Více

Druhá generace standardu digitální pozemní televize DVB-T2

Čtenáři DigiZone.cz jistě dobře znají tři současné platformy digitální distribuce televizních a rozhlasových signálů a jim odpovídající evropské standardy - satelitní DVB-S (Digital Video Broadcasting Satelite), pozemní (užívá se rovněž termín zemská) DVB-T (Terrestrial) a kabelová DVB-C (Cable). Všechny byly standardizovány ETSI (European Telecommunications Standards Institute) již před řadou let (DVB-S v roce 1994 normou EN 300421, DVB-C v roce 1994 normou EN 300429 a DVB-T v roce 1995 normou EN 300744) a všechny jsou dnes aplikovány v praxi. S rychlým rozvojem komunikační techniky a zejména digitálních technologií vyvstala potřeba jejich zásadních inovací...

Co to je vlastně DVB-T2?

Čtenáři internetového časopisu Digizone jistě dobře znají tři současné platformy digitální distribuce televizních a rozhlasových signálů a jim odpovídající evropské standardy – satelitní DVB-S (Digital Video Broadcasting Satelite), pozemní (užívá se rovněž termín zemská) DVB-T (Terrestrial) a kabelová DVB-C (Cable). Všechny byly standardizovány ETSI (European Telecommunications Standards Institute) již před řadou let (DVB-S v roce 1994 normou EN 300421, DVB-C v roce 1994 normou EN 300429 a DVB-T v roce 1995 normou EN 300744) a všechny jsou dnes aplikovány v praxi. S rychlým rozvojem komunikační techniky a zejména digitálních technologií vyvstala potřeba jejich zásadních inovací. Nejdříve k ní došlo v případě aplikačně nejstaršího standardu DVB-S. Stalo se tak v souvislosti s značně zvýšenými požadavky na přenosovou rychlost digitálních signálů televize s vysokým rozlišení HDTV, jejíž vysíláni začalo v této distribuční platformě, protože disponuje podstatně širším kmitočtovým pásmem přenosového kanálu satelitních transpondérů (např. 36 MHz). Inovovaný standard druhé generace byl nazván DVB-S2 a standardizován v roce 2005 normou EN 302307. Vývoj druhé generace dalších dvou standardů DVB-C2 a DVB-T2 začal později (2006). Dnes je prakticky ukončen a jejich standardizace se očekává v letošním roce.

V tomto článku jsou uvedeny základní charakteristiky, aplikační možnosti a výhledy předpokládaného využití standardu DVB-T2, který představuje druhou generaci pozemní digitální televize DVB-T, na kterou v současnosti Česká republika přechází. Jeho vývoj byl zahájen v roce 2006, ukončen a v červnu 2008 odeslán ke standardizaci na ETSI. Technické parametry jsou definovány v tzv. Modré knize (http://www.or­g/technology/dvbt2/a12­2.tm…).

Vlastnosti standardu DVB-T2

Aby standard DVB-T2 byl smysluplný musí ve srovnání s DVB-T:
a) dosáhnout zvýšení provozní bitové rychlosti alespoň o 30 %,
b) umožnit zvětšení velikosti jednokmitočtových sítí SFN (Single Frequency Network) alespoň o 30%,
c) umožňovat přenos různých transportních toků (včetně MPEG-2 TS, ale i postavených na protokolech IP aj.),
d) umožňovat zpětnou kompatibilitu přijímačů DVB-T2, které musí umožňovat i příjem signálů DVB-T.

Proto došlo k zásadním inovacím jak v oblasti modulačních metod, tak i zdrojového a kanálového kódování. Pro ilustraci změn jsou hlavní technické parametry původního standardu DVB-T a jeho druhé generace DVB-T2 uvedeny v tabulce. Předpokládá se zdrojová komprese podle standardu MPEG-4 AVC (označení dle ITU H.264 nebo také MPEG-4 Part10), který má až dvojnásobnou kompresní účinnost ve srovnání s dosud používaným standardem MPEG-2. Pro jedno-kmitočtové sítě (SFN) velkého rozsahu jsou určeny nové FFT módy 16k a 32k. Tak např. v módu 32k použitém v kanálu o šířce 8 MHz je doba trvání jednoho symbolu tS ≈ 3,6 ms a při poměru doby trvání ochranného intervalu tGI k době trvání symbolu tGI/tS = 1/8 (maximální poměr použitelný v módu 32k – viz tabulka) je doba trvání ochranného intervalu tGI ≈ 0,45 ms. Tomu odpovídá hypotetický průměr sítě SFN

DSFN = tGI ∙ c = 4,5E-4 ∙3E8 ≈ 135 km.

Pro srovnání – ve standardu DVB-T tomu v režimu 8k ve stejně širokém kanále při největším použitelném poměru tGI/tS = 1/4 vychází DSFN ≈ 67 km – tedy cca poloviční.

Další zvětšení rozsahu jednoduché SFN (pouze se dvěma vysílači) lze docílit diverzitním vysíláním s kódováním MISO (Multiple Input – Single Output). Druhý vysílač pracující ve stejném kanále vysílá komplexně sdružená data s modifikovanými referenčními (pilotními) nosnými vlnami.

Naopak nový FFT mód 1k je vhodný pro mobilní příjem, protože díky velkému kmitočtovému rozestupu nosných vln se neuplatňuje Dopplerův jev ani při velkých rychlostech pohybu přijímače.

Nově zavedená vnitřní modulace 256-QAM umožňuje podstatné zvýšení informační kapacity přenosového kanálu, ale pro svoji sníženou odolnost vůči šumům a rušení (robustnost) je vhodná pouze pro velmi kvalitní kanály.

Základní technické parametry standardů DVB-T a DVB-T2
Oblast Standard DVB-T Standard DVB-T2
Modulace COFDM (Coded Orthogonal Frequency Divided Multiplex) COFDM (Coded Orthogonal Frequency Divided Multiplex
Zdrojové kódování MPEG-2 , (MPEG-4 AVC) MPEG 4 -AVC, (MPEG-2)
Kanálové kódování FEC 1,2 Blokové: RS (Reed-Solomon) Konvoluční s kódovými poměry 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 Blokové: RS (Reed-Somonon) LDPC + BSH 1) 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6
Vnitřní modulační metody QPSK, 16-QAM, 64-QAM QPSK, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM
Mód FFT počet nosných 2k, 8k 1k, 2k, 4k, 8k, 16k, 32k2)
Poměr ochranného intervalu tGI/tS = 1/4, 1/82), 1/16, 1/32 1/4 1/8, 1/16, 1/32 19/256, 19/128, 1/128

Poznámky
1) Kódy LDPC (Low Density Parity Check) a BSH (Bose-Chaudhurt-Hocquengham) jsou účinné korekční kódy pro opravu chyb vlivem vysoké úrovně šumu a interferencí v kanále. Jsou použity i ve standardu DVB-S2.
2) Maximální povolená hodnota poměru ochranného intervalu pro mód 32k je tGI/tS = 1/8

Ve standardu DVB-T2 se předpokládá také užití časové segmentace programů (Time Slicing). Tato technika (užívána např. ve standardu DVB-H) slouží k úspoře energie napájecího zdroje přijímače. Sekvence bitových paketů každého programu v multiplexu, které se pravidelně opakují, mají přidělenou určitou část za sebou následujících nosných. Dekódovací obvody přijímače jsou v činnosti pouze při přenosu zvoleného programu (každý program může případně využívat jinou vnitřní modulaci).

Závěr

Co tedy bude dál ? Prognóza praktického uplatnění standardu DVB-T2 není snadná a zejména časové odhady pro Českou republiku by byly spíše věštěním z křišťálové koule. K jeho praktické aplikaci zcela jistě dojde, už jen proto, že 8 (7) MHz kanálový rastr pozemní televize HDTV příliš nevyhovuje. Nebude to však tak rychlý proces, jako v případě standardu DVB-S2, který “vplul“ do života velmi rychle. Přispěl k tomu fakt, že digitální satelitní platforma byla a je ideální pro experimenty i pravidelné vysílání HDTV, ale také to, že tuto skutečnost velmi rychle pochopila řada výrobců. Vyvinula a dodala na trh satelitní přijímače (satelitní set-top-boxy STB-S), které umí zpracovat signál stávajícího standardu DVB-S, ale i jeho druhé generace DVB-S2 (obsahuji navíc i odpovídající demodulátory DVB-S2 i dekodéry MPEG-4 AVC). Tyto podmínky však pro DVB-T2 zatím připraveny nejsou. V některých evropských státech se předpokládá první nasazení DVB-T v roce 2010. A co v České republice? Dovolím si zde prezentovat svůj osobní názor, se kterým nemusí, samozřejmě, všichni souhlasit. Do jisté míry je totiž situace podobná dlouhodobě diskutované možnosti aplikací komprimačního algoritmu MPEG-4 AVC v rámci vysílání DVB-T v České republice.

Protože většina zdrojových signálů současných programů je (a ještě chvíli bude) distribuována ve standardním rozlišení, považuji přechod na tento komprimační algoritmus v současné situaci za zbytečný, protože by nepřinesl divákovi žádnou novou kvalitu. Představoval by pro něho zatím jen komplikace (nejen finanční) a zpomalil by penetraci STB. Navíc – současně nejrozšířenější záznamový standard DVD a odpovídající technické prostředky užívají kompresi MPEG-2. Prioritní by tedy dnes mělo být především zajištění dobrého signálového pokrytí pro maximum diváků a hladký rozvoj pozemního TV digitálního vysílání. Přechod ke druhé generaci DVB-T2 (zahrnující i účinnější kompresi MPEG-4 AVC) nebude levný a je na něj, alespoň dle mého soudu, relativně dost času. Může se uskutečnit až po masivnějším rozvoji HDTV, který si v ČR dovoluji odhadovat na 3 a více let. Lze předpokládat, že v té době budou i stávající set-top-boxy DVB-T alespoň částečně morálně i technicky zastaralé a koupě nových, třebas již DVB-T2, nebude tak bolet…

34 názorů Vstoupit do diskuse
poslední názor přidán 29. 1. 2009 15:01

Sledujte DigiZone.cz

Facebook Google+