Кіріспе
Американдық ATSC цифрлық теледидар стандартында қолданылатын модуляция әдісі – 8VSB. Бұл теледидар модуляция әдісі ATSC цифрлық теледидар стандартында хабар тарату үшін қолданылады. ATSC және 8VSB модуляциясы негізінен Солтүстік Америкада қолданылады, ал DVB-T стандарты COFDM қолданады. Модуляция әдісі радиосигналдың ақпаратты жеткізу үшін қалай өзгеретінін анықтайды. ATSC және DVB-T стандарттары эфир арқылы берілетін цифрлық теледидар үшін қолданылатын модуляцияны көрсетеді, ал QAM кабельдік теледидар үшін қолданылады. Сондықтан, кабельге дайын теледидардың техникалық сипаттамаларында 8VSB (эфирлік теледидар үшін) және QAM (кабельдік теледидар үшін) қолдау көрсетілуі мүмкін. 8VSB – 8 деңгейлі қалдық жақ жолақты модуляция. Ол екілік кодты сегіздікке түрлендіреді, амплитудалық модуляция арқылы синусоидты тасымалдаушыны сегіз деңгейдің біріне бейімдейді. 8VSB бір символға үш бит (2³=8) жіберуге қабілетті; ATSC-де әр символға MPEG тасымалдау ағынынан екі бит кіреді, олар үш биттік мәнді алу үшін треллис модуляциясынан өтеді. Содан кейін алынған сигнал Nyquist сүзгісі арқылы сүзгіленіп, жақ жолақтарындағы артық ақпараттар жойылады және хабар тарату жиілігіне ауыстырылады.
the television modulation method
8VSB is the modulation method used for broadcast in the ATSC digital television standard. ATSC and 8VSB modulation is used primarily in North America; in contrast, the DVB T standard uses COFDM. A modulation method specifies how the radio signal fluctuates to convey information. ATSC and DVB T specify the modulation used for over the air digital television; by comparison, QAM is the modulation method used for cable. The specifications for a cable ready television, then, might state that it supports 8VSB (for broadcast TV) and QAM (for cable TV). 8VSB is an 8 level vestigial sideband modulation. In essence, it converts a binary stream into an octal representation by amplitude shift keying a sinusoidal carrier to one of eight levels. 8VSB is capable of transmitting three bits (23=8) per symbol; in ATSC, each symbol includes two bits from the MPEG transport stream which are trellis modulated to produce a three bit figure. The resulting signal is then band pass filtered with a Nyquist filter to remove redundancies in the side lobes, and then shifted up to the broadcast frequency.
Модуляция техникасы
Вестигиялық бүйірлік жолақты модуляция (VSB) – импульстік амплитудалық модуляция (PAM) сигналдарының спектрлік артықшылығын жоюға бағытталған модуляция әдісі. Нақты мәнді деректер тізбегімен тасымалдаушыны модуляциялау нәтижесінде қосынды және айырмашылық жиіліктері пайда болып, екі симметриялық бүйірлік жолақтар құрайды. Бұл симметрия бүйірлік жолақтың біреуі артық екенін көрсетеді, сондықтан оны алып тастау сигналды демодуляциялауға мүмкіндік береді. Теориялық тұрғыда нөлдік өтпелі ені бар фильтрлерді жасау мүмкін болмағандықтан, қолданылатын сүзгілеу артық жолақтың қалдығын қалдырады, содан аталған модуляция "VSB" деп аталады.
Өткіншілік
ATSC хабарларын тарату үшін қолданылатын 6 МГц (мегагерц) арнада 8VSB 10,76 мегабауд символ жылдамдығын, 32 Мбит/с жалпы бит жылдамдығын және 19,39 Мбит/с пайдалы деректердің таза бит жылдамдығын қолданады. Алдыңғы қателерді түзету кодтарының қосылуына байланысты таза бит жылдамдығы төмендеу. Сегіз сигнал деңгейі торлы кодтаушыны пайдалану арқылы таңдалады. 2VSB, 4VSB және 16VSB сияқты ұқсас модуляциялар да бар. 16VSB әсіресе ATSC цифрлық кабелі үшін қолданылуы жоспарланған, бірақ квадратуралық амплитудалық модуляция (QAM) оның орнына де-факто өнеркәсіп стандарты болды, себебі ол арзан және кеңінен қолжетімді.
Энергия үнемдеудің артықшылықтары
8VSB-нің телерадиокомпаниялар үшін маңызды артықшылығы – ол бұрынғы NTSC жүйесімен салыстырылатын аумақты қамту үшін анағұрлым аз қуатты қажет етеді, сондай-ақ, ең көп таралған COFDM жүйесінен де жақсырақ екендігі хабарланады. Бұл артықшылықтың бір бөлігі – COFDM-мен салыстырғанда қажетті ең жоғары және орташа қуат арақатынасының төмен болуы. 8VSB трансляциялағышының ең жоғары қуаты орташа қуатынан 6 дБ (төрт есе) болуы керек. 8VSB импульстік шуға да төзімді келеді. Кейбір станциялар бірдей аумақты қамти алады, бірақ тиімді сәулелену қуаты аналогтық тарату қуатының шамамен 25% құрайды. NTSC және көптеген басқа аналогтық теледидар жүйелері де жақтас жолақты қолданады, бірақ ATSC 8VSB трансляцияларында жақтас жолақ әлдеқайда тиімді сүзгіленеді. 8VSB осы мақсатқа жету үшін Найквист сүзгісін пайдаланады. Рид-Соломон қатесін түзету – деректердің сақталуын қамтамасыз ететін негізгі жүйе. 2005 жылдың жазында ATSC Enhanced VSB немесе E VSB стандарттарын жариялады. Алға қарай қателерді түзетуді пайдалана отырып, E VSB стандарты DVB-H сияқты, кішкентай антенналары бар аз қуатты қолға ұсталатын қабылдағыштармен DTV қабылдауға мүмкіндік береді, бірақ 8VSB трансляциясын қолданады.
ATSC-ті пайдалану туралы даулар
Біраз уақыт бойы ATSC модуляциясын COFDM-ге өзгерту үшін, DVB-T Еуропада және ISDB-T Жапонияда қолданылатындай, үнемі лоббилік жұмыстар жүргізіліп келді. Алайда, FCC 8VSB модуляциясы АҚШ-тың цифрлық теледидар таратуы үшін тиімдірек екенін тұрақты түрде айтып келді. 1999 жылғы есепте Комиссия 8VSB модуляциясының шу деңгейіне (C/N) қатысты жақсы көрсеткіштері бар екенін, жоғары деректер беру жылдамдығына ие екенін, бірдей жабын үшін аз қуатты қажет ететінін және импульстік және фазалық шуға төзімді екенін анықтады. Осының нәтижесінде, 2000 жылы Sinclair Broadcast Group компаниясының 8VSB немесе COFDM арасынан өңірлік жабынға сәйкес таңдау жасауға рұқсат беру туралы петициясын қабылдамады. FCC есебінде сондай-ақ COFDM "динамикалық көпжолдық жағдайларда, мысалы, жылдам қозғалыста немесе желде қозғалатын ағаштардың жанында жақсы жұмыс істеуі күтілуде" делінген. Алайда, 2005 жылы 5-ші буын демодуляторларының енгізілуі және 6-шы және 7-ші буындардың одан әрі жақсартулары 8VSB қабылдауындағы статикалық және динамикалық көпжолдықтың әсерін жоққа шығарды, теңдеу аралығы шамамен -60-тан +75 микросекундқа дейін (135 микросекундтық ауқым) дейін кеңейді. Ал COFDM-дегі теңдеу аралығы -100-ден +100 микросекундқа дейін (200 микросекундтық ауқым) құрайды, бірақ COFDM үшін осы деңгейдегі қорғау кеңістігін пайдалану пайдалы жүктемені айтарлықтай азайтады. Шындығында, Еуропаның көп бөлігі DVB-T1 үшін HD стандарты ретінде 1280×720p ажыратымдылығын қабылдады, себебі оның жүктеме сыйымдылығы төмен. DVB-T2 енгізілуі жер үстінен таратылатын сигналдардың 1920×1080p мазмұнын жеткізу мүмкіндігін арттыруға бағытталған. 1920×1080i әрқашан 8VSB схемасының бөлігі болды және жақсартылған демодуляторлары оның жүктеме сыйымдылығына әсер етпеді. АҚШ-та 8VSB негізіндегі ATSC стандартын қабылдаудың жалғасуы және ATSC қабылдағыштарының санының артуы COFDM-ге ауысуды қиын жасайды. АҚШ-тағы аналогты жер үстінен таратылатын сигналдардың көп бөлігі 2009 жылдың маусым айында тоқтатылды және барлық жаңа теледидарларда 8VSB тюнерлері орнатылған, бұл болашақта COFDM-ге ауысуды одан да қиындатады. Алайда, ATSC 3.0 стандартының дамуымен, мобильді қабылдау және жақсы бір жиілікті желілерді қамтамасыз етуге арналған американдық цифрлық теледидар стандартының жаңартылған нұсқасы, ATSC LDPC қатесін түзетумен (негізінен COFDM) OFDM-ге ауысуды шешті. Осының салдарынан, ATSC 3.0 барлық қазіргі ATSC 1.0 қабылдағыштарымен үйлесімсіз болады және көрермендерге үйлесімді тюнер немесе конвертер қорабы бар жаңа теледидар қажет болады. Бұрынғы цифрлық теледидарға ауысу FCC-тің міндеттемесі болғанмен, ATSC 3.0-ға "ауысу" толығымен ерікті болады. Сонымен қатар, FCC ATSC 3.0-ға ауысуды шешкен хабар таратушылар өздерінің негізгі арналарын нарықтағы басқа станциямен (ұқсас жабын аймағымен) кем дегенде 2022 жылға дейін бір мезгілде тарату келісімі арқылы қолжетімді етуді жалғастыруын талап етеді. Sinclair 2020 жылға қарай ATSC 3.0-ды 40 қалаға енгізу ниетін білдірді.
8VSB мен COFDM арасындағы айырмашылық
Жоғарыда келтірілген FCC баяндамасында COFDM динамикалық және жоғары деңгейдегі статикалық көп жолды жағдайларда жақсы өнімділік көрсетіп, бір жиілікті желілер және ұялы қабылдау үшін артықшылықтар ұсынатыны анықталды. Дегенмен, 2001 жылы COFDM техникалық тобы дайындаған техникалық баяндамада COFDM 8VSB-ге қарағанда айтарлықтай артықшылықтарды ұсынбайтыны тұжырымдалды. Баяндамада соңында қабылдағыштардың шамамен 30 фут (9 метр) биіктікте орнатылған сыртқы антенналарға қосылуы ұсынылды. 8VSB және COFDM екеуі де көптеген жабық сынақ орналымдарында қанағаттанарлық жұмыс істемеді. Алайда, осы сынақтар үшін таңдалған COFDM қабылдағышы – қалыпты алдыңғы сүзгісі жоқ тарату мониторы – нәтижелерге әсер еткен болуы мүмкін деген сұрақтар туды. Сол COFDM қабылдағыштарын алдыңғы жолақты өткізу сүзгісімен қосып қайтадан сынақ жүргізу DVB-T қабылдағышы үшін жақсы нәтижелер берді, бірақ одан әрі сынақтар жүргізілмеді. 8VSB және COFDM модуляциясы туралы пікірталас әлі де жалғасуда. COFDM жақтастары оның 8VSB-ге қарағанда көп жолдыққа жақсы төтеп беретінін айтады. Бұл, мысалы, қозғалатын көліктерде HDTV қабылдау үшін маңызды қасиет, ол 8VSB-мен мүмкін емес. 8VSB DTV (цифрлық теледидар) қабылдағыштарының алғашқы үлгілері қалалық ортада сигналды қабылдауда қиындықтарға тап болды. Алайда, жаңа 8VSB қабылдағыштары көп жолдыққа жақсырақ төтеп береді, бірақ жылжымалы қабылдағыш сигналды қабылдай алмайды. Сонымен қатар, 8VSB модуляциясы сигналды бірдей қашықтыққа беру үшін аз қуатты қажет етеді. Аз қоныстанған аймақтарда 8VSB осы себепті COFDM-нен жақсы өнімділік көрсетуі мүмкін. Алайда, кейбір қалалық аймақтарда және мобильді пайдалануда COFDM 8VSB-ге қарағанда жақсы қабылдауды ұсына алады. Бірнеше "жақсартылған" VSB жүйелері әзірленді, олардың ішінде E VSB, A VSB және MPH ең танымалдары. 8VSB-дегі көп жолдық қабылдаудың кемшіліктерін қосымша алдын ала қателерді түзету кодтарын қолдану арқылы шешуге болады, бұл пайдалы бит жылдамдығын төмендетеді, мысалы, ATSC M/H мобильді/қолмен ұсталатын қабылдау үшін қолданылатындай. АҚШ-тағы келесі ірі теледидар стандарты – ATSC 3.0 COFDM-ді пайдаланады. АҚШ телеарналарының басым көпшілігі студиядан таратуға және жаңалықтар жинау операцияларына COFDM-ді қолданады. Бұл нүктеден нүктеге байланыс желілері, эфирлік хабар тарату емес.