: архив : архив журнала "625" : 1999 : #6

Цифровые игры в Австралии
Валентин Тихонов

Некоторое время назад в области цифрового телевидения, конкретно телевидения высокой четкости (ТВЧ/HDTV), произошли важные события, оставшиеся незамеченными и неосвещенными в прессе. Речь идет о первом в истории ТВЧ широкомасштабном испытании в 1997 г. в Австралии двух систем для ТВЧ наземного вещания, принадлежащих к двум различным проектам всемирного стандарта цифрового телевидения (DTTB): европейскому (DVB) и американскому (ATSC). Уже в июле 1998 г. последовало на основе отчета испытаний оглашение рекомендаций специальной комиссии комитета DTTB Австралии по принятию стандарта DVB-T в качестве основного для наземного телевещания страны. Спустя два месяца специалисты ATSC выпустили обстоятельные комментарии. Побудило их к этому в определенной степени несогласие с результатами проведенных испытаний, а также стремление уточнить позицию ATSC по ряду вопросов, недостаточно точно освещенных в отчете. Эти комментарии как итог большой работы, на наш взгляд, представляют сугубо практический интерес, так как в них содержится взвешенный и тщательный анализ двух передовых систем цифрового наземного вещания. Поскольку они имеют солидный объем, то в предлагаемом материале приводятся с сокращениями. Ко времени написания статьи мы не располагали материалами отчета о проведенных испытаниях и рекомендациями комиссии, поэтому в нашей работе будут доминировать мнения специалистов ATSC.

До изложения комментария, необходимо рассказать о некоторых особенностях испытаний и о тестируемых системах кодирования в стандартах ATSC и DVB-T. Испытания проводились при содействии ассоциаций ATSC и DVB и при непосредственном участии как специалистов этих организаций, так и сотрудников Федерации коммерческого телевидения Австралии (FACT), а также специалистов компаний Zenith Electr., Nec, Harris Corp., Hewlett Packard, Rohde & Schwarz и др. Следует подчеркнуть некоторые важные, на наш взгляд, обстоятельства: сравнительные испытания систем для ТВЧ проводились впервые в мире и следовательно отсутствовала какая-либо стандартная инструкция, необходимая в таких случаях; и второе, тестируемые системы настолько сильно отличались, что документ, согласно которому проводились испытания, скорее представлял собой свод (насколько это было возможно в конкретных условиях) некоторых разумных компромиссов. Для сравнения были выбраны режимы (часто неоптимальные), которые не дают явных преимуществ системам, но в то же время позволяют оценить основные показатели при близких скоростях информационных потоков. Существенное различие систем и их параметров даже при поверхностном рассмотрении вполне очевидно. Так, 8-VSB, выбранная в качестве представителя ATSC, является только прототипом, то есть, по сути, демонстрационной моделью устройства, хотя и отвечающей принятому в США стандарту телевидения, включающему и ТВЧ. А система DVB-T является готовым к серийному производству изделием. Модель 8-VSB (Blue Rack (Zenith Electronics), год выпуска 1995) - двухдиапазонная (ОВЧ и СВЧ) с двойным преобразованием частоты, работающая только в одном режиме модуляции. Эта система обладает следующими параметрами: модуляцией 8-VSB (8-уровневая с частичным подавлением боковой составляющей), уровнем шума 15,1 дБ, полосой 6 МГц, одной несущей, трилисным кодом и кодом Рида-Соломона (207/187), скоростью информационного потока 19,39 Мбит/с. (Следует отметить, что спектр VSB-систем Zenith включает модели: 2/4/6 и 16-VSB. Скорость информационного потока последней соответствует 38,6 Мб/с.) В отличие от этого модель системы DVB-T (Philips) спроектирована для работы только в одном диапазоне - ОВЧ и с одним преобразованием частоты. При этом она использует модуляцию COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex), обладает значительно большим количеством несущих (1705) и отличающимся кодом Рида-Соломона (204/188), работает в полосе 7 МГц и располагает несколькими режимами модуляции (QPSK; 16-QAM; 64-QAM), что позволяет изменять в относительно широких пределах основные параметры системы, в частности: скорость информационного потока (от 4,35 до 27 Мбит/с), отношение сигнал/шум системы (от 5,4 до 23,7 дБ) и минимальный уровень сигнала (от 11,7 до 32,4 дБuВ). Естественно, что для более низких скоростей информационных потоков улучшаются показатели шума и минимального сигнала (системы) и наоборот. При испытании систем для DVB-T был выбран наиболее близкий к параметрам 8-VSB режим модуляции: 64 (8 уровней и 8 фаз)-QAM c кодовой скоростью 2/3, режимом несущей 2К, защитным интервалом 1/8, отношением сигнал/шум системы около 19,1 дБ и скоростью потока 19,35 Мбит/с. Испытания систем ATSC и DVB-T проводились с использованием оборудования 6, 7, 8, 9 и 10 каналов (от 174 до 229 МГц) телевидения Австралии; передатчиков NEC 200 Вт и HARRIS 1 кВт, а также оборудования вышеназванных компаний, включая анализатор спектра реального времени HP VSA (Hewlett Packard). Стоит добавить, что при тестировании отличались также и критерии, по которым оценивались сбои систем. Так, для 8-VSB отказ регистрировался при уровне ошибок - BER (Bit Error Rate) на выходе, равном 3x10-6, что, по заявлению представителя ATSC, соответствует порогу появления декодируемого изображения - TOV(Threshold of Visibility).

(Однако следует отметить, что проверить это заявление не представлялось возможным, так как при испытании прототипа ATSC видеодекодер отсутствовал.) В свою очередь, для DVB-T отказ системы по уровню BER оценивался до ступени коррекции по коду Рида-Соломона, то есть там, где еще возможно было зарегистрировать заметный уровень ошибок. Этот уровень принимался равным 2,1х10-4. Поскольку в подавляющем большинстве тестов использовались псевдослучайные данные, то, по сути, при испытаниях проводилась оценка систем только как каналов передачи информации.

В комментариях, как и в отчете испытаний (лабораторных и полевых), проводится анализ и тщательное сопоставление аппаратуры двух систем - ATSC и DVB-T - по 29 критериям, разбитым на пять групп (разделов), но наиболее обстоятельно анализируются два первые, наиболее важные: "Зона обслуживания" и "Компоненты систем".

Предваряя анализ первой группы критериев, авторы отмечают, что обсуждение результатов испытаний по этой группе было ограниченным, носило качественный характер и создавало общее впечатление превосходства DVB-T над ATSC по всем пунктам, несмотря на то, что это не было подтверждено данными. Однако анализ результатов лабораторных испытаний, проведенный специалистами ATSC, дает основание предполагать, что ATSC имела преимущество в полевых условиях, хотя выборки по перекрываемым районам и населению не были статистически репрезентативными.

Первая группа тестов: Зона обслуживания

Авторы отмечают, что COFDM - демодулятор для DVB-T - неоднократно обсуждался в CША, где и был признан едва ли не лучшим вариантом для приема изображения в условиях помех от многократного отражения сигнала (ПМОС). Однако главным его недостатком является то, что система, поддерживая на должном уровне качество изображения, при повышении уровня помех, то есть ухудшении условий приема, реагирует на это снижением скорости информационного потока. Комитет Федеральной комиссии (FCC) высказал мнение, что в США при отведенной ширине канала в 6 МГц система DVB-T не обеспечит скорость потока, необходимую для HDTV. В этом случае (в условиях, аналогичных испытаниям в Австралии) скорость может достичь только 16,41 Мбит/c, что недостаточно. (Здесь необходимо добавить следующее: специалисты ATSC перед испытаниями не имели возможности по техническим причинам перестроить свою систему для работы в канале 7 МГц. Они отрегулировали только отношение сигнал/шум, увеличив его с 14,6 дБ (для канала 6 МГц) до уровня 15,1 дБ, соответствующего порогу сигнал/шум обычного аналогового канала. При тестировании системы ATSC использовался демодулятор 8-VSB).

Эксперимент в Австралии при ширине канала 7 МГц давал возможность для DVB-T заметно увеличить скорости передачи (здесь и далее высказывается мнение только специалистов ATSC), но этого не произошло, и скорее всего в реальной обстановке скорость ATSC могла бы достичь 22,6 Мбит/c при качестве передачи, сопоставимом с качеством для канала 6 МГц, и при сопоставимых с DVB-T характеристиках по ПМОС. При этом в системе ATSC есть определенный потенциал улучшения помехоустойчивости, который уже реализован в современных 8-VSB при использовании нового поколения микросхем сверхвысокой плотности (VLSI), причем абсолютно без изменений в передатчике и без снижения скорости потока.

К тому же VSB обладает необходимой функциональностью, позволяющей использовать как более простые демодуляторы для среды с невысоким уровнем ПМОС, например, в кабельных системах, так и более сложные демодуляторы, сопоставимые по сложности с COFDM, для заметно худших условий приема, например, в мобильном DTV.

По разделу "Зона обслуживания" авторы комментариев делают основанный на результатах тестирования и определенном потенциале улучшения вывод: для ширины канала 7 МГц система VSB определенно лучше СOFDM. (Согласно заключению комиссии качество и скорость COFDM абсолютно удовлетворяют требованиям телевещания Австралии.)

Авторы комментариев утверждают, что при приеме на внешнюю антенну (приблизительно 70% зрителей) ATSC показала свои преимущества по сравнению с DVB-T. Но что касается приема внутри помещения (30%), а также плохих условий приема вообще, улучшения, судя по результатам, необходимы обеим системам. Как правило, в условиях, когда возникает потеря информации, качество изображения цифрового телевидения по сравнению с аналоговым заметно хуже. Даже при использовании наружных, расположенных на крыше антенн качество аналогового телевидения бывает неудовлетворительным, но, тем не менее, зрители порой с этим мирятся. Что же касается приема внутри помещения, то для его улучшения потребуется и много усилий и ряд существенных доработок. При этом, как отмечают авторы, абсолютно нет данных ни в отчете испытаний в Австралии, ни где бы то ни было, которые давали бы основание предполагать, что здесь DVB-T превосходит ATSC. К тому же недавняя модернизация демодулятора (8-VSB) показала улучшение характеристик при этом варианте приема.

Прием вне помещения

Порог теплового шума (AGWN). Лабораторные испытания показали, что система ATSC обладает весьма существенным преимуществом - более низким (на 4 дБ) порогом шума (AGWN - аббревиатура для обозначения аддитивного белого Гауссова шума). Высказывали предположение, что это преимущество не вполне может быть реализовано в поле, где помехи: интерференция и ПМОС - ухудшают этот параметр. Результаты тестирования в поле показали большее, чем на 4 дБ, снижение по сравнению с DVB-T порога, причем при более высоком уровне ПМОС, уровень которых был даже выше при тестировании ATSC.

Помехи на частоте канала и помехи от смежного канала

Здесь ни одна из систем не имела явных преимуществ. При этом авторы подчеркивают, что возможность ATSC поддерживать работоспособность при воздействии аналоговой помехи на цифровой сигнал (по этому показателю у системы DVB-T было преимущество) может быть улучшена, поскольку комбинированный фильтр системы ATSC, предназначенный для этих целей, был как не оптимальным для 7 МГц, так и ненастроенным в течение всего тестирования. (При испытании в Австралии длительность кадра не позволяла провести подстройку этого фильтра для работы на канале 7 МГц.)

Импульсные помехи

Лабораторные испытания показали, что система ATSC на 8...11 дБ более устойчива к помехам такого рода. В свою очередь полевые испытания подтвердили, что импульсные помехи оказывали заметное влияние на DVB-T и они же были основной причиной отказов системы. В противоположность этому, у ATSC, согласно отчету, при полевых испытаниях произошел только один сбой, связанный с такого рода помехами, но проведенный анализ данных дает основание полагать, что и в этом случае причиной отказа системы были не импульсные помехи.

Помехи, вызванные многократным отражением сигнала (ПМОС)

В отчете нет четкого разделения результатов по статическим и динамическим ПМОС. В режиме статических ПМОС, возникавших при расположении антенны вне помещения, качество работы ATSC было лучше, а в режиме динамических - впереди была DVB-T.

Статические ПМОС. Здесь DVB-T превосходила ATSC только при приеме сильного отраженного сигнала с амплитудой равной 65% от полезного. В этом случае система DVB-T могла поддерживать работоспособность, но при значительном снижении уровня порога шума. Следует отметить, что возможность приема на внешнюю антенну в условиях сильного отраженного сигнала маловероятна, и сигнал скорее будет даже слабым, поэтому такое качество DVB-T, как устойчивость, которое при этом сопровождается понижением порога шума, будет редко использоваться на практике. В качестве альтернативы для понижения уровня отраженного сигнала можно изменить направленность антенны, но это возможно для обеих систем.

Рис.1. График зависимости порога сигнал/шум систем DTTB от уровня отраженного сигнала для COFDM (DVB-T) и 8-VSB (ATSC)

На рис. 1 (Отчет. Приложение C, с. 3) дана зависимость порога сигнал/шум от уровня отраженного сигнала (эха). Видно, что при уровне отраженного сигнала менее 7 дБ система ATSC постоянно имеет преимущество по уровню шума в 4 дБ. При возрастании уровня выше 7 дБ это преимущество уменьшается. При уровнях отраженного сигнала в пределах 3-4 дБ отношение сигнал/шум обеих систем понижается до 26 дБ. При увеличении уровня эха отношение сигнал/шум для ATSC продолжает понижаться, в то время как DVB-T может его компенсировать, но при этом отношение сигнал/шум системы понижается, например, значение 32 дБ для ПМОС - в 1 дБ. На основании этого делается вывод, что ни одна из систем не компенсирует значительный уровень отраженного сигнала при слабом сигнале.

Динамические ПМОС. В результате этого тестирования произошло совпадение ограничений используемого прототипа ATSC и метода тестирования, что не позволило выявить реальные возможности системы ATSC. Для имитации динамических ПМОС здесь использовался метод, основанный на эффекте Доплера, с помощью которого осуществлялось быстрое изменение амплитуды принимаемого сигнала с частотой, равной разнице частот двух сигналов. Этот тест дал возможность оценить характеристики АРУ системы ресивер-модулятор. При лабораторных испытаниях ATSC показала ширину диапазона доплеровской частоты в 1 Гц, в то время как аналогичный параметр для DVB-T был 140 Гц.

Рис. 2. Зональная устойчивость систем ATSC и DVB-T. По оси абсцисс зоны тестирования

Тестируемым оборудованием системы ATSC был прототип Blue Rack, печально известный своей медленной АРУ, и он, скорее всего, по этой причине с трудом отслеживал динамичные изменения амплитуды, которые происходили при смещениях доплеровской частоты. Отметим, что это - ограничение именно этого прототипа, а не принципиальные ограничения системы.

Blue Rack имеет два режима коррекции. Первый режим, использующий калибровочный сигнал, особенно устойчив и проводит коррекцию заметно ниже уровня данных. Скорость, ограниченная частотой повторения калибровочного сигнала, в этом режиме невысокая. Именно это и ограничивает его использование только в условиях статических ПМОС. Второй, менее устойчивый режим данных, в десять раз быстрее и поэтому более подходит для динамических ПМОС. Система автоматически определяет наличие динамических ПМОС и переключается на более скоростной (по АРУ) режим данных. Хотя переход с одного режима на другой не зависит от наличия ошибок, они, и это вполне возможно, возникают в процессе переключения. В этом втором режиме прототип может работать только при длительности сигнала ПМОС в пределах 5 мкc от основного. Это подходит для работы в нормальных условиях, однако динамические ПМОС создают и более короткое эхо.

Динамические ПМОС, наблюдаемые в Австралии, возникали из-за биений сигнала в процессе его отражений от самолетов. Поскольку такие биения редки и кратковременны, то для их регистрации был взят большой промежуток времени и выбраны места, где возможны такие помехи. При регистрации чаще всего наблюдались статические ПМОС или они отсутствовали совсем. Система коррекции ATSC постоянно находилась в своем первом устойчивом режиме работы. Ошибки данных отсутствовали, но в какой то момент пролетал самолет и возникали динамические ПМОС. Система регистрировала их и переходила во второй, быстрый режим данных. В процессе переключения и возникали ошибки. Так как при тестировании в Австралии использовался критерий, согласно которому система не должна была иметь ошибок, ATSC из-за динамических ПМОС не выдерживала тест и качество ее работы в более быстром режиме вообще не оценивалось.

То, что тест не смог оценить работу системы полностью, является, в известной мере, неудачей. Комбинированный режим полезен и передача большего приоритета режиму для статических ПМОС характерна для варианта ПМОС в полевых условиях. Хотя динамические ПМОС - это неприятно, но в большинстве случаев при приеме на внешнюю антенну проблемы не возникают, а если и возникают, то они кратковременны. В большинстве случаев даже этот не новый демодулятор VSB (Blue Rack) при наличии динамических ПМОС будет обеспечивать работу с очень малым числом ошибок, а при использовании модернизированного, с комплектом чипов VLSI, тем более.

Испытания в полевых условиях проводились в 108 точках регистрации. Как отмечают авторы комментариев, определенные трудности возникли при подборе мест. В итоге, хотя места и были выбраны, они не были статистически репрезентативными ни по плотности населения, ни по географии. Этот момент необходимо учитывать при сопоставлении процента мест, где прием был возможен, поскольку очевидно, что скорее всего он не отражает картину в целом. Выбранные места, и это не исключено, могли обеспечить преимущество системе с лучшими параметрами по ПМОС и не обеспечить этого системе, лучшей по уровню шума, что было бы более предпочтительным для ATSC. Таким образом, хотя ATSC и превосходила DVB-T, но это было бы более заметным при статистически репрезентативной выборке. Устойчивость к ошибкам оценивалась по общему числу точек регистрации, в которых система не обеспечивала работу без ошибок: для ATSC - 10,6 %, для DVB-T - 11,5 %, причем для систем эти места отличались в менее половины случаев. Отличался также и характер сбоев. Так, в 2/3 всех случаев ATSC достигала порога синхронизации, но регистрировала ошибку. Если синхронизация достигается, то система способна дать изображение, а система коррекции ошибок имеет возможность снизить их количество. Если же количество ошибок велико настолько, что изображение не может быть получено, то информация системы об уровне сигнала и режиме приема может быть предоставлена пользователю для того, чтобы пояснить, почему прием стал невозможен, и помочь решить эту проблему. Для системы DVB-T все отказы, за исключением одного, сопровождались отсутствием синхронизации, что квалифицируется как катастрофические отказы, при которых совершенно отсутствует информация для пользователя.

Приводится график (Отчет. Приложение D), иллюстрирующий тестирование устойчивости систем наземного телевидения (DTTD).

Рис. 3. Статический порог сигнал/шум систем ATSC и DVB-T

Порог включения. Приблизительно в 85% случаев (мест регистрации), где оба сигнала были успешно приняты, порог системы ATSC был постоянно ниже, чем аналогичный порог системы DVB-T. Приведенный из отчета (Приложение D) график (рис. 3) демонстрирует накопленную зависимость уровня статического порога от процентов тестов, полученную методом "шума системы" (System noise method - название метода в комментариях; в отчете тот же метод назван: The system attenuation method). Эта зависимость, по мнению составителей отчета испытаний в Австралии, наиболее точно отражает реальную работу систем: значение медианы порога для ATSC соответствовало 16,2 и 20,6 дБ для DVB-T, при разнице (между порогами) в 4,4 дБ. Примечательно то, что при испытании в поле, где часто возникают ПМОС, различие между порогами систем слегка превышает 4 дБ - разницу в порогах, измеренных в лаборатории при воздействии только белого шума. (Необходимо добавить, что значение медианы 19,6 дБ, проставленное в таблице Приложения D, - неверное. Оно должно быть 20,6 дБ.)

Более точное определение порога шума, названного в этом случае динамическим порогом, включало длительную регистрацию количества ошибок. Приведен график (рис. 4) накопленной зависимости динамического порога в процентах тестов (Отчет. Приложение D).

Рис. 4. Динамический порог сигнал/шум систем ATSC и DVB-T

Для системы ATSC значение медианы порога составляло 17,5 дБ и соответственно 22,1 дБ - для DVB-T. Причем опять обнаружилось различие порогов (4,6 дБ) в пользу ATSC и превышение на 4 дБ отмеченной в лаборатории разницы по порогам при тестировании только белым шумом. Таким образом, преимущество ATSC было заметнее в реальной ситуации (где имеются ненормально распределенный шум, ПМОС и интерференция), чем в идеальных лабораторных условиях.

Прием внутри помещения

Он часто представляется наиболее худшим вариантом приема, а причины тому: уменьшение уровня сигнала, ПМОС и импульсные помехи. Если зрители при аналоговом приеме на внешнюю антенну как-то мирятся с очень плохим изображением, то получить цифровое изображение внутри помещения становится вообще проблематичным. В целом снижение сигнала при приеме внутри помещения достигает 30-40 и более дБ (меньше высота антенны и ее эффективность, потери в стенах здания).

ПМОС

Наиболее плохой вариант приема, когда сигнал попадает в здание через множество окон и отражается от металлической арматуры стен.

ПМОС, возникающие на близком расстоянии от места приема: задержки отраженных сигналов очень короткие и как правило они возникают из-за различия путей сигналов до места отражения, а также из-за различия расстояний от отражаемых поверхностей (пола, стен, потолка) до антенн. Если в место приема приходят хотя бы два сигнала, смещенных по времени и сопоставимых по уровню, то в результате образуется своеобразный фильтр, который создает провалы в спектре принимаемого сигнала. Для близкого сигнала при приеме внутри помещения провалы достаточно широки, что приводит к существенному равномерному затуханию в полосе канала. Если затухание к тому же еще и очень значительное, то вероятность приема с помощью VSB или COFDM - ничтожно мала. При не очень больших затуханиях преимущество по уровню шума выводит чуть вперед VSB. При задержках отраженных сигналов до 100 нс и при недостаточно глубоком затухании сигнала - для приема подходят как DVB-T, так и ATSC.

Импульсные помехи

Внутри помещения на прием сигналов цифрового телевидения влияют домашние приборы (СВЧ-печи, пылесосы и т.п.), создающие импульсные помехи. В этом случае система DVB-T будет иметь больше проблем при приеме. При небольшом уровне сигнала преимущество ATSC обеспечивается более низким (4 дБ) порогом шума, а также лучшей устойчивостью к влиянию импульсных помех. В свою очередь, преимущество DVB-T, обусловленное лучшими характеристиками по динамической ПМОС, в этом случае менее важно, так как девиация частоты (эффект Доплера), например, из-за движения людей внутри помещения, - невысокая.

Коэффициент шума

По результатам тестирования "выявленный коэффициент шума" составляет 4,6 дБ для DVB-T и 11,2 дБ для ATSC (Отчет. Приложение C. Раздел "Характеристика теплового шума ресиверов"). Результаты сопровождает замечание: "Лучшее отношение сигнал/шум системы ATSC в значительной степени теряется из-за ухудшения этого параметра на краю диапазона для Гауссова шума".

Коэффициент шума ресивера не должен влиять на оценку преимуществ систем, так как это второстепенный фактор, который зависит только от компонентов ресивера и не является результатом функционирования системы. Между системами нет существенного отличия, которое дает основание предположить, что у системы ATSC параметр шума должен быть хуже. (Что касается схемных решений ресиверов, которые у этих систем действительно отличаются, то этот вопрос освещен в разделе "Фазовый шум".) Если бы такие различия были, например в распределении шума, то по крайней мере на этом основании система ATSC была бы всеволновым ресивером, а DVB-T был бы однодиапозонным с одним преобразованием и только для VHF. Количество фирм, производящих ресиверы для всех телеканалов, ограничено. Вообще, если есть ресивер получше, то он может быть просто использован как с ATSC, так и с DVB-T.

Рис. 5. Порог сигнал/шум систем ATSC и DVB-T: данные полевых испытаний

Более того, есть причина обсудить точность коэффициента шума ресивера DVB-T, измеренного в лаборатории и равного 4,6 дБ (прежде он был назван выявленным (apparent) коэффициентом шума). При полевых испытаниях перед ресиверами постоянно были еще и предусилители, что позволяло не учитывать их шумы, но в шести местах предусилители не были использованы. Это вызвало необходимость учитывать в результатах вклад шума ресиверов. Далее, при распечатке результатов тестирования для всех мест данные шести результатов для DVB-T (при отсутствии предусилителей) при коэффициенте шума 4,6 дБ оказались разбросанными. В результате график для шести мест был перепечатан с использованием рассчитанного коэффициента шума 10,7 дБ, что позволило уменьшить разброс данных. Приводится график (рис. 5) из отчета (Приложение D. Раздел "Уровень шума для COFDM и 8-VSB"). Данные для COFDM, касающиеся этих мест тестирования: 94, 103, 107, 109, 111 и 113, - распечатаны с учетом коэффициента шума 10,7 дБ. По этому поводу прошло обсуждение, и замечания попали в предварительные наброски отчета. Но ни в докладе, ни в "Приложении D" это не нашло отражения, и вывод оказался следующим: "Испытания в поле подтвердили измерения коэффициента шума ресивера, проведенные в лабораторных условиях" (Раздел "Заключение по результатам испытаний в поле"). Вряд ли этот вывод можно назвать корректным.

Внесенный коэффициент шума 10,7 дБ для DVB-T находится очень близко от измеренного 11,2 дБ для ATSC. Результаты полевых испытаний регулярно указывают на преимущество в 4 дБ по шуму для ATSC, в то время как лабораторные результаты демонстрируют обратное.

Суммируя сказанное, авторы комментариев заключают, что приведенное в отчете утверждение о преимуществе системы ATSC в 4 дБ по уровню шума, которое в значительной степени теряется из-за ухудшения этого параметра на краю диапазона, можно расценить как неуместное, недоказанное и некорректное.

Шум фазы

Шум фазы тюнера по-разному влияет на схемы модуляции ATSC и DVB-T. Для ATSC он может вызвать констелляционное вращение, которое может быть отслежено без большого труда и скомпенсировано схемой фазовой синхронизации для уменьшения этого эффекта. Что же касается DVB-T, то вращение фазы приводит к расфокусировке констелляции и равносильно увеличению шума, что никак не может быть отслежено и скомпенсировано. И следовательно для системы DVB-T потребуется блок приема сигнала с низким значением шума фазы, стало быть и более дорогой, что приведет к увеличению стоимости ресивера. Примечательно, что воздействие шума фазы характерно для систем, использующих модуляцию типа COFDM, например, таких, как DVB-T. К сожалению, восприимчивость к шумам фазы не оценивалась в Австралии. На самом деле преимущество ATSC в 4 дБ по отношению сигнал/шум и возникает отчасти из-за влияния на работу DVB-T шума фазы. Однако, даже если узлы для системы с COFDM будут выполнены с применением комплектующих с низким уровнем шума фазы, то дополнительное ухудшение работы системы по этой же причине может быть вызвано другими устройствами, например, осциляторами преобразователей частоты. Кстати для этой цели в Австралии при испытании в лабораторных условиях использовался прецизионный лабораторный генератор.

Устойчивость систем к импульсным помехам

Как уже отмечалось, прототип ATSC продемонстрировал заметно большую устойчивость к импульсным помехам по сравнению с DVB-T. За последние 30 лет отмечена тенденция к увеличению "рукотворных" помех в диапазонах ОВЧ и нижней области СВЧ, вызванных в основном технологическим оборудованием производств и домашними электроприборами и приспособлениями, например, такими, как СВЧ-печи. С теоретической точки зрения, если брать в расчет только модуляцию и не принимать во внимание кодирование и синхронизацию, по этому параметру система DVB-T должна быть более устойчивой к импульсным помехам, чем ATSC. Это объясняется тем, что в DVB-T использованы более емкие схемы быстрого преобразования Фурье (БПФ), способные хорошо нивелировать кратковременные нарушения, вызванные импульсными помехами. Система DVB-T предназначена только для диапазона ОВЧ, и никаких дополнительных мер для защиты от импульсных помех не предпринималось, несмотря на то, что они возможны в низкочастотной области этого диапазона. Сильные помехи могут быть также причиной нарушения функционирования схемы восстановления несущей в DVB-T, что может вызывать каскады ошибок и нестабильность синхронизации. В свою очередь ATSC разработана для двух диапазонов. В системе использовано как устойчивое кодирование и модуляция с уплотнением 12 к 1 по трилисному коду, так и кодирование по Риду-Соломону (207/187), - и все это вместо неоптимального перфорационного сверточного кода и менее эффективного кода Рида-Соломона (204/188), используемых в модели для DVB-T. Кстати, для эффективной нейтрализации длительных залпов помех в ATSC использовано широкое перемежение. При лабораторных испытаниях в Австралии была обнаружена лучшая на 8-11 дБ устойчивость ATSC к импульсным помехам, генерируемым домашними приборами, по сравнению с DVB-T. В свою очередь при полевых испытаниях в некоторых местах при тестировании приходилось выключать мобильный дизель-генератор питания для устранения импульсных помех, влияющих на прием системы DVB-T. Полевые испытания проводились в ОВЧ на 6 канале (174-181 МГц) и на 8 канале (188-195 МГц). Проблемы могут оказаться куда более серьезными в низкочастотной области диапазона СВЧ (VHF). Завершая раздел "Устойчивость систем к импульсным помехам" можно констатировать, что улучшение устойчивости DVB-T к данного рода помехам будет трудной задачей, поскольку это уже принципиальные ограничения системы.

Вторая группа тестов: Компоненты систем

Тест для оценки задержанного эхосигнала

Ни один из тестов, проведенных в Австралии не дал столько поводов для дискуссии, сколько этот. Изначально тест зародился от вполне здравой идеи - провести тестирование систем сильнозадержанным сигналом. Однако проблемы, возникшие при его осуществлении, исказили первоначальный замысел и привели как к существенному недопониманию и некорректному истолкованию результатов тестирования, так и к состоянию, когда, по сути, нельзя было воспользоваться полученными данными. Все, что связано с этим тестом и методикой, уже опубликовано, и это как нельзя лучше передает наше беспокойство, связанное с отчетом специальной комиссии, проводившей испытание.

Для создания сильнозадержанного эха (17 мкс) в Канберре был разработан кольцевой маршрут для прохождения сигнала. Для этой цели сигнал для 8 канала из лаборатории передавался через весь город и принимался при активности соседних аналоговых каналов 7 и 9. При этом основной сигнал преобразовывался вверх в частоту 44 канала и после этого опять принимался в лаборатории, где он вновь переносился в частоту 8 канала и уже объединялся с исходным (входным для линии задержки) сигналом для создания собственно эха. Время полного прохождения маршрута составляло 17 мкс.

Первой проходила тестирование DVB-T, и сразу обнаружились несоответствия. Так, на 3,4 дБ отличались отношения сигнал/шум (С/Ш) для входного и выходного сигналов, а именно для поступающего в линию (основного) и для исходящего (эха). Как и ожидалось С/Ш для входного составило 19,1 дБ (см. выше параметры шума для DVB-T). Значение С/Ш для второго составило уже 22,5 дБ и стало ясно, что параметр шума для этого сигнала стал заметно хуже, и причиной тому, что было неожиданно, конструкция линии задержки.

Было обнаружено и другое. В отличие от результатов тестирования коротким эхом, система DVB-T не смогла компенсировать эхосигналы с уровнем 0 дБ и поддерживать равноценное качество работы при опережающем и отстающем эхе. Опережающие эхосигналы (в этом варианте основной и эхосигнал меняли местами) могли быть скорректированы до уровня 3 дБ от основного. При отстающих, где, как и задумано, выходными были созданные эхосигналы, система могла их компенсировать в пределах до 8 дБ от уровня основного.

Учитывая то обстоятельство, что при создании линии задержки преобразование частоты происходило 4 раза, было высказано предположение, что проблемы вполне могли возникнуть и из-за шума фазы. После этого было опробовано несколько вариантов конфигураций, которые не привели к заметному улучшению параметров системы при эхосигнале. Так, уровень С/Ш задержанного сигнала улучшился на 0,8 дБ и достиг значения 21,7 дБ, уменьшив тем самым различие до 2,6 дБ.

После этого тестировалась ATSC. И здесь также были обнаружены несоответствия. Так, уровень С/Ш основного сигнала (и он же входной для линии задержки), как и предполагалось, был 14,5 дБ, в то время как уровень С/Ш выходного - был 18,4 дБ, что на 3,9 дБ выше. Функционирование при эхосигнале было довольно ограниченным: -19,9 дБ для опережающего и -23 дБ для отстающего эха. Иными словами, эхосигналы всякий раз возникали ниже порога шума. Поскольку данный уровень задержки (17 мкс) опережающего эха был вне диапазона адаптивного эквалайзера ATSC, то этот сигнал только увеличивал уровень шума. При запаздывающих эхах, которые были в диапазоне адаптивного эквалайзера, система работала хуже, чем при опережающих, и демонстрировала значение в -23,0 дБ. Стало очевидно, что в системе не все ладно.

Дополнительные поиски причин неполадок линии выявили нелинейность, которая и приводила к различиям входного и задержанного сигналов. (Обычно эхосигнал - это результат линейных преобразований; и полезный сигнал и его эхо идентичны, за исключением амплитуд, времени появления и фаз.) Анализ выявил проблемы, которые возникали в оконечном фрагменте линии, где основной сигнал (он же сигнал 8 канала) и сигналы ближайших каналов 7 и 9 объединялись в смесителе ресивера для создания условий для интермодуляции. Преобразователь лучшего качества был установлен и тестирование повторилось.

Результаты стали заметно лучшими. Значение С/Ш для выходного сигнала составило 15,5 дБ и отличалось от входного приблизительно на 1,1 дБ. Заметно улучшились и показатели системы при эхосигнале. Опережающие эхосигналы, которые по-прежнему были вне пределов диапазона подстройки адаптивного эквалайзера, компенсировались на уровне -16,2 дБ, что заметно ближе к значению С/Ш, равному 15,5 дБ. В свою очередь запаздывающие преодолевались на уровне -8,4 дБ. Хотя параметры системы были на 5 дБ хуже, чем зарегистрированные для короткого эха (при создании которого эта линия не использовалась), но после замены преобразователя в целом они улучшились на 11,5 дБ.

В новых условиях еще раз было проведено тестирование системы DVB-T. При этом выявились лишь незначительные улучшения. Так, различие в показаниях С/Ш входного и выходного сигналов понизилось с 2,6 до 1,9 дБ и это произошло в основном за счет С/Ш выходного сигнала линии. Уменьшились также различия на 1 и 5 дБ при эхосигнале, которое для опережающего поддерживалось на уровне -3 дБ, а для отстающего компенсировалось уже на уровне -8 дБ.

Сделанные выводы: заключения, с которыми согласились авторы комментариев.

Тест эхосигнала, создаваемый линией, не был корректным тестом систем для оценки статических ПМОС. Нелинейность цепей линии стала причиной различия двух сигналов - различия, вызванного несоответствием способа создания эхосигнала и тем реальным процессом, который приводит к возникновению эха в естественных условиях. Поэтому выводы, касающихся работы систем в условиях ПМОС, не могут быть сделаны. Однако по своей сути это был тест функционирования ретранслятора, который транслировал сигнал, расположенного близко по частоте канала, на основной. В такой ситуации помехи, создаваемые при ретрансляции сигнала, делают маловероятным прием в районе, где между основным и ретранслируемым сигналами возникает сильный уровень ПМОС. Здесь австралийские специалисты пришли к выводу, что эта причина делает внедрение одночастотных ретранслирующих сетей (single frequency networks) проблематичной до тех пор, пока существует аналоговое вещание. Авторы комментариев согласны с этим.

Существенные замечания по теме

Есть ряд суждений и выводов, представленных в разделе "Передача сигнала" (Отчет, Приложение С, с. 4), а также в кратком изложении лабораторных испытаний, с которыми авторы комментариев не согласны.

К ним можно отнести следующие: "Система 8-VSB поначалу не работала с передающей линией...". Система работала, причем значения С/Ш для обоих сигналов линии были на 4,5 дБ лучше, чем у DVB-T. Однако авторы абсолютно согласны с тем, что функционирование систем в условиях возникновения нереального эхосигнала было неудовлетворительным. (Читатель может обратиться к с. 47 полного отчета о лабораторных испытаниях, где приводится обсуждение этой темы.)

Далее: "После улучшения линии, позволившего системе 8-VSB работать, было проведено повторное тестирование DVB-T, которое не выявило улучшений ее параметров". Улучшение линии было проведено из-за того, что та создавала неподходящие и нереальные эхосигналы. Система 8-VSB, которая вначале работала тоже, после этой коррекции продемонстрировала лучшие показатели, хотя параметры для ПМОС были сниженными из-за оставшейся нелинейности. Улучшение линии выполнялось также и при тестировании DVB-T, поскольку ее параметры были заниженными как до, так и после улучшения линии. После модификации линии параметры DVB-T улучшились, хотя и незначительно.

Далее: "Использование транслирующей линии при лабораторном тестировании выявило чувствительность 8-VSB к нелинейному функционированию оборудования линии". Нет, это не так, поскольку была выявлена чувствительность обеих систем к нелинейному функционированию оборудования линии при активности соседних каналов. Существует вариант прочтения этих комментариев, позволяющий предположить, что данный тест был полноценным. Авторы полагают, что этот тест в том виде, в котором он был выполнен, не отвечал своим задачам и поэтому его нельзя признать полноценным.

Далее: "ATSC очень чувствительна к ухудшениям передачи, поскольку в системе в эквалайзере приемного блока используется корректирующая емкость". Это несущественное замечание, с которым авторы категорически не согласны. Данное замечание, как известно, не попало в полный отчет лабораторных испытаний и поэтому на него не представилось случая ответить.

Далее: "Представители компании Zenith в процессе проведения лабораторных испытаний внесли предложение, согласно которому передающей системе следует работать без оконечного фильтра во избежание проблем в системе 8-VSB, связанных с групповой задержкой". Кстати, это еще один пример замечания, которое попало в сокращенный лабораторный отчет, но не вошло в полный и в связи с этим авторы не имели возможности на него ответить, хотя категорически с ним не согласны. Причиной, которая послужила возникновению этого замечания, скорее всего была ситуация, при которой впервые инженеры Zenith обнаружили, что возникшие проблемы связаны с линией. Хорошо представляя, что в этом тракте установлен ряд фильтров, они предложили их убрать для того, чтобы установить источник возникновения проблем. Фильтры убрали, но изменения были на уровне 0,2 дБ, после чего и было сделано заключение, что причина не в фильтрах. Авторы комментариев в высшей степени удивлены, что заявление было сделано уже после того, как было установлено, что это не является причиной неполадок.

Заканчивая рассказ о комментариях ATSC, хочется отметить, что авторы, на наш взгляд, профессионально и убедительно доказали преимущества своей системы и откровенно дали понять, что реально существуют только две системы, готовые к работе, но одна из них является существенно более разработанной. Иллюстрируя это, приводим еще одну выдержку из комментариев для 4 группы критериев: "Внедрение принятых систем для HDTV".

Согласно мнению авторов, комиссия отнеслась к этому критерию нейтрально, найдя лишь, что "обе системы дают возможность для использования любого из имеющихся стандартов HDTV". Однако ATSC - система для HDTV. Она будет использоваться в США уже в 1998 г. как серийное изделие. А система DVB-T принята в качестве стандарта только в Австралии, где пока нет четких предложений структурам HDTV относительно использования ее в эфирном, спутниковом и кабельном телевидении. В Австралии коммерческое использование DVB-T будет только первым опытом. Проводя сравнение по этому критерию, комиссия серьезно преуменьшает проблемы DVB-T как системы, которая впервые будет внедряться в большую телесеть, и допускает несправедливость к системе ATSC, уже ставшей стандартной.

Ограниченные рамки статьи не позволили рассказать о сопоставлениях систем по таким важным для DTTB параметрам, как, например: функционирование их в условиях продолжительного эхо-сигнала; возможность их модернизации и дальнейшего развития; соответствие их качеству HDTV и др. Но для тех, кто захочет получить более полное представление, текст отчета комиссии об испытаниях систем DVB-T и ATSC в Австралии, а также текст комментариев ATSC можно найти в Интернете по адресам: http://lab1.commslab.gov.au/lab/ (отчет) и http://atsc.org (комментарии).