Internauci w Polsce wciąż narzekają na zbyt wolny transfer danych z Sieci. Wiele wskazuje na to, że satelitarna technologia transmisji danych ma duże szanse zmienić tę sytuację.
Nieustannie rosnąca objętość materiałów multimedialnych umieszczanych na stronach WWW powoduje konieczność przesyłania do odbiorców coraz większej ilości danych. Pomimo zwiększania przepustowości sieci szkieletowej Internetu końcowi użytkownicy są często zmuszani do długiego oczekiwania na pobierane z Sieci materiały. Wynika to ze zbyt małej wydolności dostawców Internetu. Jednym z najbardziej ekonomicznych sposobów rozwiązania tego problemu jest transmisja danych przez satelity (patrz: CHIP 3/2000, s. 80).
Na początku lat dziewięćdziesiątych, w celu opracowania standardów dotyczących cyfrowych transmisji satelitarnych, Europejska Unia Nadawców (EBU – European Broadcasting Union) powołała zespół roboczy Digital Video Broadcasting (DVB). W wyniku podjętych działań w styczniu 1995 roku opublikowany został zestaw norm określających sposoby przekazu obrazu telewizyjnego, dźwięku i danych komputerowych przez satelity oraz sieci kablowe. W ciągu kolejnych lat opracowano wytyczne dotyczące przekazywania danych przez naziemne nadajniki telewizyjne oraz szeregu usług dodatkowych, takich jak szyfrowanie informacji (telewizja kodowana) czy teletekst. Programy telewizyjne nadawane w standardzie DVB docierają do odbiorców na niemal całym świecie. Do wyjątków należą rynki północnoamerykański i japoński, na których lansowane są indywidualne rozwiązania.
W celu zdefiniowania zasad transmisji danych drogą satelitarną opracowano specyfikację DVB-S. Uściśla ona m.in. sposoby kodowania, struktury danych oraz mechanizmy korekcji błędów. Informacje przesyłane są w tzw. paśmie Ku, czyli za pomocą fal elektromagnetycznych o częstotliwości około 12 GHz. Satelita nadaje jednocześnie dane za pomocą fal o kilkudziesięciu różnych częstotliwościach, a sygnał transmitowany jest w postaci sinusoidalnej fali elektromagnetycznej, zmodulowanej z wykorzystaniem kluczowania fazy.
Wiele systemów komunikacyjnych transmitujących analogowe programy telewizyjne koduje informacje, zmieniając w niewielkim stopniu częstotliwość nadawanej fali (modulacja częstotliwości). Do satelitarnego przekazywania danych cyfrowych wykorzystywany jest inny rodzaj modulacji, zwany modulacją (kluczowaniem) fazy. W technice tej informacje reprezentowane są przez skokowo zmieniającą się fazę sygnału nośnego. Określonym przesunięciom fazowym fali nośnej przypisywane są jednoznaczne kody, np. przesunięcie o 180 stopni oznacza logiczną jedynkę, a jego brak – logiczne zero. W systemie DVB fali elektromagnetycznej nadawane jest jedno z czterech możliwych przesunięć fazowych. Technika ta zwana jest kwadraturową modulacją z przesunięciem fazy (Quadrature Phase Shift Keying). Każdy ze stanów, w jakim znaleźć się może modulowany sygnał nośny, to symbol. Liczba zdefiniowanych symboli wraz z szybkością ich nadawania definiuje prędkość transmisji danych.
Przezorny, zawsze zabezpieczony
Poważnym problemem podczas przekazywania informacji za pośrednictwem fal radiowych są zakłócenia wywoływane czynnikami atmosferycznymi. W celu zapobieżenia temu zjawisku trzeba stosować mechanizmy korekcji danych polegające na dodaniu do użytecznego sygnału dodatkowych informacji, umożliwiających poprawienie zniekształconych fragmentów. Ponieważ użytkownik nie ma możliwości zażądania powtórnego przysłania uszkodzonych danych, jak ma to miejsce np. podczas połączenia modemowego, konieczne jest stałe przekazywanie nadmiarowych danych, pozwalających na wykrycie faktu uszkodzenia informacji i poprawienie ich w dowolnym momencie.
W systemie DVB wykorzystywane są trzy mechanizmy umożliwiające efektywną korekcję błędów: kodowanie Reeda-Solomona, przeplatanie danych i kodowanie Viterbiego. Pierwszą, zawsze wykonywaną przez nadawcę czynnością jest obliczenie na podstawie pakietu 187 bajtów użytecznych informacji kodu Reeda-Solomona o długości 16 bajtów. Algorytm ten jest powszechnie wykorzystywany w wielu technologiach przekazu i gromadzenia informacji, takich jak płyty CD-ROM czy dyski twarde. W wyniku tych działań generowane są pakiety danych o długości 204 bajtów (187 bajtów użytecznych danych, 16 bajtów zabezpieczających i jeden bajt synchronizacji). Drugim krokiem, wykonywanym przed nadaniem przekazu, jest przeplatanie (interleaving) serii pakietów. Dzięki temu procesowi zapobiega się trudnemu do naprawy uszkodzeniu kilku sąsiednich bitów w razie wystąpienia błędu transmisji. Ostatnim etapem przygotowania danych jest ich ponowne kodowanie za pomocą algorytmu Viterbiego. Ten złożony matematycznie proces pozwala na efektywną rekonstrukcję danych zniekształconych szumem białym, czyli zakłóceniami w tle sygnału.
Jednym z parametrów algorytmu Viterbiego jest stosunek ilości danych użytecznych do całości przekazywanych informacji. Np. wartość 5/6 (stosowana w sieci Internet via the Sky) oznacza, że spośród każdych sześciu bitów pięć zawiera użyteczne informacje, a jeden służy do ich ewentualnej korekcji. Specyfikacja DVB przewiduje możliwość doboru współczynnika przez operatora w zakresie od 1/2 do 7/8. Cyfrowy odbiornik każdego abonenta przeprowadza dekodowanie i korekcję danych w kolejności odwrotnej do wyżej opisanej.
 |
| W pierwszym etapie odebrany sygnał jest demodulowany, a za pomocą algorytmów Viterbiego i Reeda-Solomona koryguje się ewentualne błędy. Następnie dane przekazywane są do modułu deszyfrującego lub bezpośrednio do demultipleksera. Otrzymane w ten sposób przekazy zostają wreszcie skierowane do dekodera MPEG-2 (programy telewizyjne i radiowe) albo na wyjście dekodera DVB (dane z sieci Internet). |
Po zapoznaniu się z wszystkimi parametrami transmisji w sieci Internet via the Sky można obliczyć efektywną szybkość przekazywania danych użytkownikom: przez każdy transponder – urządzenie retransmitujące sygnał otrzymany ze stacji naziemnych – przesyłane są 22 miliony symboli w ciągu sekundy, czyli 44 Mbit/s (jeden symbol reprezentuje dwa bity). Po dekodowaniu Viterbiego strumień danych ulega zwężeniu do 36,6 Mbit/s=44 Mbit/s×5/6. Następnie z wymieszanego strumienia wyodrębniane są pojedyncze pakiety danych z nadmiarowym kodem Reeda-Solomona. Ostateczna szybkość transmisji użytecznych informacji wynosi zatem 33,6 Mbit/s.
—
| Info Grupy dyskusyjne Uwagi i komentarze do artykułu: # Pytania techniczne: # Internet Organizacje standaryzujące http://www.dvb.org/ http://www.etsi.org/ Informacje techniczne związane z cyfrowym przekazem danych drogą satelitarną http://www.coolstf.com/mpeg/index.html http://pw1.netcom.com/~chip.f/viterbi/tutorial.html http://www.hei.ca/mpeg2.html # W dziale Internet | Satelitarna transmisja danych znajdują się dodatkowe informacje o standardach DVB |
