Sakaru Pasaule - Žurnāls par
modernām komunikācijām

  
  


Atpakaļ Jaunais numurs Arhīvs Par mums Meklēšana

Ciparu televīzijas mobilā uztveršana

   

Pēc ciparu televīzijas DVB-T standarta pieņemšanas radās vēlēšanās pārbaudīt, vai šo sistēmu iespējams izmantot arī mobilajai uztveršanai, t. i., uztvērējam kustoties attiecībā pret raidītāju. Starpvalstu projektā Motivate šā jautājuma noskaidrošanai tika veikti pētījumi un eksperimenti un apkopoti rezultāti. Galvenā uzmanība bija pievērsta to kritēriju izstrādei, kas jāņem vērā raidīšanas parametru izvēlē, ja DVB-T sistēmu izmanto mobilajai uztveršanai. Kas skatījiesanalogo televīziju braucošā transporta līdzeklī, piekritīs — tas ir tests nervu sistēmas pārbaudei. Attēla intensitāte un kvalitāte nepārtraukti mainās, attēls zūd, veidojas atkārtojumi. Te izpaužas ultraīsviļņu signāla izplatīšanās raksturs — straujas intensitātes svārstības, summējoties tiešajam un atstarotiem signāliem ar mainīgām amplitūdām un fāzēm. Analogā televīzijas sistēma ar to netiek galā. Ciparu televīzijas sistēmas DVB-T standartā nav norādes par tās derīgumu mobilajai uztveršanai, bet izmantojamā COFMD modulācijas metode ir īpaši piemērota uztveršanai daudzsignālu situācijā. Valstīm ar labi attīstītām televīzijas izplatīšanas kabeļtīklu sistēmām, kā Vācijai, Beļģijai u. c., gribējās pasniegt lietotājiem DVB-T kā sistēmu, kam piemīt šī vērtīgā kvalitāte — mobilās uztveršanas spēja, jo tas celtu DVB-T lietošanas vērtību.

Starpvalstu projekts Motivate

Lai izpētītu praktiskos un teorētiskos aspektus par DVB-T izmantošanu mobilajai uztveršanai, 1998. gadā vairāku valstu operatori, ražotāji un pētniecības centri sāka projektu Motivate. Tā dalībnieki paredzēja veikt pētījumus un eksperimentus laboratorijās un reālos apstākļos. Patlaban pētījumi pabeigti un pieejami to rezultāti. Dalībnieki negrasījās pierādīt pašu mobilās uztveršanas iespēju, jouzskatīja to par acīmredzamu. Uzmanība tika veltīta nosacījumu noskaidrošanai, kuru izpilde ļautu efektīvi izmantot DVB-T mobilajai uztveršanai. Atšķirībā no analogās televīzijas ciparu televīzijas sistēmā ir daudz raidīšanu raksturojošu parametru, kuru vērtības var izvēlēties un mainīt: var izmantot vairākus modulācijas paveidus (QPSK, 16QAM, 64QAM), mainīt kodēšanas koeficientu (1/2,É7/8), izvēlēties nesēju skaitu (2000 vai 8000), aizsargintervāla lielumu u. c. Pārraides (bitu plūsmas) ātrums var mainīties no 4,98 līdz 31,67 Mbit/s. Šo raidīšanas parametru vērtību maiņa lielās robežās un reālo uztvērēju atšķirīgie darbības algoritmi daudzsignālu uztveršanas situācijā var visai būtiski ietekmēt mobilās uztveršanas iespējas un kvalitāti.

Kas raksturīgs mobilajai uztveršanai?

Mobilais uztvērējs atrodas kustībā. Pieņemts uzskatīt, ka tā antenai nav virziendarbības un augstums virs zemes nav mazāks par 1,5 m. Šādas antenas un tās kustības dēļ mainīgos vides apstākļos uztvērējam vienlaikus ar galveno signālu tiek pievadīti vairāki no zemes un apkārtējiem objektiem atstaroti signāli, kuru fāze un intensitāte nepārtraukti mainās. Ja izmanto vienas frekvences tīklu (SFN), uztvērējam pienāk vairāku raidītāju signāli, kam dažkārt var būt vienāda intensitāte. Šos signālus raksturo laika aiztures starpība, ko nosaka tīkla izveide un uztvērēja atrašanās vieta. Taču, uztvērējam kustoties, tā sauktā Doplera efekta dēļ signālos notiks vēl kāda izmaiņa — frekvences nobīdīsies attiecībā pret tām, ko izstaro raidītājs. Atkarībā no kustības virziena frekvence var pazemināties vai paaugstināties. Izmaiņas lielumu hercos dod izteiksme Df = v/l.. Uztvērēja kustības ātrums attiecībā pret raidītāju ir izteikts m/s un viļņa garums — metros. Frekvences izmaiņa, ja ātrums ir 100 km/h, televīzijas kanālā ar frekvenci 800 MHz būs 73 herci. Pazeminot kanāla frekvenci, proporcionāli samazināsies arī izmaiņa un 200 MHz frekvencē tā būs tikai 18,5 herci. Augstākos televīzijas kanālos un lielākos ātrumos frekvences izmaiņa var pārsniegt 100 un pat 200 hercu. Doplera efekta izraisīto signālu frekvences izmaiņu Motivate atzīmē kā lielāko un kritiskāko no parametru izmaiņām, ar kurām jārēķinās mobilajā uztveršanā.

Mobilo uztveršanu ietekmē raidīšanas parametri

DVB-T standarts atļauj daudzu raidīšanas parametru izvēli. Viena parametru grupa ir izmantojamās modulācijas veids. Norādīti trīs veidi, ko apzīmē šādi: QPSK, 16QAM un 64QAM. Modulācijas veidi minēti modulētā signāla komplicētības pieauguma kārtībā. Ar to vienlaikus pieaug pārraides ātrums, respektīvi, pārraidāmās informācijas apjoms. Var lietot dažādus kodēšanas koeficientus. Tie raksturo kodēšanas procesā signālā iestrādāto drošības (atkārtotas informācijas) pakāpi, ļaujot labot daļu kļūdu, kas rodas signālā pārraides procesā. Šā koeficienta vērtība var būt no 1/2 līdz 7/8. Aizsargintervāla attiecība pret impulsa kopējo ilgumu ir nākošais izvēles parametrs, un tā vērtība var tikt mainīta no 1/32 līdz 1/4. Zemes uztveršanas apstākļiem praktiski jāizvēlas maksimālā vērtība 1/4, lai nodrošinātu uztvērēja darbības spēju pie relatīvi lielām pienākošo signālu aiztures vērtības atšķirībām. Ir iespēja izvēlēties COFDM modulāciju ar 2000 (2k) vai 8000 nesējiem (8k). Iepriekš minēto modulācijas veidu un pārējo parametru vērtību izvēle atļauj formēt pārraidāmos signālus, kam ir dažāda noturības pakāpe pret traucējumiem un noteikts derīgās informācijas apjoms. Noturību raksturo minimālā pieļaujamā attiecība signāls/traucējumi. Var izvēlēties apstākļiem piemērotas parametru kombinācijas: signālam ar minimālo signāla/traucējumu attiecību 5 dB būs augstāka noturība, bet zems pārraides ātrums 5 Mbit/s. Kombinācijai, kurā pārraides ātrums ir 20 Mbit/s, savukārt nepieciešama diezgan augsta minimālā signāla/traucējumu attiecība 20 dB.

Doplera efekta ietekme

Frekvences izmaiņa kustības dēļ izraisa signāla/traucējumu attiecības pazemināšanos, jo signālā rodas starpnesēju interference. Ja frekvences izmaiņa nav sasniegusi kritisko robežu, uztvērējs apmierinoši detektē DVB-T signālu. Frekvencesnobīdei turpinot palielināties, ļoti krasi sākas uztveršanas degradācija, līdz tā pārtrūkst. 1. attēls raksturo uztveršanas situāciju Doplera efekta ietekmē. Frekvences izmaiņas kritiskā robeža nosaka pieļaujamo maksimālo kustības ātrumu. Tas atkarīgs noizvēlētās raidīšanas parametru kombinācijas un kanāla frekvences (skatīt 2. attēlu). Ir acīmredzams, ka mobilā uztveršana augstākajos kanālos un ar pieņemamu transporta līdzekļa ātrumu nebūs iespējama, ja tiks izvēlēta parametru kombinācija ar lielu pārraides ātrumu. Šī problēma ir viens no iemesliem, kādēļ pēdējā laikā atgriežas pie jautājuma par 6.–12. kanālu izmantošanu DVB-T.

Uztvērēju loma ir kritiska

Eksperimenti parādīja, ka dažādu uztvērēju reakcija ir visai atšķirīga. Tas rāda, ka uztvērēja darbības algoritmam ir būtiska loma. Tā daudzu signālu gadījumā, kam atšķirīgas laika aiztures, uztvērējs sekmīgi tos detektēs, ja tie nenokļūs ārpus tā sauktā uztvērēja laika sinhronizācijas loga. Apsteidzoši vai aizkavēti signāli ārpus šā loga ir traucējums, kas attiecīgā intensitātē var paralizēt uztveršanu. Uzskata, ka ražotāju rokās ir daudz neizmantotu iespēju, lai izveidotu uztvērējus ar iespējami optimālu darbības algoritmu un labu uztveršanas spēju sarežģītā situācijā. Otrs virziens, uzlabojot uztveršanu, ir dubultā uztveršana. Šim nolūkam izmanto uztvērēju ar divām augstfrekvences ieejām, kurām signālus pievada no atsevišķām antenām. Uztvērējā signālus noteiktā veidā apvieno. Dubultās uztveršanas metode ir visai efektīva, pat ja attālums starp antenām ir tikai daži desmiti centimetru. Izplatīšanās vides iespaidsIzšķir triju veidu vides, kurās izplatās signāli: lauku apstākļi. Tiem raksturīgi atstaroti signāli ar nelielām laika aizturēm, kuru intensitāte ir 4–20 dB zemāka par pamatsignālu. Izrādījās,ka šādā vidē mobilajai uztveršanai ir vissliktākie rezultāti; pilsētas apstākļi. Daudz intensīvu atstarojumu ar garākām laika aizturēm. Atstarojumu intensitāte var pat pārsniegt pamatsignālu. Šāda vide mobilajā uztveršanā dod labākus rezultātus nekā lauku vide; vienas frekvences (SFN) raidošā tīkla apstākļi. Šajā gadījumā no dažādiem raidītājiem pienākošo signālu intensitāte var būt vienāda vai maz atšķirties. Vienas frekvences tīkli vislabāk piemēroti mobilajai uztveršanai.

Publiskie eksperimenti

Ir pieejama informācija par vairākiem pozitīviem mobilās uztveršanas publiskiem eksperimentiem. Lasvegasas izstādē NAB '99 mobilo uztveršanu demonstrēja autobusā, kas apkalpoja izstādes apmeklētājus. Šogad līdzīgu eksperimentu veiks Amsterdamas izstādeslaikā, ierīkojot DVB-T uztveršanu tramvajos, kas kursēs starp izstādi un Amsterdamas centrālo staciju. Divu gadu garumā turpinājās eksperiments Stokholmas — Upsalas ātrvilcienā, izmantojot attēla pārraidei T-DAB raidītājus. Vilciena sastāvā bija uzstādīti vairāki uztvērēji. Signālu no tiem sadalīja uz monitoriem pasažieru priekšā. Šie eksperimenti ar labiem rezultātiem izpelnījās skatītāju atzinību.

Secinājumi

Nav šaubu, ka DVB-T pretēji analogajai televīzijai var nodrošināt kvalitatīvu mobilo uztveršanu. Problēma ir jārisina ar tīkla attiecīgu plānošanu un optimālu raidīšanas parametru izvēli. Vēl daži apsvērumi. Mobilās uztveršanas tehniski ekonomiskie aspekti rāda, ka tās ieviešana visā valsts teritorijā nav reāla. Visaptverošā mobilajā tīklā vajadzētu izmantot 6–8 reizes vairāk raidītāju nekā stacionārās uztveršanas tīklā. Taču konkrēti, saprātīgi ierobežoti mērķi ir sasniedzami. Tādi varētu būt noteiktu pilsētu un piepilsētu zonu, intensīvi izmantojamu autoceļu un dzelzceļa līniju aptveršana. Pievilcīga šķiet mobilā uztveršana autobusos, vilcienos un citos transporta līdzekļos. Mobilajai uztveršanai varētu izveidot arī īpašu transporta informāciju saturošu programmu, sniegt papildus pakalpojumus, piemēram, interneta pieslēgumu portatīvam datoram caur DVB-T kanālu ar GSM telefona interaktīvo saiti. Tīkla un raidīšanas parametru plānošana jābalsta uz reālu uztvērēju iespējām.
   

Inārs JĒKABSONS
 
Design and programming by Anton Alexandrov - 2001