8VSB - 8VSB

Ten artykuł dotyczy metody modulacji telewizyjnej. Aby uzyskać certyfikat SBE, zobacz Certyfikowany specjalista 8-VSB .

8VSB to metoda modulacji wykorzystywana do nadawania w standardzie telewizji cyfrowej ATSC . Modulacja ATSC i 8VSB jest stosowana głównie w Ameryce Północnej ; natomiast standard DVB-T wykorzystuje COFDM .

Metoda modulacji określa, w jaki sposób sygnał radiowy zmienia się w celu przekazania informacji. ATSC i DVB-T określają modulację stosowaną w naziemnej telewizji cyfrowej; dla porównania, QAM jest metodą modulacji używaną dla kabla . Specyfikacje telewizji kablowej mogą więc wskazywać, że obsługuje ona 8VSB (dla telewizji rozgłoszeniowej) i QAM (dla telewizji kablowej).

8VSB to 8-poziomowa szczątkowa modulacja wstęgi bocznej . W istocie, przekształca binarny strumień na ósemkowej reprezentacji o amplitudzie kluczowanie przesunięcia się sinusoidalny nośnik do jednego z ośmiu poziomach. 8VSB może transmitować trzy bity (2 3 = 8) na symbol ; w ATSC każdy symbol zawiera dwa bity ze strumienia transportowego MPEG, które są modulowane kratowo w celu wytworzenia liczby trzybitowej. Powstały sygnał jest następnie filtrowany pasmowo za pomocą filtru Nyquista w celu usunięcia nadmiarowości w listkach bocznych, a następnie przesuwany w górę do częstotliwości nadawania.

Technika modulacji

Szczątkowa modulacja wstęgi bocznej (VSB) to metoda modulacji, która ma na celu wyeliminowanie nadmiarowości widmowej sygnałów modulacji impulsowo-amplitudowej (PAM). Modulowanie nośnej przez sekwencję danych o wartościach rzeczywistych daje w wyniku sumę i częstotliwość różnicową, co daje w wyniku dwa symetryczne wstęgi boczne nośnej. Symetria oznacza, że ​​jedna z wstęg bocznych jest nadmiarowa, więc usunięcie jednej wstęgi bocznej nadal pozwala na demodulację. Ponieważ nie można zrealizować filtrów o zerowej przepustowości przejścia, zaimplementowane filtrowanie pozostawia ślad nadmiarowej wstęgi bocznej, stąd nazwa „VSB”.

Wydajność

W kanale 6 MHz ( megahercowym ) używanym do transmisji ATSC, 8VSB ma szybkość symbolu 10,76 megabodów , przepływność brutto 32 Mbit/s i przepływność netto 19,39 Mbit/s danych użytkowych. Przepływność netto jest niższa ze względu na dodanie kodów korekcji błędów w przód . Osiem poziomów sygnału wybiera się za pomocą enkodera kratowego . Istnieją również podobne modulacje 2VSB , 4VSB i 16VSB . 16VSB był w szczególności przeznaczony do użycia w kablu cyfrowym ATSC , ale kwadraturowa modulacja amplitudy (QAM) stała się de facto standardem branżowym, ponieważ jest tania i łatwo dostępna.

Zalety oszczędzania energii

Istotną zaletą 8VSB dla nadawców jest to, że wymaga znacznie mniejszej mocy do pokrycia obszaru porównywalnego z wcześniejszym systemem NTSC i podobno jest w tym lepszy niż najpopularniejszy alternatywny system, COFDM . Jedną z zalet jest wymagany niższy stosunek mocy szczytowej do średniej w porównaniu z COFDM. Nadajnik 8VSB musi mieć moc szczytową 6 db (czterokrotność) mocy średniej. 8VSB jest również bardziej odporny na szum impulsowy. Niektóre stacje mogą pokryć ten sam obszar, nadając z efektywną mocą promieniowania wynoszącą około 25% mocy nadawania analogowego. Podczas gdy NTSC i większość innych analogowych systemów telewizyjnych również wykorzystuje technikę szczątkowej wstęgi bocznej, niechciana wstęga boczna jest filtrowana znacznie skuteczniej w transmisjach ATSC 8VSB. Aby to osiągnąć, 8VSB wykorzystuje filtr Nyquist . Korekcja błędów Reed-Solomon jest podstawowym systemem używanym do zachowania integralności danych.

Latem 2005 roku ATSC opublikowało standardy dla Enhanced VSB, czyli E-VSB [1] . Wykorzystując korekcję błędów do przodu , standard E-VSB umożliwi odbiór DTV na przenośnych odbiornikach o małej mocy z mniejszymi antenami, podobnie jak DVB-H w Europie, ale nadal przy użyciu transmisji 8VSB.

Spory dotyczące wykorzystania ATSC

Od pewnego czasu trwało lobby za zmianą modulacji ATSC na COFDM , sposób transmisji DVB-T w Europie i ISDB-T w Japonii . Jednak FCC zawsze utrzymywał, że 8VSB jest lepszą modulacją do stosowania w amerykańskiej telewizji cyfrowej. W raporcie z 1999 r. Komisja stwierdziła, że ​​8VSB ma lepszą wydajność progową lub stosunek nośna do szumu (C/N), ma wyższą szybkość transmisji danych, wymaga mniejszej mocy nadajnika dla równoważnego zasięgu i jest bardziej odporny na zakłócenia impulsowe i fazowe . W rezultacie w 2000 r. odmówił petycji dotyczącej tworzenia przepisów od Sinclair Broadcast Group, żądającej, aby nadawcy mogli wybierać między 8VSB lub COFDM, które są najbardziej odpowiednie dla ich obszaru zasięgu. Raport FCC przyznał również, że COFDM „ogólnie powinien działać lepiej w sytuacjach, w których występuje dynamiczna wielościeżkowa”, takich jak praca mobilna lub w obecności drzew poruszających się przy silnym wietrze. Jednak wraz z wprowadzeniem demodulatorów piątej generacji w 2005 r. i późniejszymi ulepszeniami w generacjach 6 i 7, zakres korekcji wynosi teraz od -60 do +75 mikrosekund (rozpiętość 135 mikrosekund) i praktycznie wyeliminował wielościeżkę, zarówno statyczną, jak i dynamiczną, w Odbiór 8VSB. Dla porównania, rozpiętość korekcji w COFDM wynosi od -100 do +100 mikrosekund (rozpiętość 200 mikrosekund), ale zastosowanie tak dużej przestrzeni pasma ochronnego dla COFDM znacznie zmniejsza jego użyteczną ładowność. W rzeczywistości znaczna część Europy przyjęła 1280×720p jako standard HD dla DVB-T1 ze względu na jego zmniejszoną ładowność. Wprowadzenie DVB-T2 ma na celu zwiększenie możliwości transmisji naziemnych treści 1920×1080p. 1920×1080i zawsze był częścią schematu 8VSB od samego początku, a ulepszone demodulatory nie miały wpływu na jego wrodzoną ładowność.

Ze względu na ciągłe przyjmowanie standardu ATSC opartego na 8VSB w Stanach Zjednoczonych oraz dużą rosnącą populację odbiorników ATSC, przejście na COFDM będzie wyzwaniem. Większość analogowych transmisji naziemnych w USA została wyłączona w czerwcu 2009 roku, a tunery 8VSB są wspólne dla wszystkich nowych telewizorów, co dodatkowo komplikuje przyszłe przejście na COFDM.

Jednak wraz z rozwojem ATSC 3.0 , zaktualizowanej wersji amerykańskiego standardu telewizji cyfrowej przeznaczonej do odbioru mobilnego i lepszej wydajności sieci jednoczęstotliwościowej, ATSC zdecydowało się na przejście na OFDM z korekcją błędów LDPC (zasadniczo COFDM). W rezultacie ATSC 3.0 będzie niekompatybilny ze wszystkimi obecnymi odbiornikami ATSC 1.0, a widzowie będą potrzebować nowego telewizora z kompatybilnym tunerem lub konwertera. W przeciwieństwie do poprzedniego przejścia na telewizję cyfrową, które zostało nakazane przez FCC, „przejście” na ATSC 3.0 będzie całkowicie dobrowolne. Ponadto FCC wymaga, aby nadawcy, którzy zdecydowali się na przejście na ATSC 3.0, nadal udostępniali swój główny kanał w ramach umowy simulcast z inną stacją na rynku (o podobnym zasięgu) co najmniej do 2022 r. Sinclair ogłosił zamiar wprowadzenie ATSC 3.0 do 40 miast do 2020 roku.

8VSB vs COFDM

Cytowany wcześniej raport FCC wykazał również, że COFDM ma lepszą wydajność w dynamicznych i statycznych sytuacjach wielościeżkowych wysokiego poziomu oraz oferuje korzyści w przypadku sieci jednoczęstotliwościowych i odbioru mobilnego. Niemniej jednak w 2001 r. raport techniczny opracowany przez Grupę Techniczną COFDM stwierdził, że COFDM nie oferuje żadnych znaczących korzyści w porównaniu z 8VSB. Raport zalecał na zakończenie, aby odbiorniki były połączone z antenami zewnętrznymi podniesionymi do około 30 stóp (9 m) wysokości. Ani 8VSB, ani COFDM nie działały w sposób zadowalający w większości instalacji testowych w pomieszczeniach.

Pojawiły się jednak pytania, czy wybrany do tych testów odbiornik COFDM – monitor nadajnika [2] bez normalnego filtrowania czołowego – zabarwił te wyniki. Ponowne testy, które zostały przeprowadzone przy użyciu tych samych odbiorników COFDM z dodatkiem przedniego filtra pasmowoprzepustowego dały znacznie lepsze wyniki dla odbiornika DVB-T, ale dalsze testy nie były kontynuowane. [3]

Debata na temat modulacji 8VSB kontra COFDM wciąż trwa. Zwolennicy COFDM twierdzą, że jest on odporny na wiele ścieżek znacznie lepiej niż 8VSB. Jest to ważna właściwość modulacji do odbioru HDTV np. w poruszających się pojazdach, która nie jest możliwa w przypadku 8VSB. Wczesne odbiorniki 8VSB DTV (telewizja cyfrowa) często miały trudności z odbiorem sygnału w środowisku miejskim. Nowsze odbiorniki 8VSB radzą sobie jednak lepiej z wielodrożnością, ale ruchomy odbiornik nadal nie może odbierać sygnału. Co więcej, modulacja 8VSB wymaga mniejszej mocy do przesłania sygnału na tę samą odległość. W mniej zaludnionych obszarach 8VSB może z tego powodu przewyższać COFDM. Jednak w niektórych obszarach miejskich, a także w zastosowaniach mobilnych, COFDM może oferować lepszy odbiór niż 8VSB. Kilka „ulepszonych” systemów VSB było w fazie rozwoju, w szczególności E-VSB , A-VSB i MPH . Niedociągnięcia w 8VSB w odniesieniu do odbioru wielościeżkowego można rozwiązać za pomocą dodatkowych kodów korekcji błędów w przód, które zmniejszają użyteczną przepływność, takich jak ta używana przez ATSC-M/H do odbioru mobilnego/przenośnego. ATSC 3.0 , kolejny główny standard telewizyjny w Stanach Zjednoczonych, będzie wykorzystywał COFDM.

Zdecydowana większość amerykańskich stacji telewizyjnych używa COFDM w swoim studio do transmisji łączy i operacji zbierania wiadomości. Są to łącza komunikacyjne typu punkt-punkt, a nie transmisje rozgłoszeniowe.

Zobacz też

Bibliografia

  1. ^ Sparano, Dawid (1997). „CZYM DOKŁADNIE JEST 8-VSB?” (PDF) . Źródło 8 listopada 2012 .
  2. ^ SPRAWOZDANIE DTV NA TEMAT WYDAJNOŚCI COFDM I 8-VSB (PDF) , Biuro Inżynierii i Technologii FCC, zarchiwizowane (PDF) z oryginału w dniu 14 kwietnia 2007 r. , pobrane 04.03.2007, 30 września 1999 r.
  3. ^ Sinclair twierdzi, że szerokie poparcie dla petycji Dtv , Television Digest with Consumer Electronics, 1999, zarchiwizowane od oryginału w dniu 2004-09-02 , pobrane 06.06.2008, 11 października 1999 r.
  4. ^ „Przegląd techniczny ATSC 3.0” (PDF) . Rohde & Schwarz . 8 marca 2021 r. Zarchiwizowane (PDF) z oryginału z 8 marca 2021 r . Pobrano 8 marca 2021 .
  5. ^ Cohen, Szymon. „ATSC 3.0: Wszystko, co musisz wiedzieć o kolejnym wielkim wydarzeniu w telewizji” . Trendy cyfrowe . Korporacja Designtechnica. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 29 listopada 2020 r . Pobrano 8 marca 2021 .
  6. ^ „Raport i porządek oraz dalsze zawiadomienie o proponowanych przepisach” . Federalna Komisja Łączności . 20 listopada 2017 r. Zarchiwizowane z oryginału w dniu 18 października 2020 r . Pobrano 8 marca 2021 .
  7. ^ Munson, Ben (8 kwietnia 2019). „Sinclair ogłasza, że ​​do 2020 r . 40 amerykańskich miast otrzyma ATSC 3.0” . Ostra wideo . Zarchiwizowane z oryginału w dniu 8 marca 2021 r . Pobrano 8 marca 2021 .
  8. ^ Raport porównawczy 8VSB / COFDM zarchiwizowany 2005-11-22 w Wayback Machine

Linki zewnętrzne

Sygnał DVB-T to system Coded Orthaginal Frequency Divisional Multiplexing lub w skrócie COFDM, podobnie jak kabel (DVB-C) i satelita (DVB-S). Sygnał DVB-T jest realizowany jako QPSK QAM lub kwadraturowe kluczowanie z przesunięciem fazowym i kwadraturowa modulacja amplitudy. Sygnał DVB-S jest zaimplementowany jako QPSK QFM lub kwadraturowa modulacja częstotliwości z przesunięciem fazy z kwadraturą. Sygnał DVB-C to QPM QAM lub kwadraturowa modulacja fazy kwadraturowa modulacja amplitudy.