WiB — новая технология эфирного вещания

WiB

Как известно, пропускная способность каналов связи стандарта DVB-T2 максимально близка к пределу Шеннона, определяющего верхнюю границу скорости передачи данных, теоретически достижимую в канале с гауссовским шумом при заданной мощности сигнала. Мощность сигналов DVB-T2 превышает теоретический предел всего на 0,7 -1,2 дБ . Поэтому эволюционно совершенствовать эту технологию далее, смысла уже нет. Компания Teracom  вместе с партнерами решила подойти к вопросу принципиально по другому. Предложенная  ими   технология получила название WiB, что расшифровывается как Wide Band. Впервые она была представлена на конференции IBC 2016, но нам удалось познакомиться с ней на недавно прошедшей конференции DVB World 2017.

Переход с DVB-T/T2  на WiB  предположительно позволит повысить эффективность использования спектра на 37-60 % и одновременно существенно снизить мощность передатчиков.

Типичный частотный план

Основное отличие новой технологии заключается в том, что она предполагает трансляцию сигналов, не ограниченных одним РЧ каналом, а занимающих весь ДМВ диапазон. Как отмечают ее разработчики, формат DVB-T2 обеспечивает свою высокую эффективность во многом за счет использования высоких уровней QAM модуляции. Но это приводит к двум негативным последствиям. Во–первых, к применению высокомощных передатчиков, так как тот же Шеннон, выявил экспоненциальную зависимость необходимой мощности сигнала от скорости передачи данных по каналу заданной ширины. Во вторых, применение модуляций высокого уровня делает сигнал чувствительным к интерференции, а это снижает коэффициент использования спектра . Для сетей DVB –T2 он обычно составляет 1/4 – 1/7. Другими словами, на каждой трансляционной вышке используется только одна частота из четырех или одна из семи.

В рамках технологии WiB предлагается поднять коэффициент использования спектра до единицы- то есть, транслировать на всех доступных частотах, включая межканальные промежутки шириной 0.2-0.4 МГц. Что же касается структуры сигнала, то ее предлагается заимствовать у DVB-T2.

Принципиально важным является также то, что WiB -передатчики с пересекающимися зонами покрытия и работающие на одних и тех же частотах могут передавать разные по содержанию сигналы.

Разумеется, это требует использования режимов вещания с высокой помехоустойчивостью. Максимальная помехоустойчивость достигается при модуляции QPSK и относительной скорость помехоустойчивого кодирования ½ . Уровень С/N, требуемый для приема такого сигнала составляет около 1 дБ. А эффективность использования спектра в этом режиме составляет 1 бит/сек*Гц . В полосе 224 Гц это обеспечит примерно такую же скорость передачи данных как 5 каналов со скоростью 40 Мбит/сек или 6 со скоростью 33 Мбит/сек. Первый вариант типичен для многочастотной сети (MFN), а второй — для одночастотной ( SFN ). Но моделирование показало, что на практике видимо будут возможны режимы с эффективностью использования спектра от 1,37 до 1.6 бит/сек*Гц. Кроме того, переход к режимам с повышенной помехоустойчивостью возможно позволит исключить защитный интервал. Прогнозируется, что в среднем пропускная способность при переходе на WiB может повыситься в полтора раза.

 

 Прием WiB сигнала

Для приема такого сигнала предлагается три механизма . Первый – уже упомянутое применение режимов с высокой помехоустойчивостью. Второй— использование на приемной стороне фазированных антенных решеток или других антенн с управляемой диаграммой направленности. Третий – исключение интерференции по схеме демультиплексирования многоуровневого сигнала: Layer Division Multiplexing-based Interference Cancellation (LDM-IC) . Аналогичным образом демультиплексируются уплотненные по уровню сигналы стандарта ATSC 3.0. Принцип этого механизма показан на рисунке.WiB

В приведенном примере в точке Rx требуется принять сигнал С3 от передатчика Tx3.который оказывается слабее двух других, присутствующих в этой точке. Если для С1, самого мощного из трех сигналов, справедливо неравенство: С1 ≥ С23 +N.то при использовании достаточно помехоустойчивого режима сигнал может быть демодулирован и восстановлен. Затем сигнал, принятый от передатчика Т1 можно опять промодулировать и вычесть из суммарного сигнала, поступившего на вход тюнера. Выполнение упомянутого неравенства можно обеспечить при использовании фазированных антенных решеток. На следующем этапе таким же образом вычитается сигнал С2. Опять же, это возможно при выполнении неравенства С2 ≥ С3 +N. И, наконец, если С3≥ N.т то можно будет демодулировать и требуемый сигнал

Этот механизм выглядит очень сложным, но, по словам разработчиков, если передаваемые сигналы синхронизированы с той же четкостью.что и в SFN сетях, то сложность подобной демодуляции оказывается умеренной. Необходимо только, чтобы в каждом из принимаемых сигналов присутствовали пилот сигналы ортогональные остальным сигналам.поступающим в приемный тракт.

Такой механизм уже аппаратно реализован в приемниках стандарта ATCS 3.0, вещание в котором недавно началось в Южной Корее. Правда в ATCS 3.0 он используется не для исключения интерференции, а для демультиплексирования послойно уплотненных сигналов, но механизм одинаков.

Что же касается полосы пропускания тюнера, то предполагается, что оптимальным выбором будет 32 МГц, то есть, 4 нынешних частотных канала. А всю полосу (до 224 МГц) можно будет охватить либо скачкообразной перестройкой частоты, либо увеличением частоты отсчетов и реализацией скачкообразной перестройки частоты уже после демодуляции.

Кроме того, перед началом демодуляции для всех входящих сигналов должна быть выполнена оценка канала с помощью пилот сигналов . В приведенном выше примере необходима оценка трех каналов. Учитывая количество операций, которые потребуется выполнять WiB -приемнику предполагается, что длительность OFDM импульса должна быть такой как в режиме 32К для полосы 8 МГц. А для полосы 32 МГц, соответственно, потребуется FFT матрица размером 128К.

Сложность помехоустойчивого декодирования сама по себе будет такой же как в DVB-T2, но опять же его может понадобиться выполнить для нескольких или каждого поступившего сигнала.то есть, в несколько раз быстрее.

Все перечисленное позволяет предложить сильное усложнение и удорожание приемника и всей приемной системы в целом. В тоже время разработчики предсказывают, что в 20 х годах WiB-ресивер уже не будет восприниматься как чересчур сложный. По крайней мере, если останется в силе закон Мура, по которому число транзисторов в микросхемах удваивается каждые полтора года.

Преимущества WiB

Вся экономия от внедрения WiB ожидается на передающей стороне. Во первых, использование QPSK модуляции резко снизит требуемую мощность передатчиков. Мощность

Сегодняшние сумматоры эфирных сигналов

выходного сигнала широкополосного передатчика, покрывающего весь ДМВ диапазон, окажется вдвое ниже мощности сегодняшних канальных передатчиков при той же зоне покрытия. Исчезнет необходимость в сумматорах, которые занимают сегодня целый комнаты.не говоря уж о том, что при суммировании теряется половина энергии ( около 3 дБ) Кроме того, значительно уменьшатся затраты на охлаждение.

Суммарное потребление энергии при переходе на WiB, по оценкам разработчиков, может снизиться более, чем на 90%, значительно упростится эксплуатация оборудования, исчезнет необходимость частотного планирования.

Предполагается также.что внедрение WiB позволит решить конфликт по поводу разделения спектра между вещателями и сотовыми операторами. Переход на эту технологию позволит им работать на одних и тех же частотах. Правда каким образом предлагается выделять полезный сигнал средствами мобильного телефона осталось не очень понятным. Видимо предполагается что он должен быть мощнее вещательного.

 Статистическое мультиплексирование

В формате DVB-T2 сервисы могут статистически мультиплексироваться группами для последующей передачи в разных PLP, которые тоже могут иметь переменную скорость. При использовании WiB LDM-IC скорости передачи PLP должны быть фиксированы. В противном случае PLP от разных передатчиков, переносящих разные данные не будут совпадать по скорости и нарушится синхронизация. Поэтому предлагается рассмотреть вариант, при котором VBR сервисы динамически распределяются по разным PLP, но сами PLP имеют фиксированную скорость.

Сценарии внедрения

Прогнозируются два возможных сценария внедрения WiB. Первый предполагает выделение определенной полосы в ДМВ диапазоне для запуска услуг в этом формате. Второй – запуск WiB на частотах, не занятых DVB-T/T2, в том числе смежные каналы. В этом случае на первом этапе не потребуется высвобождать спектр.но придется искать компромиссные параметры, которые позволят WiB и DVB -T/T2 сосуществовать на соседних каналах. Трансляции в WiB придется запускать с ослабленной мощностью, а каналы DVB -T/T2 — возможно переводить на более помехоустойчивые режимы. В перспективе предлагается полностью заместить DVB -T/T2 новой технологией.

Разработчики также предлагают ряд расширений новой технологии, в частности WiB –MIMO и WiB –LDM. WiB-MIMO позволит использовать спектр повторно — добавляя сигналы в противоположной поляризации. WiB –LDM — предполагает послойное уплотнение сигнала, такое же как заложено в ATCS 3.0. Разумеется, оба эти варианта еще больше усложнят прием сигнала.

 

Анна Бителева 

 

Комментарии

Оставить сообщение