TECHNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACH

FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A INFORMATIKY

KATEDRA KYBERNETIKY A UMELEJ INTELIGENCIE

DVB-T

Matúš ANDREJA

Hospodárska informatika

3.ročník Bc.

Úvod

Od počiatku vzniku televízie a rozhlasu sa vysielanie signálu stále zdokonaľovalo a napredovalo vpred míľovými krokmi. Od zašumeného a čiernobieleho obrazu a nekvalitného zvuku sme sa postupne dostali k čistému obrazu s bohatými a hlbokými farbami a krištáľovo čistému zvuku. No v súčasnej dobe nás čaká oveľa väčší krok. A to prechod na digitálne vysielanie, ktorý posunie vnímanie obrazu a zvuku na najvyššiu úroveň akú si vieme predstaviť. Zašumený obraz počas sneženia, či v niektorých prípadoch menej kvalitný mono zvuk budú minulosťou. Zvýšenie rozlíšenia obrazu, kvality zvuku a možnosť príjmu kvalitného obrazu aj na miestach kde doteraz nebolo možné chytiť žiaden signál hovoria jednoznačne za. Mierne úpravy bežných televízorov pomocou „set top boxov“ nebudú brániť ani menej majetným rodinám vo využívaní tohto vysielania a to je dôležité. Je to pokrok, ktorý sa nedá zastaviť a jeho výhody si bude v budúcnosti každý pochvaľovať. Digitálne vysielanie má budúcnosť či už z hľadiska kvality príjmu, kvality obrazu a zvuku tak aj uspokojenia čoraz náročnejšieho zákazníka.

1 DVB

DVB, skratka pre Digital Video Broadcasting (Digitálne obrazové vysielanie), je súbor medzinárodne akceptovaných otvorených štandardov pre digitálnu televíziu. DVB normy pokračujú DVB Projektom, priemyselné spoločenstvo s viac než 270 členmi, ktorí sú zverejnení JTC (Joint Technical Committee – Spojený technický výbor) a ETSI (European Telecommunications Standards Institute – Európsky inštitút pre telekomunikačné štandardy), CENELEC (European Committee for Electrotechnical Standardization - Európsky výbor pre elektrotechnickú štandardizáciu) a EBU (European Broadcasting Union - Europská vysielacia únia). Vzájomné pôsobenie DVB podštandardov je popísané v „DVB Cookbook“.

1.1 VysielanieDVB systémy rozkladajú dáta použitím množstva prístupov, zahrňujúc:

Satelit - DVB-S, DVB-S2 a DVB-SH; taktiež DVB-SMATV pre distribúcie cez SMATV);

Kábel – DVB-C Terestriálne vysielanie - DVB-T, DVB-T2 Digitálne terestriálne vysielanie pre vreckové počítače (handhelds) - DVB-H Pomocou mikrovĺn (použitím DTT1) – DVB-MT, (použitím MMDS2) – DVB-MC a

(použitím MVDS3 štandardov) – DVB-MSTieto normy definujú fyzickú vrstvu a spojovú vrstvu rozvodnej sústavy. Zariadenia

pôsobia na fyzickú vrstvu cez SPI (synchronous parallel interface - synchrónne paralelné rozhranie), SSI (synchronous serial interface - synchrónny sériové rozhranie), alebo ASI (asynchronous serial interface - asynchrónne sériové rozhranie). Všetké dáta sú prenášané v MPEG-24 transportných tokoch s niektorými ďalšími obmedzeniami (DVB-MPEG). Štandard pre prechodne-skomprimovanú distribúciu do mobilných zariadení (DVB-H) bol publikovaný v novembri 2004.

Tieto rozvodné sústavy sa líšia hlavne v použití modulačných schém, a v použití samoopravných kódov, kvôli rozdielnym technickým obmedzeniam. DVB-S (SHF) používa QPSK, 8PSK alebo 16-QAM. DVB-S2 používa QPSK, 8PSK, 16APSK alebo 32APSK, záleží na rozhodnutí vysielacej spoločnosti. QPSK5 a 8PSK sú jediné verzie ktoré sa pravidelne používajú. DVB-C (VHF/UHF) používa QAM6: 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM, 128-QAM alebo 256-QAM. Nakoniec, DVB-T (VHF/UHF) používa 16-QAM alebo 64-QAM (alebo QPSK) v kombinácii s COFDM7 a môže podporovať hierarchickú moduláciu.

DVB-T2 štandard bol publikovaný v marci 2008, podaný a schválený ETSI v priebehu 2008.

1.2 Zmysel

1 Digital Terrestrial Television – Digitálna terestriálna (pozemná) televízia2 Multichannel Multipoint Distribution Service – Multikáanálová viacbodová deliaca služba3 Multipoint Video Distribution System – Viacbodová video deliaca služba4 Moving Picture Experts Group 25 Quadrature phase-shift keying – Vytváranie kľúčov stvorcovým posunom fázy6 Quadrature amplitude modulation – Štvorcová amplitúdová modulácia7 Coded Orthogonal frequency-division multiplexing – Oddiel multiplexovania pravouhlých frekvencií

Okrem audio a video prenosu, DVB tiež definuje dátové spojenia (DVB-DATA - EN 301 192) so spätnými kanálmi (DVB-RC) pre niekoľko médií (DECT, GSM, PSTN/ISDN, satelit a tak ďalej.) a protokoly (DVB-IPTV: Internetový Protokol; DVB-NPI: nezávislý sieťový protokol).

Staršie technológie ako teletext (DVB-TXT) a zvislý mazací interval dát (DVB-VBI) sú tiež podporované normy uľahčujúce konverziu. Pre mnoho aplikácií je vyspelejšia alternatíva DVB-SUB pre titulky.

1.3 Šifrovanie a metadáta8

Podmienený prístup systému (DVB-CA) definuje všeobecný kódovací algoritmus (DVB-CSA) a fyzické všeobecné rozhranie (DVB-CI) pre sprístupnenie skrytého obsahu. DVB-CA poskytovatelia vyvíjajú úplný podmienený prístup do systémov. Viacnásobné paralelné CA systémy môžu byť pridelené zakódovanému DVB programovému toku poskytujúc funkčnú a komerčnú flexibilitu pre poskytovateľa služby.

DVB je taktiež vyvíjané ochranou obsahu a riadením kopírovania riadení pre ochranu obsah potom, čo to bol prijatý (DVB-CPCM), ktorý je určený povoliť flexibilné použitie zaznamenaného obsahu na domácej sieti alebo ďalej, bráni neviazanému zdieľaniu na internete. DVB-CPCM bol zdrojom polemiky v tlači a hovorí sa, že CPCM je odpoveď DVB na neúspešú ABF9.

Metadáta nazývané servisné informácie sú obsiahnuté v DVB prenose (DVB-SI, ETSI EN 300 468, ETSI TR 101 211) toto spája rôzne jednoduché toky do súvislých programov a poskytujú pre človeka čitateľné opisy, elektronický televízny program a tiež automatické hľadanie a filtrovanie.

Nedávno, DVB prijal profil metadát definované TV-Anytime (DVB TVA, ETSI T 102323). Je to XML Schéma založená na technológii DVB, profil je prispôsobený pre osobné digitálne rekordéry. DVB v poslednej dobe tiež začala vyvíjať riešenie pre IPTV (DVB-IPI, ETSI TR 102033, ETSI T 102034, ETSI T 102814) ktorý tiež obsahuje metadáta vymedzené pre širokopásmové vedenie obsahu (DVB BCG, ETSI T 102 539).

1.4 Softvérová platformaDVB multimédiálna domáca platforma (DVB MHP) definuje platformu založenú na

Jave pre rozvoj aplikácie video systému. Pritom poskytujú vízie pre mnoho DVB a MPEG-2 konceptov, to poskytuje prepojenia pre ďalšie rysy tak ako sieťová kontrola kariet, sťahovanie alpikácií, a vrstvená grafika.

4.5 Spätný kanálDVB štandardizovalo niekoľko spätných kanálov ktoré pracujú spolu s DVB(-S/T/C) a

zabezpečujú obojsmernú komunikáciu. RCS je skratka pre spätný kanál satelitu, a presne určené spätné kanály v C, Ku a Ka frekvenčné pásmá so spätnou šírkou pásma do 2 Mbit/s. DVB-RCT je skratka pre spätný kanál pozemského vysielania, špecifikovaný ETSI EN 301952. DVB-T

8 Dáta o dátach9 American Broadcast Flag

DVB-T znamená DVB – Terrestrial (pozemné); DVB European združuje štandard pre vysielanie digitálnej terestriálnej televízie. Tento systém vysiela skomprimované digitálne audio/video toky, použitím OFDM modulácie s kaskádovým kanálovým kódovaním (t.j . COFDM). Prijaté metódy zdrojového kódovania sú MPEG-2 a, v poslednej dobe, H.264/MPEG-4 AVC.

DVB-T je metóda vysielania ktorá bola prijátá hlavne pre digitálne televízne vysielanie, napríklad vo Veľkej Británii Freeview systém. OFDM pracuje štiepením širokopásmového digitálneho signálu na veľký počet pomalších digitálnych tokov, a potom vysiela všetky na súbore tesne rozložených priľahlých nosných frekvencií, vcelku. Dva vysielače sú kilometre vzdialené, môžu pracovať na rovnakých frekvenciách a prijímač uprostred bude demodulovať správny signál prichádzajúci z oboch.

2.1 Technický popis DVB-T vysielača

2.1.1 Popis blokovej schémy:

Zdrojové kódovanie a MPEG-2 multiplexovanie (MUX): skomprimované video, skomprimované audio, a toky dát sú multiplexované do programových tokov (PT). Jeden alebo viac PT sú spojené do MPEG-2 TS (MPEG-2 Transportné toky(TT)); to je základný digitálny tok ktorý je prenášaný a prijatý domácim prijímačom (STB). Povolený bitrate pre prenesené dáta záleží od množstva kódovania a modulačných parametroch: rozsah môže byť od okolo 5 do asi 32 Mbit/s.

Splitter: dva rozdielne TT môžu byť prenášané súčasne, použitím hierarchického vysielania. To môže byť použité na vysielanie, napríklad, štandardné rozlíšenie - SDTV10 signálu, a 10 Standard-definition television (720×576)

Video kóder

Audio kóder

Dáta kóder

1

1

...

1 n

Zdrojové kódovanie a MPEG-2 multiplexovanie

Programový MUX

Transportný MUX

Splitter

TPS ariadiaci signál

OFDMOchr.

interval vklada-

nia

D/A prevodník ačelo

Prispô-sobe-

nie obrazu

DeličInterný preklad

ačInterný kóder

Exter-ný

prekladač

Exter-ný

kóder

MUX prisp., rozptyl energie

MUX prisp., rozptyl energie

Exter-ný

kóder

Exter-né

prekladač

Interný kóder

vysoké rozlíšenie - HDTV11 signálu, na tom istom kanále. Obvykle, SDTV signál je silnejší než HDTV. Od príjemcu závisí kvalita prijatého signálu, STB je schopný dekódovať HDTV tok alebo, ak je intenzita signálu nedostočná, môže ho zmeniť na SDTV (takto, všetky prijímače ktoré sú blízko vysielača môžu zablokovať HDTV signál, dokonca najvzdialenejší, ešte môže byť schopný príjmať a dešifrovať SDTV signál).

MUX prispôsobenie, rozptyl energie: MPEG-2 TS je identifikovaný ako sekvencia dátových paketov, pevnej dĺžky (188 bytov). Energetickým rozptylom, je bytová sekvencia dekorelovaná.

Externý kóder: prvá úroveň korekcie chýb je aplikovaná na vysielané dáta, použitím ne-binárneho blokového kódu, RS (204, 188) kód, napríklad oprava do maximálne 8 chybných bytov pre každý 188-bytový paket.

Externý prekladač: konvolučné prekladanie sa používa na preskupenie prenášanej sekvencie dát, je to náročnejšie pri dlhých sekvenciách chýb.

Interný kóder: druhá úroveň korekcie chýb je daná deravým konvolučným kódom, ktorý je často označený v STB menu ako FEC12. Je tam päť platných kódovacích tried: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, a 7/8.

Interný prekladač: sekvencia dát je opäť preskupená, cieľom je zmenšiť vplyv viac chýb naraz. Tentoraz, blok prekladača prijal pseudonáhodný priraďovací diagram (to robí dve oddelené prekladacie procesy, jeden operuje na bitoch a druhý operuje na skupinách bitov).

Delič (mapper): digitálna sekvencia bitov je rozdelená do základnej pásmovo modulovanej sekvencie komplexných symbolov. Sú tam tri platné modulačné diagramy: QPSK, 16-QAM, 64-QAM.

Prispôsobenie obrazu: symboly sú zoskupené v blokoch konštantnej dĺžky (1512, 3024, alebo 6048 symbolov na blok). Obraz je generovaný, 68 blokov dlhý, a superobraz pozostáva zo 4 obrazov.

TPS 13 a   riadiace signály : za účelom zjednodušiť príjem signálu, je prenášaný terestriálnym rádiovým kanálom, ďalšie signály nie sú vložené v každom bloku. Riadiace signály sa používajú v priebehu synchronizácie a vyrovnanie fázy, zatiaľ čo TPS signály pošlú rozmery prenášaného signálu a jasne zistiť totožnosť vysielacieho článku. Malo by byť uvedené , že príjemca musí byť schopný synchronizovať, porovnať, a dešifrovať signál aby získal prístup k informáciám držaným TPS. Príjemca musí poznať tieto informácie dopredu, a TPS dáta sú použité len v mimoriadnych prípadoch, ako zmeny v rozmeroch, resynchronizácie, atď.

11 High-definition television (1366×768)12 Forward error correction – Pokročilá oprava chýb13 Transmission Parameters Signalling – Signalizácia prenosu parametrov

OFDM Modulácia: sekvencia blokov je modulovaná podľa OFDM techniky, použitie 2048, 4096, alebo 8192 nosičov (2k, 4k, 8k mód, jednotlivo). Stúpajúci počet nosičov nemodifikuje užitočné zaťaženie bitovej rýchlosti, ktorá ostáva konštantná.

Ochranný interval vkladania: každý OFDM blok je rozšírený, kopíruje sa pred jeho koniec (cyklický prefix). Šírka takého ochranného intervalu môže byť 1/32, 1/16, 1/8, alebo 1/4 originálnej dĺžky bloku. Od cyklického prefixu sa požaduje, aby pracoval s jednoduchou frekvenciou siete, tam môže nastať nežiadúce prekrývanie prichádzajúce z niekoľkych vysielacích strán, ten istý program na tej istej nosnej frekvencii.

D/A prevodník a „čelo“: digitálny signál sa transformuje do analógového signálu D/A prevodníkom, a potom je modulovaný do rádiofrekvencie (VHF, UHF) čelom rádiofrekvencie. Obsadená šírka pásma je navrhnutá tak, aby sa prispôsobila každému DVB-T signálu do 5, 6, 7, alebo 8 MHz širokých kanálov. Základná pásmová vzorkovacia rýchlosť na

vstupe D/A prevodíka závisí na šírke pásma kanálu: To je f s=

87

B vzoriek, kde B je šírka

pásma kanálu vyjadrená v Hz.(viď. Prílohy 3 a 5)

2.2 Technický popis prijímača:Prijímanie STB prevezme metódy ktoré sú dvojaké, jedna je použitá vo vysielaní. „Čelo“ a   A/D prevodník : analógový signál rádiovej frekvencie je prekonvertovaný na

základné pásmo a transformovaný do digitálneho signálu, použitím A/D prevodníka Časová a frekvenčná synchronizácia : základné digitálne pásmo signálu je prehľadané pre

rozoznanie začiatku obrazov a blokov. Tiež sú opravené problémy na frekvenčných súčastiach signálu. Obsah ochranného intervalu na konci symbolu je umiestnený tiež na začiatku a využíva sa na nájdenie začiatku nového OFDM symbolu. Naproti tomu, kontinuálne prevádzky (ktoré odhadujú pozíciu je určný štandardom a tak známy pre príjemcu) určia frekvenciu ofsetu poškodeného signálu. Táto frekvencia ofsetu môže by byť spôsobená Dopplerovým javom, nepresnosti v jednom z dvoch vysielačov alebo hodiách prijímača, a tak ďalej.

Dispozícia Ochranného intervalu : cyklický prefix je odstránený. OFDM demodulácia Frekvenčné vyrovnanie : úvodné signály sa vyrovnajú prijímanemu signálu. Spájanie (Demapping) Interné prekladanie (deinterleaving) Interné dekódovanie : použitím Viterbiho algoritmu. Externé prekladanie (deinterleaving) Externé dekódovanie Multiprexové (MUX) prisposobenie MPEG-2 demultiplexácia a   zdrojové dekódovanie

2.3 DVB-T2

V marci 2006 sa DVB rozhodolo študovať možnosti pre aktualizovaný DVB-T štandard. V júni 2006, oficiálna študijná skupina s názvom TM-T214 ktorá bola vytvorená DVB Group aby vytvorili schému rozšírenej modulácie ktorá by mohla byť adoptovaná v druhej generácii digitálneho terestriálneho televízneho štandardu, nazvaného DVB-T2.

Podľa komerčných požiadaviek a dopytom po technológií, v apríli 2007, bude prvá fáza DVB-T2 venovaná poskytovaniu optimálnemu príjmu pre statické (fixné) a prenosné prijímače (t.j., jednotky ktoré môžu byť prenosné, ale nie sú úplne mobilné) použitím existujúcich antén, zatiaľ čo druhá a tretia fáza bude študovať metódy na odstránenie vyšších nákladov (s novými anténami) a otázky mobilného prijímu. Nový systém by mal poskytnúť minimálne 30% nárast nákladov, v podobných kanálových podmienkach používaných pre DVB-T. Technológie pravdepodobne zahrnú:

LDPC15/BCH zabezpečený pokročilý kód so zabudovaným samoopravným kódom, v súlade s technikou už prevzatý v DVB-S2 satelitnom štandarde, a iných novších normách.

Voliteľné použitie MIMO16 a inej antény ľubovolného systému. Vylepšené metódy pre redukciu hrotov výkonu k anténe (PAPR redukcia). Viac než 8k nosiče. 16k a 32k nosiče minimalizovali mimoriadne výdavky keď sú

používané jednoduché frekvencie siete. Prezentácia SFN17 sietí zvyšuje zisk 50% alebo viac v sieťovej bitovej rýchlosti.

Vylepšenie odhadu kanálov. Menšie mimoriadne výdavky, menej riadiacich nosičov. 30% väčšia vzdialenosť nedzi susednými vysielačmi možnými v SFN. Oveľa väčšie

SFN. Variabilné kódovanie a modulácia. Flexibilné multiplexovanie; niekoľko súbežných transportných tokov vrátane

Všeobecného zapuzdreného toku pre IP (Generic Stream Encapsulation for IP). Očakávajú sa, že nové DVB-T2 príjmače budú schopné príjmať DVB-T, ale DVB-T

príjmače nedokážu prijímať DVB-T2 pretože sú potrebné hardwareové zmeny. Aktualizácia firmware-u nebude stačiť.

Predpokladá sa, že práca na DVB-T2 špecifikácii bude dokončená a podaná ETSI pre štandardizáciu v priebehu 2008. Prvý návrh normy je predpokladaný v prvých mesiacoch 2008. Vstup na trh sa predpokladá na 2009.

BBC, ITV, Channel 4 a 5 sa dohodli s regulátorom Ofcom premeniť jeden UK multiplex (B, alebo PSB3) na DVB-T2, to zvýši kapacitu pre HDTV cez DTT. Očakáva sa, že prvý televízny región s použitím nového štandardu bude Granada v novembri 2009. Predpokladá sa, že v 2017 tam bude dosť zariadení na prepnutie všetkého vysielania do DVB-T2, s výhradne Full HD rozlíšením na Freeview sa archivujú kanály pre použitie DVB-T2 na dodanie štandardneho rozlíšenia MPEG-4 Part 10.

14 Technical Module on Next Generation DVB-T- Technický miera pre DVB-T ďalšej generácie15 Low-density parity-check code – Kontrolný kód parity s malou hustotou16 Multiple-Input and Multiple-Output – Viacnásobný vstup a viacnásobný výstup17 Single-frequency network – Sieť s jednoduchou frekvenciou

3 Antény pre DVB-TAko antény pre digitálnu televíziu väčšinou postačia: izbové antény, jednoduché

prútové antény a pre miesta s horším príjmom vonkajšia anténa so zosilňovačom alebo len so symetrizačným členom.

Klasická vonkajšia DVB-T anténa

Izbová DVB-T anténa

Jednoduchá prútová anténa (väčšinou

postačí)

Vonkajšia anténa pre miesta s horším

príjmom TV signálu

3.1 Typy antén na príjem DVB-T:3.1.1 Univerzálna širokopásmová VHF-UHF anténa (sito):

Anténa na vonkajší pevný príjem, anténa upevnená na streche domu (príjem v meste bez predzosilňovača, v okolí mesta a ďalej s predzosilňovačom), anténu treba smerovať na optimálny smer (kvalita a úroveň) t.j. priamy, alebo odrazený signál. Niekedy je odrazený signál lepší ako priamy, napr. odraz od nejakej budovy alebo kopca.

Tieto antény sú azda najrozšírenejšie TV antény na príjem pozemskej televízie. Vyrábajú sa buď ako pasívne, alebo aktívne s predzosilňovačom. Anténa bola skúšaná aj na príjem DVB-T a dá

sa povedať, že zväčša na príjem DVB-T postačuje. Treba ju umiestniť na miesto kde nie je zdroj iného rádiového žiarenia, napr. GSM, či impulzné poruchy (vypínače, sviečky automobilu). V prípade, že nastanú časté problémy s vypadávaním obrazu, v mieste s dobrým signálom zosilňovač radšej netreba používať, môže sa vyskytnúť impulzné rušenie z vonkajšieho prostredia (blízke zdroje GSM, sviečky automobilu, termostat a pod.)Parametre:

• širokopásmová sitová anténa bez, alebo so zosilňovačom na príjem TV signálu, 21-69 kanál

• prijímací uhol horizont.: 40° (pri 500 Mhz) • prijímací uhol vertikál.: 30° (pri 500 Mhz)• napájanie (ak je zosilňovač): 12 V/100 mA • zosilnenie: 26 dB

3.1.2 Smerová anténa UHFAnténa pevne na streche, nasmerovaná na optimálny smer príjmu (úroveň a kvalita signálu), nezáleží na tom či je to priamy, alebo odrazený signál.Tento typ antény je určený na príjem v pásme 470 - 790 MHz. (IV a V. TV pásmo.) Táto anténa je vhodná na príjem DVB-T v UHF pásme.

• prijíma kanály 21 - 60 k. • prijím. uhol - horizontálny 40 - 55° • přijím. uhol - vertikálny 45 - 70° • činiteľ spät. príjmu 24 dB • výstupná impedancia 75 Ω • zisk antény 11 dB • dĺžka 743 mm • počet prvkov 21

3.1.3 Smerová anténa UHF s vyšším ziskomAnténa pevne na streche, nasmerovaná na optimálny smer príjmu, nezáleží na tom či je to priamy, alebo odrazený signál.Takáto anténa má dobrý zisk a je smerová, je vhodné ju použiť na príjem DVB-T (diaľkový príjem), v prípade, že bývame vo väčšej vzd. od vysielača, ďalej za mestom a signál na bežnú anténu je už nepostačujúciParametre:

• anténa určená na príjem TV signálu s horizontálnou polarizáciou v IV. a V. TV pásme na frekvenciách 470 – 790 MHz

• prijím. frekvencie 470 - 790 MHz • prijím. kanály 21 - 60 k. • prijímací uhol - horizontálny 30° • prijímací uhol - vertikálny 33° • činiteľ spät. príjmu 26 dB • výstupná impedancia 75 Ω • zisk antény 14 - 16 dB • dĺžka 2360 mm • počet prvkov 91

3.1.4 Izbová anténa STRONGAnténa umiestnená v izbe, napr. na TV prijímači, je vhodná na vnútorný izbový príjem v miestach so silným signálom, teda v mestských zástavbách.

• širokopásmová anténa stavaná priamo na príjem DVB-T (vnútorný príjem), obsahuje nízkošumový predzosilňovač. Anténa po dlhodobých skúškach nie je podľa očakávaní to pravé orechové. Zistili sa veľké nedostatky zosilňovačov, čo môže príjem DVB-T viac narušiť ako zlepšiť.

• nastaviteľná polarizácia antény • umožňuje napájenie po koaxiálnom kábli alebo externým

adaptérom • frekvenčný rozsah: VHF 47 - 230 MHz, UHF 470 - 870 MHz • zisk: 21 dB ±3 dB • impedancia výstupu: 75 Ohm

3.2 Anténna sústava 4xTVA 21-60Ako už z názvu vyplýva, jedná sa o štvorčlennú anténu sústavu tvorenú anténami TVA

21-60. Zámerne neuvádzame či sa jedná o antény štvorposchodové alebo dvojposchodové. Sústavu môžeme postaviť a oboch verzií antén, pričom varianta s dvojposchodovými anténami ma samozrejme nižší zisk a širší vyžarovací diagram.

O vyžarovacom diagrame anténnych sústav platí pravidlo, že každe zdvojnásobenie počtu antén s sústave v danej rovine zmenšuje vyžarovací uhol v tejto rovine na polovicu. Pokiaľ má jedna anténa vyžarovaci uhol v horizontálnej rovine 34°, potom dvojica takýchto antén umiestnených vedľa seba bude mať vyžarovací uhol len 17°. Umiestnením štyroch antén vedľa seba bys a uhol zmenšil až na 7,5°.

Vzhľadom na riziko zníženia zisku sústavy spôsobeného nehomogenitou poľa je potrebné minimalizovať vzdialenosť medzi krajnými prvkami antén. Z toho hľadiska je najvhodnejšie kosoštvorcové usporiadanie antén v sústave. Takéto usporiadanie poskytuje najlepšie výsledky pri zachovaní jednoduchej konštrukcie. Praktický zisk takejto sústavy sa pohybuje od 14dB na 470MHz do 18dB na 780MHz. Predradením prídavným direktorov k anténam je možné dosiahnuť zisk až 21dB.

Pre stavbu takejto anténnej sústavy je potrebné použiť tiež kvalitné antény. V žiadnom prípade nemá zmysel stavať sústavu z lacných antén s riedkym pletivom. Tieto antény majú

nevyhovujúce mechanické a elektrické vlastnosti, takže výsledok by nezodpovedal vynaloženej námahe.(viď. Príloha 1)

3.3 Rozdiely v príjme analógovej a digitálnej televíziePríjem signálu A-TV / DVB-T

V prípade A-TV se osvědčily rôzne modifikácie Yagiho antén. Tieto antény majú veľmi dobré vlastnosti ako elektrické, tak aj smerové. Dobré smerové vlastnosti antén pre príjem A-TV sú veľmi dôležité. Signál z vysielača sa šírí v smere vyžarovania od vysielacej antény k anténe prijímacej. Na tejto trase dochádza k rôznym druhom skreslenia signálu. Jedná sa predovšetkým o odrazy od rôznych prekážok, od zemského povrchu, o ohyb v atmosfére, o lom na ostrých hranách v teréne a pod. Všetky tieto deformácie spôsobujú oneskorovanie signálu oproti pôvodnému a spoločne se dostávajú na prijímaciu anténu. Pokiaľ anténa nie je schopná rozlíšiť smer dopadajúceho signálu a prijímá tak priamy signál z vysielača spolu s oneskorenými, dochádza k sčítaniu týchto signálov a k vytváraniu nežiadúcich zmien v prenášanom obraze.

Čím lepšie smerové vlastnosti má prijímacia anténa, tým menej odrazov prijíma a poskytuje lepší obraz. Ideálna anténa by byla taká, ktorá by prijímala len priamy signál z vysielača. Takáto anténa ale neexistuje. Odraz, ohyb a lom signálu sčítané spolu s priamym signálom z vysielača nespôsobujú len duchov, ale i zmeny v podaní farieb. A-TV používa amplitúdovú moduláciu obrazu, takže zmena jasu v obraze mení veľkost (amplitúdu) nosnej vlny. Farbonosná složka je modulovaná amplitúdovo-fázovou moduláciou (PAL a NTSC). V prípade deformovaného signálu potom vzniká nenapraviteľná zmena v podaní farieb, takže farba zobrazená na TV nie je rovnaká ako farba, ktorú nasnímala kamera. Vzniknutá chyba sice nepremení červenú farbu v zelenú, ale zmení odtieň a sýtosť pôvodnej farby. Sústava PAL túto chybu vie čiastočne korigovať cyklickým otáčaním fázy pri prenose farbonosnej zložky. Jedná sa však len o čiastočnú kompenzáciu skreslenia, ktorá už nie je na veľkých obrazovkách dostatočná. Z tohto pohľadu je zrejmé, že kvalita príjmu A-TV je priamo úmerná kvalite použitej antény.

Pre predstavu je možné si vypočítať, aké skreslenie obrazu zodpovedá konkrétnemu oneskoreniu signálu. Doba trvania viditeľného riadku na televíznej obrazovke je asi 52μs. To je približne 1cm/μs na obrazovke s uhlopriečkou 63 cm. Rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn je cca 300 000 km/s = 300 m/μs. Z výpočtu vyplývá, že predĺženie dráhy signálu o 300 m spôsobí posunutie obrazu o 1 cm. Teda ak dopadne na anténu priamy signál spolu s oneskoreným, vznikne zdvojený obraz. Vzhľadom k tomu, že tento oneskorený signál býva slabší než priamy, je vzniknutý „duch“ menej zreteľný než hlavný obraz. Niektoré odrazy sú veľmi slabé a zaniknú, niektoré zmenia natoľko smer, že sa ku prijímaču vôbec nedostanú. Iné spôsobia viditeľné skreslenie na obrazovke, ktoré nie je možné odstrániť.

Je známe, že u DVB-T duchovia nevznikajú. Mohlo by sa teda zdáť, že pre príjem DVB-T nie je potreba používať smerové antény. To je však veľký omyl! Vysielanie DVB-T

má oproti vysielaniu A-TV jednu zásadnú zvláštnosť. Každý multiplex je vysielaný zo všetkých vysielačov v sieti len na jednom kanále (synchrónna prevádzka vysielačov). Použitá modulácia ODFM totiž takáto prevádzka umožňuje. V prípade A-TV to nie je možné! Z pohľadu využitia kmitočtového pásma je to nepredstaviteľná úspora. Zatiaľ čo dnes používame pre šírenie štyroch programov všetky kanály dostupné v televíznych pásmach, pri použití DVB-T nám pre jeden multiplex (4-5 programov) bude stačit jediný kanál. Vysielanie MPXu na jednom kanále zo všetkých vysielačov v sieti tak bude znamenať, že na prijímaciu anténu bude dopadať signál jedného MPXu z viac smerov od rôznych vysielačov.

Pokiaľ bude pre príjem použitá kvalitná smerová anténa, nasmerovaná na niektorý z blízkych vysielačov, nebude s príjmom žiadny problém. Ak bude anténa prijímať z viacerých smerov, budú sa všetky signály na anténe sčítavať. Mohlo by sa tak zdať, že na anténe bude silnejší signál než v prípade použitia smerovej antény. To však nie je pravda. Anténa so smerovým účinkom má väčší „zisk.“ Zisk je udávaný v dB a vyjadruje, koľkokrát je anténa výkonnejšia než polvlnový dipól. Pokiaľ má anténa zisk napr.12dB, bude na jej svorkách 4x vyššie napätie než na svorkách samotného dipólu. Je teda zrejmé, že smerová anténa poskytne lepší signál.

Pokiaľ ide o sčítanie signálov na anténe, potom neplatí, že výsledný signál je prostým súčtom jednotlivých dielčích signálov. Súčet signálov na antene nebude algebraický, ale geometrický! Vlna šíiacia sa od vysielača je totiž rotujúcí vektor, ktorý je nutné sčítať s iným vektorom. Ak vezmeme v úvahu extrémny prípad, keď budú dopadať na anténu napríklad štyri vektory s rovnakou velľkosťou a každý z nich bude pootočený o 90˚ oproti predchádzajúcemu, bude súčet napätí na svorkách antény rovný nule! Nejedná sa síce o bežný prípad, avšak v praxi ho nie je možné vylúčiť. Príjmové podmienky sa totiž menia v čase, a to prkticky neustále v závislosti na mnohých faktoroch, ako je teplota, vlhkosť, dážď, sneh, vietor apod. Preto nikdy nie je možné vylúčiť, že vplyvom týchto faktorov dôjde v mieste príjmu k vymiznutiu (úniku) signálu do takej miery, že nebude možný spoľahlivý príjem.Použitie menej kvalitnej antény pre príjem DVB-T tak pripadá v úvahu len v bezprostrednej blízkosti niektorého vysielača, kde nehrozí markantný únik. Je celkom ľahké si spočítať, ako ľahko môže k úniku dôjsť. Ak vezmeme v úvahu spodný koniec UHF pásma, potom k21 má vlnovú dĺžku približne 63 cm. V takom prípade stačí zmeniť dráhu jedného zo signálov o 31,5 cm a súčet oboch sa bude rovnať nule. K niečomu takému stačí výkyv anténeho stožiaru vo vetre. K vymiznutiu signálu pod hranicu možného príjmu však môže dôsjť aj v iných prípadoch.0

Tý z vás, ktorí majú realizovaný príjem DVB-T, sa môžu o platnosti tohto tvrdenia celkom ľahko presvedčiť. Stačí se pozrieť na bargrafy kvality a sily signálu. Pokiaľ prijímáte na „kus drôtu“, potom budú nejskôr oba ukazovatele neustále kolísať, a to až v desiatkách percent. Ak máte anténu umiestnenú v byte, tak aj pohyb osôb v miestnosti, poblízku antény, vyvolá zmenu v sile i kvalite signálu. Tí, ktorí prijímajú na vonkajšiu smerovú anténu, majú signál omnoho stabilnejší.

3.5 Rušenie

Rušenie je situácia, keď je užitočný signál na anténe znehodnotený iným signálom, a dochádza tak ku zníženiu kvality príjmu. Rušenie je možné rozdeliť do niekoľkých skupín: trvalé, dlhodobé, krátkodobé a impulzné. Vysvetľovať tieto pojmy zreje nie je potrebné.Rušenie v prípade A-TV sa prejavuje predovšetkým v obraze. Frekvenčne modulovaný zvuk je proti rušeniu odolnejší. Prejavy rušenia môžu byť veľmi rozdielné, a je neľahké ich výstižne popísať. Všeobecne môžme povedať, že za rušenie je možné považovať každý signál zhoršujúcí výsledný obraz.

V prípade DVB-T sa rušenie prejavuje výpadkom činnosti STB. V okamihu, keď je signál rušený v takej miere, že ho STB nie je schopné spracovať, dôjde k „zamrznutiu“ obrazu a výpadku zvuku. Veľmi krátké (impulzné) rušenie, sa prejavuje „púhou“ pixelizáciou obrazu a krátkym písknutím vo zvuku. Takéto rušenie bývá veľmi ťažké odhaliť.

3.6 Niečo z praxeDnes, keď je „éter“ preplnený všetkým možným, je amatérska inštalácia antény veľmi

neistým podnikom. Najhoršie, čo môže zákazník spraviť, je, že si kúpi tú najlacnejšiu anténu so zosilňovačom 36 dB a snaží sa ju zapojiť v mieste, kde je prímo vidieť na vysielač s výkonom 600 kW ERP, a na meracej anténe (0 dB) je signál 75 dB. Aj keď všetko správne zapojí, aj tak nedosiahne očakávaný výsledok. 75 dB signálu je dostatočných pre napájanie najmenej ôsmich televízorov. Pokiaľ k 75 dB pripočítame zisk zosilňovača, potom už je na výstupe antény signál o úrovni 111 dB.

V prvom rade tento zosilňovač už nie je schopný takýto signál bez skreslenia spracovať, a vytvorí nepreberné množstvo „fantómov.“ Výsledný obraz potom bývá znehodnotený prelínaním iného programu na pozadí obrazu. Takáto anténa je prakticky nepoužiteľná. Majiteľ si však vôbec neuvedomuje, že zo svojej antény vytvoril rušičku, ktorá dokáže znemožniť príjem v okruhu až niekoľkých stovák metrov. Ďalším vážným prehreškom je fakt, že 111 dB púšťať do tuneru televízora, konštruovaného na max. 85 dB, je prinajmenšom neslušné. Takto prebudený tuner nie je schopný príliš silný signál spracovať a stává sa, že sa aj poškodí. Veď na jeho vstupe je o 26 dB (20 x) vyššie napätie, než je prípustné. Čo v skutočnosti znamená, že namiesto maximálne povolených cca 17 mV je do nej privedených 355 mV. Nemyslím, že by niekto chcel použiť 12 V žiarovku do svetla na 230 V.

Záver

V dnešnej dobe, sa stretávame s digitálnymi systémami na každom kroku. Či už ide o multimediálne prehrávače, samotné počítače, LCD televírory, či čipové karty v MHD. Je to digitálny vek, a preto je prirodzené, že aj naša stará dobrá analógová televízia sa po niekoľkých desaťročiach svojho fungovania porúča. Vláda uvažuje ako bude dotovať set-top boxy aby si aj menej majetní ľudia mohli dopriať digitálne vysielanie, keďže frekvenčné pásma sú veľmi vzácna komodita a na frekvenciách analógového vysielania sa zavedie Wi-Max alebo nejaký iný moderný digitálny prenos. Žiaden Hertz predsa nemôže ostať nevyužitý.

Takže niekoľkoročná experimenálna prevádzka digitálneho vysielania na Slovensku končí a vo veľmi blízkej dobre bude prebiehať na ostro. Ostáva sa nám už len tešiť na ostrejší obraz a čistejší zvuk.

Použitá literatúrahttp://en.wikipedia.org/wiki/DVBhttp://en.wikipedia.org/wiki/DVB-Thttp://www.e-shop-compex.com/dvbt-digitalne-vysielanie.htmlhttp://www.dvbt.sk/modules.php?name=Content&pa=showpage&pid=8&page=1http://www.digizone.cz/serialy/zaklady-digitalizace/

PRÍLOHY:

Príloha 1:Vysielacie video formáty

Analógové vysielanie

525 riadkov: NTSC • NTSC-J • PAL-M625 riadkov: PAL • PAL-N • PALplus • SECAMUž neexistujúce systémy: Pre-1940 • 405 lines • 819 lines • Baird-Nipkow • MAC •

MUSEMultikanálové audio: BTSC (MTS) • NICAM-728 • Zweiton (A2, IGR) • EIAJSkryté signály: Captioning • Teletext • CGMS-A • GCR • PDC • VBI •

VEIL • VITC • WSS • XDS

Digitálne vysielanie

Prekladané: SDTV (480i, 576i) • HDTV (1080i)Progresívne: LDTV (240p, 288p, 1seg) • EDTV (480p, 576p) • HDTV

(720p, 1080p)Štandardy digitálnej TV (MPEG-2):ATSC, DVB, ISDB, DMB-T/HŠtandardy digitálnej TV (MPEG-4 AVC):DMB-T/H,DVB,SBTVD,ISDB (1seg)Multikanálové audio: AC3 (5.1) • Musicam • PCM • LPCM • AACSkryté signály: Captioning • Teletext • (CPCM/Broadcast flag) • AFD •

EPGDigitalne kino UHDV (2540p, 4320p) • DCI

Technické otázky

14:9 • MPEG transport • Reverse Standards Conversion • Standards conversion • Video processing • VOD • HDTV blur