О построении систем коллективного приема сигнала эфирного цифрового телевизионного вещания

Актуальность работы о построении систем коллективного приема сигналов эфирного телевизионного вещания определяется Федеральным законом «О связи» (в части обеспечения целостности, устойчивости и безопасности функционирования систем и сетей подачи сигналов эфирного цифрового телевизионного вещания) и Федеральной целевой программой «Развитие телерадиовещания в Российской Федерации на 2009 – 2018 годы» (в части создания условий для обеспечения возможности приёма населением эфирного цифрового телевизионного сигнала в зонах «радиотени»).

В 2019 году заканчивается процесс отключения аналогового эфирного телевизионного вещания. При этом, благодаря комбинации цифрового эфирного телевидения, спутникового, кабельного и IP телевидения, а также ОТТ-сервисов, практически все население РФ имеет техническую возможность принимать 20 и более телеканалов в цифровом качестве.

1.  Общие положения

При внедрении ЦТВ наиболее острым является вопрос разработки и создания системы приема цифровых ТВ программ. При построении данной системы на первый план выступают такие соображения как простота технической реализации и экономическая эффективность, минимизация временных затрат на создание системы и надежность ее элементов.

Для решения задачи обеспечения населения Российской федерации услугами цифрового эфирного телевизионного вещания (особенно это касается населения, проживающего на границах и вне зон обслуживания радиосигналами телевизионных передатчиков или в зонах «радиотени») на первый план выступают соображения создания на этих территориях систем коллективного приема цифровых программ, распространяемых в региональном эфире.

В связи с принятым решением о переходе Российской Федерации на стандарты цифрового ТВ вещания второго поколения [1, 2] возникли задачи актуализации и модернизации действующих национальных стандартов на системы DVB первого поколения (в части отражения в них специфики применения систем DVB второго поколения), а также подготовки новых национальных стандартов, распространяющих свое действие исключительно на системы второго поколения, в том числе на систему эфирного цифрового вещания DVB-T2.

Была поставлена задача разработки стандарта на системы коллективного приема, предназначенные для приема радиосигналов эфирного цифрового телевизионного вещания второго поколения DVB-T2 и распределения этих радиосигналов по кабелю в жилых и общественных зданиях, находящихся на границах и вне зон обслуживания радиосигналами телевизионных передатчиков или в зонах «радиотени».

В таблице 1 приведены принципиально возможные варианты формирования сигналов, которые могут распределяться в системе коллективного приема.

Вариант 1 (DVB-T2 → PAL/SECAM) рассчитан на использование устарелого аналогового приемного парка, требует для своей реализации демодуляции цифровых сигналов принимаемых мультиплексов с последующей аналоговой модуляцией сигналов (при этом число аналоговых модуляторов должно быть равно числу каналов, вошедшему в демодулируемые мультиплексы). Данный вариант сложен в реализации, требует больших капитальных затрат и не соответствует современным тенденциям цифровизации.

Вариант 2 (DVB-T2 → DVB-C) широко используется в мировой и отечественной практике, требует для своей реализации демодуляции сигналов DVB-T2 и последующей модуляции по стандарту DVB-C (в данном варианте число демодуляторов равно числу модуляторов). Выигрыш в помехоустойчивости и скорости потока, который может быть получен при этом преобразовании, не существенен для решения задачи коллективного кабельного приема при небольшом числе физических радиоканалов, распределяемых в сети. Данный вариант сложен в реализации и требует затрат на приобретение модемов.

Вариант 3 (DVB-T2 → DVB-C2) требует для своей реализации демодуляции сигналов DVB-T2 и последующей модуляции по стандарту DVB-C2 [3]. Данный вариант позволяет, в принципе, увеличить скорость распределяемых потоков по сравнению со скоростью принимаемых потоков. Однако получаемый при этом выигрыш не является решающим для решения задачи коллективного кабельного приема при небольшом числе физических радиоканалов, распределяемых в сети. Кроме того, необходимо учитывать тот факт, что в настоящее время в распоряжении абонентов и в торговой сети есть лишь небольшое число телевизионных приемников и приставок STB, поддерживающих работу со стандартом DVB-C2. Данный вариант сложен в реализации и требует затрат на приобретение модемов.

Вариант 4 (DVB-T2 → DVB-T2 с возможностью трансмодуляции и частотного конвертирования) требует для своей реализации демодуляции сигналов DVB-T2 и последующей модуляции в том же стандарте, но с другими параметрами модуляции. Выигрыш в помехоустойчивости и скорости потока, который, в принципе, может быть получен при этом преобразовании, не существенен для решения задачи коллективного кабельного приема при небольшом числе мультиплексов.

Вариант 5 (DVB-T2 → DVB-T2 без трансмодуляции и частотного конвертирования) не требует для своей реализации никаких преобразований сигналов, кроме прямого усиления и допускает сквозную передачу принятых сигналов DVB-T2 через распределительную сеть. По сложности реализации этот вариант наиболее прост и требует минимальных капитальных затрат. Кроме того, этот вариант в настоящее время широко используется для реализации систем ТВ приема в коттеджах и частных домах.

Таким образом, наиболее предпочтительным для построения системы коллективного приема с точки зрения сложности реализации, минимизации капитальных затрат и решения вопросов устойчивости функционирования системы является вариант сквозной передачи принимаемых сигналов DVB-T2 через распределительную сеть в неизменном виде (без трансмодуляции и частотного конвертирования) с возможностью приема на любые DVB-T2 приемники.

Системы коллективного приема сигналов эфирного цифрового телевизионного вещания должны обеспечивать возможность приема и распределения радиосигналов вещательного телевидения в стандартных телевизионных каналах по ГОСТ 7845 в диапазонах IV и V (470 — 862 МГц).

В зависимости от сложности сети и количества обслуживаемых абонентов системы коллективного приема [4] могут подразделяться на категории в соответствии с данными таблицы 2.

Таблица 2 – Классификация систем коллективного приема

2.  Структура системы

• Системы коллективного приема представляют собой совокупность технических средств, предназначенных для приема и распределения в жилых и общественных зданиях радиосигналов цифрового телевизионного вещания стандарта DVB-T2, поступающих с выхода приемной антенны.
• Совокупность приемного оборудования и линейной сети, обеспечивающие прием и передачу радиосигналов цифрового телевизионного вещания в системе коллективного приема, образует распределительную сеть.
• Приемное оборудование (ПО), обеспечивающее частотную селекцию, усиление и распределение входных радиосигналов системы, состоит из антенного усилителя, канальных усилителей и выходного распределителя (см.рисунок 1). Сигналы ПО подаются на входы линейной сети (ЛС).
• Совокупность технических средств, устройств и кабельных линий, обеспечивающих передачу радиосигналов цифрового телевизионного вещания между выходом ПО и выходами абонентских розеток, образует линейную сеть.
• Входом распределительной сети является вход ПО, выходом распределительной сети являются выходы абонентских розеток.
• Основными компонентами ЛС являются магистральные и домовые усилители, распределители, ответвители, абонентские розетки и т.д.

АУ – антенный усилитель; КУ – канальные усилители; ВУ – выходы усилителей; ВР – вход распределителя; П – перемычка; U – источник питания КУ

Рисунок 1 — Приемное оборудование (ПО) системы коллективного приема

3. Технические требования к системам коллективного приема

3.1. Требования к элементам распределительной сети:

Таблица 3 - Требования к элементам распределительной сети

Перечень основных технических требований к антенному оборудованию систем коллективного приема приведен в таблице 4.

Таблица 4 – Требования к антенному оборудованию

3.2. Требования к кабельным линиям:

Для реализации систем коллективного приема можно использовать распределительные сети только на коаксиальных кабелях или с использованием гибридной (Hybrid Fiber Coaxial — HFC) технологии.

3.3. Требования к электропитанию элементов распределительной сети:

• Значения параметров распределительной сети не должны изменяться при изменении напряжения питающей сети переменного тока 220 В по ГОСТ 32144.
• Для магистральных усилителей должна быть предусмотрена возможность дистанционного питания.

3.4. Требования к устойчивости функционирования систем коллективного приема:

Требования к устойчивости функционирования систем коллективного приема приведены в таблице 5.

3.5. Перечень параметров, определяющих качество и помехоустойчивость приема радиосигналов в распределительной сети

• Вопросы технического обеспечения качества и помехоустойчивости приема телевизионных сигналов стандарта DVB-T2 при сквозной передаче этих сигналов по распределительной сети системы коллективного приема определяются основными параметрами качества распределительной сети и параметрами качества распределяемых радиосигналов.
• Параметры радиосигнала цифрового телевизионного вещания на входе и выходе распределительной сети должны соответствовать стандарту DVB-Т2 с сохранением на выходе входных параметров модуляции.
• Перечень основных параметров радиосигнала цифрового телевизионного вещания по стандарту DVB-T2 приведен в таблице 6

Таблица 6 - Перечень основных параметров радиосигнала цифрового телевизионного вещания по стандарту DVB-T2

• Перечень основных параметров модуляции сигнала цифрового телевизионного вещания по стандарту DVB-T2, используемых для эфирной трансляции 1 и 2 частотных мультиплексов, приведен в таблице 7.

Таблица 7 - Перечень основных параметров радиосигнала DVB-T2, используемых для эфирной трансляции 1 и 2 программных мультиплексов

3.6. Перечень параметров, определяющих качество функционирования распределительной сети

• Перечень параметров, определяющих качество функционирования распределительной сети и приемного оборудования, и технические требования к этим параметрам приведены в таблице 8.

3.7.  Требования к коэффициенту готовности распределительной сети

• Общим показателем, нормирующим надежность любого оборудования (в том числе распределительной сети системы коллективного приема), является коэффициент готовности (Кг), который характеризует вероятность того, что данное оборудование в течение отчетного периода (обычно одного года) в произвольный момент времени окажется в работоспособном состоянии (см. приложение Ж):

Кг = То / (Tо + Tв) = (Т – Тв) / Т,

где: То — среднее время наработки на отказ;
Тв — среднее время восстановления;
Т = Tо + Tв — длительность отчетного периода — сумма среднего времени наработки на отказ и среднего времени восстановления работоспособности сети в течение данного периода времени (например, одного года).

• При определении технических норм на показатели надежности распределительных сетей систем коллективного приема должен использоваться подход, позволяющий рассчитать интегральную готовность (вероятность) доставки сигналов цифровых телевизионных каналов до всей возможной аудитории потенциальных пользователей конкретной зоны вещания. При этом интегральный коэффициент готовности рассчитывают для сетей цифрового телевизионного вещания, начинающихся от выхода федеральной телерадиокомпании и заканчивающихся границей зоны обслуживания с нормируемыми параметрами (для системы коллективного приема телевидения это уровень сигнала на абонентской розетке).
• Применительно к системе коллективного приема необходимо чтобы элементы приемного оборудования, неготовность которого приведет к перерывам вещания для всех абонентов системы, соответствовали более высоким требованиям к значениям коэффициентов готовности. В свою очередь, элементы домовых сетей, используемых для оказания услуг относительно небольшому числу абонентов, могут обеспечивать меньшие показатели готовности (см. таблицу 9).

Таблица 9 — Требования к коэффициентам готовности сетей цифрового телевизионного вещания и отдельных элементов распределительной сети
Виды и элементы сетей	Кг, не менее
Сети цифрового телевизионного вещания
Сети подачи программ наземного эфирного телевизионного вещания: