Александр Серов, технический директор компании «ТРИ-ТВ», Екатеринбург	Вещание

Цифровое ТВ – от техники к экономике. Часть первая

В цикле из трех статей мы обсудим понятие мультиплекса, покажем, какие технические тонкости необходимо учитывать при его формировании, и на основании этого выскажем несколько соображений о правильности (или неправильности) политики в области формирования мультиплексов в России, обсудим принципы построения сетей цифрового телевидения, а также произведем любопытные расчеты стоимости услуг цифрового телевидения и покажем, что с учетом текущей политики РТРС эта стоимость будет намного выше, чем стоимость услуг аналогового телевидения.

Вместе с понятием цифрового телевидения в связистскую практику вошло понятие мультиплекса – транспортного потока MPEG, объединяющего в себе несколько сервисов: теле- или радиоканалов. Указом президента РФ определен набор из восьми телеканалов так называемого первого мультиплекса. Оператором первого мультиплекса назначена компания РТРС.

В сознании прочно закрепился тезис: цифровое телевидение тем и хорошо, что позволяет на одном участке спектра шириной 8 МГц передавать несколько телеканалов в составе мультиплекса. Но при этом не анализируется вопрос, сколько этих каналов должно быть и при каких условиях распространения. Нам эти вопросы представляются чрезвычайно важными. Попробуем ответить на них.

Для начала – немного технической информации. Стандарт DVB позволяет передавать сервисы с разной скоростью цифрового потока. В текущей версии DVB-T – до 32 Мбит/с, в DVB-T2 – до 56 Мбит/с. Скорость цифрового потока каждого телеканала определяется в первую очередь его форматом – SD (стандартная четкость) или HD (высокая четкость). При принятой в России компрессии H.264 (или MPEG-4, part 10) скорости SD будут в пределах 2-3 Мбит/с, а HD – 6-10 Мбит/с.

Казалось бы, чего проще – из сказанного следует, что в одном мультиплексе можно передавать 11-15 каналов SD или 3-5 каналов HD. Однако не все так просто.

В DVB-T могут быть использованы три режима модуляции: QPSK, 16QAM и 64QAM, каждый с набором помехоустойчивых кодов FEC. От комбинации режима модуляции и FEC зависит требование к отношению сигнал/шум, необходимое для устойчивого приема. Кроме того, для преодоления отраженных сигналов вводятся защитные интервалы от ¹/₄ до ¹/₃₂ длительности кадра COFDM. От выбора этих трех величин зависит максимальный битрейт, который может быть передан, то есть емкость мультиплекса. Таким образом, битрейт зависит от режима модуляции, FEC и защитного интервала, а необходимое отношение сигнал/шум – только от режима модуляции и защитного интервала.

Итак, казалось бы, опять все просто: смотрим, сколько хотим передавать каналов, считаем нужный битрейт, подбираем соответствующие параметры – и готово. Однако и это не так. Для подбора параметров нужно принимать во внимание особенности распространения сигнала COFDM, так называемое затухание (fading).

Существует три вида затухания: канал Гаусса, канал Райса и канал Рэлея. Канал Гаусса – это распространение в отсутствие отраженных сигналов, канал Райса – при наличии неизменных во времени отраженных сигналов, канал Рэлея – при наличии неизменных и изменяющихся во времени отраженных сигналов. Это – четвертый важнейший фактор, который необходимо учитывать при определении необходимого битрейта мультиплекса. Для канала Гаусса требования будут минимальными, для канала Райса – средними, а для канала Рэлея – максимальными. Исследования, проведенные компанией "Цифровое телевидение" ("ТРИ-ТВ"), показали, что в условиях городской застройки практически в 100 % случаев образуется канал Рэлея, в сельской местности – канал Райса. Канал Гаусса возможен в редких случаях при удаленном приеме на открытой местности на наружную антенну.

Пусть в центре города установлен передатчик DVB мощностью 1 кВт. Тогда в самом городе образуется канал Рэлея (максимальное отношение сигнал/шум), в пригороде – канал Райса (среднее отношение сигнал/шум), а в некоторых точках на удалении – канал Гаусса (минимальное отношение сигнал/шум). Сядем в автомобиль, возьмем с собой приемник и антенну и поедем на прогулку изучать качество приема. Мы увидим следующее: в городе зачастую прием будет некачественным, так как запаса по отношению сигнал/шум будет не хватать. При выезде из зоны городской застройки прием станет стабильнее, а в небольших поселках в пригороде – еще стабильнее. Таким образом, прием цифрового телевидения будет лучше на даче городского жителя, чем в его городской квартире.

Обсудим, как решить обратную задачу: какие параметры передатчика (мощность, режим модуляции, FEC) необходимо выбрать, чтобы покрыть целевую территорию? Для этого в первую очередь нужно понять, какого отношения сигнал/шум необходимо достичь на этой территории. При этом необходимо понимать, что простое увеличение мощности передатчика может не помочь – чем сильнее сигнал, тем сильнее отраженные сигналы и их больше. В зоне, где образуется канал Гаусса, увеличение мощности даст результат, а в остальных местах может и не дать.

Европейский институт телекоммуникаций выпустил рекомендации ETSI TR 101190, в которых (гл. 9.2.2) приводятся необходимые значения напряженности электромагнитного поля, приведенные к высоте 10 м над уровнем земли и антенне с КУ=10-12дБ (как в аналоговом телевидении ГОСТ 7845 прил. 5) для 50 % мест и времени. При этом для DVB-T эти значения дают 95 % мест и времени. В таблице на стр. полужирным шрифтом выделены напряженности, которые меньше или равны принятым в ГОСТе 7845 (соответственно зона радиопокрытия больше или такая же, как по ГОСТу для "аналога").

Из таблицы видно, что первый мультиплекс может быть принят в 95 % мест только на наружную антенну в хороших условиях (канал Гаусса) или на внутреннюю при условии работы на 21-41ТВК в пригороде (канал Рэлея). При этом зоны радиопокрытия первого мультиплекса и зона радиопокрытия обычного аналогового канала в полосе 8 МГц практически совпадают. Очевидно, это было одно из соображений при выборе количества каналов в первом мультиплексе.

Отсюда следует важный вывод: "городской" абонент, который не принимал аналоговое телевидение, с большой вероятностью не увидит и цифрового. То есть реализация первого мультиплекса не приведет к значительному увеличению количества пользователей, принимающих сигнал по эфиру в населенных пунктах с городской застройкой. Тем не менее количество принятых каналов и качество приема возрастут. Для того чтобы обеспечить увеличение абонентской базы услуг телевещания, необходимо снизить количество каналов в мультиплексе, что даст возможность использовать более помехоустойчивые режимы модуляции.

Еще один важный вывод, который отсюда следует, – конкуренция эфирного цифрового телевидения и кабельного ТВ в больших городах не будет слишком серьезной. Однако в сельской местности и пригородах больших городов, где при приеме образуется канал Гаусса, будет серьезная конкуренция цифрового эфирного ТВ со спутниковым приемом.

В следующей статье мы рассмотрим принципы построения сетей связи и далее – определение стоимости услуг связи цифрового телевидения.