UTJECAJ DIGITALNIH TV KANALA (DVB-T) NA POSTOJEĆU ANALOGNU TV MREŽU U REPUBLICI HRVATSKOJ

Sveučilište u Zagrebu Fakultet elektrotehnike i računarstva

Unska 3, HR-10000 Zagreb, HRVATSKA

UTJECAJ DIGITALNIH TV KANALA (DVB-T) NA POSTOJEĆU ANALOGNU TV MREŽU U REPUBLICI HRVATSKOJ

Zagreb, veljača 2004.

Ugovor:

Ugovor o izradi studije: UTJECAJ DIGITALNIH TV KANALA (DVB-T) NA POSTOJEĆU ANALOGNU TV MREŽU U REPUBLICI HRVATSKOJ zaključen

je kao ugovor broj HZT-16/03, FER 0114-24/163-2003. od 02. prosinca 2003. godine, između Hrvatskog zavoda za telekomunikacije, Jurišićeva 13, Zagreb i Fakulteta elektrotehnike i računarstva Sveučilišta u Zagrebu, Unska 3, Zagreb.

Voditelj projekta:

xxxx.xx.xx. Xxxxxx Xxxxx-Xxxxxx

Radna skupina:

xxxx.xx.xx. Xxxxxx Xxxxx-Xxxxxx xxxx.xx.xx. Xxxxx Xxxxx xxx.xx.xx. Xxxxxxxx Xxx xxx.xx.xx. Xxxxxx Xxxxx Xxxxxx Xxxxxxxxx, xxxx.xxx.

Teo Schönbaum

Sadržaj

1. Uvod 1

2. Tehnologija digitalnog radiodifuznog odašiljača 6

2.1. Arhitektura DVB-T sustava 6

2.1.1. DVB-T odašiljač - pobudni stupanj 7

2.1.2. DVB-T odašiljač - izlazni stupanj 8

2.1.3. Glavne karakteristike i prednosti DVB-T sustava 10

2.2. Parametri koji utječu na kvalitetu izvedbe DVB-T 10

2.3. Rezultati mjerenja polja digitalnog TV odašiljača Sljeme 11

3. Postupak MPEG kodiranja 22

3.1. MPEG-2 video kodiranja 22

3.1.1. Digitalni prikaz videosignala 22

3.1.2. MPEG postupak za kodiranje videosignala 24

3.1.3. MPEG-2 kodiranje videosignala 29

3.1.3.1. Opće karakteristike 29

3.1.3.2. Profili i razine 30

3.1.4. MPEG-2 sustav 31

3.1.4.1. Oblikovanje paketa programskog toka podataka 33

3.1.4.2. Oblikovanje paketa prijenosnog toka podataka 33

3.2. MPEG-2 audio kodiranja 35

3.2.1. Postupci kodiranja 35

3.2.1.1. Banka filtara 36

3.2.1.2. Psihoakustički model 37

3.2.1.3. Proces alokacije bita 38

3.2.1.4. Kodiranje stereo-signala s uklanjanjem redundancije 38

3.2.2. Dekodiranje MPEG-2 toka podataka audiosignala 39

3.2.3. Razine kompresije 39

3.2.3.1. Razina I 40

3.2.3.2. Razina II 40

3.2.3.3. Razina III 41

3.2.4. Formiranje toka podataka 43

3.2.5. Dodatne mogućnosti sadržane u MPEG-2 normi 43

4. Modulacijski postupak OFDM 45

4.1. QAM - kvadraturna diskretna modulacija amplitude (digitalna QAM) 45

4.2. Postupak dobivanja QAM signala 47

4.3. Modulacija ortogonalnog multipleksiranja signala s frekvencijskom

podjelom kanala (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 48

4.4. Kodirana ortogonalna modulacija multipleksa s frekvencijskom podjelom

kanala (COFDM, Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex) 52

5. Zahtjevi za linearnost DVB-T sustava 56

6. Optimizacija analogne TV mreže u RH

sukladno Zakonu o telekomunikacijama 62

6.1. Uvod 62

6.2. Frekvencijska područja za radiodifuziju televizijskih programa 63

6.3. Tehničke norme za analogne televizijske sustave 65

6.4. Televizijski kanali u Republici Hrvatskoj 67

6.5. Planiranje sustava za radiodifuziju analognih televizijskih programa 69

6.5.1. Minimalne propisane jakosti elektromagnetskog polja 70

6.5.2. Radiofrekvencijski zaštitni omjeri 71

6.5.2.1. Istokanalna interferencija 72

6.5.2.2. Interferencija sa susjednim kanalima 73

6.5.3. Svojstva prijamnog antenskog sustava 73

6.5.4. Značajke referentnog televizijskog prijamnika 74

6.6. Analiza i optimizacija analogne TV mreže u RH 75

7. Moguće metode planiranja digitalne TV mreže 79

7.1. Ograničenja pri planiranju digitalnih radiodifuznih veza 80

7.1.1. Način planiranja s najvećim ograničenjem 80

7.1.2. Način planiranja sa manjim ograničenjima 81

7.1.3. Način planiranja sa malim ograničenjima 82

7.1.4. Način planiranja bez ograničenja 82

7.2. Metode pri planiranju DVB-T 82

7.2.1. Planiranje po metodi dodjele frekvencije radijskoj postaji na

određenoj lokaciji (assignements) za zemaljsku digitalnu televiziju 84

7.2.2. Planiranje po metodi dodjele frekvencije određenom geografskom

području (allotments) za zemaljsku digitalnu televiziju 84

7.2.3. Planiranje koje podliježe koordinaciji 85

7.2.4. Parametri zaštite analognih televizijskih postaja 85

7.3. Definicije mjernih točaka 86

7.3.1. Izračun položaja mjernih točaka koje

predstavljaju određenu pokrivenu površinu 86

7.3.2. Metode planiranja za digitalne sustave na principu dodjele

frekvencije određenoj postaji na određenoj lokaciji (assignments) 87

8. Utjecaj digitalnih TV kanala na analogni TV kanal 88

8.1. Uvod 88

8.2. Zaštita postojećih analognih TV kanala 89

8.3. Radiofrekvencijski zaštitni omjeri za nositelj slike analognog TV

kanala koji je pod utjecajem interferencije s digitalnim TV kanalom 90

8.3.1. Postupak za subjektivnu usporedbu koji se rabi u mjerenju

zaštitnih omjera za slučaj kada je željeni signal analogni TV signal 91

8.3.2. Istokanalni zaštitni omjeri 93

8.3.3. Zaštitni omjeri od interferencije sa susjednim

donjim (N-1) i gornjim (N+1) kanalom 93

8.3.4. Zaštitni omjeri od interferencije s kanalom slike 94

8.3.5. Zaštitni omjeri od interferencije s digitalnim kanalom

koji se preklapa s željenim analognim kanalom 95

8.4. Radiofrekvencijski zaštitni omjeri za nositelj tona analognog TV kanala

koji je pod utjecajem interferencije sa smetajućim digitalnim TV kanalom 96

8.5. Radiofrekvencijski zaštitni omjeri za digitalni TV kanal koji je pod utjecajem interferencije s analognim TV kanalom 98

8.6. Spektralne maske i potiskivanje neželjenih emisija 100

8.7. Rezultati mjerenja utjecaja istokanalne smetnje signala

digitalne televizije na signal analogne televizije 103

9. Eksperimentalni rezultati u europskim zemljama 108

9.1. Projekt VALIDATE 108

9.2. Projekt MOTIVATE 111

9.3. Rezultati ispitivanja DVB-T parametara 112

9.3.1. Moguće prednosti hijerarhijskih modova u DVB-T specifikaciji 118

9.4. Problemi kod mobilnog prijama DVB-T signala 120

9.5. Počeci DVB-T prijenosa u Europi 122

10. Zaključak 128

Prilog A Prilog B Prilog C

1.

Uvod

Potpuno je jasno da je digitalna tehnologija u radiodifuznom odašiljanju televizije prisutna u svijetu te možemo ustvrditi da je to sveprisutna želja i tendencija da bude i kod nas u Hrvatskoj. Razlog takvog razmišljanja je konvergencija između radiokomunikacijske, telekomunikacijske, mobilne i računarske tehnologije što je vidljivo iz brojnih inicijativa koje se primjenjuju u raznim dijelovima svijeta.

Sa stanovišta odašiljanja digitalnog televizijskog signala putem satelitskog prijenosa, kabelskom televizijom, zemaljskom televizijom te u mobilnoj primjeni odašiljanja slike - UMTS sustavom, javila se potreba da se sve te tehnologije odašiljanja mogu povezati zajedno i činiti zajedničku globalnu tehnologiju povezivanja. Da bi se to ostvarilo važno je uspostaviti maksimalnu povezanost između svih standarda za različite primjene.

Postoje razni procesi koji su zajednički za sve digitalne televizijske usluge. Proces digitalizacije video signala sastoji se od tri koraka: uzrokovanja, kvantizacije i kodiranja. Frekvencija uzorkovanja određena je Xxxxxxx teoremom i treba biti veća ili jednaka onoj koju propisuje Nyquistov teorem.

1980 god. CCIR (danas ITU-R 600) je propisao standard za digitalnu televiziju. Taj standard propisuje sve relevantne parametre važne pri pretvorbi analognog u digitalni televizijski signal, omogućujući kompozitno kodiranje video signala. Istovremeno postignut je znatan napredak u tehnologiji komponiranja video signala, na što se koncentrirala ITV studijske grupe MPEG specijalno osnovane za odašiljanje digitalnog video signala.

1990. god. započeo je razvoj odašiljanja digitalnog video signala u Europi DVB-T. Prva važna odluka je bila da se utvrdilo da će se primijeniti MPEG-2 postupak kodiranja izvora za audio i video odašiljanje na ulazu digitalnog odašiljača.

Europski telekomunikacijski Institut za standarde definirao je radiodifuzno odašiljanje digitalnog video signala kao DVB-T kao službene standarde za multimedijsku primjenu.

Distribucija televizijskog signala putem zemaljske mreže odašiljanja pretstavlja "Klasičnu" tehniku televizijske difuzije. Dosadašnji analogni način odašiljanja (standard PAL,

SECAM, NTSC) nakon višegodišnje primjene, postao je ograničavajući faktor kako u pogledu poboljšanja kvalitete primljene slike, tako i u pogledu ekonomičnog korištenja frekvencijskog spektra.

Višestruki prijem odašiljačkog signala kao posljedica refleksije od različitih objekata, degradira kvalitetu slike stvarajući sjene, povećanu zrnatu strukturu i slično, uslijed interferencije signala.

Budući da svaki program zahtjeva poseban kanal, povećanje broja programa dovelo je do zasićenosti frekvencijskog spektra, te svaka daljnja raspodjela frekvencijskih kanala dovodi do novih izvora smetnji.

Istovremeno, francuski istraživački laboratorij CCETT (Centre Commun d'Etudes en Télédiffusion et Télécommunication) proučavao je kako upotrijebiti tu tehnologiju za digitalni prijenos informacija u komercijalnoj radiodifuziji. Kao rezultat toga rada definiran je modulacijski postupak COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex), kojemu je osnovna značajka otpornost na utjecaje različitih smetnji kao što su višestruke propagacije signala i međusobne interferencije, a također je spektralno ekonomičan, budući da omogućava u odašiljačkoj mreži istovremeno odašiljanje više televizijskih programa samo na jednom kanalu (SFN, Single Frequency Network Operation).

COFDM postupak je bio osnova pri donošenju evropskog standarda za digitalnu radio difuziju (DAB, Digital Audio Broadcasting) godine 1994 te digitalnu televizijsku difuziju (DVB-T, Digital Video Broadcasting) godine 1997.

Prednosti DVB-T u odnosu na analognu TV su višestruke od kojih treba spomenuti:

• izvrsnu rezoluciju slike za danu širinu frekvencijskog područja (prijenos jednog HDTV programa - High Definition TV)

• prijenos 4 SDTV programa (Standard Definition TV) ili 8 LDTV (Low Definition TV) u jednom kanalu

• upotrebu prethodne korekcijske greške - FEC (Forward Error Correction)

• frekvencijsku ekonomičnost zemaljske odašiljačke mreže u SFN pogonu

• neosjetljivost na refleksije i smetnje

• kompatibilnost sa računalom i Internetom

• mogućnost interaktivnost DVB-RCT

• izvrsnu kvalitetu zvuka

• konstantnu kvalitetu slike na cijelom području prijema

Kod analogne zemaljske TV odašiljačke mreže, Slika 1.1., za svaki televizijski program potreban je poseban odašiljač kao i posebna frekvencija. Kao posljedica toga u većini zemalja došlo je do potpune zasićenosti frekvencijskog spektra kao i sve većih međusobnih smetnji u prijemu televizijskog programa.. Analogni televizijski sustav, Slika 1.2., koji je inače već u upotrebi oko 50 godina, koristi za prijenos signala slike amplitudnu modulaciju s ostatkom jednog bočnog pojasa, dok se za ton koristi frekvencijska modulacija (CCIR, standard B/G). Takav sustav se pokazao vrlo osjetljivim na višestruku propagaciju signala što je neizbježna pojava u gradskim, prigradskim odnosno brdovitim područjima, kao i na smetnje i od drugih odašiljača bliskih ili susjednih frekvencija.

Analog TV Tx

Distribucijska mreža

Studio TV2

Analog TV Tx

Studio TV1

Distribucijska mreža

Analog TV Tx

Distribucijska mreža

Studio TV3

Analog TV Tx

Slika 1.1. Konfiguracija analogne zemaljske TV odašiljačke mreže

Slika 1.2. Analogni TV prijenosni sustav

Usvajanjem standarda za digitalnu zemaljski radiodifuziju (ETSI EN 300744 Digital broadcasting systems for television, sound and data services, DVB-T) 1997. godine započeo je snažni razvoj na području digitalne televizijske tehnologije otklanjajući ne samo postojeće nedostatke analogne zemaljske TV mreže u pogledu iskorištenja frekvencijskog spektra, osjetljivosti na refleksiju i smetnje, već i daleko šire, otvarajući sasvim nove mogućnosti u primjeni multimedijskih usluga.

Slika 1.3. Digitalni TV prijenosni sustav

Na Slici 1.3. prikazana je konfiguracija digitalne televizijske odašiljačke mreže. U studiju se izvorni analogni signali slike i tona digitalno obrađuju prema preporuci ITU-R BT.601 zajedno s drugim korisničkim informacijama i uslugama. Nakon analogno-digitalne pretvorbe signala, provodi se postupak njihove kompresije u takvim odnosima, koji osigurava tehničku mogućnost prijenosa preko komunikacijske mreže, Slika 1.4., ujedno zadržavajući potrebnu kvalitetu prenesene informacije. Više programa zajednički se multipleksiraju te kao jedan digitalni tok prenose do odašiljačkih stanica. Odašiljačke stanice imaju mogućnost rada na jednom kanalu, odnosno na jednoj frekvenciji, tvoreći tako SFN mrežu, ili na različitim kanalima i različitim frekvencijama u konvencionalnoj MFN mreži. S obzirom na OFDM modulacijski postupak koji se primjenjuje na DVB-T odašiljaču, signal se ne prenosi u serijskom slijedu preko jednog nosioca frekvecnije kao kod analogne televizije već u paralelnom slijedu broja podnosilaca (1705 podnosilaca u modu 2K, odnosno 6817 podnosilaca u modu 8K) pravilno raspoređenih u frekvencijskom pojasu širine 7,61 MHz. Kao posljedica toga, na izlazu iz odašiljača nastaje spektar intermodulacijskih produkata, odnosno intermodulacijskog šuma koji je potrebno po amplitudi i frekvenciji smanjiti unutar granica koje propisuje standard ETSI EN 300744. Metode i načini redukcije intermodulacijskih produkata, šuma digitalnog odašiljača za multimedijske usluge tema je ove studije. Kratak opis digitalne obrade signala kao i osnovnih funkcionalnih dijelova DVB -T odašiljača upotpunjuju sliku načina prijenosa multimedijskih informacija kroz cjelokupni lanac zemaljske digitalne odašiljačke mreže.

S T U D I O

Video 1

Audio 1

Data 1

PSI 1

MPEG2 TS 1

Distribucijska mreža

Video n Audio n Data n

PSI n

MPEG2 TS n

PSI...Program Specific Information

Tx DVB-T

MPEG

Encoder

Transport Stream Multiplexer

MPEG

Encoder

Tx DVB-T 2

Tx DVB-T 1

Slika 1.4. Konfiguracija digitalne zemaljske TV odašiljačke mreže

Kao posebni parametri od interesa javljaju se zahtjevi na linearnost sustava, utjecaj digitalnog TV kanala na analogni TV kanal, te kodiranje videosignala na ulazu u digitalni odašiljač, koje obuhvaća ova studija. Na kraju je dan pregled razvoja digitalnog televizijskog odašiljanja, kao i eksperimentalni rezultati u susjednim zemljama.

2.

Tehnologija digitalnog radiodifuznog odašiljača

Standard za digitalnu zemaljsku radiodifuziju DVB-T [ETSI EN 300 744] donešen 1997. godine otvorio je novu eru u digitalnoj televizijskoj tehnologiji. Multicarrier postupak, COFDM modulator, digitalna predkorekcija, GPS sinkronizacija, samo su neke značajke digitalnog odašiljača. Nagli razvoj na tom području započeo je početkom 90 godina, kada su se na tržištu pojavili dovoljno snažni procesori koji su mogli kod postupka modulacije odnosno demodulacije konvertirati dovoljno veliku količinu podataka.

2.1. Arhitektura DVB-T sustava

Na Slici 2.1. prikazana je blok shema digitalnog televizijskog odašiljača. U pobudnom stupnju vrši se obrada ulaznog MPEG-2 signala, sinkronizacija sa GPS signalom, COFDM modulacija, linearna predkorekcija signala, konvertiranje signala na željeni RF-kanal te pojačanje signala do nivoa potrebnog za pobudu izlaznog stupnja. Cijeli postupak obrade signala sinkroniziran je s frekvencijom 10 MHz i referentnim taktom 1 pps koji se dobivaju iz frekvencijske jedinice (Frequency Processing Unit) u koju je ugrađen GPS prijemnik. Centralna procesorska jedinica vrši nadzor i upravljanje svakog pojedinog dijela sklopa prateći cijeli tok signala kroz odašiljač. Pri tome za daljinsku kontrolu postoji mogućnost korištenja TCP/IP protokola.

Kao rezervni izvor MPEG-2 signala, odnosno u svrhu korištenja odašiljača kao pretvarača, može se u pobudni stupanj ugraditi DVB-T test receiver.

U izlaznom stupnju signal se pojačava do potrebne nominalne snage odašiljača, a pomoću filtarske jedinice ograničava se frekvencijski spektar izlaznog signala u propisane granice.

Pobudni stupanj

Izlazni stupanj

frequency processing

COFDM

Encoder

Up- converter

Broadband amplifier

DVB test receiver

power supply

integrated UPS

evaluation unit

central processing unit

output filter

amplifier final stage

amplifier low power stage

local control & LC display

Slika 2.1. Blok shema DVB-T odašiljača

2.1.1. DVB-T odašiljač - pobudni stupanj

Ulazni signal u odašiljač je MPEG-2 transport stream s brzinom prijenosa 4,98 Mbit/s

- 31,67 Mbit/s u ovisnosti o izabranom prijenosnom modu (2K ili 8K) i vrsti modulacije (QPSK, 16-QAM ili 64-QAM).

U COFDM encoderu dodaju se MPEG-2 signalu redundantni bitovi, a zatim se vrši vremenska i frekvencijska preraspodjela bitova (interleaving) u svrhu prethodne korekcije greške (FEC). Pri tome se mogu postaviti različite code-rate (npr. R=1/2; R=2/3; R=3/4; R=5/6; R=7/8). Pri čemu je: R = (količina bitova informacije) / (količina bitova informacije + količina zaštitnih bitova).

U svrhu dobivanja OFDM signala vrši se prijelaz sa serijskog na paralelni prijenos simbola. Pri tome se u vremenu t1, u kojem se prenese "n" serijskih simbola, nakon serijsko- paralelne pretvorbe, simboli prenesu istovremeno preko "n" paralelnih kanala. Svakom simbolu sada stoji ukupno vrijeme t1 na raspolaganju.

Ts = t1
	1
	2
	3
	4

	n - 1
	n

Bs = B / n

Ts = t1 / n

n-1

f f

t t

Slika 2.2. Prijelaz sa serijskog na paralelni prijenos simbola

Pri tome je Bs = 1 / Ts, Bs = širina frekvencijskog pojasa pojedinog simbola, Ts = trajanje simbola.

bit

serijski

Bit - slijed

OFDM

signal

simbol

paralelno

f(T1)

f(T2)

f(T3) f(Tn-1)

f(Tn)

Slika 2.3. Koncept stvaranja OFDM Signala.

Svakom frekvencijskom / vremenskom segmentu pridružen je jedan podnosilac. Za vrijeme svakog vremenskog segmenta, podnosioci su modulirani sa određenim brojem bita, u ovisnosti o primijenjenoj modulaciji.

2.1.2. DVB-T odašiljač - izlazni stupanj

Izlazno pojačalo snage izvedeno je u novoj LDMOS tehnologiji. Odlikuje se vrlo velikim pojačanjem snage (14 dB - 16 dB), a budući da radi u AB klasi i dobrim faktorom iskorištenja. Ulazni multi-carrier signal u pojačalo snage dan je izrazom:

s (t) = A ∑[d I (t) cos Ȧ t + d Q(t) sin Ȧ t]

in in n n n n n=1

gdje je

Ain

amplituda n-tog podnosioca, N - broj podnosilaca,

dn (t) - bit stream I odnosno Q

komponente signala, a ωn

- frekvencija n-tog podnosioca.

Prijenosna karakteristika nije linearna funkcija, već se može aproksimirati polinomom trećeg reda. Izlazni signal sout(t) dan je izrazom:

sout(t) = a0sin(t) + a1s3 (t) +…

gdje su a0 , a1 nelinearni koeficijenti.

Kao posljedica toga, na izlazu iz pojačala pored osnovnih signala javlja se još suma i razlika njihovih frekvencija - intermodulacijski produkti, koji su raspodijeljeni unutar i izvan kanala. Slika 2.4. prikazuje tipičnu raspodjelu frekvencijskog spektra DVB-T signala na izlazu iz pojačala snage.

-10

-20

-30

-40

-50

-60

-14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

Frequency relative to centre of DVB-T channel [MHz]

Power spectrum density [dB]

Slika 2.4. Spektar DVB-T signala na izlazu iz pojačala snage.

Standard EN 300 744 propisuje spektralnu masku koju treba ispunjavati digitalni televizijski odašiljač, Slika 2.5. Na osnovu tako zadane maske, kao i karakteristike frekvencijskog spektra DVB-T signala na izlazu iz pojačala, proizlazi potrebna selektivnost filtarske jedinice:

f0 r 4,2 MHz: ≥ 15 dB;

f0 r 6 MHz: ≥ 30 dB;

f0 r 12 MHz: ≥ 50 dB,

Propusno područje definirano je unutar granice f0

Attenuation [dB]

području od 470-862 MHz (K21-K69).

r 3,8 MHz u UHF frekvencijskom

-10

-20

-30

-40

-50

-60

-70

-80

-90

-100

-14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14

Frequency relative to centre of DVB-T channel [MHz]

Slika 2.5. DVB-T maska spektra izlaznog signala.

2.1.3. Glavne karakteristike i prednosti DVB-T sustava

Kao glavne karakteristike DVB-T televizijskog sustava mogu se navesti slijedeće:

• Europski sustav za digitalnu televiziju koji koristi COFDM modulaciju

• Dva prijenosna moda: 2K sa 1705 podnosioca odnosno 8K sa 6817 podnosioca

• Modulacija podnosilaca: QPSK, 16-QAM, 64-QAM

• Širina frekvencijskog pojasa: 6 MHz, 7 MHz, 8 MHz

• Brzina prijenosa podataka (bit- rate): 4,98 Mbit/s - 31,67 Mbit/s.

• Mogućnost rada na jednom kanalu u cijeloj odašiljačkoj mreži - SFN rad Prednosti DVB-T u odnosu na analognu TV su višestruke od kojih treba spomenuti:

• Izvrsna rezolucija slike za danu širinu frekvencijskog područja (prijenos jednog HDTV programa - High Definition TV)

• Prijenos 4 SDTV programa (Standard Definition TV) ili 8 LDTV (Low Definition TV)

• u jednom kanalu

• Upotreba prethodne korekcije greške - FEC (Forward Error Correction)

• Kompatibilnost sa kompjuterom i Internetom

• Interaktivnost (realizacija povratnog kanala preko telefona ili GSM-a)

• Izvrsna kvaliteta zvuka

• Konstantna kvaliteta slike na cijelom području prijema

2.2. Parametri koji utječu

na kvalitetu izvedbe DVB-T

Intermodulacijski produkti uzrokovani nelinearnošću izlaznih pojačala snage mogli bi se u velikoj mjeri smanjiti uz dovoljno veliki iznos output backoff-a. To bi značilo znatno smanjenje faktora iskorištenja pojačala, što bi bilo neekonomično. Kao kompromis, output backoff smanjuje se do te mjere koliko je potrebno da suma potiskivanja IM produkata od izlaznog pojačala, linearne predkorekcije i izlazne filtarske jedinice postigne iznos propisan standardom EN300744 za izlaznu spektralnu masku.

Važan parametar rada koji određuje iskoristivost pojačala izlaznog stupnja je izlazni faktor izražen kao izlazni backoff (OBO), a koji je definiran s jednadžbom

OBO = 10 log Psat

Pout

gdje je

Psat

maksimalna izlazna snaga (snaga zasićenja), a

Pout

je srednja snaga odaslanog

signala. Poželjno je da se postigne najmanji mogući izlazni OBO kako bi se zadovoljila optimalna raspoloživa snaga izlaznog pojačala. Međutim, rad izlaznog pojačala s manjim faktorom OBO teži da proizvede relativno visoke IM produkte unutar opsega i izvan frekvencijskog opsega rada.

Na Slici 2.6. prikazani su rezultati mjerenja izlaznog stupnja pojačala snage 100 W s isključenom i uključenom predkorekcijom. Kao što je vidljivo, potiskivanje IM produkata kod f 0 r 4,2 MHz iznosi 10 dB, što predstavlja tipičnu vrijednost koja se postiže linearnom

predkorekcijom, dok preostali iznos gušenja IM produkata do nivoa propisanog DVB-T standardom, postiže se upotrebom izlazne filtarske jedinice.

Slika 2.6. Spektar signala izlaznog pojačala snage - rezultati mjerenja (gornja krivulja - bez predkorekcije; donja krivulja - uz predkorekciju)

Iz gornjeg se može zaključiti da su u izvedbi DVB-T sustava važne dvije sklopovske jedinice, a to je sklop koji se koristi u svrhu postizanja linearnosti i sklop izlaznog stupnja s filtarskom jedinicom.

2.3. Rezultati mjerenja polja digitalnog TV odašiljača Sljeme

U Republici Hrvatskoj su 20. svibnja 2003. u eksperimentalni rad puštena dva digitalna odašiljača koji se nalaze na lokacijama Sljeme i Zagreb-HRT Dom. Svaki od odašiljača emitira multipleks sastavljen od tri programa Hrvatske radiotelevizije. MPEG-2 koderi, multiplekser i dodatna oprema potrebna za digitalno kodiranje televizijskih signala i oblikovanje prijenosnog toka podataka (tzv. digitalna platforma) nalaze u objektu HRT Dom. Multipleks sastavljen od tri MPEG-2 komprimirana digitalna televizijska signala prenosi se od HRT Doma do odašiljačke lokacije Sljeme digitalnom prijenosnom vezom putem svjetlovoda. Digitalni odašiljač na Sljemenu zauzima 27. kanal (518-526 MHz) u području UHF IV, s usmjerenjem antenskog sustava prema jugu tj. prema Zagrebu, dok digitalni odašiljač na lokaciji Zagreb-HRT Dom zauzima 56. kanal (750-758 MHz) u području UHF V, s antenskim sustavom koji ima kružno zračenje. Oba digitalna odašiljača imaju snagu 250 W.

U ovom poglavlju će biti prikazana mjerenja elektromagnetskog polja digitalnog odašiljača na Sljemenu gdje se na 27. kanalu prenosi multipleks od tri programa Hrvatske radiotelevizije. Efektivna izračena snaga tog odašiljača iznosi 5 kW. Rabi se 8k sustav sa 6817 podnositelja u kanalu, modulacijski postupak za pojedine podnositelje 64-QAM, omjer koda za unutarnje kodiranje 2/3 i trajanje zaštitnog intervala 1/4 (224 μs) u odnosu na korisno trajanje OFDM simbola (896 μs). Mjerenja polja su provedena u osam točaka u smjeru Siska, Slika 2.7. i u sedam točaka u smjeru Karlovca, Slika 2.8. Vrijednosti elektromagnetskog polja su izmjerene instrumentom Rohde-Schwarz ESVN 40 uz uporabu log-periodičke prijamne antene. Mjerenja su provedena na 800 disktrenih frekvencija (frekvencijski raster 10 kHz) u frekvencijskom području od 518-526 MHz unutar 27. kanala, na kome se emitira digitalni TV signal i na 800 diskretnih frekvencija u frekvencijskom području 526-534 MHz unutar 28. kanala, na kome se s lokacije Sljeme emitira 2. program Hrvatske radiotelevizije. Pored vrijednosti elektromagnetskog polja, za svaku lokaciju je utvrđena vrijednost BER uz pomoć DVB-T prijamnika Xxxxxxxx DV3. Tablica 2.1. prikazuje srednje vrijednosti elektromagnetskog polja i vrijednosti BER za pojedine lokacije. Slika 2.9. i Slika 2.10. prikazuju rezultate mjerenja elektromagnetskog polja na lokacijama označenim na Slici 2.7. i Slici 2.8.

Slika 2.7. Lokacije u kojima je provedeno mjerenje polja DVB-T odašiljača na Sljemenu u smjeru Siska

Slika 2.8. Lokacije u kojima je provedeno mjerenje polja DVB-T odašiljača na Sljemenu u smjeru Karlovca

Tablica 2.1. Srednje vrijednosti elektromagnetskog polja i vrijednosti BER za 27. kanal za pojedine lokacije označene na Slici1. i Slici 2.

Smjer Sisak			Smjer Karlovac
Lokacija	Razine polja (dBμV/m)	BER	Lokacija	Razine polja (dBμV/m)	BER
Velika Mlaka	59.28	1x10-7	Jastrebarsko	45.04	1x10-7
Velika Gorica	49.93	1x10-7	Prilipje-Jurjevčani	29.55	nema prijama
Buševac	48.23	1x10-7	Prilipje-VD	29.71	nema prijama
Pešćenica	50.69	1x10-6	Plešivica	32.17	5x10-4
Dužica	45.06	2x10-6	Karlovac-O	48.31	5x10-6
Sela	42.03	1x10-5	Ozalj-Općina	32.07	7x10-5
Sisak-Odra	37.70	2x10-5	Karlovac-Korana	47.95	8x10-6
Sisak-N.Selo	46.67	3x10-5

SLJEME CH 27. (ERP=5kW) CH 28. (ERP=500kW)

DVB-T Receiver "Thompson": BER = 1 * 10E-7

100

1-VELIKA MLAKA

SLJEME CH 27. (ERP=5kW) CH 28. (ERP=500kW)

DVB-T Receiver "Thompson": BER = 1 * 10E-7

2-VELIKA GORICA

SLJEME CH 27. (ERP=5kW) CH 28. (ERP=500kW)

DVB-T Receiver "Thompson": BER = 1 * 10E-7

3-BUŠEVAC

SLJEME CH 27. (ERP=5kW) CH 28. (ERP=500kW)

DVB-T Receiver "Thompson": BER = 1,5 * 10E-6

100

4-PEŠĆENICA

SLJEME CH 27. (ERP=5kW) CH 28. (ERP=500kW)

DVB-T Receiver "Thompson": BER = 2 * 10E-6

100

5-DUŽICA

SLJEME CH 27. (ERP=5kW) CH 28. (ERP=500kW)

DVB-T Receiver "Thompson": BER = 1 * 10E-5

6-SELA

SLJEME CH 27. (ERP=5kW) CH 28. (ERP=500kW)

DVB-T Receiver "Thompson": BER = 2 * 10E-5

7-SISAK-ODRA

SLJEME CH 27. (ERP=5kW) CH 28. (ERP=500kW)

DVB-T Receiver "Thompson": BER = 3 * 10E-5

100

8-SISAK-NOVO SELO

Slika 2.9. Rezultati mjerenja elektromagnetskog polja na lokacijama označenim na Slici 2.7; horizontalna os prikazuje frekvenciju u MHz u frekvencijom području 518-534.5 MHz; vertikalna od prikazuje vrijednosti elektromagnetskog polja iskazane u dBμV/m.

SLJEME CH 27. (ERP=5kW) CH 28. (ERP=500kW)

DVB-T Receiver "Thompson": BER = 1 * 10E-7, Margin: 18dB

100

1-JASTREBARSKO

SLJEME CH 27. (ERP=5kW) CH 28. (ERP=500kW)

DVB-T Receiver "Thompson": NO RECEPTION

2-PRILIPJE-JURJEVČANI

SLJEME CH 27. (ERP=5kW) CH 28. (ERP=500kW)

DVB-T Receiver "Thompson": NO RECEPTION

3-PRILIPJE-VD

SLJEME CH 27. (ERP=5kW) CH 28. (ERP=500kW)

DVB-T Receiver "Thompson": BER = 5 * 10E-4

4-PLEŠIVICA

SLJEME CH 27. (ERP=5kW) CH 28. (ERP=500kW)

DVB-T Receiver "Thompson": BER = 5 * 10E-6

100

5-KARLOVAC-O

SLJEME CH 27. (ERP=5kW) CH 28. (ERP=500kW)

DVB-T Receiver "Thompson": BER = 7 * 10E-5

6-OZALJ-OPĆINA

SLJEME CH 27. (ERP=5kW) CH 28. (ERP=500kW)

DVB-T Receiver "Thompson": BER = 8 * 10E-6

100

7-KARLOVAC-KORANA

Slika 2.10. Rezultati mjerenja elektromagnetskog polja na lokacijama označenim na Slici 2.8; horizontalna os prikazuje frekvenciju u MHz u frekvencijom području 518-534.5 MHz; vertikalna od prikazuje vrijednosti elektromagnetskog polja iskazane u dBμV/m

3.

Postupak MPEG kodiranja

3.1. MPEG-2 video kodiranja

3.1.1. Digitalni prikaz videosignala

Radi prikaza analognog videosignala u digitalnom obliku potrebno je provesti analogno-digitalnu pretvorbu koja se sastoji iz tri osnovna koraka: uzorkovanja (diskretizacija po vremenu), kvantiziranja (diskretizacija po amplitudi) i kodiranja (binarni prikaz diskretnih vrijednosti signala). Analogno-digitalna pretvorba je definirana:

• frekvencijom uzorkovanja koja po Xxxxxxxxxxx kriteriju mora biti barem dvostruko viša od najviše frekvencijske komponente ulaznog videosignala,

• brojem bita za kodni prikaz svakog uzorka u binarnom obliku koji određuje i broj mogućih razina kvantizacije.

Analogno-digitalna pretvorba videosignala je definirana različitim preporukama međunarodne normizacije ovisno o namjeni videosignala. ITU-R preporuka BT.601: "Parametri kodiranja digitalnog televizijskog signala za studijsku primjenu uz omjer stranica ekrana 4:3 i 16:9" je temeljna norma za digitalno kodiranje televizijskog signala i neovisna je o tome da li se radi o sustavima s 525 linija i 60 Hz ili sa 625 linija i 50 Hz. Ulazni format analognog signala je komponentni sastavljen od luminantnog signala E'Y i krominantnog signala određenog komponentama (E'R - E'Y) i (E'B - E'Y).

Signali E'Y, E'CR i E'CB su analogne komponente televizijskog signala u boji za koje vrijede parametri kodiranja propisani ITU-R preporukom BT.601, Tablica 3.1. Frekvencija uzorkovanja luminantnog signala iznosi 13.5 MHz, a krominantnih 6.75 MHz. U TV sustavima s omjerom stranica ekrana 16:9 frekvencija uzorkovanja luminantnog signala iznosi 18 MHz, a krominantnih 9 MHz. Frekvencije uzorkovanja su vezane omjerom 4:2:2. Struktura uzorkovanja je ortogonalna i ponavlja se po linijama, poluslikama i slikama, a

uzorci se kodiraju ravnomjernom (uniformnom) impulsno kodnom modulacijom s osam ili deset bita po uzorku za luminantni i krominantni signal.

Tablica 3.1. Osnovni parametri kodiranja definirani ITU-R preporukom BT.601

Parametri

(NTSC)

525 linija / 60 Hz

(PAL)

625 linija / 50 Hz

Kodirani signali:

Y, CR, CB

Ovi signali su dobiveni iz signala:

E'Y , (E'R - E'Y) i (E'B - E'Y)

Frekvencija uzorkovanja:

• luminantni signal

• svaki od signala razlike

13.5/18 MHz

6.75/9 MHz

Broj uzoraka po liniji:

• luminantni signal

• svaki od signala razlike

858/1144

429/572

864/1152

432/576

Broj uzoraka po aktivnom dijelu linije:

• luminantni signal

• svaki od signala razlike

720/960

360/480

Struktura uzorkovanja:

Ortogonalna, ponavlja se u svakoj liniji, poluslici i slici; uzorci za svaki od krominantnih signala se uzimaju na mjestu koje odgovara neparnim uzorcima luminantnog signala u svakoj liniji

Način kodiranja:

Ravnomjerna impulsno kodna modulacija (PCM) s osam ili deset bita po uzorku za luminantni signal i svaki od krominantnih signala

4:2:0

4:2:2

4:4:4

Y Cb Cr

Slika 3.1. Strukture uzorkovanja za luminantnu i krominantne komponente

Različite strukture uzorkovanja prikazane su Slikom 3.1. Referentna 4:2:2 struktura uzorkovanja je osnovna norma kojom se postiže kvaliteta televizijske slike zahtijevana u TV studijima. Navedena struktura predstavlja osnovicu jedinstvene skupine međusobno kompatibilnih normi za digitalno kodiranje koji zadovoljavaju različite zahtjeve za kvalitetom signala. 4:2:0 struktura uzorkovanja nije sadržana u ITU-R preporuci BT.601 ali je značajna zbog toga što se primjenjuje u MPEG normi. U njoj se provodi i horizontalno i vertikalno poduzorkovanje krominantnih komponenti, za razliku od 4:2:2 strukture uzorkovanja u kojoj se provodi samo poduzorkovanje u horizontalnom smjeru tako da se smanjuje broj uzoraka po liniji za svaku od krominantnih komponenti.

3.1.2. MPEG postupak za kodiranje videosignala

Prva norma razvijena u okviru MPEG grupe je međunarodna norma ISO/IEC IS 11172: "Kodiranje pokretnih slika i pratećih audiosignala za digitalno pohranjivanje pri brzinama do 1,5 Mbit/s" ("Coding of Moving Pictures and Associated Audio for Digital Storage Media up to about 1.5 Mb/s"), tzv. MPEG-1 norma.

Druga norma razvijena u okviru MPEG grupe je ISO/IEC IS 13818: "Generičko kodiranje pokretnih slika i pratećih audiosignala" ("Generic Coding of Moving Pictures and Associated Audio"), tzv. MPEG-2 norma. Riječ generički naglašava suštinu norme, koja nije namijenjena jednoj definiranoj primjeni, nego ju je moguće koristiti u cijelom nizu različitih primjena. Norma specificira skup postupaka kodiranja s jezgrom sustava za brzine prijenosa od 4-10 Mbit/s. U tom području brzina prijenosa se može postići kvaliteta prijemnih signala bolja nego u standardnim TV sustavima (4 Mbit/s) ili vrhunska kvaliteta slike kod koje nije moguće zamijetiti razliku između dekodirane i izvorne slike (9 Mbit/s). Predloženi postupci kodiranja posjeduju takva svojstva da ih je moguće primjeniti i na televiziju visoke kvalitete (HDTV, High Definition Television) uz brzine prijenosa iznad 10 Mbit/s.

Model kodiranja videosignala u MPEG postupku je organiziran u šest slojeva od kojih svaki podržava određene postupke procesiranja signala ili funkcije sustava:

• BLOK je najmanja jedinica kodiranja sastavljena od 64 elementa slike. To je osnovna jedinica za primjenu diskretne kosinus transformacije. Svaki luminantni element slike odgovara jednom elementu slike. Kromatska informacija se poduzorkuje u omjeru 2:1 u horizontalnom i vertikalnom smjeru tako da se jedna kromatska informacija sastavljena od dvije krominantne komponente izvodi za četiri elementa slike

• MAKROBLOK je osnovna jedinica za kodiranje s nadomještanjem pokreta koja se sastoji od područja 16 elemenata slike u 16 linija za luminantnu komponentu (4 bloka od 8x8 elemenata slike) i prostorno jednakog područja s 8 elemenata slike u 8 linija za svaku od krominantnih komponenata. To znači da makroblok sadrži 4 luminantna bloka i 2 krominantna bloka pri čemu je područje slike pokriveno s 4 luminantna bloka jednako području slike koje je pokriveno pojedinim krominantnim blokom.

• ISJEČAK SLIKE (Slice) je horizontalni niz makroblokova koji je temeljna jedinica za uspostavljanje sinkronizacije između postupaka kodiranja koji se provode na razini bloka i makrobloka. Prilikom pojave pogreške unutar slike zbog gubitaka u prijenosu, nije potrebno odbaciti cijelu sliku već je iz postupka dekodiranja moguće izostaviti samo isječak slike i nastaviti dekodiranje sa sljedećim ispravno primljenim isječkom slike.

• SLIKA je osnovna jedinica u MPEG postupku kodiranja. Slike se dijele na: I-slike (Intra Coded Pictures) koje su samostalno kodirane unutarnjim kodiranjem, P-slike (Predictive Coded Pictures) koje su kodirane s predviđanjem uz nadomještanje pokreta pri čemu se kao polazne slike u postupku predviđanja koriste prethodne I-slike ili P- slike, B-slike (Bidirectionally Coded Pictures) koje su kodirane s predviđanjem uz nadomještanje pokreta pri čemu se kao polazne slike u postupku predviđanja koriste i prethodne i buduće I-slike ili P-slike i D-slike (DC Coded Pictures) kod kojih se kodira samo istosmjerni (DC) koeficijent diskretne kosinus transformacije.

• GRUPA SLIKA (GOP, Group of Pictures) se sastoji od jedne ili više slika a predstavlja najmanju jedinicu koja može biti neovisno dekodirana unutar videosekvence.

• SEKVENCA je najviši sloj u hijerarhijskoj strukturi kodiranja koja se sastoji od zaglavlja i određenog broja grupa slika. Zaglavlje sekvence uspostavlja početno stanje dekodera kako prethodno dekodirane sekvence ne bi imale utjecaja na trenutni proces dekodiranja.

U MPEG normi sekvenca videosignala se dijeli na grupe slika. Svaka grupa slika sadrži određeni broj slika od kojih je prva slika I-slika koja je samostalno kodirana primjenom DCT. P-slika je dobivena predviđanjem iz prethodne I-slike ili P-slike. Između I-slike i P-slike, ili između dvije P-slike, određeni broj slika je preskočen i one se kodiraju naknadno primjenom dvosmjernog predviđanja u kome se kao referente slike u procesu predviđanja koriste najbliže I-slike ili P-slike. Tipična grupa slika je prikazana Slikom 3.2. iz koje je vidljivo da pojedine slike pri kodiranju dolaze u stvarnom rasporedu onako kako se pojavljuju na izlazu iz izvora videosignala. Stvarni raspored se nakon procesa kodiranja mora promijeniti stoga što rekonstrukcija B-slika zahtijeva prisustvo i prošlih i budućih I-slika i P-slika tako da se stvarni raspored u grupi slika mijenja na izlazu iz kodera u raspored slika za prijenos.

GRUPA SLIKA (GOP)

⮛ ⮛

I1 B1 B2 P1 B3 B4 P2 B5 B6 P3 B7 B8 I2 ½

RASPORED SLIKA PRI KODIRANJU

⮙⮙

DVOSMJERNO KODIRANJE

I1 P1

B1 B2 P2

B3 B4 P3

B5 B6

I2 B7 B8 ½

RASPORED SLIKA PRI PRIJENOSU

Slika 3.2. Raspored slika u grupi slika

Na taj se način slike ne prenose u stvarnom rasporedu nego u rasporedu koji je prilagođen postupku dekodiranja (slike dolaze u dekoder u rasporedu potrebnom za dekodiranje). Stvarni raspored se ponovno obnavlja nakon dekodiranja.

MPEG postupak kodiranja videosignala je prikazan Slikom 3.3. On se zasniva na uklanjanju prostorne redundancije primjenom DCT na blokove veličine 8x8 elemenata slike i na uklanjanju vremenske redundancije primjenom kodiranja s predviđanjem uz nadomještanje pokreta na razini makrobloka.

⮚

IZVORNA •

⮙

⮚

⮛

DCT ⮚ Q

• ⮚ VLC

⮚ MULTIPLEKSOR

⮙

⮚ MEĈUSPREMNIK

KODIRANA

⮚

SLIKA

KODIRANJE ⮛

S PREDVIĈANJEM Q -1

⮛

DCT-1

•

⮛

⮚ +

NADOMJEŠTANJE POKRETA

⮙

•

⮛

MEMORIJA SLIKE

VEKTOR POKRETA

⮚

PREDVIĈANJE POKRETA

UNUTARNJE KODIRANJE

UPRAVLJANJE KORAKOM KVANTIZACIJE

Nastanak I-slika

Slika 3.3. MPEG postupak kodiranja

Pri unutarnjem kodiranju u kome nastaju I-slike, slika se dijeli u blokove veličine 8x8 na koje se primjenjuje dvodimenzijska diskretna kosinusna transformacija (2-D DCT) koja daje 64 koeficijenta transformacije, Slika 3.4. Diskretna kosinusna transformacija i inverzna diskretna kosinusna transformacija za blok elemenata slike veličine 8x8 su definirane kao:

F (u,v) = 1 ⋅C

⋅C ⋅ ∑

∑ f(i, j)⋅ cosπ ⋅(2⋅i+1)⋅ u ⋅ cos π ⋅(2⋅ j+1)⋅v

u v

i=0

j=0

16 16

f (i, j) = 1 ⋅ ∑7

∑C ⋅C

⋅ F(u,v)⋅ cos π ⋅(2⋅i+1)⋅u ⋅ cos π ⋅(2⋅ j+1)⋅v

4 u=0

v=0 u v

16 16

⎧

⎪

Cu ⎨

1 , za u=0 2

⎧

⎪

Cv ⎨

1 , za v=0 2

⎩

⎪ 1 , inace ⎪ 1, inace

gdje su f(i,j) uzorci u području slike, a F(u,v) koeficijenti transformacijskog bloka.

Koeficijenti transformacije su ravnomjerno kvantizirani u skladu s kvantizacijskom tablicom s 64 elementa koji određuju korak kvantizacije za odgovarajući DCT koeficijent, a mogu biti cjelobrojne vrijednosti između 1 i 255. Cilj kvantizacije je postizanje kompresije prikazom koeficijenata s preciznošću koja nije veća od neophodne za postizanje željene kvalitete slike. Kvantizacijom se odbacuju informacije koje nisu važne za ljudski vizualni sustav. Postupak kvantizacije je osnovni izvor gubitaka pri kodiranju zasnovanom na DCT.

IZVORNA SLIKA

⮚

DCT

⮚

KVANTIZACIJA

⮙

⮚

STATISTIČKO KODIRANJE

⮙

KODIRANA SLIKA ⮚

KVANTIZACIJSKA TABLICA

KODNA TABLICA

(a)

KODIRANA SLIKA

⮚

STATISTIČKO DEKODIRANJE

⮙

⮚

INVERZNA KVANTIZACIJA

⮙

⮚

DCT -1

DEKODIRANA

⮚

SLIKA

KODNA TABLICA

KVANTIZACIJSKA TABLICA

(b)

Slika 3.4. Postupak (a) kodiranja i (b) dekodiranja za I-slike

Nakon kvantizacije, dvodimenzijski blok DCT koeficijenata se preoblikuje u jednodimenzionalni niz podataka primjenom cik-cak analiziranja pri kome se očitavaju najprije niskofrekvencijske, a zatim visokofrekvencijske komponente. Visokofrekvencijske komponente, u pravilu, imaju amplitude čija je veličina jednaka ili bliska nuli i stoga ne trebaju biti kodirane, rezultirajući u visokom stupnju kompresije. DC koeficijent s nultom horizontalnom i vertikalnom frekvencijom je srednja vrijednost 64 uzorka slike u izvornom bloku.

Završni stupanj procesiranja signala je statističko kodiranje kvantiziranih DCT koeficijenata kojim se postiže dodatna kompresija. Cik-cak analiziranje je pripremni korak za statističko kodiranje jer se njime visokofrekvencijske komponente s amplitudama jednakim nuli grupiraju na kraju niza.

Kvantizirani i kodirani blokovi slike su dekodirani u dekoderu koji je sastavni dio kodera i pohranjeni u memoriju slike kako bi mogli biti korišteni kao prediktori u procesu kodiranja s predviđanjem, Slika 3.3.

Nastanak P-slika

Pri kodiranju s predviđanjem slike su procesirane na razini makroblokova. Početni korak u postupku kodiranja s predviđanjem se zasniva na procjeni pokreta. Postupkom predviđanja pokreta procjenjuje se kretanje objekata u uzastopnim slikama. Slika 3.5. prikazuje način provedbe postupka nadomještanja pokreta (MC, Motion Compensation). Pri kodiranju uz nadomještanje pokreta provodi se usporedba odgovarajućih područja dviju uzastopnih slika kako bi se odredio smjer i udaljenost pomaka tih područja između slika. Smjer i udaljenost iskazuju preko dvodimenzijskog vektora nazvanog vektor pokreta. Koder koristi vektor pokreta za pomak elemenata slike prethodne slike i dobivanje tzv. predviđene slike prije nego što je oduzme od trenutno procesirane slike. Ako su vektori pokreta između dviju uzastopnih slika točno izmjereni, tada će pomak objekata u prethodnoj slici rezultirati u predviđenoj slici u kojoj će pozicije tih objekata biti približno jednake njihovim pozicijama u trenutno procesiranoj slici, tako da je razlika trenutno procesirane slike i prethodne slike s nadomještenim pokretom mala, što rezultira u visokom stupnju kompresije. Vektori pokreta

se prenose zajedno s razlikom slika, tako da dekoder može proizvesti vlastitu pređviđenu sliku pomakom prethodne slike za vrijednosti definirane vektorima pokreta. Dodavanjem razlike slika dobiva se dekodirana trenutna slika.

⮚

Podaci o razlici elemenata slika

⮚

⮚ +

• Horizontalni pokret

⮚

• Vertikalni pokret ⮚

Slika i

Slika i+1

⮛ ⮛

PROCJENA POKRETA

Vektori pokreta

Slika 3.5. Postupak nadomještanja pokreta

Makroblok iz prethodne slike translatiran za vektor pokreta postaje prediktor u postupku DPCM za odgovarajući makroblok u trenutno procesiranoj slici. Razlika između makroblokova (pogreška predviđanja) se kodira primjenom DCT radi uklanjanja preostale prostorne redundancije. Ta razlika je vrlo mala što rezultira i visokim stupnjem kompresije. Slika 3.6. prikazuje razliku dviju susjednih slika u sekvenci videosignala koja se kodira primjenom DCT.

Koeficijenti nastali diskretnom kosinus transformacijom pogreške predviđanja su kvantizirani pri čemu je korak kvantizacije za sve DCT koeficijente uključujući istosmjerni koeficijent jednak i iznosi 16. Kvantizirani koeficijenti su kodirani primjenom kodiranja dužine niza i kodiranja s promjenljivom dužinom kodne riječi.

Slika 1 Slika 2 Razlika slike 1 i slike 2

Slika 3.6. Razlika slika

Za P-slike se uvijek kao prediktori u postupku predviđanja koriste prethodne I-slike ili P-slike. Takav način predviđanja se naziva predviđanje prema naprijed jer se slika koja se koristi kao prediktor (referentna slika) nalazi u vremenskom slijedu izvorne sekvence prije slike koja se trenutno procesira.

Nastanak B-slika

Za B-slike je moguće kao prediktore u postupku predviđanja koristiti I-slike ili P-slike koje u vremenskom slijedu izvorne sekvence dolaze iza B-slike. Takav način predviđanja se zove predviđanje prema natrag jer se pri dekodiranju iz budućih I-slika ili P-slika predviđa sadržaj B-slike koja im u izvornom rasporedu prethodi (referentna slika za postupak predviđanja dolazi iza slike čiji sadržaj se predviđa). Postupak dvosmjernog predviđanja pokreta je prikazan na Slici 3.7. B-slike mogu koristiti i predviđanje prema naprijed i predviđanje prema natrag pri čemu se izvode dva vektora pokreta iz kojih se u dekoderu proračunava jedan vektor njihovim usrednjavanjem (interpolacijsko kodiranje).

I-slika

B-slika

predviđeno iz I-slike

predviđeno iz P-slike

P-slika

Slika 3.7. Dvosmjerno predviđanje pokreta

Kodiranje s predviđanjem koje rezultira u P-slikama ili B-slikama povećava djelotvornost kodera u uklanjanju redundancije i veći stupanj kompresije. P-slike sadrže približno ½ količine podataka I-slika dok B-slike sadrže približno ¼ količine podataka I-slika. B-slike imaju veću pogrešku rekonstrukcije nego I-slike i P-slike ali B-slike se ne pohranjuju u memoriji slike kodera jer se ne koriste kao referentne slike u postupku predviđanja koji slijedi, tako da ne postoji opasnost od propagacije pogrešaka.

3.1.3. MPEG-2 kodiranje videosignala

3.1.3.1. Opće karakteristike

MPEG-2 norma je optimizirana za ITU-R preporuku BT.601, 4:2:2 format slike, ali može biti primijenjena i na ostale oblike izvornih slika zahvaljujući razrađenoj strukturi profila i razina MPEG-2 videosintakse. Profil može biti razmatran kao podskup skupa parametara koji potpuno definiraju videosintaksu, dok je razina skup ograničenja koja vrijede za parametre videosintakse.

3.1.3.2. Profili i razine

MPEG-2, kao opća norma za kodiranje videosignala mora biti prilagođena različitim primjenama i formatima izvornih slika što je postignuto primjenom strukture profila i razina. Profil je definiran kao skup od jedne ili više osnovnih normi, a vezan je uz utvrđivanje klasa, podskupova, opcija i parametara te osnovne norme za provođenje svake posebne funkcije. Razina je definirana područjem parametara kao što su veličina slike, frekvencija izmjene slika, brzina prijenosa, veličina međuspremnika i dr. MPEG norma predviđa šest različitih profila:

• osnovni (SP, Simple Profile) - najniža kvaliteta, nema mogućnost slojevitog kodiranja, ne uključuje dvosmjerno predviđanje, format slike je 4:2:0

• glavni (MP, Main Profile) - nema mogućnost slojevitog kodiranja, ali uključuje dvosmjerno predviđanje, format slike je 4:2:0

• 4:2:2 (4:2:2P) - format slike je 4:2:2, dopušta više brzine prijenosa nego MP

• profil sa slojevitošću u odnosu na omjer S/N (SNR) - podržava različite kvalitete slike mjerene odnosom S/N

• profil s prostornom slojevitošću (Spatial) - podržava različite prostorne rezolucije slike

• vršni profil (HP, High Profile) - podržava potpunu slojevitost

Tablica 3.2. Profili i razine u MPEG normi

Xxxxxx		Xxxxxxx	Glavni	Profil 4:2:2	SNR	Prostorni	Vršni
Visoka	uzoraka/liniji linija/slici		1920 1152	1920 1152			1920 1152
	format		4:2:0	4:2:2			4:2:0, 4:2:2
	vrste slika		I,P,B	I,P,B			I,P,B
	Mbit/s		80	800			100
Visoka-	uzoraka/liniji		1440			1440	1440
1440	linija/slici format		1152 4:2:0			1152 4:2:0	1152 4:2:0, 4:2:2
	vrste slika		I,P,B			I,P,B	I,P,B
	Mbit/s		60			60	80
Glavna	uzoraka/liniji linija/slici	720 576	720 576	720 576	720 576		720 576
	format	4:2:0	4:2:0	4:2:2	4:2:0		4:2:0, 4:2:2
	vrste slika	I,P	I,P,B	I,P,B	I,P,B		I,P,B
	Mbit/s	15	15	50	15		20
Niska	uzoraka/liniji linija/slici		352 288		352 288
	format		4:2:0		4:2:0
	vrste slika		I,P,B		I,P,B
	Mbit/s		4		4

MPEG-2 normom su utvrđene četiri razine:

• niska (LL, Low Level) - CIF/SIF format slike

• glavna (ML, Main Level) - standarni formati TV slike

• visoka razina 1440 (High-1440) - TV signal s 1440 uzoraka po liniji

• visoka razina (HL, High Level) - TV signal s 1920 uzoraka po liniji.

Razine su pridružene svakom profilu, ali nisu moguće sve kombinacije profila i razina. Tablica 3.2. daje gornje granične vrijednosti prostorne rezolucije, kao i najviše brzine prijenosa za moguće kombinacije profila i razina. Prostorna slojevitost, slojevitost u odnosu na signal/šum i vršni profili podržavaju višerezolucijske primjene kao što su npr. kompatibilnost standardnih televizijskih signala i televizijskih signala visoke kvalitete, distribucija videosignala mrežama s asinkronim načinom prijenosa, kompatibilnost prema natrag i druge primjene u kojima se zahtjeva nekoliko razina kodiranja.

3.1.4. MPEG-2 sustav

MPEG-2 sustav je dio MPEG norme koji definira način multipleksiranja tokova podataka audiosignala i videosignala u jedan tok podataka za pohranjivanje ili prijenos. Tok podataka namijenjen prijenosu se naziva prijenosni tok podataka (TS, Transport Stream), dok se tok podataka namijenjen pohranjivanju naziva programski tok podataka (PS, Program Stream). Multipleksiranjem audio i videosignala omogućava se njihov zajednički prijenos, ispravno dekodiranje i prikazivanje. U programskom toku podataka se multipleksira videosignal s audiosignalima i podacima pri čemu sve vrste podataka pripadaju jednom programu. U prijenosnom toku se mogu multipleksirati videosignali, audiosignali i podaci koji pripadaju različitim programima. U MPEG normi se definira način na koji se provodi spajanje pojedinih dijelova istog programa u cjelinu i način na koji se provodi multipleksiranje različitih programa. To znači da je normom opisan cijeli niz parametara koji se potrebni za uspostavljanje sinkronizacije između pojedinih dijelova programa i multipleksiranje različitih programa u jedan prijenosni tok. Pri tome je cilj MPEG skupine bio stvoriti fleksibilnu specifikaciju kako bi se MPEG kodirani podaci mogli prenositi različitim vrstama mreža, bez obzira na implementirani fizički sloj i neovisno o tome da li se podaci prenose kanalima koji imaju malu vjerojatnost pojavljivanja pogreške ili kanalima lošije kvalitete prijenosa. Zahtijevalo se i da kodirani tok podataka sadrži sve informacije potrebne za dekodiranje svih dijelova programa, odnosno da proces dekodiranja ne ovisi o nekom dodatnom toku podataka koji bi se morao paralelno prenositi.

MPEG-2 norma određuje hijerarhiju multipleksiranja koja se sastoji od tri vrste tokova podataka, Slika 3.8.:

• osnovni tok podataka (ES, Elementary Stream);

• paketizirani osnovni tok podataka (PES, Packetized Elementary Stream);

• prijenosni ili programski tok podataka (PS ili TS).

video

audio

podaci

ES PES

PES

PS #2

PES

M U X

paketizacija

M U X

paketizacija

M U X

paketizacija

kompresija

ES PES

paketizacija

kompresija

ES PES

PS #1

TS #1

kompresija

video ES

kompresija

audio ES

TS #2

Slika 3.8. Multipleksiranje tokova podataka u MPEG-2 normi

Osnovni tok podataka je onaj koji nastaje na izlazu iz kodera i koji sadrži sve što je potrebno dekoderu za rekonstrukciju izvorne slike ili audiosignala. MPEG koder provodi kompresiju slika i komprimirane slike se nazivaju pristupnim jedinicama. Tok podataka koji čine pristupne jedinice naziva se osnovni tok podataka.

Osnovi tokovi podataka koji dolaze iz kodera za audiosignale, videosignale ili podatke vremenski su kontinuirani. Postupkom paketizacije oni se dijele u PES pakete koji mogu imati bilo koju duljinu do maksimalno 8 kB što znači da PES paketi mogu imati stalnu ili promjenljivu duljinu. Slika 3.9. prikazuje izgled PES paketa i dva moguća načina formiranja PES paketa.

8 B

PES paket (maks.8 kB)

podaci iz ES

zaglavlje

Slika 3.9. Izgled PES paketa

Svaki PES paket započinje sa zaglavljem. Zastavice, koje mogu biti postavljene u zaglavlju PES paketa, označavaju prisutnost slijedećih informacija o paketu:

• Vremenske oznake za dekodiranje/prikazivanje (PTS/DTS, Presentation Time Stamp/Decode Time Stamp) ;

• Referenca za taktne impulse osnovnog toka (ESCR, Elementary Stream Clock Reference) i brzina prijenosa osnovnog toka podataka (ES rate) služe za davanje vremenskih informacija dekoderu.

• Informacija o posebnim efektima (trick mode) ;

• Informacija o zaštiti autorskih prava može označiti da su podaci u PES pod zaštitom autorskih prava tako da se može onemogućiti kopiranje zaštićenih podataka.

• Informacija o zaštiti od pogreške znači da je moguće implementirati algoritam za zaštitu od pogreške a dodatni podaci potrebni za tu svrhu se prenose u ovom području.

• Informacija o PES proširenju sadrži područja koja služe za upravljanje međuspremnicima i za podršku MPEG-1 tokovima podataka.

Za prijenos televizijskog signala od posebnog su značaja vremenske oznake jer one omogućavaju sinkronizaciju audiosignala i videosignala.

3.1.4.1. Oblikovanje paketa programskog toka podataka

Programski tok podataka sadrži pakete koji dolaze iz jednog ili više osnovnih tokova podataka koji imaju jednaku vremensku bazu tj. pripadaju istom programu. Namijenjen je pohranjivanju videosignala npr. na digitalni višenamjenski disk (DVD, Digital Versatile Disc). Programski tok može sadržavati jedan tok podataka videosignala i jedan ili više tokova podataka audiosignala, Slika 3.10. Paketi programskog toka imaju promjenljivu duljinu što može izazvati poteškoće u procesu dekodiranja jer dekoder mora prepoznati početak i kraj paketa. Pri tome se dekoder koristi podacima o duljini paketa koji se nalaze u zaglavlju paketa programskog toka.

PES paket PES paket

PS zaglavlje

Video

Audio

Podaci

Video

Audio

PS zaglavlje

Video

Kraj PS paketa

PS paket 1 PS paket 2

Slika 3.10. Paketi programskog toka podataka

Zaglavlje paketa programskog toka sadrži kod za početak paketa, referenca za sistemske taktne impulse (SCR, System Clock Reference) i podatke za multipleksiranje. SCR omogućava sinkronizaciju audiosignala i videosignala u programskom toku. PS paketi su osjetljivi na pogreške u prijenosu i zbog toga je programski tok namijenjen za korištenje u tzv. okruženju bez pogrešaka (error free environment) gdje se jamči mala vjerojatnost pojavljivanja pogrešaka.

3.1.4.2. Oblikovanje paketa prijenosnog toka podataka

Za razliku od programskog toka, prijenosni tok je namijenjen prijenosu MPEG kodiranih podataka kroz mrežu, što znači da mora biti oblikovan na takav način da bude otporan na pogreške u prijenosu. Zbog toga se rabe paketi točno određene duljine koji se mogu brzo komutirati u širokopojasnim mrežama. Drugo svojstvo prijenosnog toka je to da prijenosni tok može sadržavati jedan ili više različitih programa. Prijenosni tok može nastati multipleksiranjem više programskih tokova podataka koji imaju različite vremenske baze ili multipleksiranjem PES paketa koji imaju iste ili različite vremenske baze što znači da dolaze iz jednog ili više programa.

Paketi prijenosnog toka imaju konstantnu duljinu od 188 bajta od čega 4 bajta otpada na zaglavlje, a preostala 184 se dijele na adaptacijsko područje i područje podataka, Slika 3.11.

paket prijenosnog toka (188 bajta)


zaglavljeTS paketa	Adaptacijsko područje	Podaci
4 bajta

Slika 3.11. Paket prijenosnog toka podataka MPEG-2 norma definira dvije vrste prijenosnih tokova podataka:

• prijenosni tok s jednim programom (SPTS, Single Program Transport Stream) koji se sastoji od paketiziranih osnovnih tokova koji imaju istu vremensku bazu;

• prijenosni tok s više programa (MPTS, Multiple Program Transport Stream) koji se sastoji od multipleksa više programa.

PMT 33

- -

- - - -

Program k

- -

- - - -

Program 3

Program 1

Program 0

Podaci za mrežu

PAT (PID 0) NIT

PMT 22

Tok podataka 1	V	54
Tok podataka 2	A	48
Tok podataka 3	A	49
- - - -	- -	- -
Tok podataka k	P	66
- - - -	- -	- -

Tok podataka 1	V	19
Tok podataka 2	A	81
Tok podataka 3	A	82
- - - -	- -	- -
Tok podataka k	P	88
- - - -	- -	- -

PAT

Prog 1 PMT

Prog 3 PMT

Prog 1

A 2

Prog 3

A 2

Prog 3

V 1

Prog 3

V 1

Prog 1

V 1

Prog 3

A 1

0 22

33 49

82 19 19

54 81

Slika 3.12. Primjer PID 0 i PMT tablica

Jedno od najvažnijih područja u zaglavlju TS paketa je PID. Ono se rabi za identifikaciju paketa prijenosnog toka koji nose PES pakete vezane uz isti program, ali i za određivanje vrste podataka koji se prenose u korisnom području podataka paketa prijenosnog toka. Neke od mogućih vrijednosti PID područja su unaprijed rezervirane i imaju posebno značenje. To su tzv. PID 0 i PID 1 koji se periodički uključuju u programski tok podata. PID 0 znači da se u korisnom dijelu paketa prijenosnog toka prenosi tablica povezivanja programa (PAT, Program Association Table) koja omogućava povezivanje ES koji pripadaju istom programu preko tzv. programske tablice (PMT, Program Map Table). PID 1 znači da se u korisnom dijelu paketa prijenosnog toka prenosi tablica šifriranih programa (CAT,

Conditional Access Table). Prvi podatak u PAT tablici je "Program 0" koji sadrži oznaku tablice s mrežnim informacijama (NIT, Network Information Table) čiji podaci imaju poseban značaj u radiodifuziji digitalnog TV signala. PMT sadrži oznake za osnovne tokove audiosignala, videosignala i podataka koji pripadaju istom programu. Xxxxx PMT tablica ima svoju vlastitu oznaku u PID tablici. Ako dekoder želi dekodirati točno određeni program mora prvo pronaći PID 0, a zatim PMT tog programa. Iz PMT tablice očita PID vrijednosti svih dijelova programa i izdvoji ih iz prijenosnog toka. Ukoliko je program šifriran dekoder mora pronaći i PID 1. Demultipleksiranje je nemoguće bez PAT tablice. MPEG određuje da je maksimalno vrijeme između pojavljaivanja PAT paketa i pripadajućih PMT paketa 0.5 sekundi. Slika 3.12. prikazuje primjer PID 0 i pripadajućih PMT tablica.

3.2. MPEG-2 audio kodiranja

MPEG normom definirani su načini formiranja toka audiopodataka koji mogu pratiti videoinformaciju. Proces MPEG kompresije audiosignala spada u skupinu postupaka s gubitkom informacije. No, zbog vještog korištenja psihoakustičkih efekata, može se postići subjektivna transparentnost gubitka kvalitete signala. To znači da prosječni slušatelj neće moći zamijetiti razliku između izvornog i komprimiranog signala prilikom reprodukcije. Ispitivanja pokazuju da čak i pri korištenju omjera kompresije od 6:1 (stereo-signal, 16-bitna kvantizacija, frekvencija uzorkovanja 48 kHz, rezultirajući tok nakon kompresije oko 256 kbit/s) slušatelji nisu bili u mogućnosti razabrati koji signal je bio izvorni, a koji komprimirani. Pri tom valja naglasiti kako je sadržaj ispitnog signala bio izabran upravo da bi do izražaja došle eventualne pogreške koje se mogu pojaviti u procesu kompresije. Visoke performanse s obzirom na kvalitetu reprodukcije treba zahvaliti iskorištavanju psihoakustičkog efekta maskiranja.

Tok audiopodataka može biti formiran potpuno neovisno od toka videopodataka, tj. MPEG norma pogodna je za samostalnu kompresiju audiopodataka. Cilj kompresije je smanjenje toka audiopodataka na vrijednosti ispod 300 kbit/s, uz očuvanje kvalitete reprodukcije. U usporedbi s nekomprimiranim videopodacima, količina audiopodataka je zanemariva (oko 200 puta manje podataka), no nakon provedene kompresije videopodataka, dva toka postaju sumjerljiva. Zbog toga je potrebno provesti kompresiju audiosignala. Dio MPEG-2 norme vezan uz kodiranje audiosignala striktan je samo u onom dijelu u kojem je potrebno osigurati uniformnost generiranog toka podataka. Njime je utvrđena sintaksa kodiranog toka podataka, definiran je proces dekodiranja i predložena su ispitivanja koja moraju proći MPEG kompatibilni uređaji. Time je osigurano da se, bez obzira na proizvođača opreme i način implementacije kompresije, tok podataka kodiran MPEG normom može uvijek dekodirati s predvidljivim rezultatima. Ovako definirana norma ostavlja proizvođačima široko polje za implementaciju boljih i bržih rutina u koderu, unutar standardom definiranih granica.

3.2.1. Postupci kodiranja

Slika 3.13. prikazuje blok shemu MPEG kodera audiosignala. U koder ulazi tok uzoraka audiosignala kodiran impulsno kodnom modulacijom (PCM, Pulse Code Modulation), koji je uzorkovan jednom od frekvencija uzorkovanja koje su podržane u normi (između 16 kHz i 48 kHz). Zatim se spektar uzorkovanog signala dijelu u 32 podpojasa uporabom banke filtara

koja sadrži 32 jednaka filtra raspoređena na jednakim frekvencijskim razmacima. Za svaki kanal, blok od N uzoraka pretvara se u N novih uzoraka raspodijeljenih po podpojasevima, s tim da se u svakom podpojasu može pojaviti najviše N/32 uzoraka. Broj N definiran je za razine I i II i iznosi:

• za razinu I, N=384,

• za razinu II, N=1152.

Nakon toga, slijedi proces kodiranja N uzoraka dodjeljivanjem bita i kodiranjem na temelju zahtijevane brzine toka, frekvencije uzorkovanja, te uz uporabu psihoakustičkog modela. Konačni rezultat čitavog procesa je formiranje okvira komprimiranih audiopodataka.

PCM kodirani audiopodaci

Kodirani tok

Psihoakustički model

Alokacija bita / šuma Kvantizacija i kodiranje

Banka filtara

Formiranje toka podataka

Korisnički podaci (opcija)

Slika 3.13. Blok dijagram MPEG kodera audiosignala

3.2.1.1. Banka filtara

Banka filtara ključna je komponenta za sve razine u MPEG kompresiji audiosignala. U njoj se ulazni audiosignal dijeli na 32 frekvencijska podpojasa jednake širine. Izvedba banke filtara predstavlja kompromisno rješenje između dva oprečna zahtjeva: jednostavnosti i učinkovitosti. Tri osnovna problema koja se javljaju zbog ovakve konstrukcije banke filtara su slijedeća: prvo, jednake širine podpojaseva ne odgovaraju u potpunosti karakteristici ljudskog sluha. Širina kritičnog pojasa, unutar kojeg uho provodi analizu tonskog signala, ovisna je o frekvenciji, a ovdje se na svim frekvencijama koristi ista širina pojasa. Na Slici

3.14. prikazana je razlika između kritičnih pojaseva i pojaseva koji se koriste u banci filtara.

Pojasevi MPEG banke filtara

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Kritični pojasevi

Slika 3.14. Razlika između podpojaseva banke filtara i kritičnih pojaseva

Zbog toga što na nižim frekvencijama jedan podpojas prekriva nekoliko kritičnih pojaseva, ne može se precizno dodijeliti broj kvantizacijskih bita pojedinom kritičnom pojasu,

nego je taj broj diktiran vrijednošću maskiranja u kritičnom pojasu na koji maskiranje ima najmanji učinak. Time se u nižim pojasevima gubi na mogućnosti kompresije, jer će svim kritičnim pojasevima koji su obuhvaćeni jednim podpojasom banke filtara biti alociran maksimalan proračunat broj bita.

Drugo, filtriranje i rekonstrukcija nisu postupci bez gubitaka, bez obzira na kvalitetu filtara. Čak i ako se na bi provodila kvantizacija, pri rekonstrukciji će doći do određenih gubitaka u signalu. Filtar treba biti tako projektiran da gubici zbog filtriranja budu dovoljno mali, kako se ne bi čuli u procesu reprodukcije.

Treće, susjedni podpojasevi djelomično se preklapaju. Zbog toga signal jedne frekvencije, koji bi inače utjecao samo na jedan podpojas, može imati utjecaja na susjedne podpojaseve.

Rezultat procesa filtriranja je razdvajanje spektra signala u 32 podpojasa, od kojih svaki može sadržavati 12 (za razinu I) ili 36 (za razinu II) uzoraka. Za razinu III proces filtriranja nešto je drukčiji, što će kasnije biti prikazano.

3.2.1.2. Psihoakustički model

Psihoakustički model analizira audiosignal i preračunava koliko je minimalno bita potrebno dodijeliti pojedinom podpojasu za kvantiziranje, a da se još uvijek dobije dozvoljeni odnos signal/šum, odnosno da se jamči kvaliteta reprodukcije. Preraspodjela bita po podpojasevima vezana je uz djelotvorno korištenje raspoložive količine bita (koja je ograničena definiranim omjerom kompresije), kako bi se postigli najbolji rezultati. Nova alokacija bita računa se zasebno za svaki podpojas. Cilj psihoakustičkog modela je proračunavanje utjecaja svih psihoakustičkih efekata na informaciju u pojedinom podpojasu. Na temelju proračuna određuje se odnos maskiranja prema signalu, koji nam daje podatak o tome kolika razina šuma se može tolerirati u pojedinom podpojasu.

Da bi se dobio odnos maskiranja prema signalu, na temelju kojeg se proračunava dozvoljena razina šuma za svaki podpojas, odnosno minimalan potreban broj kvantizacijskih bita, mora se prvo provesti pretvorba signala iz vremenske u frekvencijsku domenu. Taj proces obavlja se neovisno od procesa filtriranja i to na temelju postupka brze Fourierove transformacije (FFT, Fast Fourier Transform), koji omogućava prebacivanje u frekvencijsku domenu s boljom spektralnom rezolucijom. Na temelju dobivenih podataka, proračunava se maksimalna snaga signala u svakom podpojasu, te se utvrđuje koji dio signala pripada izvoru, a koji je posljedica šuma. Utvrđuje se prag čujnosti i prag maskiranja za svaki podpojas. Zatim se proračunava ukupni prag maskiranja na temelju zbrajanja pojedinih pragova maskiranja s pragom čujnosti. Sada je moguće za svaki podpojas proračunati razliku između signala i praga maskiranja, čime se određuje odnos signal/maskiranje. U Tablici 3.3. prikazan je primjer utjecaja psihoakustičkog modela na potreban broj bita. U pojasu broj 8 nalazi se najjači signal razine 60 dB. Nakon proračuna dobiveno je da ta razina daje prag maskiranja u susjednim podpojasevima i to: u podpojasu broj 7 prag iznosi 12 dB, a u podpojasu broj 9 prag iznosi 15 dB. Budući da je razina signala u sedmom podpojasu (2 dB) ispod razine maskiranja, informaciju tog pojasa ne treba kodirati. U devetom podpojasu je razina 35 dB, što je veće od praga maskiranja te se ta informacija treba kodirati. No, može se povećati pogreška kvantizacije odnosno smanjiti broj kvantizacijskih bita za dva, jer se time unosi šum od 12 dB (svaki bit manje u kvantizaciji unosi šum od približno 6 dB), što je ispod razine dozvoljenog šuma i neće utjecati na kvalitetu reproduciranog signala.

Tablica 3.3. Primjer psihoakustičkog modela

Podpojas	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
Razina [dB]	0	8	12	10	6	2	10	60	35	20	15	2	3	5	3	1

3.2.1.3. Proces alokacije bita

Proces alokacije bita usko je vezan uz psihoakustički model. Njime se utvrđuje potreban broj bita za kodiranje svakog od 32 podpojasa, na temelju informacije dobivene iz psihoakustičkog modela. Na temelju dobivenog odnosa signal/maskiranje, određuje se kolika je razina kvantizacijskog šuma dopuštena u pojedinom podpojasu, te se zatim, na temelju toga, svakom podpojasu dodjeljuju raspoloživi bitovi za kvantizaciju.

Za razine I i II proces započinje proračunavanjem odnosa signala maskiranja prema šumu, na temelju slijedeće relacije:

M/N = S/N - S/M [dB]

gdje je, M/N odnos signala maskiranja prema šumu, S/N odnos signal/šum, a S/M odnos signala prema signalu maskiranja, koji se dobiva na temelju psihoakustičkog modela.

MPEG normom definirane su tablice u kojima je naznačen utjecaj broja kvantizacijskih razina na odnos signal/šum koji se dobiva pri reprodukciji. Nakon što se odredi odnos signala maskiranja prema šumu za sve podpojaseve, počinje proces dodjeljivanja bitova. Bitovi se prvo dodjeljuju podpojasevima s najmanjim omjerom signala maskiranja prema šumu. Ako se nakon dodjeljivanja utvrdi da ima još raspoloživih bitova za dodjeljivanje, provodi se preraspodjela preostalih bitova po finijem modelu. Čitav proces ponavlja se dok se ne dodijele svi bitovi.

Koder razine III ne provodi dodjeljivanje bitova, nego dodjeljivanje šuma. Iterativnim procesom mijenja se podjela kvantizacijskih razina, prebrojava se broj potrebnih bitova za kodiranje (gdje je uključeno smanjenje broja bitova entropijskim kodiranjem) te se izračunava šum koji će nastati u reprodukciji. Ako nakon kvantizacije postoje pojasevi faktora skaliranja s većom distorzijom od dozvoljene, koder povećava vrijednost faktora skaliranja u pojedinim podpojasevima i time smanjuje kvantizacijske razine. Proces se nakon toga ponavlja sve dok jedan od tri slijedeća zahtjeva nije ispunjen:

1. Niti jedan od pojaseva faktora skaliranja nema nedozvoljenu distorziju;

2. Slijedeća iteracija izazvala bi povećanje faktora skaliranja preko dozvoljene vrijednosti;

3. Slijedeća iteracija izazvala bi povećanje svih faktora skaliranja.

3.2.1.4. Kodiranje stereo-signala s uklanjanjem redundancije

MPEG norma podržava dva postupka uklanjanja redundancije u stereo-signalu: kodiranje intenzitetnog stereo-signal i kodiranje MS (Middle/Side) stereo-signala. Intenzitetno kodiranje podržano je u svim razinama, a u razini III može se provoditi i kodiranje MS signala. Oba se postupka koriste karakteristikom sluha da se iznad frekvencije 2 kHz, unutar pojedinog kritičnog pojasa, percepcija stereo-efekta temelji pretežno na detekciji fazne razlike ovojnice signala u vremenskoj domeni, a manje na detekciji fazne razlike signala u lijevom i desnom uhu.

U modu rada s intenzitetnim stereo-signalom, zbrajaju se visokofrekventni podpojasevi lijevog i desnog kanala i šalje se samo zbroj, umjesto da se šalju dva kanala odvojeno. Pri tome, da bi se osigurala dovoljna kvaliteta reprodukcije, faktori skaliranja pojedinih podpojaseva ostavljaju se istima i šalju se odvojeno za lijevi i desni kanal. Dekoder iz zbroja rekonstruira lijevi i desni kanal na temelju informacije sadržane u zbroju i na temelju sačuvanih faktora skaliranja za svaki kanal. Rekonstruirani signal ima istu spektralnu strukturu lijevog i desnog kanala u svakom od pojaseva, s tim da su promijenjene amplitude uzoraka. Ovim postupkom postiže se redukcija podataka za 10 do 30 kbit/s.

MS stereo-postupkom kodiranja određeni podpojasevi kodiraju se nakon zbrajanja lijevog i desnog kanala (L+D), a ostali podpojasevi se kodiraju nakon oduzimanja lijevog i desnog kanala (L-D). Nakon kodiranja, jedan kanal prenosi zbroj, a drugi razliku informacija. U ovom modu rada, koder koristi posebne vrijednosti praga maskiranja kako bi se postigla dodatna kompresija tako dobivenih podataka.

3.2.2. Dekodiranje MPEG-2 toka podataka audiosignala

Slika 3.15. prikazuje blok dijagram procesa dekodiranja MPEG-2 toka podataka audiosignala. Prvo se okvir razdvaja na dio koji se odnosi na uzorke zvuka i dio korisničkih podatka. Korisnički podaci zasebno se obrađuju i njihov format i postupak dekodiranja nije utvrđen normom. Uzroci audiosignala rekonstruiraju se po podpojasevima množenjem s faktorom skaliranja te se dobiva izvorna amplituda svakog uzorka. Nakon rekonstrukcije slijedi prebacivanje iz frekvencijske u vremensku domenu. Proces dekodiranja daje PCM kodirane podatke nad kojima se zatim provodi inverzno kodiranje, inverzno kvantiziranje, filtriranje i reprodukcija.

MPEG-2

kodirani tok podataka

Dekodirani PCM

Prebacivanje iz frekvencijske u vremensku domenu

audiosignali

Raspakiravanje toka podataka

Rekonstrukcija uzoraka po podpojasevima

Korisnički podaci (opcija)

Slika 3.15. Blok dijagram MPEG dekodera audiosignala

3.2.3. Razine kompresije

MPEG normom definirana su tri stupnja kompresije: razina I, II i III. Omjer kompresije, zahtjevi na brzinu procesiranja i kvaliteta reprodukcije povećavaju se proporcionalno s brojem razine. Suprotno tome, broj bita u sekundi smanjuje se s povećanjem razine. To znači da razina III, koja ima najbolju kvalitetu reprodukcije, zahtjeva najmanji pojas prilikom prijenosa. U Tablici 3.4. navedeni su osnovni parametri svih triju razina. Iz tablice se može očitati da pri prijenosu brzinom 64 kbit/s razina III ima subjektivnu kvalitetu reprodukcije za prosječnoj jednu ocjenu bolju od razine II.

Tablica 3.4. Neki od karakterističnih parametara za pojedine razine

Razina	Omjer kompresije	Poželjna brzina prijenosa (kbit/s)	Dozvoljena brzina prijenosa (kbit/s)	Praktično kašnjenje (ms)	Teorijsko kašnjenje (ms)
I	4:1	192	32-448	< 50	19
II	6:1	128	32-384	100	35
III	12:1	64	32-320	150	58

Sve tri razine kompatibilne su u smislu da dekoder namijenjen za razinu M može dekodirati sve razine ispod M. To znači da dekoder za razinu II može dekodirati podatke razine I, ali ne može dekodirati podatke razine III. Dekoder razine III može dekodirati sve razine. Razlog postojanja tri razine je u omjeru kvalitete i cijene. Ako se zahtjeva vrhunska reprodukciju na malim brzinama prijenosa, bez obzira na cijenu, koristit će se razina III. S druge strane, ako kvaliteta nije presudna, a cijena uređaja treba biti niska, koristit će se niže razine.

3.2.3.1. Razina I

Razina I najjednostavnija je od svih razina, te se njome postiže najmanji omjer kompresije. Uklanjanje redundancije provodi se samo na temelju frekvencijskog maskiranja. Uzorci audiosignala kodiraju se u skupinama s 384 uzorka. Budući da se da cijeli frekvencijski opseg dijeli na 32 podpojasa, to znači da će se u svakom podpojasu nalaziti 12 uzoraka. Svaka skupina s 12 uzoraka dobiva određeni broj bita za kvantizaciju. Ako je taj broj veći od nula, dodjeljuje se faktor skaliranja. Bitovi se dodjeljuju na temelju psihoakustičkog modela sadržanog u koderu, kojim se određuje utjecaj frekvencijskog maskiranja na svaki od 32 frekvencijska podpojasa. Svakom podpojasu može biti dodijeljeno između 0 i 15 bita za kvantizaciju. Faktor skaliranja, koji se zatim dodjeljuje, predstavlja broj kojim se dijeli razina svakog signala, kako bi se uštedilo na broju potrebnih bitova za prijenos. Veličina faktora skaliranja također se određuje na temelju psihoakustičkog modela i predstavljena je 6 bitnim brojem. Kombinacijom dodjeljivanja bita i uporabe faktora skaliranja može se postići dinamika veća od 120 dB.

3.2.3.2. Razina II

Razina II temeljena je na razini I i predstavlja njeno djelomično proširenje. Audiopodaci kodiraju se u većim skupinama i dodaju se određene restrikcije na moguće vrijednosti dodijeljenih bita za srednje i više pojaseve. Ovakvim postupkom djelomično se štedi na raspoloživom broju bita koji se zatim koriste za poboljšanje kvalitete kvantizacije u ostalim podpojasevima. U razini II se osim frekvencijskog maskiranja koriste i efekti vremenskog maskiranja.

Koder koji kodira tok podataka razine II formira okvire od 1152 uzoraka po jednom kanalu. Uzorci se unutar podpojaseva kodiraju u skupinama s 12 uzoraka. Svaki skup s 3 skupine dobiva istu alokaciju bita, ali se mogu dodijeliti tri različita faktora skaliranja. To će se koristiti u slučajevima kada je potrebno izbjeći čujne distorzije. U ostalim slučajevima cijeli skup od 3 skupine imat će isti faktor skaliranja ili eventualno dva faktora skaliranja.

Jedinstveni faktor skaliranja koristit će se ako su izračunate vrijednosti faktora skaliranja za sve tri skupine jednake ili bliske po vrijednostima. Dva faktora skaliranja za tri skupine koristit će se u slučaju kada koder proračuna, prema psihoakustičkom modelu, mogućnost pojave distorzije zbog korištenja jednog faktora skaliranja. Dodatno poboljšanje dobiva se i uporabom jedne kodne kombinacije za opisivanje tri uzastopne alokacije bita, ako one iznose 3, 5 i 9 bita redom.

3.2.3.3. Razina III

Razina III predstavlja puno sofisticiraniji pristup kodiranju audiopodataka od razina I i II, te koristi sasvim druge postupke od prethodni razina. Koristi se bolji postupak filtriranja, psihoakustički model u potpunosti uključuje i vremensko maskiranje, uklanja se stereo- redundancija i koristi se entropijsko (Huffmanovo) kodiranje. Iako se temelji na istom filtru, u razini III uzorci koji izađu iz procesa filtriranja dodatno se podvrgavaju procesu modificirane diskretne kosinusne transformacije (MDCT, Modified Discrete Cosine Transform). Procesom MDCT, podpojasevi se dodatno dijele, kako bi se postigla bolja spektralna rezolucija, čime se djelomično mogu izbjeći aliasing izobličenja nastala korištenjem banke filtara.

Kontrola kratkog ili dugog bloka (iz psihoakustičkog modela)

Redukcija aliasing izobličenja (samo za duge blokove)

MDCT

prozor

MDCT

prozor

MDCT

prozor

Banka filtara razine I ili razine II

podpojas 1

podpojas 2

podpojas 3

Definirane su dvije duljine MDCT bloka: dugi blok koji se sastoji od 18 uzoraka i kratki blok od 6 uzoraka. Dulji blok osigurava bolju frekvencijsku rezoluciju za procesiranje stacionarnih signala, dok se kraći blokovi rabe u procesiranju tranzijenata, jer osiguravaju bolju vremensku razlučivost. Prebacivanje između duljeg i kraćeg bloka nije trenutan proces. Postoji poseban dugački blok koji nosi informaciju o tome da treba provesti prebacivanje dugog u kratki ili kratkog u dugi blok. Određivanje s kojim blokovima će se raditi, provodi se na temelju psihoakustičkog modela koji se primjenjuje. Slika 3.16. prikazuje banku filtara koja se koristi u razini III. Kao što se vidi, čitav proces filtriranja temelji se na istoj banci filtara koja se koristi i u nižim razinama, ali se ovdje provodi dodatna obrada uzoraka postupkom MDCT.

PCM

audiosignal

Izbor vrste paketa: dugi, prebacivanje dugog u kratki, prebacivanje kratkog u dugi

Slika 3.16. Blok shema banke filtara za razinu III

Osim postupka MDCT, koriste se i slijedeća poboljšanja u odnosu na razine I i II:

• redukcija aliasing izobličenja - u razini III specificiran je postupak procesiranja MDCT koeficijenata kojim se dodatno uklanjaju pojave nastale zbog preklapanja pojaseva u banci filtara;

• nelinearna kvantizacija - prije kvantiziranja, ulazni podaci dižu se na potenciju 3/4 kako bi se postigla što uniformnija raspodjela šuma po kvantiziranim vrijednostima, a prema psihoakustičkom modelu. U dekoderu se podaci lineariziraju prema nazad, dizanjem na potenciju 4/3;

• pojasevi faktora skaliranja - za razliku od nižih razina, u razini III koriste se pojasevi faktora skaliranja koji imaju približno širinu kritičnih pojaseva. Vrijednosti faktora skaliranja određuju se u procesu određivanja dopuštenog šuma;

• entropijsko kodiranje - rabi se Huffmanov kod za kodiranje kvantiziranih uzoraka, kako bi se postigla bolja kompresija. Nakon kvantiziranja MDCT koeficijenti preraspodjeljuju se (slično cik-cak analiziranju kod kompresije slike), kako bi se postiglo grupiranje vrijednosti jednakih nuli, čime se može dodatno uštediti na potrebnom broju bita;

• uporaba međuspremnika - za svaki okvir koji se formira na izlazu iz procesa dekodiranja određena je prosječna količina bita. U razinama I i II svaki okvir sadrži fiksni broj uzoraka bez obzira da li pojedini okviri mogu biti kodirani s manje ili više bita. No, kako u nekim slučajevima okvir treba manje bita za prikaz informacije koja se u njemu nalazi, zbog veće mogućnosti kompresije tog okvira, višak bita pohranjuje se u međuspremnik. Ako neki budući okvir treba više bita za kodiranje od dodijeljene prosječne vrijednosti, kako bi se postigla bolja kvaliteta reprodukcije, on će preuzeti raspoložive bite iz međuspremnika. Time se postiže ujednačenost brzine generiranja bita i mogućnost kontrole kvalitete kodiranja. Biti se ne mogu posuđivati iz slijedećih okvira.

Format okvira za razinu I

Zaglavlje

CRC

Alokacija bita

Faktori skaliranja

Uzorci audiosignala

Korisnički podaci

Broj bita

32 0-16 128-256 0-384 Promjenjivo

Format okvira za razinu II

Zaglavlje

CRC

Alokacija bita

SCFSI

Faktori skaliranja

Uzorci audiosignala

Korisnički podaci

Broj bita

32 0 ili 00 000-000

0-60

0-1080 Promjenjivo

Zaglavlje

CRC

Dodatni podaci

Glavni podaci

Format okvira za razinu III

Broj bita

32 0 ili 16 136 ili 256

0-60

Slika 3.17. Formati okvira za razine I, II i III

3.2.4. Formiranje toka podataka

Podaci dobiveni nakon procesiranja u banci filtara i kvantiziranja grupiraju se u okvire. Slika 3.17. prikazuje glavna polja sadržana u okvirima za razine I, II i III. Različitost okvira za tri razine razumljiva je iz razloga što sve tri razine imaju svoje specifičnosti.

Glavni dijelovi svakog okvira su zaglavlje, polje za cikličku zaštitu (CRC, Cyclic Redundancy Check), polje s audiopodacima i polje za korisničke podatke. U daljnjem tekstu bit će detaljnije razrađena struktura okvira koji se formira iz podataka kodiranih razinom I.

3.2.5. Dodatne mogućnosti sadržane u MPEG-2 normi

Kodiranje audiosignala prema MPEG-2 normi temelji se uglavnom na kodiranju audiosignala prema MPEG-1 normi, no donosi i neke promjene. Navedene su značajnije mogućnosti koje postoje u MPEG-2 normi, a nisu sadržane u MPEG-1 normi:

1. U MPEG-2 normi moguće je koristiti polovične vrijednosti frekvencija uzorkovanja od onih koje se rabe u MPEG-1 normi. To je od posebnog interesa za primjene koje ne zahtijevaju prijenos čitavog pojasa frekvencija između 20 Hz i 20 kHz, kao što su npr. multimedijske primjene. Najveća uporaba polovičnih frekvencija uzorkovanja bila bi za prijenos govorne informacije, kao što je npr. prijenos komentara sportskih događaja. Moguće je koristiti slijedeće frekvencije uzorkovanja: 16 kHz, 22,05 kHz i 24 kHz. Uporabom tih frekvencija uzorkovanja može se smanjiti brzina bita na 8 kbit/s.

2. Mogućnost prenošenja većeg broja kanala. Za prijenos prostornog osjećaja zvuka (surround), u MPEG-2 normi predviđena je mogućnost uporabe 5+1 kanala zvuka povezanih uz istu sliku. Ti kanali su: lijevi i desni prednji kanal, središnji kanal, te lijevi i desni stražnji kanal + poseban kanal za prenošenje frekvencija između 15 Hz i 120 Hz. Cijeli sustav poznat je pod imenom 5.1 zato jer se prenosi pet Hi-Fi kanala i jedan dodatni za reprodukciju vrlo niskih frekvencija. Iz navedenih kanala u koderu je moguće sastaviti čitav niz različitih kombinacija kanala. Tablica 3.5. navodi sve moguće kombinacije kanala koje se mogu ostvariti u koderu. Uz sve navedene kombinacije može se kao opcija koristiti i dodatni niskofrekvencijski kanal. U dekoderu se dobivena informacija može također dekodirati i prikazati na nekoliko različitih načina. Tablica 3.6. sadrži popis svih mogućih kombinacija kanala koje se mogu ostvariti u dekoderu.

3. Mogućnost korištenja tonske informacije na više jezika za isti program. U MPEG-2 normi postoji mogućnost korištenja do 7 različitih kanala za prijenos zvuka na više jezika.

4. Mogućnost korištenja manje brzine prijenosa. U MPEG-2 normi mogu se koristiti brzine prijenosa smanjene i do 8 kbit/s.

Tablica 3.5. Moguće kombinacije audiokanala u koderu; * kanali: L-lijevi, D-desni, C-središnji, LS-lijevi stražnji, DS-desni stražnji

Broj kombinacije	Broj kanala	Konfiguracij a	Kanali
1	5	3/2	L, D, C, LS, DS*
2	5	3/0 + 2/0	L, D, C programa broj 1 L2, D2 programa broj 2
3	4	3/1	L, D, C, S (jedan stražnji kanal)
4	4	2/2	L, D, LS, DS (bez središnjeg kanala)
5	4	2/0 + 2/0	L, D, L2, D2 (lijevi i desni kanali dva različita programa)
6	3	3/0	L, D, C (bez prostornog zvuka)
7	3	2/1	L, D, S (jedan stražnji kanal)
8	2	2/0	L, D
9	1	1/0	mono

Tablica 3.6. Kombinacije kanala koje dekoder može reproducirati

Broj kombinacij e	Broj kanala	Konfiguracija	Prednji kanali	Stražnji kanali
1	5	3/2	L, D, C	LS, DS
2	4	3/1	L, D, C	S (jedan kanal)
3	4	2/2	L, D	LS, DS
4	3	2/1	L, D	S
5	3	3/0	L, D, C	---
6	2	2/0	L, D	---
7	1	1/0	mono	---

4.

Modulacijski postupak OFDM

Od samog početka radiodifuzije moralo se strogo voditi računa kod planiranja raspodjele frekvencija i odašiljačkih snaga, kako bi se izbjegle interferencije uzrokovane višestrukim pokrivanjem nekog područja odašiljačima iste ili bliske frekvencije. No, to nije jedini izvor interferencije. Različite prepreke, kako npr. reljef područja, gradska urbana područja i sl., sprječavaju direktno rasprostiranje radiodifuznog signala te stvaraju višestruke refleksije koje na prijemu degradiraju kvalitetu osnovnog signala. Na ulaznoj strani prijema imamo slučaj kada se uz direktni signal javlja kao zbroj reflektirani signal. U pojedinim dijelovima amplitudno-frekvencijske karakteristike, signal je uslijed fedinga potpuno prigušen, dok je u drugim primljeno više energije nego što je odaslano.

Zbog toga, uzimajući u obzir karakteristiku kanala na nekom mjestu prijema, ideja je bila da se kod digitalnog prijenosa signala, informacija podijeli na veliki broj nosilaca raspodijeljenih po frekvencijskom spektru kanala (frequency division multiplex), pri čemu se minimalni razmak između nosilaca tako izabere da oni međusobno ne utječu jedan na drugoga (ortogonalnost). Da bi postojala mogućnost u prijemniku regerencije pogrešno primljenih podataka, prije odašiljanja se izvrši zaštitno kodiranje.

Na osnovu tog koncepta nastala je kodirana modulacija ortogonalnog multipleksiranja signala s frekvencijskom podjelom kanala (COFDM, Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing).

4.1. QAM - kvadraturna diskretna modulacija amplitude (digitalna QAM)

To je modulacijski postupak kod kojeg dva međusobno neovisna diskretna signala I(t) i Q(t) moduliraju amplitude dviju kvadraturnih komponenata prijenosnog signala

uQAM (t) = I (t) cosωpt − Q(t) sin ωpt

gdje su I(t) i Q(t) predočeni s "N" razina, a QAM signal ima N2 elementarnih signala ili simbola.

Slika 4.1. Prikaz dobivanja 4-QAM signala

I(t) i Q(t) su binarni signali sa po dvije razine. Na taj način dobije se 4-QAM signal koji je istovjetan QPSK-signalu, Slika 4.1.

U slučaju 16-QAM signala s 4 diskretne razine, dvije pozitivne i dvije negativne, a što je istovjetno kvaternarnom PSK signalu, dan je prikaz na Slici 4.2.

Slika 4.2. Prikaz 16-QAM signala s 4 diskretne razine QPSK-signal definiran je izrazom:

uQPSK (t) = I (t) cosωpt − Q(t) sin ωpt

gdje vrh verzora moduliranog signala se nalazi u jednom od 16 mogućih položaja, Slika 4.3.

Slika 4.3. Prikaz 16 mogućih položaja moduliranog signala

Svakom stanju moduliranog signala pridružuju se po 4 binarna znaka uz korištenje Grayevog koda (smanjenje vjerojatnosti pogreške) i u toku modulacije mijenja se amplituda i faza moduliranog signala. Spektralna korisnost 16-QAM signala je 4 bit/s/Hz, a praktično se ostvaruje 3,7 bit/s/Hz.

Ako želimo prikazati 64-QAM signal, onda su na Slici 4.4. prikazani položaju vrha verzora, gdje 6 binarnih znakova je pridruženo svakom simbolu QAM signala. U tom modulacijskom postupku sa 64 različita elementarna stanja, spektralna korisnost je 6 bit/s/Hz.

Slika 4.4. 64-QAM signal

4.2. Postupak dobivanja QAM signala

Postupak dobivanja QAM signala osniva se na izrazu:

uQPSK (t) = I (t) cosωpt − Q(t) sin ωpt

Iz Slike 4.5. proizlazi da serijski slijed znakova digitalnog modulacijskog signala provodi log2M paralelnih sekvenci i na taj način se određuju koordinate stanja verzora moduliranog signala u ravnini I-Q. Dobivene koordinate pretvaraju se u analogne signale I(t) i

Q(t), koji moduliraju kvadraturne komponente prijenosnog signala. Širina kanala je određena primijenjenom QAM modulacijom:

• 16-QAM , 68 Mbit/s, širina kanala 20 MHz,

• 16 i 64 QAM, 140 Mbit/s, širina kanala 30 odnosno 40 MHz,

• 256-QAM, 140 Mbit/s, širina kanala 20 MHz.

Slika 4.5. Prikaz dobivanja QAM signala

4.3. Modulacija ortogonalnog multipleksiranja signala s frekvencijskom podjelom kanala (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

OFDM poznat i korišten za zemaljsko radiodifuzno odašiljanje audio signala, za zemaljsku digitalnu televiziju i radiodifuzno odašiljanje (1996. i 1997. godine). Koncepcija OFDM je paralelno odašiljanje podataka uz multipleksiranje signala s frekvencijskom podjelom kanala (FDM, Frequency Division Multiplex).

Rezultat je smanjenje intermodulacijskog šuma, smanjenje izobličenja uslijed višestrukog rasprostiranja. Osnovni princip OFDM modulacijskog postupka je modulacija amplitude i faze znatnog broja uskopojasnih prijenosnih signala (nosioca), koji su relativno blizu jedan drugom. Svaki prijenosni signal je ortogonalan na druge prijenosne signale. Zbroj moduliranih prijenosnih signala tvori jedan signal u vremenskoj domeni. Kompleksni simboli ai su pomnoženi s kompleksnim prijenosnim signalima

e j 2πfikTA

i daju:

∑

N −1

c(kTA ) = ai ⋅ e j2πfikTA

i=0

gdje je TA period uzoraka kompleksnih prijenosnih signala.

Slika 4.6. Blok shema prikaza OFDM modulacijskog postupka

Informacijski bitovi su određeni s izrazom K = N · n, gdje je N ukupan broj prijenosnih signala. Informacijski bitovi K procesiraju se serijsko/paralelno i pretvaraju se u red za dobivanje blokova podataka.

Svaka grupa blokova podataka formirana je u jedan jedini kompleksni QAM-simbol ai. Kompleksni QAM-simboli moduliraju svaki prijenosni signal (koji je određen iz ulaznih podataka). Tok podataka podijeljen je u vremenske sektore (multipleksni simboli) u trajanju TS. Ortogonalnost za N prijenosnih signala je postignuta kada je

fi = i

Tada se zbroj signala može pisati u obliku:

N −1

j 2π i kTA

T = TS ,

A N

c(kTA ) = ∑ai ⋅ e

i=0

c(kTA

∑

N −1

) = ai i=0

j 2π ik

⋅ e N

Dobiveni izraz je inverzna Fourierova transformacija, osim faktora 1/N.

Nadalje, iz slike dolazi postupak D/A pretvorbe i vremenski kontinuiran kompleksni signal c(t) je uspostavljen.

Slika 4.7. OFDM signal u vremenskoj domeni

OFDM prikazan je s više prijenosnih signala (nosioca). Za vrijeme trajanja perioda simbola TS dobije se izraz u vremenskoj domeni

⎛ t ⎞

N −1

j 2πf t

s(t) = rect⎜ T

⎟ ⋅∑e i

fi =

⎝ S ⎠

fC + i

i =0

fC → najniža frekvencija

Koristeći Fourierovu transformaciju dobije se u frekvencijskoj domeni

N −1

S ( f ) = TS ∑ si[π ⋅TS ⋅ ( f − fi )@

i=0

Prikaz OFDM signala u frekvencijskoj domeni dan je na Slici 4.8.

Slika 4.8. OFDM u frekvencijskoj domeni

Prva aproksimacija rezultirajućeg spektra ima pravokutan oblik što osigurava

• efikasno iskorištenje raspoloživog frekvencijskog pojasa,

• malo preslušavanje prijenosnih signala,

• otpornost na linearna izobličenja.

U svrhu zaštite OFDM signala od izobličenja uslijed refleksije, uvodi se zaštitni interval između dva simbola koji slijede jedan iza drugog (guard), kako je prikazano na Slici 4.9.

Slika 4.9. Princip uvođenja zaštitnog (guard) intervala

∆T se odabere da se izobličenja prouzročena refleksijom i međusimbolnom interferencijom odstrane prije nego je signal analiziran i demoduliran u intervalu TS.

Slika 4.10. Prikaz OFDM signala u vremensko-frekvencijskoj domeni

OFDM modulacijski postupak se može jednostavnije definirati kao oblik modulacije s više prijenosnih signala (nosioca) kod koje je razmak između prijenosnih signala pažljivo odabran, tako da je svaki podnosilac ortogonalan na drugi podnosilac.

U postupku provedbe OFDM modulacije ulazni serijski podaci se prvo pretvaraju u paralelne i grupiraju zajedno pridružujući svakom x bitova i tako tvore kompleksni broj. Broj x određuje vrstu signala, da li se radi o 16 razina ili 32 razine kvadraturne amplitudne modulacije (16-QAM ili 32-QAM). Kompleksni brojevi su modulirani u osnovnom opsegu pomoću inverzne Fourierove transformacije (IFFT) i preoblikovani natrag u tok serijskih

podataka u svrhu prijenosa. Zaštitni interval je uveden između simbola kako bi se izbjegla međusimbolna interferencija prouzročena izobličenjem uslijed višestruke propagacije. Diskretni simboli se pretvaraju u analogne, prolaze kroz niskopropusni filtar i nakon toga u područje radiofrekvencijskog odašiljanja. Na strani prijema dešava se inverzni postupak.

4.4. Kodirana ortogonalna modulacija multipleksa s frekvencijskom podjelom kanala

(COFDM, Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex)

COFDM se definira parametrima:

• izbor broja individualnih prijenosnih signala po simbolu (korisno vrijeme trajanja simbola),

• izbor zaštitnog vremenskog intervala ∆T (guard),

• izbor modulacijskog postupka za individualne prijenosne signale,

• kodiranje kanala,

• izbor postupka sinkronizacije.

Izbor parametara za COFDM modulaciju ovisi o koncepciji rješenja pojedinih proizvođača i koncepciji pojedinih dijelova svijeta (Kanada, Evropa, Japan), a što se vidi u rješenjima sustava digitalne radiodifuzije (audio+video, DAB, DVB-T). Korisno vrijeme trajanja simbola rezultira u povećanju broja prijenosnih signala i veličini izraza za FFT. Raspored prijenosnih signala i stabilnost faze utječu na međusobnu blizinu dva nosioca. Nakon odabira frekvencijskog pojasa i vremena trajanja simbola određuje se broj podnosioca.

Slika 4.11. Prikaz 32-QAM COFDM i 64-QAM COFDM

Broj prijenosnih signala odgovara broju kompleksnih točaka koji su procesirani u FFT:

N −1

Ym = ∑(an cos 2πfntm + bn sin 2πfntm )

n=0

m = 0,1,. N −1

Postupak kodiranja u prijenosnom kanalu (channel-coding) koristi Trellis modulaciju (TCM, Trellis-Coded Modulation) kombiniranu s frekvencijskim i vremenskim ispreplitanjem (interleaving). Donosi poboljšanje odnosa signal/šum. U postupku TCM dekodiranja koristi se Viterbi algoritam dekodiranja.

Pri usporedbi 32-QAM COFDM i 64-QAM COFDM modulacijskih postupaka vidi se da oba sustava imaju iste parametre osim shemu modulacije i omjer trellisovog kodiranja, Slika 4.11.

U zemaljskom prijenosu smetnje su:

• u frekvencijskoj domeni: fading, Dopplerov efekt (mobilni prijem),

• u vremenskoj domeni: prirodni odjeci (višestruka propagacija) i umjetni odjeci (iz odašiljača više frekvencijske komponente).

Nakon odašiljanja nekoliko podnosioca, unutar svakog OFDM simbola, mogu biti s greškama i prouzročiti gubitak osnovnih podataka.

COFDM daje prijemnicima slijedeće mogućnosti:

• u frekvencijskoj domeni: da obnove izgubljene bitove podataka zbog fadinga, zahvaljujući zaštitnom kodiranju i frekvencijskom ispreplitanju,

• u vremenskoj domeni: da su dorasli dupliciranim signalima uslijed odjeka, zahvaljujući postojanju zaštitnog intervala.

Svaki "frekvencijski podopseg" sadrži jedan podnosilac. Za vrijeme svakog "vremenskog segmenta" taj podnosilac je moduliran s nekoliko bitova podataka (broj bitova ovisi o primijenjenoj modulaciji podnosioca). Niz "podnosioca" za vrijeme "vremenskog segmenta" određuje jedan OFDM simbol. Unutar OFDM simbola podnosioci su poredani kako bi mogli biti ortogonalni. To sprečava interferencije prijenosnih signala: ∆F=1/TS (tj. razmak između prijenosnih signala inverzan je trajanju simbola).

Za rješavanje ovih izobličenja, COFDM sadrži nekoliko značajki:

• servisni bitovi podataka su korelirani korištenjem konvolucijskih kodova (na račun korisne brzine prijenosa),

• u frekvencijskoj domeni: kontinuirani bitovi podataka se rašire na udaljene podnosioce (ispreplitanje frekvencija tvori raznolikost frekvencija),

• u vremenskoj domeni: zaštitni intervali su ubačeni između OFDM simbola (na račun kapaciteta kanala).

Uz COFDM, podijeljenost prijenosnog kanala ostvarena je i u vremenskoj i u frekvencijskoj domeni:

• frekvencijska domena je podijeljena na niz iskih "frekvencijskih podpojaseva",

• vremenska domena je podijeljena na niz malih vremenskih segmenata.

Umetanjem zaštitnog intervala između svakog OFDM simbola kako je prikazano na Slici 4.9. sprečava se u prijemniku pojava interferencije između susjednih simbola, koja bi nastala kao rezultat kašnjenja signala uslijed višestrukog rasprostiranja, refleksije, prijema istog signala u SFN pogonu od dva ili više odašiljača koji su različito udaljeni od mjesta prijemnika. Za vrijeme trajanja zaštitnog intervala prijemnici ne demoduliraju primljeni signal. Trajanje zaštitnog intervala definirano je s vrijednostima 1/4, 1/8, 1/16 i 1/32 vremena trajanja korisnog signala.

COFDM simbol N-1

COFDM simbol N

COFDM simbol N+1

ZAŠTITNI INTERVAL

KORISNI DIO

T = korisni dio simbola

TG = zaštitni interval

TU = ukupno trajanje simbola

N+1

N-1

signal

SIMBOLA

Slika 4.12. Prikaz COFDM signala u vremenskoj domeni

U Tablici 4.1. prikazani su najvažniji prijenosni parametri COFDM-signala. U Tablici

4.2 navedene su netto-bitrate za različite vrste modulacije, code rate i trajanja zaštitnog intervala. Pokazuje se u ovisnosti o izabranim parametrima da su moguće bit rate za korisni signal između 4,98 Mbit/s - 31,67 Mbit/s. Izbor leži razumljivo od željenog zaštitnog intervala i planiranog razmaka između odašiljača. Vrijednosti za još dozvoljeni odnos razine signala podnosilaca prema razini šuma C/N (Carrier/Noise) ovise o tome pod kojim uvjetima je izvršen prijenos. Za teoretska razmatranja utvrđeni su različiti "modeli kanala" rasprostiranja i prijema signala, koji nose naziv zaslužnih osoba na tom području rada.

Tablica 4.1. Parametri DVB-T signala za kanal širine 8-MHz.

	Mod				Mod
Parametar	2k				8k
Trajanje simbola TS - korisni dio (μs)	224				896
Razmak između podnosilaca (kHz)	4,4643				1,116
N (podnosilaca) teoretski	2048				8192
N_r (podnosilaca) realno	1705				6817
Širina pojasa (MHz)	7,609				7,612
Ukupno trajanje simbola TU= TS + TG, (μs)	280	252	238	231	1120	1008	952	924
Zaštitni interval TG (μs)	56	28	14	7	224	112	56	28
TG / TS	1/4	1/8	1/16	1/32	1/4	1/8	1/16	1/32
Max. razmak između odašiljača (km)	16,8	8,4	4,2	2,1	67,2	33,6	16,8	8,4

Tablica 4.2. Netto bit rate i min. poreban C/N u DVB-T sustavu

Konstalacija		Min. potreban C/N za BER = 2x10-4 poslije Viterbi			Kanal 8 MHz
Modulacija	Code rate	Gauss kanal	Rice kanal	Rayleigh kanal	Bitrate (Mbit/s) GI = ¼…1/32
QPSK	1 / 2	3,1	3,6	5,4	4,98 - 6,03
QPSK	2 / 3	4,9	5,7	8,4	6,64 - 8,04
QPSK	3 / 4	5,9	6,8	10,7	7,46 - 9,05
QPSK	5 / 6	6,9	8,0	13,1	8,29 - 10,05
QPSK	7 / 8	7,7	8,7	16,3	8,71 - 10,56
16-QAM	1 / 2	8,8	9,6	11,2	9,95 - 12,06
16-QAM	2 / 3	11,1	11,6	14,2	13,27 - 16,09
16-QAM	3 / 4	12,5	13,0	16,7	14,93 - 18,10
16-QAM	5 / 6	13,5	14,4	19,3	16,59 - 20,11
16-QAM	7 / 8	13,9	15,0	22,8	17,42 - 21,11
64-QAM	1 / 2	14,4	14,7	16,0	14,93 - 18,10
64-QAM	2 / 3	16,5	17,1	19,3	19,91 -24,13
64-QAM	3 / 4	18,0	18,6	21,7	22,39 - 27,14
64-QAM	5 / 6	19,3	20,0	25,3	24,88 - 30,16
64-QAM	7 / 8	20,1	21,0	27,9	26,13 - 31,67

5.

Zahtjevi za linearnost

DVB-T sustava

Linearnost DVB-T sustava osigurava linearna predkorekcija koja može biti u analognoj i digitalnoj izvedbi, kao i sklop filtarske jedinice.

Linearna predkorekcija ima zadatak da kompenzira izobličenja uzrokovana nelinearnošću amplitudne (AM-to-AM) i fazne (AM-to-PM) prijenosne karakteristike pojačala snage do točke zasićenja, Slika 5.1. i Slika 5.2. Vršne vrijednosti DVB-T signala koje prelaze područje zasićenja pojačala kompenziraju se dodatnim metodama, koje se u ovisnosti o izvedbi nazivaju peak reduktion, peak preconditioning i sl. Odnos vršne prema srednjoj vrijednosti signala izražava se pomoću crest-faktora

ξ = 20 log U max = 10 log N U eff

U 8K-modu (6817 podnosilaca) teoretska vrijednost crest-faktora iznosi 38 dB. Limitiranjem vršnih vrijednosti signala postiže se poboljšanje out-of-band distorzije, dok se istovremeno pogoršava C/N odnos unutar kanala. Budući da je standardom EN 300744 propisan minimalni odnos C/N od 29,6 dB na ulazu u prijemnik uz upotrebu 64-QAM modulacije, jačim limitiranjem vršnih vrijednosti signala došlo bi do prekoračenja tog minimalnog odnosa C/N. Iz toga razloga, standardna vrijednost poboljšanja out-of-band distorzije koja se postiže limitiranjem vršnih vrijednosti signala iznosi tipično oko 3 dB. U tolikoj mjeri je otprilike i pogoršanje in-band distorzije signala.

Amplifier characteristic without precorrection

Amplifier characteristic with precorrection

Input power

Amplifier phase characteristic

Phase chracteristic with precorrector

Linearity precorrector characteristic

Input Power

Output power

Output Phase

Slika 5.1. AM/AM prijenosna funkcija izlaznog pojačala

Slika 5.2. AM/PM prijenosna funkcija izlaznog pojačala

Po svojoj izvedbi linearna predkorekcija može biti analogna odnosno digitalna. Analogna predkorekcija ima ograničeno djelovanje i zahtjeva mnoga podešavanja, koja se obično u određenim vremenskim razmacima moraju kontrolirati odnosno podešavati. Digitalna predkorekcija je mnogo preciznija i stabilnija u vremenu. Ako se izvede kao adaptivna, onda ona automatski uzima u obzir i promjene na pojačalu uslijed starenja odnosno temperature, Slika 5.3. Kod suvremenih izlaznih stupnjeva DVB-T odašiljača izvedenih u LDMOS tehnologiji, kod kojih je vremenska i temperaturna stabilnost vrlo dobra, a u cilju smanjenja cijene koštanja odašiljača kao i same pouzdanosti u radu, izbjegava se upotreba vrlo kompleksne adaptivne predkorekcije. Umjesto nje, koristi se digitalna predkorekcija koja koristi adaptivni postupak samo za početnu inicijalizaciju. Prijenosna funkcija izlaznog stupnja pojačala kao i svi relevantni parametri precizno se izmjere te se unesu u linearnu predkorekciju kao referentne vrijednosti, na osnovu kojih se tada vrši linearizacija pojačala snage.

Slika 5.3. Adaptivna predkorekcija

Standard EN 300 744 propisuje spektralnu masku izlaznog signala digitalnog TV odašiljača prikazanog na Slici 5.4.

Slika 5.4. DVB-T spektralna maska

Bazirajući se na propisanoj standardnoj maski i frekvencijskoj karakteristici DVB-T signala, na izlazu pojačala potrebna selektivnost filtarske jedinice je proračunata. Gušenje iznosi:

f0 r 4,2 MHz: ≥ 15 dB f0 r 6 MHz: ≥ 30 dB f0 r 12 MHz: ≥ 50 dB

Područje odašiljanja definirano je u granicama f0 r 3,8 MHz UHF frekvencijskog područja 470-862 MHz.

Kod DVB-T odašiljača od 1 kW izlazne snage označeni maksimalni gubici filtarske jedinice na frekvenciji f0 propisani su da budu manji ili jednaki 0,7 dB.

Za dane parametre, izbor filtara se izvodi. U tom slučaju, koriste se Čebiševljevi pojasnopropusni filtri. Koristeći program sinteze filtara određuje se red filtara, te neopterećen faktor kvalitete rezonatora Q, za koji gubici filtara ne prelaze vrijednost od 0,7 dB.

Na osnovi provedene simulacije na Slici 5.5., pokazana je frekvencijska karakteristika pojasnopropusnog izlaznog filtara sa 6 i 8 kavitacionih filtara.

Slika 5.5. Amplitudno-frekvencijska karakteristika od 6 i 8 kavitacionih filtara

Iz slike je vidljivo da oba kavitaciona filtra ne zadovoljavaju željenu selektivnost zbog gubitaka koje donose. Za faktor kvalitete Q=5000 uneseni gubici 6-kavitacioni filtar iznosi 0,6 dB, a za 8-kavitacioni filtar iznosi 0,85 dB. Te vrijednosti mogu se smanjiti povećanjem dijametra rezonatora, ali to ne zadovoljava izvedbu koja mora biti ekonomska i konkurentna na tržištu.

Korištenjem izraza za faktor kvalitete:

gdje se

izražava kao skin-efekt i optimalni odnos d/D iznosi 0,278, proračunava se dijametar rezonatora (kavitacioni filtar).

Na osnovi provedene simulacije, na Slici 5.6., dobiva se za 6 rezonatorskih šupljina dijagram (a), a za 6 kavitacionih šupljina uz premoštenje, koje se postiže spajanjem izvana dvije kavitacione šupljine, dijagram (b). Dijagram (c) dobiven je uz 6 kavitacionih šupljina uz premoštenje i 2 notch cavities.

Slika 5.6. Simulacija filtra

U svrhu povećanja selektivnosti filtra bez mijenjanja dimenzija i broja rezonatora, može se realizirati sa dodatnom spregom između rezonatora 2 i 5, te se može aproksimirati s izrazom:

gdje je Kij vrijednost sprege između rezonatora, Ω je normalizirana frekvencija polova, a B je širina kanala.

Slika 5.7. Izmjerene vrijednosti DVB-T filtra

Korišten je program ADS (Advanced Design System) za izračunavanje filtra s 6 rezonantnih šupljina, s dodatnim povezivanjem između rezonatorske šupljine 2 i 5, te je provedena analiza. Kod f0 r 6 MHz, povećala se selektivnost za oko 7 dB i širina karakteristika u području postaje ista kao i za filtar s 8 kavitacionih šupljina. Dodatni gubici u području odašiljanja smanjeni su za oko 0,1 dB. Za realizaciju željene selektivnosti na frekvenciji f0 r 4,2 MHz (≥ 15 dB), bilo je potrebno dodati dvije rezonantne šupljine (notch). S time se, konačno, ponovno dobio "filtar s 8 rezonatorskih šupljina", ali i ispunila se propisana spektralna maska sa smanjenim dodatnim gubicima za oko 25 dB, uspoređujući s 8 rezonatorskih šupljina. Podešavanje je time pojednostavljeno.

Bazirano na rezultatima simulacije, dimenzije rezonatora su izračunate, faktor sprege, minimalna naponska izolacija za vršnu vrijednost snage od 10 dB iznad nominalne snage, temperaturna stabilnost izabranog materijala, na osnovi čega se realizirala filtarska jedinica DVB-T. Dobivene su slijedeće vrijednosti:

• frekvencija: 470-861 MHz (K21-K69)

• dodatni gubici: ≥ 0.6 dB

• gušenje: f0 ± 4,22 MHz ≥ 15 dB, f0 ± 6,00 MHz ≥ 30 dB, f0 ± 12,00 MHz ≥ 50 dB

• povratni gubici: ≥ 23 dB

• izlazna snaga (DVB): 500W

• dimenzije filtra (širina×visina×dubina): 265×330×560 mm

• težina: približno 22 kg.

Kao što je vidljivo, izmjerene vrijednosti zadovoljavaju vrlo dobro simulirane vrijednosti, pokazujući dobar izbor faktora redukcije između idealne i praktične vrijednosti u kvaliteti rezonatora, električkoj vodljivosti, grubosti površine i proračunatim povezivanjima rezonatora.

Intermodulacijski produkti prouzročeni od nelinearnosti izlaznog pojačala snaga mogu se znatno smanjiti koristeći dovoljno veliki OBO faktor. To će značiti znatno smanjenje faktora efikasnosti pojačala. Kao kompromis smanjenju izlaznog OBO faktora, sugestija je za povećanjem potrebe zbroja intermodulacijskih produkata izlaznog pojačala, linearne predkorekcije i izlazne filtarske jedinice, kako bi se postigla propisana vrijednost EN 300744 standarda za izlaznu spektralnu masku. Na Slici 5.8. dana je izvedba DVB-T filtra.

Slika 5.8. Izvedba DVB-T filtra

6.

Optimizacija analogne TV mreže u

RH sukladno Zakonu o telekomunikacijama

6.1. Uvod

Sustavi za zemaljsku radiodifuziju analognih televizijskih signala imaju još uvijek određene prednosti pred digitalnim televizijskim sustavima kako za korisnike (gledatelje), tako i za inženjere koji rade na projektiranju, izgradnji i održavanju TV sustava. Analogni TV sustavi su visoko razvijeni i usavršeni, cijene uređaja i opreme su relativno niske, široko su rasprostranjeni i još uvijek pružaju uslugu zadovoljavajuće kakvoće. Pored toga, postupci mjerenja kakvoće signala dobro su definirani, a rezultati mjerenja su u izravnoj korelaciji s kakvoćom slike.

Ograničenja sustava za zemaljsku radiodifuziju analognih televizijskih signala, koja daju razloge za uvođenje digitalne televizije, su nedjelotvorno iskorištenje frekvencijskog spektra namijenjenog radiodifuziji te visoki zahtjevi koji postoje u analognim televizijskim sustavima radi zaštite od šuma, interferencije i izobličenja. Analogni televizijski sustavi su posebno osjetljivi na istokanalnu interferenciju s drugim analognim i digitalnim televizijskim signalima. Stoga su u takvim sustavima zahtijevani visoki istokanalni zaštitni omjeri (30-45 dB) koji trebaju osigurati zaštitu od istokanalne interferencije. Pored toga, na istoj odašiljačkoj lokaciji ne mogu se rabiti susjedni televizijski kanali. Pojedini televizijski kanal, koji se rabi na određenoj odašiljačkoj lokaciji, ne može biti ponovno iskorišten na susjednim odašiljačkim lokacijama čija područja pokrivanja se preklapaju. Taj kanal može biti ponovljen

tek na udaljenoj odašiljačkoj lokaciji kako bi se izbjegla istokanalna interferencija. Stoga su sustavi za radiodifuziju analognog televizijskog signala karakterizirani niskom djelotvornošću u iskorištenju radiofrekvencijskog spektra jer samo ograničeni broj televizijskih programa može biti odašiljan u određenom području. Ako zahtjevi za kakvoćom televizijskog signala rastu tada broj televizijskih programa koji se mogu odašiljati opada.

Od ukupno 61 televizijskog kanala, koji su na raspolaganju za radiodifuziju TV programa, teorijski bi se 5-7 programa (nacionalni + regionalni) moglo distribuirati na određenom području, poštujući zaštitne omjere protiv interferencije, što bi značilo djelotvornost od 8,2% - 11,5% u odnosu na ukupan broj kanala (61). U većini europskih zemalja na nacionalnoj razini moguće je prenositi 3-4 televizijska programa koja se mogu pratiti na cijelom području određene zemlje. U nekim zemljama je uporaba radiofrekvencijskog spektra namijenjenog radiodifuziji intenzivnija, ali u tim slučajevima često vrijedi da je kakvoća televizijskog signala niska zbog utjecaja interferencije.

Optimizacija analogne televizijske mreže može se provesti na taj način da se utvrde preklapanja područja pokrivanja pojedinih televizijskih odašiljača kako bi se odredilo koji odašiljači višestruko pokrivaju isto geografsko područje, te da se utvrdi koji odašiljači su suvišni kako bi se kanali koje su oni rabili za svoj rad iskoristili za razvoj budućeg sustava za radiodifuziju digitalnih televizijskih programa.

6.2. Frekvencijska područja za radiodifuziju televizijskih programa

U skladu s Radijskim pravilima (Radio Regulations), a u odnosu na podjelu radiofrekvencijskog područja na frekvencijske pojaseve i namjenu tih pojaseva za pojedine radijske službe, svijet je podijeljen u tri regije:

Regija I - obuhvaća Europu, dio Azije i Afriku, Regija II - obuhvaća Ameriku,

Regija III - obuhvaća preostali dio Azije i Australiju.

Hrvatska se nalazi u tzv. Europskom radiodifuzijskom području (EBA, European Broadcasting Area), koje pripada Regiji I, i prikazano je na Slici 6.1.

Namjena frekvencijskih pojaseva u Republici Hrvatskoj te tehnički uvjeti za dodjelu radijskih frekvencija utvrđeni su u Pravilniku o namjeni radio-frekvencijskog spektra i dodjeli radijskih frekvencija, Narodne novine br. 14. od 1. ožujka 1995. Primjena ovog Pravilnika omogućava djelotvornu uporabu radiofrekvencijskog spektra koji obuhvaća frekvencije od 9 kHz do 3000 GHz. U tom Pravilniku su određeni i frekvencijski pojasevi za radiodifuziju televizijskih signala. U pripremi je novo izdanje pravilnika koje će obuhvatiti promjene nastale u svijetu na tom području.

Slika 6.1. Europsko radiodifuzijsko područje

Za odašiljanje televizijskog signala mrežom zemaljskih odašiljača (radijska služba radiodifuzije televizijskog signala) rabe se četiri frekvencijska pojasa koja se označavaju kao:

• VHF I (Very High Frequency),

• VHF III,

• UHF IV (Ultra High Freqency),

• UHF V.

Granice frekvencijskih pojaseva za radiodifuziju televizijskog signala razlikuju se za različite regije, a za regiju I su utvrđene na Europskoj VHF/UHF radiodifuzijskoj konferenciji (European VHF/UHF Broadcasting Conference) održanoj u Stockholmu 1961. godine i Afričkoj VHF/UHF radiodifuzijskoj konferenciji (African VHF/UHF Broadcasting Conference) održanoj u Genevi 1963. godine. Tada utvrđene granice frekvencijskih pojaseva namijenjenih radiodifuziji televizijskog signala u Regiji I su:

• 41 – 68 MHz za VHF I,

• 162 – 230 MHz za VHF III,

• 470 – 582 MHz za UHF IV,

• 582 – 960 MHz za UHF V.

U skladu s Radijskim pravilima iz 1982. godine frekvencijsko područje VHF I započinje s 47 MHz, a frekvencijsko područje VHF III sa 174 MHz tako su granice frekvencijskih pojaseva koje se danas rabe:

• 47 – 68 MHz za VHF I,

• 174 – 230 MHz za VHF III,

• 470 – 582 MHz za UHF IV,

• 582 – 862/960 MHz za UHF V.

U većini europskih zemalja, pa tako i u Hrvatskoj, ovi frekvencijski pojasevi nisu isključivo namijenjeni samo radiodifuziji televizijskog signala već ih rabe i ostale fiksne, mobilne i neke druge mreže. Na primjer, u većini europskih zemalja, pa tako i u Hrvatskoj,

frekvencijski pojas UHF V između 862 MHz i 960 MHz nije moguće rabiti za radiodifuziju televizijskog signala jer ga rabe druge civilne i vojne radijske službe.

U skladu s Pravilnikom o namjeni radio-frekvencijskog spektra i dodjeli radijskih frekvencija, Narodne novine br. 14. od 1. ožujka 1995. frekvencijski pojas 47-68 MHz (VHF I) namijenjen službi radiodifuzije za prijenos analognog televizijskog signala može se rabiti do 2008. godine. Nakon te godine frekvencijski pojas namijenjen VHF I svodi se na pojas od 54-68 MHz.

6.3. Tehničke norme za analogne televizijske sustave

Temeljne tehničke norme analognih televizijskih sustava na međunarodnoj razini utvrđuje preporuka Međunarodne telekomunikacijske unije ITU-R br. BT.470: Konvencionalni televizijski sustavi (Conventional Television Systems). U skladu s tom preporukom, danas je u svijetu u uporabi 12 analognih televizijskih sustava koji se rabe u zemaljskoj radiodifuziji, a nose slijedeće oznake: B, B1, D, D1, G, H, I, K, K1, L, M i N. Oni se međusobno razlikuju u odnosu na:

• osnovna svojstva videosignala (broj linija u slici, vertikalna frekvencija, razine videosignala, oblik i trajanje horizontalnih i vertikalnih potisnih i sinkronizacijskih impulsa),

• svojstva krominantnog signala (kromatske koordinate primarnih boja TV prijamnika i referentnog bijelog, komponente krominantnih signala, modulacijski postupak za prijenos krominantnog signala, frekvencija podnositelja boje, širina pojasa krominantnog signala, oblik i trajanje referentnog podnositelja boje),

• svojstva izračenih signala (ukupna širina kanala, udaljenost nositelja slike i nositelja tona, oblik televizijskog kanala, modulacijski postupci za audiosignal i videosignal, omjer efektivno izračenih snaga nositelja slike i tona).

Od navedenih 12 analognih televizijskih sustava, 8 se rabi u Europi (B, B1, D, G, H, I, K i L). U području VHF u Europi rabe se sustavi: B, B1, D, D1, I i L, a u području UHF: G, H, I, K i L.

Temeljne značajke TV sustava koji su u uporabi u Europi prikazane su u Tablici 6.1. U normi B nazivna širina radiofrekvencijskog kanala iznosi 7 MHz, a u ostalim normama 8 MHz. Norma B1 se u odnosu na normu B razlikuje upravo po nazivnoj širini radiofrekvencijskog kanala koja u normi B1 iznosi 8 MHz. Norma B1 se pojavila u procesu postepenog prijelaza sa sustava D/SECAM i K/SECAM na sustave B1/PAL i G/PAL, koji je proveden u nekim zemljama srednje i istočne Europe. U sustavu D širina kanala je bila 8 MHz pa je stoga nastala modifikacija norme B u B1. Raspored kanala je zadržan isti rasporedu koji se rabio za normu D/SECAM. Iz sličnih razloga je uvedena i norma D1 koja se pojavila u procesu prijelaza sa sustava D/SECAM na sustav D1/PAL. Područje VHF je stoga karakterizirano različitim granicama i širinama kanala u različitim europskim zemljama što dovodi do preklapanja kanala u različitim sustavima. U području UHF u svim europskim zemljama rabi se isti raspored kanala i širina kanala.

Tablica 6.1. Temeljne značajke TV sustava koji su u uporabi u Europi

Značajka	B, B1, G	H	I	D, D1, K	L
Broj linija	625	625	625	625	625
Nazivna širina radiofrekvencijskog kanala (MHz)	B:7 B1, G:8	8	8	8	8
Razmak između prvog nositelja tona i nositelja slike (MHz)	+ 5,5	+ 5,5	+ 5,9996	+ 6,5	+ 6,5
Najbliži rub kanala u odnosu na nositelj slike (MHz)	–1,25	–1,25	–1,25	–1,25	–1,25
Nazivna širina osnovnog pojasa videosignala (MHz)	5	5	5,5	D, K: 6 D1: 5	6
Nazivna širina djelomično reduciranog bočnog pojasa (MHz)	0,75	1,25	1,25	0,75	1,25
Vrsta i polaritet modulacije slike	C3F neg.	C3F neg.	C3F neg.	C3F neg.	C3F poz.
Vrsta modulacije prvog nositelja tona	F3E (FM)	F3E(FM)	F3E(FM)	F3E(FM)	A3E(AM)
Vrsta modulacije drugog nositelja tona	A2/XXXXX	XXXXX	XXXXX	XXXXX	XXXXX
Razmak između drugog nositelja tona i nositelja slike (MHz)	5,74/5.85	5,85	6,55	D, K: 6,55 D1:5,85	6,55

Republika Hrvatska u potpunosti je prihvatila preporuku ITU-R br. BT.470 i propisane parametre ugradila u Pravilnik o tehničkim uvjetima i uvjetima uporabe radijskih postaja za odašiljanje televizijskog programa u frekvencijskim područjima I, III i IV/V, Narodne novine br. 66 od 10. 08.1996. godine. Ovaj pravilnik određuje tehničke značajke radijskih postaja za odašiljanje televizijskih programa u prijenosnom sustavu crno-bijele televizije i televizije u boji u frekvencijskim područjima VHF I, VHF III, UHF IV i UHF V u skladu s normama PAL/G i PAL/B. Širina televizijskog kanala u VHF području iznosi 7 MHz, a u UHF području iznosi 8 MHz, dok je razmak između nositelja slike i nositelja tona u oba slučaja 5,5 MHz.

U sustavima za zemaljsku radiodifuziju televizijskih signala pored odašiljača televizijskog signala rabe se i radiofrekvencijski pretvarači. Tehničke značajke, norme u uvjeti uporabe radiofrekvencijskih pretvarača u mrežama za prijenos televizijskih signala u frekvencijskim područjima VHF I, VHF III, UHF IV i UHF V u normama PAL/B i PAL/G u Republici Hrvatskoj su utvrđene u Pravilniku o tehničkim uvjetima i uvjetima uporabe radiofrekvencijskih pretvarača za prijenos televizijskog programa u frekvencijskim područjima I, III i IV/V, Narodne novine br. 88 od 18.10.1996. godine.

Prijenos više tonskih signala u sustavima za zemaljsku radiodifuziju televizijskih signala je određen preporukom ITU-R BS.707-4: Prijenos više tonskih signala u zemaljskim televizijskim sustavima PAL B, D1, G, H i I, i SECAM D, K, K1 i L (Transmission of Multisound in Terrestrial Television Systems PAL B, D1, G, H and I, and SECAM D, K, K1 and L). U takvim sustavima za prijenos dodatnog tonskog nositelja može se rabiti postupak frekvencijske modulacije (A2) ili se može rabiti digitalni prijenos više tonskih nositelja (NICAM).

U Hrvatskoj se za prijenos drugog tonskog nositelja rabi postupak frekvencijske modulacije (A2). Prvi tonski nositelj se nalazi na udaljenosti od 5,5 MHz od nositelja slike, dok se drugi tonski nositelj nalazi na udaljenosti 5,7421875 MHz od nositelja slike.

6.4. Televizijski kanali u Republici Hrvatskoj

Tablica 6.2. prikazuje raspored televizijskih kanala za zemaljsku radiodifuziju televizijskih programa koji se rabi u Republici Hrvatskoj. U Tablici 6.2. navedeni su brojevi kanala, granice svakog kanala te frekvencije nositelja slike fS i nositelja tona fT pridružene pojedinom kanalu.

Širina televizijskog kanala je 7 MHz u području VHF te 8 MHz u području UHF. Broj kanala u pojedinim frekvencijskim pojasima je:

• 3 kanala u VHF I,

• 8 kanala u VHF III,

• 49 kanala u UHF IV/V,

što čini ukupno 61 kanal. Svi kanali u frekvencijskim pojasevima namijenjenim za zemaljsku radiodifuziju televizijskog signala nisu stvarno raspoloživi za tu radijsku službu. U mnogim europskim zemljama postoje ograničenja koja su specifična za pojedinu zemlju, ali postoje i neka ograničenja koja su zajednička u većini zemalja. Npr. U Republici Hrvatskoj je frekvencijsko područje 606-614 MHz (38. kanal u UHF) namijenjeno radioastronomiji, a frekvencijsko područje 223-230 MHz (12. kanal u VHF III) namijenjeno zemaljskoj radiodifuziji digitalnih audiosignala (T-DAB, Terrestrial-Digital Audio Broadcasting). Kanali iznad kanala 60. u UHF V frekvencijskom pojasu (frekvencije iznad 790 MHz) se u nekim europskim zemljama rabe u vojne svrhe tako da je i njihova uporaba ograničena. Po preporukama Europske konferencije poštanskih i telekomunikacijskih administracija (CEPT, European Conference of Postal and Telecommunications Administrations) preporučuje se da se ti kanali oslobode za zemaljsku radiodifuziju TV signala i da se ti novi kanali rabe za digitalnu televiziju.

Tablica 6.2. Televizijski kanali u Republici Hrvatskoj

Kanal	Frekvencijski pojas - granice kanala (MHz)		Nositelj slike (MHz)	Nositelj tona (MHz)
VHF - PODRUČJE (širina kanala 7 MHz)
I. frekvencijsko područje (Band I)
2	47	54	48,25	53,75
3	54	61	55,25	60,75
4	61	68	62,25	67,75
III. frekvencijsko područje (Band III)
5	174	181	175,25	180,75
6	181	188	182,25	187,75
7	188	195	189,25	194,75
8	195	202	196,25	201,75
9	202	209	203,25	208,75

10	209	216	210,25	215,75
11	216	223	217,25	222,75
12	223	230	224,25	229,75
UHF - PODRUČJE (širina kanala 8 MHz)
IV. frekvencijsko područje (Band IV)
21	470	478	471,25	476,75
22	478	486	479,25	484,75
23	486	494	487,25	492,75
24	494	502	495,25	500,75
25	502	510	503,25	508,75
26	510	518	511,25	516,75
27	518	526	519,25	524,75
28	000	000	000,25	532,75
29	534	542	535,25	540,75
30	542	550	543,25	548,75
31	550	558	551,25	556,75
32	558	566	559,25	564,75
33	566	574	567,25	572,75
34	574	582	575,25	580,75
35	582	590	583,25	588,75
36	590	598	591,25	596,75
37	598	606	599,25	604,75
UHF - PODRUČJE (širina kanala 8 MHz)
V. frekvencijsko područje (Band V)
38	000	000	000,25	612,75
39	614	622	615,25	620,75
40	622	630	623,25	628,75
41	630	638	631,25	636,75
42	638	646	639,25	644,75
43	646	654	647,25	652,75
44	654	662	655,25	660,75
45	662	670	663,25	668,75
46	670	678	671,25	676,75
47	678	686	679,25	684,75
48	686	694	687,25	692,75
49	000	000	000,25	700,75
50	702	710	703,25	708,75
51	710	718	711,25	716,75
52	718	726	719,25	724,75
53	726	734	727,25	732,75
54	734	742	735,25	740,75
55	742	750	743,25	748,75
56	750	758	751,25	756,75
57	758	766	759,25	764,75
58	766	774	767,25	772,75
59	774	782	775,25	780,75
60	782	790	783,25	788,75

61	790	798	791,25	796,75
62	798	806	799,25	804,75
63	806	814	807,25	812,75
64	814	822	815,25	820,75
65	822	830	823,25	828,75
66	830	838	831,25	836,75
67	838	846	839,25	844,75
68	846	854	847,25	852,75
69	854	862	855,25	860,75

6.5. Planiranje sustava za radiodifuziju analognih televizijskih programa

Planiranje sustava za radiodifuziju televizijskih signala treba provesti na taj način da se uspostavi mreža odašiljača u kojoj će se pokrivanje željenog geografskog područja postići uz uporabu minimalnog broja televizijskih kanala. Područje pokrivanja svakog odašiljača u mreži ovisi o brojnim tehničkim parametrima kao što su npr. snaga odašiljača, minimalna potrebna jakost polja, radiofrekvencijski zaštitni omjeri, udaljenost između odašiljača koji rade na istom ili na susjednim kanalima, razmještaj kanala, širina pojasa te faktori koji određuju propagaciju. Prilikom planiranja sustava za radiodifuziju analognih televizijskih programa frekvencijskim područjima VHF I, VHF III, UHF IV i UHF V, koji primjenjuju amplitudnu modulaciju s djelomično reduciranim donjim bočnim pojasom (AM-VSB, Amplitude Modulation-Vestigial Sideband), rabe se uvjeti propisani u sljedećim ITU-R preporukama:

• ITU-R BT.417: Minimalne jakosti polja za koje se može osigurati zaštita u planiranju usluge televizije (Minimum Field Strengths for which Protection may be Sought in Planning a Television Service);

• ITU-R BT.419: Usmjerenost i polarizacija antena za prijam radiodifuzijskog televzijskog signala (Directivity and Polarization Discrimination of Antennas in the Reception of Television Broadcasting);

• ITU-R BT.655: Radiofrekvencijski zaštitni omjeri za zemaljske televizijske sustave s AM s djelomično reduciranim bočnim pojasom koji su pod utjecajem interferencije s drugim neželjenim signalima slike i njima pridruženim tonskim signalima (Radio- Frequency Protection Ratios for AM Vestigial Sideband Terrestrial Television Systems Interfered with by Unwanted Analogue Vision Signals and their Associated Sound Signals);

• ITU-R BT.804: Značajke televizijskih prijamnika važne za frekvencijsko planiranje PAL/NTSC/SECAM televizijskih sustava (Characteristics of TV Receivers Essential for Frequency Planning with PAL/SECAM/NTSC Television Systems);

• ITU-R BT.1123: Postupci planiranja za 625-linijsku zemaljsku televiziju u područjima VHF/UHF (Planning Methods for 625-line Terrestrial Television in VHF/UHF Bands).

Planiranje sustava za radiodifuziju treba biti provedeno u skladu s Regionalnim sporazumom o dodjelama frekvencija za televiziju-Stockholm 1961. (Regional Agreement for the European Broadcasting Area-Stockholm 1961) koji je za područje Europe utvrđen na Europskoj VHF/UHF radiodifuzijskoj konferenciji (European VHF/UHF Broadcasting

Conference) održanoj u Stockholmu 1961. Taj sporazum naziva se često Stockholmski plan 1961. Njime je utvrđena dodjela kanala (assignment) televizijskim odašiljačima na točno određenim lokacijama za područje Europe. Stockholmski plan sadrži slijedeće podatke, koje treba uzeti u obzir u svakoj pojedinoj zemlji za svaki dodijeljeni kanal na određenoj lokaciji: broj dodijeljenog kanala, nazivna frekvencija nositelja slike u MHz, nazivna frekvencija nositelja tona u MHz, pomak od frekvencije nositelja slike, naziv odašiljačke postaje, skraćenica naziva zemlje, zemljopisna dužina i širina odašiljačke postaje, televizijski sustav, maksimalna prividna izračena snaga nositelja slike (kW), maksimalna prividna izračena snaga nositelja tona (kW), smjer maksimalnog zračenja, maksimalna efektivna visina odašiljačke antene i polarizacija zračenja.

6.5.1. Minimalne propisane jakosti elektromagnetskog polja

Preporuka ITU-R BT.417 propisuje potrebne razine korisnoga elektromagnetskog polja za koje se planira zaštita od interferencije u usluzi televizije u frekvencijskim područjima VHF I, VHF III, UHF IV i UHF V. Te vrijednosti ne smiju biti manje od vrijednosti propisanih Tablicom 6.3.. Vrijednosti se odnose na visinu od 10 metara od tla. Postotak vremena u kojemu postoji zaštita od interferencije treba biti između 90% i 99%.

Ako nema interferencije s drugim televizijskim odašiljačima te šuma za čiji nastanak je odgovoran čovjek, a prisutan je šum prijamnika, kozmički šum, pojačanje antene i gubici u prijenosnom sustavu od antene do prijamnika, minimalne jakosti polja na prijamnoj anteni koje će dati zadovoljavajuću kakvoću slike su +47 dB(μV/m) u VHF I, +53 dB u VHF III,

+62 dB u UHF IV i +67 dB u UHF V. Te vrijednosti se rabe u ITU-R preporuci BT.804 za utvrđivanje osjetljivosti prijamnika ograničene šumom, Tablica 6.4.

Tablica 6.3. Minimalne potrebne jakosti korisnoga elektromagnetskog polja za koje se planira zaštita od interferencije s drugim televizijskim odašiljačima

Područje	I	III	IV	V
dB(μV/m)	+48	+55	+65	+70

Tablica 6.4. Minimalne potrebne jakosti korisnoga elektromagnetskog polja ukoliko nema interferencije s drugim televizijskim odašiljačima

Područje	I	III	IV	V
dB(μV/m)	+47	+53	+62	+67

Kada se radi o prijamu televizijskog signala u rijetko naseljenim područjima u kojima se mogu postići bolji uvjeti prijama signala, minimalne potrebne jakosti elektromagnetskog polja za koje se planira zaštita od interferencije mogu biti kao one navedene u Tablici 6.5.. Vrijednosti se odnose na visinu od 10 metara iznad tla.

Tablica 6.5. Minimalne jakosti polja za rijetko naseljena područja

Područje	I	III	IV	V
dB(μV/m)	+46	+49	+58	+64

U odsustvu druge interferencije osim šuma mogu se rabiti jakosti polja od 40 dB(μV/m) u području VHF I , 43 dB(μV/m) u području VHF III, 52 dB(μV/m) u području UHF IV i 58 dB(μV/m) u području UHF V koje će dati sliku zadovoljavajuće kakvoće.

U područjima UHF IV i UHF V gdje je industrijski šum i šum od kućanskih uređaja manji, jakosti polja navedene za rijetko naseljena područja mogu se primijeniti i u urbanim područjima.

6.5.2. Radiofrekvencijski zaštitni omjeri

Radiofrekvencijski zaštitni omjer (A) definiran je kao minimalna vrijednost omjera željenog i smetajućeg signala na ulazu u prijamnik, obično izražen u dB i određen pod takvim uvjetima da se na izlazu iz prijamnika postigne specifična kakvoća prijama. Radiofrekvencijski zaštitni omjeri koji se trebaju rabiti u planiranju zemaljskih radiodifuzijskih sustava za prijenos TV signala definirani su u preporuci ITU-R BT.655. Vrijednosti zaštitnog omjera vrijede za interferenciju koju proizvodi jedan izvor. Pri određivanju zaštitnih omjera uzima se u obzir: troposferska interferencija (T) koja odgovara uvjetima malo smetajućih izobličenja i kontinuirana interferencija (C).

Pojava izobličenja zbog troposferske interferencije je prihvatljiva samo ako se ona pojavljuju u malom postotku vremena, koje nije točno definirano, ali se obično uzima između 1% i 10%. Kontinuirana interferencija pojavljuje se iznosu vremena do 50%. Za kontinuiranu interferenciju (C) trebaju se rabiti viši zaštitni omjeri. Ako oni nisu točno određeni, definiraju se na taj način da se troposferska interferencija poveća za 10 dB.

Kada se rabe zaštitni omjeri u planiranju radiodifuzijskih sustava, treba odrediti koja interferencija se može smatrati troposferskom, a koja kontinuiranom u danim okolnostima. To se može učiniti usporedbom smetajućih polja za dva slučaja interferencije, pri čemu se pod smetajućim poljem smatra jakost polja smetajućeg odašiljača (na njegovoj dodijeljenoj ERP) uvećana za zaštitni omjer. Smetajuće polje za kontinuiranu interferenciju (EC) je:

EC = E(50, 50) + P + AC

dok je smetajuće polje za troposfersku interferenciju (ET):

ET = E(50, t) + P + AT

gdje je:

E(50, t) – jakost polja (dB(μV/m)) smetajućeg odašiljača normalizirana na 1 kW i premašena na t % vremena

P – ERP (dB(1 kW)) smetajućeg odašiljača

A – zaštitni omjer (dB)

Zaštitni omjer za kontinuiranu interferenciju primjenjuje se kada je odgovarajuće smetajuće polje jače nego smetajuće polje za troposferske interferencije tj. kada je EC > ET. To znači da se AC treba rabiti u svim slučajevima za koje vrijedi:

E(50, 50) + AC > E(50, t) + AT

Ako vrijednost zaštitnog omjera za kontinuiranu interferenciju nije poznata, tada se može rabiti zaštitni omjer koji se dobije tako da se vrijednost zaštitnog omjera za troposfersku interferenciju poveća za 10 dB. Vrlo jaki ulazni signali mogu zahtijevati veće zaštitne omjere zbog pojave nelinearnih izobličenja u prijamniku.

Za 625-linijske sustave razine referentnih izobličenja su one koje odgovaraju istokanalnim zaštitnim omjerima od 30 dB za troposfersku interferenciju i 40 dB za kontinuiranu interferenciju uz frekvencijski pomak između nositelja slike približno 2/3 horizontalne frekvencije. Ovi uvjeti odgovaraju ocjenama izobličenja slike 3 (malo smetajuće) za troposfersku interferenciju i 4 (zamjetljivo ali ne smetajuće) za kontinuiranu interferenciju. Ocjene slike se dobiju na temelju subjektivnog ispitivanja kakvoće televizijske slike koje se u TV sustavima treba provoditi u skladu s preporukom ITU-R BT.500: Postupci za subjektivnu ocjenu kakvoće televizijskih slika (Methods for the Subjective Assessment of the Quality of Television Pictures). Smanjenje kakvoće slike i vidljivost izobličenja se procjenjuje usporedbom izobličene i izvorne slike, a iskazuje se preko ljestvice za ocjenu izobličenja slike sa sljedećim značenjem: 5-nezamjetljivo izobličenje, 4-tek zamjetljivo izobličenje, 3- zamjetljivo izobličenje, 2-jako zamjetljivo izobličenje i 1-potpuno izobličenje slike.

Zaštitni omjer ovisi o frekvencijskom odnosu željenog i smetajućeg signala te njihovim tolerancijama frekvencije. U sustavima za radiodifuziju televizijskog signala može se rabiti unaprijed određen mali frekvencijski pomak frekvencije nositelja slike (i tona) koji se iskazuje u višekratnicima od dvanaestina horizontalne frekvencije, a čija svrha je smanjenje interferencije odašiljača koji rade na istom kanalu (istokanalna interferencija). Pri tome je rezultirajuća frekvencija nositelja slike zbroj nazivne frekvencije nositelja slike i frekvencijskog pomaka iskazanog u dvanaestinama horizontalne frekvencije pri čemu pomak može pozitivan ili negativan (r n1/12fH, n=1-36). Posebno dobra svojstva se mogu postići uoliko je n=4 ili n=6 (1/3 fH ili 1/2fH).

Frekvencijski pomak može biti normalni i precizni. Pri normalnom pomaku frekvencija izračenog signala odašiljača ne smije odstupati za više od r500 Hz od dodijeljene frekvencije, dok je kod preciznog pomaka taj iznos je r1 Hz.

6.5.2.1. Istokanalna interferencija

Zaštitni omjeri za istokanalnu interferenciju primjenjuju se na dva televizijska signala koji se odašilju na istom kanalu. Pod istokanalnom interferencijom se smatra samo interferencija između moduliranih nositelja slike željenog i smetajućeg kanala. Ako je i tonski signal željenog kanala zahvaćen interferencijom, potrebna je dodatna zaštita. U vrijednostima koje su navedene za istokanalnu interferenciju treba učiniti korekciju od +2 dB ako željeni signal ima negativnu modulaciju, a smetajući pozitivnu, tj. -2 dB ako željeni signal ima pozitivnu modulaciju, a smetajući negativnu.

Najveći zaštitni omjeri za istokanalnu interferenciju zahtijevani su u uvjetima gdje se upravlja frekvencijama nositelja željenog i smetajućeg signala. Ako je u takvim sustavima razmak između nositelja manji 1000 Hz, zahtijeva se zaštitni omjer od 45 dB pri čemu se uzima u obzir samo troposferska interferencija.

Ukoliko je razlika nositelja željenog i smetajućeg signala iskazana u dijelovima horizontalne frekvencije, a oba sustava rade s normalnim pomakom frekvencije, zaštitni omjeri za 625-linijske sustave navedeni su u Tablici 6.6. za pomake do r 36/12 fH (oko r 50 kHz).

Tablica 6.6. Zaštitni omjeri uz troposfersku interferenciju i razmake frekvencija nositelja željenog i smetajućeg signala do r 36/12 fH

Pomak od fH	1/2, 3/2, 5/2, ...	1/3, 2/3, 4/3, ...
625-linijski sustav	27 dB	30 dB

Tablica 6.7. prikazuje zaštitne omjere od istokanalne interferencije u 625-linijskim sustavima. Razmak između nositelja iskazuje se u višekratnicima dvanaestine horizontalne frekvencije od 0 do r 36/12 fH (oko r 50 kHz), tako da se vrijednosti u Tablici 6.7. ponavljaju od r fH do r2 fH i od r2 fH do r3 fH.

Tablica 6.7. Zaštitni omjeri od istokanalne interferencije u 625-linijskim sustavima uz razmake nositelja željenog i smetajućeg signala iskazane

u dvanaestinama horizontalne frekvencije

Pomak frekvencije (višekratnik od 1/12 fH)		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Normalni pomak Stabilnost frekvencije odašiljača r 500 Hz	Troposferska interferencija	45	44	40	34	30	28	27	28	30	34	40	44	45
	Kontinuirana interferencija	52	51	48	44	40	36	33	36	40	44	48	51	52
	Granica zamjetljivosti (0)	00	00	00	00	00	45	42	45	50	54	57	60	61
Precizni pomak Stabilnost frekvencije odašiljača r 1 Hz	Troposferska interferencija	32	34	30	26	22	22	24	22	22	26	30	34	38
	Kontinuirana interferencija	36	38	34	30	27	27	30	27	27	30	34	38	42
	Granica zamjetljivosti (0)	00	00	00	00	00	39	42	39	36	36	40	44	48

(1) Samo za informaciju

6.5.2.2. Interferencija sa susjednim kanalima

Ako se razmatra interferencija sa susjednim kanalima, najveći utjecaj na željeni kanal ima tonski signal nižeg susjednog kanala. Zaštitni omjer s nižim susjednim kanalom se stoga definira kao odnos nositelja slike željenog kanala i nositelja tona smetajućeg kanala. Zaštitni omjer od interferencije s nižim susjednim kanalom iznosi -9 dB, a od interferencije s višim susjednim kanalom iznosi -12 dB (vrijedi za VHF i UHF područja za sustave B i G). Navedeni zaštitni omjeri vrijede za troposfersku interferenciju, a za kontinuiranu interferenciju treba na te vrijednosti dodati 10 dB.

6.5.3. Svojstva prijamnog antenskog sustava

Usmjerenost prijamnih antena za prijam televizijskih programa u frekvencijskim područjima VHF I, VHF III, UHF IV i UHF V određena je preporukom ITU-R BT.419. Vrijednosti iz Slike 6.2. vrijede za vertikalnu i za horizontalnu polarizaciju kada su željeni i smetajući signal iste polarizacije. Vrijednosti vrijede za gradska područja, a za slabije naseljena područja mogu se malo povećati.

Kut u odnosu na smjer maksimalnog zračenja

01-sc

Slika 6.2. Usmjerenost prijamnih antena za prijam TV programa

6.5.4. Značajke referentnog televizijskog prijamnika

Značajke TV prijamnika koje su važne za planiranje radiodifuzijskih sustava navedene su u preporuci ITU-R BT.804. Kako bi se postigli zaštitni omjeri iz preporuke ITU-R BT.655 i minimalne jakosti polja iz preporuke ITU-R BT.417 TV prijamnik treba biti izveden u skladu s vrijednostima navedenim u Tablici 6.8., koje definiraju značajke referentnog prijamnika za B/G TV sustave.

Tablica 6.8. Značajke referentnog prijamnika za B/G TV sustave

Broj

Značajka

B, G

VHF

UHF

Osjetljivost ograničena šumom (dBm)

Potiskivanje nositelja slike susjednog kanala (dB) (1) Potiskivanje nositelja tona susjednog kanala (dB) (1) Potiskivanje videofrekvencija (dB)

Potiskivanje međufrekvencije (dB)

Položaj oscilatora u odnosu na prijamni kanala

Maksimalne razine lokalnog oscilatora prijamnika (dBm) na antenskoj priključnici

– osnovni signal

– harmonici

Maksimalna ulazna razina (dBm) ograničena

intermodulacijskim izobličenjima (2)

– 61

Iznad

– 49

– 57

– 10

– 58

Iznad

– 43

– 10

(1) Pretpostavljena ulazna razina u prijamnik je 3 mV.

(2) Pretpostavljene granične vrijednosti: – 30 dB za sliku u tonu i – 40 dB za ton u slici

Vrijednosti u Tablici 6.8. za osjetljivost vrijede uz minimalne jakosti polja navedene u preporuci ITU-R BT.417 (+47 dB(μV/m) u VHF I, +53 dB u VHF III, +62 dB u UHF IV i

+67 dB u UHF V) te dobitke antena, gubitke u kabelu i gubitke zbog faktora pretvorbe dipola i neprilagođenja navedene u Tablici 6.9.

Tablica 6.9. Dobitak prijamne antene i gubici u kabelu

	VHF I	VHF III	UHF IV	UHF V
Minimalna jakost polja (dB(μV/m))	47	53	62	67
Dobitak antene (dB)	3,5	7,5	10	12
Faktor pretvorbe dipola (1) i neprilagođenje (dB)	2	13	20.5	25
Gubici u kabelu (dB)	1	1,5	3	4,5

(1) 20 log 2π/λ

6.6. Analiza i optimizacija analogne TV mreže u RH

U Hrvatskoj sa na nacionalnoj razini za radiodifuziju televizijskih programa trenutno rabe četiri mreže: tri mreže za radiodifuziju televizijskih programa državne televizije (Hrvatska radiotelevizija, oznake koncesije: HRT1, HRT2, HRT 3) i jedna mreža za radiodifuziju televizijskog programa privatnog koncesionara NOVA TV, d.d. (oznaka koncesije: DR-1), Tablica 6.10. U vrijeme izrade ove studije koncesija za obavljenje djelatnosti televizije na državnoj razni odlukom Vijeća za radio i televiziju na sjednici koja je održana 16. rujna 2003. dodijeljena je tvrtki HRTL d.o.o., međutim koncesijski ugovor s tvrtkom HRTL još nije sklopljen. Sklapanjem koncesijskog ugovora s tvrtkom HRTL treća mreža Hrvatske radiotelevizije prestat će sa svojim radom, a dio televizijskih kanala koje je ona rabila započet će rabiti HRTL (oznaka koncesije: DR-2). Za koncesiju DR-2 predviđena je osnovna mreža koja se sastoji od 48 odašiljača snage veće ili jednake 1000W te dopunska mreža koja uključuje odašiljače snage manje od 1000W.

Tablica 6.10. Pregled radiodifuzijskih mreža za obavljanje djelatnosti televizije na državnoj razini

Naziv i sjedište koncesionara

Naziv mreže (oznaka koncesije)

Hrvatska radiotelevizija Prisavlje 3, 10 000 Zagreb

Hrvatska radiotelevizija, 1. program (HRT1)

Hrvatski radiotelevizija, 2. program (HRT2) Hrvatski radiotelevizija, 3. program (HRT3)

NOVA TV d.d.

Oporovečka 12, 10000 Zagreb

NOVA TV (DR-1)

Analiza stanja sustava za radiodifuziju analognih televizijskih programa u Hrvatskoj, koja će biti prikazana u ovom poglavlju temelji se na podacima iz Frekvencijskog plana za televiziju koji su dostupni od strane Hrvatskog zavoda za telekomunikacije (xxx.xxxxxxx.xx). U Prilogu A nalazi se Frekvencijski plan za televiziju za radiodifuzijske TV mreže na nacionalnoj razini. U Prilogu B nalazi se popis 48 odašiljača predviđenih za rad u DR-2 mreži za obavljanje djelatnosti televizije na državnoj razini.

U skladu s frekvencijskim planom ukupan broj odašiljača u četiri radiodifuzijske TV mreže koje trenutno rade na nacionalnoj razini iznosi 879. Od toga broja 606 (68.94%) odašiljača radi (O, Operating), dok 273 (31.06%) odašiljača nisu u funkciji (N, Not operating). Raspodjela broja odašiljača po pojedinoj radiodifuzijskoj mreži prikazana je u Tablici 6.11.

Tablica 6.11. Raspodjela broja odašiljača po radiodifuzijskim mrežama na nacionalnoj razini

Oznaka koncesije	Radi ?	Broj odašiljača
HRT1	N	89
	O	198
	Ukupno	287
HRT2	N	94
	O	205
	Ukupno	299
HRT3	N	62
	O	184
	Ukupno	246
DR-1	N	28
	O	19
	Ukupno	47
Ukupno odašiljača		879

Tablica 6.12. Raspodjela broja odašiljača i snaga odašiljača u pojedinoj mreži na nacionalnoj razini na odašiljače snage manje 1000 W (NE) i odašiljače snage jednake ili veće

od 1000 W (DA), uz podjelu na odašiljače koji rade (O) i koji ne rade (N)

Oznaka koncesije	Snaga ≥1000W	Radi ?	Broj odašiljača	Snaga[W]
HRT1	DA	N	4	211.526,23
	DA	O	47	1.683.618,71
	Ukupno		51	1.895.144,94
	NE	N	85	3.672,09
	NE	O	151	19.945,52
	Ukupno		236	23.617,61
HRT2	DA	N	2	302.995,17
	DA	O	54	8.671.701,57
	Ukupno		56	8.974.696,74
	NE	N	92	4.406,46
	NE	O	151	21.334,22
	Ukupno		243	25.740,68
HRT3	DA	N	3	502.521,40
	DA	O	52	8.761.469,48
	Ukupno		55	9.263.990,88
	NE	N	59	3.402,19
	NE	O	132	19.653,65
	Ukupno		191	23.055,84
DR-1	DA	N	10	278.154,34
	DA	O	17	2.179.190,47
	Ukupno		27	2.457.344,81
	NE	N	18	3.113,33
	NE	O	2	498,11
	Ukupno		20	3.611,44

Tablica 6.12. prikazuje raspodjelu broja odašiljača i snaga odašiljača u pojedinoj mreži na nacionalnoj razini na odašiljače snage manje 1000 W i odašiljače snage jednake ili veće od 1000 W, uz podjelu na odašiljače koji rade (O) i koji ne rade (N). Broj odašiljača snage manje od 1000W iznosi 690 tj. 78,5% u odnosu na ukupan broj odašiljača (879), međutim ti odašiljači imaju zanemarivu snagu u odnosu na odašiljače snage jednake ili veće 1000W. 189 odašiljača, koji pripadaju u skupinu odašiljača čija snaga je jednaka ili veća od 1000W, sudjeluju u ukupnoj snazi po frekvencijskom planu s 99.66%, dok preostalih 690 odašiljača sudjeluju u ukupnoj snazi s 0.34%. Odašiljači snage manje od 1000W sudjeluju s 1.23% u ukupnoj snazi dodijeljenoj mreži HRT1, 0.28% u ukupnoj snazi dodijeljenoj mreži HRT2, 0.25% u ukupnoj snazi dodijeljenoj mreži HRT3 i 0.15% u ukupnoj snazi dodijeljenoj mreži DR-1.

U postupku uvođenja digitalne televizije Hrvatska treba definirati vlastitu strategiju uvođenja digitalne televizije te pristupiti izradi hrvatskog digitalnog plana. U tu svrhu treba provesti optimizaciju frekvencijskog spektra koji sada rabi analogna televizija, jer novih kanala za DVB-T nema. Dugoročni ciljevi u tom postupku bili bi provođenje međunarodne koordinacije radijskih postaja iz hrvatskog digitalnog plana te ulazak hrvatskog digitalnog plana u regionalni plan koji će biti utvrđen na Regionalnoj radiokomunikacijskoj konferenciji 2004/2005. godine (RRC-04/05, Regional Radiocommunication Conference). Na toj konferenciji provest će se revizija Plana Stockholm 1961., kako bi se osigurala djelotvorna uporaba radiofrekvencijskog spektra kroz uvođenje digitalne televizije i radija te izrada novog, digitalnog, Plana za Europu, Afriku i dio Azije u postojećem frekvencijskom području analogne televizije. Područja pokrivanja odašiljača proračunata su na osnovi ITU metoda uz uporabu digitalnog modela terena (ITU-R preporuka P.370-6 i difrakcija).

U ovom poglavlju biti će prikazani rezultati analize analogne TV mreže za radiodifuziju prvog i drugog programa Hrvatske radiotelevizije. Kako će treći program Hrvatske radiotelevizije uskoro prestati s radom, analiza za njega nije načinjena.. U postupku analize pokušat će se utvrditi koji odašiljači, koji trenutno rade u mrežama za radiodifuziju prvog i drugog programa Hrvatske radiotelevizije, mogu biti izdvojeni iz navedenih mreža, a da to nema bitne posljedice na smanjenje pokrivanja TV signalom odgovarajućeg programa. To se može načiniti jer u određenim područjima Hrvatske postoji višestruko pokrivanje tj. pokrivanje istog područja TV signalom određenog programa s različitih odašiljačkih lokacija. Kanali na kojima rade ti odašiljači mogli bi se rabiti u postupku uvođenja digitalne televizije.

Područja pokrivanja odašiljača proračunata su na temelju postupaka koji su predloženi od strane ITU-R uz uporabu digitalnog modela terena. Analiza je rađena na 50 m rasteru modela terena uz uporabu ITU-R preporuke P.1546: Method for point-to-area predictions for terrestrial services in the frequency range 30 MHz to 3 000 MHz i ITU-R preporuke P.370-6: VHF and UHF propagation curves for the frequency range from 30 MHz to 1000 MHz. Područja pokrivanja svakog odašiljača prikazana su u dvije boje s vrijednostima elektromagnetskog polja >75dB(μV/m) i >70dB(μV/m). U proračunu su korišteni parametri odašiljača navedeni u Frekvencijskom planu za televiziju. Pokrivanje je prikazano za odašiljače snage jednake ili veće od 1000W. Uključivanjem odašiljača snage manje od 1000W mogla bi se načiniti točnija analiza te točnije odrediti broj odašiljača koji se mogu izdvojiti iz pojedine mreže. U postupku donošenja konačne odluke o izdvajanju pojedinog odašiljača iz mreže trebalo bi provesti mjerenja elektromagnetskog polja na terenu kako bi se utvrdilo stvarno stanje pokrivanja s uključenim određenim odašiljačem i nakon njegova isključivanja.

Analiza načinjena za HRT 1 pokazuje da bi se iz HRT1 mreže mogli izuzeti odašiljači Bučje, Mandićevac, Kalnik, Kupjački Vrh i Pelješac1. Slika 6.3.(a) prikazuje područja pokrivanja odašiljača Psunj, Virovitica, Rajić, Koprivnica, Ðurđevac, Zlatorovac, Županja, Mandićevac, Bučje, Slavonski Brod, Papuk, Drenovci, Borinci i Belje, a Slika 6.3.(b) istu skupinu odašiljača iz koje su izuzeti odašiljači Bučje i Mandićevac. Slike 6.3.-6.8. nalaze se u Prilogu C. Isključivanjem ta dva odašiljača pokrivanje programom HRT1 ostaje približno jednako jer se područja pokrivanja tih odašiljača preklapaju s područjima pokrivanja njima susjednih odašiljača. Slika 6.4.(a) prikazuje područja pokrivanja odašiljača Boflan, Zagreb TV Dom, Virovitica, Unčani, Sveta Nedjelja, Xxxxx Xxxx, Sljeme, Xxxxx, Moslavačka Gora, Koprivnica, Kalnik, Ivančica, Ðurđevac, Psunj, dok Slika 6.4.(b) prikazuje područja pokrivanje iste skupine odašiljača iz koje je isključen odašiljač Kalnik. Slika 6.5(a) prikazuje područja pokrivanja odašiljača Vis, Sveti Ilija, Zadvarje, Vrgorac, Ugljan, Srđ, Promina, Pelješac 1, Murter, Lastovo, Labištica, Ćelavac, Biokovo i Brač, a Slika 6.5(b) prikazuje područja pokrivanje iste skupine odašiljača iz koje je isključen odašiljač Pelješac1.

Analiza načinjena za HRT 2 pokazuje da bi se iz HRT2 mreže mogli izuzeti odašiljači Papuk, Kalnik, Kupjački Vrh i Pelješac1. Slika 6.6.(a) prikazuje područja pokrivanja odašiljača Psunj, Virovitica, Rajić, Sljeme, Zlatorovac, Županja, Mandićevac, Velec, Unčani, Bučje, Slavonski Brod, Papuk, Drenovci, Kalnik, Borinci i Belje, a Slika 6.6.(b) istu skupinu odašiljača iz koje je izuzet odašiljač Papuk. Iskučivanjem tog odašiljača pokrivanje programom HRT2 ostaje približno jednako jer se područja pokrivanja tog odašiljača preklapaju s područjima pokrivanja njemu susjednih odašiljača. Slika 6.7.(a) prikazuje područja pokrivanja odašiljača Sljeme, Moslavačka Gora, Kalnik, Ivanšćica i Psunj, dok Slika 6.7.(b) prikazuje područja pokrivanja iste skupine odašiljača iz koje je isključen odašiljač Kalnik. Slika 6.8(a) prikazuje područja pokrivanja odašiljača Učka, Velebitska Plješivica, Sljeme, Razomir, Hrvatska Plješivica, Pag, Mirkovica, Mali Lošinj i Kupjački Vrh, a Slika 6.8(b) prikazuje područja pokrivanje iste skupine odašiljača iz koje je isključen odašiljač Kupjački Vrh.

U ovoj analizi pokrivanje je prikazano za odašiljače snage jednake ili veće od 1000W. Uključivanjem odašiljača snage manje od 1000W mogla bi se načiniti točnija analiza te povećati broj odašiljača koji bi se mogli izdvojiti iz pojedinih radiodifuzijskih mreža. Na taj način oslobođeni televizijski kanali mogli bi stvoriti temelj za uvođenje buduće DVB-T radiodifuzijske mreže.

7.

Moguće metode planiranja digitalne TV mreže

U pripremi je revizija postignutog Sporazuma iz Stockholma 1961. godine (ST61) i Sporazuma iz Geneve 1989. godine (GE89) koji su se odnosili na planiranje frekvencijskog područja analognog televizijskog radiodifuznog odašiljanja i to u UHF frekvencijskom opsegu od 174 do 230 MHz i VHF frekvencijskom opsegu od 470 do 862 MHz. U taj frekvencijski Plan bila je uključena Europa, dio Azije i Afrike.

1997. godine Plan Chester propisuje tehničke kriterije i postupke koordinacije za digitalno radiodifuzno odašiljanje televizijskog signala DVB-T (Terrestial Digital Video Broadcasting) u istim frekvencijskim opsezima kao i za analognu radiodifuziju TV signala, te proceduru pri transformiranju analogne radijske postaje u digitalnu postaju.

ITU-R Grupa 6/8 dobila je zadatak da priredi rješenje do 2004. godine odnosno 2005. godine (RRC 04/05, Regional Radiocommunication Conference) da se u istim frekvencijskim opsezima koje koristi analogna radiodifuzija TV programa predvidi metoda ili metode prikladne za planiranje digitalnog televizijskog radiodifuznog odašiljanja.

Zapravo taj zadatak odnosno taj Plan unaprijed ograničava mogućnost planiranja digitalno televizijskog radiodifuznog odašiljanja, jer će biti još teže ispuniti dodatne zahtjeve za prijenos i drugih usluga (OS).

Do sada je bila obaveza za Hrvatsku da Hrvatski zavod za telekomunikacije pri planiranju frekvencija za Republiku Hrvatsku vrši koordinaciju sa susjednim zemljama za svaku novu slobodnu frekvenciju i koju nakon izvršene koordinacije treba nakon postizanja suglasnosti izvršiti prijavu u Plan Stockholm 1961 godine.

Krajnji cilj takve prijave novih radijskih postaja je njihovo uvrštenje u ITU "Master Register", gdje dobivaju potpunu zaštitu.

Na konferenciji RRC-04/05 provesti će se revizija Plana Stockholm 1961, kako bi se osigurala efikasna usporedba frekvencijskog spektra, kroz uvođenje digitalnog televizijskog i radijskog odašiljanja.

• izraditi će se novi digitalni plan za Europu, Afriku i dio Azije u frekvencijskom području 174 MHz do 230 MHz i od 470 MHz do 862 MHz postojeće analogne televizije.

• definirat će se period prelaska na digitalnu radiodifuznu tehnologiju "all digital future".

• odredit će se rok za gašenje analognih radijskih postaja .

Pri tome se mora voditi računa da sve postojeće ili planirane analogne radijske postaje moraju biti zaštićene od novih digitalnih zahtjeva u budućnosti .

Za sve postavljene uvjete svaka administracija ima pravo odlučivanja za sebe i to naročito kada novi digitalni TV odašiljači budu uključeni u rad.

Posebno nema potrebe za bilo kakve sporazume u budućnosti sa susjednim zemljama i administracijama obzirom da datum puštanja u pogon digitalnih odašiljača ovisi o svakoj zemlji samostalno.

Međutim ono što je naročito važno potrebno je provesti međunarodnu koordinaciju koordinaciju frekvencija radijskih postaja iz hrvatskog digitalnog plana.

7.1. Ograničenja pri planiranju digitalnih radiodifuznih veza

Postoji mogućnost planiranja digitalnih radiodifuznih veza uz izvjesna ograničenja pri uvođenju odašiljačih sustava i mreža.

Tako se može pri uvođenju digitalnog televizijskog radiodifuznog odašiljanja imati sljedeća ograničenja:

• najveća ograničenja,

• manja ograničenja,

• mala ograničenja,

• bez ograničenja.

a što će biti detaljnije prodiskutirano.

7.1.1. Način planiranja s najvećim ograničenjem

U ovom slučaju potrebno je da se sva postojeća ili planirana analogna mreža mora zaštititi od novih digitalnih zahtjeva za budući zajednički rad.

To znači da analogni odašiljači mogu nastaviti svoje korištenje bez bilo kakvih promjena u pogledu površine pokrivanja. O tome mora odlučiti svaka administracija sama i to kada će bilo koje od novih digitalnih uređaja biti pušteni u rad. Ovdje se mora ponovno istaći da u ovom slučaju nema potrebe za sporazume u budućnosti sa susjednim zemljama a što je u vezi sa uvođenjem digitalne tehnologije. U tom slučaju dvije različite metode planiranja se mogu primjeniti pri rješenju.

Prva metoda za planiranja je proširenje postojećeg G analognog plana, koja se ustvari odnosi na latice pokrivanja i koja dozvoljava digitalnim sustavima na kanalima koji imaju točan odnos sa kanalima analognih uređaja. Snaga pokrivanja digitalnih sustava možda bi trebala biti modificirana od slučaja do slučaja kako bi se osigurala od interferencija koje nisu uzrokovane analognim radiodifuznim odašiljanjem.

Druga metoda planiranja je odvojeni plan za digitalnu mrežu. To zahtjeva provedbu jedne analize koja bi dala informaciju za budućnost tog procesa.

Ova analiza i sinteza analogne i digitalne mreže osigurat će jedan plan koji će biti prihvatljiv za sve administracije i kao podloga za buduće koordinacije. To se zapravo odnosi i daje pravo administracijama koje su u dogovoru s planovima ST 61 i GE 89 iz razloga što još uvijek postoje analogni radiodifuzni sustavi.

7.1.2. Način planiranja sa manjim ograničenjima

Prva pretpostavka za ovo rješenje je da svi postojeći ili planirani radiodifuzni sustavi moraju biti zaštićeni od svih novih digitalnih zahtjeva uz to što sami analogni radiodifuzni sustavi budu pretvoreni u digitalne sustave i činiti će dio budućih svih digitalnih planova.

Proces planiranja također mora uzeti u račun potencijalno međusobno djelovanje između digitalnih i analognih radiodifuznih sustava, a što će rezultirati uslijed pretvorbe analognih sustava na druge digitalne sustave.

Ovi uvjeti moraju uzeti u obzir stajališta i koordinaciju sa susjednim zemljama u odnosu na buduću pretvorbu njihovih analognih sustava

Svaka administracija mora odlučiti kada će bilo koji od njenih novih digitalnih sustava započeti sa radom ili kada će bilo koji od njenih analognih sustava biti pretvoreni u digitalne sustave.

Varirajući ove postavke mogu se formirati pravila koja osiguravaju rad digitalnih sustava sa smanjenim nivoom snage radijacije tako dugo dok neki analogni sustavi u susjednoj zemlji ne budu također pretvoreni u digitalne.

Obzirom da ovo rješenje sa manjim ograničenjima uključuje dugi vremenski razmak pretvorbe postojećih sustava u digitalne sustave, a koji će biti odabran odgovarajućim administracijama, konačni rezultat je digitalni plan koji sadrži znatno više ulaza nego koji će biti mogući pri opisanom planiranju. sa najvećim ograničenjima. Ovo rješenje isto tako vrijedi samo za administracije koje potpadaju pod frekvencijske planove ST61 i GE89.

7.1.3. Način planiranja sa malim ograničenjima

U ovom slučaju planiranje se može izvesti za vrijeme procesa koji osigurava zaštitu postojećih ili planiranih analognih sustava. Međutim, pretpostavlja se da će analogni sustavi biti pretvoreni u digitalne sustave i da će tvoriti dio konačnog potpunog ili cjelovitog digitalnog plana. Iz razloga što digitalni plan mora biti kompatibilan sa analognim sustavima biti će potrebno da sporazum zadrži postupak koji će zadovoljiti jednu ispravnu pretvorbu svih digitalnih planova bez prouzročenja neželjenih interferencija samih radiodifuznih odašiljača koji su u radu. U tom slučaju svaka administracija mora odlučiti sama za sebe.

Kada bilo koji od novih digitalnih sustava bude pušten u rad mora biti osigurano da neželjene interferencije nisu prouzročene od bilo kojeg analognog sustava susjednih administracija (država).

Kada će bilo koji od njihovih analognih sustava biti pretvoren u digitalni mora se osigurati da neželjene interferencije nisu prouzročene od bilo kojeg analognog sustava susjednih administracija.

Ako su bilo koje neželjene interferencije prouzročene od analognih sustava u susjednim zemljama biti će potrebno da se postigne dogovor i sporazum između administracija odgovarajućeg datuma.

7.1.4. Način planiranja bez ograničenja

Osnova za ovo rješenje je da nema potrebe zadržati postojeću ili planirane analogne sustave. To znači da nema potrebe da ih se zaštiti i da nema potrebe da ih se pretvori u digitalne sustave.

Kod ove metode planiranja mora se koristiti jedino zaštita od digitalnog radiodifuznog odašiljanja. To se osigurava sa procesom efikasnosti planiranja ali mora predvidjeti ograničenja u odnosu na tipove pokrivanja i usluga koje se moraju planirati iako promjenjivost strukture pokrivanja može reducirati neke od tih ograničenja.

Analize i sinteze metode planiranja moraju osigurati efikasnost upotrebe frekvencijskog spektra dozvoljavajući potpunu slobodu administracijama da odluče tipove pokrivanja i usluga koje one zahtijevaju u bilo kojim uvjetima.

Zbog prednosti u ovoj metodi koja daje veliku efikasnost korištenja spektra možda bi moglo biti od interesa razmatrati prilagođenje ove metode planiranja za ograničene geografske površine gdje se javlja mala ili nikakva upotreba koja dolazi od grupe kanala . Kao jedan primjer može se razmatrati kanali iznad 60 u velikom dijelu Europe.

7.2. Metode pri planiranju DVB-T

Radiodifuzna zemaljska digitalna televizija može se planirati korištenjem dva postupka: assignments i/ili allotments, Slika 7.1. i Slika 7.2.

Slika 7.1. Primjer dodjele frekvencije radijskoj postaji na određenoj lokaciji za zemaljsku digitalnu televiziju (assignments)

Slika 7.2. Primjer dodjele frekvencije radijskoj postaji na određenom geografskom području za zemaljsku digitalnu televiziju (allotments)

Obje metode mogu se koristiti na konferenciji pri priređivanju internacionalnog planiranja. Unutar Europe bilo je odlučeno da se koristi samo metoda assignments planiranja. Te dvije metode razlikuju se u pristupu. Jedna metoda se zasniva na pokrivanju odeđenog područja (teritorija) dok se druga metoda zasniva na pokrivanju određenog broja stanovnika.

7.2.1. Planiranje po metodi dodjele frekvencije radijskoj postaji na određenoj lokaciji (assignements) za zemaljsku digitalnu televiziju

U toj metodi planiranja znatan iznos individualnih postaja koje je potrebno planirati moraju se priredit za razmatranje na konferenciji za planiranje. Propozicije koje donose Stockholm 1952. i Stockholm 1961. su bile dvije konferencije koje su se odnosile na zemaljsku televiziju i Evropski odašiljački centri kao i stručnjaci postigli su veliko iskustvo u assignments planiranju, naročito jer metode planiranja i kriteriji konferencije 1961 su i sada u primjeni u planiranju analogne televizije.

Assignements planiranje za zemaljsku digitalnu televiziju vrlo je prikladno gdje:

• radiodifuzni planer želi koristiti postojeću odašiljačku infrastrukturu na osnovi ekonomskih uvjeta i uvjeta okoline

• se javlja potreba da se frekvencijski spektar dijeli s postojećim analognim televizijskim odašiljanjem u istoj zemlji

• gdje se planira digitalno rješenje po postupku dodjele frekvencije radijskoj postaji na određenoj lokaciji (assignements).

Kako bi se takav tip planiranja kompletirao, lokacije i karakteristike odašiljača u području planiranja su poznati, i odašiljači se mogu pustiti u pogon bez neke daljnje koordinacije.

7.2.2. Planiranje po metodi dodjele frekvencije određenom geografskom području (allotments) za zemaljsku digitalnu televiziju

Ova mogućnost za rješenje planiranju po pitanju dodjele frekvencije određenom geografskom području (allotments) bila je u razmatranju na konferencijama prošlih godina, osobito jer je dala mogućnost koja je ponuđena s SFNs (Single Frequency Networks). Planiranje po principu allotments za SFN vjerojatno se je primjenjivala gdje je frekvencijski spektar na raspolaganju i gdje se može naći pogodno rješenje za velika područja za određenu zemlju.

Ovaj tip planiranja također je prilagodljiv za MFN (Multiple Frequency Network) planiranje gdje dotična zemlja ne planira korištenje određenih odašiljača i želi da zadrži neke fleksibilnosti za budućnost.

U planiranju dodjele frekvencije određenom geografskom području kanal se daje jednoj administraciji da osigura pokrivanje cijele ili djelomične svoje teritorije ali kako nisu usuglašene definicije riječi kao što su "Nacionalna" ili "Regionalna", potrebna je velika pažnja u toj primjeni. U tom tipu planiranja u pravilu ništa nije poznato o stvarnoj lokaciji televizijskog odašiljača niti specifične odašiljačke karakteristike koje se moraju koristiti. Jedini parametar koji je na raspolaganju je određena površina koja se mora pokriti i kanal koji se mora koristiti. Tako da bi se proveo ovaj tip planiranja potrebno je definirati razložne i realne karakteristike uvjeta odašiljanja tako da se bilo koja potrebna kompatibilnost može izvršiti.

7.2.3. Planiranje koje podliježe koordinaciji

Provođenje koordinacije je isto i za allotments i za assignements postupak planiranja.

Koordinacija se provodi na osnovi:

• kompatibilnosti s postojećim analognim televizijskim sustavima

• kompatibilnost s drugim sustavima

• zajednička zaštita digitalne televizije ili po principu allotments-a ili na principu assignements-a.

Digitalno zemaljsko radiodifuzno planiranje u Europi u skoroj budućnosti osnivati će se na kombinaciji assignements i allotments planiranja.

Moraju se zadovoljiti pri planiranju slijedeći kriteriji:

• zaštitni odnosi,

• postotak vremena u kojem se zahtjeva zaštita,

• postotak lokacija za koje se zaštita zahtjeva,

• nivoi signala i vrijednost odnosa C/N.

Područje odnosa C/N podliježe razmatranju za razne digitalne sisteme i njihove varijante. Planiranje uvođenja DVB-T u Europi voditi će računa o potrebnim vrijednostima C/N.

Zemaljska radiodifuzna digitalna televizija biti će smještena u isti frekvencijski opseg sa analognom televizijom. Izračunavanje kompatibilnosti je potrebno pri izradi studija planiranja, a koja zahtjeva da se u memoriju podataka uključe:

• analogne odašiljačke postaje

• digitalne odašiljačke postaje predviđene na temelju assignements planiranja

• u planu allotments treba naznačiti koja površina se mora pokriti

• detalji drugih postaja

7.2.4. Parametri zaštite analognih televizijskih postaja

Potrebno je osigurati da postojeći planirani analogni televizijski sustavi moraju biti zaštićeni. Taj postupak je potrebno provesti u oba slučaja planiranja assignements i allotments za digitalnu televiziju.

U oba slučaja prije nego se izabere kanal za digitalnu postaju potrebno je ustanoviti veličinu površine koja se želi pokriti za svaku koordiniranu analognu postaju. To se može učiniti procesom izračunavanja ili putem određenih graničnim mjernih točaka u specijalnom slučaju. Npr. u slučaju da izračunana površina koja se želi pokriti presjeca nacionalne granice ili u brdovitom terenu gdje uvjeti propagacije temeljeni na preporuci 370 se ne mogu očekivati da daju točan rezultat.

7.3. Definicije mjernih točaka

Potrebne su dvije kategorije mjernih točaka. jedna kategorija predstavlja površinu pokrivanja za danu postaju ili SFN, dok druga predstavlja granice zemlje. Sve mjerne točke su definirane geografskim uvjetima.

Mjerne točke koje predstavljaju površinu pokrivanja normalno će se nalaziti unutar kontura područja opisanim mjernim točkama, međutim u posebnim slučajevima odašiljač može biti lociran izvan tih površina.

Za male postaje kod kojih postaja pokriva površinu manju od 5 km, jedna mjerna točka smještena na strani odašiljača biti će dovoljna. Međutim 36 mjernih točaka može se definirati ako je potrebno. Ako je dana samo jedna točka mjerenja ne pretpostavlja se usmjerenost prijemne antene.

Za postaje koje pokrivaju površinu čija širina je 5 km ili više 36 mjernih točaka se koristi. Te ispitne točke mogu se smjestiti radijalno u razmacima od 10 stupnjeva.

Ako konture površine koja se pokriva presjecaju državnu granicu, mjerne točke u toj površini su smještene na mjestima presjecišta između radijalnog i graničnog presjecanja, dok se druge točke dogovaraju sa susjednim administracijama.

Maksimum od 499 mjernih točaka može koristiti se i smještaju se na granicu države.

Lokacija mjernih točaka na granici mora se usuglasiti sa državama koje dijele tu granicu i mogu se uzeti kao granične mjerne točke za sve države.

7.3.1. Izračun položaja mjernih točaka koje predstavljaju određenu pokrivenu površinu

Potrebno je promatrati dva parametra pri izračunavanju površine koju je potrebno pokriti s televizijskom postajom i danim kanalom:

• određeni parametri za svaku individalnu odašiljačku potaju (koordinate, visina antena izračena snaga, itd.) koje se koriste za izračunavanje željenog signala

• parametri sustava kao što su zaštitni odnosi, koji se izračunavaju za svaku pojedinu jakost polja.

Ta proračunavanja moraju uzeti u obzir:

• utjecaj interferencije od analognih televizijskih sustava

• utjecaj interferencije od digitalnih televizijskih sustava.

Proračun se provodi na slijedeći način:

En = E +PR+C+A

gdje su:

E - jakost polja neželjenog signala PR - odgovarajući zaštitni omjer

C - propagacijski korekcijski faktor A - parametri prijemne antene

Sve veličine izražavaju se u dB ili dB (μV/m).

Isto tako je potrebno za mjerne točke koje predstavljaju pokrivenu površinu provesti izračun šuma koji ograničava površinu koja se pokriva, signale koji prouzrokuju interferenciju, izračunavanje mjernih točaka koje su ograničene interferencijom.

7.3.2. Metode planiranja za digitalne sustave na principu dodjele frekvencije određenoj postaji na određenoj lokaciji (assignments)

U ovom slučaju mora se naći potencijalno raspoloživi kanali za individualne digitalne televizijske odašiljače u slučaju MFN planiranja. Osnovna ideja je da se odredi iznos snage koji može biti izračen u svakom kanalu bez da prouzroči interferenciju (što znači u prethodnom slučaju 0,3 dB) postojećih analognih sustava ili jedno ekvivalentno povećavanje za digitalne sustave. Kanal ili kanali koji moraju biti korišteni moraju se izabrati isto postupkom koordinacije između digitalnih televizijskih odašiljača koji mogu koristiti isti kanal.

U slučaju identificiranja kanala i karakteristika postaja za grupu digitalnih uređaja koji rade u minimalnom području SFN. Osnovni koncept ostaje za slučajeve koji su do sada opisani međutim stvarno planiranje je mnogo kompleksnije. Naravno karakteristike postaja koje su određene i dogovorene u ko-ordinaciji mogu se koristiti kao baze za uvođenje minimalnog rada SFN, koji je osiguran da kasnije ne prouzroči veće interferencije. Potrebno je za dane odašiljače postaviti karakteristike za digitalne televizijske postaje:

• kanali,

• polarizacija,

• efektivna visina odašiljačke antene iznad geografskog terena,

• maksimalni iznos ERP-a,

• horizontalna putanja zračenja.

Pri uspostavljanju veličine površine koja se pokriva digitalnom televizijom pri planiranju mora se uzet u obzir:

• interferencija od analognih stanica u odnosu na potencijalne digitalne stanice

• interferencija od drugih digitalnih sustava

• interferencija od drugih usluga

Od institucije CEPT propisani su parametri analognih i digitalnih televizijskih odašiljača koji se nalaze u bazi podataka.

8.

Utjecaj digitalnih TV kanala na analogni TV kanal

8.1. Uvod

U većini europskih zemalja mreže za zemaljsku radiodifuziju analognih televizijskih signala su visoko razvijene i omogućavaju distribuciju 3-4 televizijska programa na nacionalnoj razini (gdje je pokrivenost barem 98% od ukupnog broja stanovnika), te 2-3 lokalna ili regionalna programa, obično u gusto naseljenim područjima. U Europi je danas u uporabi više od 58 000 analognih TV odašiljača, a broj televizijskih prijamnika je veći od 300 milijuna. Te činjenice treba uzeti u obzir pri planiranju uvođenja digitalne televizije.

U većini europskih zemalja scenariji za uvođenje digitalne televizije dijele se u tri skupine: kratkoročni scenariji, dugoročni scenariji i scenariji za prijelaznu fazu između kratkoročnih i dugoročnih rješenja.

Kratkoročni scenariji se odnose na idućih nekoliko godina. U toj fazi distribucija digitalnih televizijskih signala predviđena je u frekvencijskim područjima VHF III i UHF, na kanalima koji su ostali neiskorišteni za analognu televiziju, tako da će se digitalni televizijski signali prenositi zajedno s postojećim analognim televizijskim signalima, a rabit će se iste odašiljačke lokacije. U toj fazi potrebno je osigurati uklapanje digitalne televizije u postojeću strukturu kanala te zaštitu analognih televizijskih signala od utjecaja digitalnih televizijskih signala.

Dugoročni scenariji odnose se na konačnu implementaciju digitalne televizije. U toj fazi predviđeno je postepeno isključivanje analognih odašiljača i potpuna zamjena analogne televizije digitalnom. U ovoj fazi je moguće kanale koje prestane rabiti analogna televizija iskoristiti za povećanje pokrivenosti digitalnim signalima. Kratkoročni i dugoročni scenariji se razlikuju u svojim ciljevima tako da je uloga scenarija za prijelaznu fazu omogućiti povezivanje ove dvije skupine scenarija. Sadašnje analize pokazuju da će u ukupno trajanje perioda od početka uvođenja digitalne televizije do potpune zamjene analogne televizije

digitalnom biti između 10 i 20 godina, ovisno o situaciji u svakoj pojedinoj zemlji. To znači da će u dugom vremenskom periodu koegzistirati analogna i digitalna televizija, tako da je analiza utjecaja digitalnog televizijskog kanala na analogni od velikog značaja za provođenje scenarija uvođenja digitalne televizije na način koji neće degradirati uslugu analogne televizije. Upravo će utjecaj digitalnih televizijskih signala na analogne biti razmatran detaljnije u ovom poglavlju.

8.2. Zaštita postojećih analognih TV kanala

Puštanjem u rad bilo kojeg odašiljača, bilo analognog bilo digitalnog, dolazi do porasta interferencije za postojeće televizijske signale i smanjenja područja pokrivanja. Stoga kod određivanja snage novih digitalnih odašiljača, treba razmotriti da li je porast interferencije za postojeće analogne TV signale prihvatljiv ili neprihvatljiv i za koji postotak vremena. Potreba za zaštitom postojećih analognih TV kanala od utjecaja digitalnog kanala vodi ograničenju efektivne izračene snage odašiljača digitalnog televizijskog signala, a kao posljedica dolazi do ograničenja područja pokrivanja digitalnim TV signalom.

Zaštita postojećih analognih televizijskih kanala od utjecaja digitalnih televizijskih kanala kontrolirana je preko tri temeljna parametra:

• zaštitni omjeri koji određuju dopuštene razine izobličenja analognog signala zbog interferencije s digitalnim signalom. Dopuštene razine izobličenja za digitalni TV signal određene su ocjenom 3 ITU-R BT.500 ljestvice za ocjenu izobličenja slike u slučaju troposferske interferencije i ocjenom 4 ITU-R BT.500 ljestvice za ocjenu izobličenja slike u slučaju kontinuirane interferencije. Razina interferencije se mjeri preko potrebnog povećanja jakosti polja za održavanje propisane kvalitete slike, tako da npr. porast u jakosti polja od 3 dB znači da je došlo do porasta izobličenja koje bi izazvalo smanjenje od približno pola ocjene na ITU-R BT.500 ljestvici za ocjenu izobličenja slike;

• postotak vremena tijekom kojeg vrijedi zaštita analognog kanala od utjecaja digitalnog kanala (obično se zahtijeva 99% vremena);

• postotak lokacija na kojima je prijam analognog signala zaštićen od utjecaja digitalnog signala (obično se zahtijeva 50% lokacija na rubu područja pokrivanja analognog signala).

Promjenom navedenih parametara može se odrediti stupanj zaštite analognih TV kanala od utjecaja digitalnih TV kanala. U kratkoročnim scenarijima za uvođenje digitalne televizije, predviđa se potpuna zaštita analognih TV kanala od utjecaja digitalnih TV kanala, dok u scenarijima za prijelaznu fazu prema potpunom uvođenju digitalne televizije, stupanj zaštite analognih kanala treba postepeno smanjivati, kako bi se omogućio porast pokrivenosti digitalnim televizijskim signalom, koji se iskazuje u postotku stanovništva koje ima zadovoljavajući prijam digitalnog televizijskog signala. Međutim, studije provedene u Francuskoj od strane TDF, pokazuju da se dopuštanjem porasta interferencije za analogne televizijske signale mogu postići relativno mala poboljšanja u pokrivenosti digitalnim signalom. Npr. porastom interferencije od 1 do 3 dB porast pokrivenosti digitalnim televizijskim signalom porastao je za horizontalnu polarizaciju s 63% na 66%, a za vertikalnu s 53% na 58%. Smanjenje zaštitnih omjera za više od 3 dB značilo bi snižavanje kvalitete slike za više od pola ocjene, tako da bi kvaliteta slike analognog televizijskog signala bila neprihvatljivo niska. Stoga je za prijelaznu fazu bolje rješenje smanjenje broja analognih odašiljača za koje se predviđa zaštita od utjecaja digitalnih TV signala. Mogućnosti

implementacije digitalne televizije značajno ovise o skupu analognih odašiljača za koje se predviđa zaštita od utjecaja digitalnih TV signala. Npr. u Francuskoj je utvrđen skup od 1173 analogna odašiljača. U taj skup su razvrstani odašiljači s visokim izračenim snagama, na visokim lokacijama, od kojih svaki u području pokrivanja imaju više od 30 000 stanovnika. Provedena je analiza koja je trebala utvrditi mogućnost uvođenja digitalne televizije ako se provodi zaštita svih analognih odašiljača od utjecaja digitalnih TV signala ili ako se provodi zaštita odabranog skupa od 1173 analogna odašiljača. Studija se temeljila na fiksnom prijamu s antenom na krovu i omjerom C/N za digitalni TV signal od 14 dB. Ukoliko se predviđa zaštita za sve analogne odašiljače moguće je uvesti jednu digitalnu mrežu koja će imati pokrivanje od 15% stanovništva. Ukoliko se predviđa zaštita za odabrani skup od 1173 odašiljača moguće je uvesti četiri digitalne mreže s pokrivanjem 60%-70% stanovništva. Iz navedenog je vidljivo da je u prijelaznoj fazi potrebno reducirati broj analognih odašiljača za koje se predviđa zaštita.

8.3. Radiofrekvencijski zaštitni omjeri za nositelj slike analognog TV kanala koji je pod utjecajem interferencije s digitalnim TV kanalom

Radiofrekvencijski zaštitni omjeri koji se trebaju rabiti u planiranju zemaljskih radiodifuzijskih sustava za prijenos digitalnih TV signala definirani su u preporuci ITU-R BT.1368: Kriteriji planiranja za usluge digitalne zemaljske televizije u područjima VHF/UHF (Planning Criteria for Digital Terrestrial Television Services in the VHF/UHF Bands).

Ova preporuka propisuje:

• zaštitne omjere za slučaj kada je željeni signal digitalni TV signal;

• zaštitne omjere za slučaj kada je željeni signal analogni TV signal, a smetajući signal digitalni TV signal;

• zaštitne omjere za slučaj kada je željeni signal tonski signal analognog TV signala, a smetajući signal digitalni TV signal;

• minimalne jakosti polja u zemaljskim digitalnim televizijskim sustavima;

• dodatne faktore u planiranju zemaljskih digitalnih televizijskih sustava;

• postupke za subjektivnu usporedbu koji se rabe u ispitivanju zaštitnih omjera za slučaj kada je željeni signal analogni TV signal;

• zaštitne omjere za slučaj kada je željeni signal digitalni radiodifuzijski audiosignal, a smetajući signal digitalni TV signal.

Mjerenja zaštitnih omjera za slučaj kada je željeni signal analogni TV signal, provode se subjektivnim ispitivanjima pri čemu je referentni smetajući signal sinusni signal. Vrijednosti zaštitnih omjera koje se navode u preporuci ITU-R BT.1368 odnose se na interferenciju s jednim izvorom smetajućeg signala. Pored toga, osim ako je drukčije navedeno, vrijednosti se odnose na troposfersku interferenciju, T , i odgovaraju uvjetima tek zamjetljivog ili malo smetajućeg izobličenja. Takva izobličenja su prihvatljiva samo ako se interferencija pojavljuje u malom postotku vremena, koje nije točno propisano ali se obično pretpostavlja između 1% i 10%. Ukoliko se radi o smetajućem signalu koji se pojavljuje u većem postotku vremena (do 50%), potrebno je rabiti viši stupanj zaštite i zaštitne omjere koji vrijede za kontinuiranu interferenciju C. Ukoliko se radi o smetnji koja postoji neprestano (100% vremena) govori se

o stalnoj interferenciji (steady interference). U tom slučaju potrebno je rabiti još više zaštitne omjere nego u slučaju kontinuirane interferencije, a koji trebaju osigurati ocjenu 4.5 ITU-R BT.500 ljestvice za ocjenu izobličenja slike. Vrijednosti zaštitnih omjera za stalnu interferenciju nisu još konačno utvrđene u preporuci ITU-R BT.1368.

Vrlo jaki željeni ulazni signali mogu zahtijevati veće zaštitne omjere zbog pojave nelinearnih efekata u prijamniku. Za 625-linijske sustave razine referentnih izobličenja su one koje odgovaraju istokanalnim zaštitnim omjerima od 30 dB za troposfersku interferenciju i 40 dB za kontinuiranu interferenciju uz frekvencijski pomak između nositelja slike približno 2/3 horizontalne frekvencije, kako je navedeno u preporuci ITU-R BT.655. Ovi uvjeti odgovaraju ocjenama izobličenja slike 3 (malo smetajuće) za troposfersku interferenciju i 4 (tek zamjetljivo ali ne smetajuće) za kontinuiranu interferenciju.

8.3.1. Postupak za subjektivnu usporedbu koji se rabi u mjerenju zaštitnih omjera za slučaj kada je željeni signal analogni TV signal

Mjerenja zaštitnih omjera za slučaj kada je željeni signal analogni TV signal, provode se postupkom subjektivne usporedbe (SCM, Subjective Comparison Method) pri čemu je referentni smetajući signal sinusni signal. Mjerenja se provode sa samo jednom ispitnom slikom, a u ispitivanju kvalitete slike sudjeluje samo nekoliko promatrača (3-5 stručnjaka ili nestručnjaka). Za mjerenje zaštitnih omjera rabe se tri vrste izobličenja koja trebaju dati ocjenu izobličenja slike 3 (malo smetajuće) za troposfersku interferenciju, ocjenu izobličenja slike 4 (tek zamjetljivo ali ne smetajuće) za kontinuiranu interferenciju i ocjenu izobličenja slike 4.5 (na granici zamjetljivosti) za stalnu interferenciju, Tablica 8.1.

Ispitivanja su pokazala da za slučaj kada je smetajući signal digitalni televizijski signal, uporaba šuma kao smetajućeg signala može poboljšati odluku o ocjeni koju promatrač treba donijeti. Uporaba šuma kao smetajućeg signala pokazuje jednake rezultate kao uporaba sinusnog signala. Nedostatak uporabe šuma kao smetajućeg signala je složeniji postupak mjerenja koji treba primijeniti.

Tablica 8.1. Parametri postupka za subjektivnu usporedbu

Mjerni parametri	Ocjena 3	Ocjena 4	Ocjena 4.5*
Vrsta interferencije	Troposferska	Kontinuirana	Stalna
Vremenska raspoloživost	1% do 5% vremena	50% vremena	100% vremena
Subjektivna ocjena izobličenja	Malo smetajuće	zamjetljivo ali ne smetajuće	na granici zamjetljivosti
Smetajući signal	60 mVp-p	20 mVp-p	14 mVp-p
RF zaštitni omjer	30 dB	40 dB	43 dB

* Zaštitni omjer za stalnu interferenciju nije još definiran

Slika 8.1. prikazuje način provođenja postupka subjektivne usporedbe gdje se kao smetajući signal rabi sinusni signal. Put željenog signala uključuje izvor željenog videosignala, televizijski odašiljač i TV prijamnik. Referentni smetajući signal je sinusni signal čija amplituda se može mijenjati u ovisnosti o vrsti interferencije koja se ispituje. RF

smetajući signal se dodaje u put željenog signala. Amplituda i frekvencija smetajućeg signala se proračunavaju kao što je prikazano za RF referentni smetajući signal u Preporuci ITU-R BT.655, Annex 1, § 2.3. Jakost RF smetajućeg signala može se mijenjati atenuatorom kojim upravlja promatrač. RF smetajući signal se mijenja dok se ne postigne ista ocjena izobličenja kao s referentnim smetajućim signalom što se utvrđuje uspoređivanjem izobličenih slika (zbog djelovanja interferencije) na ekranu TV prijamnika. RF zaštitni omjer je razlika između razine željenog signala i razine smetajućeg signala na ulazu u prijamnik. Mjerni sustav može biti tako kalibriran da iznos gušenja koji pokazuje atenuator kojim upravlja promatrač, izravno pokazuje iznos zaštitnog omjera.

Referentni smetajući signal RF smetajući signal

Generator sinusnog signala 10 416 ± 1 Hz

Ocjena izobličenja 3: 60 mVp-p

Ocjena izobličenja 4: 20 mVp-p

Ocjena izobličenja 4.5: 14 mVp-p

RF smetajući signal

Atenuator kojim upravlja promatrač

S1 Preklopka kojom upravlja promatrač: S2 a b a: referentni smetajući signal a b

Željeni signal

b: RF smetajući signal

Elektronička ispitna slika

1 Vp-p

odašiljač

70 dBμV

prijamnik

Slika 8.1. Postupak subjektivne usporedbe za mjerenja zaštitnog omjera

U 625-linijskim sustavima razina referentnog smetajućeg signala je ona koja odgovara zaštitnom omjeru od 30 dB i 40 dB uz frekvencijski pomak između nositelja slike željenog i smetajućeg signala približno 2/3 horizontalne frekvencije koji je ugođen tako da izazove najveće izobličenje. Točna razlika u frekvenciji je 10.416 kHz. Ti uvjeti aproksimiraju ocjenu izobličenja 3 (malo smetajuće) i 4 (zamjetljivo ali ne smetajuće) i vrijede za troposfersku interferenciju (1% vremena) i kontinuiranu interferenciju (50% vremena). Ocjena izobličenja za referentni smetajući signal koji djeluje na u osnovni pojas videosignala ne ovisi o sustavu analogne televizije i RF parametrima modulacije kao što su polaritet modulacije, preostali nositelja i sl.

Referentni smetajući signal može biti realiziran kao sinusni signal frekvencije 10.416 kHz ta 625-linijske sustave i s amplitudama 60 mVp-p i 20 mVp-p. Videosignal treba biti crno- bijeli videosignal s razlikom između razine bijelog i razine crnog 700 mVp-p i ukupnom amplitudom videosignala 1 Vp-p. Ove amplitude odgovaraju RF zaštitnim omjerima 30 dB i

40 dB (uz frekvencijski pomak 2/3 horizontalne frekvencije). Stabilnost frekvencije generatora sinusnog signala treba biti ±1 Hz.

Uvjeti promatranja trebaju biti u skladu s preporukom ITU-R BT.500, a udaljenost promatrača treba biti pet puta visina slike. Kao ispitni prijamnici treba biti korišteno pet prijamnika za kućnu uporabu koji nisu stariji od 5 godina. Razina signala na ulazu u prijamnik treba biti 70 dBμV. U mjerenju treba sudjelovati 5 promatrača koji mogu ali i ne moraju biti stručnjaci iz područja televizije. U svakom pojedinom ispitivanju sudjeluje samo po jedan promatrač.

Rezultati ispitivanja trebaju sadržavati:

• srednju vrijednost i standardnu devijaciju vrijednosti zaštitnih omjera,

• opis mjerne konfiguracije, vrste ispitnih slika i vrste izvora signala,

• informaciju o broju promatrača,

• informaciju o vrsti referentnog smetajućeg signala,

• izgled spektra RF smetajućeg signala uključujući područje izvan kanala,

• razine RF željenog signala na ulazu u prijamnik,

• informaciju o vrsti TV prijamnika, veličini ekrana i godini proizvodnje.

8.3.2. Istokanalni zaštitni omjeri

Tablice 8.2. i 8.3. prikazuju istokanalne zaštitne omjere za 625-linijske televizijske sustave za slučaj kada je željeni signal analogni TV signal, a smetajući signal digitalni TV signal, i to za širine kanala 8 MHz i 7 MHz. Vrijednosti zaštitnih omjera se odnose na uvjete u kojima smetajući digitalni DVB-T odašiljač ima izvankanalno gušenje od 40 dB.

Tablica 8.2. Istokanalni zaštitni omjeri za 625-linijske televizijske sustave za slučaj kada je željeni signal analogni TV signal, a smetajući signal

digitalni TV signal uz širinu kanala 8 MHz

Željeni analogni signal	Troposferska interferencija	Kontinuirana interferencija
B, D, G, H, K/PAL	34	40
I/PAL	37	41
B, D, K, L/SECAM*	34 to 37	41

* Približne vrijednosti jer točne još nisu konačno utvrđene

Tablica 8.3. Istokanalni zaštitni omjeri za 625-linijske televizijske sustave za slučaj kada je željeni signal analogni TV signal, a smetajući signal

digitalni TV signal uz širinu kanala 7 MHz

Željeni analogni signal	Troposferska interferencija	Kontinuirana interferencija	Ocjena interferencije 4.5
B/PAL	35	41
B/SECAM*	34 to 37	41

* Približne vrijednosti jer točne još nisu konačno utvrđene

8.3.3. Zaštitni omjeri od interferencije sa susjednim donjim (N-1) i gornjim (N+1) kanalom

Tablica 8.4 prikazuje vrijednosti zaštitnih omjera za 625-linijske televizijske sustave za slučaj kada je željeni signal analogni TV signal na kanalu N, a smetajući signal digitalni TV signal koji se emitira na donjem susjednom kanalu (N-1) sa širinama kanala 7 MHz i 8 MHz.

Tablica 8.5. prikazuje vrijednosti zaštitnih omjera za 625-linijske televizijske sustave za slučaj kada je željeni signal analogni TV signal na kanalu N, a smetajući signal digitalni TV signal koji se emitira na gornjem susjednom kanalu (N+1) sa širinama kanala 7 MHz i 8 MHz.

Tablica 8.4. Zaštitni omjeri za 625-linijske televizijske sustave za slučaj kada je željeni signal analogni TV signal, a smetajući signal digitalni TV signal koji se emitira na donjem susjednom kanalu sa širinama kanala 7 MHz i 8 MHz

Željeni analogni signal	Troposferska interferencija	Kontinuirana interferencija
B, D, G, H, I, K/PAL	–9	–5
B, D, K, L/SECAM	–9	–5

Tablica 8.5. Zaštitni omjeri za 625-linijske televizijske sustave za slučaj kada je željeni signal analogni TV signal, a smetajući signal digitalni TV signal koji se emitira na gornjem susjednom kanalu sa širinama kanala 7 MHz i 8 MHz

Željeni analogni signal	Troposferska interferencija	Kontinuirana interferencija
B, D, G, H, I, K/PAL	–9	–5
L/SECAM*	–1	–1
B, D, K/SECAM	–9	–5

* Približne vrijednosti jer točne još nisu konačno utvrđene

Tablica 8.6. Zaštitni omjeri za 625-linijske televizijske sustave za slučaj kada je željeni signal analogni TV signal na kanalu N, a kao smetajući signal

pojavljuje se kanal slike (image channel) digitalnog TV kanala sa širinom kanala 8 MHz

Željeni analogni signal	Smetajući DVB-T kanal	Troposferska interferencija	Kontinuirana interferencija
G/PAL	N+9	–19	–15
I/PAL	N+9
L/SECAM*		–25	–22
D, K/SECAM*	N+8	–16	–11
D, K/SECAM*	N+9	–16	–11
D, K/PAL	N+8
D, K/PAL	N+9

* Približne vrijednosti jer točne još nisu konačno utvrđene

8.3.4. Zaštitni omjeri od interferencije s kanalom slike

Tablice 8.6. i 8.7. prikazuju vrijednosti zaštitnih omjera za 625-linijske televizijske sustave za slučaj kada je željeni signal analogni TV signal na kanalu N, a kao smetajući signal pojavljuje se kanal slike (image channel) digitalnog TV kanala sa širinom kanala 8 MHz i s širinom kanala 7 MHz.

Document Metadata

Table of Contents

UTJECAJ DIGITALNIH TV KANALA (DVB-T) NA POSTOJEĆU ANALOGNU TV MREŽU U REPUBLICI HRVATSKOJ

Document Metadata