Модуляция в системах передачи наземного цифрового телевидения

3.3.1  Рандомизация

Рандомизация данных является первой операцией, выполняемой в системе DVB-T. Ее цель - превратить цифровой сигнал в квазислучайный. Это позволяет создать в цифровом сигнале достаточно большое число перепадов уровня и обеспечить возможность выделения из него тактовых импульсов (такое свойство сигнала называется самосинхронизацией). Кроме того, рандомизация приводит к более равномерному энергетическому спектру излучаемого радиосигнала. Благодаря равномерному спектру повышается эффективность работы передатчика и минимизируется мешающее действие радиосигнала цифрового телевидения по отношению к аналоговому телевизионному сигналу, излучаемому другим передатчиком в том же канале.

Рандомизации предшествует операция адаптации цифрового потока, представляющего  собой последовательность транспортных пакетов MPEG-2. Пакеты, имеющие общую  длину 188 байтов, объединяются в группы по восемь пакетов. Непосредственно  рандомизация осуществляется путем  сложения по модулю 2, то есть посредством логической операции «исключающее ИЛИ» (XOR) цифрового потока данных и двоичной псевдослучайной последовательности PRBS (Pseudo Random Binary Sequence).

Генератор последовательности PRBS построен на базе 15-разрядного регистра сдвига, охваченного цепью обратной связи. Для того, чтобы формируемая последовательность лишь походила на случайную и в приемнике можно было бы восстановить передаваемые данные, в начале каждого восьмого пакета производится инициализация генератора PRBS. Первый после инициализации бит псевдослучайной последовательности PRBS складывается с первым битом первого байта транспортного потока, следующего за инвертированным байтом синхронизации.  Байты синхронизации транспортных пакетов не должны рандомизироваться. Восстановление исходных данных на приемной стороне осуществляется с помощью такого же генератора PRBS, который инициализируется в начале каждой группы из восьми пакетов адаптированного транспортного потока (на начало группы указывает инвертированный синхробайт пакета).

3.3.2  Внешнее кодирование и перемежение

В системе внешнего кодирования  для защиты всех 188 байтов транспортного  пакета (включая байт синхронизации) используется код Рида-Соломона. В  процессе кодирования к этим 188 байтам добавляется 16 проверочных байтов. При декодировании на приемной стороне  это позволяет исправлять до восьми ошибочных байтов в пределах каждого  кодового слова длиной 204 байта. Формирование пакетов данных с защитой от ошибок с памятью внешнего кода Рида-Соломона RS (204, 188) Внешнее перемежение осуществляется путем изменения порядка следования байтов в пакетах, защищенных от ошибок.

Перемежение является временным перемешиванием байтов данных, в приемнике исходный порядок следования байтов данных восстанавливается. Полезным в перемежении является то, что длинные пакетные ошибки, обусловленные шумами и помехами в канале связи и искажающие последовательно  идущие байты данных, в результате обратного перемежения в приемнике  разбиваются на небольшие фрагменты  и распределяются по разным кодовым  словам кода Рида-Соломона. В каждое кодовое слово попадает лишь малая  часть пакетной ошибки, с которой  легко справляется система обнаружения  и исправления ошибок при сравнительно небольшом объеме проверочных данных.

3.3.3  Внутреннее кодирование

Внутреннее кодирование в системе  вещания DVB-T основано на сверточном коде. Оно принципиально отличается от внешнего, которое является представителем блоковых кодов. При блоковом кодировании поток информационных символов делится на блоки фиксированной длины, к которым в процессе кодирования добавляется некоторое количество проверочных символов, причем каждый блок кодируется независимо от других. При сверточном кодировании поток данных также разбивается на блоки, но гораздо меньшей длины, их называют «кадрами информационных символов».  Обычно кадр включает в себя лишь несколько битов. К каждому информационному кадру также добавляются проверочные символы, в результате чего образуются кадры кодового слова, но кодирование каждого кадра производится с учетом предыдущих информационных кадров.  Для этого в кодере всегда хранится некоторое количество кадров информационных символов, доступных для кодирования очередного кадра кодового. Формирование кадра кодового слова сопровождается вводом следующего кадра информационных символов. Таким образом, процесс кодирования связывает между собой последовательные кадры.

3.3.4  Внутреннее перемежение и формирование модуляционных символов

Внутреннее перемежение в системе DVB-T тесно связано с модуляцией несущих колебаний. Оно фактически является частотным перемежением, определяющим перемешивание данных, которые модулируют разные несущие колебания. Это довольно сложный процесс, но именно он является основой принципов модуляции OFDM в системе DVB-T. Внутреннее перемежение  складывается из перемежения битов  и перемежения цифровых символов данных. Его первым этапом является демультиплексирование входного потока данных. Непосредственно за перемежением следует формирование модуляционных символов.

4  ОРГАНИЗАЦИЯ ЭРГОНОМИЧНОГО И БЕЗОПАСНОГО РАБОЧЕГО МЕСТА ИНЖЕНЕРА ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ РАДИОПЕРЕДАЮЩЕГО ЦЕНТРА ЦИФРОВОГО ТВ. 

4.1  Назначение объекта.

В данной дипломной работе рассматриваются различные виды цифровой модуляции, предназначенной  для наземной передачи сигналов цифрового  телевидения. Главная цель цифровой передачи ТВ сигналов – полное отсутствие потерь при передаче сигнала от телевизионного центра до абонента (телезрителя). Устройством, осуществляющим модуляцию сигнала, для его передачи по эфиру является цифровой модулятор. Так как с точки зрения управления и обслуживания модулятор 8-VSB не отличается от модулятора DVB-T, рассмотрение условий инженера технического контроля проводится без привязки к конкретной системе цифрового телевидения. Функционирование устройства полностью автоматизировано и не требует вмешательства оператора. Кроме непосредственно сигналов изображения и звукового сопровождения возможна также и передача дополнительной информации.   В данной дипломной работе анализируются вопросы модуляции цифровых сигналов, поэтому из всей схемы цифрового телевидения далее будет рассматриваться только передающий блок. Передающий блок находится в непосредственной близости к мачте с передающей антенной, и содержит оборудование по обработке, контролю и модуляции сигнала. К последней относится модулятор цифровых сигналов, работа которого тесно связана с темой данной дипломной работы. Поскольку на данный момент в России нет реально существующей телевизионной компании, вещающей в стандарте DVB, ниже предлагается типовой проект размещения оборудования и рабочего места инженера, с учетом требований по охране труда.    Предварительно необходимо указать, что аппаратная радиопередающего блока находится отдельно от эфирной аппаратной и других помещений телекомпании, в отдельном изолированном помещении. Для наиболее рационального функционирования, помещение с аппаратурой контроля, модулятором и пр. следует расположить в максимальной близости к мачте с передающей антенной. Поскольку данное помещение находится за пределами телевизионного центра, список помещений и состав аппаратуры последнего не приводится, так как не влияет на условия труда инженера технического контроля. Площадь аппаратной должна быть не менее 20 квадратных метров.

4.2 Выбор  видов трудовой деятельности, нуждающихся  в мероприятиях по безопасности  жизнедеятельности.

Профессиональный состав специалистов телевизионной компании, осуществляющей вещание в цифровом формате, ничем не отличается от такового обычной телекомпании. Однако, существуют определенные особенности в работе инженера технического контроля. Поэтому далее детально рассматриваются условия работы инженера по контролю качества передаваемых сигналов. Рассмотрение условий труда всех технических специалистов телекомпании и радиопередающего блока выходит за рамки данной работы. Кроме инженера технического контроля к персоналу, работающему в аппаратной передающего центра, относится инженер по ремонту и наладке оборудования. Анализ его условий труда также выходит за рамки данной работы. 

4.3 Анализ  выбранного вида трудовой деятельности.

Эксплуатацией и обслуживанием  модулятора цифровых сигналов занимается инженер технического контроля радиопередающего блока. Для этой должности подходит человек, имеющий высшее техническое  образование, так как ему необходимо работать с высокотехнологичным  оборудованием. Важно отметить, что  в его обязанности входит обслуживание всей аппаратуры, находящейся в аппаратной передающего центра. Поэтому при  рассмотрении вопросов безопасности жизнедеятельности, будут учтены особенности его  работы со всем имеющимся оборудованием, а не только с модулятором. Для нормальной трудовой деятельности инженера технического контроля необходимо создать условия, отвечающие требованиям безопасности жизнедеятельности человека.

Метеорологические условия.

Для максимально эффективной  трудовой деятельности инженера технического контроля ему необходимо создать  комфортное состояние окружающей среды  рабочего места. Необходимо поддерживать температуру, влажность воздуха  и его подвижность отвечали установленным  нормам.

Освещенность  помещения.

Особенностью аппаратной с точки зрения систем освещения  является наличие электронно-лучевых  мониторов, изображение на которых  нормально воспринимается только в  относительном полумраке. Но для  нормальной работы инженера технического контроля необходимо организовать местное  освещение на рабочем столе. Общее освещение - неяркий рассеянный свет от двух светильников дневного света на потолке.

Вредные факторы:

Шум

Источниками шума являются вентиляторы систем охлаждения приборов, шум за окном, шум кондиционера, шум  от коллег из соседних помещений.  

Вредные излучения

Видеомониторы являются источниками  ионизирующего, рентгеновского и некоторых  других видов излучений. Также на инженера технического контроля отрицательно влияет мелькание изображения на экранах мониторов.

Электромагнитные  поля и волны

Источником является радиопередатчик, расположенный в непосредственной близости к аппаратной.

Опасные факторы:

Электрический ток         

Источник опасности поражения  электрическим током являются оголённые  контакты, неисправное, незаземлённое  и незанулённое оборудование.

Опасность возникновения пожара или взрыва          

К пожару может  привести короткое замыкание в электропроводке, непотушенная сигарета. Взрыв может  произойти в случае сильного механического  воздействия на  ЭЛТ видеомониторов.   

4.4 Организация  эргономичного и безопасного  рабочего инженера технического  контроля аппаратной радиопередающего  центра системы цифрового ТВ.

Безопасность труда невозможна без рациональной организации рабочего места. В автоматизированной системе  под рабочим местом человека-оператора  подразумевается зона, оснащенная средствами отображения информации, органами управления и прочим вспомогательным оборудованием. В данном случае на человека - инженера технического контроля, ложится достаточно большая нагрузка. В его обязанности входит визуальный контроль качества передаваемой программы, а также контроль основных параметров входных и выходных сигналов. Инженер технического контроля на левом видеомониторе наблюдает видеосигнал, поступающий из центральной аппаратной. Ниже располагается компьютерный дисплей, на котором отображаются характеристики и параметры этого сигнала. На правом видеомониторе – программа, которая передаётся в эфир (сигнал, принятый после передачи в эфир). Ниже видеомонитора, на компьютерном дисплее, отображаются параметры сигнала.  В силу особенностей цифрового видеосигнала, при сбоях изображение на одном из видеомониторов будет сильно искажено, или будет вовсе отсутствовать. В задачу инженера технического контроля входит обнаружение неполадок, определение причин их возникновения. Затем он обязан связаться с центральной аппаратной, сообщить о проблемах и вызвать инженера по ремонту аппаратуры. В случае отклонения характеристик сигнала от номинальных, инженер технического контроля также обязан сообщить о неполадках в центральную аппаратную. Разумеется, это требует повышенного внимания и ведет к повышенной утомляемости. Наиболее приемлемой в этом случае является рабочая поза «сидя» в соответствии с ГОСТом 12.2.032-78 ССБТ «Эргономические требования к рабочему месту при работе в положении «сидя». Кресло имеет регулировки для удобства работающего в зависимости от его антропометрических данных согласно ГОСТу 12.2.049-80 ССБТ «Антропометрические данные частей тела человека». Управление системой компьютерного контроля осуществляется дистанционно с помощью компьютерного манипулятора типа «мышь», расположенного на столе оператора. 

4.5  Мероприятия по обеспечению безопасных условий труда.

Метеорологические условия.

Помещение аппаратной должно быть оборудовано системами отопления, кондиционирования воздуха или  приточно-вытяжной вентиляцией в  соответствии с "ГОСТ 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование".

В данном случае для поддержания  температуры, влажности воздуха  и его подвижности на оптимальных  значениях, в помещении аппаратной устанавливается кондиционер. В холодное время года температура в помещении должна быть 21-23 градуса Цельсия, влажность воздуха – 40-60 %, скорость движения воздуха 0,1 м/с. В теплое время года температура в помещении должна быть 22-24 градуса Цельсия, влажность воздуха – 40-60 %, скорость движения воздуха 0,2 м/с. Инженер технического контроля с помощью беспроводного пульта дистанционного управления имеет возможность самостоятельно устанавливать желаемую температуру и силу работы вентилятора кондиционера.