních sysémů Všechny digiální radiokomunikační sysémy a edy i digiální elevize a rozhlas jsou založeny na obecném Shannonově schemau podle obr. 1 [1]. To se skládá z vysílací a přijímací čási, spojených rádiovým kanálem. Na vsupu vysílací čási je zdroj signálu, přeměňující přenášenou informaci na analogový elekrický signál. Ten se v kodéru zdroje nejprve v převodníku A/D digializuje a poé se podrobuje vlasnímu zdrojovému kódování. Jeho účelem je zmenšení rychlosi vsupního biového oku, dosahované polačením redundandní a irelevanní složky doprovázející vsupní daa, proo se označuje jako redukce biové rychlosi resp. komprese da. V kodéru kanálu se k ako upraveným daům naopak určiá redundandní, avšak přesně konrolovaná složka přidává. Ta je poom v přijímači využívána k odhalení a polačení chyb. Teno yp ochrany se nazývá dopředná korekce chyb FEC (Forward Error Correcion). K dalším způsobům ochrany rádiového přenosu paří ekvalizace (korekce frekvenčního zkreslení kanálu), diversia (vyvoření více nekorelovaných přenosových kanálů, odlišných ve frekvenci, čase, prosoru ap), prokládání (přeskupení biů při přenosu v kanálu) a opakování přenosu ARQ (opakované vysílání chybně přenesených kódových skupin). Digiální signál, získaný ímo dvojím kódováním, dále vchází do moduláoru. Zde se moduluje vhodným ypem digiální modulace na vf nosnou vlnu a po frekvenční konverzi a výkonovém zesílení již vysílá. V přijímači probíhají procesy inverzní. S f b Eb C 0 =Blog2 1+ = Blog2 1+ bi/s N BN 0 Obr. 1 Obecné Shannonovo schéma rádiového digiálního komunikačního sysému 2

3 Přenosový formá a mnohonásobný přísup A U moderních rádiových sysémů s jedinou nosnou vlnou SC, určených pro velmi rychlou pozemní komunikaci v prosředí s mnohocesným šířením, je biová perioda T b již kraší, než rozyl dob šíření τ d dílčích mnohocesných složek. Vlivem oho zde vznikají výrazné inersymbolové inerference mezi přijímanými symboly ISI, zvyšující chybovos přenosu. Radikálním řešením problému vzniku ISI je orogonální frekvenční muliplex (Orhogonal Frequency Division Muliplex) resp. mnohonásobný přísup A ( Access). Ten má navíc velkou spekrální účinnos a značnou provozní flexibiliu, výhodnou při dynamickém přidělu nosných vln, při adapivních modulacích a kódování ap. Podsaa muliplexu je znázorněna na obr. 2. Ve vysílači je rychlý sériový vsupní daový biový ok o vysoké rychlosi R b resp. kráké periodě T b = 1/ R b převáděn v sériově paralelním konveroru SPC na věší poče N (desíky až isíce) pomalých paralelních oků o podsaně delších periodách T S = NT b >> T b. Ty jsou modulovány na své individuální subnosné vlny f c1, f c2,, f cn s odsupy f c, ve slučovači sdružovány a ve formě kompoziního signálu vysílány. V přijímači se ze signálu synchronními demoduláory selekivně vyčlení jeho dílčí složky, z nichž se v konveroru PSC skládá původní rychlý sériový daový signál. Subnosné vlny jsou voleny ak, aby vyvářely orogonální sousavu ( f c = 1/T s ). Díky omu může bý jejich rozesup f c mnohem menší, než u klasického muliplexu FDM, neboť vzájemné překrývání jejich posranních modulačních pásem zde nevadí. To zvyšuje u muliplexu jeho spekrální účinnos. Prodloužená perioda paralelních symbolů T s (u videosignálů nejméně několik milisekund) je mnohem věší, než rozpyl zpoždění τ d ypických mnohocesných rádiových kanálů (nejvýše několik mikrosekund). Jednolivé složky mnohocesného šíření se poom vzájemně časově éměř zoožňují, akže zde dochází jen k malým inersymbolovým inerferencím ISI. Ješě dalšího polačení ISI až éměř na nulu, se zajisí doplněním každého symbolu o cyklický prefix CP, což je replika symbolu, vzaá z jeho konce a vkládaná na jeho začáek. Realizace muliplexu v základní podobě s mnoha moduláory a demoduláory, by byla neúnosně komplikovaná. Moderní monoliické echnologie však již nabízejí dosaečně rychlé a levné procesory IFFT/FFT (Inverse Fas Fourier Transform/Fas Fourier Transform), kerými lze v sysému nahradi banku moduláorů a demoduláorů. Tím se éo echnologii naplno oevírá cesa do spořební elekroniky. vsup daa R b T b = 1/R b symbol T s = nt b vsup daa R b T b = 1/R b SPC SPC moduláory BPSK (DSB) T s = nt b cos ω c1 cos ω c2 cos ω cn IFFT Σ rádiový kanál s rozpylem τ d šíření mnohoces. složek blok PSC τ d << nt b = T s signál, připomínající šum DAC RF demoduláory BPSK (DSB) cos ω c1 cos ω c2 cos ω cn RF ADC PSC daa výsup R b =1/T b blok SPC podmínka orogonaliy: f c = 1/T s přeložená spekra subnosných vln f 0 f 1 f 2 f j f k = f j + f c f sousava ("mřížka") orogonálních nosných vln, s přeloženými spekry FFT PSC R b ; T b = 1/R b f daa výsup Obr. 2 Základní koncepce orogonálního frekvenčního muliplexu 3

4 Prosorově-časová diverzia MIMO Dvě či více vysílacích anén s jedinou přijímací vyváří sysém s prosorovou diversiou MISO (Muliple Inpu Single Oupu), analogicky více přijímacích anén s jedinou vysílací vyváří sysém s diversiou SIMO (Single Oupu Muliple Inpu). Při dosaečné vzájemné vzdálenosi vysílacích, nebo přijímacích anén, věší než je polovina délky vlny λ/2, zde vzniká více dílčích rádiových kanálů s nekorelovanými úniky. Toho se pak využívá k polačení úniků přijímaného signálu a ím i ke zvýšení spolehlivosi spojení. Oba sysémy se proo již dlouho využívají u krákovlnných spojů, ale i u sysémů mobilní komunikace ap. Vývojově poslední, mimořádně účinnou varianou prosorové diverziy jsou sysémy MIMO (Muliple Inpu - Muliple Oupu), s více vysílacími a současně i přijímacími anénami (obr. 3). Sysémy MIMO mohou pracova při přenosu jediného signálu v obvyklém režimu prosorové diverziy SD (Spaial Diversiy), kdy zvěšují imuniu proi únikům. Lze je však nově využí, na rozdíl od MISO a SIMO, aké v režimu prosorového muliplexu SM (Spaial Muliplexing); en zvyšuje rychlos jediného přenášeného signálu, nebo umožňuje efekivní echniku muliplexního přenosu více nezávislých signálů, a o v původním nerozšířeném frekvenčním pásmu. Technika MIMO ve spojení s muliplexem se začíná inenzívně využíva kromě mobilní komunikace i v digiální elevizi a rozhlasu. V diverziním režimu SD (Spaial Diversiy) jsou přenášeny na nosných vlnách se sejnou frekvencí shodné kopie éhož daového signálu, keré jsou posihovány nezávislými úniky. Tyo oky jsou kódovány pro každou vysílací anénu odlišným prosorově-časovým kódem STC (Spaial-Time Code), přičemž jednolivé kódy (signaury) jsou vzájemně éměř, nebo dokonale orogonální. Tím se vnáší do přenosu srukurovaná redundance, jež poskyuje sysému MIMO zvýšenou odolnos vůči únikům a inerferencím. vsupní daa jediný zdroj da processing MIMO T2 R více nezávislých zdrojů da TDM kanály se sejnými frekvencemi a s éměř nekorelované úniky T1 T3 kanál 3x3 MIMO muliplexing ~ diversiy rade - off V muliplexním režimu SM (Spaial Muliplexing) sousava vysílacích anén simulánně vysílá opě na nosných vlnách se sejnou frekvencí, avšak jejich modulační signály jsou vzájemně odlišné. Tím se zvyšuje přenosová kapacia sysému, resp. jeho přenosová rychlos, což lze využí buď k rychlejšímu přenosu da jediného zdroje signálu, nebo k realizaci prosorově časového muliplexu STM (Space Time Muliplex), s přenosem více nezávislých daových signálů v dílčích anénách. Sejně jako u diverziních sysémů MISO musí bý však i zde jednolivé vysílané signály kódovány různými kódy, ak aby je mohl přijímač rozliši. V muliplexním režimu SM se odolnos sysému MIMO vůči únikům a inerferencím nezvěšuje. R1 R3 processing MIMO jediný daový výsup více nezávislých daových výsupů TDM výsupní daa Obr. 3 Sysém MIMO s možnosí pracova buď v prosorovém diversiním módu (SD) s přenosem jediného modulačního signálu - avšak se zvýšenou robusnosí přenosu, nebo v módu prosorového muliplexu (SM) - s možnosí muliplexního přenosu více signálů 2. Digiální elevize DVB-S Vysílač DVB-S Na obr. 4 je uvedeno zjednodušené schéma zapojení kompleního vysílacího řeězce digiální družicové elevize DVB-S. Jeho první čásí je kodér zdrojů signálu, obsahující vlasní kodéry pro zdrojové kódování obrazových, zvukových a daových signálů a dále muliplexory pro jejich sdružování. Druhou čásí je vlasní vysílač, složený z ochranných kodérů kanálu, prokladače, moduláoru a koncového výkonového supně. 4

5 kodéry zdrojů signálů MPEG-2 a muliplexory vysílač video (reál. čas) video záznam audio sereo přídavná daa/es (EPG...) řídicí daa kodéry MPEG server MPEG daový kodér řízení sysému ES ES ES ES vorba pakeů pakeizér video pakeizér audio pakeizér da SI/PSI CA PCR PES video PES audio PES daa PCR/STC muliplexory PCR MUX PS MUX 1 TS MUX N TS STC 2 3 programový ok PS 1 N MUX TS media QEF hard disk CD-ROM komplení ransporní ok TS media EP geosacionární družice ve výšce cca km nad rovníkem, sloužící jako akivní reransláor DVB-S muliplexních signálů modulace QPSK vniřní kodér konvol.(fec) energe. dispersal konverze IF/RF punkurování vnější kodér RS(204,188) kodér kanálu a moduláor ~5/14 GHz výkonové zesílení předmodulační filrace IQ konvol.proklad. (scrambling) 10,7až 12,75 GHz SI = servisní informace; PSI = programové spec. informace; CA = podmíněný přísup; ES = elemenární daový ok; PES = pakeový el. daový ok; 1,2,3,...,N = dílčí ransporní oky; PCR = program. hodinová reference; STC = sysémové časování; QEF = éměř bezchybný; EP = náchylný k chybám; TS = ransporní ok ; PS = pakeový ok; EPG = Elecronic Program Guide Obr. 4 Zjednodušené blokové schéma zapojení kompleního vysílacího sysému digiální družicové elevize DVB-S Na vsup zdrojového kodéru vysílače DVB-S přicházejí digializované obrazové (video) a zvukové (audio) elevizní signály a dále daové signály. Z obrazových signálů o mohou bý signály živého elevizního vysílání ze sudia ( live video), keré se dále ve zdrojovém obrazovém kodéru kódují do formáu MPEG-2. Ten umožňuje vyváře obrazové signály se čyřmi supni kvaliy, označovanými jako úrovně, keré korespondují nízké, sřední (hlavní), zdokonalené a vysoké rozlišovací schopnosi. Kromě oho je zde definováno ješě pě profilů, keré specifikují echnické prosředky, jimiž je dosahováno požadované komprese obrazového oku. Je o profil jednoduchý, profil hlavní, dále dva profily odsupňované a profil vysoký. Celkem edy vzniká dvace možných kombinací úroveň - profil. Na vsup zdrojového kodéru vysílače DVB-S mohou aké přicháze obrazové signály z různých záznamových zařízení, dále sem vsupují sereofonní nebo vícekanálové zvukové signály, keré se podrobují ve zvukovém kodéru zdrojovému kódování, rovněž do formáu MPEG-2 (audio). Konečně ke vsupu vysílače přicházejí i daové signály, přenášející přídavná daa (např. informace o programech EPG ap.), kerá se případně mohou kódova v kodéru da. Všechny yo zakódované signály mají podobu spojiých dlouhých sekvencí, označovaných jako elemenární oky ES (Elemenary Sream). Pro další zpracování je však výhodné je v blocích vyváření pakeů rozděli do kraších dílčích bloků. Ty vyvářejí pakeizované elemenární daové oky PES (Packeized Elemenary Sream), o ypické délce např byů. Pakeizací se získá značná flexibilia ve vyváření různých varian výsledného přenášeného elevizního signálu. Pakey PES jsou dále muliplexovány, a o dvojím způsobem. Jednak přicházejí do programového muliplexeru MUX PS, kerý je sdružuje do výsledného programového oku PS (Program Sream). Ten je určen buď pro přímý záznam na vhodné záznamové médium (CD-ROM, hard disk), nebo posupuje k dalšímu režijnímu zpracování. Uvedená záznamová media vykazují velmi malou chybovos BER < 10-10, a proo se označují jako éměř bezchybová QEF (Quasi Error-Free). Při družicovém nebo i jiném přenosu, při němž je signál posihován nejrůznějšími ypy inerferencí a šumem, je však nuné počía s mnohem věší chybovosí BER 10-4, odpovídající mediím náchylným k chybám EP (Error Prone). Pro ně by poom nebyl programový ok PS vhodný. Proo je zde k dispozici ješě ransporní muliplexer MUX TS, 5

6 kerý formuje relaivně kráké pakey o základní fixní délce 188 byů, vyvářející ransporní pakeový ok TS (Transpor Sream), kerý je vhodný pro družicový, kabelový i pozemský rádiový přenos. Přenosová kapacia sysému družicové elevize DVB-S je velká, a proo může bý v hlavním ransporním muliplexeru MUX TS aké prováděno sdružování více dílčích programů popsaného ypu; v jediném družicovém kanálu se poom může přenáše např. 4 až 6 v programů, v závislosi na paramerech kódování ap. Ke správné funkci ohoo složiého sysému k němu musí bý přiváděna ješě nejrůznější konrolní a řídící daa, poskyující přijímačům sysému DVB-S servisní informace SI, označované aké jako programově specifikované informace PSI. Pomocí nich se přenášejí k přijímačům například uživaelské informace o vysílaných programech EPG, ale aké echnické informace o konfiguraci použiého kódování MPEG-2, o způsobech muliplexování ap. Souhrnný daový ok, obsahující všechny šířené informace (v programy, daa...), se nazývá muliplex. Druhou čás vysílacího řeězce DVB-S voří vlasní vysílač, j. bloky pro kanálové kódování a pro modulaci. Transporní pakeový ok TS je zde nejprve podrobován energeickému dispersalu, kerý rovnoměrně rozprosírá spekrum modulovaného signálu po celém radiovém kanálu. Tako upravený ransporní ok vchází na RS vnější kodér. Dále následuje konvoluční prokladač (ypu Forney), pomocí něhož jsou shluky (bursy) chyb vznikající na rase signálu převáděny na chyby osamocené, keré vnější dekodér přijímače již může snadno korigova. Za prokladačem je zařazen vniřní kodér, uskuečňující důkladné konvoluční kódování s nízkou základní rychlosí r c = 1/2. Je-li však poměr signál/šum na vsupu přijímače příznivější, je možné výsup konvolučního kodéru punkurova (ečkova), j. vypoušě z něho čás zakódovaných biů. Tak lze vyváře zvýšené kódové rychlosi r c = 2/3, 3/4, 5/6 a 7/8, vedoucí sice ke slabší ochraně, avšak poskyující vyšší přenosové rychlosi. Punkurovaný signál se frekvenčně filruje, přivádí k moduláoru QPSK a po frekvenční ranslaci a výkonovém zesílení vysílá. Pro přenos modulovaného signálu se zde využívalo původně pásmo 11,7 až 12,5 GHz (později rozšiřované), s ransponderem umísěným na geosacionární družici ve výšce cca km. Příslušný družicový kanál má sice velký úlum, avšak vyváří éměř jen přímou vlnu LOS (Line of Sigh) bez mnohocesného šíření, zajišťující sabilní příjem. K modulaci jediné nosné vlny se používá čyřsavová modulace QPSK, kerá je odolná vůči šumu, inerferencím ap. Má sice malou spekrální účinnos a edy vyžaduje velké šířky pásma, avšak y jsou v používaných mikrovlnných rozsazích snadno dosažielná. Přenos se může uskuečňova v široké škále šířek pásma rádiového kanálu od 26 až po 54 MHz (přednosně 27 až 36 MHz, což jsou pásma sarší družicové elevize s analogovou modulací FM). Při nejširším pásmu 54 MHz a nejslabším kódování 7/8 se dosáhne nejvyšší přenosové rychlosi 68 Mbi/s, naopak při pásmu 26 MHz a nejdůkladnějším kódování 1/2 je rychlos jen 19,7 Mbi/s. Tyo velké rychlosi poskyují sysémům DVB-S možnos přenosu signálů elevize s vysokou rozlišovací schopnosí HDTV (High Definiion Television). Přijímač DVB-S Přijímač DVB-S je znázorněn ve zjednodušeném blokovém schémau na obr. 5. Ve vnější anénní jednoce přijímače je nízkošumový konveror LNC, převádějící přijímaný signál z pásma 12 GHz do pásma první širokopásmové mezifrekvence 950 až MHz. Na vsupu vniřní jednoky přijímače je uner, kde po nízkošumovém zesílení dochází ve směšovači k další přeměně na druhou, úzkopásmovou mezifrekvenci 480 MHz. Přeladielný heerodynní signál a úzkopásmový filr za směšovačem (obvykle SAW) zde už realizují selekci zvoleného rádiového kanálu, o různé šířce pásma 26 až 54 MHz. Teno kanál přenáší muliplexní signál s více v a rozhlasovými programy, day ap. Jeho demodulací v kvadraurním demoduláoru se získají demodulované složky I, Q v základním pásmu. 6

7 LNC konveror 11,7-12,5 GHz (10,7 až 12,75 GHz) LNC = Low Noise Converor f mf1 0,95 až 1,75 GHz f mf2 frekvenční synezáor I 2 C TDA 8042 TDA 8043 uner a demoduláor 480 MHz AGC 480 MHz VCO kvadraurní demoduláor I Q převod AD a synchronizace CR/AFC (6 biů) ADC (6 biů) Q I 5 resp. 6 5 resp. 6 VCXO ( 60MHz) 2F s QPSK CR STR AGC AFC I 3 resp. 4 3 resp. 4 Q dekodér kanálu FEC Vierbi dekódování de-inerleaving RS-dekódování energ. disperzal I 2 C 8 dekodér zdroje podmíněný přísup descrambling 16/32 biů, nebo RISC procesor + RAM + ROM 8 8 DE MUX PES I 2 C RS 232 IEEE 1284 dekodér MPEG-2 DRAM 16 Mbiů (16 x 4 x 256k) (I2S) I 2 C 3 8 audio DAC DENC PAL/SECAM + RGB kodér 3 2 výsupy audio RGB Y/C CVBS Obr. 5 Zjednodušená koncepce přijímače digiální družicové elevize DVB-S; mikrovlnné pásmo přijímaných signálů může bý modifikováno lokálními (národními) sandardy Tyo složky se v převodníku ADC (vzorkování 60 MHz a rozlišení 6 bi) převádějí do digiální podoby. Po frekvenční filraci se podrobují kanálovému dekódování a ím se z nich získávají ransporní pakey o délce 188 byů. Ty se dále v případě podmíněného přísupu CA descramblují a demuliplexer z nich vybírá podle uživaelem zvoleného programu příslušné pakeové oky PES. Dekodér MPEG-2 z nich rekonsruuje video a audio signály (digiální video signály Y, U, V ve formáu CCIR 656). Ty jsou přiváděny k digiálnímu kodéru DENC (Digial Video Encoder), kerý poom umožňuje jejich konverzi na analogové složky RGB určené pro jakosní reprodukci v v přijímači. Pro nenáročné aplikace (videomagneofon) se hodí analogové výsupy ve formáech PAL, NTSC a SECAM. 3. Digiální elevize DVB-C Sandard DVB-C je určen pro přenos elevizních signálů kabelovou síí. Užívá prakicky sejné principy digializace a zpracování signálů v základním pásmu jako sandard DVB-S. Odchyluje se pouze v om, že neaplikuje vniřní konvoluční ochranné kódování, keré zde oiž není nuné, neboť přenos signálů po kabelech má relaivně malý úlum a není zaížen šumem a inerferencemi, jako je omu naopak při rádiových přenosech v síích DVB-T. Kvaliní přenosový kanál aké dovoluje použií vícesavových modulací 16QAM, 32QAM, 64QAM, 128QAM a 256QAM. Pro všechny yo modulace jsou k dispozici šířky pásma 2 MHz, 4 MHz, 6 MHz, 8 MHz a 10 MHz. Takže např. při použií spekrálně nejefekivnější modulace 256QAM je možné ve sandarním kanálu kabelové elevize s šířkou pásma 8 MHz přenáše digiální daový ok rychlosí okolo 60 Mbi/s. To by umožňovalo např. přenos muliplexu obsahujícího 12 elevizních programů se sandardní jakosí určenou kódováním MPEG-2, včeně sereofonních zvukových doprovodů ve zvýšené kvaliě HiFi (High Fideliy). 7

8 video kodér audio kodér daový kodér programový muliplexer programový muliplexor programy č N ransporní muliplexor adapér MUX adapér na kabelové kanály vnější kodér RS (204, 188) vsup do kabelových rozvodů vnější proklad RS (204, 188) moduláor M QAM SI/PSI CA daa Obr. 6 Programový muliplexer a vysílač adapér ke kabelovým kanálům sysému DVB-C V elevizi DVB-C se používají pro přenos po kabelu frekvenční pásma zhruba od 50 MHz do 450 (860) MHz, nejčasější jsou však jen pásma od 200 MHz do 300 MHz. Vyšší pásma jsou již nevhodná pro zvěšující se úlum komerčně dosupných koaxiálních kabelů. Na obr. 6 je znázorněn komplení vysílací řeězec sandardu DVB-C. Koncepce přijímače je v podsaě inverzní ke koncepci vysílače. 4. Digiální elevize DVB-T V sysémech pozemní digiální elevize DVB-T by při použií konvenčních modulací s jedinou nosnou vlnou (SC) mohlo docháze k inersymbolovým inerferencím ISI. Tomu lze zabráni přechodem k modulacím s více nosnými vlnami MC, z nichž byl pro elevizi DVB-T vybrán kódovaný orogonální frekvenční muliplex C. Ten navíc umožňuje realizova pokryí určiých území monofrekvenčními elevizními síěmi SFN (Single Frequency Nework). U konvenčních v síí je celé obsluhované území pokrýváno menším počem vysílačů s velkými výkony, keré pracují na různých kanálech. U síí SFN je oo území pokrýváno velkým počem vysílačů s malými výkony, keré vysílají yéž signály (soubory kanálů) na ěchže frekvencích, avšak díky aplikaci formáu C se vzájemně neruší. Tao koncepce poom vede ke značným úsporám frekvenčních pásem, i k úsporám energeickým. Paramer mód 2k mód 8k efekivní poče nosných N 2048 (akiv. 1706) (akiv 6818) užiečná symbolová perioda T s 224 ms 896 ms ochranný inerval T g T s/4, resp T s/8, resp T s/32 T s/4, resp T s/8, resp T s/32 odsup nosných f = 1/T s 4464 Hz 1116 Hz variany modulace nosných QPSK/16-QAM/64-QAM QPSK/16-QAM/64-QAM použié šířky pásma B RF 4 MHz, 5 MHz, 6 MHz, 7 MHz, 8 MHz Tab. 1 Základní paramery sandardu pozemní digiální elevize DVB-T, pro přenosový formá a módy 2k / 8k Volba hlavních sysémových paramerů je u muliplexu, určeného pro elevizní sandard DVB-T, výsledkem celé řady kompromisů. Závisí například na dosažielných pracovních rychlosech procesorů FFT použiých ve vysílačích i přijímačích ap. Kriická je zejména volba poču N subnosných vln, symbolové periody T s a délky cyklického prefixu T g a aké modulačního způsobu dílčích nosných vln. Tyo 8

9 paramery jsou shrnuy v ab. 1, a o jednak pro mód 2k (2048 individuálních nosných vln v rádiovém kanálu o šířce 8 MHz) a dále pro mód 8k (8192 individuálních nosných vln v émže kanálu) (ETSI/EBU ). Mód 2k je vhodný pro jediný vysílač, anebo pro monofrekvenční síť SFN na relaivně malých lokaliách. Mód 8k může bý využi buď ve spojení s jediným vysílačem, nebo u síí SFN pokrývajících velké lokaliy. Individuální nosné vlny mohou bý ve sandardu DVB-T modulovány ve formáu QPSK, nebo 16-QAM anebo 64 QAM. Zvolený yp modulace poom určuje přenosovou kapaciu sysému, pořebnou šířku rádiového pásma B RF i jeho odolnos vůči šumu a inerferencím. Uvedené paramery je však možné ovlivňova aké volbou rychlosi ochranného kódování. Obecně plaí zásada: Čím důkladnější je ochrana přenosu, ať již dosažená použiím modulace nižšího řádu, nebo důkladnějším kódováním, ím nižší je dosažielná přenosová biová rychlos. Vedle uvedených konvenčních modulací se u DVB-T uplaňuje ješě hierarchická modulace. V omo případě je modulační daový ok rozdělen na ok přenášející daa s vysokou prioriou a na ok s nízkou prioriou. Tok s vysokou prioriou je chráněn efekivním konvolučním kódem, např. s rychlosí r c = 1/2, akže na přijímací sraně jednoznačně určuje v konselačním diagramu individuální symboly (savy modulované nosné vlny), resp. jejich složky I,Q. Tok s day s nízkou prioriou je chráněn méně efekivním konvolučním kódem, např. s rychlosí r c = 5/6. K modulaci individuálních nosných je využíván akovým způsobem, aby definoval mrak konselačních bodů, seskupených kolem jednoznačných pozic v konselačním diagramu, jež jsou určeny daovým okem s vysokou prioriou. Při dobrém poměru nosná/šum C/N, mohou bý idenifikovány všechny body konselačního diagramu a oba daové oky mohou bý deekovány. Při horším poměru C/N sice přesná idenifikace a edy i deekce všech bodů v konselačním diagramu není možná, avšak je ješě alespoň možné pro libovolný z ěcho bodů urči alespoň kvadran, v němž se nachází. Za éo siuace je ješě možné vyhodnoi daa s vysokou prioriou. Je-li edy v sysému například použia základní modulace 16-QAM, jsou 4 body konselačního diagramu, ležící v jeho určiém kvadranu demodulovány jako jediný bod v émže kvadranu modulace QPSK. Demodulovaný signál je edy degradován, avšak není zracen. Vysílač a přijímač sandardu DVB-T Na obr. 7 je znázorněno skupinové schéma kodéru a vlasního vysílače digiální pozemní elevize sandardu DVB-T. Jeho hlavní specifickou zvlášnosí oproi DVB-S je použií muliplexu. Kódování kanálu je zde éměř shodné s vysílačem DVB-S, navíc je zde jen vniřní prokladač. Moduláor je řešen aplikací monoliického procesoru IFFT (viz obr. 2). Za moduláorem následují obvody pro vkládání cyklického prefixu a konečně měnič frekvence nahoru (up-converer) a výkonový koncový zesilovač PA (Power Amplifier). V přijímači se v podsaě realizují inverzní operace vůči vysílači. Přijímaný signál je po nízkošumovém zesílení podroben první a druhé frekvenční konverzi, a o až na nulový mf kmioče. Tím se jeho spekrum převede do základního pásma (směšování na nulovou mezifrekvenci). Zde je poom vzorkován frekvencí N/T s, odpovídající dvojnásobku frekvence nejvyšší nosné vlny v uvedeném základním pásmu. V praxi je užiečná šířka pásma poněkud nižší, než je polovina vzorkovací frekvence, čímž se usnadní filrace pořebná k polačení zkreslení ypu aliasing při vzorkování; oo omezení se realizuje odsraněním několika dílčích nosných vln na okraji vf. pásma. Dále je ako upravený signál zpracováván v procesoru FFT s N vzorky (body), a o vždy v čase kraším, než je celková symbolová perioda T s. Poé následuje dekódování a další operace, obdobné podeekčnímu zpracování signálu v sysémech DBS-S. 9

10 od program. muliplexeru energe. dispersal vnější kodér RS (204,188) vnější prokladač (l (l = 12) vniřní kodér konvol. + punk. vniřní prokladač (bi/symbol) mapování symbolů adapace rámců vkládání bezp. iner. DAC& IF/RF1PA Obr. 7 Zjednodušená koncepce kompleního vysílače digiální pozemní elevize DVB-T; vypušění vniřního prokladače se získá schema odpovídající družicovému sandardu DVB-S 5. Vývoj sysémů DVB (DVB-H, IP TV, DVB-SH, DVB-S/C/T a TVo3G) Základní sandardy DVB se nepřeržiě vyvíjejí. Již v roce 2004 bylo sandardizováno digiální elevizní vysílání pro mobilní příjem DVB-H (DVB-Handheld) a v roce 2005 digiální elevizní vysílání na bázi prookolu Inerne IPTV (DVB-Inerne Proocol Television). Rozšířením sandardu DVB-H do saeliního pásma S (frekvence okolo 2,2 GHz) vzniká sandard DVB-SH (DVB-Saellie Handheld). Dále se vyvíjejí rovněž ři základní sandardy, a o směrem k jejich vylepšeným modifikacím DVB-S2 (2006), DVB-C2 (2010) a DVB-T2 (2009), umožňujícím mj. jakosní přenos HDTV. Pracuje se aké na zcela nových aplikacích pro daové přenosy IPDC (Inerne Proocol Daacas). Tyo nové generace směřují ke zvýšení kvaliy samoného elvizního přenosu, rozšiřování sorimenu poskyovaných služeb a k podsanému zdokonalení mobiliy a inerakiviy přenosu. A právě v posledních dvou paramerech nepochybně do vývoje elevize zasáhne její konvergence s pozemní mobilní komunikací řeí a vyšších generací. V současné době je již v pokročilém sadiu vývoje např. sysém mobilní inerakivní elevize TVo3G (Television over 3G). 6. Digiální rozhlas DAB Počákem devadesáých le Evropský komié Eureka 147 a Evropský elekomunikační sandardizační insiu ETSI začaly pracova na vývoji nového sysému digiálního rozhlasového vysílání DAB (Digial Audio Broadcasing). Ten je určen k šíření rozhlasových programů a dalších přidružených informací v pásmech nad 300 MHz. Pro přenos zde byl zvolen kódovaný orogonální frekvenční muliplex C, o jak ve spojení se sacionárními ak i s mobilními přijímači. Může bý využíván nejen při pozemním vysílání, ale éž při vysílání z družic, případně i při přenosu mealickými nebo opickými spoji. Přiom se ve všech ěcho režimech zaručuje velmi vysoká kvalia příjmu, srovnaelná se sysémy CD (Compac Disk). Sandard DAB má ři charakerisické rysy: Pro zdrojové kódování aplikuje meodu MUSICAM. Ta např. umožňuje redukova biovou rychlos lineárně kódovaného sereofonního signálu, se vzorkováním 48 khz a se 16 biovou reprezenací vzorků, z hodnoy = 1536 kbi/s na pouhých 192 kbi/s. Přiom dosažielná kvalia přenosu je plně porovnaelná s kvaliou reprodukce pomoci disku CD. Problém mnohocesného šíření signálu v pozemských kanálech řeší pomocí kódovaného orogonálního frekvenčního muliplexu CA. Jsou-li signály C vysílané věším počem vysílačů DAB synchronizovány ak, aby v libovolném okamžiku vysílaly prakicky sejné biy, mohou pracova na sejných frekvencích. 10

11 Tyo vysílače poom vyvářejí monofrekvenční síť SFN, podobně jako u sandardů DVB-T, kerá zajišťuje celému sysému velmi vysokou spekrální i energeickou účinnos. Specifikace projeku Eureka 147 DAB pro digiální rozhlas DAB definují ři rozdílné přenosové módy. Ty se liší přidělenými rádiovými pásmy, dále předpokládanými oblasmi využií a aké dalšími sysémovými paramery. Základní charakerisiky ěcho módů jsou shrnuy v ab. 2. Mód I a mód II je zde určen pro sysémy pozemských vysílačů DAB, mód III se poom uplaní v sysémech družicových nebo pozemských. Vzhledem ke sejnému přenosovému formáu C je implemenace digiálního rozhlasu DAB dosi podobná implemenaci digiální elevize DVB-T Paramer DAB mód I mód II mód III aplikace SFN pozemský lok. pokryí pozemský + družic. odsup vysílačů cca 60 km cca 15 km cca 8 km rádiové frekvence < 375 MHz < 1,5 GHz < 3 GHz uži. symb. perioda T s 1,0 ms 250 µs 125 µs ochranný inerval T g 250 µs 62,5 µs 31,25 µs šířka pásma B khz khz khz poče nosných N odsup nosných 1 khz 4 khz 8 khz celková biová rychlos 2,4 Mbi/s 2,4 Mbi/s 2,4 Mbi/s Tabulka 2 Základní paramery sysému Eureka 147 DAB, pro ři různé přenosové módy 7. Digiální rozhlas DRM Pro rozhlasové vysílání se radičně využívá přenos s analogovou modulací AM, realizovaný hlavně v pásmech dlouhých vln (DV), sředních vln (SV) a čásečně i krákých vln (KV), rozkládajících se zhruba od 150 khz do 30 MHz. V ěcho pásmech je přenos z hlediska inenziy přijímaného signálu velmi sabilní, je však posihován vysokou úrovní různých inerferencí. Kvaliaivní paramery rozhlasového vysílání lze zlepši jedině přechodem na digiální sysémy. Digializace se v éo oblasi začala prosazova nejdříve ve vyšších frekvenčních pásmech řádu sovek MHz a vyšších, a o ve formě rozhlasu DAB. Mají - li však bý využiy zmíněné specifické příznivé vlasnosi šíření vln aké v radičních nižších rozhlasových pásmech a přiom se má dosáhnou vysoké kvaliy přenosu, je nuné přejí i zde od analogových rozhlasových sousav na digiální. Z ěcho důvodů mezinárodní elekomunikační unie ITU vydala v roce 2002 doporučení pro zavádění nového sandardu DRM (Digial Radio Mondiale) pro digiální rozhlasové vysílání v pásmech DV, SV a KV. Teno sandard díky progresívním digiálním echnikám, v porovnání s dosavadním konvenčním rozhlasovým vysíláním s modulací AM, výrazně zlepšuje jakos reprodukovaného signálu, a o na úroveň analogového rádia VKV/FM. Kromě oho umožňuje přenáše kromě jakosních audio signálů ješě exy, saické obrazy a počíačové programy (daacasing), je zde možný i přenos doplňkových da RDS (Radio Daa Sysem), již aplikovaný v konvenčním vysílání VKV/FM. Sandard DRM aké nabízí podsaně vyšší komfor obsluhy přijímačů. Po echnologické sránce je řešen ak, že může využíva klasické 11

12 rozhlasové vysílače AM. Pořebné kódování lze poom realizova v prvé fázi vývoje pomocí běžného personálního počíače, podobně lze řeši i dekódování v přijímačích DRM. Univerzální počíače je v éo aplikaci ovšem výhodné nahradi levnými jednoúčelovými monoliickými moduly. Násup sysémů DRM do praxe edy nevyžaduje ve vysílačích žádné podsanější invesice, individuální přijímače však musí bý zcela nové. V sysému rozhlasu DRM se důsledně uplaňují meody adapivních modulací a kódování. Jako základní modulační formá se využívá kombinace kódovaného muliplexu C, s kvadraurními modulacemi QAM subnosných vln. Ten doplňuje vhodné víceúrovňové kanálové konvoluční kódování MLC (Muli-Level Coding), prokládání a vysílání piloních symbolů pro odhad savu kanálu. Tao opaření v souhrnu účinně polačují vliv selekivních i plochých krákodobých úniků. Muliplex C přenáší zakódovaný signál na věším poču modulovaných orogonálních subnosných vln. Primární modulační konselace jsou 64-QAM a 16-QAM, v nepříznivých kanálech se využívá modulace QPSK. Základní koncepce vysílače DRM je znázorněna na obr. 8. Principiální výhody digiální echnologie rozhlasu DRM jsou ak závažné, že se zavádí i do VKV pásem dosavadního analogového rozhlasu FM. Zde může díky věším dosupným šířkám pásma přinés zvýšenou kvaliu reprodukce, a o zhruba na úrovni kompakních disků CD. daa audio obecná daa inform. FAC zdrojový kodér předkódování předkódování NP HP NP HP muliplexer energeický dispersal NP = normální ochrana HP = vysoká ochrana MLC kodér kodér kanálu energeický dispersal prokladač piloní generáor kodér kanálu MSC FAC mapování symbolů buněk signál DRM moduláor generáor inform. SDC předkódování energeický dispersal kodér kanálu SDC Obr. 8 Základní koncepce vysílače DRM Závěr Technika elevizního a rozhlasového přenosu směřuje zcela jednoznačně k digiálním sysémům, keré přinesou uživaelům zvýšení kvaliy a rozšíření sorimenu poskyovaných služeb. Z celospolečenského hlediska pak digializace nabízí podsané úspory drahocenných - a v současnosi už značně přeplněných rádiových pásem. Významné jsou v době energeických krizí aké výrazné energeické úspory, a o jak na sraně vysílačů ak individuálních přijímačů, keré mají mj. příznivý dopad na naše živoní prosředí. Lieraura: [1] Žalud, V.: Moderní radioelekronika. 1. vydání. BEN - vydavaelsví echnické lieraury, Praha [2] Hrska, J: Druhá generace sandardu pro zemské digiální elevizní vysílání. Sdělovací echnika č. 1, [3] Kraochvíl, T.: Sandardy DVB pro zemské digiální.... Sděl. echnika č. 3,