Το DVB-T σήμα και επίδραση του φαινομένου Doppler

Transcript

1 ΑΤΕΙ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ Το DVB-T σήμα και επίδραση του φαινομένου Doppler ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Παπαντωνίου Θεοδώρα (ΑΜ: T-1314) Επιβλέπων: < Δρ.Κόκκινος Κωνσταντίνος > ΛΑΡΙΣΑ 2015

2

3 «Εγώ η Παπαντωνίου Θεοδώρα, δηλώνω υπεύθυνα ότι η παρούσα Πτυχιακή Εργασία με τίτλο < Το DVB-T σήμα και επίδραση του φαινομένου Doppler> είναι δική μου και βεβαιώνω ότι: Σε όσες περιπτώσεις έχω συμβουλευτεί δημοσιευμένη εργασία τρίτων, αυτό επισημαίνεται με σχετική αναφορά στα επίμαχα σημεία. Σε όσες περιπτώσεις μεταφέρω λόγια τρίτων, αυτό επισημαίνεται με σχετική αναφορά στα επίμαχα σημεία. Με εξαίρεση τέτοιες περιπτώσεις, το υπόλοιπο κείμενο της πτυχιακής αποτελεί δική μου δουλειά. Αναφέρω ρητά όλες τις πηγές βοήθειας που χρησιμοποίησα. Σε περιπτώσεις που τμήματα της παρούσας πτυχιακής έγιναν από κοινού με τρίτους, α- ναφέρω ρητά ποια είναι η δική μου συνεισφορά και ποια των τρίτων. Γνωρίζω πως η λογοκλοπή αποτελεί σοβαρότατο παράπτωμα και είμαι ενήμερος(-η) για την επέλευση των νομίμων συνεπειών» < υπογραφή > < Παπαντωνίου Θεοδώρα >

4 Εγκρίθηκε από την τριμελή εξεταστική επιτροπή Τόπος: Ημερομηνία: ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

5 Περίληψη Ο σκοπός της πτυχιακής εργασίας είναι η μελέτη της ευρυεκπομπής της ψηφιακής τηλεόρασης. Μελετήθηκαν οι πλατφόρμες λογισμικού που επιτρέπουν την ανάπτυξη νέων προηγμένων υπηρεσιών και η θέση της Ευρωπαϊκής Ένωσης απέναντι σε αυτές τις πλατφόρμες. Αναπτύχθηκαν τα αίτια μετάβασης στην ψηφιακή τηλεόραση καθώς και τα αποτελέσματα του DVB Project για την προτυποποίηση της, τόσο σε επίπεδο μετάδοσης όσο και για την λήψη του ψηφιακού σήματος. Αναλύθηκε το έργο του DVB για όλες τις πλατφόρμες (δορυφορική, καλωδιακή, κινητή, επίγεια) με έμφαση στην επίγεια. Αναφέρθηκαν οι παράγοντες που επηρεάζουν την ανάπτυξη της τελευταίας και η μετάβαση σ αυτήν στον ευρωπαϊκό χώρο. Όπως επίσης και οι ζώνες συχνοτήτων που εκπέμπονται, τις διαμορφώσεις που χρησιμοποιούν, τα πρότυπα, τη δομή δικτύου (SFN, MFN) καθώς και τύπους λήψης. Περιγράφονται τα τεχνικά χαρακτηριστικά του DVB-T, παράμετροι, προβλήματα και δυσκολίες όπως του φαινομένου Doppler. Επικεντρωνόμαστε στο πρόβλημα του φαινομένου Doppler και περιλαμβάνονται δύο προσομοιώσεις-πειράματα-μετρήσεις σε διάφορα περιβάλλοντα παρατηρώντας την επιρροή του φαινομένου κατά την μετάδοση ψηφιακού σήματος. -i-

6

7 Ευχαριστίες Για αυτή την εργασία θα ήθελα αρχικά να ευχαριστήσω τον καθηγητή μου Κόκκινο Κωνσταντίνο για την βοήθειά του, την οικογένεια μου για την συμπαράσταση και κατανόηση που έδειξαν, τους γονείς μου για την υποστήριξη που μου πρόσφεραν καθ όλη την διάρκεια των σπουδών μου, αλλά και δύο φίλες που εξαφάνισαν τις δυσκολίες αυτού του αποτελέσματος. Σας ευχαριστώ Δώρα Παπαντωνίου 4/5/2015 -iii-

8

9 Περιεχόμενα ΠΕΡΙΛΗΨΗ... I ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ... III ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... V 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ΚΑΘΙΕΡΩΣΗ, Η ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΚΑΙ ΟΙ ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΟΥ DVB PROJECT DVB : DIGITAL VIDEO BROADCASTING Η ΦΙΛΟΣΟΦΙΑ ΤΟΥ DVB PROJECT ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ DVB Πρότυπο MPEG MPEG ΤΑ ΠΡΟΤΥΠΑ ATSC ΚΑΙ ISDB Σύγκριση προτύπων DVB, ATSC και ISDB ΠΡΟΤΥΠΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ DVB Η τεχνολογία DVB-S και DVB-S Η τεχνολογία DVB-C και DVB-C Η τεχνολογία DVB-H Η τεχνολογία DVB-T και DVB-T ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗΣ OFDM Εισαγωγή στο σύστημα COFDM Η εφαρμογή της COFDM στην επίγεια ψηφιακή τηλεόραση ΔΟΜΗ ΔΙΚΤΥΟΥ MFN, SFN ΤΕΧΝΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΟΜΠΟΥ DVB-T ΕΚΠΟΜΠΗ ΨΗΦΙΑΚΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ ΓΙΑ ΔΙΑΦΟΡΟΥΣ ΤΥΠΟΥΣ ΛΗΨΗΣ Σταθερή λήψη Φορητή λήψη Κινητή λήψη v-

10 2.9.4 Περιοχή λήψης ΔΙΑΔΟΣΗ ΣΤΟΝ ΧΩΡΟ ΚΑΙ ΣΤΟΝ ΧΡΟΝΟ TO ΑΣΥΡΜΑΤΟ ΚΑΝΑΛΙ ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΔΙΑΔΟΣΗΣ ΔΙΑΛΕΙΨΕΙΣ Μακροσκοπικές διαλείψεις Μικροσκοπικές διαλείψεις ΜΟΝΤΕΛΑ ΣΚΕΔΑΣΗΣ ΣΕ ΜΑΚΡΟΚΥΨΕΛΕΣ ΨΗΦΙΑΚΑ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΤΗΛΕΟΡΑΣΗ Η ΜΕΤΑΒΑΣΗ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΝΑΛΟΓΙΚΗ ΣΤΗΝ ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΟΧΗ D και HDTV ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΤΗΛΕΟΡΑΣΗΣ ΠΕΙΡΑΜΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΓΙΑ ΣΤΑΘΕΡΗ ΚΑΙ ΦΟΡΗΤΗ ΛΗΨΗ ΚΥΚΛΩΜΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΨΗΦΙΑΚΗ ΛΗΨΗ ΣΕ ΕΥΡΩΠΑΪΚΗ ΠΟΛΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ vi-

11 1 Εισαγωγή Εξετάζοντας το DVB-T σήμα στην πτυχιακή, που είναι τα αρχικά του Digital Video Broadcasting Terrestrial, δεν μπορεί να μην αναφερθεί όλο το DVB Project που αναπτύχθηκε στη δεκαετία του 90. Φυσικά επεκτεινόμαστε στις τεχνολογικές προδιαγραφές που πρέπει να ικανοποιούν την ευρεία χρήση του σήματος ώστε να είναι αποδεκτό από τους περισσότερους. Παρουσιάζονται τα πρότυπα μετάδοσης DVB επικεντρώνοντας στο DVB-T και αναλύοντας τους τύπους δικτύου εκπομπής του αλλά και τεχνικές διαμόρφωσης. Γενικότερα περικλείονται όλα τα τεχνικά χαρακτηριστικά για σταθερή, φορητή και κινητή λήψη. Προχωράμε στο δεύτερο μέρος του τίτλου της εργασίας, καθώς η σειρά και δομή της καθορίζεται από αυτόν, δηλαδή στις δυσκολίες απώλειες που συναντά το σήμα κατά τη διάδοσή του. Όπως τις διαλείψεις, στις οποίες περιλαμβάνεται τι φαινόμενο Doppler. Αφού εξηγήσουμε τις έννοιες του τίτλου μας προχωράμε στην αναφορά της εξέλιξης της τεχνολογίας που όλοι γνωρίζουμε, την ψηφιακή τηλεόραση και τα πλεονεκτήματά της. Προβάλλονται δύο πειραματικές μετρήσεις που γίνονται σε πραγματικούς χρόνους. Το πρώτο για σταθερή και φορητή λήψη με κύκλωμα προσομοίωσης, κατά το οποίο μελετάται η επιρροή του φαινομένου Doppler, και βλέπουμε στα διαγράμματα τα αποτελέσματα μας κάνοντας τις κατάλληλες αλλαγές που περιγράφονται. Ενώ το δεύτερο έχει να κάνει με πείραμα που πραγματοποιήθηκε κατά την αποδοχή και εφαρμογή της μετάδοσης της ψηφιακής τηλεόρασης, αφορά κινητή λήψη και έχει σκοπό την τεχνική α- πόδοση του DVB-T σήματος, όπως και το σύνολο της εργασίας. Ξεκινάμε λοιπόν -1-

12

13 2 Η καθιέρωση, η λειτουργία και οι βασικές αρχές του DVB Project 2.1 DVB : Digital Video Broadcasting Tο ευρωπαϊκό πρότυπο DVB Project προέρχεται από την συμμαχία εταιριών του Ευρωπαϊκού χώρου και πλέον από όλο τον κόσμο. Σκοπός είναι η συμφωνία προδιαγραφών για τα συστήματα παράδοσης ψηφιακών μέσων που περιλαμβάνουν ευρυεκπομπη (broadcasting). Μέχρι το 1990 η μετάδοση ψηφιακής τηλεόρασης σε σπίτια θεωρείτο δύσκολη και υ- ψηλού κόστους υλοποίηση. Κατά το 1991 οι παροχείς προγράμματος broadcasters αλλά και οι κατασκευαστές οικιακού εξοπλισμού θέλουν να διαμορφώσουν συντονισμένη πανευρωπαϊκή πλατφόρμα για την ανάπτυξη της επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης. Έτσι συγκροτήθηκε η ομάδα ELG-DVB (European Launching Group for Digital Video Broadcasting) που επεκτάθηκε με μεγάλους ομίλους των media δημοσίους και ιδιωτικούς κατασκευαστές ηλεκτρονικών καταναλωτικών προϊόντων, κρατικούς φορείς και ρυθμιστικές αρχές. Τον Σεπτέμβριο του 1993 λοιπόν ξεκίνησε το DVB project με 83 μέλη με βάση την Ευρώπη. Υπεγράφει το DVB MoU (Memorandum of Understanding) για τον καθορισμό των κανόνων που θα βασίζονταν αυτή η συνδυασμένη δράση και άρχισαν οι προσπάθειες για το DVB σύστημα δορυφορικής ψηφιακής μετάδοσης. Σήμερα το DVB Project αριθμεί περισσότερα από 275 μέλη στον κόσμο. Εικόνα 1: Επίσημο λογότυπο DVB,σχεδιασμένο από τον Phillip Juttens. 2.2 Η φιλοσοφία του DVB Project Στηριζόταν στα εξής σημεία: -3-

14 Ανάπτυξη μιας ολόκληρης ομάδας από ψηφιακές δορυφορικές καλωδιακές και επίγειες τεχνολογίες εκπομπής σε ένα σώμα προτού γίνουν πρότυπα. Συστήματα-υποδοχείς που φέρουν συνδυασμούς εικόνας ήχου και πολυμέσων ανοικτά και έτοιμα για SDTV, EDTV, HDTV, surround ήχο ή οποιοδήποτε νέο είδος media προκύψει στο μέλλον. Κατάληξη σε ETSI ( European Telecommunication Standard Institute) πρότυπα για φυσικά στρώματα, διόρθωση λαθών και μεταφορά για κάθε μέσο παράδοσης. Κατάληξη σε μια ETSI έκθεση-περιγραφή συστημάτων βασικής συχνότητας που είναι επιλογές για φέρον. Συμβατότητα στις διαφορετικές πλατφόρμες παράδοσης για μείωση του κόστους. Χρήση ήδη υπαρχόντων ανοιχτών πρότυπων οποτεδήποτε είναι διαθέσιμα. 2.3 Λειτουργία του DVB Τα μέλη του DVB Project αναπτύσσουν και συμφωνούν προδιαγραφές οι οποίες προωθούνται μετά για έγκριση στις επιτροπές των ευρωπαϊκών standards για τα συστήματα των media τις EBU/CENELEC/ETSI Joint Technical Committee. Οι προδιαγραφές τότε γίνονται επίσημα πρότυπα είτε από το CENELEC είτε στην πλειοψηφία των περιπτώσεων από το ETSI. To Project διοικείται από το DVB Project Office, του οποίου το προσωπικό είναι υπάλληλοι της EBU στη Γένοβα της Ελβετίας αλλά δουλεύουν αποκλειστικά πάνω στα θέματα ενδιαφέροντος των μελών του DVB project. Σήμερα το DVB Project είναι πολύ επιτυχημένο και δεν δείχνει σημάδια επιβράδυνσης του έργου του. Πάνω από 120 εκατομμύρια δέκτες DVB είναι εγκατεστημένοι σε σπίτια σε όλο τον κόσμο και όλοι με το DVB Logo που δημιούργησε ο Phillip Juttens. Κάθε συμμετέχουσα ομάδα του Project έφερε μια συγκεκριμένη ειδίκευση στο τραπέζι. Η EBU αξιοποιώντας την εμπειρία της στην οργάνωση τεχνικών επιτροπών και δημοσιεύσεων βοήθησε στην ίδρυση ενός πλαισίου μέσα στο οποίο θα μπορούσε να κινηθεί η δουλειά του Project. Η βιομηχανία έφερε ένα στοιχείο κλειδί: η πεποίθηση ότι η ανάπτυξη προδιαγραφών αξίζει εάν και όταν αυτές μπορούν να μεταφραστούν σε προϊόντα -4-

15 τα οποία έχουν άμεση εμπορική αξία. Κατά συνέπεια οι προδιαγραφές του DVB οδηγούνται από την αγορά. Αυτή η συνειδητή προσπάθεια ήταν πιθανότατα τότε μοναδική στον κόσμο της δημιουργίας προτύπων και συνέβαλε τα μέγιστα στην επιτυχία των προτύπων του DVB. Αρχές της δεκαετίας του 1990 είχε αναπτυχθεί το πρότυπο DAB για το ψηφιακό ραδιόφωνο και το σύστημα συμπίεσης βίντεο MPEG 1 που ανέπτυξε το IEC/ISO JTC, προμήνυε τη νέα εποχή του DCT που θα μπορούσε να εφαρμοστεί στην τηλεοπτική ευρυεκπομπή Ένα αναλογικό HDTV σύστημα ευρυεκπομπής το HD-MAC είχε μόλις αναπτυχθεί από μία συνεργασία ευρωπαϊκών κατασκευαστών και άλλων. Κάτι που χαρακτηρίστηκε ως «δύσκολα επιθυμητό- οικονομικά αποδεκτό από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή». Τα προβλήματα του παρελθόντος προσπάθησε να ξεπεράσει με την οργάνωση του το DVB. Σημαντικό ρόλο σε αυτό έπαιξε η EBU, η οποία οργάνωσε και ανέλαβε το Project. Νέα συστήματα χρειάζονται την αποδοχή όλων των μερών της αλυσίδας ευρυεκπομπης, αλλιώς δεν πρόκειται να χρησιμοποιηθούν. Το DVB Project με επιμονή των μεγάλων ιδιωτικών παροχών απέκτησε επίσης δομή δύο λειτουργικών σωμάτων. Το τεχνικό και το εμπορικό ελέγχουν το ένα τη δουλειά του άλλου. Η μια ομάδα ερευνά ερωτήματα όπως: «τι χρειάζεται να γίνει για αυτό ώστε να είναι επαγγελματική επιτυχία» ή «το χρειάζεται ο κόσμος». Αποφασίζει δηλαδή τα χαρακτηριστικά ή τα επίπεδα κόστους που απαιτούνται για να γίνει ένα προϊόν επιτυχία. Εμπειρογνώμονες τεχνικοί βρίσκουν τεχνικές λύσεις που να καλύπτουν τις απαιτήσεις που έχουν τεθεί δημιουργώντας τεχνική προδιαγραφή. Όπως προαναφέραμε το DVB Project συνήθιζε στο παρελθόν και συνεχίζει να σχεδιάζει εκτεταμένα πάνω σε πρότυπα από τα ISO/IEC JTC MPEG. Η μεταφορά για όλα τα συστήματα γίνεται με την MPEG 2 ροή μεταφοράς. Η αναφορά του DVB που δίνει υ- ποψηφιότητες για συστήματα βασικής ζώνης ακολουθεί τα συστήματα που αναπτύχτηκαν στο JTC MPEG Πρότυπο MPEG-2 Σύμφωνα με την Ένωση Διεθνών Επικοινωνιών και το μοντέλο ψηφιακής επίγειας εκπομπής του Τομέα Ραδιοσυχνοτήτων (ITU-R). Το στρώμα μεταφοράς τροφοδοτεί το -5-

16 συρμό δεδομένων στο σύστημα μετάδοσης RF. Άρα είναι σημαντικό ο μηχανισμός μετάδοσης να κατανοεί το MPEG-2. Εικόνα 2: Μοντέλο μετάδοσης ψηφιακής τηλεόρασης Εφόσον δεν υπάρχει προστασία από σφάλματα στη ροή μεταφοράς παρέχονται στο στρώμα μετάδοσης συμβατοί κώδικες διόρθωσης λαθών με πρόβλεψη (FORWARD ERROR CORRECTION CODES FEC). Το MPEG-2 αναφέρεται σε μία ομάδα τεσσάρων κανόνων που έχουν υιοθετηθεί από τον Οργανισμό Διεθνών Κανόνων (ISO). Μαζί αυτοί οι κανόνες καθορίζουν την σύνταξη για την κωδικοποίηση της πηγής της εικόνας και ήχου την πακετοποίηση και την δημιουργία δικτυωτού πλέγματος για σήματα εικόνας, ήχου και δεδομένων για τα συστήματα DTV, DVB-T και ISDB-T ( Integrated Services Digital Broadcasting). Το MPEG-2 καθορίζει τα πρωτόκολλα για ψηφιακή συμπίεση των οπτικών και ακουστικών δεδομένων. Αυτά τα «προφίλ» κωδικοποίησης εικόνας επιτρέπουν την κωδικοποίηση τεσσάρων διαμορφώσεων πηγής, που ποικίλουν από ποιότητα VCR ως πλήρη HDTV με το κάθε προφίλ να απαιτεί προοδευτικά υψηλότερους ρυθμούς ψηφίων. Πολλά εργαλεία συμπίεσης είναι επίσης διαθέσιμα με το κάθε υψηλότερο επίπεδο να έχει όλο και περισσότερο περίπλοκη φύση. Η περίπλοκη φύση κάθε επιπέδου επηρεάζει την ποιότητα της εικόνας και την περιπλοκότητα του -6-

17 δέκτη για ένα δεδομένο ρυθμό ψηφίων. Γενικά, όσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός ψηφίων, τόσο υψηλότερη είναι η ποιότητα της εικόνας και του ήχου. Τεστ δείχνουν ότι η εικόνα ποιότητας στούντιο μπορεί να επιτευχθεί με ρυθμό ψηφίων περίπου 9Mb/s. Η ποιότητα εικόνας για καταναλωτές μπορεί να επιτευχθεί σε μία αναλογία ψηφίων από 2.5 ως 6Mb/s, ανάλογα με το περιεχόμενο της εικόνας. Όσον αφορά τον ήχο, η ακουστική συμπίεση επωφελείται από την ακουστική επικάλυψη κωδικοποιώντας σε χαμηλούς ρυθμούς δεδομένων ήχους χαμηλού επιπέδου σε κοντινές συχνότητες. Αλλά συστατικά ήχου που δεν μπορούν να ακουστούν δεν κωδικοποιούνται. Το αποτέλεσμα είναι η ακουστική ποιότητα να πλησιάζει εκείνη ενός compact disk σε σχετικά χαμηλό ρυθμό δεδομένων. Η φόρμα μεταφοράς και το πρωτόκολλο βασίζονται σε ένα πακέτο σταθερού μήκους που ορίζεται και βελτιώνεται για τη διαβίβαση ψηφιακής τηλεόρασης. Το πρότυπο MPEG2 υποστηρίζει ρυθμούς μέχρι και 30Mb/s χρησιμοποιήθηκε ευρέος στα DVD (digital versatile disk) και αποτελεί τη βάση πάνω στην οποία στηρίζονται όλες οι προσπάθειες για την δημιουργία συστημάτων ψηφιακής τηλεόρασης. Μετά το MEPG2 ο διεθνής οργανισμός προτυποποίησης ISO προχωράει στον ορισμό του προτύπου MPEG4. Το νέο αυτό πρότυπο έρχεται να καλύψει τις νέες απαιτήσεις σε περιβάλλοντα πολυμέσων όπου οπτικοακουστική πληροφορία ανταλλάσσεται σε ψηφιακή μορφή. Τόσο το πρότυπο MPEG2 όσο και το MPEG4 είναι πρότυπα που κατά την συμπίεση χάνουν δεδομένα. Στην περίπτωση του MPEG4 εκτός της μεγαλύτερης πολυπλοκότητας των αλγορίθμων συμπίεσης, η απώλεια δεδομένων είναι μεγαλύτερη και αυτό έχει ως αποτέλεσμα θεωρητικά η ποιότητα video να είναι σε χαμηλότερα επίπεδα. Στην πράξη επειδή όπως εκτιμάται το MPEG4 έχει 40% μεγαλύτερη συμπίεση δίνει την δυνατότητα στο ίδιο bandwidth μεταφορά μεγαλύτερης πληροφορίας με συνέπεια μεγαλύτερη ποιότητα εικόνας σε σχέση με το MPEG2. Έτσι έχουμε καλύτερη αξιοποίηση του φάσματος συχνοτήτων και την δημιουργία κατάλληλων προϋποθέσεων για την τηλεόραση υψηλής ανάλυσης (HDTV). Πρακτικά αυτό σημαίνει ότι η χωρητικότητα ανά πολυπλέκτη DVB-T με συμπίεση MPEG2 φθάνει μέχρι τα 8 κανάλια απλής ανάλυσης (single definition-sd) ή το ένα κανάλι υψηλής ανάλυσης (HD) ενώ οι αντίστοιχες χω- -7-

18 ρητικότητες είναι 16 SD και 3 HD κανάλια ανά πολυπλέκτη για την πιο αποδοτική μέθοδο συμπίεσης MPEG MPEG-4 Τα πρότυπα MPEG4 παρέχουν ένα σύνολο τεχνολογιών για να ικανοποιήσουν τις ανάγκες των συντακτών/δημιουργών, των προμηθευτών διαφόρων υπηρεσιών και των τελικών χρηστών επίσης. Οι στόχοι αυτοί επιτυγχάνονται με την παροχή τυποποιημένων τρόπων: 1. Να απεικονίσει μονάδες ακουστικού οπτικού ή οπτικοακουστικού περιεχομένου, αποκαλούμενες «πολυμεσικά αντικείμενα». Αυτά τα πολυμεσικά αντικείμενα μπορούν να είναι φυσικής ή ψηφιακής προέλευσης, πράγμα που σημαίνει ότι θα μπορούσαν να καταγραφούν με μία φωτογραφική μηχανή ή ένα μικρόφωνο ή να έχουν παραχθεί από υπολογιστή. 2. Να περιγράψει τη σύνθεση αυτών των αντικειμένων ώστε να δημιουργηθούν τα σύνθετα πολυμεσικά αντικείμενα που διαμορφώνουν οπτικοακουστικές σκηνές. 3. Να πολυπλέξει και να συγχρονίσει τα δεδομένα που συνδέονται με τα πολυμεσικά αντικείμενα έτσι ώστε να μπορούν να μεταφερθούν από τα κανάλια δικτύων που παρέχουν μια QoS κατάλληλη για τη φύση του εκάστοτε πολυμεσικού αντικειμένου. 4. Να αλληλεπιδράσει με την οπτικοακουστική σκηνή που παράγεται στον τελικό δέκτη. Άλλα ζητήματα που αντιμετωπίζονται από τα συστήματα MPEG4 Διαδραστικότητα που περιλαμβάνει: διαδραστικότητα βασισμένη σε σχέση πελάτη-εξυπηρετητή (client-server), ένα γενικό μοντέλο γεγονότων για να προκαλεί γεγονότα ή να δρομολογεί τις ενέργειες των χρηστών, το γενικό χειρισμό των γεγονότων και την δρομολόγηση μεταξύ των αντικειμένων στη σκηνή, επάνω στο χρήστη ή στα προκαλούμενα στη σκηνή γεγονότα. Ένα εργαλείο για την παρεμβολή πολλαπλών ροών σε μια ενιαία ροή συμπεριλαμβανομένων των πληροφοριών χρονισμού (εργαλείο Fle Mux). Ένα εργαλείο για την αποθήκευση των MPEG4 δεδομένων σε ένα αρχείο (το format των MPEG4 αρχείων είναι.mp4). -8-

19 Διεπαφές στις διάφορες πλευρές των τερματικών και των δικτύων, υπό τη μορφή Java API s (MPEG-J). Ανεξαρτησία από το στρώμα μεταφορών. Αναφορές στις σχετικές λίστες του πρωτοκόλλου μεταφοράς συσσωρεύονται, όπως (RDP)/UDP/IP ή MPEG-2TS μπορούν να καθοριστούν ή καθορίζονται από τους αρμόδιους οργανισμούς τυποποίησης. Απεικόνιση κειμένων με την υποστήριξη διεθνών γλωσσών. Η έναρξη και η συνεχής διαχείριση των καταχωρητών του λαμβάνοντος τερματικού. Μηχανισμοί προσδιορισμού συγχρονισμού και αποκατάστασης χρονισμού. Σύνολα δεδομένων που καλύπτουν τον προσδιορισμό των δικαιωμάτων πνευματικής ιδιοκτησίας σχετικά με τα πολυμεσικά αντικείμενα. 2.4 Τα πρότυπα ATSC και ISDB Το πρότυπο DVB δεν μπορούσε να γίνει παγκοσμίως αποδεκτό. Αναπτύχτηκαν λοιπόν παράλληλα με το ευρωπαϊκό πρότυπο κι άλλα δύο που έγιναν αποδεκτά σε άλλες ηπείρους. Το Advanced Television Systems Committee (ATSC) αναπτύχθηκε στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής από την ομώνυμη επιτροπή και καθιερώθηκε το 1996 από την Federal Communications Commission (FCC) για να αντικαταστήσει το ήδη υπάρχον αναλογικό σύστημα τηλεοπτικής μετάδοσης (NTSC). Η τεχνική μετάδοσης που χρησιμοποιεί είναι η 8-Level Vestigial Side-Band (8-VSB0). Το νέο αυτό πρότυπο προσφέρει εικόνες ευρείας οθόνης 16:9 με ανάλυση 1920*1080, δηλαδή 6 φορές μεγαλύτερη από την ανάλυση που προσφέρει το NTSC. Στον τομέα ήχου χρησιμοποιεί το format AC-3 τεχνολογίας Dolby Digital που δημιουργήθηκε από την Dolby Laboratories. Έτσι είναι ικανό να προσφέρει πολυκαναλικό ήχο. Το πρότυπο αυτό εκτός από τις ΗΠΑ, έγινε α- ποδεκτό και από άλλες χώρες όπως ο Καναδάς, το Μεξικό και η Νότια Κορέα. -9-

20 Εικόνα 3: Επίσημο λογότυπο του προτύπου ATSC Το Integrated Services Digital Broadcasting (ISDB) αναπτύχθηκε στην Ιαπωνία το 1999 από την ARIB (Association of Radio Industries and Businesses). Πήρε την ονομασία του λόγω της ομοιότητας του με το πρότυπο ISDN, αφού και τα δύο επιτρέπουν πολλαπλά κανάλια δεδομένων να μεταδίδονται ταυτόχρονα. Ο πυρήνας των προτύπων του ISDB είναι το ISDB-S (satellite television), το ISDB-T (terrestrial) το ISDB-C (cable) και η κινητή ευρυεκπομπή στη ζώνη των 2.6GHz ενώ η τεχνική που χρησιμοποιεί είναι η Bandwidth Segmented Transmission-Orthogonal Frequency Division Multiplexing (BST-OFDM) Σύγκριση προτύπων DVB, ATSC και ISDB Τα 3 αυτά συστήματα ψηφιακής ευρυεκπομπής τηλεοπτικών δεδομένων κάνουν πολλές χώρες να ψάχνουν ποιο είναι το καταλληλότερο για τις ίδιες καθώς χαρακτηριστικά, ανάγκες και απαιτήσεις διαφέρουν όπως επίσης και γεωγραφικές ιδιαιτερότητες. Επιπροσθέτως η επιλογή προτύπου βασίζεται στην διαχείριση στοιχείων όπως οι απαιτήσεις κάλυψης, η διαχείριση του φάσματος συχνοτήτων, η δομή των δικτύων, οι όροι λήψης, ο τύπος υπηρεσίας που απαιτείται καθώς και το κόστος προς του καταναλωτές. Έτσι οδηγούνται στην σύγκριση. Το DVB και το ISDB παρουσιάζουν ικανοποιητικότερη συμπεριφορά σε περιβάλλοντα πολυδιαδρομικών μεταδόσεων σε σχέση με το ATSC. Αμφότερα χρησιμοποιούν την τεχνική πολυπλεξίας OFDM η οποία κάνει χρήση ενός μεγάλου αριθμού φερόντων (multi carrier frequency). Καθένα από τα φέροντα αυτά διαμορφώνεται σύμφωνα με μία από τις τεχνικές διαμόρφωσης Quadrature Phase Shift Keying (QPSK), 16 Quadrature Amplitude Modulation (16 QAM) ή 64 Quadrature Amplitude Modulation (64 QAM). Η ωφέλιμη πληροφορία κατανέμεται ομοιόμορφα στο φάσμα γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της ευρωστίας του σήματος στο θόρυβο και στα φαινόμενα πολυδιαδρομικών μεταδόσεων. Κατ επέκταση τα DVB και τα ISDB ευνοούν τη χρήση δικτύων SFNs (Single Frequency Networks) τα οποία -10-

21 αφενός χρησιμοποιούν πολύ αποδοτικά το διαθέσιμο φάσμα συχνοτήτων και αφετέρου βελτιώνουν σε μεγάλο βαθμό την ποιότητα της κάλυψης. Αντιθέτως το Αμερικάνικο πρότυπο ATSC χρησιμοποιεί την τεχνική 8-Level Vestigial Side-Band (8-VSB), η οποία χαρακτηρίζεται ως «single carrier frequency» και υιοθετεί την τεχνική της υπολειμματικής πλευρικής ζώνης (VSB). To ATSC δεν αντιμετωπίζει ιδιαίτερα αποδοτικά τα φαινόμενα πολυδιαδρομικών μεταδόσεων και βρίσκει εφαρμογή μόνο σε MFNs δίκτυα (Multi Frequency Networks). Εντούτοις παρουσιάζει μεγάλη ανθεκτικότητα στο θόρυβο που δημιουργείται από τη χρήση ηλεκτρικών συσκευών, γεγονός που αποδεικνύεται ωφέλιμο σε αστικές περιοχές και στην VHF ζώνη συχνοτήτων, αφού τέτοιου είδους θόρυβος γίνεται εμφανής στην συγκεκριμένη ζώνη. Καθοριστικό σημείο σύγκρισης των τριών προτύπων αποτελεί η δυνατότητα υποστήριξης κινητής λήψης. Το ATSC δεν έχει βελτιστοποιηθεί για την υποστήριξη κινητής λήψης αφού το ενδιαφέρον για εφαρμογές κινητών τηλεπικοινωνιών δεν ήταν ανέκαθεν υψηλό στις χώρες της Αμερικής. Αντίθετα η Ιαπωνία δεν έχει εκδηλώσει ενδιαφέρον για ανάπτυξη τέτοιου είδους εφαρμογών, οπότε και το πρότυπο που αυτή υποστηρίζει είναι προσανατολισμένο προς την ανάλογη κατεύθυνση. Ομοίως, κινητή λήψη υποστηρίζεται και από το Ευρωπαϊκό DVB, δεδομένου ότι χρησιμοποιεί την ίδια τεχνική με το Ιαπωνικό πρότυπο. Έτσι τα DVB και ISDB χρησιμοποιούνται για την μετάδοση δεδομένων σε φορητούς δέκτες τηλεόρασης, σε υπολογιστές χειρός και σε άλλου τύπου φορητές συσκευές. Όσον αφορά το ρυθμό μετάδοσης, το DVB είναι ιδιαίτερα ευέλικτο σε αντίθεση με το ATSC και ευπροσάρμοστο σε ανάγκες της παρεχόμενης υπηρεσίας. Παράδειγμα: το Ευρωπαϊκό DVB σε κανάλι εύρους ζώνης των 8MHz παρέχει ρυθμό μετάδοσης που κυμαίνεται από 4.98 Mbit/sec μέχρι και 31.64Mbit/sec,ενώ το Αμερικάνικο ATSC σε κανάλι του ίδιου εύρους παρέχει ρυθμό μετάδοσης της τάξης των 19.3Mbit/sec. Ιδιαίτερο βάρος κατά την ανάπτυξη της ψηφιακής τηλεόρασης στην Αμερική δόθηκε στην βελτίωση της ποιότητας της εικόνας, διότι το πρότυπο της αναλογικής τηλεόρασης που χρησιμοποιούσε, υστερούσε στον τομέα αυτό (NTSC-525 γραμμές). Συνεπώς η Αμερική επεδίωξε την υποστήριξη της υπηρεσίας HDTV.Προς την ίδια κατεύθυνση προσανατολίζεται και το Ιαπωνικό πρότυπο ISDB, ενώ το Ευρωπαϊκό εισήγαγε τελευταίο την συγκεκριμένη υπηρεσία. Η σταδιακή αντικατάσταση της αναλογικής τηλεόρασης από την ψηφιακή, καθιστά αναπόφευκτη την συνύπαρξη των δύο διαφορετικών τεχνολογιών. Η συνύπαρξη αυτή είναι εφικτή και από τα τρία πρότυπα. -11-

22 Σύμφωνα με τα παραπάνω το ATSC το οποίο υποστηρίζει ρυθμό μετάδοσης της τάξης των 19.3Mbps, έχει συγκρίσιμη απόδοση με το πρότυπο DVB στην παρεμβολή της ψηφιακής με την αναλογική τηλεόραση. Επίσης, είναι πιο εύρωστο στον θόρυβο που δημιουργείται από τις ηλεκτρικές συσκευές και λιγότερο στις πολυδιαδρομικές μεταδόσεις. Η χρήση του ATSC είναι πιο αποδοτική στα MFNs καθώς και στην παροχή HDTV υπηρεσίας. Το DVB ανταποκρίνεται επαρκώς στα φαινόμενα πολυδιαδρομικών μεταδόσεων, ενώ η χρήση του θεωρείται ιδιαίτερα αποτελεσματική στα SFNs καθώς και στην υποστήριξη κινητής λήψης. Είναι ιδιαίτερα ευέλικτο υποστηρίζοντας ρυθμούς μετάδοσης που κυμαίνονται από 4.98Mbit/sec μέχρι και 31.67Mbit/sec, ανάλογα με τις ανάγκες της παρεχόμενης υπηρεσίας. Τέλος το ISDB, αποτελώντας μια υβριδική προσέγγιση του Αμερικάνικου και του Ευρωπαϊκού προτύπου υποστηρίζει τεχνική διαμόρφωσης παρόμοια με αυτή της Ευρώπης, ενώ πολλά χαρακτηριστικά του όπως η υποστήριξη HDTV συγκλίνουν στο Αμερικάνικο ATSC. Εικόνα 4: Παγκόσμιος χάρτης υιοθέτησης προτύπων (Μάρτιος 2006) 2.5 Πρότυπα μετάδοσης DVB Σύμφωνα με το αγγλοσαξονικό αρκτικόλεξο η ψηφιακή αναμετάδοση σήματος DVB περιλαμβάνει τεχνολογίες όπως: -12-

23 DVB-T (Terrestrial) : Επίγεια μετάδοση DVB-S (Satellite) : Δορυφορική μετάδοση DVB-C (Cable) : Καλωδιακή μετάδοση DVB-H (Handheld) : Κινητή τηλεόραση (mobile TV) Η τεχνολογία DVB-S και DVB-S2 Το σύστημα DVB-S (Digital Video Broadcasting over Satellite) σχεδιάστηκε για την μετάδοση ψηφιακής τηλεόρασης και για ευρυεκπομπή (broadcast) μέσω δορυφόρου. Το DVB-S αναπτύχθηκε στα πλαίσια του DVB και τυποποιήθηκε από το Ευρωπαϊκό Ινστιτούτο Τηλεπικοινωνιακών Προτύπων (ETSI). Οι προδιαγραφές του προτύπου έχουν εγκριθεί από το Τα σήματα της δορυφορικής τηλεόρασης είναι ψηφιακής μορφής, παρά το ότι στην πλειοψηφία των περιπτώσεων οι τηλεοράσεις που το χρησιμοποιούσαν πριν την επανάσταση των LCD ήταν αναλογικές. Για να ήταν δυνατή η αναπαραγωγή ως σήματος αναλογικής μορφής, ο δέκτης της ψηφιακής τηλεόρασης μετέτρεπε το ψηφιακό σήμα σε αναλογική μορφή, την οποία αναγνώριζε και μπορούσε να αναπαράγει μία κανονική τηλεόραση. Η κωδικοποίηση που χρησιμοποιείται στο DVB-S είναι το MPEG-2 και ο τύπος της διαμόρφωσης είναι QPSK ή το MAPSK. Υπάρχουν δύο τύποι ψηφιακού σήματος για την δορυφορική τηλεόραση: Ελεύθερο. Το DVB-S είναι ο κύριος τύπος σήματος για τη δορυφορική τηλεόραση με ελεύθερη μετάδοση σήματος. Αυτός ο τύπος προγράμματος είναι διαθέσιμος σε όλο τον κόσμο και ιδιαίτερα δημοφιλής στην Ευρώπη. Επ αμοιβή. Τα περισσότερα δορυφορικά τηλεοπτικά σήματα DTH (direct to home) είναι κρυπτογραφημένα και η προβολή του προγράμματος μπορεί να γίνει μόνο με συνδρομή. Οι συνδρομητές παραλαμβάνουν έναν αποκωδικοποιητή από την τοπική υπηρεσία παροχής τηλεοπτικού προγράμματος, ο οποίος αποκρυπτογραφεί τα σήματα των κρυπτογραφημένων προγραμμάτων. -13-

24 Εικόνα 5 Το DVB-S2 αποτελεί τη δεύτερης γενιάς προτύπων δορυφορικής μετάδοσης στα πλαίσια του προγράμματος DVB. Κάτω από τις ίδιες συνθήκες μετάδοσης το DVB-S2 επιτυγχάνει αύξηση της χωρητικότητας μετάδοσης ως και 30% σε σχέση με το DVB-S. Σε αντίθεση με το DVB-S, το πρότυπο DVB-S2 δεν περιορίζεται μόνο σε κωδικοποίηση βίντεο και ήχου MPEG-4 αλλά είναι σχεδιασμένο έτσι ώστε να διαχειρίζεται μια ποικιλία πρωτοκόλλων ήχου, βίντεο και δεδομένων. Το DVB-S2 προσαρμόζεται σε οποιοδήποτε τύπο ροής εισόδου δεδομένων, όπως είναι η συνεχής ροή bit, απλά ή πολλαπλά MPEG TS, IP datagrams καθώς και πακέτα ATM Η τεχνολογία DVB-C και DVB-C2 Το σύστημα DVB-C για την καλωδιακή εκπομπή έχει σχεδιασθεί για να τροφοδοτείται από συνδυασμό σημάτων από δορυφόρους και από τοπικά προγράμματα που προέρχο- -14-

25 νται από άξονες διανομής. Τα περιεχόμενα του προγράμματος συναρμολογούνται στην κεφαλή του συστήματος. Τα σήματα που προέρχονται από δορυφόρο συνήθως αποπολυπλέκονται στην κεφαλή πριν εισαχθούν στο πολυπλεγμένο καλωδιακό πρόγραμμα. Βασικό χαρακτηριστικό του συστήματος DVB-C είναι η ομοιότητα του με το δορυφορικό σύστημα DVB-S, όσον αφορά τον τρόπο λειτουργίας με μόνη ουσιαστική διαφορά τη διαμόρφωση η οποία στην περίπτωση του καλωδιακού συστήματος είναι Μ- ορθογωνική διαμόρφωση εύρους (M-quadrature amplitude modulation (MQUAM)). Βασικό περιοριστικό χαρακτηριστικό του συστήματος DVB-C είναι το εύρος του καλωδιακού καναλιού που είναι 7 ως 8 MHz. Παρόλα αυτά τα καλωδιακά δίκτυα θεωρούνται αποτελεσματικά και αποδοτικά μέσα για την ψηφιακή τηλεόραση. Ο ρυθμός μετάδοσης δεδομένων μπορεί να φτάσει τα 64 Mbit/sec ανάλογα με τις παραμέτρους διαμόρφωσης. Η πιο πρόσφατη προσπάθεια προτύπων DVB-C2 ακολουθεί την τυποποίηση DVB-S2 με 30-50% περισσότερη ρυθμαπόδοση σε σχέση με το DVB-C όπως επίσης επιτρέπει την ευρεία εισαγωγή των προηγμένων ψηφιακών υπηρεσιών TV μέσω του καλωδίου. Μερικές από τις απαιτήσεις μεγαλύτερης ρυθμαπόδοσης περιλαμβάνουν: Ανάγκη για μεγαλυτερη ικανότητα μεταφοράς δεδομένων στα καλωδιακά δίκτυα και εφαρμόσιμα στις νέες υπηρεσίες, όπως η HDTV, VOD και άλλες εξατομικευμένες και διαλογικές υπηρεσίες. Ανάγκη για τις εταιρίες (παρόχοι καλωδιακής τηλεόρασης) να παραμείνουν ανταγωνιστικές και ευέλικτες και να είναι σε θέση να παρέχουν μια ψηφιακή προσφορά, ανταγωνιστική στις ψηφιακές αγορές της τηλεόρασης. Η ανάγκη των παροχών να παραμείνουν ικανοί να αναμεταδίδουν ολόκληρη την πολύπλεξη που λαμβάνεται μέσω των δορυφορικών ή επίγειων δικτύων χρησιμοποιώντας τα ανώτερα σχέδια διαμόρφωσης Η τεχνολογία DVB-H Το DVB-H (Digital Video Broadcasting Handheld) αποτελεί ένα ψηφιακό πρότυπο εκπομπής για τη μετάδοση περιεχομένου σε μικρού μεγέθους φορητές συσκευές όπως κινητά τηλέφωνα και PDAs (Personal Digital Assistants). Ο καθορισμός των τεχνικών προδιαγραφών ξεκίνησε το φθινόπωρο του 2002 και ολοκληρώθηκε το Φεβρουάριο του Στη συνέχεια εκδόθηκε ως πρότυπο από το ETSI το Νοέμβριο του

26 Η τεχνολογία DVB-H προέρχεται από το πρότυπο DVB-T και είναι συμβατή με αυτό. Το DVB-H μπορεί να προσφέρει downstream κανάλι με υψηλό data rate (Mbit/sec), ως βελτίωση των δικτύων κινητής τηλεφωνίας, το οποίο είναι προσβάσιμο από τις περισσότερες τυπικές συσκευές. Το κανάλι αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές ροής ήχου και εικόνας, σε file downloading και πολλές άλλες υπηρεσίες. Συνεπώς, το DVB-H γεφυρώνει τα παραδοσιακά συστήματα εκπομπής με τον κόσμο των κυψελωτών δικτύων, εισάγοντας ταυτόχρονα νέους τρόπους παροχής υπηρεσιών σε φορητά τερματικά και παρέχοντας νέες επιχειρηματικές δραστηριότητες στους παρόχους περιεχομένου (content providers) και στους διαχειριστές δικτύων (network operators). Ο όρος IP εκπομπή δεδομένων (IP Datacast) χρησιμοποιείται από το DVB για τα τεχνικά στοιχεία που απαιτούνται για τη δημιουργία υπηρεσιών βασισμένων στο DVB-H. Το σετ των προδιαγραφών για αυτή την IP εκπομπή δεδομένων εγκρίθηκε από το DVB τον Οκτώβριο του Η τεχνολογία DVB-T και DVB-T2 Το DVB-T (Digital Video Broadcasting-Terrestrial) είναι το πρότυπο της ευρωπαϊκής κοινοπραξίας DVB για την μετάδοση του επίγειου ψηφιακού σήματος. Η εκπομπή DVB-T σήματος γίνεται με μία συμπιεσμένη ψηφιακή οπτικοακουστική ροή δεδομένων, χρησιμοποιώντας διαμόρφωση COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing Κωδικοποιημένη Ορθογώνια Πολυπλεξία Διαίρεσης Συχνότητας ) με QPSK ή QAM. Οι μέθοδοι κωδικοποίησης πηγής ήταν το MPEG-2 και πιο πρόσφατα MPEG-4. Για το σήμα του DVB-T χρησιμοποιούνται διάφοροι κώδικες και μέθοδοι βελτιστοποίησης, όπως ο Reed-Solomon για μπλοκ και ο Viterbi για συνελικτική bit κωδικοποίηση. Αυτοί εφαρμόζονται για τη μεγαλύτερη σταθερότητα του σήματος παρέχοντας προστασία από μεμονομε να λάθη ή εκρήξεις λαθών. Το DVB-T υποστηρίζει δύο τύπους δικτύου εκπομπής τους MFN και SFN. Tα δίκτυα MFN (Multi Frequency Network) ή Δίκτυα Πολλών Συχνοτήτων επιτρέπουν την εκπομπή ίδιων ή διαφορετικών προγραμμάτων ανά εκπομπή και σε διαφορετικές συχνότητες. Τα δίκτυα SFN (Single Frequency Network) ή Δίκτυα Κοινής Συχνότητας είναι αυτά που έχουν επικρατήσει στην επίγεια ψηφιακή τηλεόραση όπου επιτρέπουν κατανεμημένη εκπομπή του ίδιου προγράμματος από πολλούς πομπούς που λειτουργούν στην ίδια συχνότητα. Δηλαδή, στα δίκτυα SFN όλοι οι πομποί στο δίκτυο χρησιμοποιούν την -16-

27 ίδια συχνότητα και συνεισφέρουν σε μια επιθυμητή περιοχή κάλυψης, δεν λειτουργούν αυτόνομα και πρέπει να μεταφέρουν το ίδιο περιεχόμενο. Όλοι οι πομποί ενός SFN είναι συγχρονισμένοι ώστε να μην υπάρχει καταστροφική συμβολή (παρεμβολές ) των σημάτων τους στο δέκτη. Ο συγχρονισμός επιτυγχάνεται με την κατάλληλη επιλογή του ψηφιακού σήματος σε συνδυασμό με την επιλογη κατάλληλης απόστασης ( με χρήση GPS ) των κέντρων εκπομπής του SFN. Τέλος, τα δίκτυα SFN επιτυγχάνουν αποτελεσματικότερη διαχείρηση συχνοτήτων που αυτό έχει ως αποτέλεσμα εξοικονόμηση φάσματος και τη δημιουργία Ψηφιακού Μερίσματος (Digital Dividend). Με τον όρο Ψηφιακό Μέρισμα νοείται το φάσμα των συχνοτήτων που απελευθερώνεται από τη μετάβαση της αναλογικής στην ψηφιακή τηλεόραση. Τεχνολογική εξέλιξη μεγάλης σημασίας αποτελεί η δημιουργία του προτύπου DVB-T2. Πρόκειται για μια δημιουργία του υφιστάμενου προτύπου της επίγειας πλατφόρμας DVB-T, το οποίο χρησιμοποιείται αυτή τη στιγμή στη χώρα μας για την ψηφιακή ευρυεκπομπή. Το νέο αυτό πρότυπο ουσιαστικά υιοθετεί τεχνολογίες που έχουν ήδη χρησιμοποιηθεί στην ψηφιακή δορυφορική και καλωδιακή μετάδοση εικόνας σύμφωνα με τα εξελιγμένα τεχνικά πρότυπα 2 ης γενιάς DVB-S2 και DVB-C2. Στο DVB-T2 κυρίως αλλάζει ο τρόπος διαμόρφωσης και μας δίνει πολύ καλύτερα αποτελέσματα καθώς επίσης και μεγαλύτερο bandwidth. Επίσης, παρατηρούνται αρκετές διαφορές στο νέο προτυπο DVB-T2 έναντι του DVB-T όπως τον συνδυασμό κωδικοποίησης LDPC και BCH για την υλοποίηση του αλγόριθμου ευθέως διόρθωσης σφάλματος (Forward Error Correction-FEC). Η επιλογή αυτή για τον αλγόριθμο FEC επιτρέπει τη αύξηση της φασματικής απόδοσης που προέρχεται από τη χρήση ψηφιακής διαμόρφωσης QAM 256 σημείων. Πρόσθετα οφέλη προκύπτουν και από τη μείωση των διασκορπισμένων πιλοτικών τόνων (scattered pilots). Πιο συγκεκριμένα, στο DVB-T2 μπορούμε να έχουμε μικρότερα ποσοστά διασκορπισμένων τόνων (1%, 2%, 4% και 8%) έναντι του σταθερού ποσοστού 8% που προδιαγραφεί το DVB-T και φυσικά λιγότερους συνεχείς πιλοτικούς τόνους που φθάνουν μόλις το 0.35% του συνολικού πλήθους των τόνων, έναντι του σταθερού ποσοστού 2.6% του DVB-T Το μεγάλο όφελος από την εφαρμογή του DVB-T2 είναι ότι έχουμε εξοικονόμηση του φάσματος κατά 47% όπου με τη χρήση της τεχνολογίας MPEG-4 AVC στην κωδικοποίηση θα μπορούν να εκπεμφθούν 20 κανάλια SD και μέχρι 4 HD σε κάθε δίαυλο των 8MHz όπου είχαμε ένα μόνο αναλογικό κανάλι. Κλείνοντας, το προτυπο DVB-T2 έχει -17-

28 σχεδιαστεί για λήψη από τις ήδη υπάρχουσες τοπικές κεραίες ψηφιακής τηλεόρασης καθώς και για συνύπαρξη με τις υπάρχουσες DVΒ-T εκπομπές. 2.6 Εισαγωγή στο σύστημα διαμόρφωσης OFDM Το σύστημα OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) είναι μια τεχνική για το ποσό πληροφοριών που μπορεί να μεταφερθεί σε ένα ασύρματο δίκτυο. Να πολλαπλασιάσουν συχνότητα-τμήματος, τα πολλαπλάσια σήματα, ή οι μεταφορείς, στέλνονται ταυτόχρονα πέρα από τις διαφορετικές συχνότητες μεταξύ δύο σημείων. Εντούτοις, FDM έχει ένα έμφυτο πρόβλημα: Τα ασύρματα σήματα μπορούν να ταξιδέψουν τις πολλαπλάσιες πορείες από τη συσκευή αποστολής σημάτων στο δέκτη (με την αναπήδηση από τα κτήρια, τα βουνά και ακόμη και τηδιάβαση των αεροπλάνων) οι δέκτες μπορούν να έχουν το πρόβλημα που ταξινομεί όλα τα προκύπτοντα στοιχεία. Ορθογώνιο FDM εξετάζει αυτό το πολλαπλών διαδρομών πρόβλημα με το διαχωρισμό των μεταφορέων στους μικρότερους υπομεταφορείς, και έπειτα τη ραδιοφωνική αναμετάδοση εκείνων ταυτόχρονα. Αυτό μειώνει την πολλαπλών διαδρομών διαστρέβλωση και μειώνει την παρέμβαση RF (ένας μαθηματικός τύπος χρησιμοποιείται για να εξασφαλίσει ότι οι συγκεκριμένες συχνότητες των υπομεταφορέων είναι «ορθογώνιες» ή μη παρεμβολή η μια στην άλλη), επιτρέποντας το μεγαλύτερο ρυθμό απόδοσης. Το OFDM είναι η καρδιά της τεχνολογίας a ασύρματο τοπικό δίκτυο (WLAN), η οποία μπορεί να προσφέρει ένα ρυθμό απόδοσης μέχρι 54 Mbit/s (οι κλήσεις προδιαγραφών a μέχρι και 52 υπομεταφορείς) επίσης στην DVB-T και στις γραμμές ADSL. Η τεχνική OFDM είναι καταλυτικής σημασίας για την ανάπτυξη δικτύων δεδομένων υψηλών ταχυτήτων. Βασίζεται στην παράλληλη αποστολή των πακέτων δεδομένων δίνοντας ώθηση στην υλοποίηση δικτύων υψηλών ταχυτήτων. Μια τεχνική η οποία χρησιμοποιείται για τη μεταφορά δεδομένων μέσω ραδιοκυμάτων.πριν γίνει η μεταφορά του ραδιοσήματος, αυτό χωρίζεται σε πολλά μικρότερα σήματα τα οποία μεταφέρονται ταυτόχρονα αλλά σε διαφορετικές συχνότητες. Παραδοσιακά, στα δίκτυα δεδομένων τα πακέτα πληροφοριών στέλνονται το ένα μετά το άλλο, σειριακά. Για να αυξηθεί η ταχύτητα μετάδοσης, αρκεί να αυξηθεί και η χρονική πυκνότητα αποστολής των πακέτων, δηλαδή να μειωθεί η διάρκεια κάθε πακέτου ώστε σε ένα δεδομένο χρονικό διάστημα να μπορούν να σταλεί ένας μεγαλύτερος αριθμός πακέτων. -18-

29 Σε "δύστροπα" μέσα όμως μετάδοσης, όπως στην περίπτωση της κινητής τηλεφωνίας ή γενικότερα των ασυρμάτων δικτύων, η διάρκεια των πακέτων δεδομένων δεν μπορεί να ελαττωθεί πέρα από κάποιο όριο, το οποίο έχει να κάνει με το βαθμό "δυστροπίας" του μέσου μετάδοσης, περιορίζοντας έτσι την επιτεύξιμη ταχύτητα. H βασική αρχή των συστημάτων OFDM είναι ο διαχωρισμός ενός υψηλού ρυθμού μετάδοσης δεδομένων σε ταυτόχρονη μετάδοση των δεδομένων μέσω υποκαναλιών με χαμηλότερη ροή. Για κάθε ένα από τις παράλληλες φέρουσες μετάδοσης αυξάνεται η διάρκεια του συμβόλου, κάτι που έχει σαν αποτέλεσμα τη μείωση της σχετικής ποσότητας διασποράς στο χρόνο που προκαλείται από το delay spread των πολλών μονοπατιών. Επιπλέον, με τη χρήση ενός χρόνου ελέγχου (guard time) σε κάθε σύμβολο OFDM εξαλείφεται το φαινόμενο της διασυμβολικής παρεμβολής (Inter-Symbol Interference - ISI). Μέσα στο χρόνο αυτό το σύμβολο OFDM επεκτείνεται κυκλικά για την αποφυγή παρεμβολής μεταξύ των υποκαναλιών. Κατά το σχεδιασμό ενός συστήματος OFDM, αντικείμενο μελέτης γίνεται ένας αριθμός παραμέτρων, όπως είναι ο αριθμός των φερουσών μετάδοσης, η απόσταση μεταξύ τους, ο χρόνος ελέγχου, η διάρκεια του συμβόλου, η τεχνική διαμόρφωσης αν φορέα μετάδοσης, ή ακόμα και ο τύπος του κώδικα διόρθωσης λαθών. Η επιλογή των κατάλληλων παραμέτρων επηρεάζεται από τις απαιτήσεις του συστήματος, όπως είναι το διαθέσιμο εύρος φάσματος, ο απαιτούμενος ρυθμός μετάδοσης bit, το ανεκτό delay spread και οι τιμές Doppler. Για παράδειγμα, για να έχουμε μεγαλύτερη ανεκτικότητα σε delay spread, απαιτείται μεγάλος αριθμός φερουσών μετάδοσης σε μικρή απόσταση μεταξύ τους. Το αντίθετο ωστόσο ισχύει, αν επιθυμούμε υψηλή ανεκτικότητα σε Doppler spread και θόρυβο. Όλα αυτά τα ζητήματα σχεδιασμού ενός συστήματος OFDM θα μας απασχολήσουν αργότερα. Η τεχνική OFDM επιτρέπει την αποστολή των πακέτων δεδομένων όχι σειριακά στον χρόνο, αλλά παράλληλα. Αυτό σημαίνει ότι σε δίκτυα στα οποία χρησιμοποιείται το OFDM μπορούν να αποσταλούν πολλά πακέτα ταυτόχρονα σε ένα σταθερό χρονικό διάστημα. Παράλληλα, αν επιθυμούμε την αύξηση της ταχύτητας μετάδοσης, αρκεί να αυξήσουμε τον αριθμό των πακέτων που μεταδίδονται ταυτόχρονα Εισαγωγή στο σύστημα COFDM Το σύστημα COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) είναι ένα σχέδιο διαμόρφωσης που διαιρεί ένα ενιαίο ψηφιακό σήμα σε ή περισσότερους μεταφορείς σημάτων (φέρον) ταυτόχρονα. Τα σήματα στέλνονται κάθετα το ένα στο άλλο (ως εκ τούτου, ορθογώνιο) έτσι δεν παρεμποδίζουν το ένα το άλλο. Χρησιμοποι- -19-

30 είται κυρίως στην Ευρώπη και υποστηρίζεται από το ψηφιακό τηλεοπτικό σύνολο ραδιοφωνικής αναμετάδοσης (DVB) προτύπων. Στις ΗΠΑ, όπως προαναφέραμε η προηγμένη Επιτροπή τηλεοπτικών προτύπων (ATSC) έχει επιλέξει 8-VSB (8-ισόπεδη υπολειμματική πλευρική ζώνη συχνοτήτων) ως ισοδύναμα πρότυπα διαμόρφωσής της. Ο κύριος λόγος για την απόφαση της Ευρώπης να χρησιμοποιήσει COFDM είναι η δυνατότητά του να υπερνικήσει εντελώς τα πολλαπλών διαδρομών αποτελέσματα. Όταν ένα σήμα μεταδίδεται, συναντιέται με τις παρεμποδίσεις όπως τα φαράγγια, κτήρια, και α- κόμη και άνθρωποι, οι οποίοι διασκορπίζουν το σήμα αναγκάζοντας το για να πάρουν δύο ή περισσότερες πορείες για να φθάσουν στον τελικό προορισμό του, τη τηλεόραση. Είναι ανθεκτικό στα πολλαπλών διαδρομών αποτελέσματα επειδή χρησιμοποιεί τους πολλαπλάσιους μεταφορείς για να διαβιβάσει το ίδιο σήμα. Αντί του σήματος που διασκορπίζει όταν συναντιέται με ένα εμπόδιο, ρέει γύρω από το εμπόδιο όπως έναν ποταμό ρέει γύρω από έναν βράχο κάνοντας το, τον τέλειο δωρεάν προγραμματισμό DTV και για την κινητή τηλεοπτική εξέταση. Όπως με το δορυφορικό standard DVB-S και το DVB-T για την επίγεια ψηφιακή μετάδοση, εγκρίθηκε από την ETSI το Φεβρουάριο του 1997 και περιέχει βεβαίως, την κωδικοποίηση εικόνας & ήχου σε MPEG-2, καθώς και άλλα σημαντικά στοιχεία, το οποίο επιτρέπει τη χρήση 1705 φερουσών (2k) ή 6817 φερουσών(8k). Το σύστημα 2k, είναι κατάλληλο για λειτουργία ενός πομπού σε μικρά τοπικά δίκτυα με περιορισμένη ισχύ εκπομπής, ενώ το σύστημα 8k, μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο σε μικρά τοπικά δίκτυα, όσο και σε μεγάλης έκτασης δίκτυα μιας συχνότητας, διατηρώντας συμβατότητα με το 2k. Το όλο σύστημα διαμόρφωσης, συνδυάζει το OFDM, με τις ψηφιακές διαμορφώσεις QPSK/QAM. Το ΟFDM χρησιμοποιεί έναν μεγάλο αριθμό φερουσών, στις οποίες σκορπίζεται η πληροφορία, ενώ χρησιμοποιήθηκε με μεγάλη επιτυχία στην ψηφιακή εκπομπή ραδιοφώνου, το λεγόμενο DAB (Digital Audio Broadcasting). Το πλεονέκτημα του OFDM, είναι η αντοχή του σε έντονο περιβάλλον ανακλάσεων, όπως είναι αυτό της μετάδοσης πολλαπλών διαδρομών ή διεθνώς Multipath Effect, που συμβαίνει κατά κόρον στις επίγειες εκπομπές. Λόγω της παραπάνω αντοχής του OFDM, είναι δυνατό να λειτουργήσει ένα δίκτυο αλληλεπικαλυπτόμενων πομπών, σε μία και μόνη συχνότητα! Στις περιοχές αλληλοεπικάλυψης, το λιγότερο ισχυρό σήμα αντιμετωπίζεται σαν ηχώ. Στην επίγεια ψηφιακή TV, υπάρχουν 3 είδη λειτουργίας: Εκπομπή σε ένα αχρησιμοποίητο κανάλι -20-

31 Εκπομπή σε δίκτυο μικρής έκτασης σε μία συχνότητα Εκπομπή σε δίκτυο μεγάλης έκτασης σε μία συχνότητα. Και τα 3 είδη έχουν λειτουργήσει επιτυχώς, χάριν στο πρότυπο DVB-T Η εφαρμογή της COFDM στην επίγεια ψηφιακή τηλεόραση Όπως αναφέραμε η COFDM χρησιμοποιείται σε διάφορες εφαρμογές και σε κάθε περίπτωση θα πρέπει να γίνει η κατάλληλη επιλογή των στοιχείων του κάθε συστήματος ώστε να ικανοποιούνται οι ειδικές απαιτήσεις. Ειδικότερα για τη χρήση της COFDM στην επίγεια ψηφιακή τηλεόραση θα πρέπει να επιλεγεί ο αριθμός των φερόντων σημάτων ανά σύμβολο, η περίοδος φύλαξης Tg, η μορφή της διαμορφώσεως και η μέθοδος συγχρονισμού με το δέκτη. Κατά τη διαδικασία σχεδιάσεως του συστήματος DVB-T, η εκλογή των φερόντων σημάτων αποδείχθηκε η πιο δύσκολη. Διότι πολλές Ευρωπαϊκές χώρες πιστεύουν ότι το κλειδί το κλειδί της επιτυχίας του συστήματος DVB-T είναι να υπάρχει ένα μονοσυχνοτικό δίκτυο (SFN) για ολόκληρη την επικράτεια. Στην περίπτωση αυτή απαιτείται περίοδος φύλαξης Tg περίπου 200 μs και σύμφωνα με την ανάλυση παραπάνω απαιτείται αριθμός φερόντων σημάτων της τάξεως των Λόγω του γεγονότος ότι η COFDM εφαρμόζεται πολύ αποτελεσματικά με αντίστροφο μετασχηματισμό Fourier στον πομπό και με τη χρήση ολοκληρωμένου κυκλώματος στο δέκτη που θα έχει τη δυνατότητα να εκτελεί τον αντίστοιχο διακριτό μετασχηματισμό Fourier σε πραγματικό χρόνο. Η ε- κλογή του πλυνθίου αυτού αποδείχθηκε η περισσότερο κρίσιμη. Ο αντίστροφος μετασχηματισμός Fourier εκτελείται με πλυνθία τα οποία υπολογίζουν μέχρι και κάποια δύναμη του δύο. Το 213 = 8192 =~ 8k είναι το πλύνθιο που είναι πλησιέστερα προς το Σύμφωνα με τα παραπάνω λοιπόν η εκλογή Tg = 200 μs σημαίνει ότι πρέπει να χρησιμοποιηθεί στο δέκτη αποδιαμορφωτής των 8k. Δυστυχώς κατά την αξιολόγηση του συστήματος 8k διαπιστώθηκε ότι το κόστος της πρώτης γενιάς δεκτών θα ήταν απαγορευτικό. Σαν ενδιάμεση λύση επελέγη Tg = 50 μs, που αντιστοιχεί σε περίπου 1500 φέροντα σήματα για το κανάλι των 8 MHz. Στην περίπτωση αυτή θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί πλυνθίο αντίστροφου μετασχηματισμού Fourier των 2k. Τελικώς αποφασίστηκε η χρήση κοινής προδιαγραφής 2k/8k, η οποία υποστηρίζει και τις δύο λύσεις. -21-

32 Η χρήση του συστήματος 2k συνιστάται για σύστημα ενός πομπού, ή μικρού δικτύου, ενώ το 8k συνιστάται για μικρό και μεγάλο μονοσυχνοτικό δίκτυο. Το εκπεμπόμενο σήμα στο σύστημα DVB-T είναι οργανωμένο σε πλαίσια. Το κάθε πλαίσιο έχει διάρκεια Tf και αποτελείται από 68 COFDM σύμβολα. Τέσσερα πλαίσια αποτελούν ένα υπερπλαίσιο. Το κάθε σύμβολο αποτελείται από n = 6817 φέροντα σήματα για τη μορφή 8k και από n = 1705 φέροντα σήματα για τη μορφή 2k, εκπέμπεται δε στην περίοδο Ts. Η περίοδος φύλαξης Tg είναι κυκλική συνέχεια της περιόδου Tu και τοποθετείται πριν από αυτήν. Η ορθογωνικότητα είναι μια ιδιότητα που επιτρέπει πολλαπλά σήματα πληροφορίας να μεταδίδονται σε ένα κοινό κανάλι επικοινωνίας και να ανιχνεύονται χωρίς παρεμβολή. Αυτό σημαίνει, ότι με την ορθογωνική σηματοδοσία είναι δυνατόν να αυξήσουμε τον α ριθμό των καταστάσεων συμβόλων χωρίς να επηρεάσουμε την έξοδο ενός συγκεκριμέν ου συμβόλου ανιχνευτή και επομένως χωρίς να αυξήσουμε την πιθανότητα εμφάνισης σ φάλματος στον κάθε ανιχνευτή. Η έλλειψη ορθογωνικότητας έχει ως αποτέλεσμα την ε πικάλυψη των σημάτων πληροφορίας και την υποβάθμιση της ποιότητας της επικοινωνί ας. Εικόνα 6: Σχηματική απεικόνιση OFDM σήματος Η διαμόρφωση OFDM μας δίνει τη δυνατότητα να επιλέξουμε μεταξύ 3 αστερισμών, μέσω των οποίων θα διαμορφωθούν τα φέροντα. Αυτό είναι οι: QPSK(Quadrature Phase Shift Keying),16- QAM(Quadrature Amplitude Modulation) και η 64- QAM(Quadrature Amplitude Modulation). Στον QPSK η μεταφορά των δεδομένων εί- -22-

33 ναι πιο ανθεκτική σε παρεμβολές και έχει χαμηλό ρυθμό δεδομένων. Παράλληλα, έ- χουμε τη δυνατότητα για κάθε αστερισμό να επιλέξουμε τον επιθυμητό κώδικα διόρθωσης λαθών ανάμεσα από τις τιμές 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, και 7/8. Ο κώδικας 1/2 προσφέρει τη μεγαλύτερη προστασία αλλά και μεγάλο πλεονασμό και πρέπει να εφαρμόζεται για κάλυψη περιοχών με ισχυρές παρεμβολές. Στον αντίποδα, ο κώδικας 7/8 έχει μικρό πλεονασμό αλλά παρέχει χαμηλή προστασία από παρεμβολές. Το QPSK περιλαμβάνει 2 bits ανά σύμβολο διαμόρφωσης, το 16-QAM, 4 bits ανά σύμβολο διαμόρφωσης και το 64-QAM 6 bit. Όταν αυξάνουμε τον αριθμό των καταστάσεων συμβόλων, μειώνεται η ικανότητα του δέκτη να διακρίνει τον θόρυβο ανάμεσα από τα σύμβολα. Σε ένα δυαδικό σύστημα τα σφάλματα bit και συμβόλων ταυτίζονται, επειδή κάθε σύμβολο αντιστοιχεί σε ένα bit. Σε Μ-αδικά συστήματα όμως αυτό δεν μπορεί να ισχύει. Για παράδειγμα σε ένα δεκαεξαδικό σύστημα που μεταφέρει τέσσερα bit ανά σύμβολο μπορεί να υπάρχουν από 1-4 εσφαλμένα bit σε κάθε σύμβολο. Η προσεκτική επιλογή κάθε συμβόλου μπορεί να βοηθήσει στην ελαχιστοποίηση του αριθμού των εσφαλμένων bit (μερικά σύμβολα είναι πιο επιρρεπή στην εσφαλμένη ανίχνευση από άλλα, ανάλογα με το πόσο μοιάζουν στα γειτονικά σύμβολα). Η βελτιστοποίηση της πιθανότητας εσφαλμένων bit μπορεί να πραγματοποιηθεί με την κωδικοποίηση Gray. Κωδικοποίηση Gray ονομάζεται μια μέθοδος αντιστοίχισης των bit, σύμφωνα με την οποία τα γειτονικά σύμβολα διαφέρουν μόνο κατά ένα bit. Έτσι και στην περίπτωση της Μ-αδικής σηματοδοσίας ζώνης διέλευσης χρησιμοποιούμε αυτήν την κωδικοποίηση, έτσι ώστε να διασφαλίζουμε ότι τα γειτονικά σύμβολα διαφέρουν μεταξύ τους κατά ένα μόνο bit. -23-

34 Εικόνα 7: Διαγράμματα αστερισμών για τις μεθόδους διαμόρφωσης του προτύπου DVB-T 2.7 Δομή δικτύου MFN, SFN MFN με χαμηλής ισχύος SFN (gap fillers) για την κάλυψη μικρών κενών MFN με τοπικά πυκ Η βασική επιλογή για τη σχεδίαση ενός δικτύου ψηφιακής τηλεόρασης σε μία καθορισμένη περιοχή αποτελεί ο αριθμός των συχνοτήτων στις οποίες θα λειτουργεί. Με αυτό το κριτήριο, τα δίκτυα ψηφιακής τηλεόρασης χωρίζονται σε : Multi Frequency Network (MFN) Single Frequency Network (SFN) νά SFN γύρω από κάθε σταθμό MFN Regional SFN (με λίγους πομπούς υψηλής ισχύος σε μεγάλη μεταξύ τους απόσταση) Large area SFN (με πολλούς πομπούς υψηλής ισχύος σε μεγάλη μεταξύ τους απόσταση). Τα δίκτυα πολλαπλών συχνοτήτων (Multi Frequency Networks,MFNs) αποτελούν σύνολα σταθμών εκπομπής, των οποίων οι συχνότητες ακολουθούν την κυψελική κατα- -24-

35 νομή προς αποφυγή εμφάνισης φαινομένων ομοδιαυλικής παρεμβολής μεταξύ γειτονικών πομπών. Ο αριθμός των καναλιών που χρησιμοποιούνται εξαρτάται από τον τύπο της διαμόρφωσης, της κωδικοποίησης και του δικτύου που θα εφαρμόσουμε. Τα MFN παρέχουν τη δυνατότητα κάλυψης μεγάλων περιοχών, στις οποίες ο κάθε πομπός θα εκπέμπει διαφορετικά προγράμματα, επιτρέποντας με αυτόν τον τρόπο τον τοπικό προγραμματισμό. Σημειώνουμε, ότι τα περισσότερα υπάρχοντα αναλογικά δίκτυα είναι δομημένα υπό αυτήν την μορφή, καθιστώντας από πλευράς σχεδιασμού τη μετάβαση από την αναλογικά στη ψηφιακή μορφή του δικτύου πιο εύκολη. Παράλληλα, η πολυπλεξία που προσφέρει το ψηφιακό σήμα (4-5 τηλεοπτικά προγράμματα ανά κανάλι) καθιστά το πολυσυχνοτικό δίκτυο ιδανικό για εκπομπή μεγάλου αριθμού τηλεοπτικών προγραμμάτων. Ωστόσο κατά τη μεταβατική αυτή περίοδο η εμφάνιση ομοδιαυλικών παρεμβολών λόγω της συνύπαρξης αναλογικών και ψηφιακών συχνοτήτων θα είναι πολύ πιθανή, καθώς τέτοιου είδους ψηφιακά δίκτυα απαιτούν μεγαλύτερη ισχύ σε σχέση με τα αναλογικά δίκτυα. Το γεγονός αυτό οφείλεται στη διακύμανση που παρουσιάζει η λαμβανόμενη ισχύς στους δέκτες σε σχέση με την απόσταση από τον πομπό, καθώς και στο φαινόμενο της απότομης πτώσης της ποιότητας των υπηρεσιών στα όρια της κάλυψης του δικτύου (brick wall effect). Παράλληλα, πιθανό πρόβλημα αποτελεί και η εύρεση ελεύθερων συχνοτήτων για τη ψηφιακή μετάδοση με συμπληρωματικούς σταθμούς (filler stations) σε περιοχές όπου η κάλυψη δεν θα είναι εφικτή. Τα δίκτυα μονών συχνοτήτων (Single Frequency Networks,SFNs) αποτελούν σύνολα σταθμών εκπομπής, οι οποίοι λειτουργούν στην ίδια συχνότητα και είναι σύγχρονα διαμορφωμένοι στο ίδιο σήμα. Η περιοχή κάλυψης μπορεί να έχει την έκταση της επικράτειας μια χώρας (National SFN) ή τμήμα αυτής (Regional SFN). Η προσέγγιση του σχεδιασμού του δικτύου κατά αυτόν τον τρόπο προσφέρει τη μεγαλύτερη αποδοτικότητα σε φάσμα, καθώς χρειάζεται τις λιγότερες δυνατές συχνότητες από οποιαδήποτε άλλη κατανομή, καθιστώντας ιδιαίτερα ελκυστική σε χώρες με μεγάλο βαθμό πληρότητας τηλεοπτικού φάσματος. Ακόμα και η εγκατάσταση συμπληρωματικών σταθμών (filler stations) σε περιοχές όπου η κάλυψη δεν θα είναι εφικτή, δεν απαιτεί την απελευθέρωση νέων συχνοτήτων. Επιπλέον, η διαμόρφωση COFDM, όπως αναφέραμε σε προηγούμενη ενότητα, προσφέρει τη δυνατότητα σε μονοσυχνοτικά δίκτυα να συσχετίζουν όμοια σήματα τα οποία λαμβάνονται με χρονική καθυστέρηση μικρότερης από το Διάστημα Φύλαξης και να ενισχύουν το τελικά λαμβανόμενο σήμα. -25-

36 Με αυτόν τον τρόπο καθιστά τα SFN ιδανικά για περιβάλλοντα πολλαπλών ανακλάσεων και παρεμβολών, όπως είναι π.χ τα αστικά κέντρα, ενώ προκαλεί εξοικονόμηση σε μεγάλο βαθμό ισχύς εκπομπής των τηλεοπτικών σταθμών, η οποία καλείται «κέρδος δικτύου» (network gain). Ωστόσο, τα μονοσυχνοτικά δίκτυα παρουσιάζουν περιορισμό στον αριθμό εκπομπής τηλεοπτικών προγραμμάτων, καθώς υποστηρίζεται για κάθε συχνότητα η εκπομπή 4-5 τηλεοπτικών καναλιών. Παράλληλα, στην περίπτωση που τα καθυστερημένα σήματα από διαφορετικούς σταθμούς καταφθάσουν σε χρονικό διάστημα μεγαλύτερο του Διαστήματος Φύλαξης, τότε λειτουργούν αρνητικά ως παρεμβολές και εξασθενούν το σήμα. Ο εμπειρικός κανόνας που έχει επικρατήσει ώστε να αποτρέπει την εμφάνιση τέτοιων φαινομένων μεταξύ δύο γειτονικών πομπών είναι η κατάλληλη επιλογή του Διαστήματος Φύλαξης ώστε να επιτρέπει στο σήμα να διανύσει την μεταξύ τους απόσταση. Τέλος, ο υψηλός συγχρονισμός που απαιτείται στη λειτουργία των SFN σε επίπεδο συχνότητας, χρόνου και πληροφορίας καθιστά αδύνατη την ανεξαρτητοποίησή τους και απαιτεί την πλήρη μεταξύ τους εναρμόνιση για την διατήρηση της ομαλής λειτουργίας του δικτύου. 2.8 Τεχνική περιγραφή πομπού DVB-T Κωδικοποίηση και πολυπλεξία (mux) Σε αρχικό στάδιο γίνεται η κωδικοποίηση του σήματος και η πολυπλεξία του MPEG-2. H μεταφορά ήχου, βίντεο και εικόνας κωδικοποιούνται σε μορφή MPEG-2 PS(Program Stream). Ένα ή περισσότερα MPEG-2 PS ενώνονται και λειτουργούν τη νέα μορφή MP EG-2 TS (Transport Stream). Αυτός είναι και ο ψηφιακός συρμός ο οποίος λαμβάνεται από τις συσκευές DVB-T. Ο ρυθμός μετάδοσης μπορεί να διαφέρει, ανάλογα με την δια μόρφωση, την κωδικοποίηση και το διάστημα φύλαξης που έχει χρησιμοποιηθεί μεταξύ -26-

37 4,98 Mbit/s το δευτερόλεπτο και 31,67 Mbit/s. Εικόνα 8: Λειτουργικό διάγραμμα του συστήματος μετάδοσης DVB-T. Διαχωριστής (splitter) Δυο διαφορετικοί MPEG-2 TS μπορούν να χρησιμοποιηθούν ταυτόχρονα, χρησιμοποιώ ντας μια τεχνική που λέγεται ιεραρχική μετάδοση (hierarchical) παραδείγματος χάρη μπ ορούμε να εκπέμψουμε ταυτόχρονα το ίδιο τηλεοπτικό πρόγραμμα, σε ποιότητα SDTV και HDTV. Οι δέκτες θα λαμβάνουν και τα δυο σήματα και θα επιλέγουν αυτό με την κ αλύτερη ποιότητα. Προσαρμογή πολυπλεξίας μεταφοράς και τυχαιοποίηση για διασπορά ενέργειας (m ux adaptation & energy dispersal) Τα λαμβανόμενα MPEG-2 αναγνωρίζονται ως πακέτα δεδομένων 188 bytes. Χρησιμοπ οιώντας μια τεχνική που λέγεται Διασπορά ενέργειας(energy dispersal) επιτυγχάνουμε μια κατανεμημένη ενέργεια σε ολόκληρο το κανάλι. Εξωτερική κωδικοποίηση (outer coder) -27-

38 Ένα πρώτο είδος προστασίας εφαρμόζεται στα μεταδιδόμενα πακέτα δεδομένων, χρησι μοποιώντας τον κώδικα Reed Solomon (204,188), ο οποίος δίνει την δυνατότητα διόρθ ωσης έως και 8 λανθασμένων bytes για κάθε πακέτο των188 bytes. Εξωτερική αναδιάταξη (outer interleaver) Στον εξωτερικό interleaver πραγματοποιείται η αναδιάταξη των bytes, ώστε να έχουμε μεγαλύτερη προστασία από την επιρροή των λαθών. Ο αριθμός των λαθών που μπορεί να διορθώσει ο Reed Solomon RS(204,188) σε κάθε πακέτο είναι 8. Έτσι, για να μην έχ ουμε πολλά bytes που δεν μπορούμε να εξετάσουμε πραγματοποιούμε την αναδιάταξη τ ων bytes και μεταφέρουμε κάποια bytes σε γειτονικά πακέτα, έτσι ώστε να έχουμε πιο ε ύκολη διόρθωση. Η διαδικασία η οποία ακολουθείται έχει ως εξής: 12 κλάδοι συνδέοντ αι κυκλικά στο ρεύμα εισόδου με ένα μεταγωγέα. Ο κάθε κλάδος χρησιμοποιεί την μέθ οδο FIFO(First In First Out) με βάθος 17*j κύτταρα, όπου j ο αριθμός του κλάδου. Κάθ ε κύτταρο περιέχει ένα byte και οι μεταγωγείς εισόδου και εξόδου είναι συγχρονισμένοι και οδηγούνται πάντα στον κλάδο 0. Εσωτερική κωδικοποίηση (inner coder) Μετά την εξωτερική κωδικοποίηση ακολουθεί το φιλτράρισμα του σήματος για την απο μάκρυνση των παρεμβολών. Ο λόγος που χρησιμοποιείται αποδοτικότερη προστασία έγ κειται στο γεγονός ότι η ποιότητα των σημάτων μεταβάλλεται και ενδέχεται ένα μεγάλο μέρος του πακέτου ο οποίος υπερβαίνει την δυνατότητα διόρθωσης της κωδικοποίησης RS, να υποστεί αλλοίωση από διάφορες παρεμβολές ηλεκτρικών συσκευών ή από πιθαν ό χτύπημα κεραυνού. Γι αυτό το λόγο εφαρμόζεται η συνελικτική κωδικοποίηση, όπο υ τα δεδομένα αφού κωδικοποιηθούν με την μέθοδο FFC(Forward Error Correction) τρ οφοδοτούνται σε μια μνήμη RAM, όπου τα δεδομένα τοποθετούνται στην αρχική τους δομή και μεταδίδονται αναδιατεταγμένα. Έτσι με την χρήση της κωδικοποίησης η συσσ ώρευση των δυαδικών ψηφίων που έχουν υποστεί βλάβη να μετατρέπεται σε ένα μεγάλ ο αριθμό ενιαίων εσφαλμένων συμβόλων, τα οποία μπορούν να διορθωθούν πιο εύκολα. Στο συρμό δεδομένων MPEG-2 TS εφαρμόζεται ένας συνελικτικός κώδικας με ρυθμό μετάδοσης ½ και μήκος 7. Όσο μεγαλύτερος είναι ο ρυθμός του συνελικτικού κώδικα τ όσα περισσότερα bit παράγει, αλλά η δυνατότητα διόρθωσης παραμένει ίδια (8 byte αν ά πακέτο). Το σύστημα επιτρέπει κώδικες με ρυθμούς 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 και 7/8. Εσωτερική αναδιάταξη (inner interleaver) -28-

39 Στο εσωτερικό interleaver γίνεται άλλη μια αναδιάταξη των δεδομένων bytes με στόχο την μείωση επιρροής λαθών (burst errors). O πλεονασμός που εισάγεται, επιτρέπει μια πολύ μεγάλη διόρθωση λαθών. Αυτό είναι αναγκαίο για σήματα με πολύ χαμηλό λόγο σήματος προς θόρυβο (SNR-Signal to noise ratio) στην είσοδο του δέκτη, αλλά με αυτό τον τρόπο υφίσταται υποδιπλασιασμός της φασματικής απόδοσης του καναλιού. Ωστόσ ο, μ αυτήν την συνελικτική κωδικοποίηση έχουμε ως αποτέλεσμα την μείωση του πλεο νασμού που εισάγεται διαμέσου της διάτρησης της εξόδου του συνελικτικού κωδικοπ οιητή ( οι συνελικτικός κωδικοποιητής παράγει δυο ροές εξόδου, με τον ίδιο ρυθμό μετ άδοσης όπως η ροή εισόδου). Αυτό καθιστά ικανό την μη λήψη, όλων των διαδοχικών bits της εξόδου, αλλά μόνο ένα από δυο ταυτόχρονα bits με ένα συγκεκριμένο λόγο διάτρησης(puncturing ratio). H εσω τερική κωδικοποίηση των bytes χωρίζεται σε δυο μέρη. Αρχικά με την αναδιάταξη των bits και στην συνέχεια, με των συμβόλων. Mapper & προσαρμογη πλαισιου (Mapper & Frame Adaptation) Στην αναδιάταξη των bits η είσοδος αποπολυπλέκεται σε v υπορεύματα όπου v=2 για Q PSK, v=4 για 16-QAM και v=6 για 64-QAM και η έξοδος αποτελείται από v bit (ένα bi t για κάθε υπορεύμα. Τα πακέτα διαμορφώνονται με QPSK, 16-QAM ή 64-QAM σε σύνθετα σύμβολα. Αυτά ομαδοποιούνται σε μπλοκ σταθερού μήκους των 1512, 3024 ή 6048 συμβόλων ανά μπλ οκ. Κάθε πλαίσιο έχει διάρκεια Tf και αποτελείται από 68 σύμβολα,ενώ 4 πλαίσια συγ κροτούν ένα υπερπλαίσιο (superframe). Κάθε σύμβολο αποτελείται από ένα σύνολο φε ρόντων (Κ=6817 στο 8Κ OFDM και K=1705 στο 2K OFDM) και μεταδίδεται με διάρκ εια Ts. Τα σύμβολα σε ένα πλαίσιο διαμόρφωσης παίρνουν τιμές από 0 έως 67 και περι έχουν δεδομένα και πληροφορία αναφοράς. Πιλοτικά και TPS σήματα (Pilot and TPS signals) Εκτός από τα δεδομένα που εκπέμπονται, το πλαίσιο OFDM έχει και διασκορπισμένα κ υτταρικά πιλοτικά σήματα. Τα πιλοτικά σήματα χρησιμοποιούνται για συγχρονισμό πλ αισίου και συχνότητας, χρονικό συγχρονισμό, εκτίμηση καναλιού και αναγνώριση τρόπ ου μετάδοσης. Το επίπεδο ενέργειας τους είναι μεγαλύτερο από αυτό των σημάτων δεδ ομένων και ο αριθμός των χρήσιμων φερόντων δεδομένων είναι 1512 για 2Κ OFDM κα ι 6048 για 8K OFDM. -29-

40 Τα σήματα παραμέτρων μετάδοσης (Transmission Parameter Signaling,TPS) χρησιμοπ οιούνται για να εκπέμπονται πληροφορίες σχετικά με την κωδικοποίηση του καναλιού και την διαμόρφωση. Το σήμα μεταδίδεται σε 17 TPS για το 8Κ OFDM. Η πληροφορία που περιέχει το ΤPS σήμα είναι σημαντική για τον συγχρονισμό του δέκτη. Οι πληροφο ρίες που περιέχουν τα σήματα είναι για την ιεραρχική μετάδοση, το διάστημα φύλαξης, τους ρυθμούς εσωτερικής κωδικοποίησης, τον αριθμό πλαισίου μέσα στο υπερπλαίσιο, την αναγνώριση κελιού και την μέθοδο μετάδοσης(2κ OFDM ή 8K OFDM). Στον πομπό πραγματοποιείται αρχικά η κωδικοποίηση της εικόνας, του ήχου και των δεδομένων και έπειτα αυτά πολυπλέκονται σε μια ροή προγράμματος MPEG-2 PS. Αν στο ίδιο κανάλι πρόκειται να μεταδοθούν και άλλα δεδομένα, τότε πολυπλέκονται σε μια ροή μεταφοράς MPEG-2 TS. Μπορούμε να εκπέμψουμε δυο διαφορετικές ροές μεταφοράς MPEG-2 TS με την χρήση της τεχνικής Ιεραρχικής μετάδοσης (Hierarchical Transmission) και ενός διαχωριστή (splitter) στην έξοδο του πομπού. Οι μονάδες που σημειώνονται με διακεκομμένες γραμμές στο παραπάνω σχήμα αφορούν την επιλογή της ιεραρχικής διαμόρφωσης (hierarchical modulation) που υποστηρίζεται πλήρως από το πρότυπο DVB-T. Στην περίπτωση της ιεραρχικής διαμόρφωσης το σήμα βασικής ζώνης προϋποθέτει διαιρεμένο σε δυο stream μεταφοράς: ένα υψηλής προτεραιότητας (high priority TS) και ένα χαμηλής (low priority TS). Τα δυο σήματα διαμορφώνονται ταυτόχρονα σε ένα ιεραρχικό QAM σχήμα. Ως αποτέλεσμα, ένας δέκτης με κακές συνθήκες λήψης λαμβάνει μόνο τα δεδομένα υψηλής προτεραιότητας, ενώ ένας με καλύτερες συνθήκες λαμβάνει το σύνολο. Το ρεύμα υψηλής προτεραιότητας οφείλει την ονομασία του στον χαμηλό κώδικα λαθώ ν 1/2, 2/3 που συνήθως έχει κωδικοποιηθεί, με αποτέλεσμα να παρουσιάζει μεγάλο πλε ονασμό και χαμηλό ρυθμό μετάδοσης δεδομένων, αλλά κι υψηλή ανθεκτικότητα στις π αρεμβολές. Χρησιμοποιείται κυρίως για να μεταφέρει δεδομένα σε φορητή συνθήκη λή ψης υπό δύσκολες διαυλικές συνθήκες ή λήψη στα όρια της περιοχής κάλυψης. Από την άλλη, το ρεύμα χαμηλής προτεραιότητας παρέχει μεγαλύτερο ρυθμό μετάδοση ς δεδομένων, χαμηλή ανθεκτικότητα στις παρεμβολές και απαιτεί ιδανικές συνθήκες λή ψης. Η χρησιμοποίηση της ιεραρχικής μετάδοσης μπορεί να γίνει προς δύο κατευθύνσει ς. Η πρώτη αφορά την ταυτόχρονη μετάδοση ενός ή περισσοτέρων προγραμμάτων από -30-

41 τα δύο ρεύματα όπου ο δέκτης θα έχει τη δυνατότητα να διαλέξει την αποκωδικοποίηση είτε της υψηλής προτεραιότητας ρεύματος (HP),το οποίο θα του παρέχει μετάδοση υπό όλες τις συνθήκες, είτε την αποκωδικοποίηση της χαμηλής κωδικοποίησης ρεύματος (L P), του οποίου θα του παρέχει υψηλή ταχύτητα μετάδοσης για ιδανικές συνθήκες, όμως θα του παρέχει καλύτερη ποιότητα υπηρεσιών. Η δεύτερη κατεύθυνση αφορά την μετά δοση διαφορετικών προγραμμάτων από τα δυο ρεύματα, τα οποία θα μπορούν να μεταδ ίδονται και με διαφορετική διαμόρφωση. Με αυτόν τον τρόπο, ο χρήστης χρησιμοποιών τας φορητή λήψη για το υψηλής προτεραιότητας ρεύμα (HP) και σταθερή λήψη για το χ αμηλής προτεραιότητας ρεύμα (LP), θα μπορεί να έχει επιπλέον προγράμματα με παρό μοια ποιότητα. 2.9 Εκπομπή ψηφιακού σήματος για διάφορους τύπους λήψης Στην σύνοδο RCC στην Γενεύη της Ελβετίας το 2004, όλες οι χώρες που συμμετείχαν συμφώνησαν για τις παραμέτρους και τα κριτήρια προγραμματισμού στις ζώνες συχνοτήτων VHF και UHF για την επίγεια ψηφιακή ευρυεκπομπή. Οι ζώνες συχνοτήτων που μεταδίδεται το ψηφιακό τηλεοπτικό σήμα σήμερα είναι οι VHF και UHF, όπως και στην αναλογική μετάδοση. Στη ζώνη συχνοτήτων VHF ( MHz) πρέπει να προσαρμοστεί και να είναι διαθέσιμο το DVB-T και το T-DAB. Οι υπηρεσίες DVB-T και T-DAB πρέπει να συνυπάρχουν και ταυτόχρονα να διαχωρίζονται μεταξύ τους, εκτός εάν προτείνεται σε εθνική βάση. Ολόκληρη η ζώνη συχνοτήτων ΙΙΙ εκπέμπει σε ραδιοσυχνότητες 7 MHz. H ζώνη συχνοτήτων UHF χωρίζεται σε Band IV ( MHz) και Band V ( MHz). Το νέο ψηφιακό πλάνο πρέπει να προσαρμοστεί και εξυπηρετήσει το πρότυπο DVB-T σε ένα εύρος ζώνης καναλιών των 8 MHz το οποίο συνδέεται με ένα ίδιο διάστημα καναλιών 8 MHz. Για τη ζώνη ΙΙΙ, κάθε χώρα μπορεί να διατηρήσει την δική της ρύθμιση για το διάστημα και το εύρος καναλιών, τα οποία έχουν καθοριστεί προηγουμένως από την αναλογική τηλεόραση. Ακόμα συμφώνησαν τα πρότυπα DVB-T να χρησιμοποιηθούν στις ζώνες συχνοτήτων VHF και UHF ως μοναδικά ψηφιακά πρότυπα. Ακόμα, για να γίνει ακόμα απλούστερη η διαδικασία, έγινε πρόταση να χρησιμοποιούνται τρεις διαμορφώσεις(qpsk,16- QAM,64-QAM) από τις πολλές διαφορετικές διαμορφώσεις που υπάρχουν. Καθεμία από αυτές τις διαμορφώσεις αντιπροσωπεύει μια τυπική προσαρμογή: -31-

42 Για σταθερή λήψη (fixed reception) Για φορητή εσωτερική ή εξωτερική λήψη (portable reception) Για κινητή λήψη (mobile reception) Σταθερή λήψη Ως σταθερή λήψη ορίζεται η λήψη κατά την οποία χρησιμοποιείται ως δέκτης κατευθυντική κεραία τοποθετημένη στην οροφή των κτιρίων, σε ύψος 10m πάνω από το επίπεδο του εδάφους (above ground level, agl). Προσεγγίζεται με τη λήψη σήματος μέσω ενός Ricean καναλιού, όπου ένα κυρίαρχο επιθυμητό σήμα μαζί με επιμέρους καθυστερημένα σήματα είναι παρόντα στην είσοδο του δέκτη, παίρνοντας υπόψη το θερμικό θόρυβο. Εικόνα 9: Διάγραμματα ακτινοβολίας για κεραίες-δέκτες Εικόνα 10: Εξασθένιση με Ricean κανάλι μετάδοσης (1= απευθείας γραμμή στον πομπό, 2= ηχώ (μικρή απόσταση), 3= ηχώ (μεγάλη απόσταση)) -32-

43 2.9.2 Φορητή λήψη Η φορητή λήψη ορίζεται ως : Κλάσης Α (εξωτερική λήψη), όπου ο φορητός δέκτης με προσαρμοσμένη ή ενσωματωμένη κεραία πρέπει να έχει ύψος τουλάχιστον 1,5m agl. Κλάσης Β (εσωτερική λήψη), όπου ο φορητός δέκτης με προσαρμοσμένη ή ενσωματωμένη κεραία πρέπει να βρίσκεται σε δωμάτιο, ανεξαρτήτως ορόφου, να έχει ύψος τουλάχιστον 1,5m agl και να υπάρχει παράθυρο σε κάποιο εξωτερικό τοίχο. Και στις δύο περιπτώσεις θεωρούμε ότι ο δέκτης είναι καθ όλη την ώρα της λήψης ακίνητος και δεν μετακινούνται μεγάλα αντικείμενα δίπλα του. Ακραίες περιπτώσεις, όπως λήψη σε απομονωμένα δωμάτια απορρίπτονται. Η φορητή λήψη προσεγγίζεται με τη λήψη σήματος μέσω ενός Rayleigh καναλιού, όπου διάφορα στατιστικά ανεξάρτητα σήματα με διαφορετικούς χρόνους καθυστέρησης, κανένα εκ των οποίων είναι κυρίαρχο, είναι παρόντα στην είσοδο του δέκτη παίρνοντας υπόψη το θερμικό θόρυβο. Εικόνα 11: Εξασθένιση με Rayleigh κανάλι μετάδοσης (1= απευθείας γραμμή στον πομπό, 2= ηχώ (μικρή απόσταση), 3= ηχώ (μεγάλη απόσταση)) Κινητή λήψη Κινητή λήψη θεωρείται η λήψη κατά την οποία ο δέκτης βρίσκεται σε κίνηση. Αφορά περιπτώσεις που ο δέκτης είναι μέσα σε αυτοκίνητο ή κρατάει μια συσκευή χειρός σε ύψος μεγαλύτερο από 1,5m agl ή πάνω από το επίπεδο ορόφου (above floor level, afl). -33-

44 Προσεγγίζεται με τη λήψη σήματος μέσω ενός Gaussian καναλιού, όπου μόνο το επιθυμητό σήμα χωρίς άλλα καθυστερημένα σήματα είναι παρόν στη είσοδο του δέκτη, παίρνοντας υπόψη το γκαουσιανό θόρυβο Περιοχή λήψης Η περιοχή λήψης ορίζεται ιεραρχικά από τρία στάδια. Α) Τοποθεσία λήψης (Receiving location). Πρόκειται ουσιαστικά για τη μονάδα μέτρησης μιας περιοχής λήψης. Αποτελεί μία περιοχή 0,5m x 0,5m, όπου θεωρείται ότι με τη μετακίνηση της κεραίας εντός αυτών των ορίων εξασφαλίζεται η βέλτιστη δυνατή ποιότητα λήψης. Η περιοχή αυτή θεωρείται ότι καλύπτεται αν οι απαιτούμενοι λόγοι σήματος προς θόρυβο C/N και σήματος προς παρεμβολή C/I επιτυγχάνονται για ποσοστό του χρόνου μεγαλύτερο του 99%. Β) Μικρή περιοχή κάλυψης (Small coverage area) Αποτελεί μια μικρή περιοχή εμβαδού 100m x 100m. Η κάλυψη αυτής της περιοχής καλείται επαρκής (Acceptable) αν καλύπτει τουλάχιστον το 70% της έκτασής της και καλή (Good) αν καλύπτει τουλάχιστον το 95% της έκτασής της. Γ) Περιοχή κάλυψης (Coverage area) Πρόκειται για το σύνολο της περιοχής λήψης, ο χαρακτηρισμός του οποίου προκύπτει από το σύνολο των συνθηκών λήψης στα επιμέρους μικρότερα τμήματά του. -34-

45 3 Διάδοση στον χώρο και στον χρόνο 3.1 To ασύρματο κανάλι Ένα σήμα το οποίο διαδίδεται μέσω ενός ασυρμάτου καναλιού φτάνει στον προορισμό του μέσα από έναν αριθμό διαφορετικών μονοπατιών, φαινόμενο το οποίο είναι γνωστό ως πολυδιαδρομική διάδοση (multipath propagation). Αυτά τα διαφορετικά μονοπάτια δημιουργούνται εξαιτίας της σκέδασης, ανάκλασης και περίθλασης από αντικείμενα ή από τη διάθλαση στο μέσο διάδοσης. Η ισχύς του σήματος πέφτει κυρίως εξαιτίας τριών φαινομένων: τις απώλειες διάδοσης (mean propagation loss), τις μακροσκοπικές και τις μικροσκοπικές διαλείψεις (macroscopic-microscopic fading). Σε μακροκυψελλωτά περιβάλλοντα οι απώλειες διάδοσης προέρχονται από το νόμο του αντιστρόφου τετραγώνου, την απορόφηση από το νερό και τα δέντρα και από την ανάκλαση στο έ- δαφος. Οι απώλειες διάδοσης εξαρτώνται από την απόσταση. Οι μακροσκοπικές διαλείψεις προέρχονται από το «μπλοκάρισμα» του σήματος από τα ψηλά κτίρια και φυσικά εμπόδια και είναι επίσης γνωστές ως διαλείψεις μακράς διαρκείας ή ως σκίαση. Οι μικροσκοπικές διαλείψεις οφείλονται κυρίως στο δημιουργικό ή καταστροφικό συνδυασμό των πολυδιαδρομικών σημάτων και είναι γνωστές ως διαλείψεις μικρής διάρκειας ή ως γρήγορες διαλείψεις. Οι τρεις αυτές αιτίες πτώσης της ισχύος του σήματος φαίνονται στο Σχ.5 και αναλύονται παρακάτω. Εικόνα 12: Πτώση ισχύος σε σχέση με την απόσταση -35-

46 3.2 Απώλειες Διάδοσης Η διάδοση σε ιδανικό ελεύθερο χώρο υπακούει το νόμο του αντιστρόφου τετραγώνου και η λαμβανόμενη ισχύς δίνεται από τη σχέση: P r 2 c Pt 4d G G t r όπου P r, Pt η λαμβανομένη και η εκπεμπόμενη ισχύς, c το μήκος κύματος, G, G τα κέρδη των κεραιών δέκτη και πομπού αντιστοίχως και d η απόσταση μεταξύ τους. Αλλά, όπως δείχνει το Σχ.6, σε κυψελωτά περιβάλλοντα στο κύριο μονοπάτι παρεμβάλλεται ένα δευτερεύον μονοπάτι το οποίο προέρχεται από την ανάκλαση του σήματος στο έδαφος. r t Εικόνα 13: Απευθείας κύμα και ανακλώμενο από το έδαφος κύμα Σε αυτήν την περίπτωση η λαμβανόμενη ισχύς δίνεται από τη σχέση: P r ht hr Pt 2 d 2 G G t r όπου h, h τα ύψη το κεραιών πομπού και δέκτη αντίστοιχα με την παραδοχή ότι ι- t r σχύει d 2 h h t r. Σε αυτήν την περίπτωση ο εκθέτης απωλειών είναι ίσος με 4. Στην πραγματικότητα, ο εκθέτης απωλειών διακυμένεται από 2.5 εως

47 3.3 Διαλείψεις Μακροσκοπικές διαλείψεις Οι μακροσκοπικές διαλείψεις οφείλονται στα φαινόμενα σκίασης από κτίρια ή φυσικά εμπόδια και καθορίζεται από τον τοπικό μέσο όρο ενός γρήγορα διαλείποντος σήματος. Η στατιστική κατανομή του τοπικού μέσου όρου έχει διερευνηθεί πειραματικά και έχει βρεθεί ότι επηρεάζεται από τα ύψη των κεραιών, τη συχνότητα λειτουργίας και τον τύπο του περιβάλλοντος. Αν σχεδιάσουμε ωστόσο σε λογαριθμική κλίμακα τη λαμβανόμενη ισχύ βρίσκουμε ότι ακολουθεί κανονική κατανομή, η οποία καλείται λογαριθμοκανονική κατανομή και έχει συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας f x x e 2 2 όπου x είναι μια τυχαία μεταβλητή σε db που αντιπροσωπεύει την πτώση ισχύος μακράς διαρκείας του σήματος και μ,σ η μέση τιμή και η τυπική απόκλιση της x αντιστοίχως Μικροσκοπικές διαλείψεις Οι μικροσκοπικές διαλείψεις αναφέρονται στις απότομες μεταβολές της στάθμης του λαμβανομένου σήματος στο χώρο, το χρόνο και τη συχνότητα και οφείλονται στη σκέ- -37-

48 δαση του σήματος από αντικείμενα που βρίσκονται μεταξύ του πομπού και του δέκτη. Η συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας της περιβάλλουσας του λαμβανομένου σήματος ακολουθεί κατανομή Rayleigh και δίνεται από την παρακάτω σχέση: f x 2x e όπου Ω είναι η μέση λαμβανόμενη ισχύς και u(x) η μοναδιαία βηματική συνάρτηση. Αν όμως μεταξύ του πομπού και του δέκτη υπάρχει οπτική επαφή, δηλ. απ ευθείας συνιστώσα, τότε η περιβάλλουσα παύει να χαρακτηρίζεται από την κατανομή Rayleigh και η κατανομή του πλάτους του σήματος γίνεται Ricean. Αυτή η κατανομή καθορίζεται συνήθως από το συντελεστή Ricean Κ που είναι ο λόγος της ισχύος της κύριας συνιστώσας του καναλιού προς την ισχύ της σκεδαζόμενης συνιστώσας. Η συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας της περιβάλλουσας δίνεται τώρα από τη σχέση: 2 x u x όπου f x 2x K 1 e 2 K x 1 K 1 I 2x K K I x είναι η τροποποιημένη συνάρτηση Bessel μηδενικής τάξεως του πρώτου είδους. Όπως είναι φανερό, απουσία της LOS συνιστώσας (οπότε Κ=0) η παραπάνω σχέση καταλήγει στην κατανομή Rayleigh αφού 0 1 I Εξάπλωση DOPPLER - Time Selective Fading Η κίνηση του πομπού, του δέκτη ή ακόμα και κάποιου σκεδαστή δημιουργεί διαλείψεις οι οποίες είναι μεταβαλλόμενες με το χρόνο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την εξάπλωση Doppler. Για παράδειγμα, ένα σήμα μιας συχνότητας μόνο v c, ένας τόνος, εξαπλώνεται σε ένα πεπερασμένο φασματικό εύρος ζώνης D v v c vmax u x. Το φάσμα ισχύος Doppler ορίζεται ως ο μετασχηματισμός Fourier της συνάρτησης αυτοσυσχέτισης της απόκρισης του καναλιού σε ένα συγκεκριμένο τόνο με F v v v max v v φάσμα ισχύος Doppler είναι η μέση ισχύς εξόδου του καναλιού ως συνάρτηση της συχνότητας Doppler. Η εξάπλωση Doppler ορίζεται ως η RMS τιμή του εύρους ζώνης του v και δίνεται από τη σχέση D c v max. Το -38-

49 v RMS 2 v v v F F D D v dv dv όπου v είναι η μέση συχνότητα του φάσματος Doppler. Οι επιλεκτικές ως προς τον χρόνο διαλείψεις μπορούν να χαρακτηριστούν από το χρόνο συνοχής T C του καναλιού. Αυτός ορίζεται ως το χρονικό διάστημα στο οποίο ο συντελεστής αυτοσυσχέτισης του σήματος πέφτει στο 0,7. Είναι αντιστρόφος ανάλογος με την εξάπλωση Doppler και δίνεται από τη σχέση T C 1 v RMS. Ο χρόνος συνοχής είναι ένα μέτρο του πόσο γρήγορα μεταβάλλεται το κανάλι με το χρόνο, όσο μεγαλύτερος ο χρόνος συνοχής, τόσο μικρότερες οι διακυμάνσεις του καναλιού. Στο παρακάτω σχήμα δίδεται ένα διάγραμμα ενός τυπικού φάσματος Doppler. Εικόνα 14: Φάσμα Doppler Εξάπλωση Χρονοκαθυστέρησης - Frequency Selective Fading Σε πολυδιαδρομικά περιβάλλοντα διάδοσης, πολλές καθυστερημένες εκδόσεις του ίδιου εκπεμπομένου σήματος καταφτάνουν στο δέκτη. Ένα ιδεατό μοντέλο θα μπορούσε να είναι το διπλό αρνητικό εκθετικό μοντέλο: η απόσταση μεταξύ των μονοπατιών κατατάσσοντας τα ως προς την καθυστέρηση αυξάνει εκθετικά με την καθυστέρηση και το πλάτος μιας συγκεκριμένης έκδοσης του σήματος πέφτει εκθετικά με την καθυστέρηση. Το άνοιγμα των καθυστερήσεων των μονοπατιών καλείται εξάπλωση χρονοκαθυστέρησης. Η RMS τιμή της εξάπλωσης χρονοκαθυστέρησης του καναλιού δίνεται από τη σχέση -39-

50 RMS max 2 0 max 0 De De d d όπου e D είναι η μέση λαμβανόμενη ισχύς ως συνάρτηση της καθυστέρησης τ, max είναι η μέγιστη καθυστέρηση μονοπατιού και η μέση εξάπλωση καθυστέρησης. Η εξάπλωση χρονοκαθυστέρησης έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία διαλείψεων επιλεκτικών ως προς τη συχνότητα. Αυτού του είδους οι διαλείψεις μπορούν να χαρακτηριστούν από το εύρος ζώνης συνοχής B C που είναι οι απόσταση στο χώρο των συχνοτήτων για την οποία ο συντελεστής αυτοσυσχέτισης του καναλιού πέφτει στο 0,7 και είναι αντιστρόφως ανάλογο του RMS. Το εύρος ζώνης συνοχής δίνεται από τη σχέση B C 1 RMS Όταν το εύρος ζώνης συνοχής είναι συγκρίσιμο ή μικρότερο από το εύρος ζώνης του εκπεμπομένου σήματος, τότε λέμε ότι το κανάλι είναι επιλεκτικό ως προς τη συχνότητα. Εικόνα 15: Μέση λαμβανόμενη ισχύς σε συνάρτηση με την καθυστέρηση τ Τα σφάλματα συχνότητας σε μια επικοινωνιακή ζεύξη προκαλούνται από δυο μηχανισμούς. Την μετατόπιση Doppler (Doppler shift) που προκαλείται από την σχετική κίνηση ανάμεσα στον πομπό και το δέκτη ή από μετακινημένους ανακλαστήρες και στην -40-

51 ανακρίβεια των πηγών παραγωγής συχνοτήτων που χρησιμοποιούνται στις διαδικασίες διαμόρφωσης και αναδιαμόρφωσης. Στη μετατόπιση Doppler, όποτε μια πηγή σήματος πλησιάζει κοντά, η συχνότητα του σήματος είναι αυξημένη από τον δέκτη και όποτε αυτή η πηγή απομακρύνεται η συχνότητα του σήματος μειώνεται για τον δέκτη. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται Doppler. Αν το κινητό κινείται στην κατεύθυνση άφιξης του σήματος, η ολίσθηση Doppler είναι θετική ενώ αν το κινητό απομακρύνεται, η ολίσθηση Doppler είναι αρνητική Εικόνα 16 Ολίσθηση Doppler Η μετατόπιση Doppler είναι συνάρτηση της σχετικής τους μετακίνησης καθώς και της συχνότητας του σήματος και της γωνίας άφιξης. Ο τύπος για τη μετατόπιση συχνότητας Doppler είναι: Όπου: Δf είναι η μετατόπιση συχνότητας Doppler v είναι η σχετική ταχύτητα του παρατηρητή / δέκτη σε m/sec, -41-

52 f η φέρουσα συχνότητα του πομπού σε Hz, Φ η σχετική γωνία άφιξης του σήματος σε μοίρες, c η ταχύτητα του φωτός, m/sec Σε κάθε διαδικασία διαμόρφωσης είναι αναγκαία η δημιουργία ημιτονικών κυμάτων στα συστήματα πομπού και δέκτη, τα οποία στην ιδανική περίπτωση έχουν την ίδια συχνότητα και φάση συχνότητας. Αυτή όμως η περίπτωση, δηλαδή τα φέροντα πομπού και δέκτη να έχουν την ίδια αρχική φάση δεν μπορεί να υπάρξει περισσότερο από μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου. Η Ολίσθηση Doppler λοιπόν: Αν το κινητό κινείται προς την κατεύθυνση της πηγής τότε τα ραδιοκύματα που λαμβάνει συνεχώς προηγούνται χρονικά, δηλαδή η γωνία φάσης είναι θετική, δηλαδή η ο- λίσθηση είναι θετική η φαινομενική συχνότητα αυξάνει Αν το κινητό απομακρύνεται από την κατεύθυνση άφιξης του κύματος τότε τα ραδιοκύματα έπονται χρονικά, δηλαδή η γωνία φάσης είναι αρνητική,δηλαδή η ολίσθηση είναι αρνητική η φαινομενική συχνότητα ελαττώνεται Άρα το φαινόμενο Doppler έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της συχνότητας κατά την προσέγγιση του Σταθμού Βάσης και την μείωσή της κατά την απομάκρυνση από τον Σταθμό Βάσης Εξάπλωση Γωνίας - Space Selective Fading Η εξάπλωση γωνίας στο δέκτη αναφέρεται στην εξάπλωση των γωνιών άφιξης των πολυδιαδρομικών συνιστωσών στην συστοιχία κεραιών του δέκτη. Ορίζοντας ως A τη μέση λαμβανόμενη ισχύ σαν συνάρτηση των ΑΟΑ (Angle Οf Arrival), τις ΑΟΑ, μπορούμε να ορίσουμε την RMS τιμή της εξάπλωσης γωνίας, η οποία δίνεται από τη σχέση -42-

53 RMS 2 A A d d (3.8) όπου είναι η μέση γωνία άφιξης. Η εξάπλωση γωνίας προκαλεί διαλείψεις επιλεκτικές ως προς το χώρο, κάτι το οποίο σημαίνει ότι το πλάτος του σήματος εξαρτάται από τη θέση του στο χώρο τη στιγμή της λήψης. Η απόσταση συνοχής είναι αυτή που μπορεί να χαρακτηρίσει την εξάπλωση γωνίας και ορίζεται σαν την απόσταση για την οποία ο συντελεστής αυτοσυσχέτισης του καναλιού πέφτει στο 0,7. Το D C είναι αντιστρόφως ανάλογο της εξάπλωσης γωνίας και δίνεται από τη σχέση D C 1. (3.9) RMS Εικόνα 17: Μέση λαμβανόμενη ισχύς σε συνάρτηση με τη γωνία 3.4 Μοντέλα Σκέδασης σε Μακροκυψέλες Κατά τη διάρκεια της διάδοσης ενός σήματος από έναν πομπό σε έναν δέκτη, στη διαδρομή του σήματος παρεμβάλλονται πολλοί σκεδαστές. Αυτοί οι σκεδαστές μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ως ακολούθως: Κατηγοριοποίηση σκεδαστών Σκεδαστές κοντινοί με το τερματικό Η κοντινή στο τερματικό σκέδαση προκαλείται κυρίως από κτίρια ή αλλου είδους σκεδαστές οι οποίοι βρίσκονται στη γειτονιά του τερματικού (μερικές δεκάδες μέτρα). Η κίνηση του τερματικού και αυτού του είδους η σκέδαση αυξάνουν την εξάπλωση -43-

54 Doppler ή ισοδύναμα τις επιλεκτικές ως προς το χρόνο διαλείψεις. Η εξάπλωση χρονοκαθυστέρησης είναι αμελητέα. Μακρινοί σκεδαστές Ταξιδεύοντας το σήμα, μπορεί να φτάσει είτε κατευθείαν στο δέκτη, ή να προσκρούσει σε διάφορους μακρινούς σκεδαστές, αυξάνοντας έτσι τον αριθμό των μονοπατιών από τα οποία διαδίδεται. Αυτού του είδους οι σκεδαστές μπορεί να είναι ή φυσικά εμπόδια ή ακόμα και μεγάλα κτιριακά συγκροτήματα. Δεν προσθέτουν εξάπλωση Doppler, αλλά μπορούν να δημιουργήσουν μεγάλη εξάπλωση χρονοκαθυστέρησης και εξάπλωση γωνίας (διαλείψεις επιλεκτικές ως προς τη συχνότητα και το χώρο αντίστοιχα). Σκεδαστές κοντινοί στο σταθμό βάσης Το κατακόρυφο εύρος του κύριου λοβού ακτινοβολίας στις κεραίες των σταθμών βάσης είναι σχετικά μικρό, σχεδόν, ενώ το οριζόντιο είναι περίπου. Γι αυτόν το λόγο, οι σκεδαστές οι οποίοι βρίσκονται εκτός αυτών των ορίων δεν παίζουν κανένα ρόλο στο λαμβανόμενο σήμα, σε αντίθεση με την περίπτωση του τερματικού, στην οποία η σχεδόν ομοικατευθυντική κεραία λαμβάνει τα σκεδαζόμενα από όλες τις κατευθύνσεις σήματα. Ωστόσο, μπορεί να υπάρξει σκέδαση στο κοντινό πεδίο της κεραίας από τον πύργο της ή από τις ταράτσες των κτιρίων, όταν οι κεραίες είναι τοποθετημένες σε ταράτσες. Συμπερασματικά, θα μπορούσαμε να πούμε ότι στη συγκεκριμένη περίπτωση έ- χουμε να αντιμετωπίσουμε μικρή εξάπλωση χρονοκαθυστέρησης και αρκετά μεγάλη εξάπλωση γωνίας. -44-

55 4 Ψηφιακά Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Στα ψηφιακά τηλεπικοινωνιακά συστήματα έχουμε την πηγή πληροφορίας (information source) όπου παράγει μηνύματα τα οποία φέρνουν την πληροφορία που πρόκειται να με ταδοθεί. Η έξοδος της Πηγής πληροφορίας είναι ακολουθία συμβόλων, συνήθως δυαδικ ών ψηφίων, όπου όμως στις περισσότερες περιπτώσεις η μετάδοση δεν είναι η κατάλλη λη, λόγω της πλεονάζουσας πληροφορίας που περιέχει. Για να βελτιωθεί η απόδοση το υ συστήματος η Πηγή Κωδικοποίησης (Source Encoder) είναι σχεδιασμένη με τέτοιο τρ όπο ώστε να μετατρέπει την έξοδο της Πηγής Πληροφορίας σε μια ακολουθία δυαδικών ψηφίων με τον ελάχιστο δυνατό πλεονασμό. Ένας κωδικοποιητής καναλιού (channel encoder) έχει ως σκοπό να προσθέτει πλεονάζ ουσα πληροφορία στο μήνυμα που πρόκειται να μεταδοθεί και ο δέκτης που το λαμβάν ει χρησιμοποιεί την πλεονάζουσα πληροφορία για να διορθώσει όσο το δυνατό περισσό τερα λάθη, που προκύπτουν λόγω θορύβου ή διασυμβολικής παρεμβολής. Η πλεονάζου σα πληροφορία χρησιμοποιείται για να αυξηθεί η αξιοπιστία του συστήματος. Ένας δια μορφωτής (modulator) έχει ως κύριο στόχο να προσαρμόζει το σήμα στο κανάλι, να επι τρέπει την ταυτόχρονη μετάδοση περισσότερων σημάτων πάνω από το ίδιο φυσικό καν άλι και να αυξήσει την ταχύτητα μετάδοσης. Το Κανάλι (Channel) είναι το μέσο μετάδ οσης που χρησιμοποιείται για να μεταφέρει ή να αποθηκεύει πληροφορία ώστε να πραγ ματοποιηθεί η πιστή αναπαραγωγή του αρχικού σήματος στην έξοδο (output). Τα μειον εκτήματα που έχει το κανάλι μετάδοσης είναι ο θερμικός θόρυβος (thermal noise) και τ ο πεπερασμένο εύρος ζώνης τους. Μέχρι στιγμής, έχουμε αναφερθεί στα βήματα που χρειάζονται για τη μετάδοση ενός μ ηνύματος από ένα πομπό. Αντίστροφη διαδικασία πρέπει να γίνει στο δέκτη του μηνύμ ατος, έτσι ώστε να ληφθεί το αρχικό μήνυμα που μεταδόθηκε. Το πρώτο κύκλωμα που συναντάται στο δέκτη, είναι ο Αποδιαμορφωτής(Digital Demotulator), η έξοδος του οπ οίου παράγει μια ακολουθία δυαδικών ψηφίων ή μια αναλογική ακολουθία. Ο Αποκωδικοποιητής Καναλιού (Channel Decoder) κάνει μια εκτίμηση για το αρχικό μ ήνυμα που μπορεί να μεταδόθηκε και στόχος του αποκωδικοποιητή είναι να ελαχιστοπο -45-

56 ιήσει την επίδραση του θορύβου που προέρχεται από το κανάλι. Η Πηγή Αποκωδικοποί ησης (Source Decoder) βασιζόμενη στον κανόνα με τον οποίο έγινε η κωδικοποίηση με τατρέπει την ακολουθία εισόδου της σε μια εκτίμηση της ακολουθίας που έπρεπε να είχ ε σταλεί και την παραδίδει στο χρήστη. Αργότερα στον δέκτη όπου φτάνει η πληροφορί α υπάρχει ένας αποδιαμορφωτής (Output transducer) όπου δίνει το σήμα στην αρχική τ ου μορφή. Εικόνα 18: Ψηφιακό τηλεπικοινωνιακό σύστημα Βασικές μονάδες τηλεπικοινωνιακού συστήματος Στο σχήμα 1.1 παρουσιάζονται οι βασικές δομικές μονάδες ενός σύγχρονου τηλεπικοιν ωνιακού συστήματος, όπου αποτελείται από ένα πομπό, το κανάλι μετάδοσης και ένα δ έκτη. Πομπός Εικόνα 19: Βασικές μονάδες τηλεπικοινωνιακού συστήματος -46-

57 Η βαθμίδα του πομπού (transmitter) επεξεργάζεται ένα σήμα μηνύματος με σκοπό να παράγει ένα σήμα που μπορεί να εισέρθει με αξιοπιστία μέσα από το κανάλι. Αυτό περ ιλαμβάνει την διαμόρφωση ενός φέροντος σήματος, την κωδικοποίηση του σήματος το υ, ώστε να μπορούν να διορθώνονται τα σφάλματα μετάδοσης του μηνύματος και την ε νίσχυση ισχύος για να μπορούν να ξεπεραστούν οι απώλειες του καναλιού διάδοσης. Η κεραία του πομπού έχει ένα, πολλαπλών εισόδων, σήμα για να λαμβάνει πολλαπλά κ ανάλια. Όταν είναι σε λειτουργία Rx όλοι οι είσοδοι πρέπει να έχουν την ίδια φέρουσα συχνότητα. Κανάλι μετάδοσης Το κανάλι μετάδοσης ορίζεται ως το ηλεκτρικό μέσο ανάμεσα στον πομπό και στον δέκ τη και χαρακτηρίζεται από την απώλεια/εξασθένιση, το εύρος ζώνης, το θόρυβο/παρεμβ ολή και την παραμόρφωση που φέρει στο σήμα. Δέκτης Η λειτουργία του δέκτη (receiver) είναι να ανακτά το αρχικό σήμα- μήνυμα, όπως και ν α αντισταθμίζει την υποβάθμιση του σήματος που τυχόν έχει προκαλέσει το κανάλι μετ άδοσης. Οι λειτουργίες του δέκτη συνήθως περιλαμβάνουν ενίσχυση, φιλτράρισμα, ανα διαμόρφωση και αποκωδικοποίηση. 4.1 Τηλεόραση Η ανάλυση-μετατροπή εικόνων, κινούμενων ή μη σε ηλεκτρικά σήματα, η μετάδοση τους μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και στην συνέχεια η λήψη και αναπαραγωγή τους σε οθόνη ειδικής συσκευής, καθιέρωσε τη γνωστή συσκευή τηλεόρασης. Τα τηλεοπτικά δίκτυα, χάρη στα οποία λαμβάνουμε τις τηλεοπτικές εικόνες και τα προγράμματα, στις συσκευές τηλεόρασης συγκροτούνται από: Τηλεοπτικούς σταθμούς, που περιλαμβάνουν τα στούντιο που υλοποιείται η παραγωγή και επεξεργασία του προγράμματος [( εγγραφή σε μαγνητοσκόπια, επεξεργασία(editing), αναπαραγωγή(playback), εκπομπή(on air)]. Ραδιοζεύξεις, μέσω των οποίων συνδέονται τα στούντιο με τις λεγόμενες εξωτερικές παραγωγές (ρεπορτάζ, αθλητικούς αγώνες κ.λπ.) και με τους πομπούς που -47-

58 εγκατεστημένοι σε περιοχές μεγάλου υψομέτρου εκπέμπουν τα τηλεοπτικά σήματα των καναλιών σε καθορισμένες συχνότητες. Κεραίες εκπομπής, που είναι εγκατεστημένοι σε πυλώνες Αναμεταδότες, για την επέκταση της κάλυψης που επιτυγχάνεται από τον πομπό Τηλεοπτικούς δέκτες, τις γνώστες δηλαδή συσκευές τηλεοράσεων, που αποτελούνται σε γενικές γραμμές από την οθόνη, το tuner με τις βαθμίδες συχνότητας, το μεγάφωνο ή τα μεγάφωνα κ.λπ. Για την τηλεοπτική μετάδοση εικόνας απαιτείται α) η μετατροπή σε ηλεκτρικά σήματα της φωτεινής ροής που εκπέμπεται ή ανακλάται από το αντικείμενο μετάδοσης, β) η μεταβίβαση αυτών των ηλεκτρικών σημάτων μέσα από τους διαύλους επικοινωνίας και γ) η λήψη και μετατροπή των ηλεκτρικών σημάτων σε φωτεινούς παλμούς που αναπαράγουν την εικόνα του αντικείμενου. Η πραγματοποίηση των διαδικασιών αυτών έγινε χάρη στις επιστημονικές έρευνες και τις ανακαλύψεις διάφορων επιστημών, όπως ο Ο.Σμίθ (ΗΠΑ), που ανακάλυψε τις φωτοηλεκτρικές ιδιότητες των υλικών(1873), ο Π.Νίπκοφ, που το 1884 κατασκεύασε μια πρώτη διάταξη μετάδοση εικόνων, και ο Β. Ζβορίκιν που το 1923 κατασκεύασε την πρώτη συσκευή ηλεκτρονικής ανάλυσης εικόνας. 4.2 Η μετάβαση από την αναλογική στην ψηφιακή εποχή Οι τεχνολογικές εξελίξεις οδήγησαν σχετικά γρήγορα στο πέρασμα από την ασπρόμαυρ η τηλεόραση προγράμματα της οποίας άρχισαν να εκπέμπονται στις ΗΠΑ από το 1933 στην έγχρωμη, η οποία βασίστηκε στην ικανότητα του οπτικού συστήματος του ανθρ ώπου να αναπαράγει τα χρώματα μέσω του συνδυασμού τριών βασικών χρωμάτων, του μπλε, του κόκκινου και του πράσινου. Αν και οι πρώτες προτάσεις για έγχρωμη τηλεόραση χρονολογούνται από το 1904 στη Γερμανία, ήταν οι Η.Π.Α. η πρώτη χώρα με δημόσια έγχρωμη τηλεόραση το 1954 χρησ ιμοποιώντας το πρότυπο NTSC με 525 γραμμές και χρησιμοποιώντας μέθοδο υποδειγμ ατοληψίας interlacing στα 60 Hz. Το ίδιο πρότυπο υιοθέτησε και η Ιαπωνία η οποία ξεκ ίνησε την δημόσια μετάδοση έξι χρόνια αργότερα. Στην Ευρώπη, η δημόσια μετάδοση ξεκίνησε το 1967 με την χρήση των ευρωπαϊκών προτύπων SECAM και PAL. -48-

59 Η εικόνα που λαμβάνεται από τα μηχανήματα εικονοληψίας, αναλύεται μέσω χρωματικ ών φίλτρων σε τρεις έγχρωμες εικόνες. Οι έγχρωμοι δέκτες αποκωδικοποιούν το σύνθετ ο σήμα, αναπαράγουν τις τρεις μονοχρωματικές εικόνες και μεταφέρουν με ειδικές διατ άξεις στην οθόνη την αρχική αναλογία κάθε χρώματος, του οποίου η αυτόματη σύνθεσ η από τα μάτια του ανθρώπου δημιουργεί τη αίσθηση της έγχρωμης εικόνας. Οι προδιαγραφές στις οποίες στηρίζονται τα τηλεοπτικά συστήματα διαφοροποιούνται ως προς το σύστημα ανάλυσης της εικόνας, την μορφή των σημάτων και της διαμόρφω σης. Σήμερα υπάρχουν τρεις τύποι κωδικοποίησης των εικόνων: τα ευρωπαϊκά πρότυπα PAL και SECAM και το αμερικανικό NTSC. Οι προσπάθειες ελαχιστοποίησης του όγκου και του βάρους των τηλεοπτικών συσκευώ ν και αύξησης του μεγέθους τη οθόνης με βελτίωση της ποιότητας της εικόνας, είχαν σ αν αποτέλεσμα την δημιουργία της επίπεδης τηλεόρασης. Εικόνα 20: Επίπεδη τηλεόραση -49-

60 Από την άλλη τα προβλήματα της ευκρίνειας της εικόνας οδήγησαν στην υλοποίηση τη ς ψηφιακής τηλεόρασης. Η ψηφιακή τηλεόραση (Digital TV) αποτελεί εφαρμογή της ψ ηφιακής τεχνολογίας στον τηλεοπτικό χώρο και σε αυτήν η μετάδοση της εικόνας γίνετ αι με σήμα που μεταφέρεται υπό μορφή πακέτου αριθμών, όπως γίνεται με τους ηλεκτρ ονικούς υπολογιστές. Ήδη από τα τέλη της δεκαετίας του 1980 κυκλοφόρησαν οι πρώτ οι τηλεοπτικοί δέκτες με ψηφιακή επεξεργασία εικόνας και εκτός από την μεγάλη συμβ ολή στην επεξεργασία εικόνων (π.χ. σμίκρυνση, μεγέθυνση, αφαίρεση τμημάτων εικόν ων, προσθήκη άλλων κ.λπ.), η ψηφιακή τεχνολογία παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήμ ατα, κυρίως στην τηλεοπτική μετάδοση, γιατί εξασφαλίζει ποιότητα λήψης που δεν επ ηρεάζεται από την ποιότητα του τηλεοπτικού σήματος. Εφόσον το σήμα ληφθεί από το ν τηλεοπτικό δέκτη η εικόνα θα είναι σωστή, ενώ αν είναι εξαιρετικά κακή η λήψη, δεν θα περάσει το σήμα στον δέκτη. Η ολοκληρωμένη εφαρμογή της ψηφιακής τεχνολογίας στην τηλεόραση αποτελεί ιδιαίτ ερα σημαντική εφαρμογή προοπτικής των νέων επικοινωνιακών τεχνολογιών, ανοίγοντ ας τον δρόμο σε δυο πολύ ενδιαφέρουσες προοπτικές, την τρισδιάστατη τηλεόραση και την τηλεόραση υψηλής ευκρίνειας. Σύμφωνα με το σχέδιο της Στοκχόλμης, το οποίο είχε τεθεί το 1961 (ST-61) και ισχύει για την σημερινή τηλεοπτική κατάσταση στην Ευρώπη, Β. Αφρική και αρκετές χώρες τ ης Μέσης Ανατολής, ο στόχος ήταν η πανεθνική κάλυψη με 3 ή 4 δίκτυα. Το σχέδιο τροποποιήθηκε αρκετά με την πάροδο των χρόνων με την προσθήκη περισσό τερων δικτύων που δημιουργήθηκαν σε κάθε χώρα. Όμως το σχέδιο πλέον είναι ανεπαρ κές. Το ST-61 αντιμετώπιζε με μεγάλη δυσκολία τις απαιτήσεις της αναλογικής τηλεόρ ασης στην Ευρώπη τα τελευταία χρόνια και ήταν ακόμα πιο δύσκολο να θέσει και το ζή τημα της ψηφιακής τηλεόρασης στο προσκήνιο. Γι αυτό το λόγο συντάθηκε το Σύμφωνο του Chester το 1997 (CH-97) που αντιμετώπι σε τα αρχικά προβλήματα της εισαγωγής της ψηφιακής τηλεόρασης στην Ευρώπη και έ δωσε ιδέες για την μετάβαση στην ψηφιακή εποχή. Το σύμφωνο του Chester προέβλεπε την σταδιακή αντικατάσταση του ST-61 με το CH-97 από το 2005 μέχρι το Όμως για τις χώρες που καθυστέρησαν να μπουν στην ψηφιακή εκπομπή, σύμφωνα με την διάσκεψη της ITU το 2006 κρίθηκε τελικά ως τελική περίοδο μετάβασης, την 17 Ιο -50-

61 υνίου του 2015, μεταξύ χωρών μέσω διμερών συμφωνιών. Κάθε χώρα θα αναπτύξει το δικό της πλάνο, βασισμένη στις ιδιαίτερες απαιτήσεις της, έχοντας υπ όψιν τις γενικές προδιαγραφές και τους περιορισμούς που θα συμφωνηθούν και δίνοντας της το ανάλογ ο χρονικό περιθώριο για να αντιμετωπίσει τα ενδεχόμενα προβλήματα τα οποία μπορεί να προκύψουν με τις γειτονικές χώρες. Το χρονικό περιθώριο που δίνεται είναι αναγκαί ο, εφόσον υπάρχουν μεγάλες διαφοροποιήσεις ως προς τα μεγέθη της αγοράς, στα ήδη εγκατεστημένα δίκτυα καθώς και την υπάρχουσα κατάσταση στο φάσμα των συχνοτήτ ων. Οι ιδιαιτερότητες που αναφέραμε προηγουμένως έχουν να κάνουν και ως προς τον βαθ μό εισχώρησης της ψηφιακής τηλεόρασης με άλλες δυο μορφές της: την δορυφορική κ αι την καλωδιακή (DVB-S & DVB-C).Στις χώρες όπου εφαρμόζεται η καλωδιακή ή δο ρυφορική τηλεόραση για την σταθερή λήψη ψηφιακής τηλεόρασης το DVB-T μπορεί ν α εισχωρήσει στην αγορά παρέχοντας φορητότητα του δέκτη, ενώ σε άλλες χώρες όπως η Ελλάδα, που στηρίζονται στην αναλογική επίγεια εκπομπή θα χρησιμοποιηθεί για να αντικαταστήσει το δίκτυο το οποίο υπάρχει. Το πρότυπο για τη ψηφιακή τηλεόραση στη Ελλάδα και στην υπόλοιπη Ευρώπη είναι τ ο DVB-T. Η επίγεια ψηφιακή μετάδοση ξεκίνησε από το εργαστήριο έρευνας και ανάπτ υξης τηλεπικοινωνιακών συστημάτων PASIPHAE του ΤΕΙ Κρήτης το Σεπτέμβριο του 2001 με δοκιμαστική εκπομπή σε όλο το Ηράκλειο Κρήτης και ακολούθησε η ΕΡΤ με δ οκιμαστική εκπομπή τον Ιανουάριο του Το καλοκαίρι του 2009 εμφανίστηκε η ετ αιρεία DIGEA A.E η οποία ανέλαβε την ψηφιακή εκπομπή των τηλεοπτικών προγραμμ άτων. Το Σεπτέμβριο του 2009 ξεκίνησε η μετάβαση των ελληνικών ιδιωτικών καναλιώ ν σε ψηφιακό σήμα, με πρώτη περιοχή εκπομπής τον Κορινθιακό κόλπο με πρότυπο vid eo συμπίεσης το MPEG-4/H D και HDTV Η τρισδιάστατη τηλεόραση προβάλλει εικόνες που έχουν μαγνητοσκοπηθεί με στερεοφω νική λήψη και χάρη στην κατασκευή της οθόνης, παρέχει την δυνατότητα στον τηλεθεα τή να αντιλαμβάνεται παραστάσεις τριών διαστάσεων, χωρίς να απαιτείται η χρήση ειδι κών γυαλιών. Η τηλεόραση υψηλής ευκρίνειας(hdtv) αποτελεί πιο πρόσφατο επίτευγ -51-

62 μα και αναπτύσσονται δυο συστήματα για την εφαρμογή της, ένα ευρωπαϊκό, το σύστη μα HDMAC και ένα ιαπωνικό, το σύστημα Muse. O νέος αυτός τύπος τηλεόρασης έχει ευκρινέστερη εικόνα ως προς την συμβατική ( περισσότερες γραμμές σε κάθε εικόνα, π ερισσότερα σημεία σε κάθε γραμμή και ήχο πολύ καλύτερης ποιότητας, συγκρίσιμο με αυτόν ενός c.d). Ο J.L. Baird ονόμασε το μηχανικό του σύστημα με 30 γραμμές Τηλεόρ αση Υψηλής Ευκρίνειας. Σήμερα, η χρήση του όρου HDTV έχει σταθεροποιηθεί, με τα σημερινά συστήματα να χρησιμοποιούν περίπου 1000 γραμμές. Η εφαρμογή της τηλεόρασης υψηλής ευκρίνειας παρουσιάζει σοβαρές ανακατατάξεις, δι ότι εκτός ότι απαιτούνται νέοι δέκτες (συσκευές τηλεόρασης), νέες κεραίες, ειδικές συσ κευές δορυφορικής λήψης και νέο εξοπλισμό (κάμερες, στούντιο κ.λπ.), απαιτεί και προ γράμματα που θα γυριστεί σε φιλμ 35 χιλιοστών, λόγω του υψηλού βαθμού ανάλυσης τ ου, ενώ το φιλμ 16 χιλιοστών, το οποίο είναι ιδιαίτερα διαδεδομένο στην Ευρώπη είναι ακατάλληλο για προβολή μέσω συστημάτων υψηλής ευκρίνειας. Η Ευρωπαϊκή Ένωση αναγνωρίζοντας την στρατηγική σημασία της τηλεόρασης υψηλή ς ευκρίνειας για την ευρωπαϊκή βιομηχανία ηλεκτρικών συσκευών και για τις ευρωπαϊκ ές βιομηχανίες τηλεόρασης και κινηματογράφου υιοθέτησε, με απόφαση του Συμβουλί ου Υπουργών της Ένωσης το 1993, σχέδιο δράσης για την εισαγωγή προηγμένων τηλεο πτικών υπηρεσιών που θα καλύπτουν όλο τον κοινοτικό χώρο. Το πρόγραμμα αυτό αφο ρά την προώθηση του σχήματος εικόνας με λόγο διαστάσεων 16/9 (πλάτος/ύψος) έναντ ι του σχήματος 4/3 της συμβατικής τηλεόρασης, ανεξαρτήτως του μετάδοσης ( επίγειος, δορυφορικός, καλωδιακός) Η Ευρώπη, σε αντίθεση με την Ιαπωνία υλοποίησε το πρόγραμμα αυτό σε δυο σταδία, ώστε η εισαγωγή της νέας τεχνολογίας να γίνει βαθμιαία και να εξασφαλιστούν οι οικο νομικές προϋποθέσεις (επαρκής αριθμός τηλεθεατών) για την βιωσιμότητα της επένδυσ ης. Μια ριζική αλλαγή στον τηλεοπτικό χώρο που έγινε την δεκαετία του 1980 λόγω των νέ ων τεχνολογιών εξελίξεων και κυρίως της δορυφορικής μετάδοσης, ήταν η κατάργηση του κρατικού μονοπωλίου στην παραγωγή τηλεοπτικών προγραμμάτων και την λειτουρ γία τηλεοπτικών σταθμών. Σε όλες τις χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης το 1992 παράλλ ηλα με την κρατική αναπτύχτηκε η ιδιωτική τηλεόραση. -52-

63 Στην χώρα μας με το Ν. 1730/1987 σημειώθηκε το πρώτο βήμα για την κατάργηση του κρατικού μονοπωλίου που ίσχυε μέχρι τότε στα ραδιοτηλεοπτικά μέσα. Ωστόσο, η ορισ τική ρύθμιση του νομικού πλαισίου για την λειτουργία της ιδιωτικής τηλεόρασης έγινε με το νόμο για τα Μαζικά Μέσα Ενημέρωσης που ψηφίστηκε τον Ιούλιο του Πλεονεκτήματα Ψηφιακής Τηλεόρασης Ψηφιακή τηλεόραση είναι η μετάδοση και λήψη εικόνων και ήχων με τη μορφή ψηφιακ ών σημάτων. Χρησιμοποιεί ψηφιακά δεδομένα τα οποία είναι συμπιεσμένα και χρειάζο νται αποκωδικοποίηση από ένα ειδικά σχεδιασμένο σετ τηλεόρασης. Ο μειωμένος λόγος σήματος προς θόρυβο (SNR) που απαιτείται σε σχέση με την αναλο γική μετάδοση επιτυγχάνει την καλύτερη λήψη υπό δύσκολες συνθήκες. Παράλληλα, ε ξαιτίας της ψηφιακής επεξεργασίας, τα ανακλώμενα σήματα προστίθενται στο αρχικό κ αι λειτουργούν αθροιστικά, ενώ εξαλείφεται το φαινόμενο του ειδώλου που εμφανίζετα ι στην αναλογική λήψη. Η πληροφορία που απαιτείται για ένα τηλεοπτικό πρόγραμμα κωδικοποιείται με ψηφια κή ακολουθία από μηδέν και ένα, όπως και ένας υπολογιστής ενώ στην αναλογική μετ άδοση το σήμα είναι στη μορφή ενός συνεχούς σήματος. Το σήμα φτάνει από το στούντ ιο στον πομπό χωρίς να υποστεί διαφοροποιήσεις. Στην ψηφιακή μετάδοση το σήμα κω δικοποιείται, συμπιέζεται και επιτρέπει να ενσωματώνονται υπηρεσίες: EPG(Electronic Program Guide)-Ηλεκτρονικός οδηγός προγράμματος, επιλογή υποτίτλων σε περισσότε ρες από μια γλώσσες, πολυκαναλικός ήχος κ.λπ., όπου με την αναλογική μετάδοση δεν μπορούσαμε να έχουμε. Η συμπίεση του σήματος βασικής ζώνης επιτρέπει την καλύτερη εκμετάλλευση του φά σματος, καθώς πετυχαίνει τη μετάδοση πολλών προγραμμάτων σε ένα κανάλι. Στο χώρ ο που εκπέμπονταν παλαιότερα ένα κανάλι, τώρα στο ίδιο κανάλι μπορούν να εκπέμψο υν πέντε, έξι ή επτά διαφορετικά προγράμματα SDTV, είτε ένα πρόγραμμα υψηλής ευκ ρίνειας HDTV. Υπάρχει ακόμα η δυνατότητα widescreen για τα ψηφιακά κανάλια και μ ετάδοση σε ανάλυση υψηλής ευκρίνειας. Αυτή που ξεχωρίζει είναι η υπηρεσία της διαδραστικότητας. Ο τηλεθεατής χρησιμοποι ώντας το τηλεχειριστήριο μπορεί να έχει πρόσβαση σε πολλές υπηρεσίες. Είναι παρεμφ ερές με το teletext της αναλογικής, με μερικές νέες και βελτιωμένες υπηρεσίες. Το κείμ ενο στην ψηφιακή τηλεόραση είναι πιο ευδιάκριτο, απ ότι στην αναλογική. -53-

64 Μερικά ψηφιακά προγράμματα ακόμα επιτρέπουν την επιλογή της κάμερας από όπου ο τηλεθεατής μπορεί να παρακολουθήσει πολλά αθλητικά ή ειδησεογραφικά γεγονότα ακ όμα και πρόσβαση στο διαδίκτυο μέσω του τηλεοπτικού σετ. Σταδιακά θα μπορεί ο τηλεθεατής να παρεμβαίνει και να συμμετέχει σε ζωντανή εκπομ πή από το τηλεχειριστήριο του, όπως και να προγραμματίζει το πρόγραμμα που θέλει ν α δει και να το αντιγράφει, ακόμα και τις αγορές μας. Εικόνα 21: Νέες υπηρεσίες στην DTV -54-

65 5 Πείραμα μετρήσεων για σταθερή και φορητή λήψη 5.1 Κύκλωμα προσομοίωσης Αυτό που μελετάται από τις μετρήσεις μας είναι η επιρροή του φαινομένου Doppler με την αλλαγή των συνθηκών κατά την εκπομπή σήματος. Η προσομοίωση μας στηρίζεται φυσικά στο παραπάνω κύκλωμα. Χρησιμοποιούνται δύο κανάλια μετάδοσης, ένα ψηφιακό και ένα αναλογικό. Εφαρμόζονται διαφορετικές λήψεις σταθερή και φορητή σε κάποια περιβάλλοντα διάδοσης (typical urban, typical suburban, rural area και free space) και με διαφορετικές ταχύτητες οχήματος. Περιγράφονται πιο αναλυτικά τα πιο σημαντικά σημεία του κυκλώματος όπου γίνονται και οι αλλαγές, σύμφωνα με τα στοιχεία που επιθυμούμε να εξετάσουμε. -55-

66 Παράμετροι κωδικοποιητή(coder) Όνομα Περιγραφή Προεπιλογή Μονάδα Τύπος Εύρος Alpha Ανομοιόμορφος παράγοντα 1 int [1, ) ς για DVB-T. Κωδικός εισόδων Κωδικός Όνομα Περιγραφή Τύπος σήματος 1 input Εισερχόμενα bits δεδομένων int Κωδικός εξόδων Κωδικός Όνομα Περιγραφή Τύπος σήματος 2 output Σήμα μετά την χαρτογράφηση αστερισμού complex Παράμετροι καναλιού μετάδοσης (DVBChannel) -56-

67 Όνομα Περιγραφή Προεπιλογή Μονάδα Τύπος ChannelModel Δοκιμαστικό περιβάλλον διαδρ ομής: Fixed Reception F1, Port able Reception P1 Fixed Receptio n F1 enum SampleTime Χρόνος διαστήματος ανά σύμβ ολο (224/2048) sec real Κωδικός εισόδων Κωδικός Όνομα Περιγραφή Τύπος σήματος 1 in Εισερχόμενο σήμα στο κανάλι complex Κωδικός εξόδων Κωδικός Όνομα Περιγραφή Τύπος σήματος 2 out Εξερχόμενο σήμα από το κανάλι complex i. Fixed Reception F1 (Σταθερή λήψη) Ricean Fading Εικόνα 22: Fixed Reception F1 (Σταθερή λήψη) Ricean Fading -57-

68 Το πρώτο τερματικό πριν το άθροισμα αντιπροσωπεύει την ύπαρξη καλής οπτικής επαφ ής(line of sight,los) N είναι ο αριθμός από ηχούς ( echoes) που είναι ίσο με 20 Θ i είναι η μετατόπιση φάσης από διασπορά της ν-οστής διαδρομής Ρ i είναι η μείωση της ν-οστής διαδρομής Τ i είναι η σχετική καθυστέρηση της ν-οστής διαδρομής. Ο παράγοντας Ricean K (αναλογία του οπτικού πεδίου ακτίνας στα ανακλώμενα μονοπ άτια) στην προσομοίωση είναι K =10 db. ii. Portable Reception P1,(φορητή εσωτερική ή εξωτερική λήψη) Rayleigh fading Η σχέση από το σήμα εισόδου y(t) και το σήμα εξόδου x(t) για φορητή εσωτερική ή εξ ωτερική λήψη είναι: Στο κανάλι μετάδοσης TDMA πραγματοποιείται μετάδοση αναλογικού σήματος σε δια φορετικά περιβάλλοντα διάδοσης. Το PropNADCtdma είναι ένα μοντέλο μονής κατεύ θυνσης πολλαπλών διαδρομών βασισμένο σε IS-55 και IS-56 προδιαγραφές πολλαπλασ ιασμού και στο πρότυπο North American Dual Model Cellular (NADC). Παρακάτω πα ραθέτουμε τις παραμέτρους του καναλιού μετάδοσης. Παράμετροι καναλιού μετάδοσης PropNADCtdma -58-

69 Όνομα Περιγραφή Προεπιλογή Τύπος Type Τύπος διάδοσης: NoMultipath, FlatFade, TwoPa Two path th enum Pathloss Απώλεια διαδρομής μεγάλης κλίμακας : No, Yes No enum Env Επιλογή τύπου περιβάλλοντος: TypicalUrban, T TypicalUrban ypicalsuburban, RuralArea, FreeSpace enum Delay Σχετική καθυστέρηση (Type=TwoPath) παίρνον τας υπόψη την πρώτη διαδρομή, σε microsecond 0.5 real s Pwr Σχετική δύναμη (Type=TwoPath) παίρνοντας υπ 3 real όψη την πρώτη διαδρομή, σε db Seed Ακέραιος αριθμός για να τυχαιοποιήσει το κανά int λι εξόδου Test Έλεγχος θύρας για διαδρομή μιας κατεύθυνσης : Tap1 Tap1, Tap2 enum Κωδικός εισόδων Κωδικός Όνομα Περιγραφή Τύπος σήματος 1 input Εισερχόμενο σήμα καναλιού timed Κωδικός εξόδων Κωδικός Όνομα Περιγραφή Τύπος σήματος 2 output Εξερχόμενο σήμα καναλιού timed 3 test Δοκιμαστική θύρα timed -59-

70 Περιλαμβάνοντας πολυδιαδρομικές διαλείψεις/εξασθενίσεις (multipath fading) και επιδ ράσεις απώλειας διαδρομών το σήμα εξόδου καναλιού μπορεί να περιγραφεί σαν Όπου, α = εξασθένιση απώλειας διαδρομής, α 1 βi = σχετική δύναμη από κάθε ηχώ(echo), με σχετική ακρίβεια τi = σχετική καθυστέρηση από κάθε ηχώ (echo),καθυστέρηση για το απευθείας μονοπάτ ι τ0 s(t) = σύνθετο σήμα εισόδου gi = τυχαία λειτουργία κέρδους(gain) που σχετίζεται με κάθε ηχώ(echo) Για την επιλογή No Multipath, M=1, τ1=τ0.η λειτουργία κέρδους(απολαβής) μπορεί ν α περιγραφεί σαν ένα άθροισμα από μη-επικαλυπτόμενων τροχιακών ημιτονοειδών καμ πυλών από ίσα πλάτη και διαφορετική συχνότητα και φάση. Ο παράγοντας α ισούται μ ε 1 όταν Pathloss = No. Όταν Pathloss = No, το άθροισμα r(t) μπορεί να αθροιστεί επιπ λέον ώστε να σχετίζεται με την είσοδο s(t),ώστε το κανάλι να έχει κέρδος(gain). Γι αυτ ό το λόγο, όταν Pathloss = No, η έξοδος ομαλοποιείται στο γραμμικό άθροισμα της δύν αμης ηχούς με κάθε επιλογή. Η επιλογή Flat fade (Επίπεδη διάλειψη) είναι προκαθορισ μένη να είναι μη-επιλέξιμη συχνότητα διάλειψης/εξασθένισης. Εκτός από την επιλογή No Multipath όπου η μετατόπιση Doppler και η απώλεια διαδρο μής σε ελεύθερο χώρο(free space) είναι προκαθορισμένη, όλες οι άλλες επιλογές έχουν μια Rayleigh κατανομή περιβάλλουσας με ένα (κλασικό)φάσμα Doppler και απώλεια δι αδρομής όπου καθορίζεται από την παράμετρο environment. Οι επιλογές του τύπου (type) περιλαμβάνουν μια σχετική καθυστέρηση από -60-

71 όπου R είναι η τελική απόσταση μεταξύ των δυο καναλιών και c είναι ο ελεύθερος χώρος(free space)της ταχύτητας του φωτός. Καθυστέρηση (Delay )σε δυο-ακτίνες μοντέλο είναι η καθυστέρηση της δεύτερης ακτίν ας, παίρνοντας υπόψη την πρώτη ακτίνα, η οποία είναι προκαθορισμένη να είναι τ0. Δύναμη (Pwr) σε δυο-ακτινών μοντέλο είναι η δύναμη της δεύτερης ακτίνας κάτω από τ ην δύναμη της πρώτης ακτίνας. H παράμετρος Seed τυχαιοποιεί την έξοδο του μοντέλου. Ένα σύνθετο seed έχει ως απο τέλεσμα την ίδια έξοδο από προσομοίωση σε προσομοίωση και μεταξύ μοντέλων, σε π ολύ-καναλικό σχέδιο (design). Η παράμετρος test είναι η έξοδος από ένα μοναδικό μονοπάτι χωρίς απώλεια διαδρομής (pathloss) ή επιπτώσεις καθυστέρησης. Κύριος (ή σταθερός) σταθμός κεραιών είναι γραμμικός πολωμένες κεραίες που χρησιμο ποιούνται σε κινητές υπηρεσίες επικοινωνίας σε σταθερή βάση από αναμεταδοτική ζεύξ η μετάδοσης. Η κεραία έχει ένα κωδικό πολλών εισόδων για να λαμβάνει πολλαπλά κα νάλια όταν είναι στην κορυφή Rx. Όλοι οι είσοδοι στην σταθερή κεραία πρέπει να έχου ν την ίδια συχνότητα φέρουσας. Σταθερή κεραία (AntBase) Παράμετροι κεραίας Όνομα Περιγραφή Προεπιλογή Μονάδα Τύπος Εύρος Gain Κέρδος από το κανάλι, σε d 0.0 real (-, ) B -61-

72 X X-συντεταγμένες πλάτους 0.0 m real Y Y-συντεταγμένες ύψους 0.0 m real Height ύψος καναλιού μεταξύ X-Y 10 m real (0, ) επιπέδου Κωδικός εισόδων Κωδικός Όνομα Περιγραφή Τύπος σήματος 1 input Σήμα εισόδου καναλιού multiple timed Κωδικός εξόδων Κωδικός Όνομα Περιγραφή Τύπος σήματος 2 output Σήμα εξόδου καναλιού timed Η συνιστώσα ακτινοβολίας έχει μια υπερέχων κατακόρυφη συνιστώσα από το ηλεκτρικ ό πεδίο (E z ). Η μονάδα κέρδους (Gain) μετριέται σε db και ορίζεται με αναφορά σε μια ισότροπη πη γή(dbi).για να ανταποκρίνεται στις προδιαγραφές της κεραίας επικοινωνίας, ένα dbd ( κέρδος) πρέπει να χρησιμοποιείται παίρνοντας υπόψιν ένα ημικυματικό δίπολο. Τα τεχνικά χαρακτηριστικά της εισόδου εμπέδασης(impedance) σε συνάρτηση με την σ υχνότητα, μπορούν να δημιουργήσουν κυκλικά υποδίκτυα και να συ-προσομοιωθούν μ ε ένα κυκλικό προσομοιωτή. Οι κινητές κεραίες είναι τοποθετημένες σε οχήματα και χρησιμοποιούνται σε κινητές υ πηρεσίες επικοινωνίας. Η κεραία έχει ένα κωδικό πολλών εισόδων για να λαμβάνει πολ λαπλά κανάλια όταν είναι στην κορυφή Rx. Όλες οι είσοδοι στην κινητή κεραία πρέπει να έχουν την ίδια συχνότητα φέρουσας. Κινητή κεραία -62-

73 Παράμετροι κεραίας Όνομα Περιγραφή Προεπιλογή Μονάδα Τύπος Εύρος Gain Κέρδος της κεραίας, σε 0.0 real (-, ) db X X-συντεταγμένες, σε μο m real νάδες απόστασης Y Y-συντεταγμένες, σε μο 0.0 m real νάδες απόστασης Height Ύψος κεραίας μεταξ2.0 ύ X-Y επιπέδου, σε μον άδες μήκους m real (0, ) SpeedType Μονάδα ταχύτητας: km km/hr /hr, miles/hr enum Vx X συνιστώσα από δι real 0.0 άνυσμα ταχύτητας Vy Y συνιστώσα από διάνυ 0.0 real σμα ταχύτητας -63-

74 Κωδικός εισόδων Pin Όνομα Περιγραφή Τύπος σήματος 1 input Σήμα εισόδου καναλιού multiple timed Κωδικός εξόδων Pin Όνομα Περιγραφή Τύπος σήματος 2 output Σήμα εξόδου καναλιού timed Η συνιστώσα ακτινοβολίας έχει μια υπερέχων κατακόρυφη συνιστώσα από το ηλεκτρικ ό πεδίο (E z ). Η μονάδα κέρδους (Gain) μετριέται σε db και είναι μια ισότροπη πηγή (dbi). Για να αν ταποκρίνεται στις προδιαγραφές της κεραίας επικοινωνίας, ένα dbd (κέρδος) πρέπει να χρησιμοποιείται παίρνοντας υπόψη ένα ημικυματικό δίπολο. Όπως και στην σταθερή κεραία βάσης τα τεχνικά χαρακτηριστικά της εισόδου εμπέδασ ης (impedance) σε συνάρτηση με την συχνότητα, μπορούν να δημιουργήσουν κυκλικά υποδίκτυα και να προσομοιωθούν με ένα κυκλικό προσομοιωτή. Οι θέσεις της κινητής κεραίας αλλάζουν από την αρχική τοποθεσία, κατά μήκος μιας ευθείας γραμμής κατά τ ην διάρκεια προσομοίωσης. Οι νέες συντεταγμένες είναι: X (t) = X(t) + Vx t Y (t) = Y(t) + Vy t. 5.2 Αποτελέσματα Τα αποτελέσματα έχουν ως εξής: Αποτελούνται από μία τετράδα σχημάτων, τα οποία κάθε φορά δείχνουν: (α) φάσμα του σήματος στον DVB δέκτη μετά τη διέλευση του από το DVB κανάλι. -64-

75 (β) φάσμα του σήματος στον DVB δέκτη μετά τη διέλευσή του από το TDMA κανάλι. (γ) διάγραμμα οφθαλμού του σήματος στον DVB δέκτη μετά τη διέλευσή του από το DVB κανάλι. (δ) διάγραμμα οφθαλμού του σήματος στον DVB δέκτη μετά τη διέλευσή του από το TDMA κανάλι. Φυσικά σε κάθε πίνακα διευκρινίζονται οι διαφορετικές συνθήκες που χαρακτηρίζουν τις μετρήσεις. -65-

76 Οι αμέσως επόμενες μετρήσεις αφορούν διαμόρφωση 16QAM Εικόνα 23:Για Typical Urban περιβάλλον Σταθερή λήψη (Fixed) Εικόνα 24: Για Typical Urban περιβάλλον Φορητή λήψη (Portable) -66-

77 Εικόνα 25: Για Rural Area περιβάλλον Σταθερή λήψη (Fixed) Εικόνα 26: Για Rural Area περιβάλλον Φορητή λήψη (Portable) -67-

78 Εικόνα 27: Για Typical Suburban περιβάλλον Σταθερή λήψη (Fixed) Εικόνα 28: Για Typical Suburban περιβάλλον Φορητή λήψη (Portable) -68-

79 Εικόνα 29: Για Free Space περιβάλλον Σταθερή λήψη (Fixed) Εικόνα 30: Για Free Space περιβάλλον Φορητή λήψη (Portable) -69-

80 Εικόνα 31: Για Typical Urban περιβάλλον Σταθερή λήψη (Fixed) με ταχύτητα οχήματος V(x)=200km/h Εικόνα 32: Για Typical Urban περιβάλλον Σταθερή λήψη (Fixed) με ταχύτητα οχήματος V(x)=200km/h -70-

81 Εικόνα 33: Για Rural Area περιβάλλον Σταθερή λήψη (Fixed) με ταχύτητα οχήματος V(x)=150km/h Εικόνα 34: Για Rural Area περιβάλλον Σταθερή λήψη (Fixed) με ταχύτητα οχήματος V(x)=200km/h -71-

82 Εικόνα 35: Για Typical Urban περιβάλλον Φορητή λήψη (Portable) με ταχύτητα οχήματος V(x)=150km/h Εικόνα 36: Για Typical Urban περιβάλλον Φορητή λήψη (Portable) με ταχύτητα οχήματος V(x)=200km/h -72-

83 Εικόνα 37: Για Rural Area περιβάλλον Φορητή λήψη (Portable) με ταχύτητα οχήματος V(x)=150km/h Εικόνα 38: Για Rural Area περιβάλλον Φορητή λήψη (Portable) με ταχύτητα οχήματος V(x)=200km/h -73-

84 Οι επόμενες μετρήσεις αφορούν διαμόρφωσης 64QAM Εικόνα 39: Για Typical Urban περιβάλλον Σταθερή λήψη (Fixed) Εικόνα 40: Για Typical Urban περιβάλλον Φορητή λήψη (Prtable) -74-

85 Εικόνα 41: Για Rural Area περιβάλλον Σταθερή λήψη (Fixed) Εικόνα 42: Για Rural Area περιβάλλον Φορητή λήψη (Portable) -75-

86 Εικόνα 43: Για Typical Suburban περιβάλλον Σταθερή λήψη (Fixed) Εικόνα 44: Για Typical Suburban περιβάλλον Φορητή λήψη (Portable) -76-

87 Εικόνα 45: Για Free Space περιβάλλον Σταθερή λήψη (Fixed) Εικόνα 46: Για Free Space περιβάλλον Φορητή λήψη (Portable) -77-

88 Εικόνα 47: Για Typical Urban περιβάλλον Σταθερή λήψη (Fixed) με ταχύτητα οχήματος V(x)=150km/h Εικόνα 48: Για Typical Urban περιβάλλον Σταθερή λήψη (Fixed) με ταχύτητα οχήματος V(x)=200km/h -78-

89 Εικόνα 49: Για Rural Area περιβάλλον Σταθερή λήψη (Fixed) με ταχύτητα οχήματος V(x)=150km/h Εικόνα 50: Για Rural Area περιβάλλον Σταθερή λήψη (Fixed) με V(x)=200km/h ταχύτητα οχήματος -79-

90 Εικόνα 51: Για Typical Urban περιβάλλον Εικόνα 52: Για Typical Urban περιβάλλον Φορητή λήψη (Portable) με ταχύτητα οχήματος V(x)=200km/h -80-

91 Εικόνα 53: Για Rural Area περιβάλλον Εικόνα 54: Για Rural Area περιβάλλον Φορητή λήψη (Portable) με ταχύτητα οχήματος V(x)=200km/h -81-

92 5.3 Συμπεράσματα Οι προσομοιώσεις μας είχαν σαν στόχο την διαπίστωση της αλλαγής στο σήμα κατά την εκπομπή του με σταθερό ή με φορητό τρόπο, αλλά και με διαφορετικές ταχύτητες οχήματος κάθε φορά σε διαφορετικά περιβάλλοντα. Καταγράφοντας λοιπόν τα αποτελέσματα μας βασισμένα στις μετρήσεις των γραφημάτων που αποδόθηκαν εκ του συστήματός μας, θα αναλύσουμε και θα βγάλουμε τα συμπεράσματά μας για την συμπεριφορά του σήματος. Αρχικά, κατά την χρήση της διαμόρφωσης 16QAM: Στην σταθερή λήψη των διαφόρων περιβαλλόντων (Typical Urban, Typical Suburban, Rural Area, Free Space) δεν παρατηρείται κάποια αλλοίωση, ειδικά κατά την διέλευσή του από το DVB κανάλι. Πιο προσεκτικά ίσως δούμε κάποια αλλοίωση κατά την διέλευσή του από το TDMA κανάλι που δεν ενοχλεί καθόλου. Στην φορητή λήψη των διαφόρων περιβαλλόντων (Typical Urban, Typical Suburban, Rural Area, Free Space) υπάρχει σημαντική αλλοίωση στο σήμα στον DVB δέκτη μετά την διέλευσή του από το DVB κανάλι όπως φαίνεται από το φάσμα του σήματος και το διάγραμμα οφθαλμού. Στο σήμα δεν υπάρχει αρκετή ισχύς και απαραίτητο είναι να γίνει αποθορυβοποίηση στον δέκτη ώστε να μην επηρεαστεί η λήψη. Μετά την διέλευση από το TDMA κανάλι το σήμα που εκπέμπεται παραμένει το ίδιο, αν και στο διάγραμμα οφθαλμού υπάρχει κάποια αλλοίωση που τελικά δεν εξασθενεί το σήμα. Στις λήψεις του κινούμενου οχήματος με διαφορετικές ταχύτητες σε διαφορετικά περιβάλλοντα, αστικό και μη-αστικό περιβάλλον, παρόλο που σίγουρα θα περιμένουμε σοβαρές αλλοιώσεις στο σήμα μας, θα διαπιστώσουμε πως τελικά δεν υπάρχει καμία αλλαγή στο σήμα, γεγονός που σημάνει την απουσία του φαινομένου Doppler. Με την χρήση της διαμόρφωσης 64QAM: Στην σταθερή λήψη των διαφόρων περιβαλλόντων (Typical Urban, Typical Suburban, Rural Area, Free Space) παρατηρούμε από τα διαγράμματα οφθαλμού και τα φάσματα, ότι το σήμα στον DVB δέκτη μετά τη διέλευση του από το κανάλι DVB είναι συμπαγές (ομοιόμορφο), ενώ διαπιστώνουμε ότι το σήμα στον DVB δέκτη μετά την διέλευση του από το TDMA κανάλι είναι πιο ανομοιόμορφο, δηλαδή υφίσταται κάποιες αλλοιώσεις, οι οποίες δεν επηρεάζουν την λήψη του σήματος, παρατηρώντας και το φάσμα. -82-

93 Στην φορητή λήψη των διαφόρων περιβαλλόντων (Typical Urban, Typical Suburban, Rural Area, Free Space), παρατηρούμε στα διαγράμματα οφθαλμού και τα φάσματα, ότι το σήμα στον DVB δέκτη μετά την διέλευση του από το κανάλι DVB έχει σοβαρές αλλοιώσεις και δεν μπορεί να εκπέμψει από το δέκτη, ενώ διαπιστώνουμε ότι το σήμα στον DVB δέκτη μετά την διέλευση του από το TDMA κανάλι, παραμένει το ίδιο, όπως και στην σταθερή λήψη, παρά τις μικρές αλλοιώσεις του, και λαμβάνεται κανονικά από το δέκτη. Στις λήψεις του κινούμενου οχήματος με διαφορετικές ταχύτητες σε διαφορετικά περιβάλλοντα, αστικό και μη-αστικό περιβάλλον παρατηρούμε ότι το σήμα παραμένει ίδιο όπως ήταν στα 100 Km/h. Παρόλο που το σήμα στο DVB δέκτη δεν εκπέμπεται, δεν μπορούμε να πούμε πως έχουμε φαινόμενο Doppler, καθώς το σήμα στο κανάλι είχε χαλάσει και με ταχύτητα διάδοσης 100 Km/h, όπου ήταν και η αρχική μας ταχύτητα. Άρα δεν παρατηρούμε να έχουμε φαινόμενο Doppler, εφόσον δεν παρουσιάζεται καμία αλλαγή στα σήματα που εκπέμπονται με διαφορετικές ταχύτητες μετάδοσης και σε διαφορετικά περιβάλλοντα διάδοσης. Τέλος μπορούμε να συμπεράνουμε πως ότι οι αλλαγές που έχουμε στο σήμα μας μετά την διέλευση του είτε από DVB είτε από TDMA κανάλι, οφείλονται στους τύπους λήψης (σταθερή και φορητή) και όχι στα περιβάλλοντα διάδοσης και στις αλλαγές που πραγματοποιήσαμε στις ταχύτητες του οχήματος. 6 Ψηφιακή λήψη σε ευρωπαϊκή πόλη Το παρακάτω πείραμα έχει γίνει σε πραγματικούς χρόνους στο παρελθόν για λόγους αποτίμησης της λήψης ψηφιακού σήματος DVB-T. Δημόσιος οργανισμός τηλεόρασης συνδέθηκε άμεσα με τη δραστηριότητα της επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης από το 1998, όταν για πρώτη φορά ένα δοκιμαστικό πλάνο μετάδοσης ψηφιακής τηλεόρασης παρουσιάστηκε. Έτσι οι πρώτες μεταδόσεις άρχισαν στην ευρωπαϊκή αυτή πόλη το Φεβρουάριο του 1998, με σκοπό την τεχνική απόδοση του DVB-T και την αντίδραση του κόσμου. -83-

94 Παρατίθεται για να εξετάσουμε και ένα επιπλέον παράδειγμα κινητής λήψης αυτή τη φορά, αλλά και για να δούμε τους μηχανισμούς αποφυγής κάθε τύπου διαλείψεων. Καθώς το DVB-T έχει υλοποιηθεί για σταθερή λήψη, με μια κεραία οροφής και για φορητή εσωτερική εξωτερική λήψη,αλλά όχι κινούμενης λήψης. Όμως μερικοί από τους λειτουργικούς τρόπους,επιτρέπουν στο δέκτη να ανιχνεύουν τις γρήγορες μεταβολές του καναλιού που σχετίζεται με την κινητή λήψη παρέχοντας μία αποδεκτή ποιότητα υπηρεσιών. Οι δοκιμές στο πεδίο από το δημόσιο κανάλι έγιναν με διαμόρφωση 16QAM ρυθμού ½, με την υπενθύμιση ότι η κινητή λήψη είναι δυνατή αλλά η κάλυψη της περιοχής τουλάχιστον με την ισχύ που μεταδόθηκε στο κανάλι 1 δεν ήταν επαρκής. Έτσι υιοθετήθηκε μια πιο ανθεκτική διαμόρφωση (QPSK,ρυθμού ½),ώστε να αυξήσουν την πιθανότητα κάλυψης. Σε αυτή την περίπτωση, ο χρήσιμος ρυθμός ψηφίων έγινε πολύ χαμηλός, έτσι ώστε να μεταδίδεται ένα καλής ποιότητας MPEG-2 πρόγραμμα. Το θέμα κλειδί για την επιτυχημένη εισαγωγή του DVB-T,για τη σταθερή και την κινητή λήψη, είναι το περιεχόμενο και η ελκυστικότητα του οφέλους,από τα νέα επίγεια κανάλια σε ανταγωνισμό με τις δορυφορικές ψηφιακές υπηρεσίες που ήδη λειτουργούν. Ιδιαίτερα για την κινητή λήψη, για να αυξήσουμε τον αριθμό των προγραμμάτων διάφοροι συρμοί IP ήχου/εικόνας χαμηλού ρυθμού περίπου 500 kbps σε μορφότυπο CIF,ώστε να επιτευχθεί καλή ποιότητα εικόνας σε ένα LCD μόνιτορ, ενθυλακώνονται σε ένα συρμό μεταφοράς DVB,χρησιμοποιώντας το πολυπρωτόκολλο ενθυλάκωσης και μεταδίδεται στο κανάλι DVB-T. Το Φεβρουάριο του 1998 το τμήμα έρευνας του καναλιού ξεκίνησε τις πρώτες πειραματικές εκπομπές στην χώρα. Η ψηφιακή πλατφόρμα έχει εμπλουτιστεί ώστε να περιλαμβάνει εφαρμογές πολυμέσων και δεδομένων υπηρεσιών τηλεόρασης. Η κωδικοποίηση της πηγής και η αλυσίδα πολυπλεξίας περιλαμβάνει έξι στατιστικούς κωδικοποιητές πολυπλεξίας, ένα επαναπολυπλέκτη ώστε να παρέχει EPG (ELECTRONIC PROGRAMME GUIDE) και ένα SI-PSI γεννήτορα. Ο πολυπλέκτης λαμβάνει το πακετοποιημένο πρωταρχικό συρμό (PES) από τους κωδικοποιητές και τα δεδομένα πολυπλεξίας από το κέντρο δεδομένων τηλεόρασης και δημιουργεί μέχρι τέσσερις διαφορετικούς ανεξάρτητους συρμούς μεταφοράς (TS). Αυτή τη στιγμή χρησιμοποιήθηκαν δύο TS έξοδοι χρησιμοποιήθηκαν, να μεταφέρουν δύο μπουκέτα υπη- -84-

95 ρεσιών και εφαρμογών DVB-T. Ένας υπολογιστής ελέγχει τις παραμέτρους κωδικοποίησης και πολυπλεξίας της αλυσίδας όπως φαίνεται στο σχήμα: Εικόνα 55: Αλυσίδα κωδικοποίησης και πολυπλεξίας DVB-T Oι πρωταρχικοί συρμοί μεταφέρονται στον κύριο πομπό, τοποθετημένο σε ένα λόφο ύψους 500 μέτρων,5 km μακρυά από τον πομπό, μέσω ενός 45 Mbps παρακάναλου SDH ψηφιακού ραδιοδικτύου. Δύο ATM προσαρμογείς δικτύου χρησιμοποιούνται να μετατρέψουν τις πολυπλεγμένες εξόδους στο μεταδιδόμενο ρυθμό ψηφίων. Στην πλευρά της λήψης οι δύο ψηφιακοί συρμοί ξαναμετατρέπονται στους αρχικούς ρυθμούς ψηφίων και στέλνονται στους COFDM διαμορφωτές των δύο ανεξάρτητων αλυσίδων μετάδοσης UHF, ένα στο κανάλι 1 (530 MHz) και ένα άλλο στο κανάλι 2 (834 MHz).Ο πίνακας δίνει τις παραμέτρους διαμόρφωσης και ραδιοσυχνότητας για τις δύο αλυσίδες. Εικόνα 56: Παράμετροι διαμόρφωσης -85-

96 Οι διαμορφώσεις που χρησιμοποιήθηκαν στο κανάλι 1,τόσο το QPSK και το 16QAM, είναι πολύ ανθεκτικές και γι αυτό κατάλληλες για δοκιμές κινητής λήψης και αξιόπιστης λήψης στα σπίτια. Επίσης η ανθεκτικότητα της διαμόρφωσης επιδρά σε ένα φτωχό διαθέσιμο ρυθμό χρήσιμων ψηφίων. Έτσι, ο αριθμός των MPEG-2 προγραμμάτων που μπορούν να μεταδοθούν για κινητή λήψη είναι μεταξύ ενός στο QPSK ρυθμού ½ και μέχρι τρία στο 16QAM,ρυθμού 1/2. Η διαμόρφωση που χρησιμοποιήθηκε στο κανάλι 2 είναι πολύ αποδοτική σε χωρητικότητα και επιτρέπει τη μετάδοση μέχρι 6 τηλεοπτικών προγραμμάτων.αυτή η διάρθρωση, η οποία παρέχει μια ευρεία και ποικιλία υπηρεσιών, προσανατολίζεται ειδικά για κινητή και σταθερή λήψη σε αστικές περιοχές. Οι δύο UHF πομποί στα κανάλια 1 και 2 χρησιμοποιούν διαφορετικά συστήματα κεραιών, τα οποία έχουν εγκατασταθεί στον ίδιο ιστό. Η κάθετη πόλωση είναι ποιο αποδεκτή για κινητή λήψη. Η εικόνα δείχνει την αλυσίδα κωδικοποίησης και πολυπλεξίας που έχει στηθεί στις ε- γκαταστάσεις του καναλιού. Εικόνα 57: Κεντρικό δωμάτιο ελέγχου DVB-T -86-

97 Αφού το φάσμα ραδιοσυχνοτήτων γειτονικά στα κανάλια 1 και 2 χρησιμοποιούνται από αναλογικές υπηρεσίες τηλεόρασης, και οι δύο αλυσίδες μετάδοσης DVB-T περιέχουν ικανά RF φίλτρα εξόδου, ώστε να διασφαλίσουν επαρκή προστασία έναντι στις αναλογικές υπηρεσίες. Τα ίδια φίλτρα σιγουρεύουν την επαρκή απόρριψη των καναλιών που υπάρχουν στα κανάλια 1 και 2, τα οποία καταλαμβάνονται από αναλογικές υπηρεσίες στην ίδια περιοχή. Δοκιμαστική Κινητή λήψη DVB-T χρησιμοποιώντας MPEG-2 Το DVB-T εάν και πρωταρχικά σχεδιάστηκε για σταθερή λήψη, με κεραία οροφής, μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για υπηρεσίες κινητής τηλεόρασης. Το 2000 μερικά πειράματα κινητής λήψης στο κανάλι 1 που έχουν πραγματοποιηθεί σε αστικές και ημιαστικές περιοχές, έχουν υιοθετήσει παραμέτρους διαμόρφωσης 16QAM ρυθμού ½ με διάστημα φύλαξης 1/32 και FFT τρόπο 2k. Όμως η συνολική πιθανότητα κάλυψης ήταν όχι μεγαλύτερη από 80% των τοποθεσιών με ERP (300 W) μεταδιδόμενη στο κανάλι 1,αποτέλεσμα όχι ικανοποιητικό. Γι αυτό ένα πιο ανθεκτικό σχήμα διαμόρφωσης χρησιμοποιήθηκε,κατά τις δοκιμές του 2002, ώστε να αυξηθεί η πιθανότητα κάλυψης στην κινητή κάλυψη, αφού εκείνη τη στιγμή δέκτες ειδικά σχεδιασμένοι για κινητή λήψη (βασισμένους στο διαφορισμό της κεραίας και με πιο γρήγορους υπολογισμούς καναλιού) δεν υπήρχαν στην αγορά. Η διαμόρφωση που χρησιμοποιήθηκε στα πειράματα, βασίστηκαν στο QPSK με ρυθμό κώδικα ½, διάστημα φύλαξης 1/32 και FFT τρόπο 2k. O χρήσιμος ρυθμός ψηφίων είναι περίπου 6 Mbps, με μετάδοση ένα μόνο καλής ποιότητας πρόγραμμα στο μορφότυπο του MPEG-2, μαζί με μερικά ραδιοφωνικά κανάλια (όχι περισσότερα από 5-6 στα 192 kbps). Περισσότερα από 150 km είχαν καλυφθεί στις αστικές και ημιαστικές περιοχές με ένα αυτοκίνητο εξοπλισμένο με ένα λ/4 μαστίγιο τοποθετημένο στην οροφή και έναν εμπορικό δέκτη τροφοδοτούμενο από την τάση του αυτοκινήτου 12V. Ο δέκτης που χρησιμοποιήθηκε κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, ήταν ένας πρωτότυπος ψηφιακός δέκτης επίγειας λήψης σχεδιασμένος για εσωτερική φορητή και κινητή λήψη. Είναι εφοδιασμένος με μία οθόνη των 7 LCD σε 16:9 format. -87-

98 Όταν η ισχύς του σήματος πέφτει για ένα μικρό διάστημα, για παράδειγμα στη λήψη εσωτερικού χώρου όταν άνθρωποι περπατάνε γύρω από την κεραία, ο δέκτης χάνει το σήμα,αλλά κλειδώνει παρά πολύ γρήγορα. Αυτό είναι σημαντικό ειδικά για κινητή λήψη, όπου οι διακοπές μπορούν να συμβούν πολύ συχνά. Ο σκοπός του δοκιμαστικού ήταν ο υπολογισμός της κινητής λήψης μέσα στην περιοχή κάλυψης της υπηρεσίας. Τα αποτελέσματα της κινητής λήψης παριστάνονται στον χάρτη, όπως φαίνεται στην εικόνα. Εικόνα 58: Κάλυψη κινητής λήψης (QPSK, Ρυθμός ½, Διάστημα φύλαξης 1/32, FFT 2k. Πράσινο: καλό σήμα Κόκκινο: Καθόλου σήμα). Στην αστική περιοχή η λήψη ήταν ικανοποιητική σε περίπου 95% (πράσινη γραμμή) της συνολικής περιοχής,περιλαμβανομένου των ημιαστικών περιοχών (αυτοκινητόδρομος γύρω από την πόλη και το αεροδρόμιο) η κάλυψη πέφτει στο 85%.Το πείραμα -88-

99 έδειξε ότι η λήψη ήταν πολύ αξιόπιστη (περίπου 100% των περιοχών ) σε περίπου κάθε δρόμο της πόλης και μόνο σε ένα συγκεκριμένο σημείο (κάτω από τη μεγάλη γέφυρα που είναι κατασκευασμένη με μπετόν ή κατά μήκος μικρών δρόμων που περιβάλλονται από πολύ ψηλές γέφυρες ) υπήρξαν μερικές απώλειες στην ποιότητα της εικόνας. Όμως, υιοθετώντας τη χαμηλή ανάλυσης εικόνα των 6 Μbps, η προσφερόμενη εικόνα/ήχος είναι λιγότερη ελκυστική στους χρήστες. Στην περίπτωση όπου το φάσμα ραδιοσυχνοτήτων είναι φορτωμένο και η διαθεσιμότητα ενός UHF καναλιού είναι πολύ μπλεγμένη και ακριβή, η μετάδοση ενός μόνο προγράμματος,ακόμη και αν είναι εφικτή η λήψη του, δεν είναι αποδεκτή στους τεχνικούς τηλεόρασης. Για να ξεπεραστεί το πρόβλημα, κρατώντας υπόψη ότι για την κινητή λήψη χρησιμοποιούμε μικρά LCDs, μερικοί συρμοί ήχου/εικόνας έχουν κωδικοποιηθεί σε χαμηλούς ρυθμούς περίπου τα 500 kbps σε μορφότυπο CIF (352 x 288) και έχουν ενθυλακωθεί στο συρμό μεταφοράς DVB-T,χρησιμοποιώντας την ενθυλάκωση πολυπρωτοκόλλου και τη μετάδοση σε ένα κανάλι DVB-T. Για την κινητή λήψη στα δοκιμαστικά, ένα πρόγραμμα εικόνας /ήχου MPEG-2 και τέσσερις συρμοί εικόνας / ήχου IP μεταδίδονται στο κανάλι 1, όπως αναφέρθηκε πιο πάνω. Η διαμόρφωση και οι παράμετροι που χρησιμοποιήθηκαν φαίνονται στο σχήμα: Εικόνα 59: Παράμετροι καναλιού 1 Το αυτοκίνητο που χρησιμοποιήθηκε για τη κινητή λήψη ήταν εξοπλισμένο : Με παντοκατευθυντική κεραία (G=2 dbi) εγκατεστημένη στην οροφή του αυτοκινήτου Προσωπικό υπολογιστη εξοπλισμένο με μια DVB-T κάρτα,ώστε να λαμβάνει τους ΙΡ συρμούς εικόνας και ήχου Δέκτη DVB-T επαγγελματικό δέκτη με έξοδο TS ASI Εγγραφέα Συρμού μεταφοράς -89-

100 DC/AC μετατροπέα ώστε να παρέχει τάση σε όλα τα μηχανήματα Μια κεραία μαστίγιο συντονισμένη στο 1 κανάλι (530 MHz), χρησιμοποιήθηκε σαν παντοκατευθυντική κεραία. Όλος ο εξοπλισμός έχει εγκατασταθεί στο εσωτερικό του αυτοκινήτου κατά τη διάρκεια των πειραμάτων. Ένας προσωπικός υπολογιστής εξοπλισμένος με κάρτα DVB-T συνδεδεμένη με την κεραία λαμβάνει τους συρμούς εικόνας και ήχου και τους αποκωδικοποιεί χρησιμοποιώντας Microsoft Windows Media Player. Ο δέκτης DVB-T,εξοπλισμένος με ένα 7 LCD μόνιτορ,χρησιμοποιείται για να λαμβάνει το πρόγραμμα MPEG-2, καθώς η έξοδος TS χρησιμοποιούνταν για την είσοδο ενός αναλυτή TS,με σκοπό να γράφουν το συρμό μεταφοράς για περαιτέρω εργαστηριακές μετρήσεις. Η δημιουργία συρμών IP εικόνας /ήχου Σε μια τυπική αρχιτεκτονική πλατφόρμας Webcast Streaming, η είσοδος (αναλογική ή ψηφιακή ) μια κάρτας σύλληψης εικόνας και ήχου,προχωρά σε μια διεργασία από ένα πραγματικού χρόνου κωδικοποιητή λογισμικού που τρέχει σε ένα προσωπικό επεξεργαστή παρέχοντας εικόνα / ήχο στο δίκτυο. Η ροή των δεδομένων μετά διαμοιράζεται μέσω του δικτύου σε ένα εξυπηρετητή συρμών.οι υπολογιστές πελάτες που συνδέονται στο δίκτυο, που είναι εξοπλισμένοι με την απαραίτητη κάρτα λήψης, ζητούν τους συρμούς δεδομένων άμεσα από τον εξυπηρετητή μέσω ενός ιδεατού σημείου αναζήτησης,το οποίο έχει δοθεί στον συρμό.ο εξυπηρετητής παρέχει διάφορους ελέγχους διαχείρησης πελατών,λειτουργίες αναφοράς, ο οποίος μπορεί να λειτουργεί τόσο σε μονοεκπομπή όσο και σε πολυεκπομπή. Η πολυεκπομπή ακολουθεί το μοντέλο push στις επικοινωνίες, ίδιο με τη μετάδοση τηλεόρασης και ραδιοφώνου, όπου ο χρήστης λαμβάνει το πρόγραμμα με το συντονισμό του σταθμού που επιθυμεί. Στην περίπτωση της πολυεκπομπής, ο χρήστης απλά οδηγεί την κάρτα δικτύου του υπολογιστή στην απαιτούμενη διεύθυνση IP που απαιτεί. Σήμερα οι συρμοί εικόνας/ ήχου γενικά μεταδίδονται στο Διαδίκτυο μέσω μονοεκπομπής. Με την μονοεκπομπή, ο εξυπηρετητής παράγει τους ξεχωριστούς συρμούς δεδομένων, καθένα για κάθε αναπαραγωγέα που το ζητά.αυτό είναι διαφορετικό από την -90-

101 πολυεκπομπή, όπου ο μονός συρμός δεδομένων μεταδίδεται μόνο στους δρομολογητές δικτύου, που δείχνουν πρόσφατες απαιτήσεις για δεδομένα. Η αρχιτεκτονική που χρησιμοποιήθηκε κατά τη διάρκεια των πειραμάτων για δεδομένα συρμών πολυμέσων μέσω DVB-T φαίνεται στο σχήμα. Εικόνα 60: Αρχιτεκτονική που χρησιμοποιείται για συρμούς πολυμέσων για DVB-T O εξυπηρετητής συρμών βασίστηκε στην τεχνολογία Microsoft Windows Media Technologies,που επιτρέπει τη δημιουργία τη μετάδοση και την αναπαραγωγή φακέλων δεδομένων και περιεχόμενα Εικόνας /Ήχου ζωντανής μετάδοσης. Ο εξυπηρετητής συρμών πρέπει να είναι ικανές επιδόσεις συρμών πολυμέσων για πρωτόκολλα ασυνδεσιστρέφειας. Με αυτό τον τρόπο ένα κανάλι ζεύξης προς τα πίσω δεν είναι απαραίτητο και το σενάριο μιας καθαρής μετάδοσης είναι τότε εφικτό. Ο συρμός πολυεκπομπής IP ενθυλακώνεται σε ένα συρμό μεταφοράς DVB υιοθετώντας το προφιλ πολυπρωτόκολλου ενθυλάκωσης (ETSI European Standard EN ) -91-